材料科学与工程导论(课堂PPT)课件

1、材料的分类分类一：按物理化学属性划分无机非金属材料 金属材料 高分子材料 复合材料分类二：按用途分电子信息材料 航空航天材料 核材料建筑材料 生物医用材料 能源材料分类三：按性能分结构材料：力学性能为基础，制造受力构件所需的材料。功能材料：利用物质独特的物理化学性质或生物功能而形成的材料。1.21世纪材料生产模式材料的单项循环：材料产业：资源 能源 消耗大户 环境污染的主要来源2.材料循环 材料双向循环模式废物在不同生产过程中循环 多产品共生的工业模式 三废综合利用3.材料科学与工程的定义材料科学：研究材料的组织结构与性质之间的关系。材料工程：是研究材料在制备、处理加工过程中的工艺和各种工程问

2、题。材料科学与工程：是指出研究有关材料的组成、结构、制备工艺流程与材料性能和用途关系的知识和它的应用。4.材料科学与工程的特点基础科学研究结构 性能 使用特性社会需求和经验科学知识经验积累MSE工艺5.材料科学与工程的特点一是多学科交叉。它是物理学、化学、冶金学、金属学、陶瓷学、高分子化学及计算科学相互融合和交叉的结果；二是一种与实际使用结合非常紧密的科学。发展材料科学的目的在于开发新材料，提高材料的性能和质量，合理使用材料，同时降低材料成本和减少污染；三是材料科学是一个正在发展中的科学。不像物理学、化学已有很成熟的体系，它将随着各有关学科的发展而得到充实和发展。6.材料科学与工程的内涵组成要

3、素：成分结构合成加工使用效能7.是各学科综合发展的必然结果固体物理、无机有机化学、物理化学物质结构和性质冶金学、金属学陶瓷学、高分子学材料的制备结构与性能金属材料、高分子材料与陶瓷材料之间的共性规律材料科学8.材料性质：是功能特性和效用的描述符，是材料 对电.磁.光.热.机械载荷的反应。材料性质描述力学性质物理性质化学性质强度硬度刚度塑性韧性电学性质磁学性质光学性质热学性质催化性质腐蚀性氧化性9.材料力学性能在外加载荷或与环境因素联合作用下表现出的各种行为。10.结构材料性质的表征-材料力学性质强度：材料抵抗外应力的能力。塑性：外力作用下，材料发生不可逆的永久 性变形而不破坏的能力。硬度：材料

4、在表面上的小体积内抵抗变形或 破裂的能力。刚度：外应力作用下材料抵抗弹性变形能力。11.结构材料性质的表征-材料力学性质疲劳强度：材料抵抗交变应力作用下断 裂破坏的能力。抗蠕变性：材料在恒定应力（或恒定载 荷）作用下抵抗变形的能力。韧性：材料从塑性变形到断裂全过程中 吸收能量的能力。12.强度范畴刚度范畴塑性范畴韧性范畴应 力应 变13.2. 强度表征： 弹性极限 屈服强度 抗拉强度 断裂强度 强 度1. 强度定义： 抵抗变形和断 裂的能力14.强度指标的意义弹性极限：发生弹性形变中的最大应力。弹性结束 塑性变形的开始。 理论值。 0.01残留 塑 性变形0.01应力。弹性变形是物体卸载后就完

5、全消失的那种变形,而塑性变形则是指卸载后不能消失而残留下来的那部分变形又称残余变形。15.强度指标及意义屈服强度：屈服现象开始发生时的应力，是材料发生明显塑性变形的抗力。屈服：试样继续拉长载荷却不增加。条件屈服强度：一定残余伸长对应的应力。0.01 0.2 应用：制品的设计材料加工如 高压气密容器 紧锢螺栓 密封圈 橡胶垫16.强度指标的意义抗拉强度：开始发生颈缩时的应力。断裂强度：断裂时的应力值。bf比较各种材料的性能。但对材料选择和加工意义不大。屈服强度决定17.材料力学性能 塑性表征及意义塑性：断裂前材料发生塑性变形的能力。指卸载后不能消失而残留下来的那部分变形 延伸率断面收缩率18.延

6、伸率 是塑性伸长的量度 =L/L0=（L-L0）/L0 原始标距长度 断裂后试样的标距长度断面收缩率 是塑性收缩的量度=Af/A019.加工硬化金属材料在再结晶温度以下经加工（压锻）产生塑性变形时强度和硬度升高，而塑性和韧性降低的现象。20.加工硬化有利：它可提高金属的强度、硬度和耐磨性。如冷拉高强度钢丝和冷卷弹簧负面：进一步加工带来困难。冷轧钢板愈轧愈硬 切削加工使工件表层变脆硬使刀具磨损、增大切削力21.材料力学性能硬度：材料表面局部抵抗变形的能力。测量：压痕法 压头 一定压力 材料表面压痕尺寸。布氏试验 -布氏硬度洛氏试验-洛氏硬度维氏试验 -维氏硬度硬度表征及意义22.布氏硬度：淬火钢

