材料学基础ppt课件

材料学基础，主讲人：袁烨金陵科技学院材料工程学院，1。材料介绍，什么是材料？1.1材料分类1.2成分-结构-性能之间的关系-工艺1.3材料选择2。什么是材料？世界上对我有用的一切都叫做物质。材料是具有特定性质的物质，可用于制造设备、组件、工具和装置等物品。物质存在于我们周围，与我们的生活和我们的生活密切相关。材料是人类文明、社会进步和科技发展的物质基础。材料和人类文明材料是人类文明、社会进步和科技发展的物质基础和技术先导。在历史上，人们把当时占主导地位的材料，如石器、青铜器和铁器，作为时代的象征，称之为石器时代、青铜时代和铁器时代。在现代，材料种类繁多，各种新材料不断涌现。很难用一种材料来代表当今时代的特征。第一次工业革命的突破点是推广和应用蒸汽机，但只有在开发了铁和铜等新材料之后，蒸汽机才得以使用和逐步推广。第二次工业革命持续到20世纪中叶，以发展石油和广泛使用新能源为突破口，大力发展飞机、汽车等产业。新材料的发展仍然支持着这一时期的工业革命。例如，合金钢、铝合金和各种非金属材料的发展。物质是当代文明的三大支柱之一物质、能源和信息是当代社会文明和国民经济的三大支柱，是人类社会进步和科技发展的物质基础和技术先导。材料是全球新技术革命的四大标志之一(新材料技术、新能源技术、信息技术、生物技术)。什么是材料科学？材料科学是以固体材料为研究对象，以固体物理、热力学、动力学、量子力学、冶金和化学工程为理论基础的基础应用学科。它使用各种精密仪器和技术，如电子显微镜、X射线衍射、热谱、电子离子探针等。探讨材料的组成、结构、制备过程、加工和使用过程与其力学、物理和化学性能之间的规律。这是一门研究材料共性的学科。7、材料科学基础课的教学内容，材料科学基础课是材料科学与工程专业的重要基础课之一，主要介绍材料科学中的普遍规律，即材料的组成、形成(过程)条件、结构、性能和使用之间的相互关系和制约规律。内容主要包括：材料类型、晶体结构、缺陷化学、非晶结构、材料表面和界面、相图、扩散、相变、固相反应和烧结的基础知识。8，1.1.1材料根据化学成分(或基本成分)分类1.1.2材料根据其性能分类1.1.3材料根据其服务领域分类1.1.4材料根据其结晶状态分类1.1.5材料根据其尺寸分类，1.1材料根据其物理性质分类，9材料根据其物理性质分类：导电材料、绝缘材料、半导体材料、磁性材料、透明材料、高强度材料、高温材料、超硬材料等。根据物理效应，可分为压电材料、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、电气材料、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。10，1.1.1根据化学成分(或基本成分)进行分类：1。金属材料2。无机非金属材料3除了汞，元素金属在室温下是固体，具有不透明的外观、特殊的金属光泽和良好的导电性和导热性。就机械性能而言，它具有较高的强度、刚度、延展性和抗冲击性。合金是由两种或两种以上金属元素或金属元素与非金属元素融合而成的具有金属特性的新物质。合金的性能与组成合金的相的性能以及这些相在合金中的数量、形状和分布有关。当金属的晶体结构保持溶剂组分的晶体结构时，该合金被称为初级固溶体或端对端固溶体，简称固溶体。当在金属元素和其他金属元素或非金属元素之间形成合金时，除了固溶体之外，还可以形成金属间化合物。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中。固溶体中溶质原子的分布可以是随机的，即统计分布。它也可以是部分有序的或完全有序的。在完全有序的固溶体中，异质原子往往是相邻的。这种结构也被称为超晶格或超结构。另外，合金中的溶质原子也可以形成簇，即相似的原子往往是相邻的。集群可以随机分散。事实上，实验中没有发现溶质原子完全随机分布的固溶体。因此，热力学平衡中的固溶体只能被认为在宏观尺度上是真正均匀的，而不要求在原子尺度上是均匀的。不同类型固溶体中原子的排列如图0.1所示。