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天津大学材料科学 基础课件 (2)

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材料科学概述 ppt课件

材料科学概述 ppt课件
材料科学概述
材料：社会文明进步的里程碑 材料和材料学科 材料科学研究内容 高技术新材料
一、材料：
社会文明进步的里程碑
物质基础
•石器时代、铜器时代、铁器时代
西汉：人口6千万， 占当时世界人口的40%
• 中国古代的四大发明 • 当代文明的三大支柱 • 全球新技术革命的三大标志
德国柏林某打铁铺
重要支柱
钫87 Fr
镭88 Ra
Ac
La 镧 57 铈 58 镨 59 钕 60 钷 61 钐 62 铕 63 钆 64 铽 65 镝 66 钬 67 铒 68 铥 69 镱 70 镥 71
La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
Ac 锕 89 钍 90 镤 91 铀 92 镎 93 钚 94 镅 95 锔 96 锫 97 锎 98 锿 99 镄100钔101锘102铹103
Na Mg IIIB IVB VB VIB VIIB
VIII
IB IIB Al Si P S Cl Ar
钾19 钙20 钪21 钛22 钒23 铬24 锰25 铁26 钴27 镍28 铜29 锌30 镓31 锗32 砷33 硒34 溴35 氪36
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
美国国家科学研究委员会的报告： 美国若在新材料的开发、制造及市场开 拓方面不做出更大的努力，就极可能在当
今这个时代中失去有效参与竞争的能力。
技术先导
★ 钢铁材料：现代文明开始的标志
1856年平炉炼钢，1864年转炉炼钢
蒸汽机（1888年） 纺织、交通（20世纪初）
★ 半导体材料：当代信息技术的起点

第一篇——组织形貌分析(终版)

第一篇——组织形貌分析(终版)

0.001 nm 10-12 m
2.1 光学显微镜简介

它的最高分辨率为0.2μm，是人眼的分辨率的500倍。

光学显微镜最先用于在医学及生物学 方面，直接导致了细胞的发现，在此 基础上形成了19世纪自然科学三大发 现之一——细胞学说。 应用：观察金属或合金的晶粒大小和 特点等；无机非金属材料的岩相分析 等；研究高聚物的结晶形态、取向过 程等。
紫外线波长和X射线虽然波长比可见光(450-750 nm) 短，但用作显微镜照明源存在局限性。

由斑点光源衍 射形成的埃利斑
两个彼此靠近的 物点的衍射光斑
2.2 光学显微镜的分辨率

绝大多数物质都强烈地吸收紫外线，因此，可供照明 使用的紫外线限于波长 200～250nm的范围。用紫外 线作照明源，用石英玻璃透镜聚焦成像的紫外线显微 镜分辨本领可达l00nm左右，比可见光显微镜提高了 一倍。 X射线波长在10～0.05nm范围，γ射线的波长更短， 但是由于它们具有很强的穿透能力，不能直接被聚焦， 不适用于显微镜的照明源。 波长短，又能聚焦成像的新型照明源成为迫切需要。
的粒子性）

3.2 扫描电子显微镜简介

扫描电子显微镜是将电子枪发射出来的电子聚焦成很细 的电子束，用此电子束在样品表面进行逐行扫描，电子 束激发样品表面发射二次电子，二次电子被收集并转换 成电信号，在荧光屏上同步扫描成像。由于样品表面形 貌各异，发射二次电子强度不同。对应在屏幕上亮度不 同，得到表面形貌像。 目前扫描电子显微镜的分辨率已经达到了1.0 nm左右。


扫描电镜与X射线能谱仪配合使用，使得我们在看到样品 的微观结构的同时，还能分析样品的元素成分及在相应 视野内的元素分布。

天津大学金属材料科学基础考研复习指导资料

天津大学金属材料科学基础考研复习指导资料

天津大学862金属材料科学基础考研指导（研究生高分学长） 天津考研网多年辅导经验分析显示，作为首战的研友在专业课复习开始，迫切需要目标院校报考专业的学长指导。

《考研专业课导学》视频是由与天津考研网签约的资深在读研究生学长为广大学弟学妹倾力打造的独家权威专业课复习启动阶段指导视频，通过深度解析目标专业、制定合理复习计划、剖析考试科目重点等方面的指导使得研友对考试科目有总体的认识，对复习有清晰的思路，对考试有宏观的把握。

