材料科学导论(二)

1、材料科学导论(do ln) Introduction of Material Sciences共四十八页中国海洋大学材料(cilio)学院材料科学导论(do ln)材料科学导论第一章 绪论第二章 材料学的基本知识第三章 金属材料第四章 无机非金属材料第五章 高分子材料共四十八页中国(zhn u)海洋大学材料学院材料科学导论(do ln)第二章 材料学的基本知识 第一节 材料的定义第二节 材料的分类第三节 材料的结构第四节 材料的力学性能指标第五节 材料的其他性能共四十八页中国海洋大学材料(cilio)学院材料科学导论(do ln)第一节 材料的定义什么是材料？ 现代科学技术的三大支柱能源、材料

2、、信息，其中材料是基础。 材料的研究、开发与应用反映着一个国家的科学技术与工业水平，关系着国家的综合国力与安全。共四十八页中国(zhn u)海洋大学材料学院材料科学导论(do ln)第一节 材料的定义国内外3部大型辞书对材料的定义：Longman Dictionary： anything from which something is or may be made。Oxford Advanced Learners English-Chinese Dictionary： that of which something can be made or which something is done。

3、共四十八页中国海洋大学材料(cilio)学院材料科学导论(do ln)第一节 材料的定义国内外3部大型辞书对材料的定义： 辞海：人们把自然界经过开采而获得的劳动对象称为原料。自然界自然存在而未经过人类任何劳动输入的就不能称为原料。例如，开采出来的矿物是冶金的原料，种植出来的小麦是制造面粉的原料，单采掘工业中就没有原料。在加工工业中，一般把来自采掘工业和农业的劳动对象称为原料，把经过工业加工的原料（如钢铁、水泥）称为材料。材料和原料合成为原材料。共四十八页中国(zhn u)海洋大学材料学院材料科学导论(do ln)第一节 材料的定义VOA慢速英语1500基础单词例句material (1) th

4、e substance, substances or matter of which something is made or from which something can be made, such as wood, cloth or stone; (2) anything that can be made into something else共四十八页中国(zhn u)海洋大学材料学院材料科学导论(do ln)第一节 材料的定义Wikipedia(维基百科 ), the free encyclopedia： Material is synonymous with substance,

5、 and is anything made of matter hydrogen, air and water are all examples of materials. Sometimes the term material is used more narrowly to refer to substances or components with certain physical properties that are used as inputs to production or manufacturing. In this sense, materials are the part

6、s required to make something else, from buildings and art to stars and computers.共四十八页中国海洋大学材料(cilio)学院材料科学导论(do ln)第一节 材料的定义/home.php?mod=space&uid=249679&do=blog&id=453785共四十八页中国(zhn u)海洋大学材料学院材料科学导论(do ln)第一节 材料的定义辞海定义可以总结为：经过人类劳动而取得的劳动对象称为原料，经过二次加工的原料称为材料。经过人类劳动获得的、在进一步的加工过程中仍然保持原质的劳动对象称为材料。材料的定

7、义是“可以用来直接制造有用物件、构件或器件的物质”。共四十八页中国(zhn u)海洋大学材料学院材料科学导论(do ln)第一节 材料的定义材料科学是从事对材料本质的发现、分析、认识、设计及控制方面的理论体系。其目的在于揭示材料的行为，给予材料属性的描述或建立模型，以及解释组成结构与性能间的联系。什么是材料科学？共四十八页中国海洋大学材料(cilio)学院材料科学导论(do ln)第二节 材料的分类按物态划分：气态、液态和固态。按组成和结合健性质：金属材料、无机非金属材料、高分子材料。按材料的功能：结构材料、功能材料。按使用领域：建筑材料、电子材料、医用材料、仪表材料、能源材料等。共四十八页中

8、国(zhn u)海洋大学材料学院材料科学导论(do ln)结构材料（Structural material）：以力学性能，如受力形变、脆性断裂和强度等作为应用性能，如制造工具、机器、车辆用的钢铁材料，建筑房屋、桥梁和铁路用的混凝土材料。这些材料都具有抵抗外力作用而保持自己的形状、结构不变的优良力学性能。功能材料（Functional material）：此概念1965年由美国贝尔研究所的J.A.Morton博士提出，现已被各国材料界重视和接受。其定义是：具有优良的电学、磁学、光学、热学、声学、力学、化学和生物学功能及相互转化的性能，被用于非结构目的的高技术材料。第二节 材料的分类共四十八页中国

9、海洋大学材料(cilio)学院材料科学导论(do ln)第二节 材料的分类 图1-5 价键四面体共四十八页中国(zhn u)海洋大学材料学院材料科学导论(do ln)第三节 材料的结构 一、结构研究的内容二、材料的结构层次共四十八页中国海洋大学材料(cilio)学院材料科学导论(do ln)第三节 材料的结构 一、结构研究的内容化学组成：原子、分子、离子等存在量的信息连接方式：化学键、分子间作用力、机械连接等相互作用信息空间分布：晶体类型、分子取向（？）结构尺寸：分子尺寸、晶胞尺寸、微观结构尺寸、宏观结构尺寸界面状态：物理状态、化学状态共四十八页中国海洋大学材料(cilio)学院材料科学导论(

