材料科学与工程基础1.ppt

材料科学与工程第一章 绪论 1-1 材料的定义、分类及基本性质 定义: 满足指定工作条件下使用要求的物质 分类 按结合键分: 金属材料、高分子材料、无机非 金属以及半导体材料 按材料特性分: 金属材料、无机非金属料材料和 有机高分子材料、复合材料 按材料作用分: 结构材料、功能材料 按使用领域分: 建筑材料、电子材料、医用材 料等 1-2 材料科学与工程概述 １、材料科学的由来 ２、材料科学与工程的性质与范围 性质与范围： 是关于材料组成、结构、制备工艺与其性能及使用过程间相互关系的科学 ３、材料科学在工程中的应用 第二章　　物质结构基础 2.1、物质的组成、状态及材料结构 1、物质的组成和状态 　２、材料结构的涵义 2.2 物质的原子结构 1、量子力学的几个基本概念 a. 微观粒子的波粒两象性 Ε=hυ=(h/2π)ω p = hυ/c = h/λ= (h/2π)k b 海森堡测不准原理 ΔxΔp≈ h/2π ΔEΔt≈ h/2π 2.3 原子之间相互作用和结合 1.基本键合(化学键合) a. 离子键合 b. 共价键合 c. 金属键合 d. 混合键合 2.派生键合(物理键合) 电子在其原子或分子中的分布受到外界条件的影响产生分布不均匀而引起原子或分子的极性结合 a. 分子间力 b .氢键结合 3. 各种键型的比较 4. 原子间距和空间排列 配位数与最小半径比 2-4 多原子体系中电子的相互作用与稳定性 分析由大量原子组成的晶体的基本出发点是薛定谔方程和泡利不相容原理，即由薛定谔方程解出表征电子状态的波函数。 在分析多原子系统时须作一些简化（或近似）的处理，得如下结果： 1）各原子的内层电子状态基本上不受其它原子的影响； 2） 形成共价键和金属键时，外层电子的能级分裂成多个 （分子）或大量的（晶体） 相距甚近（即能量差甚小）的 新能级，形成一个近乎连续的能带； 3）外层（键合）电子的能量、角动量等力学量仍然只能取一 些分立值，用分子量子数表示 3）位错的滑移和攀移 位错的滑移 位错的攀移 三、面缺陷 晶界 面缺陷 相界 大角度晶界 位向差40～ 60 晶界 （原子结构复杂） 小角度晶界 位向差100 （原子简单） 图中可见界面质点排列着一系列刃位错。相邻的同号位错间距离为： 对称倾侧晶界 对称倾侧晶界 小角度晶界 倾侧晶界 扭转晶界 由右图的对称倾侧晶界可见界面质点排列着一系列刃位错。相邻的同号位错间距离为： D= b/θ 三、扩散 固体中的扩散可用实验证明。在纯金和纯镍之间制成非常清洁的接合，将这个扩散对在高温下（例如900℃）保持一个长时间后，可测定金和镍的混合程度，如下图所示。 科肯达尔效应 A 扩散现象：固体中扩散由原子的热振动引起,但还与缺陷有关,与晶体结构有关. B 金属中的体积扩散机制 空位扩散机制：一个原子与一个相邻空位交换位置。空位扩散激活能：空位形成能△Hv+空位迁移能△Hm ，空位扩散机制：为置换固溶体的主要扩散机制。 间隙扩散机制：间隙原子从一个间隙位置调换到相邻间隙位置。 间隙扩散激活能：间隙原子迁移能△Hm 。 间隙扩散机制为间隙固溶体的主要扩散机制 金属中的扩散系数：D=D0e-Q/RT 式中： Q为扩散激活能，其大小与键的类型有关（Ag和Ge） 3．离子固体和共价固体中的体积扩散 大多数离子固体和共价固体中的扩散是按空位扩散机制进行。 4．其它类型的扩散 晶界扩散、表面扩散、位错扩散等（短路扩散） 低温时以短路扩散为主，高温时以体扩散为主。 5．非晶体中的扩散 对于聚合物，聚合度高的，扩散速率低（分子链段运动）。当小分子扩散通过聚合物，只有那些可溶的，而又基