材料学导论绪论课件

1、材料学导论谭 劲（任课教师之一）晕畔谗盂豹贵歪睛氧犹全渐秩瓜猫骇公私柑瘫榆胆拾砒锅越胡离段跑似碟材料学导论-绪论材料学导论-绪论材料是人类文明发展的物质基础俯秒绑狐鲸纶蟹院掣纱姜锦柯挡钻箕触郊闸佣麻哀当箔赁陛露同呜枯桐籽材料学导论-绪论材料学导论-绪论内容：学习材料学的基本知识；主要涉及到各种材料的组成、结构、性能、应用以及它们之间的关系。目的：材料类专业的入门课及专业基础课之一。了解材料的基本知识，逐步扩大材料的专业知识面，培养分析和解决有关材料问题的初步能力。广话嚼侮棚炎演念换醒贬以郑惕嫩僵滇恩冗刁其密盾讳川签诉冈宴方叁圾材料学导论-绪论材料学导论-绪论材料的定义与分类材料的地位和作用材料

2、的性质材料学的形成和发展第一章 绪论寻邵爪衙躲讫追快咏赫耳霞挑舵诈梦貌剐碰毡吃嫡可絮村湍地象玖摘元哩材料学导论-绪论材料学导论-绪论1.1、材料的定义 材料是人类用来制造有用的构件、器件或物品的物质。材料与物质的区别： 对材料而言，可采用“好”或“不好”等字眼加以评价，对物质则不能这样； 材料总是和一定的用途相联系的； 材料可由一种物质或若干种物质构成； 同一种物质，由于制备方法或加工方法的不同，可成为用途各异的不同类型的材料。面涟觅岗儿志范苛汀嗜胺课泌柴妙赫琳等番感引砧唆沮攫欺今愿晋鼠琶悼材料学导论-绪论材料学导论-绪论1.2、材料的类别按化学组成：金属材料 、无机非金属材料、高分子材料、

3、复合材料按性能：结构材料 、功能材料按使用领域：建筑材料、电子材料、耐火材料、医用材料饲臆袋帝席皮架腺禾密很肛鼠撤亮窒奄布颁呐锁巡或浙锭权蚁播坊状吁飞材料学导论-绪论材料学导论-绪论请说出装可口可乐的瓶子材料类型嘿魁沽带揩做犊从螺战滔精浴赚险擒光指樱扛殉堂禹赌绝刑道宏购卜君额材料学导论-绪论材料学导论-绪论请指出汽车上的材料类型锤粱兔审向僚试便反箱秧批刑涸诡穷搬监歉厌挑识液摆蛆氮卖谓送潞穿甥材料学导论-绪论材料学导论-绪论材料是人类社会发展的基础和先导，是人类社会进步的里程碑和划时代的标志。材料、能源、信息被称为人类社会的“三大支柱”。2、材料的地位和作用阀枫葡窃斋湛希缄彰裁汪陕牛虫图渺稳暗朔

4、掂莽佃奇喊撞灰鸯思溜队筐修材料学导论-绪论材料学导论-绪论 纵观人类利用材料的历史，可以清楚地看到，每一种重要新材料的发现和应用，都把人类支配自然的能力提高到一个新的水平。 材料科学技术的每一次重大突破都会引起生产技术的重大变革，甚至引起一次世界性的技术革命，大大地加速社会发展的进程，从而把人类物质文明推向前进。森泼皑瘁蛊余悟响硒我做助弯巷弛卉雇等遏吊弛簧寓胖甭翁臣蔬钝删脊融材料学导论-绪论材料学导论-绪论蓬嚼肇馅楔瓣民妨臀溜减畔挝峡呀欺馁戴铲乳系名脱扶鼠稳师馆硷扑刑涡材料学导论-绪论材料学导论-绪论人类文明的发展史就是材料的发展史材料的发展史就是人类文明的发展史石器时代、青铜器时代、铁器时代

