材料导论总结

第一章

材料是宇宙间可用于制造有用物品的物质，是人类赖以生存的物质基础

材料是人类文明的里程碑。历史学家往往把制造工具的原材料作为社会发展的标志。

石器 陶瓷 青铜 铁 水泥 钢 硅 高分子材料 复合材料

信息功能 工程结构 能源 纳米 生物 智能化 生态

新材料技术是工业革命和产业发展的先导 材料的发展史就是科学技术的发展史

材料的可持续发展战略与生态环境材料

材料按物理、化学性质分：金属 无机非金属 有机高分子 复合

材料科学与工程（MSE） 材料成分-结构-合成与加工-性能-使用效能

第二章

材料性能：工艺性能是指制造工艺过程种材料适应加工的性能。使用性能是指材料制成零件或产品后，在使用过程中能适应或抵抗外界对它的力、化学、电池、温度等作用而必须具有的能力。

载荷类型：静载荷、动载荷、变载荷

载荷F（力） 伸长量ΔL 拉伸曲线

应力σ 应变ε 应力-应变曲线 名义 工程

试样能恢复到原状称为弹性形变

卸去载荷后，试样不能恢复到原状，即有残余形变

试样产生永久残余形变而不断裂的变形为塑性形变

弹性极限：材料产生完全弹性形变时所承受的最大应力值

弹性模量：金属材料在弹性状态下的应力与应变比值 E=σ/ε Mpa

塑性：断裂前材料发生不可逆永久变形的能力

断后伸长率：试样拉断后标距的伸长与原始标距之比 δ=（L1-L0）/L0 mm

断面收缩率：试样拉断后缩颈处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比

ψ=(S0-S1)/S0 mm2

屈服强度：载荷不增加而材料还继续伸长的现象为屈服，材料开始屈服时对应的应力σs

抗拉强度：材料在试样拉断前所承受的最大应力 σb

硬度是衡量金属材料软硬程度的指标

布氏硬度HB（S，W）：试应力F 直径D淬火钢球或硬质合金球压入被测金属表面，保持规定时间后卸除试应力，测量压痕直径d，计算出压痕球缺表面积S所承受的平均应力值

洛氏硬度HR：工厂中应用最广泛的测试方法。锥顶角为120的金刚石圆锥体或直径为1.588mm的淬火钢球为压头，在规定载荷作用下压入被测金属表面，测定压痕深度

疲劳极限：循环应力应变 局部永久性累积损伤 突然发生完全断裂

蠕变：金属材料在较高温度和应力作用下产生缓慢塑性形变

蠕变极限：在T下和规定试验时间t内，使试样产生一定蠕变伸长量的应力

冲击吸收功 最常用冲击试验方法：摆锤式一次性冲击试验

摩擦：两个相互接触的物体或物体与介质间相对运动时出现的阻碍作用

磨损：由于摩擦而导致材料表面逐渐损失以致表面损伤的现象

电阻率:阻碍电流流动的度量 数值上等于单位长度和单位面积的导电体电阻值 只与材料性质有关Ωm

电导率:电阻率倒数σ=S/m 其值越大，材料导电性能越好

超导电性：一定的低温条件下材料突然失去电阻的现象

性能指标：临界转变温度Tc 临界磁场Hc 临界电流密度Jc

影响材料导电性的因素 温度 化学成分 晶体结构 杂质

金属电阻率随温度升高而增大 锑 铋 镓反例

冷塑性变形是金属电阻率增大

合金化对导电性有显著影响

磁化：材料中磁矩排列时取向趋于一致而呈现出一定的磁性

磁化率：M/H=χ

磁导率：B/H=μ

抗磁性：材料被磁化后，磁化矢量与外加磁场方向相反

顺磁性：………相同

磁化曲线：磁感应强度或磁化强度与外加磁场强度的关系曲线

磁滞回线：磁化一周得到一个闭合回线

磁滞效应：磁感应强度的变化总落后与磁场强度的变化

磁滞损耗：回线所包围的面积相当于磁化一周所产生的能量损耗

软磁回线：瘦小 高磁导率 高饱和磁感强度 较小矫顽力 小磁滞损失

硬磁回线：肥大 较大矫顽力 和剩磁 硬磁由称永磁材料

热容:在没有相变和化学反应下，材料温度升高1K时所吸收的热量J/K

比（质量）热容：单位质量材料的热容J/(kgK) 摩尔热容J/(molK)

热膨胀：物体的体积或长度随温度升高而增大的现象

线膨胀系数：α 温度上升1K，单位长度的伸长量，单位K-1 随温度升高而加大

热传导：当固体材料一端的温度比另一端高时，热量就会从热端自动地传向冷端

热导率：一定温度梯度下，单位时间通过单位垂直面积的热量J/(mKs)

腐蚀是物质的表面因发生化学或电化学反应而受到破坏的现象

材料的腐蚀是一种自发进行的过程，是物质由高能态向低能态的转变形式

化学腐蚀：金属表面与非电解质直接发生化学反应而引起的破坏

电化学腐蚀：金属表面与电解质溶液发生电化学反应引起的破坏

老化：外观变化 物理性能变化 力学性能变化

第三章

材料结构

组成材料原子（或离子，分子）的结构

组成材料原子（或离子、分子）间的结合 金属 离子 共价 分子

组成材料原子（或离子、分子）的排列 晶体 非晶体 混合

材料结构内存在缺陷 面缺陷 线缺陷 点缺陷

质子数Z决定元素本性 核内质子和中子总数决定原子量 原子直径埃A为单位A=10-10m

量子力学：微观粒子的波粒两象性 海森堡测不准原理 薛定谔方程 根据结合键的不同状态，可把凝聚态分成五大类：液体 液晶 橡胶态 玻璃态 晶态

结合键：原子间吸引力和排斥力合力结果

离子键：正离子和负离子由于静电引力相互吸引，当它们充分接近时会产生排斥，引力，斥力相等即形成稳定的离子键。离子键要求正负离子相间排列，而且要使异号离子之间的引力最大，同号离子之间的斥力最小。离子键结合力比较大，所以离子晶体的硬度高，强度大，热膨胀系数小，但脆性大。离子晶体都是良好的绝缘体。不吸收光，典型的离子晶体是无色透明的。