16、图0.1不同类型固溶体中原子排列的示意图，(A)随机取代固溶体，(B)有序取代固溶体，(C)随机间隙固溶体，(D)固溶体中的溶质聚集，以及(17)金属间化合物可分为三种类型，即，由负电性决定的价化合物(缩写为价化合物)，由电子浓度决定的电子化合物(也称为电子相)，以及由原子尺寸决定的尺寸因子化合物。除了这三种由单一元素决定的典型金属间化合物之外，还有许多金属间化合物的结构由两个或多个因素决定，这些因素被称为复合化合物。18，2。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、锗酸盐和其它原材料和/或氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硫化物、硅化物、卤化物和其它原材料通过某些工艺制备的材料。它是所有材料的总称，除了金属材料和聚合物材料。它与广义的陶瓷材料具有相同的含义。无机非金属材料有多种类型和用途，目前还没有统一完善的分类方法。一般分为传统(普通)和新型(高级)无机非金属材料。传统的无机非金属材料主要是指由二氧化硅及其硅酸盐化合物制成的材料，包括陶瓷、玻璃、水泥和耐火材料。此外，搪瓷、磨料、铸石(辉绿岩、玄武岩等。)、碳材料和非金属矿物(石棉、云母、大理石等。)也是传统的无机非金属材料。先进(或新型)无机非金属材料是由氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硫化物、硅化物和各种无机非金属化合物通过特殊的先进工艺制成的材料。主要包括高级陶瓷、非晶材料、人造晶体、无机涂层、无机纤维等。根据其不同的概念和用途，陶瓷可分为两类，即普通陶瓷和特种陶瓷。根据陶瓷坯体的结构和基本物理性能的不同，陶瓷制品可分为陶瓷和瓷器。传统无机非金属材料之一：陶瓷，22、普通陶瓷是传统陶瓷，是指以粘土为主要原料和其他天然矿物原料通过粉碎混合、成型、煅烧等工艺制成的各种产品。包括日用陶瓷、卫生陶瓷、ar表0-1普通陶瓷的分类方法特种陶瓷是用于各种现代工业和尖端科技领域的陶瓷产品。包括结构陶瓷和功能陶瓷。结构陶瓷主要用于耐磨、高强度、耐高温、抗热震、硬度、高刚性、低膨胀、隔热等场所。功能陶瓷主要包括具有电磁功能、光学功能、生物功能、核功能等功能的陶瓷材料。常见的高温结构陶瓷包括：难熔氧化物、碳化物、硼化物、氮化物、硅化物。功能陶瓷包括：器件陶瓷(即电绝缘陶瓷)、电容器陶瓷、压电陶瓷、磁性陶瓷(也称为铁氧体)、导电陶瓷、超导陶瓷、半导体陶瓷(也称为敏感陶瓷)、热功能陶瓷(热电陶瓷、导热陶瓷、低膨胀陶瓷、红外辐射陶瓷等)。)，化学功能陶瓷(多孔陶瓷载体等。)，生物功能陶瓷等。根据陶瓷坯体的结构和基本物理性能的差异，陶瓷制品可分为陶器和瓷器，如表0-2所示。陶器包括粗陶器、普通陶器和精细陶器。该陶瓷体具有松散的结构、低密度、一定的吸水率、粗糙且无光泽的断裂、无半透明、表面或壳状横截面。表0-2中国日用陶瓷分类标准，28，传统无机非金属材料二：玻璃，玻璃是由熔体过冷制成的非晶材料。根据其网络组成，可分为硅酸盐玻璃、硼酸盐玻璃、磷酸盐玻璃等。其网络形成剂是二氧化硅、B2O3和P2O5。传统上，玻璃材料可分为两类：普通玻璃和特殊玻璃。普通玻璃是指可以使用天然原料大规模生产的玻璃。普通玻璃包括日用玻璃、建筑玻璃、微晶玻璃、光学玻璃和玻璃纤维。特种玻璃(又称新型玻璃)是指在特殊条件下，用精制的、高纯度的或新型的原料，或通过新工艺严格控制成型过程，制成的具有特殊功能或特殊用途的玻璃。特种玻璃包括二氧化硅含量为85%或更低的硅酸盐玻璃、非硅酸盐氧化物玻璃(硼酸盐、磷酸盐、锗酸盐、碲酸盐、铝酸盐、氮氧化物玻璃、碳氧玻璃等)。)、非氧化物玻璃(卤化物、氮化物、硫化物、硫卤化物、金属玻璃等。)，以及光纤等。根据用途不同，特种玻璃可分为防辐射玻璃、激光玻璃、生物玻璃、多孔玻璃、非线性光学玻璃和光纤玻璃。30，传统的无机非金属材料3:水泥，水泥是指加入适量的水形成塑性浆料，它可以在空气和水中硬化，并可以牢固地将砂、石和其他材料粘结在一起作为细粉末水硬性材料。水泥有很多种，根据用途和性能可分为三类：普通水泥、特种水泥和特种水泥。水泥按其主要水硬性矿物可分为硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、氟铝酸盐水泥和以工业废渣和当地材料为主要成分的水泥。