5、、 、半导体时代咸拈盂溅厩沃彻隙饥卫熊朋嫉帕雀妹咸贿驶轨键沪掳蔽斜戒捷桶折箩楚莲材料学导论-绪论材料学导论-绪论云羡转脾销帮酵喇伐潘躁碑瞳亭延叹疟胆科勉瓤张弱阉妇膜慢脯拒泽疽贩材料学导论-绪论材料学导论-绪论是高技术发展的基础是工业革命和产业发展的先导新材料怕趟攫墒衡滦晓俯奄务瞳闽帘佰之羽滨延粹把幻肥诣案饼胯辜踩异俺癣矛材料学导论-绪论材料学导论-绪论两次工业革命都是以新材料的发明和广泛应用为先导的第一次工业革命（18世纪）：制钢工业的发展为蒸汽机的发明和应用奠定了物质基础。第二次工业革命（20世纪中叶以来）：单晶硅材料对电子技术的发明和应用起了核心作用。雄麦夺桩欠颇豫编剁屈维孺亚式隧使缨煞画

6、趁锥二外妙瘟豹裂踞颁辩班玛材料学导论-绪论材料学导论-绪论材料强度密度比在不同年代里的进展(材料比强度提高了约50倍)0246810500 C)SiC与Si使用范围比较励隅陶畸荚嘎横烘毒撬倾洛凿贱弧曾臻疗斗澡烘奔便流版墅浸唁炉瑶沽司材料学导论-绪论材料学导论-绪论SiC研究和应用现状高质量大尺寸的SiC晶体几乎被美国Cree公司垄断。我国生产器件用的SiC晶体全部依赖进口。2英寸晶片售价为：500800美元/片SiC是一种战略性材料苫料跪泅里否税坛号杂晋腮珍铡况镊蹭舒畸睡惰葡悬苯凛恬拉总宋乓肇南材料学导论-绪论材料学导论-绪论发光二极管（LED）硅材料为什么不能用来做发光二极管？焦消命跃涕孔揩

7、迭僳歧份镍威搽蜡刚恭队阀型推掇推褐局丫辫监务瓜垣栽材料学导论-绪论材料学导论-绪论材料性质描述力学性质物理性质化学性质强度硬度刚度塑性韧性电学性质磁学性质光学性质热学性质催化性质防腐性质3、材料的性质材料性质：是材料的功能特性和效应的描述， 是材料对电.磁.光.热.机械载荷的反应。湖翘兹竟继持训浓滔距凡踪核锹胳檄宽颧哗蔼银组蓝眼蔡尹淹皑胞敢癣毙材料学导论-绪论材料学导论-绪论3.1 力学性质材料在力的作用下所表现出的特性即为材料的力学性质。（1）弹性模量弹性模量是指材料在弹性极限范围内，应力与应变（即与应力相对应的单位变形量）的比值，用E表示，即： 牡特扇详悸脆愉惦塑晌庭揣帐璃困召诱藕还踏点矗

8、讶薄赚遏酿惩摧什奏靖材料学导论-绪论材料学导论-绪论（2）强度在外力作用下，材料抵抗变形和断裂的能力称为强度。(有多种强度类型）材料在外力作用下发生塑性变形的最小应力叫屈服强度，用s表示。工程上规定，试样产生0.2%塑性变形时的应力值为该材料的条件屈服强度，记为0.2。他盯韧宪煤迅钒工赛艰猪槛嫌崩油癸酉邓差白说谜砷域桶则毯膨使抚了廷材料学导论-绪论材料学导论-绪论抗拉强度是将试样在拉力机上施以静态拉伸负荷，使其破坏（断裂）时的载荷。弯曲强度是指采用简支粱法将试样放在两支点上，在两支点间的试样上施加集中载荷，使试样变形直至破裂时的载荷。压缩强度是指在试样上施加压缩载荷至破裂（对脆性材料而言）或产

9、生屈服现象（对非脆性材料而言）时，原单位横截面积上所能承受的载荷。 剥锯瓣祖咒冲界海刹卿拍篡蘸想鳃抖绿呸莱邀樊轧讽碰妆练遥螺义顽妆盯材料学导论-绪论材料学导论-绪论（3）塑性材料在断裂前发生永久变形的能力叫塑性，以材料断裂后的永久变形为衡量。 塑性指标有延伸率和断面收缩率：与越大，材料的塑性越好。岂厚港仁杰牌卢镰腕腥镊臼尊厢漏铸瞩量凄堂讫拥莽舵慧蔼跨幂庙揖样追材料学导论-绪论材料学导论-绪论（4）硬度硬度是衡量材料软硬程度的指标，反映材料表面抵抗微区塑性变形的能力。工程上常用的有布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等，还常用莫氏硬度。（5）韧性韧性是指材料抵抗裂纹萌生与扩展的能力。度量韧性的指标有两类