共价键：由共用价电子对产生的化学键。共价晶体中的粒子为中性原子，所以也叫原子晶体。共价键的结合力很大，共价晶体具有强度高、硬度大、脆性大、熔点高、沸点高和挥发性低等性质，结构也比较稳定。导电能力较差。

金属键：

金属材料：黑色金属 有色金属

高分子材料：塑料 橡胶 纤维

陶瓷材料：应用最早的固体材料 普通陶瓷 特种陶瓷 金属陶瓷

第四章

高炉炼铁：炼铁原料铁矿石 燃料燃烧 冶金反应 造渣 产品：生铁和铁合金 炉渣和煤气

炼钢的方法：转炉炼钢 电弧炉炼钢

金属粉末材料的制备：

机械法：不改变原料化学成分，下用球磨机等将金属破碎制粉或锤捣、研磨、辊扎使脆性材料破碎制粉的方法 机械研磨法

物理法：将金属蒸汽冷凝制取金属粉末的物理蒸发冷凝法

化学法：还原法、电解法

金属晶体：原子在空间按一定的几何规律周期重复排列物质

非晶体：原子在空间杂乱无序排列的物质

晶格：用以描述晶体中原子排列规律的空间格架

晶胞：能够完全反映晶格特征的最小几何单元

晶格常数：晶胞的棱边长度及其夹角

常见金属晶格类型:体心立方晶格 面心立方晶格 密排立方晶格

晶格致密度：晶胞中原子本身体积与该晶胞体积之比 体心68 面心密排74

同素异形转变（重结晶）:一种晶格转变另一种晶格 铁的同素异形转变是热处理之所以能改变钢铁材料性能的根本原因

合金结构

固溶体：一种物质均匀地分布于另一种固体物质中所形成的溶合体 保持原有晶格为溶剂

晶格消失为溶质 间隙固溶体 置换固溶体（有限固溶体 无限固溶体）

固溶强化：因溶入溶质元素形成固溶体，从而使金属材料的强度、硬度升高的现象

金属化合物：合金中的两个元素，按一定的原子数量之比相互化合，而形成的具有与这两元素完全不同类型晶格的化合物

机械混合物：两种或以上的互不相溶晶体结构机械地混合而形成的显微组织

晶体缺陷：原子排列不够理想和规则的区域

点缺陷：空间三个方向上尺寸很小，在原子尺度范围的缺陷。空位 间隙原子 置换原子

线缺陷（位错）：晶体中某处一列或若干列原子发生有规律的错排现象 刃型位错 螺型位错

位错在晶体中可以移动，金属材料的塑性形变其微观过程主要是通过位错运动来实现

面缺陷：晶界与亚晶界 晶粒之间的界面

理论结晶温度T0：释放出的结晶潜热补偿了向外界散失的热量 凝固点 熔点

过冷：液态金属在低于理论结晶温度下开始结晶

过冷度ΔT：理论温度与实际温度之差 T0-Tn=ΔT

过冷度大小与冷却速度有关，冷却速度越大，过冷度越大，实际结晶温度越低

金属结晶由两个过程构成 晶核核心形成和晶核长大

质均形核：即自发形核 异质形核：即非自发形核 杂质依附 实际主要为后者

晶粒越细其强度和韧性越高 成核多 长大慢

增加过冷度 变质处理 附加振动

铸锭：表面细晶区 柱状晶区 中心等轴晶区

铸锭缺陷：缩孔 疏松 气泡 裂纹 偏析 非金属夹杂物 杂质元素多 熔点降低

砂型铸造：砂型种类 湿型 干型 表面干型 化学硬化砂型 造型方法 手工造型 机械造型

特种铸造：熔模铸造 金属型铸造 压铸

原材料成型：轧制 挤压 拉拔

毛坯或零件的成型：锻造（自由模型） 冲压（弯曲、拉深、胀形、翻边）

焊接

熔化焊（气焊、电弧焊、电渣焊、等离子弧焊） 压力焊（电阻焊 摩擦焊 扩散焊） 钎焊（软<450

陶瓷实际上是各种无机非金属材料的通称

传统陶瓷（硅酸盐） 特种陶瓷（结构陶瓷：氧化铝 氧化锆 碳化硅 塞隆 六方氮化硼 碳化硅、工具陶瓷：硬质合金 氧化物基金属 人造金刚石 立方氮化硼、功能陶瓷:电容器 压电 敏感 磁性 超导）

固相：晶相（鲍林定律123典型结构1234567891011硅酸盐12345） 玻璃相1234 ..

气孔：开口 闭口 贯通

弹性模量 最强 ，硬度 高 ，强度（离子键为主 部分共价键）高 ，脆性断裂增韧 防止断裂123 ，塑性 极差

热膨胀系数低 陶瓷

光学 电学导电介电 磁学

5大通用塑料 PS PP PE PVC ABS

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