材料化学第1讲VIP

《材料化学》MaterialsChemistryTeacher:罗春华E-mail:lch197919@163.com1《材料化学》参考书中山大学：曾兆华，杨建文编著，化学工业出版社，2008北师大：李奇，陈光巨编著，高等教育出版社，2004上海交大，19972曾兆华3上海交大，19974上海交大，199756《材料化学》由赵志凤、毕建聪、宿辉主编，全书共分9章，主要介绍材料化学这一新兴分支学科的理论基础、学科内容、材料的应用及其研究进展情况。内容包括：材料的晶体学基础、材料中的结构缺陷、材料的制备方法、材料结构与性能的关系、材料表面化学、无机非金属材料、金属材料、高分子材料、复合材料等。内容翔实，并注意反映材料科学领域中的新成就、新进展，使读者能较系统地、全面地了解材料化学的全貌和发展方向。《材料化学》可作为材料学及化学相关专业的本科生教材，也可供从事材料研究与生产的工程技术人员参考。7PrefaceChapter1WHATISMATERIALSCHEMISTRY?Chapter2SOLIDSTATECHEMISTRYChapter3METALSChapter4SEMICONDUCTORSChapter5POLYMERICMATERLALSChapter6NANOMATERIALSChapter7MATERIALSCHARACTERIZAIONAPPENDIXAAPPENDIXBAPPENDIXCINDEX

本书从结构-特性处理的角度出发，探讨了无机、有机、纳米材料等课题，在广度和深度上基本涵盖了在当今飞速发展的材料科学领域。第2版自始至终为读者继续呈现突破创新和实际应用的视角。在扼要地定义材料化学和其发展史之后，全书7章逐一讨论了固态化学、金属、半导体材料、有机"软"材料、纳米材料和材料的性能等内容。本版本得到了全新的升级和扩展，例如，新增加"软平版印刷术"模型、"点击化学"聚合反应、纳米毒性、石墨烯以及许多生物材料应用等内容，特别是聚合物和"软"材料部分得到了更大的补充。8以材料化学命名的顶级杂志ChemistryofMaterials美国化学会（ACS）1989年创刊

JournalofMaterialsChemistry英国皇家化学会（RSC）1991年创刊，2013年分A，B，CA:Materialsforenergyandsustainability

B:Materialsforbiologyandmedicine

C:Materialsforopticalandelectronicdevices

9与材料化学相关的顶级杂志10材料化学学科归属本科专业目录0703化学类070301化学070302应用化学（注：可授理学或工学学士学位）0804材料类080401材料科学与工程080402材料物理（注：可授工学或理学学士学位）080403材料化学（注：可授工学或理学学士学位）080404冶金工程080405金属材料工程080406无机非金属材料工程080407高分子材料与工程080408复合材料与工程0813化工与制药类081301化学工程与工艺081302制药工程11材料化学学科归属0703化学070301无机化学070302分析化学070303有机化学070304物理化学（含化学物理）070305高分子化学与物理0805材料科学与工程080501材料物理与化学080502材料学080503材料加工工程0817化学工程与技术081701化学工程081702化学工艺081703生物化工081704应用化学081705工业催化硕博士专业目录12《材料化学》成绩考核平时成绩（30%）：作业-30%（6-8次），平时出勤与纪律-25%（8-10次），课堂讨论-15%，观后感-15%，期中考试-15%期末考试成绩（70%）13第一章绪论1.1 基本概念1.2 材料的发展概况1.3材料的重要性1.4材料的分类1.5 材料化学的特点1.6 材料化学的在各个领域的应用1.7 材料化学的主要内容Chapter1Introduction材料与化学14Chapter1Introduction“材料是人类文明的物质基础”

材料、能源、信息为当代技术的三大支柱，而材料又是能源和信息工业技术的物质基础。天然化石能源的有效利用，新能源的开发，信息工程中的信息采集、处理和执行等都是需要各种功能材料。因此新材料的发明、应用和开发往往是人类社会文明发展进程的里程碑。