一、院系及专业介绍天津大学材料科学与工程学院是我国材料学科最齐全的学院之一。

具有材料学学科中的金属材料、无机非金属材料、高分子材料、复合材料、生物医用材料等学科方向，材料加工工程学科中的焊接、表面加工技术等学科方向。

具有材料科学与工程一级学科博士学位授予权和博士后流动站。

材料科学与工程一级学科是国家重点学科。

学院设有金属材料科学与工程系、无机非金属材料科学与工程系 、高分子材料科学与工程系、材料科学及加工自动化系、材料化学系等五个系。

拥有先进陶瓷与加工技术教育部重点实验室，材料复合与功能化教育部工程研究中心，天津市现代连接技术重点实验室，天津市材料复合与功能化重点实验室。

材料学院实验室建筑面积16500m2。

学院现有教职工120人，其中教师82人；拥有教授38人，副教授31人；90%以上具有博士学位。

拥有国家杰出青年基金获得人3人，长江讲座教授1人，教育部新世纪人才12人。

学院现有在校生1500余人，其中博士研究生500余人。

天津大学材料科学与工程学院具有雄厚的科研实力，特别是近年来985工程、211工程给予了大力投入，购置了一大批先进仪器设备。

近年来，学院承担了400余项国家“973” 、“863” 、国家自然科学基金重大项目、重点项目、面上项目、青年基金项目以及教育部、天津市等省市部委重点项目、基础研究项目企业开发研究项目等，2008年和2009年全院承担的科研项目经费超过5000万元，在国内高校同学科领域名列前茅。

第一章 材料科学基础 绪论PPT课件

第一章 材料科学基础 绪论PPT课件

❖ 功能材料是具有优良的电学、磁学、光学、 热学、声学、力学、化学和生物学功能及 其相互转化的功能，被用于非结构目的的 高技术材料。
1.4.3 材料按服役的领域来分类
根据材料服役的技术领域可分为建筑 材料、信息材料、航空航天材料、能源材 料、生物医用材料等。
❖ 火箭发动机的燃烧室与喷嘴， 需要承受2000℃的高温而不 氧化，它是用石墨表面喷涂 一层二硅化钼材料制成。石 墨已被大量用作核能工业的 “减速剂”。雷达中大型电 子管外壳，既要耐高温，又 要有优良的超高频和绝缘性 能，它是用氧化铝高频陶瓷 制成。核反应堆外部的防护 层是用一种含钡的特种水泥 筑成的。
是为高温技术服务的基础材料。尽管各国对其定义不同， 但基本含义是相同的，即耐火材料是用作高温窑炉等热 工设备的结构材料，以及用作工业高温容器和部件的材 料，并能承受相应的物理化学变化及机械作用。
大部分耐火材料是以天然矿石（如耐火粘土、硅石、菱镁 矿、白云母等）为原料制造的。
按矿物组成分为氧化硅质、硅酸铝质、镁质、白云石质、 橄榄石质、尖晶石质、含碳质、含锆质耐火材料及特殊 耐火材料；
等系统的材 料科学知识
写在最后
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
You Know, The More Powerful You Will Be
谢谢大家
荣幸这一路，与你同行
1.4.4 材料按结晶状态分类
单晶材料 多晶材料 非晶态材料 准晶材料
单晶材料是由一个比较完整的晶粒构成的 材料，如单晶纤维、单晶硅；
多晶材料是由许多晶粒组成的材料，其性 能与晶粒大小、晶界的性质有密切的关系。