7、球 载荷 压痕总面积维氏硬度：金刚石棱锥 载荷 压痕总面积洛氏硬度：金刚石圆锥 压入深度23.材料力学性能 刚度 表征和意义刚度：外应力作用下材料抵抗弹性变形能力。弹性变形：外载荷撤去后，能完全消失恢复试样原样的变形。 24.刚度的表征弹性模量：弹性变形阶段应力和应变的比值，E取决于材料本质，内部原子结合键的强弱。与组织变化关系不大弹性行为：载荷取消后，试样尺寸恢复原样的行为。25.刚度表征和意义弹性行为 分类线形 非线性 滞弹性阻尼 减震26.材料力学性能 疲劳强度表征疲劳强度：材料抵抗交变应力作用下断裂破坏的能力。 疲劳：承受载荷低于屈服强度，但在交变应力下长时间工作材料失效的现象。疲劳失

8、效过程：裂纹形成，裂纹发展和突然断裂。27.疲劳寿命：在一定交变应力下，不发生断裂的最大时间疲劳极限：材料能够经受无限多次（108）循环应力而不断裂的最大应力。28.材料力学性能 抗蠕变性能表征意义抗蠕变性：材料在恒定应力（或恒定载 荷）作用下抵抗变形的能力。蠕变：高温下受到应力，随时间发生缓慢塑性变形的现象。29.抗蠕变性表征：蠕变极限 持久强度蠕变极限：在一定温T度和规定时间t内,式样产生一定蠕变伸长量的应力。 符号表示和意义持久强度：在一定温度下，规定时间内发生断裂的应力。符号表示和意义30.材料力学性能 韧性表征和意义韧性表征：冲击韧性 KIC断裂韧性 KIC韧性：材料从塑性变形到断裂

9、全过程中 吸收能量的能力。是强度和塑性 的综合量度。31.韧性表征和意义断裂韧性：抵抗裂纹失稳扩展而断裂的能力。断裂：裂纹产生，扩展超过临界尺寸，失稳快速扩展断裂。KI 应力场强因子KIC 临界应力场强因子裂纹扩展的临界状态对应的场强因子，代表材料的断裂韧性。32.KI 应力场强因子外加应力33.决定电导率的基本参数 parameters 载流子类型 charge carrier 电子、空穴、正离子、负离子 载流子数 charge carrier density-n, 个/m3 载流子迁移率 electron mobility 34.聚合物的电导性结构型 共轭效应 双键 环添加型 参杂 添加或

10、去掉电子 卤族原子 碱金属离子 复合 导电的纳米粉体 石墨 碳纳米管 金属粉末等35.导电聚合物的应用理想情况下，导电聚合物具有金属导电性，且重量轻、易加工、材料来源广等特点 。用作电极、电磁波屏蔽、抗静电材料等 半导体器件和发光器件方面得应用 聚合物电池、电致变色显示器、 电化学传感器、场效应管、 聚合物发光二极管（LED）36.超导电性在一定低温下材料突然失去电阻的现象 （小于10-25cm）1913年 , 超导现象发现, 诺贝尔物理奖 1987年, 在陶瓷（金属氧化物）中发现超导现象，超导研究取得重大突破, 诺贝尔物理奖37.超导体的两种特性： 完全导电性 完全抗磁性磁场强度始终为零三个

11、性能指标 超导转变温度Tc 愈高愈好 临界磁场Hc 破坏超导态的最小磁场。 随温度降低，Hc将增加； 当TTc时, Hc=Hc临界电流密度Jc 38.材料的分类及其电导率 材料 电阻率 电导率 超导体 导体 半导体 绝缘体 0 10-8-10-5 10-5-107 107-1018 105-108 10-7-105 10-18-10-7 39.材料物理性能 磁性2. 磁学性：磁化 强度 外磁场，物质被磁化的程度。磁化: 在外磁场作用下,各磁矩规则取向，宏观呈磁性 磁导率 磁感应强度和磁场强度比值，表征物质被磁化程度的物理量 磁化率 磁化强度和磁场的比值40.磁矩表征磁性物体磁性大小的物理量。m

12、 电子轨道磁矩 电子自旋磁矩磁感应强度：物质在外磁场中，会被磁化并感生一附加磁场，其磁场强度H与外磁场强度H之和称为该物质的磁感应强度B41.磁性的本质 电子的磁矩 电子的自旋磁矩轨道磁矩 孤立原子 具有“永久磁矩” 有未被填满的电子壳层 不具磁性 原子各层都充满电子 42. 抗磁性 外磁场中，感生一个磁矩，与外磁场方向相反 顺磁性 原子内部存在永久磁矩 有外磁场，显示极弱磁性 无外磁场，宏观无磁性铁磁性 强磁性物质，Fe，Co，Ni 室温下磁化率可达103。 较弱磁场 较高的磁化强度； 外磁场移去保留较强磁性43.矫顽力：使剩磁降低为零所需要的磁场强度。 磁滞特性 软磁材料 硬磁材料44.无