10、do ln)第三节 材料的结构 二、材料的结构层次 材料的元素组成材料的分子结构材料的超分子结构（凝聚态结构）材料的晶体结构（聚集态结构）材料的相态结构材料的宏观结构（物理结构）共四十八页中国(zhn u)海洋大学材料学院材料科学导论(do ln)二、材料的结构层次 1、材料的元素组成：组成材料的元素种类和相对数量共四十八页中国(zhn u)海洋大学材料学院材料科学导论(do ln)二、材料的结构层次 什么是化学键？有几种类型？2、材料的分子结构：元素的排列和结合形式，即价键结构（化学键、物理键、氢键）共四十八页中国海洋大学材料(cilio)学院材料科学导论(do ln)二、材料的结构层次 什

11、么是物理键？包括：静电力(electrostatic)、 诱导力(induction)（引导作用） 色散力(dispersive force)系次价键，不如化学键强大，但能很大程度改变材料性质 范德华力Van der waals bonding2、材料的分子结构：元素的排列和结合形式，即价键结构（化学键、物理键、氢键）共四十八页中国(zhn u)海洋大学材料学院材料科学导论(do ln)二、材料的结构层次 2、材料的分子结构：元素的排列和结合形式，即价键结构（化学键、物理键、氢键）什么是氢键？介于化学键与物理键之间，具有饱和性是极性分子键，存在于HF、H2O、NH3中。在高分子中占重要地位，氢

12、原子中唯一的电子被其它原子所共有（共价键结合），裸露原子核将与近邻分子的负端相互吸引氢桥氢键（Hydrogen bonding）共四十八页中国(zhn u)海洋大学材料学院材料科学导论(do ln)二、材料的结构层次 共四十八页中国(zhn u)海洋大学材料学院材料科学导论(do ln)二、材料的结构层次 3、材料的晶体结构（聚集态结构）：原子、离子或分子的堆积和排列方式晶胞晶胞是晶体的最小单位，代表晶体结构的基本重复单位。晶胞参数用于描述晶胞的夹角和边长等参数。共四十八页中国(zhn u)海洋大学材料学院材料科学导论(do ln)晶系晶系边长夹角晶体实例立方晶系a = b = c=90NaC

13、l三方晶系a = b = c=90Al2O3四方晶系a = bc=90SnO2六方晶系a = bc=90, =120AgI正交晶系abc=90HgCl2单斜晶系abc=90, 90KClO3三斜晶系abc90CuSO45H2O二、材料的结构层次 按晶胞参数的差异将晶体分成7种晶系共四十八页中国(zhn u)海洋大学材料学院材料科学导论(do ln)按带心型式将7大晶系分为14种型式二、材料的结构层次 空间格子立方晶系四方晶系正交晶系六方晶系三方晶系（菱形晶系）单斜晶系三斜晶系例如，立方晶系分为简单立方、体心立方和面心立方三种型式。共四十八页中国海洋大学材料(cilio)学院材料科学导论(do

14、ln)二、材料的结构层次 体心立方面心立方共四十八页中国(zhn u)海洋大学材料学院材料科学导论(do ln)二、材料的结构层次 4、材料的超分子结构（凝聚态结构）： 晶态结构、非晶态结构、取向结构、液晶结构、合金结构和分子构象等5、材料的相态结构：不同相界面的结构关系及性质6、材料的宏观结构（物理结构）：材料的宏观形态共四十八页中国海洋大学材料(cilio)学院材料科学导论(do ln)第四节 材料的力学性能指标一、材料基本受力形式 二、材料的基本力学性能三、材料的其他力学性能共四十八页中国(zhn u)海洋大学材料学院材料科学导论(do ln)材料有哪些基本受力形式？一、材料基本受力形式

15、第四节 材料的力学性能指标拉力压力弯曲力剪切力摩擦力（剪切力）弯曲力如拧弯折共四十八页中国海洋大学材料(cilio)学院材料科学导论(do ln)二、材料的基本力学性能第四节 材料的力学性能指标1、强度2、硬度3、弹性4、韧性5、塑性指材料在外力作用下，抵抗永久变形和断裂的能力指材料在外力作用下变形，外力消除后恢复原来形状的能力指材料在外力作用下发生永久变形的能力指材料抵抗塑性变形和断裂的能力指材料抵抗局部塑性变形的能力共四十八页中国(zhn u)海洋大学材料学院材料科学导论(do ln)材料的基本力学性能包括抗拉、抗压、抗扭、抗弯、抗剪等性能抗拉伸、抗压缩、抗扭转、抗弯曲、抗剪切共四十八页中

