材料科学概论考点总结

1、1材料: 材料是人类社会所能接受的、可经济地制造有用物品的物质(Materials is the stuff from which a thing is made for using.)2材料的分类及类型: 按服役领域分类：结构材料 (受力，承载)，功能材料 (半导体，超导体以及光、电、声、磁等)按化学组成分：金属材料，无机非金属材料，高分子材料，复合材料按材料尺寸分：零维材料，一维材料，二维材料，三维材料按结晶状态分：晶态材料，非晶态材料，准晶态材料3材料科学：是一门以实体材料为研究对象，以固体物理，热力学，动力学，量子力学，冶金，化工为理论基础的交叉型应用基础学科。4材料的发展要素：材料的

2、成分、组织结构、合成加工、性质与使用性能5材料的力学性能：弹性模量，强度，塑性，断裂韧性，硬度6塑性变形：材料在外力作用下产生去除外力后不能恢复原状的永久性变形称为塑性变形。塑性变形具有不可逆性7能带：满带，空带，价带，禁带8磁性的分类：磁滞回线： Hc：矫顽力 Hm：饱和磁场强度Br：剩余磁感应强度 Bs：饱和磁感应强度9不同材料的热导率特性：金属材料有很高的热导率，无机陶瓷或其它绝缘材料热导率较低，半导体材料的热传导，高分子材料热导率很低10固溶体：合金的组元以不同的比例相互混合混合后形成的固相的晶体结构与组成合金的某一组元的相同这种相就称为固溶体.11断裂韧度：是衡量材料在裂纹存在的情况

3、下抵抗断裂的能力12影响断裂失效的因素：（1）材料机械性能的影响 （2）零件几何形状的影响 （3）零件应力状态的影响（4）加工缺陷的影响（5）装配、检验产生缺陷的影响13穿晶断裂：裂纹在晶粒内部扩展，并穿过晶界进入相邻晶粒继续扩展直至断裂14沿晶断裂：裂纹沿晶界扩展导致断裂15磨损的定义：在机件表面互相接触并作相对运动产生的摩擦过程中，会有微小颗粒从表面不断分离出来形成尺寸和形状不同的磨屑，使材料逐渐损失，导致机件尺寸变化和质量损失，这种表面损伤现象即为磨损。16磨损的分类：黏着磨损、磨料磨损、腐蚀磨损及疲劳磨损17结构材料的失效：材料在外加载荷和环境的作用下，会逐渐损失原有的物理、化学或力学

4、性能，直至不能继续服役，这一现象称为失效。18其常见的失效形式：过量变形，断裂，磨损，腐蚀 19材料在国民经济中的地位及作用：材料的使用水平决定了这个国家的科技发展水平,而一个国家的科技水平是国民经济的命脉的控制因素之一。材料的高水平利用以及高尖端的开发必然可以为国民经济助力。20金属材料的特性： 良好的导电性和导热性。 正的电阻温度系数，即随温度升高电阻增大。绝大多数金属具有超导性，即在温度接近于绝对零度时电阻突然下降，趋近于零。 良好的反射能力，不透明性及金属光泽。 良好的塑性变形能力21Fe-C相图有什么用：它是编制热处理制度的重要依据，可以通过铁碳平衡图了解铁碳在不同温度区间的金相组织

5、，从而确定热处理温度。22材料的蠕变极限：材料在高温长期载荷下对缓慢塑性变形（即蠕变）的抗力；以 表示700下经1000h产生0.2%残余变形量的最大应力23材料的持久强度：材料在高温长期载荷下对断裂的抗力； 以 表示在500下经10000h发生断裂的应力值。24提高材料热强性的途径：固溶强化：加入基体固溶强化元素Cr、Ni、W、Mo等析出相强化：加入第二相沉淀强化元素V、Ti、Nb等晶界强化：加入微量晶界强化元素硼(B)与稀土(RE)元素，起净化晶界或填充晶界空位的作用。25耐磨钢的性能及成分特点：有很高的耐磨性和韧性。高锰钢是目前最主要的耐磨钢；（1）高碳保证钢的耐磨性和强度，（2）高锰它

6、和碳配合，保证完全获得奥氏体组织，（3）一定量的硅硅可改善钢水的流动性，并起固溶强化的作用26铁素体：碳与a相(BCC)铁形成的间隙固溶体，Ferrite。奥氏体：碳与g相(FCC)铁形成的间隙固溶体，Austenite渗碳体：碳与铁一起形成的化合物 用Fe3C表示，一般含碳6.67。27退火：把钢加热到适当温度，保温一定时间，然后在退火炉中缓慢冷却，以获得接近平衡组织的热处理工艺。 正火：将钢件加热到A3（或Acm）以上3050，保温适当的时间后，在静止的空气中冷却，得到珠光体组织的热处理工艺。淬火：将钢加热至奥氏体化后，迅速置于水中或机油中快速冷却，使组织转变为马氏体的热处理工艺。钢材经淬

