材料科学基础教程教案1PPT课件.ppt

材料科学基础教程;课程设置;绪 论;;The Iron Age----铁合金;铁 器 时 代;认识材料;0-2 材料观;青銅器合金比例 ◆ 铜：熔点高，1083℃，可塑性佳 ◆ 锡：熔点低，232℃ ◆ 85% Cu，15% Sn：熔点960℃，延展性增加，硬度增加，具光泽度 ;0-2 材料观-----结构;不同加工方法的工件组织与性能;使用性能 力学性能 物理性能 化学性能 工艺性能 ;常用的加工工艺：;常见的加工工艺：;常见的加工工艺：;常见的加工工艺：;常见的加工工艺：典型塑性加工;0-3 材料的分类;0-4 材料的发展历史;0-5 材料科学的发展方向; 材料科学是研究材料的化学成分、组织结构、加工工艺与性能之间关系及变化规律的一门科学。 材料科学基础的任务是根据工程和科学技术发展的需要设计研制新型工程材料；解决材料制备原理和工艺方法，获取可供使用的工程材料；解决材料在加工和使用过程中组织结构和性能变化的微观机理，从中找出合宜的加工工艺、强化工艺和延寿措施；创新测试材料成分、组织结构和性能的方法，完善测试技术；合理地选择和使用工程材料。 材料科学基础包含绪论、材料的结构、晶体缺陷、纯金属的凝固、二元相图、三元相图、固体材料的变形与断裂、回复与再结晶、扩散、固态相变（金属材料、高分子材料、陶瓷材料、复合材料、功能材料）。;0-7与其它课程的关系;第1章 材料的结构;共价键;图 硅原子四个价键 和 硅的键角;离子键;金属键 ;范德瓦尔键(范德华键) ;工程材料的键性 ;1.2 晶体学基础 ;1.2.1 晶体与非晶体;3. 晶体的特征 （1）周期性（不论沿晶体的哪个方向看去，总是相隔一定的距离就出现相同的原子或原子集团。这个距离称为周期 ）液体和气体都是非晶体。 （2）有固定的凝固点和熔点 （3）各向异性（沿着晶体的不同方向所测得的性能通常是不同的 ：晶体的导电性、导热性、热膨胀性、弹性、强度、光学性质 ）。;1.2.2 空间点阵 ;3. 晶胞 从点阵中取出一个仍能保持点阵特征的最基本单元叫晶胞。 在空间点阵中，能代表空间点阵结构特点的是小平行六面体 。 整个空间点阵可由晶胞作三维的重复堆砌而构成。;晶胞的选取原则： （1）晶胞??何形状能够充分反映空间点阵的对称性； （2）平行六面体内相等的棱和角的数目最多； （3）当棱间呈直角时，直角数目应最多； （4）满足上述条件，晶胞体积应最小。; 描述晶胞的六参数 晶胞的尺寸和形状可用点阵参数来描述，它包括晶胞的各边长度和各边之间的夹角。;14种空间点阵(布拉菲点阵);1.2.3 晶向指数与晶面指数 ;1.晶向指数和标定;;2.晶面指数的标定;3. 晶面族与晶向族; 立方系：{110} 晶面族;4. 六方系晶面和晶向指数标定;图 六方晶系的一些晶向指数与晶面指数;六方系晶向指数的标定： 采用四轴坐标系，六方晶系晶向指数的标定方法如下：当晶向通过原点时，把晶向沿四个轴分解成四个分量，晶向OP可表示为：OP=ua1+va2+ta3+wC，晶向指数用[uvtw]表示，其中t = - (u+v) 采用三轴坐标系时，C轴垂直底面，a1、a2轴在底面上，其夹角为120o ，晶向在底面上的投影的终点分别作a1、a2轴的平行线得到U、V，从而得到[ UVW ]。 采用三轴制虽然指数标定简单，但原子排列相同的晶向本应属于同一晶向族，其晶向指数的数字却不尽相同。;一般用四轴坐标系表示;5.晶带 ;6.晶面间距;1.3 材料的晶体结构 ;1.3.1 典型金属的晶体结构;体心立方;体心立方晶胞示意图（bcc） （a）刚球模型；（b）质点模型；（c）晶胞中原子数示意图 ;面心立方晶胞示意图(fcc) （a）刚球模型；（b）质点模型；（c）晶胞中原子数示意图 ;密排六方晶胞示意图(hcp） （a）刚球模型；（b）质点模型；（c）晶胞中原子数示意图 ;1.晶胞中原子数;2. 原子半径;3. 配位数与致密度;体心立方配位数为8;面心立方配位数为12;密排六方配位数为12;4. 晶体中原子的堆垛方式（等径球）;fcc: ABCABC;ABA;图 面心立方晶格密排面的堆垛方式;图 密排六方晶格密排面的堆垛方式;5. 晶体结构中的间隙;八面体间隙的数目 八面体间隙半径;四面体间隙的数目 四面体间隙半径;八面体间隙的数目 八面体间隙半径;面心立方结构中间隙的刚球模型八面体间隙;面心立方结构中间隙的刚球模型四面体间隙;;;几点说明: (1)fcc和hcp都是密排结构，而bcc则是比较“开放”的结构，因为它的间隙较多。因此，碳、氮、氢、氧、硼等原子半径较小的元素（即间隙原子）在bcc金属中的扩散速率往往比在fcc