旧石器时代新石器时代陶器时代青铜器时代铁器时代某一类材料的特征及其广泛应用就是人类文明史各个阶段的一种标志例如焦炭和钢铁的生产开始了资本主义的工业革命；石油的催化裂解促进了塑胶工业；而一些智能材料的发明和应用开辟了信息时代。从现代科技发展史来看，一种新的固态化合物的合成，它的功能特性的发现和实际应用，往往可以导致一个新的科技领域的产生和一种新产业的兴起。引言15Chapter1Introduction我们现在所处的时代应该称为什么时代？钢硅塑料合成材料半导体精密陶瓷复合材料纳米材料……16Chapter1Introduction当代，材料成为了一个新的独立的科学门类。这个新学科与物理、化学、力学、机械、冶金、化工等传统科学门类水乳交融，但是具有其独特的鲜明的个性。也正是因为与各个传统科学门类水乳交融，材料学科在不同的场合就被划分成了材料物理、材料化学、材料力学、材料工程学等4个主要分支。17Chapter1Introduction

本课程所涉及的内容就属于材料化学这一分支。而在本课程的绪论中，我们将首先明确几个相关的名词：材料材料科学材料化学181.1 基本概念Chapter1Introduction(1)什么是材料？材料（Materials）是可以用来制造有用的构件、器件或物品的物质（Matter）；具有使其能够用于机械、结构、设备和产品的性质的物质，是组成生产工具的物质基础。材料首先是一种物质，这种物质具有一定的性能（performance）、或功能（function），从而为人们所使用；材料则一般可重复、持续使用，除了正常损耗，材料不会不可逆的转化成别的物质。材料不同于化学试剂（chemicals），它和试剂是有区别的，试剂在使用过程中通常被消耗掉并转化成别的物质。水是材料？冰是材料？191.1 基本概念Chapter1Introduction(2)材料科学

20世纪对于材料的发展历史来说是一个值得大书特书的时期。20世纪科学技术领域一系列惊人的重大发现导致了原子能、航空航天、激光、信息、能源等领域的巨大变化，而这些巨大变化则有力地促进了材料的发展，使得材料在20世纪中叶发生了一次“革命性”的飞跃，这个飞跃的标志就是“材料科学”的形成。

20世纪中叶的几项成果：

超音速飞机(镍基超级合金)

计算机(晶体管、半导体)

航天飞机(高温结构陶瓷)20一个示例：哥伦比亚空难与材料

“哥伦比亚号”是航天飞机第一次在即将着陆时发生的灾难。空难发生后，由美国国家航空航天局（NationalAeronauticsandSpaceAdministration，NASA）组成了由材料和工艺工程师及科学家组成的调查组对飞机残骸进行了重组、残骸材料的冶金分析以及模拟试验，分析了航天飞机爆炸的原因。“哥伦比亚号”航天飞机的爆炸，震惊了世人，同时也引起了人们对材料的关注，材料分析揭开了哥伦比亚空难之谜。Chapter1Introduction21一个示例：哥伦比亚空难与材料

这张照片是在哥伦比亚号返回地球的11天前拍摄并传回的，通过哥伦比亚号上随机安装的一架照相机拍摄。升空时，从燃料箱脚架处掉下的一块隔热泡沫砸到左翼碳／碳复合材料面板下半部附近造成裂缝。而后高温热离子流穿过此处，使机翼铝合金、铁基合金、钠基合金结构熔化，导致航天飞机失控、机翼破坏和机体解体。Chapter1Introduction22材料科学研究的内容合成与制备SynthesisandFabrication结构Structures性能Properties效能与功能PerformanceChapter1Introduction23Chapter1Introduction简而言之，材料科学就是研究各种材料的成分与结构、合成与制备加工工艺、性能以及材料在服役过程中的表现这四个方面之间相互关系的科学。成分与结构、合成与制备加工工艺、性能以及材料在服役过程中的表现是材料科学的四个基本要素。材料科学研究的目的则是在这四个基本要素方面进行不懈地努力，以期使材料的发展更好地为人类社会的进步服务。新方法、新结构、新性能、新应用是发展新材料以及材料科学研究的永恒主题。241.1 基本概念Chapter1Introduction(3)材料化学材料化学，顾名思义，应该是与材料相关的化学学科的一个分支，是材料科学的一个重要组成部分，在化学学科中通常也称为“固体化学”。材料化学介绍的是从化学角度来进行材料科学研究所需要的基本知识。材料中原子、离子或分子的排列方式、不同组成间的化学反应等材料制备工艺过程中的化学问题材料的化学性质以及其他各类性质中的化学因素环境对材料的影响(例如腐蚀)251.1 基本概念Chapter1Introduction(4)化学与材料的区别

