材料科学导论、类型和结构

大一材料导论知识点总结材料导论是大一学生学习工程材料科学与工程必修课程的第一个核心科目。

在学习过程中，我们掌握了许多重要的知识点，下面将对这些知识点进行总结。

1. 材料的组成和结构材料的组成是指材料所包含的化学元素的种类和相对含量。

而材料的结构则指材料中原子、离子或分子的排列方式。

了解材料的组成和结构有助于我们深入了解材料的性质和功能。

2. 材料的物理性质材料的物理性质包括密度、热膨胀系数、导热性、电导率等。

了解材料的物理性质可以帮助我们选择适合特定应用的材料。

3. 材料的力学性能材料的力学性能是指在外力作用下材料的变形和破坏行为，包括弹性模量、屈服强度、延伸率等。

熟悉材料的力学性能有助于我们设计和优化使用合适材料的结构。

热处理是改变材料组织和性能的一种方法，包括退火、淬火、时效等。

掌握热处理技术可以提高材料的力学性能和耐腐蚀性。

5. 材料的腐蚀与防护材料的腐蚀是指材料在特定环境条件下发生的不可逆的化学、电化学变化。

了解材料的腐蚀行为有助于选择合适的材料和防护措施，延长材料的使用寿命。

6. 材料的结构性能关系材料的结构和性能密切相关，不同结构的材料表现出不同的性能。

研究材料的结构性能关系可以帮助我们设计新型材料，并预测材料在特定应用中的性能。

7. 材料的晶体结构晶体结构是材料中晶粒的排列方式和相互关系。

了解材料的晶体结构有助于我们理解材料的各种性能，例如光学性能、磁性能等。

相图是描述材料在不同温度和成分条件下的相变规律的图表。

研究材料的相图可以为我们合理选择材料和优化材料的加工工艺提供依据。

9. 材料的复合材料复合材料由两种或两种以上的材料组合而成，具有较好的综合性能。

了解复合材料的制备和性能有助于我们应用于各种领域。

10. 材料的可持续发展在材料的选择和利用中，应注重材料的可持续发展性能，包括资源可再生性、环境友好性等。

关注材料的可持续发展可以减少对环境的影响，推动可持续发展。

以上是大一材料导论的一些重要知识点的总结，通过学习和掌握这些知识点，我们能够更好地理解材料科学与工程，并在实践中更好地应用这些知识，为我国材料科学技术的发展做出贡献。

材料科学与工程主修课程
材料科学与工程是一门综合性学科，涉及到物质的结构、性能及其制备、加工等方面。

以下是主修课程列表以及简要介绍。

1. 材料科学导论：介绍材料科学与工程的基本概念、研究内容、研究方法和应用领域。

2. 材料物理化学：介绍材料的物理与化学性质，如红外光谱、热力学性质、表面化学性质等。

3. 材料表征与测试技术：学习各种材料性能测试方法的基本原理和操作技巧，如扫描电镜、原子力显微镜等。

4. 材料结构与性能：介绍材料的晶体结构、晶格缺陷、相变行为等基本概念，并探讨材料结构与性能之间的关系。

5. 材料制备技术：学习材料的制备方法和工艺流程，如冶金、陶瓷、高分子、纳米等材料制备技术。

6. 现代材料加工技术：介绍材料加工的基本原理、方法和技术，包括锻造、热处理、焊接、铸造等现代加工技术。

7. 资源材料研究与开发：学习资源型材料，如矿产资源、植物资源、动物资源等的开发和利用。

8. 工程材料的性能与使用：学习工程材料的力学性能、耐热性能、耐蚀性能、耐磨性能等方面的性能特点，以及工程材料的选型和应用。

通过以上主修课程的学习，能够掌握材料科学的基本理论、测试技术和制备技术。

同时也能够了解不同材料的特性和应用范围，以及实际工程中的应用情况。

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。

材料科学与工程导论及总结内容：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。

1、材料的定义与分类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：①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；②材料总是和一定的用途相的；③材料可由一种物质或若干种物质构成；④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。

按化学组成和结构特点：金属材料、无机非金属材料、高分子材料、复合材料按材料性能：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……2、材料的地位和作用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”。

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。

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、• • •、半导体时代新材料是高技术发展的基础，是工业革命和产业发展的先导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。

材料性质描述：力学性质：强度、硬度、刚度、塑性、韧性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：（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σs表示。

第1 章原子结构与键合决定材料性能的最根本的因素是组成材料的各元素的原子结构，原子间的相互作用、相互结合，原子或分子在空间的排列分布和运动规律，原子集合体的形貌特征等。