天津大学材料学院功能与复合材料绪论PPT学习教案

天津大学材料学院功能与复合材料绪论PPT学习教案

3. 分类：
基体： 树脂基、金属基、陶瓷基、碳基
功能：
➢ 磁功能 ➢ 电功能 ➢ 光功能 ➢ 热功能 ➢ 摩擦 ➢ 阻尼 ➢ 防弹 ➢ 抗辐射
第5页/共21页
三、功能复合效应
不是复合材料的特定性能，但是可通过复合材料的性能而反映。
1. 线形效应：加和效应、平均效应、相补效应、相抵效应
结构复合材料 ➢基体、纤维共同弹性变形 ➢基体塑性屈服、纤维弹性变形 ➢基体塑性变形、纤维弹性变形或基体、 纤维共同塑性变形 ➢复合材料断裂 弹性模量：
7. 拘束层理论
界面区的弹性模量介于基体和增强体之间时，则可很均匀的传递应力。 吸附在硬质增强体上的聚合物基体比其本体更聚集紧密，聚集密度随离 界面区的距离增大而减少。增强体和基体之间形成一个模量从高到低的 梯度减小的过渡区。
8. 扩散理论
复合材料组分之间发生原子或分 子间的扩散或反应，形成反应结 合或扩散结合
材料研究三个方向：
➢发现新的物质，测试新物质的结构和性能 ➢由已知的物质，通过新的制备工艺，改善其显微结构，改善材料的性能 ➢由已知的物质进行复合，制备出具有优良性能的复合材料
1. 组成： 基体；功能体
2. 特点： ➢应用面宽；
➢研制周期短； ➢附加值高； ➢小批量，多品种； ➢适于特殊用途
第4页/共21页
润湿的热 力学定 义：固 体与液 体接触 后能使 体系的 吉布斯 自由能 降低， 称为润 湿。
第11页/共21页
润湿形式 ： 附着润 湿 铺展润 湿 浸渍润 湿
附着功示意图
动力学影响：黏度尽量低 三种润湿 热力学影响：固体的表面自由能略大于液体表面自由能
第12页/共21页
2. 化学键理论
要使两相之间实现有效的结合，两相表面应含有能相互发生化学 反应的活性官能团，通过它们的反应以化学键结合形成界面。

材料的光学-天津大学

材料的光学-天津大学
穿过大多数物质。致密的物质、固体材料比稀疏物质容易吸收更多 的X射线，这就是为什么在X射线照片上显现的是骨骼而不是骨骼周 围的组织。其波长可与原子尺寸相比拟。
光的基本性质
电磁波谱
γ射线和宇宙射线： 1016-1023HZ
波长最短，波长尺寸约为原子核大小量级 γ射线产生于核反应及其他特殊的激发过程 宇宙射线来自地球之外的空间。
普通光源-----自发辐射
发光材料——彩色电视
激光光源-----受激辐射 激 光 (Laser) （镭射）
“辐射的受激发射光放大”
“激光”——钱学森在1963年提出
光功能材料
透过和导光材料——透镜、棱镜、反射镜
望远镜、显微镜、照相机、摄影机、光导纤维
发光材料——荧光、磷光、电致发光 激光材料 非线性光学材料 红外材料——辐射、吸收、透射、探测 光信息材料——全息材料、光盘材料 光调制材料——电光材料、磁光材料、声光
光的衍射现象 惠更斯-菲涅耳原理
* 光的衍射现象 E
A
S
B
E
A
a'
a
S
b
B
b'
波在传播过程中遇到障碍物，能够绕过 障碍物的边缘前进这种偏离直线传播的 现象称为衍射现象。
衍射条件：当孔或障碍物的尺寸可以跟光的波长相比拟， 甚至比光的波长还要小时，可以观察到明显的光的衍射 现象。
条纹特点：中央条纹最宽最亮，两边条纹较暗较窄，条 纹间距不等。
人眼最为敏感的光是黄绿光，即 555 nm 附近。
电磁波谱
无线电波——104-108HZ，波长比可见光长得多，不能引起 人的视觉，可以引起电子的振荡。由于波长很长，一个金属 网笼，甚至桥梁上的钢架就可以将其阻止。

