材料科学基础课件山大.doc

材料科学基础 上课班级：金属材料00级 主讲教师： ?吕 ?宇 ?鹏 2002－2003学年第一学期 绪? 论 1 课程性质：技术基础课。 2 学习材料科学的重要性 （1）材料科学 研究材料的成分、组织结构、加工工艺与性能之间关系的科学。（四要素关系如2）材料科学在社会与社会发展中的地位 ??? ?① 社会需求是材料发展的巨大动力 信息与材料：信息获取（传感器：化合物）－信息传递（光纤：无机、有机材料）－信息贮存（金属与合金）－信息显示（用于液晶显示的非晶硅、有机液晶材料）－信息处理（处理器芯片硅－锗）。 ?② 能源与材料：贮氢材料（钛锰及稀土类合金）、太阳能电池材料（硅、合金、化合物）、核能用材料（锆合金等）。 ???? ③ 航空航天材料：发动机（高温合金，金属基复合材料，陶瓷与陶瓷基复合材料）、汽轮机部件（纤维增强金属基复合材料、陶瓷基复合材料）、火箭喷嘴（难熔金属）等。 ???? ④ 人与材料：金属、无机、高分子及其复合材料。 （3）材料的四大家族 ①??? 金属材料：综合性能等。 ②??? 陶瓷材料：高温、稳定性能等。 ③??? 高分子材料；耐腐蚀等特殊性能。 ④??? 复合材料：1＋1大于2。 3 内容安排 ??? （1）内容核心：材料的化学成分、组织结构、加工工艺与性能之间的关系及其在各种条件下的变化规律。 （2）内容结构 材料学原理（1－8章）―相变原理（9章）―工程与功能材料学（10－11章） ??? （3）学时安排 总学时：114 （周一3，4；周三1，2；周五1，2） 实 ?验：12 4 学习方法 ???? 提纲挈领、记好笔记、及时复习。 5 教材与参考书 教材 刘智恩.材料科学基础.西北工业大学出版社.2000年8月第一版 参考书 石德柯.材料科学基础.机械工业出版社.1999年5月第一版 赵? 品.材料科学基础教程.哈尔滨工业大学出版社.2002年三月第二版 殷景华.功能材料概率.哈尔滨工业大学出版社.1999年8月第一版 预习名词：金属键、晶体、空间点阵、晶体结构、晶胞 第一章 材料中的原子排列 第一节 原子的结合方式 1 原子结构 2 原子结合键 （1）离子键与离子晶体 原子结合：电子转移，结合力大，无方向性和饱和性； 离子晶体；硬度高，脆性大，熔点高、导电性差。如氧化物陶瓷。 （2）共价键与原子晶体 原子结合：电子共用，结合力大，有方向性和饱和性； 原子晶体：强度高、硬度高（金刚石）、熔点高、脆性大、导电性差。如高分子材料。 （3）金属键与金属晶体 原子结合：电子逸出共有，结合力较大，无方向性和饱和性； 金属晶体：导电性、导热性、延展性好，熔点较高。如金属。 金属键：依靠正离子与构成电子气的自由电子之间的静电引力而使诸原子结合到一起的方式。 （3）分子键与分子晶体 原子结合：电子云偏移，结合力很小，无方向性和饱和性。 分子晶体：熔点低，硬度低。如高分子材料。 氢键：（离子结合）X-H---Y（氢键结合），有方向性，如O-H—O （4）混合键。如复合材料。 3 结合键分类 一次键 （化学键）：金属键、共价键、离子键。 二次键 （物理键）：分子键和氢键。 4 原子的排列方式 （1）晶体：原子在三维空间内的周期性规则排列。长程有序，各向异性。 （2）非晶体：――――――――――不规则排列。长程无序，各向同性。 第二节 原子的规则排列 一 晶体学基础 1 空间点阵与晶体结构 空间点阵：由几何点做周期性的规则排列所形成的三维阵列。图1-5 特征：a 原子的理想排列；b 有14种。 其中： 空间点阵中的点－阵点。它是纯粹的几何点，各点周围环境相同。 描述晶体中原子排列规律的空间格架称之为晶格。 空间点阵中最小的几何单元称之为晶胞。 晶体结构：原子、离子或原子团按照空间点阵的实际排列。 特征：a 可能存在局部缺陷； b 可有无限多种。 2 晶胞 图1－6 （1）――－：构成空间点阵的最基本单元。 （2）选取原则： a 能够充分反映空间点阵的对称性； b 相等的棱和角的数目最多； c 具有尽可能多的直角； d 体积最小。 形状和大小 有三个棱边的长度a,b,c及其夹角α,β,γ表示。 晶胞中点的位置表示（坐标法）。 3 布拉菲点阵 图1－7 14种点阵分属7个晶系。 4 晶向指数与晶面指数 晶向：空间点阵中各阵点列的方向。 晶面：通过空间点阵中任意一组阵点的平面。 国际上通用米勒指数标定晶向和晶面。 晶向指数的标定 a 建立坐标系。确定原点（阵点）