物质是由原子组成的，而原子是由位于原子中心的带正电的原子核和核外带负电的电子构成的。

原子结构中的电子结构——决定了原子键合的本身。

1.1 原子结构1.1.1 物质的组成一切物质是由无数微粒按一定的方式聚集而成的。

这些微粒可能是分子、原子或离子。

分子是能单独存在、且保持物质化学特性的一种微粒。

分子的体积很小，如H2O分子的直径约为0.2 nm。

而分子的质量则有大有小：H2分子是分子世界中最小的，它的相对分子质量只有2，而天然高分子化合物——蛋白质可高达几百万。

分子是由一些更小的微粒——原子所组成的。

在化学变化中，分子可以再分成原子，而原子却不能再分，原子是化学变化中的最小微粒。

量子力学中，原子并不是物质的最小微粒。

它具有复杂结构。

原子结构直接影响原子间的结合方式。

1.1.2 原子的结构原子由质子和中子组成的原子核，以及核外的电子所构成。

原子的体积很小，原子直径约为10–10 m 数量级，原子核直径为10–15 m 数量级。

原子的质量主要在原子核内。

每个质子和中子的质量大致为1.67×10–24 g，电子的质量约为9.11×10–28 g，为质子的1/1836。

原子呈电中性。

原子核带正电（质子带正电，中子不带电），电子带负电（1.6022×10–19 C），电子和质子数目相等。

原子核与电子的结合力为静电力。

1.1.3 原子的电子结构电子云：电子在原子核外空间作高速旋转运动，就好像带负电荷的云雾笼罩在原子核周围。

电子既具有粒子性又具有波动性，即具有波粒二象性。

电子运动没有固定的轨道，但可根据电子的能量高低，用统计方法判断其在核外空间某一区域内出现的几率的大小。

能量低的，通常在离核近的区域（壳层）运动；能量高的，通常在离核远的区域运动。

大一材料导论知识点材料导论是一门介绍材料科学与工程的基础课程，旨在让学生对不同类型的材料及其特性有一个整体的了解。

本文将针对大一材料导论中的几个重要知识点进行介绍，帮助学生更好地理解和学习这门课程。

一、材料的分类与常用材料1. 材料的分类：金属材料、无机非金属材料、有机材料、复合材料等。

2. 常用金属材料：铁、铜、铝、钢等。

常用无机非金属材料：陶瓷、玻璃等。

常用有机材料：塑料、橡胶等。

常用复合材料：纤维增强复合材料、层层复合材料等。

二、常见材料性能与表征方法1. 机械性能：强度、硬度、韧性等。

常用的测试方法有拉伸试验、硬度测试等。

2. 热性能：熔点、热膨胀系数等。

常用的测试方法有差热分析法、热膨胀试验等。

3. 电磁性能：电导率、磁性等。

常用的测试方法有电导率测量、磁性测试等。

4. 光学性能：透光性、折射率等。

常用的测试方法有透光率测量、折射率测试等。

5. 化学性能：腐蚀性、稳定性等。

常用的测试方法有腐蚀试验、稳定性测试等。

三、材料的结构与组织1. 金属材料的结构与组织：晶格结构、晶体缺陷、晶体生长等。

2. 陶瓷材料的结构与组织：晶体结构、非晶态、多孔结构等。

3. 高分子材料的结构与组织：线性结构、支化结构、交联结构等。

4. 复合材料的结构与组织：纤维增强剂、基体材料、界面结构等。

四、材料加工与制备方法1. 金属材料的加工与制备方法：熔铸、轧制、锻造等。

2. 陶瓷材料的加工与制备方法：烧结、热压等。

3. 高分子材料的加工与制备方法：模塑、挤出等。

4. 复合材料的加工与制备方法：层层堆叠、纤维增强等。

五、材料应用领域1. 金属材料的应用领域：机械制造、建筑结构等。

2. 陶瓷材料的应用领域：陶瓷器皿、电子元器件等。

3. 高分子材料的应用领域：塑料制品、橡胶制品等。

4. 复合材料的应用领域：航空航天、汽车制造等。

总结：材料导论是大一学生必修的基础课程，通过学习这门课程，学生将对各种类型的材料有一个整体的了解和认识。

《材料科学导论》考试复习1材料按结构分类可分为：晶体、准晶体、非晶体、胶体2材料按化学组成可分为：金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料、复合材料。

3晶体的基本性质有：①对称性，②均一性，③各向异性，④自限性，⑤最小内能性、⑥稳定性。

4化学键与结构类型可分为：①金属键，②离子键，③原子键，④共价键，⑤ 氢键及其晶格，⑥过渡型键及晶格，⑦单键与多键型的晶格。

5按对称规律晶体可分为：①3个晶族，②7个晶系，③32对称型（点群）。

晶系分别是：①单斜，②三斜，③斜方，④三方，⑤四方，⑥六方，⑦等轴晶系。

6晶体具有格子构造，格子有4种类型它们是：原始格子（P）、底心格子（C、A、B）、面心格子（F）、体心格子（I）7格子的选择要求%1平行六面体应包括空间格子的全部对称②平行六面体中相等棱和角的数目尽可能多③平行六面体中棱之间存在直角时，直角数要力求最多④在上要求条件下，平行六面体的体积最小。