化学是关于物质的组成、结构和性质以及物质相互转变的一门科学。很明显，材料与化学的对象都是物质，材料注重的是物质宏观方面的研究，化学则是关注原子－分子水平的相互作用。把这两者结合起来，可以从分子的微观水平到宏观尺度认识结构与性能的关系，从而调节改良材料的组成、结构和合成技术及相关的分析技术，并发展出新型的具有优异性质与性能的先进材料。26Chapter1Introduction化学与材料亲密接触的历史人类第一个化学上的发现是火，这是公元前50万年左右的事情。而人类第一次真正有意识地创造发明的自然界并不存在的“新材料”陶器就是在火的帮助下制造出来的。在烧制陶器的过程中人类又还原出了金属铜和锡，发明了炼铜技术，从而把历史推进了青铜器时代。27Chapter1Introduction化学与材料亲密接触的历史我国的四大发明中至少有两项是化学和材料的结合体通过蒸煮草木灰把植物中的纤维物质提炼出来制成了纸浆；一磺二硝三木炭的组合则生成了火药。

S+2KNO3+3C=N2↑+3CO2↑+K2S+169千卡28现代的材料科学就是一种“炼金术”，它能变魔术般地以90多种元素为原料，从理论研究、应用，到制造成虽然不是金子但是却有可能比金子更为人类所需、更有价值、更加珍贵的新物质。18世纪末分析化学的发展使得人们第一次认识到钢中存在有碳原子，而且碳原子在决定钢的性质方面起着十分关键的作用，从而促使人们开始从材料的组成角度来研究材料。20世纪初开始出现的合成材料就是在有机化学发展的基础上诞生的。元素周期表的发现及其对材料科学的影响进入到近代后，化学开始有意识地向材料靠拢，并且逐渐地在理解材料的结构和性能方面发挥着越来越重要的作用。Chapter1Introduction29Chapter1Introduction材料化学的定义材料化学是材料和化学两者结合的产物，是关于材料的结构、性能、制备和应用的化学，它是从分子水平到宏观尺度认识结构与性能的关系，从而调节改良材料的组成、结构和合成技术及相关的分析技术，并发展出新型的具有优异性质与性能的先进材料。301.2

材料的发展概况材料的发现、发展和应用是人类文明的标志几乎所有的物质都可以称为是材料什么样的材料值得我们关注？并不是所有的材料都能引起人们的广泛关注那么下一个问题就是先来看看材料的发展历史……Chapter1Introduction材料的发展历史石器—陶器—青铜器—铁器—高分子材料—复合材料311.2

材料的发展概况材料的发现、发展和应用是人类文明的标志群居洞穴的猿人通过简单加工获得石器以狩猎、护身和生存。旧石器时代：这段文化时期，最早开始于大约750,000年以前的以狩猎和打制石器工具为主。新石器时代：属于或同始于大约公元前10,000年中东及后来其它一些地方的文化时期相关，以农业发展和磨制石具的制作为特征。Chapter1Introduction321.2

材料的发展概况材料的发现、发展和应用是人类文明的标志随着对石器加工制作水平的提高，出现了原始手工业如制陶和纺织Chapter1Introduction新石器时期马家窑式水纹彩陶钵新石器时期半山式菱形点纹壶→→Pottery新石器时代(公元前6000年～公元前5000年)，中华民族的先人们用粘土烧制成陶器。33