目前，有100多种水泥。通用水泥是大量土木工程项目中使用的通用水泥，如硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥。特种水泥是指具有特殊用途的水泥，如油井水泥、砌筑水泥等。特色水泥是一种性能优异的水泥，如快硬硅酸盐水泥、抗硫酸盐硅酸盐水泥、中热硅酸盐水泥、膨胀硫铝酸盐水泥、自应力铝酸盐水泥等。33、传统无机非金属材料:耐火材料，耐火材料是指耐火程度不低于1580的无机非金属材料。它是高温技术的基础材料。虽然不同国家对耐火材料的定义不同，但其基本含义是相同的，即耐火材料用作高温窑炉等热工设备的结构材料，以及工业高温容器和部件的材料，并能承受相应的物理和化学性能34、按矿物组成分为硅石、硅酸铝、镁、白云石、橄榄石、尖晶石、碳质、锆质耐火材料和特种耐火材料；根据制造方法，它分为天然矿石和人造产品。根据形状，它分为块状产品和不定形耐火材料。根据热处理方法，它分为未烧制产品、烧制产品和熔铸产品。35、根据耐火材料分为普通、高级和超耐火产品；根据化学性质，它们分为酸性、中性和碱性耐火材料。根据密度，它分为轻质耐火材料和重质耐火材料。根据产品的形状和尺寸，可分为标准砖、特种砖、特种砖、管道和耐火容器等。根据用途，可分为高炉、水泥窑、玻璃窑、陶瓷窑耐火材料等。36，3。有机高分子材料(聚合物)。聚合物是由一种或多种简单的低分子化合物聚合而成的高分子量化合物。有许多不同性质的聚合物和不同的分类方法。根据高分子材料的来源，分为天然高分子材料和合成高分子材料。聚合物根据其性质和用途可分为橡胶、纤维、塑料和粘合剂。37、橡胶的特点是室温弹性高，即使在很小的外力作用下，也会产生很大的变形(高达1000%)，外力去掉后，可以很快恢复到原来的状态。其弹性模量小，约为105 104帕。普通橡胶包括天然橡胶(异戊二烯橡胶)、丁苯橡胶、聚丁二烯橡胶(聚丁二烯)、乙丙橡胶和硅橡胶。38，纤维的弹性模量较大，约为109 1010帕。受力时，变形不得超过20%。纤维大分子沿轴向规则排列，长度和直径相对较大，在较宽的温度范围(-50150)内力学性能变化不大。常见的合成纤维包括尼龙、聚酯、丙烯酸和维尼纶。39，塑料的弹性模量介于橡胶和纤维之间，约为107 108帕。温度稍高，应力变形可达百分之几到百分之几百。一些塑料的变形是可逆的，而另一些塑料的变形是永久性的。根据塑料受热时的不同行为，塑料分为热塑性塑料和热固性塑料。前者可在加热时塑化和软化，冷却时固化和成型，再次加热时塑化和软化。聚乙烯、聚氯乙烯和聚碳酸酯都属于这一类。后者可在加热时塑化和软化，并通过化学反应固定和形成，但不能在冷却后通过加热软化。酚醛塑料和脲醛塑料属于这一类。40、胶粘剂是指在室温下处于粘性流动状态，当在外力的作用下，会产生永久变形，外力消除后又不能恢复聚合物的原始状态。有时，聚合后未加工的聚合物被称为树脂，以区分加工过的塑料或纤维产品，如固化前的胶木和聚酯纤维未编织前的聚酯树脂。复合材料复合材料是由两种或两种以上具有不同化学性质或结构的材料组成。复合材料是多相材料，主要包括基本相和增强相。基体相是一种连续相材料，它将增强相材料与改进的性能结合在一起，起到传递应力的作用。增强阶段的功能是承受应力(结构复合材料)和显示功能(功能复合材料)。该复合材料不仅能保持原复合材料的重要特性，而且通过复合效应使各组分的性能互补，从而获得许多原组分所不具备的优异性能。复合材料种类繁多，目前还没有统一的分类方法。以下分类基于复合材料的三个元素。根据基体材料的分类，有金属基复合材料、陶瓷基复合材料、水泥基复合材料、混凝土基复合材料、塑料基复合材料、橡胶基复合材料等。根据钢筋的形状这种材料通常用于制造工具、机械、车辆以及建造房屋、桥梁、铁路等。它是一种常见的机械制造材料和建筑材料，包括结构钢、工具钢、铸铁、普通陶瓷、耐火材料、工程塑料和其他传统结构材料(普通结构材料)以及高温合金和结构陶瓷等先进结构材料。45、功能材料是具有优异的电、磁、光、热、声、机械、化学和生物功能及其相互转换功能的高科技材料，用于非结构目的。46、1.1.3材料按服务领域分类