8晶体空间对称中共有230个空间群，空间群包括：格子类型+空间对称的国际符号9化学键与结构类型包括：①离子键及离子晶格。

②共价键及原子晶格。

③金属键及金属晶格。

④分子键及分子晶格。

⑤氢键及其晶格。

⑥过渡型键及晶格。

⑦单键与多键型的晶格。

10人眼的分辩率是（0. 1mm）,光学显微镜的分辩率是（ 200nm）,扫描电子显微镜的分辩率是（2nm ）,透射电子显微镜的分辩率是（0. 1-0. 05nm ）o11X射线分析方法有①粉晶X射线照相法（晶体物相分析）②粉晶X射线衍射分析（晶体物相分析）③单晶X射线照相法（晶体结构分析）④四圆单晶X射线衍射分析（晶体结构分析）12在晶体对称规律中：低级晶族，无高次轴；中级晶族，只有一个高次轴；高级晶族，有多个高次轴13晶体常数对应关系为：三斜晶系aHbHc, a h (3 H Y H 9 0单斜晶系a工b工c,a = Y = 90° P >90°斜方晶系aHbHc, a = [3 = 丫 = 9 0四方晶系 a = a = B = 丫 = 9 0_三方晶系 a =bHc，a = |3 =90°Y = 120°k方晶系 a = b 工c，a = P = 90°Y =120°等轴晶系 a = b = c, a = p = 丫 = 9 014电子显微镜与光学显微镜对比①照射束★电子显微镜电子束☆光学显微镜光束②媒质★电子显微镜真空☆光学显微镜大气③透镜★电子显微镜电子透镜（电磁透镜）☆光学显微镜光学玻璃透镜④分辨率★电子显微镜透射电镜为0. 14nm,扫描电镜为6nm☆光学显微镜可见光区为200nm,紫外光区为lOOnm %1放大倍数★电子显微镜☆光学显微镜1 0-2000倍，更换透镜调节%1景深★电子显微镜在1000倍时，景深约为☆光学显微镜在1000倍时，景深约为⑦聚焦原理★电子显微镜☆光学显微镜电子聚焦机械聚焦%1图像特点★电子显微镜像子☆光学显微镜%1主要图像黑白反差的电子图像，高分辨率像及衍射图像、格子产生七色光的颜色及干涉颜色★电子显微镜：透射电子像，二次电子像，背散射电子，吸收电子像，X射线面扫描像,X射线扫描像☆光学显微镜：光学透射像，反射像及其他干涉像，光的吸收、反射、透过形成光学图⑩主要附件★电子显微镜：⑴电子衍射装置，⑵特征X射线波谱仪，⑶特征X射线能谱仪，⑷电子能量损失谱仪，⑸俄歇电子谱仪，⑹阴极发光装⑺电子通道花样附件，⑻微粒分析仪，⑼热台，冷台，（10）拉伸、旋钮、压缩，（11）电动势放大器，等等☆光学显微镜：⑴带偏光、反光附件，⑵锥光附件，⑶费氏台及旋转针，⑷热台及冷台，⑸油浸法应用，等等15电子探针分析与化学分析对比化学分析一般只适于分析固态样品对样品要求量极少，可以少到10-l0g微区成分分析，分析体积可在几个M m3范围内，薄晶体能谱分析小到10 rm?以内不损坏样品微区成分与区形貌综合分析分析速度快成分分析的针对性强，除掉了各种杂质成分影响有多种分析功能，可进行元素面分析、线分析、点分析以及背散电子成分像观察样品挑选制备简单元素分析范围：波谱仪B-U能谱仪Na-U元索价态一般不能分析一般不能分析H.H2O.OH.Li 等，Be、C、N、O 一些轻元素分析也困难岩石、矿石、化探样全分析时需制成均匀玻璃样品，再作探针分析；制样困难，有的误差较大成分分析灵敏度为IO'4可对气、液、固态物质进行分析样品fit—般为数百毫克对成千上万个赖粒加工研磨，分析样体积很大坏样品不能综合形貌分析分析时间长数百毫克由无数个颗粒集合，它的平均成分缺乏针对性没有这种功能样品分选、制备极麻烦费劲可以分析所有常见有元索可以进行元索价态分析可以进行H、H2O、OH、Li、Be的分析岩石、矿石、土壤、地化等样全分析方便化学分析灵敏度高16透射电子显微分析与X射线分析的特点对比透射电子显微分析已广泛应用于微晶体和超微晶体结构分析，有着许多优点，是微区研究的重要方法。