China瓷器——中国文化的象征最早生产瓷器的国家。东汉时期发明了瓷器。于9世纪传到非洲东部和阿拉伯国家，13世纪传到日本，15世纪传到欧洲。瓷器成为中国文化的象征，对世界文明产生了极大的影响。

中国瓷器畅销全球，名誉四海。瓷器

Chapter1Introduction34唐三彩鸳鸯壶

一种低温铅釉的陶器，采用黄、绿、褐等色釉在器皿构成花朵、斑点或不规则的几何纹等，色彩斑斓的色釉装饰。虽称为三彩，实际上并不限于三种色彩，往往采用二次烧成法，第一次素烧，温度约在摄氏一千度左右，烧成坯胎；第二次在素胎上施釉，另行釉烧而温度八百度。Chapter1Introduction→→China35Chapter1IntroductionChinaChina康熙黄釉盖罐

乾隆茶叶末六连瓶

361.2

材料的发展概况材料的发现、发展和应用是人类文明的标志青铜时代大约源于4000~5000年前。青铜是铜锡铝等元素组成的合金，与纯铜相比，青铜熔点低，硬度高，比石器易制作且耐用。青铜器大大促进了农业和手工业的出现。Chapter1Introduction37我国劳动人民创造了灿烂的青铜文化

夏朝(公元前2140年始)以前我国青铜的冶炼就开始。

殷、西周时期已发展到很高的水平。制造各种工具、食器、兵器。

●从河南安阳晚商遗址出土的司母戊鼎重8750N,长1.33m、宽0.78m、高1.10m。是迄今世界上最古老的大型青铜器。司母戊鼎兵器Chapter1Introduction38

●从湖北隋县出土的战国青铜编钟共计六十四枚，分三层悬挂。造型壮观、音频准确。铸造精美，音律齐全，音域宽广，音色和美，乐律铭文珍贵。是我国古代文化艺术高度发达的见证。

编钟Chapter1Introduction39

●世界上最古老的青铜成分的文字记载春秋战国时期《周礼·考工记》：六分其金而锡居一，谓之钟鼎之齐(剂）；五分其金而锡居一，谓之斧斤之齐；四分其金而锡居一，谓之戈戟之齐；三分其金而锡居一，谓之大刃之齐；五分其金而锡居二，谓之削杀矢之齐；金、锡半，谓之鉴燧之齐。我们的祖先已经认识到了青铜的成分、性能与应用之间的密切关系。Chapter1Introduction401.2

材料的发展概况材料的发现、发展和应用是人类文明的标志（3）铁器时代被认为是始于2000多年前，由铁制作的农具、手工工具及各种兵器得以广泛应用，大大促进了当时社会的发展。Chapter1Introduction411.2

材料的发展概况材料的发现、发展和应用是人类文明的标志Chapter1Introduction42早期：纯粹凭经验工艺。近现代：

基本化学原理

物质微结构性能优良而价值更高的材料高性能碳钢和合金钢钢制品精炼工艺技术Chapter1Introduction43

我国铁器的生产和应用

●青秋战国时期(公元前770年～公元前221年)开始大量使用铁器。

从兴隆战国铁器遗址中发掘出了浇铸农具用的铁模。冶铸技术已由泥砂造型水平进入铁模铸造的高级阶段。

Chapter1Introduction44

●西汉时期炼铁技术提高采用煤作为炼铁的燃料，比欧洲早1700多年。在河南巩县汉代冶铁遗址中，发掘出20多座冶铁炉和锻炉。炉型庞大，结构复杂，并有鼓风装置和铸造坑。生产规模壮观。

铁人黄河镇河大铁牛(唐开元12年铸)Chapter1Introduction45

●我国古代创造了三种炼钢方法

●从矿石中直接炼出自然钢。用这种钢做的剑在东方各国享有盛誉，东汉时传入了欧洲；

●西汉时期的经过“百次”冶炼锻打的百炼钢；

●南北朝时期生产的灌钢。先炼铁后炼钢的两步炼钢技术我国要比其它国家早1600多年。Chapter1Introduction46●钢的热处理技术达到相当高的水平

●西汉《史记·天官书》：淬火工艺要点

“水与火合为淬”钢铁生产工具的发展，对社会进步起了巨大的推动作用。

●《汉书·王褒传》：制剑技术

“巧冶铸干将之朴，清水淬其锋”