13、机非金属材料的磁学性能 磁性无机材料一般是含铁及其它元素的复合氧化物，通常称为铁氧体 亚铁磁性 45.高分子材料的磁学性能1、大多数体系为抗磁性材料 2、顺磁性仅存在于两类有机物 含有过渡金属 含有属于定域态或较少离域的未成对电子 （不饱和键、自由基等）46.材料物理性能 热学性能表征：热导率热膨胀系数熔点比热 热应力 耐热性47.热导率：单位温度梯度下， 单位时间内通过单位垂直 面积上的热量 耐热性指在受负荷下，材料失去其物理机械性能而发生永久变形的温度。 耐热性指在受负荷下，材料失去其物理机械性能而发生永久变形的温度。 各种 材料的使用上限温度 高分子材料 常温及中温条件下使用，v0淬火工

14、艺通过快速冷却，获得远离平衡态的不稳定组织，达到强化材料的目的。103.时 间温 度淬火正火正火工艺在奥氏体状态下，空气或保护气体冷却获得珠光体均匀组织，提高强度，改善韧性。104.时 间温 度退火工艺通过缓慢冷却，获得接近平衡态的组织，达到均匀化、消除内应力的目的。105.时 间温 度回火工艺淬火或正火的材料重新加热。目的在于松懈淬火应力和使组织向稳态过度，改善材料的延展性和韧性，并稳定工件的尺寸。106.目的：实现材料间的整体结合内容: 1. 焊接 3. 铆接 2. 粘接 4. 栓接材料的联接107.三材料表面工程表面改性表面防护薄膜技术108.-改变材料表面的性质三束表面改性化学表面改性

15、（化学热处理）表面淬火表面改性109.从工艺机理上分析，表面改性同整体材料的改性是相同的，即：在表面实现材料的成分、组织与结构的变化，达到改变材料表面性能的目的。不同点就是采用了特殊的能量输入方式，使能量作用效果或成分变化仅发生在表面。110.三束表面改性激光束 - 组织变化电子束 -组织变化离子束 - 成分、组织变化细晶化均匀化非晶化金属元素合金化111.化学表面改性（化学热处理）改变材料表面的化学成分 - 化学渗入成 分温 度ABC + 心部浓 度表面C+N+Me+C0112.表面淬火 高频淬火电磁能集肤电流表面热能 火焰淬火气体化学反应表面热能热处理组织改变性能改变113. 腐蚀防护 摩

16、擦磨损防护表面防护114.腐蚀防护 大气腐蚀 海水腐蚀 工业介质腐蚀115.化学反应-腐蚀的原因主动防护被动防护合金化非晶化高纯度表面涂镀表面改性表面钝化电化学保护抗蚀材料116.摩擦磨损防护 增加抗磨损性 增加润滑性117.薄膜技术有许多种薄膜技术能够在基材表面覆盖薄膜材料层，其中最重要的两种方法是：物理气相沉积 PVD化学气相沉积 CVD液相沉积 LD118.四材料的复合金属基复合材料陶瓷基复合材料高分子复合材料119.材料复合的主要目的就是依据不同材料性能的优势互补、协调作用的原则，进行材料的设计与制备。因此材料复合的过程就是材料制备、改性、加工的统一过程。复合材料的制备过程融合了金属、

17、陶瓷、高分子材料制备的基本原理。目前材料科学的发展，复合的概念越来越重要，出现了许多新型的复合材料及制备方法。120.与其它要素的关系从材料的产生到进入使用过程，直至损耗，四大要素存在着逻辑上的因果顺序，即：合成与加工结构与成分材料性质使用性能产生具备提供121.定向凝固技术在熔模铸造型壳中建立特定方向的温度梯度，使熔融合金沿着与热流相反的方向按照要求的结晶取向凝固的一种铸造工艺。定向凝固技术最突出的成就是在航空工业中的应用。122. 在极端化的条件下，完成合成与加 工过程，获得更多的功能特性。 超纯条件-单晶硅晶片高压条件-人工金刚石低温条件-超导体超细条件-纳米材料4.发展趋势123.第三