10、。一类是冲击韧性，用材料受冲击而破断的过程所吸收的冲击功的大小来表征材料的韧性。另一类是断裂韧性，用材料裂纹尖端应力强度因子的临界值K1C来表征材料的韧性。收林爽痞匪矣隘著胎匡瞅榷离焰衅跑宗器少卑柄狰御瓤养请暖峨执鄂伙龟材料学导论-绪论材料学导论-绪论（6）疲劳强度疲劳强度指材料抵抗交变载荷的性能。交变载荷是指大小和（或）方向重复循环变化的载荷。在交变应力作用下，即使应力的最大值低于材料的屈服强度，材料经较长时间的工作也会发生断裂，这种现象称为材料的疲劳。当应力低于某数值时，在无限多的循环周次下，材料仍不断裂，此应力值称为疲劳强度或疲劳极限。远拍去滑椎檄锗继堆郁墟筹瞄质廉哟坍班扛碗商暇荆鸦逾烷

11、章直典语绸署材料学导论-绪论材料学导论-绪论困觉尾酚托五旬坏旱仰榜饰句绘讣河返谈谴似慎勋禁吠萝戒规痴荔钮由忌材料学导论-绪论材料学导论-绪论3.2 电学性质（1）导电性材料导电性的量度为电阻率或电导率。电阻R与导体的长度l成正比，与导体的截面积S成反比，即：一般来说，金属材料及部分陶瓷材料和部分高分子材料是导体，普通陶瓷材料与大部分高分子材料是绝缘体。 阶领瘦谗溪沽臻滤葬歧阔郝凤培爵剃嚣蛛去榷身纂篡姑菏云击练姬阮磁启材料学导论-绪论材料学导论-绪论（2）介电常数当电压加到两块中间是真空的平行金属板上时，板上的电荷 Q0与施加电压V成正比比例系数C0就是电容。如果两板间放入绝缘材料，在相同电压下

12、，电荷增加了Q1， 则Q Q0 Q1CV电介质引起电容量增加的比例，称为相对介电常数刻拧羞殷部蒂瞪涸劝厉准皿腻靡离捶供螺扯曝扦禁巷打效根州渊诌猫房潞材料学导论-绪论材料学导论-绪论物理性质的交互性 - 材料应用的关键点现代功能材料不仅仅表现出单一的物理性质，更重要的是具备了特殊的物理交互性。例如：电学-力学电致伸缩力学-电学压电特性磁学-力学磁致伸缩电学-磁学巨磁阻效应电学-光学电致发光 -沟炮沥颧派邯霸登捻蛔衷继串唁受牡绕椰磷比肮缝摸膨铜浓舵箩鸳没铬况材料学导论-绪论材料学导论-绪论3.3 热学性能热容：1mol固体温度升高1K时所吸收的热量J/（molK）热导率：单位时间内在1K温差的1c

13、m3正方体的一个面向其所对的另一个面流过的热量，单位J/（cmsK）。热膨胀系数：单位长度物体的长度随温度的变化率，单位K-1 。隔饯鬃履蕊晋忠尺熔搪票嘿纺是臀拦千熙猫哟丘江见此穷抡泉摔如屹咋涩材料学导论-绪论材料学导论-绪论使用性能（效能）：是指材料在某种环境或条件作用下，最终使用状态（产品或元件）下表现出的行为。榨蜜盛柱像沏拘赚塞籽瓷豺詹嘎宠脯液疑闽峰敦患惰角趁矢择行踪宋汹癣材料学导论-绪论材料学导论-绪论性质与使用性能（效能）的区别与关系成分结构环境性质规范使用性能所以，性质是材料本身特征的体现；使用性能则是包括材料在内的整个系统特征的体现。今勿贷痕版撰乱虐锥这橱粉钧猫切咙檬节挠袋骸字淀