●明代科学家宋应星《天工开物》:

论述钢铁的退火、淬火、渗碳工艺。Chapter1Introduction471.2

材料的发展概况材料的发现、发展和应用是人类文明的标志钢铁、水泥等材料的出现和广泛应用，人类社会开始从农业和手工业社会进入了工业社会。上世纪半导体硅、高集成芯片的出现和广泛应用，则把人类由工业社会推向信息和知识经济社会。Chapter1Introduction化学的发展往往导致材料技术的实质性进步。在新材料的研发和材料工艺的发展中，化学一直担当着关键的角色。合成高分子（二十世纪初）纳米材料（二十世纪80年代）48

新材料新工艺迅速发展

在当代，科学技术和生产飞跃发展。材料、能源与信息作为现代社会和现代技术的三大支柱，发展格外迅猛。

●高分子材料迅速发展从20世纪60年代到70年代，高分子材料每年以14％的速度增长。到70年代中期，全世界的高分子材料和钢的体积产量已经相等；

涤纶安全带尼龙齿轮

高分子材料用作结构材料代替钢铁外，目前正在研究和开发具有良好导电性能和耐高温的高分子材料。1.2

材料的发展概况材料的发现、发展和应用是人类文明的标志Chapter1Introduction49

●陶瓷材料引人注目

陶瓷材料已用于制造机器零件和工程结构。陶瓷具有许多特殊性能作为重要的功能材料(例如可作光导纤维、激光晶体等)。陶瓷脆性和抗热震性正在逐步获得改善，是最有前途的高温结构材料。耐磨陶瓷绝缘陶瓷Chapter1Introduction50

●复合材料前途广阔

技术和工业的发展对材料性能提出越来越高的要求。单一材料不能满足某些使用要求。复合材料越来越得到人们的重视。

玻璃纤维树脂复合材料碳纤维树脂复合材料在航空航天工业中用于制造卫星壳体、飞机机身、螺旋桨等；玻璃钢赛车壳体在交通运输工业中制造汽车车身、轻型船艇等；在石油化工工业中制造耐酸、耐碱、耐油容器、管道等。玻璃钢储液罐Chapter1Introduction51●功能材料发展很快（新设有功能材料本科专业）

超导材料、磁性材料、形状记忆材料、信息材料等各种功能材料有很大的发展。

光缆磁浮列车（时速430公里）Chapter1Introduction52

我国在新材料新工艺的研究和应用方面取得重大成果

●研制成功性能优越、用途广泛的新型结构钢—贝氏体钢；

●研制出零电阻温度为128.7K的Tl-Ca-Ba-Cu-O超导体(铊系超导体)；

镁铝合金叶轮镁铝合金手机壳

●镁铝合金的开发和应用研究取得重大成果。Chapter1Introduction53●材料快速成型技术和材料表面处理技术在我国得到迅速发展。●激光表面淬火、激光熔涂技术已在汽车发动机缸套、凸轮轴、纺织用锭杆等零件的表面强化上得到应用。

分层实体快速成形减速机箱体原型熔融沉积快速成形叶轮原型

●化学气相沉积技术制造高硬度、高耐磨性的金黄色TiN薄膜,用于耐磨零件和装饰件的表面处理。Chapter1Introduction54

●我国汽车工业发展迅猛。

汽车材料需求迅速增加。除金属材料外，高分子材料、陶瓷材料、复合材料在汽车中得到重要应用。新型轿车电动汽车Chapter1Introduction55

●航空、航天事业迅速崛起，带动航空、航天材料的发展。

1966年我国成功发射人造卫星。

人造卫星

1999年我国载人航天工程试验飞船“神舟”一号飞行成功。

2003年中国第一艘载人飞船“神舟”五号飞行成功。

2005年中国第二艘载人飞船“神舟”六号飞行成功。2011年中国第一个目标飞行器和空间实验室“天宫”一号成功发射。

2011年11月3日实现与神舟八号飞船的对接任务。2012年6月18日与神舟九号对接成功。神舟十号飞船也在2013年6月13日与天宫一号完成自动交会对接。神舟”五号飞行成功