18、章结构材料钢铁材料有色金属材料陶瓷材料玻璃材料水泥材料高分子材料复合材料124.什么是“结构材料” ？结构材料是主要利用材料的强度、韧性、弹性等力学性能，用于制造在不同环境下工作时承受载荷的各种结构件和零部件的一类材料，即机械结构材料和建筑结构材料。125.碳钢的常规热处理退火将钢加热到适当温度，保温一定时间，然后缓慢冷却（随炉冷却），以获得接近于平衡状态组织的热处理工艺。正火完全退火、等温退火、球化退火、扩散退火、去应力退火将钢件加热到AC3和Acm以上3050度，保持适当时间后，在空气中冷却，得到珠光体类组织的热处理工艺。126.碳钢的常规热处理淬火将钢件加热到奥氏体化后，快速冷却，使组织

19、转变为马氏体的热处理工艺。所得的马氏体的形态与钢的成分、原始奥氏体晶粒的大小以及形成条件有密切关系。奥氏体晶粒越小，马氏体越细。回火将钢件淬火后，为了消除内应力并获得所要求的性能，将其加热到AC1以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。127.合金钢合金钢分类铁及铁基合金在碳钢中加入一种或多种合金元素，形成的钢称之为合金钢。按所含合金元素的多少分：低合金钢（总质量分数低于5）、中合金钢（总质量分数510）、高合金钢（总质量分数高于10）。按主要合金元素种类分：铬钢、铬镍钢、锰钢、硅锰钢等。按用途分：结构钢、工具钢、特殊性能钢。128.铸铁铁及铁基合金碳的质量分数大于2.11%

20、的铁碳合金称之为铸铁，通常还含有较多的Si、Mn、S、P等元素。用 途铸铁时工程上最常用的金属材料，广泛应用在机械制造、冶金、矿上、石油化工。交通等领域。铸铁的生产设备和工艺简单，价格便宜。129.铁及铁基合金铁碳合金中碳的存在形式间隙固溶于铁化合态的渗碳体游离态的石墨亚稳态，在一定条件下分解为铁和石墨稳定态，可以从铸铁熔液中析出，也可以从奥氏体中析出Fe3C碳溶解在Fe中的间隙固溶体130.铁及铁基合金铸铁的种类根据石墨化程度的不同，铸铁的类型和组织也不同。灰口铸铁白口铸铁可煅铸铁球墨铸铁蠕墨铸铁131.铸铁白口铸铁：碳绝大部分以化合物 存在， 断口银白色。性能：硬而脆，难于加工，使用价值低

21、。灰口铸铁：碳以 形式存在，断口呈暗灰色。性能：价格低廉，易切削加工，常用于气缸，支座机床等。铁及铁基合金渗碳体Fe3C 片状石墨132.铁及铁基合金铸铁可锻铸铁：由一定成分的白口铸铁经石墨化退火处理而获得，其中碳大部分或全部以团絮状石墨形式存在，由于具有较灰口铸铁高得多的塑性和韧性，习惯上称为可锻铸铁，实际上并不可锻。渗碳体团絮石墨生产周期长，单件成本高，一般制作形状复杂的薄壁小件。133.铸铁特性：球化减小应力集中，基体强度利用率高，可以进行热处理加工，屈强比高。机械性能高，生产工艺比可锻铸铁简单，近年来日益得到广泛的应用。“以铁代钢，以铸代锻”球墨铸铁：铁水在浇注前经球化处理，其中碳大部

22、分或全部以球状石墨形式存在。铁及铁基合金134.铸铁碳以蠕虫状石墨存在，介于片状和球状之间，所以性能在在灰铸铁和球墨铸铁之间。优点：导热性和耐疲劳性好，高部件。合金铸铁：铸铁中加入合金元素如Cr、Cu、Al、等，可得到耐蚀、耐热及耐磨等特性的合金铸铁。铁及铁基合金蠕墨铸铁：蠕化处理不宜控制135.石墨的存在对铸铁的特殊作用减弱晶粒间振动能的传递，并将振动能转变为热能流动性好，凝固过程中析出比容较大的石墨，减小凝固收缩减摩、断屑的作用；脱落形成显微凹穴，起储油作用，可维持油膜的连续性片状石墨相当于许多微小缺口良好的润滑剂，脱落在摩擦面136.高分子材料分类按材料来源分类天然高分子合成高分子按材料

23、性能和用途分类塑料橡胶纤维涂料粘合剂功能高分子称为三大合成材料137.通用高分子材料塑料、橡胶、纤维，称为三大合成材料全世界产量1亿多吨塑料主要品种有：合成橡胶主要用途为制造轮胎，约占60%合成纤维主要品种有：涤纶（PET）、尼龙、聚丙烯腈、聚丙烯等聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等138.工程塑料性能：坚硬、韧性、耐磨、耐热水及蒸气，加工时尺寸稳定性好、化学稳定性好。主要有：尼龙（聚酰胺）、聚碳酸酯（PC）、聚苯醚（PPO）、聚甲醛（POM）、饱和聚酯（PET、PBT）等139.材料应力应变曲线140. 热塑性塑料：受热后软化，冷却后又变硬，可重复循环。热固性塑料：由单体直接形成网状聚合物