16、国海洋大学材料(cilio)学院材料科学导论(do ln)抗拉强度：材料承受拉伸载荷时，断裂前单位面积上承受的最大应力（设计实验注意突变后有到o的变化趋势）抗弯强度：材料承受弯曲载荷时，断裂前单位面积上承受的最大应力抗压强度：材料承受压缩载荷时，断裂前单位面积上承受的最大应力抗剪强度：材料承受剪切载荷时，断裂前单位面积上承受的最大应力强度指材料在外力作用下，抵抗变形和断裂的能力共四十八页中国海洋大学材料(cilio)学院材料科学导论(do ln)强度指材料在外力作用下，抵抗变形和断裂的能力蠕变性能是指在恒温、恒压下发生塑性变形的能力，用蠕变极限表示。抗扭强度：材料承受扭转载荷时，断裂前单位面积

17、上承受的最大应力屈服强度：材料承受载荷时，发生永久变形时的临界应力蠕变强度：材料在一定时间和温度下，发生规定蠕变量或蠕变速度时的应力值（类比到和面）疲劳强度：指材料抵抗连续交变应力的能力，无限次作用不发生断裂的应力，用疲劳极限或持久极限表示(类比沃铁丝)共四十八页中国(zhn u)海洋大学材料学院材料科学导论(do ln)强度指材料在外力作用下，抵抗变形和断裂的能力抗扭强度抗压强度抗剪强度共四十八页中国海洋大学材料(cilio)学院材料科学导论(do ln)硬度指材料抵抗局部塑性变形的能力布氏硬度：把淬火钢球压入材料，测量压痕面积洛氏硬度：把金刚石或淬火钢球压入材料，测量压痕深度维氏硬度：把四

18、棱锥体金刚石头压入材料，测量压痕面积肖氏硬度：将一定质量的钢球，在一定高度下落撞击材料，测量回弹高度共四十八页中国海洋大学材料(cilio)学院材料科学导论(do ln)硬度指材料抵抗局部塑性变形的能力布氏硬度维氏硬度洛氏硬度肖氏硬度共四十八页中国(zhn u)海洋大学材料学院材料科学导论(do ln)硬度指材料抵抗局部塑性变形的能力洛氏硬度共四十八页中国(zhn u)海洋大学材料学院材料科学导论(do ln)硬度指材料抵抗局部塑性变形的能力莫氏硬度是以材料抵抗刻划的能力作为衡量硬度的依据划痕硬度试验法共四十八页中国(zhn u)海洋大学材料学院材料科学导论(do ln)三、材料的其他力学性能

19、第四节 材料的力学性能指标 指在指定疲劳寿命（不需破坏）下，材料能承受的上限循环应力。分为对称循环疲劳强度和不对称循环疲劳强度。应力包括弯曲、拉伸和扭转等。两人跑步一人累一人不累，就是疲劳性能不同。1、材料的疲劳性能指标共四十八页中国(zhn u)海洋大学材料学院材料科学导论(do ln)三、材料的其他力学性能第四节 材料的力学性能指标 磨损是指在摩擦作用下，材料表面逐渐损伤的现象。 材料的磨损性能用与标准材料的磨损量之比表示。2、材料的磨损指标（应用于汽车刹车片）共四十八页中国海洋大学材料(cilio)学院材料科学导论(do ln)三、材料的其他力学性能第四节 材料的力学性能指标 主要指材料

20、在高温下力学性能的变化。包括高温蠕变性能，高温硬度，高温强度等。3、材料的高温性能共四十八页中国海洋大学材料(cilio)学院材料科学导论(do ln)第五节 材料的其他性能一、材料的热学性能二、材料的磁学性能三、材料的电学性能 四、材料的光学性能 五、材料的腐蚀性能 六、材料的老化 共四十八页中国海洋大学材料(cilio)学院材料科学导论(do ln)第五节 材料的其他性能一、材料的热学性能1. 材料的热容：表示材料吸收热量的能力，用单位质量材料温度升高1度所吸收的热量表示（应用于建筑行业）2. 材料的热膨胀：表示材料受热后外型尺寸变化的程度，用膨胀系数表示（温控开关）3. 材料的热传导：表

21、示材料的传热能力，用热导率表示，（单位截面积、单位温度梯度，单位时间传导的热量）共四十八页中国海洋大学材料(cilio)学院材料科学导论(do ln)第五节 材料的其他性能二、材料的磁学性能1. 材料的磁性：材料内部电子自旋磁矩（电子高速旋转形成的磁场）的矢量和，当其不为零时表示有磁性。2. 材料的磁化：材料在磁场内部，产生磁性称为磁化，分为诱导磁化和永久磁化。3. 材料的顺磁性：能够使磁场增强的材料4. 材料的抗磁性：能够使磁场减弱的材料共四十八页中国(zhn u)海洋大学材料学院材料科学导论(do ln)第五节 材料的其他性能三、材料的电学性能 材料的导电性能：指材料在电场作用下传导电流的能力，根据导电能力分为绝缘体材料，半导体材料和导电材料。（LED背光材料）2. 材料的压电和热电性能：指在施加电压的情况下材料变形或放热，或者在施加压力或加热的情况下电压变化的能力，是一种能量转换形式。3. 材料的介电性能：材料