7、火后，强度和硬度提高，脆性增大，塑性和韧性明显降低 回火：将淬火钢加热至A1点以下某一温度保温一定时间后，以适当方式冷却到室温的热处理工艺28钢铁的常规热处理工艺种类及特点29合金钢牌号的命名规则：在牌号之首用数字标明碳的质量分数。结构钢用碳的平均质量分数的万分数来表示（两位数）；工具钢和特殊性能钢用碳的平均质量分数的千分数来表示（一位数），而工具钢的碳的质量分数超过1%时，就不再标出。 在之后用元素符号表明钢中的主要合金元素，质量分数由其后缀的数字标明，平均质量分数小于1.5%时不标，平均质量分数为1.5%-2.49%、2.5%-3.49%时，相应标出2、3等。 30不锈钢的特点及“不锈”原

8、理：（1）耐腐蚀性能越高，碳的含量要越少。因为C的存在增加阴极相（碳化物），特别是与Cr能形成碳化物在晶界析出。（2）Cr能提高基体的电极电位，Cr在氧化性介质中极易钝化，生成致密的氧化膜，使钢的耐蚀性大大提高。（3）加入Mo、Cu等，可提高钢在非氧化性酸中的耐蚀能力。（4）加入Ti、Nb等，能比Cr优先与C形成稳定的碳化物。（5）加入Mn、N等，部分替代Ni，提高在有机酸中的耐蚀性。 铬含量大于12%，碳含量可高达1.2%，具有足够高的耐蚀性31影响金属表面腐蚀的因素：化学不均匀性，能量不均匀性，化学成分，压力，温度 32防止金属表面腐蚀的方法：改变金属的内部结构。例如，把铬、镍加入普通钢中

9、制成不锈钢。在金属表面覆盖保护层。例如，在金属表面涂漆、电镀或用化学方法形成致密耐腐蚀的氧化膜等。电化学保护法。还有加缓蚀剂33金属表面改性的方法：激光表面改性；离子注入表面改性；化学热处理表面改性金属表面涂塑，气相沉积硬涂层技术34传统陶瓷、特种陶瓷的概念与分类：传统陶瓷：主要指黏土制品，以天然的硅酸盐矿物为原料经粉碎、成形、烧结制成的产品。包括日用陶瓷、建筑陶瓷、卫生陶瓷、化工陶瓷等，产量大，用途广 特种陶瓷：是以高纯化工原料和合成矿物为原料，沿用传统陶瓷的工艺流程制备的陶瓷，是具有特殊力学、物理或化学性能的陶瓷。也称为现代陶瓷、新型陶瓷、精细陶瓷、高技术陶瓷等。按性能和应用可分为：电子陶

10、瓷、光学陶瓷等；按化学成分可分为：氧化物陶瓷和非氧化物陶瓷最常用的分类方法：结构陶瓷材料（工程陶瓷材料）和功能陶瓷材料；35陶瓷材料的相组成：大致可分为3种：晶体相、玻璃相和气相（气孔）。36陶瓷材料生产过程三大步骤：原料配制、坯料成形和制品烧成37粉末制备方法：1)固相法：还原法、热分解法、自蔓延高温合成法等。 2)气相法：气相合成法、气相热分解法。 3)液相法：直接沉淀法、均匀沉淀法、共沉淀法、醇盐水解法、溶胶-凝胶法。 4)机械法：球磨、振动球磨、搅动球磨、气流粉碎等方法。5)溶剂蒸发法。38影响Al2O3陶瓷烧结的因素：成形方法的影响；烧结制度的影响（烧结温度，升温速率，压力）；烧结气

11、氛的影响39特种陶瓷与普通陶瓷的区别：在原料上，突破了传统陶瓷以黏土为主要原料的局限，特种陶瓷一般以纯度较高的氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硅化物等为主要原料；在制备上，突破了传统陶瓷以炉窑为主要烧结设备的界限，广泛采用真空烧结、保护气氛烧结，采用热压、热等静压等手段；在性质上，特种陶瓷有不同的特殊性质和功能。40陶瓷材料的晶体缺陷：点缺陷、线缺陷和面缺陷41提高陶瓷材料强度及减轻脆性的途径：制造微晶、高密度、高纯度的陶瓷，提高晶体的完整性是陶瓷发展的重要方向。把陶瓷制成截面细小的纤维及晶须，减少缺陷存在的几率，强度可提高1-2数量级通过适当工艺在陶瓷表面造成一层残余压应力，以部分抵消外加拉

12、应力，可提高其强度复合强化是发挥陶瓷材料优势的重要途径。纤维增强的陶瓷基复合材料可有效地改善材料的强韧性42材料内部热应力产生的原因：1、机械约束；2、均质材料中出现温度梯度；3、非均质固体中各相之间的热膨胀系数的差别；4、单相多晶体中热膨胀系数各向异性。 43耐火材料制备时原料煅烧目的：(1)去除原料中易挥发的杂质和夹杂物；(2)使原料的颗粒致密化及结晶长大；(3)促使完成同质异晶的晶型转化。44生物陶瓷的定义：用于人体器官替换，修补及外科矫形等的陶瓷材料种类：生物惰性陶瓷；生物活性陶瓷优点：1）具有良好的力学性能，并且极其稳定；在体内难于溶解，不易氧化，不易腐蚀变质，热稳定性好，便于消毒；