24、或通过交联线型预聚体而形成，一旦形成交联聚合物，受热后不能再回到可塑状态。制品不溶不熔。优点：质轻、电绝缘、耐化学腐蚀、容易成形加工等；缺点：力学性能比金属材料差，表面硬度低，大多数品种易燃，耐热性差。热塑性与热固性141.聚合物分子运动特点聚合物分子运动具有多重性。运动单元：侧基、支链、链节、链段及整个大分子等。运动方式：键长、键角的振动或扭曲；侧基、支链或链节的摇摆、旋转；分子内旋转及整个大分子的重心位移等。聚合物分子运动具有明显的松弛特性。具有时间依赖性的过程称为松弛过程。分子运动是一个速度过程，要达到一定的运动状态，提高温度和延长时间具有相同的效果，这称为时-温等效原理，或时-温转化效

25、应。142.玻璃化转变聚合物的玻璃化转变是指从玻璃态到高弹态之间的转变。从分子运动的角度看，玻璃化温度Tg是大分子链段开始运动的温度。玻璃化转变是一个松弛过程。在时间尺度不变时，凡是加速链段运动速度的因素，如大分子链柔性的增大、分子间作用力减小等结构因素，都使Tg下降。143.聚乙烯（PE）聚乙烯从1939年开始工业化生产，是目前产量最大，应用最广泛的品种。低密度聚乙烯（LDPE）在各种聚乙烯中产量最大，主要用于生产薄膜（制造食品袋、垃圾袋、地膜、大鹏膜等）；约10%用于生产注塑用品。线型低密度聚乙烯（LLDPE）主要用于生产薄膜，厚度比低密度聚乙烯更薄，制品性能更好。还用于生产扁丝，制造编织

26、袋。144.高密度聚乙烯注塑制品：工业容器、家用器皿、玩具等。中空吹塑制品：食品、药品、化妆品的包装瓶等。薄膜制品（约占20%）：大量用于食品包装。聚乙烯管材应用领域主要有：生活用水和煤气管道、农业排灌用管道以及圆珠笔内的油墨管子等。质轻、坚韧耐磨，力学性能良好，使用寿命长，施工安装简便，输送阻力小、安全可靠，铺设费用低。145.超高分子量聚乙烯（UHMWPE）可作为工程塑料在汽车、机械、原子能以及宇宙飞行等领域得到重要应用。具有优异的耐冲击和自润滑性，耐腐蚀、抗磨损、不粘着等特性。可作齿轮、轴套、滑板、储罐衬里等。催化剂决定材料性能 齐格勒 茂金属聚乙烯 韧性、透明度、热粘性、热封温度、低气

27、味方面等明显优于传统聚乙烯146.PVC，是耗石油最少的热塑性树脂。具有阻燃及较高的机械强度。PVC可以兼有两种截然不同的性能，从软质到硬质，具有不同的用途。 应用： 农用塑料制品：农地膜、渔用单丝、绳缆等； 包装材料，保鲜、防锈、防霉等，塑料编织袋、包装容器等；日用品，塑料鞋、塑料袋、人造革、塑料玩具等； 化学建材，塑钢门窗、水管、电线穿线管等。147.PS，无色透明，相对密度1.05，电绝缘性能优异，耐热性好，吸湿性低、质硬、刚性强，耐化学性好，易被染色，有良好的加工性。 应用： 世界市场上，PS主要用于包装，其次是电子、电器。发泡聚苯乙烯（EPS）质轻、隔热、防震、价廉，用于建筑和包装。

28、国内最大的市场是家电行业。国内彩色电视机外壳有60% 使用高抗冲聚苯乙烯（HIPS）。148.氟塑料是各种含氟塑料的总称。聚四氟乙烯（PTFE）。1950年首先由杜邦公司投产。有“塑料王”之称。是高结晶度聚合物，无熔融态，分解温度400 ，可在260 以下长期下使用，耐低温达-200 ，力学性能优异。光滑不粘，摩擦系数极小，具有自润滑性。耐化学腐蚀性极强，耐强酸、强碱、有机溶剂，能耐王水及沸腾的氢氟酸。具有塑料中最好的电绝缘性能。广泛用于化工机械和容器的防腐、耐磨密封、电绝缘等。四氟乙烯、六氟丙烯、三氟氯乙烯等单体149.纤维涤纶尼龙（锦纶）聚丙烯腈（腈纶、人造羊毛）150.保鲜膜性能要求保鲜

29、、保洁、自粘安全、无毒市场上的保鲜膜聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）、偏聚氯乙烯及其他材质聚氯乙烯（PVC）保鲜膜存在的问题151.聚合物光盘基片性能要求高的透光率、光学纯度、尺寸稳定性和热变形温度，较好的机械性能和加工性能、低的双折射和成本等。主要材料：聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、改性双酚A环氧树脂、非晶态聚烯烃等152.铝及铝合金铝及铝合金的特点密度低、比强度高。纯铝的密度只有2700kg/m3，仅为铁的1/3。优良的物理、化学性能。导电性能好、磁化率低、耐腐蚀等。加工性能好。铸造性能好、易于塑性变形，经热处理后还具有很高的强度。有色金属材料153.铝及铝合金合金元素的作用铝

