材料科学基础绪论第1章原子结构与键合2011课件

1 绪论 一 材料的定义我国著名材料科学家肖继美院士指出 材料是人类所能接受地 经济地使用来制造有用器件的物质 能接受 绿色 可持续发展 经济 成本 制造有用器件 具有使用功能 2 二 材料的地位与作用 1 材料是社会发展的物质基础和里程碑 3 B2轰炸机 奔驰运动跑车 老式汽车 莱特兄弟的飞机 笔记本电脑 电子管计算机 2 材料是科学技术产生飞跃的催化剂和先导 4 3 材料的重要性材料是国民经济的物质基础和国家科技发展水平的标志 5 金属基复合材料陶瓷基复合材料树脂基复合材料 现代工程材料 三 现代工程材料基本分类 1 根据材料组成分类 8 3 根据材料的尺寸分类 零维材料 粒子一维材料 碳管二维材料 薄膜三维材料 块体 纳米铁粒子 碳纳米管 9 四 什么是材料科学1 材料科学的内涵关于材料成分 组织结构 制备及加工和材料性能之间相互关系的科学 是材料生产 发展和使用的科学基础 相关学科 物理 化学 冶金学 力学 机械制造等 2 材料学科的划分及相关学科 10 3 材料科学与工程的任务研究材料成分 组织结构 制备及加工与材料性能 四要素 之间的关系 11 4 材料学的任务 研究材料本质 提供材料结构模型 解释材料结构与性能之间的关系 材料性能 1 使用性能 2 工艺性能 材料三个结构层次 1 材料原子或分子结构 材料成分 2 材料原子或分子排列结构 3 显微组织结构 12 五 课程的作用 Why 1 掌握材料的基本构成形式 2 掌握材料与外界作用时的内部响应机理 3 掌握材料基本构成与其 力学 物理 性能间的基本关系 13 六 材料科学基础 课程的主要内容 2 固体结构各种固体结构的主要特征和形成规律 1 晶体学基础晶体结构的表征方法和符号 3 晶体缺陷各种晶体缺陷的主要特征和相互作用 4 原子扩散理论晶体中原子的热运动基本规律和机制 14 5 相图和相变晶体结构存在的成分和温度范围组织结构随温度变化的基本过程平衡相变的类型基本特征 6 材料的弹塑性变形应力作用下材料变形的机理变形组织的结构特征 性能 7 回复与再结晶变形组织随温度变化的规律和过程温度和应力对组织结构的耦合作用 热加工过程的动态回复与再结晶 15 七 本课程主要相关专业课程 材料科学与工程专业 物理化学 材料相变原理 金属材料学 陶瓷材料学 电子信息材料 复合材料 材料物理性能 材料力学性能与失效分析 材料现代测试技术 材料成型基础 材料成型及控制工程专业 物理化学 冶金传输原理 材料成型原理 材料成型工艺 材料表面技术 材料力学性能 材料分析测试方法 16 八 本课程学习要求1 积极参加课堂讨论 回答问题 总结和提炼主要内容和重要概念 独立地完成作业 培养正确用口头或书面形式表达自己科学思维过程的能力 2 鼓励对教材和老师所讲的内容提出质疑 培养独立思考 独立提问的研究能力 九 考核出勤 课堂讨论和作业占最终考核成绩的20 期末考试以概念题 分析题为主 17 十 教学主要参考书1 潘金生仝健民田民波主编 材料科学基础 北京 清华大学出版社 1998 2 赵品谢辅洲孙文山主编 材料科学基础 哈尔滨 哈尔滨工业大学出版社 1999 3 谢希文过梅丽主编 材料科学基础 北京 北京航空航天大学出版社 1999 4 吴锵编著 材料科学基础 南京 东南大学出版社 2000 5 刘智恩主编 材料科学基础 西安 西北工业大学出版社 2000 6 潘金生等 材料科学基础 北京 中国建筑工业出版社 1998 18 第一章原子结构和键合AtomicStructureandInteratomicBonding 第一节原子间的键合 19 一 金属键 Metallicbonding 典型金属的原子结构 最外层电子数很少 价电子极易挣脱原子核束缚成为自由电子而形成电子云 金属中自由电子与金属正离子之间构成的键合称为金属键 键合特点 电子共有化 既无饱和性又无方向性 形成低能量密堆结构 物质性质特点 良好的导电 导热性能 延展性好 20 二 离子键 Ionicbonding 多数盐类 碱类和金属氧化物等 键合特点 以正 负离子静电吸引结合 正负离子相间排列 且无方向性 无饱和性 物质性质特点 结合力强 熔点较高 硬而脆 热膨胀系数小 固态时导电性差 21 三 共价键 covalentbonding 亚金属 C Si Sn Ge 聚合物和无机非金属等 键合特点 由二个或多个电负性差不大的原子通过共用电子对而成 结合键具有方向性和饱和性 极性键 共用电子对偏向某成键原子 非极性键 共用电子对位于两个成键原子中间 物质性质特点 结合力强 熔点高 硬而脆 热膨胀系数小 导电性差 22 四 范德华力 Vanderwaalsbonding 键合特点 极性分子正 负电荷中心不重叠 相邻分子间产生静电吸引 非极性分子瞬间正 负电荷中心不重叠 相邻分子间产生静电吸引 属物理键 包括静电力 诱导力和色散力 系次价键 键合力不如化学键强 无方向性和饱和性 物质性质特点 强度 硬度 熔点 密度较低 热膨胀系数大 23 五 氢键 Hydrogenbondi