《材料科学基础教案》课件

《材料科学基础教案》PPT课件第一章：材料科学导论1.1 材料科学的定义和发展历程1.2 材料的分类和特性1.3 材料科学的研究内容和方法1.4 材料科学在工程中的应用第二章：材料的力学性能2.1 弹性、塑性和脆性2.2 材料的强度、硬度和韧性2.3 材料的热膨胀和导热性2.4 材料的疲劳和腐蚀性能第三章：材料的结构3.1 原子结构与元素的电子配置3.2 金属晶体结构3.3 非金属晶体结构3.4 材料的微观结构与宏观性能的关系第四章：材料的热处理和加工4.1 材料的热处理工艺和性能4.2 金属的铸造、焊接和热轧4.3 非金属材料的加工方法4.4 新型材料的加工技术和应用第五章：材料的选择与应用5.1 材料的选用原则和标准5.2 工程常用金属材料的选择与应用5.3 常用非金属材料的选择与应用5.4 新型材料在工程中的应用案例分析第六章：金属的腐蚀与防护6.1 金属腐蚀的基本类型和机理6.2 金属腐蚀的影响因素6.3 金属的腐蚀防护方法6.4 实例分析：金属腐蚀与防护的应用第七章：陶瓷材料7.1 陶瓷材料的定义和特性7.2 陶瓷材料的制备方法7.3 陶瓷材料的分类与应用7.4 先进陶瓷材料的最新发展第八章：高分子材料8.1 高分子材料的定义和结构8.2 高分子材料的制备方法8.3 高分子材料的性能与应用8.4 生物基高分子材料和可持续发展的关系第九章：复合材料9.1 复合材料的定义和特点9.2 复合材料的制备方法9.3 常见复合材料的类型与应用9.4 复合材料在航空航天和汽车工业中的应用第十章：纳米材料10.1 纳米材料的定义和特性10.2 纳米材料的制备方法10.3 纳米材料的应用领域10.4 纳米材料的发展趋势和挑战重点和难点解析重点一：材料科学的定义和发展历程解析：理解材料科学的定义是掌握整个学科的基础，对材料科学的发展历程有一个全面的了解，能够帮助我们更好地理解其在不同历史阶段的重要性。

重点二：材料的分类和特性解析：材料的分类是理解不同材料性质的基础，而特性则是材料应用的关键。

石德珂《材料科学基础》(第2版)配套题库【名校考研真题】第4章~第6章【圣才出品】

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②柯垂尔提出了溶质原子与位错之间的交互作用，在间隙固溶体中，由于间隙原子的半 径比晶体间隙的半径大，与位错进行弹性交互作用，结果间隙原子将在位错附近聚集，形成 小原子集团，称为柯垂尔气团。柯垂尔气团的存在，使位错运动困难，这是因为位错只有从 气团中挣脱或者抱着气团一起前进才能继续运动，这需要外力作更多的功，这就是固溶强化 效应；
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第 4 章 晶体缺陷
一、选择题
1应力分量全为零 B．刃型位错的应力场中正应力分量全为零 C．刃型位错的应力场中切应力分量全为零 【答案】A
）。[上海交通大学 2005 研]
4．简述位错、位错线和柏氏矢量（ b ）的概念，并论述柏氏矢量和位错线的相对关系。 [吉林大学 2009 研] 答：（1）位错是晶体材料的一种内部微观缺陷，指原子的局部不规则排列（晶体学缺 陷）。从几何角度看，位错属于一种线缺陷，可视为晶体中已滑移部分与未滑移部分的分界 线，其存在对材料的物理性能，尤其是力学性能，具有极大的影响。 位错线是指晶体或晶格内滑移面上已滑动区的边界线称。位错线的形成和发展可用 Frank Read 源的原理解释：当应力超过临界剪应力时，位错线扩张，形成内外两部分，外 部位错逐渐扩大，内部位错线恢复原状，在外力作用下，不断产生新位错环，因而得到很大 的滑移量。 柏氏矢量是描述位错实质的重要物理量，反映出柏氏回路包含的位错所引起点阵畸变的 总积累。通常将柏氏矢量称为位错强度，位错的许多性质如位错的能量、所受的力、应力场、 位错反应等均与其有关。它也表示出晶体滑移时原子移动的大小和方向。 （2）柏氏矢量和位错线的相对关系： ①一条位错线具有唯一的柏氏矢量。它与柏氏回路的大小和回路在位错线上的位置无 关，位错在晶体中运动或改变方向时，其柏氏矢量不变； ②根据柏氏矢量与位错线的关系可以确定位错的类型。当柏氏矢量垂直于位错线时是刃 位错；当柏氏矢量平行于位错线时是螺位错；当柏氏矢量与位错线成任意角度时是混合位错。