30、中加入合金元素后，可提高合金的强度，并保持良好的加工性能。提高强度阻碍位错运动154.铜及铜合金纯铜纯铜为紫色，又称紫铜。主要用于制作电导体及配制合金。工业纯铜分为4种：T1、T2、T3、T4。编号越大，纯度越低。纯铜的强度低，不宜用作结构材料155.钛及钛合金钛及钛合金的特点密度低、比强度高，生物相容性。耐高温、耐腐蚀性能、低温韧性好等。加工条件复杂，成本较高。156.镁及镁合金纯镁的特点密度低、比强度高。纯镁的密度只有1749kg/m3，仅为铁的1/4、铝的2/3。镁的电极电位较低，抗腐蚀性能差。镁属于密排六方结构，因此塑性变形能力差。157.镁及镁合金镁合金的特点低比重：工业用材料中最轻

31、量材料（铝的2/3重）高比强度：优于钢和铝 震动吸收性好：可将震动能吸收并转化成热放出易机械加工：切削力为铝和软钢的1/2 耐冲击性好：优于铝合金和软钢电磁屏蔽性好可再生利用：有利于环境优化158.镁及镁合金21世纪的绿色工程材料159.镁的冶炼160.什么是无机非金属材料？金属材料和有机高分子材料以外的固体材料通称为无机非金属材料。主要特性：熔点高、硬度高、化学稳定性好、耐高温、耐腐蚀、耐磨损、耐氧化、弹性模量大、强度高。一般为脆性材料161.陶瓷材料的物质结构陶瓷材料的相组成晶体相晶体相是陶瓷材料最主要的组成相，主要是某些固溶体或化合物，其结构、形态、数量及分布决定了陶瓷材料的特性和应用。

32、晶体相又分为主晶相、次晶相和第三相。陶瓷中晶体相主要有含氧酸盐（硅酸盐、钛酸盐等）、氧化物（MgO、Al2O3）、非氧化物（SiC，Si3N4）等。硅氧四面体是硅酸盐陶瓷中最基本的结构单元。162.陶瓷材料的物质结构陶瓷材料的相组成玻璃相玻璃相是陶瓷材料中原子不规则排列的组成部分，其结构类似于玻璃。玻璃相的作用是：将分散的晶体相粘结起来，填充晶体之间的空隙，提高材料的致密度；降低烧成温度，加快烧结过程；阻止晶体转变、抑止晶粒长大。玻璃相对陶瓷强度、介电常数、耐热性能是不利的。163.陶瓷材料的物质结构陶瓷材料的相组成气相（气孔）陶瓷中气孔主要是坯体各成分在加热过程中单独或互相发生物理、化学作用

33、所生成的空隙。这些空隙可由玻璃相来填充，还有少部分残留下来形成气孔。气孔对陶瓷的性能是不利的。它降低材料的强度，是造成裂纹的根源。164.陶瓷材料的性能特点力学性能硬度陶瓷的硬度很高，多为1000Hv1500Hv（普通淬火钢的硬度500800Hv）。陶瓷硬度高的原因是离子晶体中离子堆积密度大、以及共价晶体中电子云的重叠程度高引起的。刚度陶瓷的刚度很高。刚度是由弹性模量衡量的，而弹性模量又反映其化学键的键能。离子键和共价键的键能都要高于金属键，因此陶瓷材料的弹性模量要高于金属材料。165.陶瓷材料的性能特点力学性能强度陶瓷材料的强度取决于键的结合力，理论强度很高。但陶瓷中由于组织的不均匀性，内部

34、杂质和各种缺陷的存在，使得陶瓷材料的实际强度要比理论强度低100多倍。陶瓷材料的强度也受晶粒大小的影响。晶粒越细，强度越高。此外，陶瓷材料一般具有优于金属材料的高温强度，高温抗蠕变能力强，且有很高的抗氧化性。常用于高温材料。166.陶瓷材料的性能特点力学性能塑性与韧性陶瓷材料的塑性和韧性较低，这是陶瓷最大的弱点。陶瓷材料受到载荷时在不发生塑性变形的情况下，就发生断裂。陶瓷内部和表面所产生的微裂纹，由于裂纹尖端的应力集中，内部裂纹在受到外应力时扩展很快，这是导致陶瓷材料断裂的根本原因。167.陶瓷材料的性能特点热学性能熔点陶瓷材料由离子键和共价键结合，因此具有较高的熔点。热容热膨胀陶瓷材料在低温

