材料科学基础课件

材料科学基础欢迎来到材料科学基础课程。本课程将带您深入探索材料的奥秘，从原子层面到宏观应用。我们将学习各种材料的性质、结构和应用。课程介绍课程目标掌握材料科学的基本概念和原理学习内容包括材料结构、性能、制备和应用等方面授课方式理论讲解、实验演示和小组讨论相结合考核方式平时作业、实验报告和期末考试综合评定原子结构和键1化学键离子键、共价键、金属键2电子排布能级、轨道、壳层3原子结构质子、中子、电子晶体结构简单立方每个晶胞顶点有一个原子体心立方晶胞顶点和中心各有一个原子面心立方晶胞顶点和面中心各有一个原子六方密堆积原子呈六角形排列，堆积紧密缺陷点缺陷空位、间隙原子、杂质原子线缺陷刃型位错、螺型位错面缺陷晶界、相界、堆垛层错扩散空位扩散原子通过空位移动间隙扩散小原子在间隙中移动表面扩散原子在表面移动相平衡相律自由度=组元数-相数+2相图描述温度、成分和相的关系杠杆定则用于计算相的相对量共晶反应液相冷却形成两种固相相变1形核新相的小晶核开始形成2长大晶核通过原子扩散逐渐长大3粗化大晶粒长大，小晶粒消失金属材料陶瓷材料传统陶瓷黏土为原料，用于日常生活用品先进陶瓷高纯度原料，用于高科技领域玻璃非晶态陶瓷，广泛应用于建筑和光学高分子材料1热塑性塑料可重复加热成型2热固性塑料一旦成型不可再熔化3弹性体具有高弹性的高分子4纤维长径比很大的细长高分子复合材料纤维增强复合材料碳纤维、玻璃纤维等增强塑料基体颗粒增强复合材料金属或陶瓷颗粒分散在基体中夹层复合材料轻质芯层夹在两层面板之间材料的力学性能1弹性材料在应力下的可逆变形能力2强度材料抵抗永久变形或断裂的能力3韧性材料吸收能量并塑性变形而不断裂的能力4硬度材料抵抗局部变形的能力材料的热学性能热容材料储存热量的能力热膨胀材料随温度升高而体积增大的程度热导率材料传导热量的能力材料的电学性能1绝缘体电阻率大于10^8Ω·m2半导体电阻率在10^-5~10^8Ω·m之间3导体电阻率小于10^-5Ω·m材料的光学性能反射光线被材料表面反弹折射光线通过介质时改变方向吸收光能转化为其他形式的能量透射光线穿过材料材料的磁学性能顺磁性在外磁场作用下微弱磁化抗磁性在外磁场作用下产生微弱的反向磁化铁磁性能被强烈磁化并保持磁性反铁磁性相邻磁矩反向平行排列腐蚀与防护1电化学腐蚀金属在电解质溶液中发生氧化还原反应2化学腐蚀金属与非电解质直接发生化学反应3防护措施涂层、阴极保护、合金化等方法材料制备技术冶炼从矿石中提取金属成型铸造、锻造、挤压等热处理通过加热冷却改变性能粉末冶金将金属粉末压制成型材料表面处理技术涂层在材料表面施加保护层表面改性改变表面成分或结构表面清洁去除表面污染物材料表征技术材料的环境影响资源消耗原材料开采对环境的影响能源消耗材料生产过程中的能源使用废弃物处理材料使用后的回收和处理问题碳排放材料生产和使用过程中的温室气体排放材料的循环利用1分类收集按材料类型分类收集废弃物2预处理清洗、分选、破碎等3再生处理熔炼、重塑等再生工艺4再利用将再生材料用于新产品生产材料的前沿应用石墨烯用于电子设备、能源存储等领域生物材料用于组织工程和医疗植入智能材料对外界刺激有响应的新型材料材料科学的发展趋势纳米技术研究和应用纳米尺度的材料计算材料学利用计算机模拟设计新材料绿色材料开发环境友好型材料多功能材料集成多种功能于一体的材料实验演示1材料性能测试拉伸、压缩、弯曲等2显微观察金相显微镜、电子显微镜3热处理实验淬火、回火、退火等4腐蚀实验观察不同环境下的腐蚀行为实验报告撰写实验目的明确实验要达到的目标实验原理阐述实验的理论基础实验步骤详细记录实验过程数据分析处理实验数据并分析结果结论讨论总结实验结果，分析误差小组讨论案例分析讨论实际工程中的材料应用案例创新设计设计新材料或新的材料应用方案文献汇报分享和讨论最新的材料科学研究进展期末考核理论考试考察基本概念和原理的掌握程度实验考核评估实验操作技能和数据分析能力课程论文撰写材料科学相关主题的研究报告