材料专业PPT课件

42.
【原版功能材料】课件 薄其兵 （11.7M，PPT，1500页左右）
/bbs/viewthread.php?tid=8404034&page=1&fromuid=336802#pid1103875
/bbs/viewthread.php?tid=8630250&page=1&fromuid=336802#pid2008780
18.
【材料科学与工程基础】课件(2.27M，ppt&gt格式，300页）
/bbs/viewthread.php?tid=8471340&page=1&fromuid=336802#pid1155460
/bbs/viewthread.php?tid=8641520&page=1&fromuid=336802#pid2104154
38.
东南大学[材料力学]课件,马军(15.2MB,PPT,204页)
/bbs/viewthread.php?tid=8631528&page=1&fromuid=336802#pid2018599
/bbs/viewthread.php?tid=8485385&page=1&fromuid=336802#pid1168801
41.
哈工大 【复合材料力学】课程讲义 （8M，ppt，400页）
/bbs/viewthread.php?tid=8479550&page=1&fromuid=336802#pid1163058
16.
江苏大学【金属材料学】戴起勋（swf+588页+34.1M）
/bbs/viewthread.php?tid=8650411&page=1&fromuid=336802#pid2197118

天津大学课件


④铜的电解精炼
火法精炼铜作为阳极，电解铜作为阴极，引入直
流电后，阳极铜进行电化学溶解，纯铜在阴极上
析出，铜中的杂质或进入阳极泥，或保留在电解
液中，从而实现铜和杂质的分离。 Cu的含量99.99%以上
1.3 有色金属冶炼
铜的冶炼
炼铜原料
炼铜方法
铝的冶炼
炼铝原料 铝冶金特点
氧化铝的制备
冰铜吹炼的实质是在一定压力下将空气送到液体
冰铜中，使冰铜中的FeS氧化变成FeO与加入的
石英熔剂造渣，而Cu2S则经过氧化后又与Cu2S
相互反应变成粗铜。
造渣反应：
造铜反应：
粗铜中Cu的含量98.5~99.5%
③粗铜的火法精炼
目的：进一步除去铜中的少量杂质。
原理：与炼钢相似。
氧化过程
Cu的含量99.95~99.97% 还原过程
二、炼铁的原料
1、铁矿石
（1） 铁矿石的工业类型 赤铁矿（Fe2O3） 磁铁矿（Fe3O4） 褐铁矿（2Fe2O3· 2O） 3H 菱铁矿（FeCO3） （2）对铁矿石的质量要求：
铁矿石 熔剂 焦炭
①含铁量愈高愈好
②还原性好
③粒度 ④脉石的成分 ⑤杂质含量要少 ⑥一定的强度
2、熔剂
（1）种类
碱性熔剂 酸性熔剂 （2）主要作用
Al2O3•Na2O NaAlO2
CO2
NaAlO2
Al（OH）3
Al（OH）3
煅烧 950~1000℃
Al2O3
900 ℃
Al3＋＋3e → Al AlO33- - 6e → Al2O3
Al
铝矿石 萤 石 生产氧化铝 碳素材料
选
矿
纯氧化铝
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Байду номын сангаас
3)杠杆规则
MSE2005
4）重心规则
C
%α= oa' / aa' ×100% %β= ob' / bb' × 100% %L = oc' / cc' ×100%
cL b' α a' o
a
c'
A
b β
B
MSE2005
8.4.3 三元相图的基本类型 1.三元匀晶相图 三个组元在液态和固态时都能够完全互溶。 Fe-Cr-V Cu-Ag-Pb