35、下热容小，在高温下热容增大。陶瓷材料的热膨胀系数小，这是由晶体结构和化学键决定的。一般为105106/K。168.陶瓷材料加工方法配料成形煅烧169.结构陶瓷材料结构陶瓷的种类氧化物结构陶瓷炭化物结构陶瓷氮化物结构陶瓷170.功能陶瓷材料什么是功能陶瓷功能陶瓷是指具有电、光、磁以及部分化学功能的多晶无机固体材料，其功能的实现主要来自于它所具有的特定的电绝缘性、半导体性、导电性、压电性、铁电性、磁性、生物适应性等171.功能陶瓷材料功能陶瓷的种类电子陶瓷超导陶瓷磁性陶瓷光学陶瓷生物陶瓷敏感陶瓷172.功能陶瓷材料电子陶瓷压电陶瓷当外力作用于晶体时，发生与应力成比例的介质极化，同时在晶体两端将出现

36、正负电荷，这种由于形变而产生的电效应，称为压电效应。反之，当在晶体上施加电场引起极化时，将产生与电场成比例的变形或压力，称之为逆压电效应。材料的压电效应取决于晶体结构的不对称性，晶体必须有极轴，才有压电效应。压电陶瓷是具有压电效应的陶瓷材料173.压电陶瓷的晶体结构随温度的变化而变化。对钛酸钡和钛酸铅，当温度高于居里温度Tc时，为立方晶体，具有对称性，无压电效应；低于Tc时，为四方晶体，具有非对称性，有压电效应。174.功能陶瓷材料压电陶瓷的应用压电陶瓷的有点是价格便宜，可以批量生产，能控制极化方向，添加不同成分，可改变压电特性。压电陶瓷可用作超声波发生源的振子或水下测声仪器上的振子；也可用作

37、声电转换器。压电陶瓷收到机械应力的作用时，由压电效应发生的电能可用于煤气灶的点火器和打火机等；压电陶瓷还可用于滤波器等。175.功能陶瓷材料磁性陶瓷什么是铁氧体？铁氧体是铁和其他金属的复合氧化物， MO-Fe2O3，M代表一价、二价金属。铁氧体属半导体，电阻率在1-1010m。由于电阻率高，涡流损失小，介质耗损低，故广泛用于高频和微波领域。磁性陶瓷主要指铁氧体铁氧体软磁铁氧体硬磁铁氧体176.功能陶瓷材料生物陶瓷的种类1。生物惰性陶瓷2。生物活性陶瓷该陶瓷的物理、化学性能稳定，在生物体内完全呈惰性状态具有优异的生物相容性，能与骨形成结合面，结合强度高，稳定性好，参与代谢。177.功能陶瓷材料生

38、物活性陶瓷1。磷酸钙陶瓷：具有生物降解性，能被人体吸收。2。生物活性玻璃陶瓷3。Na2O-K2O-MgO-CaO-SiO2-P2O5陶瓷4。BCG人工骨头178.功能陶瓷材料敏感陶瓷1。热敏电阻陶瓷指某些性能随外界条件（温度、湿度、气氛）的变化而发生改变的陶瓷材料2。压敏电阻陶瓷3。磁敏电阻陶瓷4。气敏电阻陶瓷5。湿敏电阻陶瓷179.功能陶瓷材料气敏电阻陶瓷将气体参量转化成电信号的陶瓷材料。它能以物理或化学吸附的方式吸附气体分子。气敏陶瓷有氧化铁系气敏陶瓷、氧化锌系气敏陶瓷、氧化锡系气敏陶瓷等。应用：可燃气体和毒气的检测、检漏、报警、监控等。它的 灵敏度高，对被测气体以外的气体不敏感。180.

39、功能陶瓷材料湿敏电阻陶瓷将湿度信号转化成电信号的陶瓷材料。应用：用于湿度指示、记录、预报、控制和 自动化等。MgCr2O4TiO2陶瓷ZnOCr2O3陶瓷ZnCr2O3Fe2O3陶瓷181.传统日用、建筑材料水泥什么是水泥？水泥是一种加入适量水后，成为塑性浆体的，既能在空气中硬化，又能在水中硬化的，并能把砂、石等材料牢固地胶结在一起的水硬性胶凝材料。水泥的种类硅酸盐水泥铝酸盐水泥硫铝酸盐水泥氟铝酸盐水泥火山灰水泥182.传统日用、建筑材料硅酸盐水泥原料：石灰石、黏土、铁粉、煤粉、矿化剂等CaOAl2O3SiO2Fe2O3工艺：配料粉磨成球煅烧粉磨包装183.传统日用、建筑材料硅酸盐水泥配料粉磨

