材料科学基础知识培训.pptx

材料科学与工程基础任课教师：张英 Email: yingzhang@suda.edu.cn Tel: 录 引言 晶体结构 晶体结构缺陷 相平衡与相图 扩散 相变 固态反应 烧结材料工艺物理性能化学反应 结构1 引言材料科学——研究材料的组分、结构与性能之间相互关系和变化规律的一门应用基础科学。材料的分类：按材料性质：结构材料、功能材料；按材料用途：能源材料、建筑材料、航空材料、 信息材料、生物医学材料等。 根据材料的基本组成、性质特征、存在的状态、物理性质及效应、用途等对材料进行分类，材料可分为金属材料、无机非金属材料、高分子材料(聚合物)和复合材料等四大类。1. 金属材料金属材料是元素周期表中的金属元素组成的材料。可分为由一种金属元素构成的单质(纯金属)，由两种以上的金属元素或金属与非金属元素构成的合金。合金又分为固溶体和金属间化合物。铸铁铜铝金属材料的种类种类范围钢碳素钢：碳素结构钢、碳素工具钢合金钢：合金结构钢(渗碳钢、调质钢、弹簧钢、轴承钢、易切钢等) 合金工具钢(刃具钢、模具钢、量具钢等) 特殊性能钢(不锈钢、耐热钢、耐磨钢等)铸铁灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、特殊性能铸铁(如耐磨铸铁、耐热铸铁)等有色金属及合金铝及铝合金：变形铝合金(防锈铝、硬铝、超硬铝和锻铝4类) 铸造铝合金(铝硅合金、铝铜合金、铝镁合金和铝锌合金4类)铜及铜合金：紫铜(纯铜)、黄铜、白铜和青铜(锡青铜和无锡青铜)钛及钛合金其他金属及合金2. 无机非金属材料 无机非金属材料(inorganic nonmetallic materials)是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、卤素化合物、硼化物以及硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐等物质组成的材料。是除有机高分子材料和金属材料以外的所有材料的统称。 水泥 玻璃常用功能陶瓷种类 性能特征 主要组成 用途 介电陶瓷 绝缘性 Al2O3、Mg2SiO4 集成电路基板 热电性 PbTiO3、BaTiO3 热敏电阻 压电性 PbTiO3、LiNbO3 振荡器 强介电性 BaTiO3 电容器 光学陶瓷 荧光、发光性 Al2O3CrNd玻璃 激光 红外透过性 CaAs、CdTe 红外线窗口 高透明度 SiO2 光导纤维 电发色效应 WO3 显示器 磁性陶瓷 软磁性 ZnFe2O、γ-Fe2O3 磁带、各种高频磁心 硬磁性 SrO?6Fe2O3 电声器件、仪表及控制器件的磁芯 半导体陶瓷 光电效应 CdS、Ca2Sx 太阳电池 阻抗温度变化效应 VO2、NiO 温度传感器 热电子放射效应 LaB6、BaO 热阴极 3. 有机高分子材料由一种或几种简单低分子化合物经聚合而组成的分子量很大的化合物。特点：质轻、传热系数小、耐腐蚀性好、电气绝缘性和成形加工性优良、减震消音、透光、易着色等明显突出的优点，但也存在着热膨胀系数大、使用温度低、容易燃烧和容易老化等缺点。高分子材料的种类种类范围塑料通用塑料：聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、酚醛树脂等工程塑料：聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯等纤维人造纤维：粘胶纤维、蛋白质纤维等合成纤维：涤纶、锦纶、腈纶等橡胶通用橡胶：顺丁橡胶、丁苯橡胶、丁基橡胶等特种橡胶：丁腈橡胶、硅橡胶等4. 复合材料把两种或两种以上性质不同的材料通过设计结合在一起称为一体，这样的多相固体材料往往可以综合各种组分材料如金属、高分子材料、陶瓷等的优点，可满足各种不同环境的使用要求，这类多相多质固体新型材料称为复合材料。复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝和硬质细粒等。使用环境、服役条件性能（满足设计要求的多种性能——强度、导电性、硬度、色彩等）组成（化学组成、矿物组成、相组成）制备与加工（各种制备工艺及后期加工工艺）性质（力学、电学、光学、磁学、声学、热学等）结构（微观结构、显微结构、组织结构、相结构）组成—结构—性能关系材料的结构层次原子及电子结构原子的空间排列组织结构或相结构工程材料的性质（性能）类? 别典 型 性 能力学性能硬度（磨损率，冲击，耐划痕性）；强度（弹性模量，拉伸强度，屈服强度）；蠕变（蠕变速率，应力断裂性能）；延性（延伸率，断面收缩率）；疲劳（疲劳极限，疲劳寿命）；其他性质（密度，气孔率）热学性能热容量；导热性；热膨胀；转变温度；抗热冲击性光学性能光吸收；光反射；光折射；光透射；颜色；光衍射；激光作用；光电导性；光辐射电学性能导电性；介电性（绝缘）；铁电性；压电性磁学性能铁氧体磁性；铁磁性；顺磁性；抗磁性；磁导率声学性能声吸收；声反射；声透