材料科学基础第一章.doc

材料科学基础 第一章 绪论 第二章 怎么做：从原料到产品 第三章 怎么样：从结构到功能 第四章 是什么：从宏观到微观 第五章 纳米材料 绪 论 1、什么是材料 2、材料的地位 3、材料的分类 4、常见材料的用途 5、材料研究的内涵-----四要素 6、材料研究的外延------相关学科 7、材料的学科定位 材料是用来制造器件的物质。 人类文明的发展依赖于材料的进步。 钢铁时代 1854和1864年发明了转炉和平炉炼钢。 新材料时代 半导体材料的发展 制作越来越小的硅芯片 新材料时代，这一时代的特征是:不像以前的各个材料时代，它是一个由多种材料决定社会 和经济发展的时代;新材料以人造为特征，而不是在自然界中有现成的 。 人类文明社会的先导--新材料 材料的发展史，就是人类社会的发展史 材料的发展史，就是科学技术的发展史 材料的分类 从化学组成和原子结构角度分类 ? 金属材料 (Metals) ? 无机非金属材料 (Ceramics) ? 高分子材料 (Polymers) ? 复合材料 (Composites) 从特性和性质角度分类 ? 结构材料 (力学性能) ? 功能材料 (化学性能和物理性能) 从应用角度分类 ? 航空材料 ? 建筑材料 ? 电子材料 ? 半导体材料 ? 生物材料 ? 智能材料 ? 纳米材料 … 主要材料的特性和用途 ? 金属材料 化学组成和原子结构 金属材料是由一种或几种金属元素以及少量的非金属元素的无机物。 合金是由两种或两种以上的金属元素和非金属元素构成的，其中至少一种是金属元素。 金属元素: iron(Fe), copper (Cu), aluminum (Al), magnesium(Mg), nickel(Ni), titanium(Ti) 非金属元素: Carbon(C), nitrogen (N), oxygen (O), ? 晶体结构是原子定向排列。 ? 具有大量的自由电子。 金属的性质 具有一定的强度塑性， 好的延展性， 电和热的良导体， 对可见光不透明， 表面有金属光泽。 金属的分类 黑色金属 金属铁、铬、锰及其合金。 有色金属 其他金属及合金。又分为重金属、轻金属、贵金属和稀有金属等。 例如：铜、铅、锌、镍；铝、镁、钛；金、银、铂；钨、钼、钽、铌、铀、铟、锗及稀土金属等。 ?典型金属材料品种 ：低碳钢、高碳钢、合金钢、不锈钢、工具钢、耐热钢、弹簧钢 铸铁 铝合金 镁合金 铜合金 锌合金 镍合金 硬质合金 无机非金属材料 化学组成和原子结构 无机非金属材料是由金属元素和非金属元素的化合物组成的。 氧化物，氮化物，碳化物等等 ? 晶体，非晶体和它们的混合物。 例如：粘土砖，玻璃，氧化铝陶瓷等等。 无机非金属材料的性质 重量轻 硬度高 抗磨损 强度高 可塑性差 高的化学和高温稳定性 电和热的不良导体 热膨胀率低 无机非金属材料的分类 水泥 玻璃 传统陶瓷 特种陶瓷 耐火材料 人工晶体 ? 高分子材料 高分子材料是由有机化合物构成。 ?大部分是非晶体，少部分是晶体和非晶体的混合物。 ?主要分为塑料、纤维和橡胶。 例如：聚乙烯，聚氯乙烯等等。 高分子材料的性质 大范围的延展性 重量轻 电和热的不良导体 较低的软化和分解温度 热膨胀率高 ? 复合材料 复合材料是两种或多种材料构成的，具有新结构或功能特性并且不再保留单个元素性质的材料。它的性能每个组元所决定。 复合材料的分类-按相的排列方式 颗粒状的 纤维状的 层片状的 两种优异的现代复合材料：玻璃钢 碳纤维增强 ? 半导体材料 电阻率介于导体和绝缘体之间。 电性能对化学组分极端敏感。 ? 智能材料 智能材料是一类很有趣的材料，它们能感知环境的变化，并且能根据预先的设置作出相应的反应。 智能材料的类型 压电/铁电材料 各种传感器 形状记忆合金 形状记忆高分子 电流变体 ? 敏感材料 光纤传感器 压电材料…… 驱动器（执行器）：执行响应行为，结果输出。 形状记忆合金 压电