40、成球煅烧矿渣水泥的生料水泥的熟料13001450度粉煤灰火山灰普通水泥矿渣水泥粉煤灰水泥火山灰水泥粉磨包装184.传统日用、建筑材料衡量水泥性质和质量的指标密度容重细度需水性凝结时间安定性强度标号水化热185.传统日用、建筑材料玻璃什么是玻璃？凡熔融体通过一定方式冷却，因黏度逐渐增加而具有固体性质与一定结构特征的非晶态物质，都称为玻璃。玻璃的种类钠钙玻璃铅玻璃硼硅酸盐玻璃石英玻璃钢化玻璃微晶玻璃彩色玻璃变色玻璃磨光玻璃磨砂玻璃压花玻璃夹层玻璃186.传统日用、建筑材料耐火材料的性能指标耐火度材料在高温下不熔化的性质。荷重软化温度指耐火材料在温度和荷重的作用下抵抗变形的能力。高温体积稳定性在高温

41、下外形体积及线度保持稳定的能力。抗热震性抗渣性在高温下，温度急剧变化不破坏的能力。抵抗熔渣或熔融液侵蚀的能力。耐真空性在真空和高温下服役的能力。187.一、填空题：陶瓷材料的晶体缺陷有 、 、 ，其中导电性与 有直接关系。陶瓷材料的 和 较低，这是陶瓷材料的最大弱点。陶瓷材料热膨胀系数小，这是由 和 决定的。 ，称为压电效应。材料的压电效应取决于晶体结构的 ，晶体必须有 ，才有压电效应。制造透明陶瓷的关键是 和 。188.简答题：1、举例说明陶瓷材料的结合键主要有哪两种，各有什么特点？ 2、陶瓷材料主要有哪些相组成，各有什么作用？ 4、简述陶瓷材料的力学性能特点。 6、什么是水泥，水泥的种类主

42、要有哪些？ 7、衡量耐火材料性能的指标主要有哪些？189.什么是复合材料？复合材料是由两种或两种以上物理、化学、力学性能不同的物质，经人工组合而成的多相固体材料。190.复合材料的种类力学复合材料功能复合材料树脂基复合材料金属基复合材料无机非金属基复合材料导电导磁复合材料阻尼吸声复合材料屏蔽功能复合材料摩擦磨损复合材料基体 材料的不同增强材料的形状分布长纤维增强复合材料短纤维/晶须颗粒强化复合材料弥散强化复合材料积层结构复合材料纤维/颗粒混杂复合材料粒度1-50微米100纳米191.复合材料的组成192.2，抗疲劳与断裂安全性能好a 基体中初始裂纹 b 裂纹扩展受阻于增强纤维纤维增强复合材料中

43、疲劳裂纹扩展过程示意图193.3，良好的减震性能1，纤维增强复合材料具有较高的自震频率，不易产生共振现象2，复合材料相界面对振动有反射和吸收作用钢、碳纤维复合材料的振动衰减特性比较194.纤维增强复合材料的纤维种类纤维增强复合材料中主要的新型纤维与晶须有：碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维以及碳化硅晶须、氧化铝晶须和氧化锌晶须等。这些纤维与晶须的主要特点是：密度低、强度高、弹性模量高、线膨胀系数小等特点。195.复合材料的基本理论1。纤维增强复合材料的复合原理假设复合材料中基体是连续的、均匀的，纤维的性质和直径都是均匀的，且平行连续排列，同时纤维与基体间的结合为理想结合，在界面上

44、不产生滑移。外载荷与纤维方向一致c=f=m则：在外载荷作用下纤维和基体处于等应变状态196.Fc=cAc = fAf mAm。c = fVfmVmEc c = EffVfEmmVm复合材料上总力等于纤维和基体受力的和Fc= Ff + Fm由于 c=f=m则 Ec = EfVfEmVm说明：F 力， 应力， 应变，E 弹性模量，A 横截面积，V 体积含量 C 复合材料， f 纤维填料，m 基体材料 1。纤维增强复合材料的复合原理197.一般复合材料的变形过程：1。纤维增强复合材料的复合原理纤维和基体均为线弹性变形纤维继续线弹性变形，基体塑性变形纤维和基体都是塑性变形随纤维断裂，复合材料断裂198.复合材料的基本理论颗粒增强颗粒增强复合材料是指由高强度、高弹性模量的颗粒作增强体与韧性基体或脆性基体经一定工艺复合而成的多相材料。纳米微细硬颗粒弥散增强，微米颗粒增强。颗粒增强复合材料的种类：199.颗粒增强复合材料的机理： 根据颗粒的尺寸大小，可分为弥散增强复合材料和真正颗粒增强复合材料。前者通常是指尺寸为纳米数量级的微细硬颗粒弥散分布在基体中；后者是指微米数量级的颗粒增强的复合材料。纯颗粒增强在这种复合材料中，颗粒不是通过阻碍位错运动使材料强化，而是借助于限制颗粒临近基体的运动，约束基体的变形来达到强化目的的