材料科学与工程基础教案 第一章 绪论.ppt

材料科学与工程基础 The Fundamentals(Elements,Principles )of Materials Science Engineering An Introduction to Materials Science 绪论Introduction 材料(Materials)是国民经济的物质基础。 广义的材料包括人们的思想意识之外的所有物质(substance) 我国材料的历史进程(Historical perspective) 漫长而又曲折的历程： 古代科技名著：“考工记”（先秦）、“梦溪笔谈”（宋代沈 括）、“天工开物”（明代宋应星） 明代后：封建统治、帝国主义侵略束缚了材料的发展 停滞状态 解放后：材料科学受到重视和发展，被列为现代技术三大支柱之一。 一整套材料体系 门类全齐 数量 质量 钢铁突破2亿吨大关 世界第一 原子弹、氢弹、人造卫星、火箭 材料分类(Classification of Materials) 材料科学与工程基础是研究材料的成分、组织结构与性能之间关系 第一章 材料的结构Structure of Material 材料的性能取决于材料的成分、加工工艺和结构。 材料结构学是材料科学体系中最重要的学科之一。 第一节 结合键Binding Bond 一、结合力与结合能 双原子模型： 二、结合键 离子键 三、材料的键性 金属材料 金属材料的结合键主要是金属键。 金属特性：导电性、导热性好；正电阻温度系数；好的延展 性；金属光泽等。 陶瓷村料 陶瓷材料是包含金属和非金属元素的化合物，其结合键主要是离子键和共价键，大多数是离子键。离子键赋予陶瓷材料相当高的稳定性，所以陶瓷材料通常具有极高的熔点和硬度，但同时陶瓷材料的脆性也很大。 高分子材料 高分子材料的结合键是共价键、氢键和分子键。其中，组成分子的结合键是共价键和氢键，而分子间的结合键是范德华键。尽管范德华键较弱，但由于高分子材料的分子很大，所以分子间的作用力也相应较大，这使得高分子材料具有很好的力学性能 第二节 晶体学基础 Fundamentals of crystallogphy 一、晶体的概念 晶体的特性 晶体的三大特征： 原子排列有序；有固定的熔点；各向异性。 空间点阵和晶胞 二、配位数和致密度 配位数 所谓配位数是指晶体中与任一个原子最近邻、等距离的原子数目。 致密度 若把原子看成刚性球，则原子之间必有空隙存在，可用原子刚球所占体积与晶体体积之比来表示晶体结构排列的紧密程度，称为致密度或密集系数。可用下式表示： 三、晶向指数和晶面指数 在晶体中，由一系列原子所组成的平面称为晶面，任意两个原子之间连线所指的方向称为晶向。为了确定晶向、晶面在晶体中的空间位向，就需要引入一个统一的规则来标志它们，这种统一的标志，叫做晶向指数和晶面指数。国际上通用的是密勒（Miller）指数。 晶向指数 晶向指数的确定步骤如下： （1）以晶胞中的某一阵点为原点，以三条棱边为X、Y、Z轴，并以晶胞棱边的长度为单位长度； （2）如果所求晶向未通过坐标原点，过原点引一条平行于所求晶向的有向直线； （3）在所引直线上取离原点最近的那个原子，求出其在X、Y、Z轴上的坐标； （4）将三个坐标值按比例化为最小整数，依次记入方括号[ ]中，即得所求晶向指数。 通常以[uvw]表示晶向指数的普遍形式，若其中某数为负值，应将负号标注在该数的上方，例如 。 晶向族 在立方晶系中：[111]、[111]、[111]、[111]、[111]、[111]、[111]、[111]八个晶向，指的是立方体中四个对角线的方向。从晶体的对称关系来看，这一组晶向在性质上是等同的，故总称之为晶向族。原子排列情况相同，但空间位向不同的所有晶向称为晶向族，用表示，上述八个晶向即可用111表示。 同理，100代表：[100]、[010]、[001]、[100]、[010]、[001] 六个晶向。 应当指出，只有在立方晶系中晶向族各晶向指数可以通过改变指数和正负号的排列组合方式求出。对于其他晶系并不一定适用。 晶面指数 晶面指数的一般表达式为（hkl），其确定步骤如下： （1）与确定晶面指数类似建立坐标系，但坐标原点应位于待定晶面之外，以避免出现零截距。 （2）以晶格常数为长度单位求出待定晶面在各轴上的截距。若晶面与某轴平行，则认为该晶面在该轴上的截距为无穷大，其倒数为零。