Chapter1Introduction模拟图：神州八号与天宫一号（左）对接

56

研制成功超7隐形战斗机，2003年8月30日首飞成功。研制成功歼7E、歼10战斗机等。加强了国防力量。超7隐形战斗机歼7E战斗机

Chapter1Introduction歼10战斗机2003，成飞1990，沈飞1998，成飞，三代机第四代隐形战机歼-202011，成飞第二款隐形战机歼-312011，沈飞歼-15S舰载机2012，沈飞

空警3000预警机2013，第二代，西飞空警2000预警机2003，第一代，西飞

57●研制潜艇、导弹核潜艇，航母，加强海军力量。导弹核潜艇

1983年8月加入海军服役。装有12枚两级弹道导弹。

常规动力攻击潜艇导弹核潜艇Chapter1Introduction常规动力攻击潜艇

1999年5月首艇交付海军使用。装有潜舰导弹，是我国海军装备的最新一代国产常规动力攻击潜艇。2012年9月25日，中国第一艘航母“辽宁号”，交付予中国人民解放军海军58新型碳材料的研究方面取得许多新的成果，利用碳纳米管作为衬底,制备出均匀、致密的金刚石薄膜，并用碳纳米管作为晶须增强复合材料，制作纳米复合材料。●碳纳米管的研究取得新成果碳纳米管碳纳米管的结构Chapter1Introduction591.3

材料的重要性（1）水环境治理——膜材料科学技术；（2）服侍、鞋袜；（3）眼镜；（4）建筑材料；（5）飞机、航天工业等。Chapter1Introduction601.3

材料的重要性一个示例：隐形飞机与材料

所谓隐形是指不易被雷达或红外线、可见光、声探测等传感器发现。隐形飞机之所以能够隐形，主要是综合采用了隐身外形技术、隐身材料技术、红外线抑制和干扰技术、声波隐身技术以及微电子技术等，具有降低其在雷达屏幕上的特征、压制噪声、减弱飞机红外图像特征、抑制无线电信号传输等性能。Chapter1Introduction611.3

材料的重要性一个示例：隐形飞机与材料

隐形武器由于其科技含量高，对材料要求苛刻，研制费用异常高。美国的F-117A隐形飞机单价为1.1亿美元，B-2隐形轰炸机单价更高达5.3亿美元，比与机体等重量的黄金价值还要高。目前，美国以4000亿美元的天价，已研制出了一种集“隐形、敏捷、高速”为一体的F-35新型隐形战机。另外还包括F-22等隐形重型战机。Chapter1Introduction621.3

材料的重要性一个示例：隐形飞机与材料

F-117A战斗机周身几乎全由直线构成，机体表面使用了6种不同的雷达吸波涂层材料，大大降低了雷达探测度。经科学家测试，雷达在距离F-117A飞机600米时，就已完全接收不到它发出的信号。Chapter1Introduction63Chapter1IntroductionMetallicMaterialsInorganicMaterialsPolymersComposites按组成、结构特点分类1.4材料的分类

ClassificationofMaterials钢铁材料、非铁材料、合金陶器、瓷器、水泥、玻璃、耐火材料、新型陶瓷天然的（丝绸）、合成的（塑料、橡胶、纤维、黏合剂、涂料等）复合材料由前三者相互构成的64StructuralMaterials——主要利用材料的力学性能：支撑件、连接件、传动件、紧固件等，关注其强度、韧性、抗疲劳等力学性质。FunctionalMaterials——主要利用材料的物理和化学性能：磁性材料、电子材料、信息记录材料、光学材料、敏感材料、能源材料、生物医学材料等，考虑材料的光、电、磁等性能。按使用性能分类按用途分类导电材料、绝缘材料、生物医用材料、航空航天材料、能源材料、电子信息材料、感光材料等等Chapter1Introduction65按按组成和结合键分类Chapter1Introduction66按尺度分类Chapter1Introduction