作业
思考： 282页习题8.3、8.4、8.7、8.10、8.11、8.12 书面：习题8.4、8.7、8.12
MSE2005
B 液相区投影
B 固相区投影
p
B
MSE2005
（３）等温截面图
MSE2005
（4）变温截面图
L
L+α
L
L+γ L+α γ
α+β+γ
α+β+γ
MSE2005
复习要点
基本概念： 相、组元、相平衡、相律、凝聚系统、自由度、匀晶 相图、共晶反应、包晶反应、浓度三角形、等含量规则、 定比例规则、杠杆规则、重心规则、投影图、等温（水平） 截面、变温（垂直）截面。 •相律的应用。 •杠杆定律的应用。 •匀晶相图、共晶相图相图分析及典型合金的凝固过程分 析。 •三元系的成分表示方法。 •三元匀晶相图的水平截面和垂直截面。 •简单三元共晶相图的相图分析、投影图、水平截面和垂 直截面。 MSE2005
MSE2005
浓度三角形
MSE2005
a
CA= Bc=xa CB= Ca=xb CC= Ab=xc xa+xb+xc=AB= BC=CA=100%
b
x
c
MSE2005
双线法
b
c
a
MSE2005
2.浓度三角形规则 1)等含量规则
C
M
N
A
B
MSE2005
2)定比例规则
C
M
O
N
A
E
D F
B
MSE2005
MSE2005
1）相图分析
c C
c
a A B b
b a
MSE2005
液相面
固相面
MSE2005
2）等温截面（水平截面）图
T
MSE2005
共轭曲线及直线规则
共轭曲线 共轭连线
MSE2005
MSE2005
3）变温（垂直）截面图
L L+α α K
K
C
MSE2005
L
L+α α A'
C' A' C'
垂直轴表示温度。 成分表示在棱柱底，通常是 一等边三角形。 棱柱的每个侧面表示三个二 元系统，如AB，BC，AC。
MSE2005
8.4.2 三元系统基本原理 1.组成表示
浓度三角形（成分三角形）：
•取一等边三角形，三个顶点表示三个纯组元。 •三个边各定为100%，表示三个二元系A-B，B-C，C-A的 成分。 •各边表示重量百分比。
C MSE2005
L L+A L+B
L+A+B
A
B
A+B+C
MSE2005
2）固态有限固溶
MSE2005
（1）相图分析
MSE2005
单相区
L
MSE2005
两相区
MSE2005
三相区
MSE2005
MSE2005
（２）投影图
e3
l C e2 A e3 m e1 n
A
α
e1 β
γ
A
l
C
E
l C e2
8.4 三元系相图简介 8.4.1 概述 三元系统： 含有三个组元。 Fe-C-Si， Fe-C-Cr， CaO-Na2O-SiO2
MSE2005
相律： F=C-P+1=3-P+1=4-P P F 1 3 2 2 3 1 4 0
完整的三元相图是三维的。存在三个独立变量。 在三元系统中可能存在四相平衡。 在三元系统中存在三相平衡区域。 MSE2005
（2）投影图
A C
B
MSE2005
（3）等温截面分析
L+A L+A+B L+B L+A L+B L+A L+A+B L+B L+A L+B A+B+C L L A B L+C L+C L+C L+C C MSE2005
A
B
C MSE2005
（4）垂直截面
L L+A L+B
L+A+B
A
B
A+B+C
MSE2005
L
t1 t2 α L+α
A'
C'
从垂直截面图中可以得到准确的转变温度。 但不能确定两平衡相的成分及相对含量。 MSE2005
2. 三元共晶相图（三元低共熔点相图） １）组元在固态互不相溶
MSE2005
A C
B
A
B
C MSE2005
（1）相图分析 液相面
固相面
MSE2005
MSE2005