第1讲材料的概念与分类(1课时)-精.pptx

现代材料学

1.材料的概念与分类

2.材料与人类历史

3.纳米材料

4.智能材料

5.能源材料与信息材料

6.生物材料与环境材料

2015-11-16

1

第1讲

材料的概念与分类

陈彩凤

2015-11-16

2

材料是人类社会所能接受的、可经济地制造有用物品的物质。

Materialsisthestufffromwhichathingismadeforusing.

什么是材料(materials)?

天然材料

2015-11-16

3

世界万物，凡于我有用者，皆谓之材料。材

料是具有一定性能，可以用来制作器件、构件、工具、装置等物品的物质。材料存在于我们的周围，与我们的生活、我们的生命息息相关。材料是人类文明、社会进步、科技发展的物质基础。

2015-11-16

4

材料的分类

用途：结构材料(受力，承载)

功能材料(半导体，超导体，以及光、电、声、磁、应力转换，等)

属性：金属材料、无机非金属材料和有机高分子材料

物理形态：晶体材料、非晶态材料和纳米材料

几何形态：三维材料、二维材料、一维材料和零维材料

发展：传统材料(钢铁，铜，铝，水泥，塑料，陶瓷，…)新材料(金属间化合物，高温超导材料，非晶态合

金，纳米材料，…)

2015-11-16

5

·按物理性质可分为：导电材料、绝缘材料、半导体材

料、磁性材料、透光材料、高强度材料、高温材料、超硬材料等。

·按物理效应分为：压电材料、热电材料、铁电材料、

非线性光学材料、磁光材料、电光材料、声光材料、激光材料等。

·按用途分为：电子材料、电工材料、光学材料、感光

材料、耐酸材料、研磨材料、耐火材料、建筑材料、结构材料、包装材料等。

2015-11-16

6

按化学组成(或基本组成)分类：

1.金属材料

2.无机非金属材料

3.高分子材料(聚合物)

4.复合材料

2015-11-16

7

1金属材料

金属材料是由化学元素周

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);由两种或两种以上的金属元素或金属与非金属元素构成的合金。合金又可分为固溶体和金属间化合物。

2015-11-16

8

在103种元素中，除He,Ne,Ar等6种惰性元素和C、Si、

N等16种非金属元素外，其余81种为金属元素。除Hg之外，单质金属在常温下呈现固体形态，外观不透明，具有特殊的金属光泽及良好的导电性和导热性。在力学性质方面，

具有较高的强度、刚度、延展性及耐冲击性。

合金是由两种或两种以上的金属元素，或金属元素与

非金属元素熔合在一起形成的具有金属特性的新物质。合金的性质与组成合金的各个相的性质有关，同时也与这些相在合金中的数量、形状及分布有关。

2015-11-169

当金属的晶体结构保持溶剂组元的晶体结构时，

这种合金称为固溶体。

金属元素与其它金属元素或非金属元素之间形成合

金时，除固溶体外，还可能形成金属间化合物。

2015-11-16

10

根据溶质原子在溶剂晶体结构中的位置，固溶

体可分为置换固溶体和间隙固溶体。

在置换固溶体中，溶质原子位于溶剂晶体结构

的晶格格点上；在间隙固溶体中，溶质原子位于溶剂晶体结构的晶格间隙。溶质原子在固溶体中的分布可以是随机的，即呈统计分布；也可以是部分有序或完全有序，在完全有序固溶体中，异类原子趋于相邻，这种结构亦称为超点阵或超结构。

2015-11-16

11

此外，合金中溶质原子还可能形成丛聚，即

同类原子趋于相邻。丛聚可以呈随机弥散分布。事实上，实验中还没有见到溶质原子呈完全随机分布的固溶体。因此，只能在宏观尺度上认为处于热力学平衡态的固溶体是真正均匀的，而原子尺度上并不要求它也是均匀的。不同类型固溶体中原子排列情况示于图1。

2015-11-16

12

(a)(b)(c)(d)

随机置换固溶有序置换固溶体随机间隙固溶体固溶体中的溶质丛聚

体

图1不同类型固溶体中原子排列示意图

2015-11-16

13

各种金属零部件

2015-11-16

14

2.无机非金属材料

无机非金属材料是由硅酸盐、铝酸盐、硼酸盐、

磷酸盐、锗酸盐等原料和(或)氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硫化物、硅化物、卤化物等原料经一定的工艺制备而成的材料。是