三维材料▲块体材料二维材料▲薄膜、涂层等(金刚石薄膜、高温超导薄膜、半导体薄膜、耐磨涂层)

一维材料▲纤维、晶须等(光导纤维、高强纤维)

零维材料▲粉体67按内部原子排列情况分类Chapter1Introduction

晶态材料非晶态材料液态材料气态材料（不存在）68金属材料（MetallicMaterials）金属材料通常由一种或多种金属元素组成，其特征是存在大量的离域电子，也就是说，这些电子并不键合在特定原子上。通常具有良好的导电导热性、抛光表面的反光性、金属光泽、延展性、塑性等。钢材：在建筑、桥梁、设备等广泛用作结构材料。铜材：常常作为导电材料使用。新型金属材料：如超塑性合金、形状记忆合金、储氢合金等。Chapter1Introduction69ExamplesChapter1Introduction70

金属材料是最重要的工程材料，包括金属和以金属为基的合金。

最简单的金属材料是纯金属。工程应用的金属材料，原子间的结合键基本上为金属键，通常为金属晶体材料。

（1）黑色金属铁和以铁为基的合金(钢、铸铁和铁合金)；

（2）有色金属黑色金属以外的所有金属及其合金。Chapter1Introduction71无机非金属材料（InorganicMaterials）无机化合物材料：陶瓷、玻璃、水泥等。单质材料：单晶硅、金刚石、石墨等。以陶瓷为主。可用作结构材料、光学材料、电子材料等。半导体材料：单晶硅、砷化镓、磷化铟、磷化镓等。用于制造集成电路、固态激光器、发光二极管、晶体管等。Chapter1Introduction72ArchitecturematerialsChapter1Introduction73

陶瓷是一种或多种金属元素同一种非金属元素形成的化合物。非金属元素原子同金属原子化合时形成很强的离子键，也存在有一定成分的共价键。

陶瓷材料属于无机非金属材料，主要为硅酸盐材料、金属氧化物、金属非氧化合物。陶瓷的硬度很高，但脆性很大。莫来石复相陶瓷74高分子材料（Polymers）Chapter1Introduction高分子材料为有机合成材料，亦称聚合物。高分子是由碳、氢、氧、硅、硫等元素组成的分子量足够高的有机化合物。由大量相对分子质量特别大的大分子化合物组成。大分子内的原子之间由很强的共价键结合，大分子与大分子之间的结合力为较弱的范特瓦尔斯力（范德华力）。

75高分子材料（Polymers）天然高分子材料：木材、天然橡胶、棉花、动物皮毛等。合成高分子材料：塑料、合成橡胶和合成纤维。功能高分子材料：工程塑料、导电高分子、高分子半导体、光导电高分子、磁性高分子、光功能高分子、液晶高分子、高分子信息材料、生物医用高分子材料、反应性高分子、离子交换树脂、高分子分离膜、高分子催化剂及高分子试剂等。Chapter1Introduction

高分子材料耐蚀性、绝缘性好，密度小，加工成型性好，强度不高、硬度较低，耐热性较差。在工程上是发展最快的一类新型结构材料。76(3)ShoesChapter1Introduction77复合材料（Composites）复合材料：由两种或多种不同材料组合而成的材料。既保留原组分材料的特性，又具有原单一组分材料所无法获得的或更优异的特性。金属材料、无机非金属材料和高分子材料相互之间或同种材料之间均可复合形成复合材料。自然界的复合材料：例如树木和竹子为纤维素和木质素的复合体；动物骨骼则是由无机磷酸盐和蛋白质胶原复合而成。古老的复合材料：稻草增强粘土以及漆器（麻纤维和土漆复合而成）。传统的复合材料：钢筋混凝土，玻璃钢。Chapter1Introduction钛基复合材料78(6)Spaceflightmaterials首架复合材料飞机Chapter1Introduction79航空材料的主要要求是耐高温、高比强、抗疲劳、耐腐蚀、长寿命和低