13、2）耐磨，有一定润滑性，不易产生疲劳现象，而且和人体组织的亲和性好；3）组成范围比较宽，可以根据实际应用的要求设计组成，以调节性能； 45生物材料的发展趋势：展望未来，随着生物材料学和其他学科发生着越来越频繁的交叉，新的材料的发现，以及旧的材料的改造与改良，生物材料在21世纪将会大量的应用于临床医学，将会有越来越多的性能优异，功能多样的生物材料造福人类。46耐火材料：耐火材料是耐火度不低于1580的无机非金属材料47不定形耐火材料定义、特点及分类：不定形耐火材料是由合理级配的颗粒料、粉状料、结合剂与外加剂共同组成的不经成型和烧成而直接使用的耐火材料 。 分类： 1）按耐火骨料品质分类:硅质、粘

14、土质、高铝质、镁质等等2)按所用结合剂分类:水泥结合、粘土结合、水玻璃结合、超微粉结合等等按热工设备或使用部位命名:转炉镁质喷补料、钢包永久层浇注料、高炉出铁沟浇注料等等；3)按施工和使用方法分类: 耐火浇注料：一般借助振动器施工;耐火捣打料：借助风镐或人工捣打；耐火喷涂、喷补、涂抹料：借助喷补机或人工涂抹； 耐火泥（浆）：人工砌筑耐火砖的填缝材料；耐火投射料：以投射方式施工 ； 特点：1）工厂占地面积小，投资少，能耗低；2）生产过程简便，劳动强度低； 3）供货周期短； 适用性强，可制成任何形状的构筑物； 4）施工简便，直接使用或调配后使用；5）使用方便，可进行在线或离线修补48耐火度：耐火材

15、料在高温作用下而不熔化的性质称为耐火度；多相体达到某一特定软化程度的温度荷重软化温度：耐火材料在规定的升温条件下，受恒定载荷产生规定变形时的温度；是耐火材料以恒荷重、持续升温法所测定的高温力学性质；表示制品对高温和荷重同时作用的抵抗能力；表示耐火材料呈现明显塑性变形的软化范围。49石灰的特性及应用：1）生可塑性和保水性好；2）石灰水化时水化热大，体积增大；3）硬化缓慢；4）硬化时体积收缩大：硬化过程中， 蒸发大量的游离水而引起显著收缩，促使制品开裂 5）硬化后强度低；6）耐水性差：氢氧化钙晶体易溶于水。应用：1）建筑砂浆和石灰乳；2）无熟料水泥 石灰火山灰活性材料 3）三合土 灰粘土砂水 4）

16、材制品的原料如：硅酸盐制品、灰砂制品、碳化板等。5）地基加固50石膏凝结硬化的影响因素：石膏的组成；膏浆体的用水量；外加剂；细度51硅酸盐水泥的生产：两磨一烧 黏土，石灰石和调节原节原料一起粉磨得到生料生料煅烧得到熟料熟料，石膏和混合材一起粉得到水泥52共聚物：两种或更多种的小分子一个接一个地连接成链状或网状结构的高分子，称为共聚物。 53立体异构：stereoisomerism是在有相同分子式的化合物分子中，原子或原子团互相连接的次序相同，但在空间的排列方式不同，与构造异构（根据情况不同可以分为：碳链异构、位置异构、官能团异构三种。）同属有机化学范畴中的同分异构现象54高分子材料的定义：高分

17、子材料是由可称为单体的原料小分子通过聚合反应而合成的。绝大部分原料单体为有机化合物三大合成高分子材料：塑料 合成橡胶 合成纤维55高分子材料的近程结构：包含结构单元的化学组成、结构单元的键接方式、结构单元空间立构、支化与交联、结构单元键接序列远程结构：指整个高分子链的结构。包含高分子链尺寸(相对分子质量)和高分子链的形态(高分子链的构象和链柔性)。 56高分子材料老化的机理 产生大分子链的交联变硬、变脆、开裂。 大分子链断开变软、发粘、褪色。 防止老化的方法：进行结构改性，提高稳定性。例如：聚氯乙烯在氯气中用紫外线照射，成为氯化聚氯乙烯；共聚方法制得共聚产物：ABS塑料。加入防老化剂，抑制老化过程。例如：添加水杨酸酯，碳黑，防紫外线老化。 表面处理：表面镀金属，喷涂料，防止空气、水、光引起的老化。57纤维增韧：为了克服陶瓷脆性大的弱点，可以在陶瓷基体中加入纤维而制成陶瓷基复合材料。由于定向、取向或无序排布的纤维的加入，陶瓷基复合材料韧度显著提高，这就是纤维增韧58复合材料的分类1）按基体相分：金属基，陶瓷基，聚合物基，水泥基2按增强相的形态分：颗粒增强，纤维增强，晶须增强，编织物增强3）按用途分：结构复合材料，功能复合材料59复合材料的性能特点：1. 比强度和比模量高 2. 抗疲劳与断裂