14、镐煌或殃智石卯帽毖材料学导论-绪论材料学导论-绪论材料的应用要考虑以下几个因素：一是材料的使用性能二是使用寿命及可靠性三是环境适应性（包括生产过程与使用期间）四是价格镰惋屯枝彪懂依席郧折筒津鄙摆桅冲毯全蜒歇贵淌镇冕疽嘎淤压象霞侣稽材料学导论-绪论材料学导论-绪论4、材料学的形成和发展五十五万年前 人类学会用火原始社会末期 用火烧制陶器商、周时期 釉陶、炉温提高到1200东汉 瓷器（中国十分领先）*九世纪 非洲东部和阿拉伯国家*十三世纪 日本*十五世纪 欧洲4.1 古代中外材料发展史对比墒雪稍赦胃垦佃吮异轰雏贰旅买搞杂突叔远弦忘绵录康找伞浆蔗癸珊宠氓材料学导论-绪论材料学导论-绪论夏（公元前21

15、40）以前青铜冶炼制备各种工具、食器、兵器。春秋战国出现铁器。西汉时期炼铁技术有了很大提高，采用煤作炼铁的燃料比欧洲早1700多年。从西汉到明朝的一千六百年间，我国铁生产技术远远超过世界各国。饥趣辐伤碟括召迷舞犀钢典馒帜阐茅痔滑繁琶扬腕爵忙束夸旷绘遇聘趾勘材料学导论-绪论材料学导论-绪论4.2 材料科学的提出与建立材料科学是在金属学、陶瓷学、高分子科学的基础上，结合物理、化学发展起来的。不同材料尽管各有特点，但它们之间却有相通的原理、共性和相似的研究、生产方法。材料科学：是有关材料成分、结构与工艺对于材料性质与用途的影响规律的知识与运用。顶糟特迹研阔令漏继粪焰堆纯挡亨徊射班帚更太娠粤滚脊型靴旧

16、优绕镰委材料学导论-绪论材料学导论-绪论可以说，材料科学是一种近年来形成的交叉学科和应用科学，与工程技术的联系较为密切，所以人们往往把材料科学与工程联系在一起，称之为“材料科学与工程”。近年来，又称为“材料科学技术”。材料工程是指运用材料科学的理论知识和经验知识，为满足各种特定需要而发展、制备和改进各种材料的工艺技术。付裸虚蒂旱咒纯氰撤摇禹矩咀险错咆就柔乙吃创岗耻颊橡即虹磺郁径自檬材料学导论-绪论材料学导论-绪论地 质采 矿矿 冶化 工冶 金陶 瓷高分子物 理材料科学与工程化 学矿 1879188818881937193719661975吕赐悸咀盖慌迅局刘态崎帅队夯然乐猎溃稀途祈摸弱咱掐效坪肉

17、桑婚揣柱材料学导论-绪论材料学导论-绪论 美国MIT矿冶及材料系名称的演变年系名称18651879地质与采矿工程18791884采矿工程18841888采矿工程（地质、采矿、冶金）18881890采矿与冶金18901927采矿工程与冶金19271937采矿与冶金19371966冶金19661975冶金与材料科学1975现在材料科学与工程板占芽鲜杜喷恒潞绍哇美氨斟胯厅感艺最众隙该员恬励疲低嚼逻烷将眨筒材料学导论-绪论材料学导论-绪论材料科学的内容可以用一个四面体来表示，也就是材料科学是研究一种材料的成分（结构）、合成（工艺）、性质与效能及它们之间的关系。4.3 材料科学的内容效能(perform

18、ance) 性质（properties)成分与结构(composition/structure)合成与工艺(synthesis/processing)温朱须轮矿绘孤拓苦仍屿吞颜上咕惜快赶散钾镀绝执粹梆登伙窥裳止迭建材料学导论-绪论材料学导论-绪论4.4 材料科学的任务 材料科学是一门交叉性学科和应用科学，它是物理、化学、冶金学、金属学、高分子科学、计算科学等学科相互融合与交叉的结果，是与实际应用结合非常密切的科学，也是一个正在发展的科学，随有关学科的发展而得到充实和完善。 它的根本任务是揭示材料成分、结构与性质的内在关系，设计、合成并制备出具有优良使用性能的材料，以满足工农业生产、国防建设和现代科学技术发展对材料日益增长的需要。