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材料科学基础第2课

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《材料科学基础》课程教学大纲

《材料科学基础》课程教学大纲

《材料科学基础》课程教学大纲课程编号：08061211课程名称：材料科学基础英文名称：Fundamental of Materials Science课程类型：学科基础课课程要求：必修学时／学分：88／5.5 （讲课学时：80 实验学时：8 上机学时：0）适用专业：材料成型与控制工程；焊接技术及工程；金属材料工程；无机非金属材料工程一、课程性质与任务《材料科学基础》是材料科学与工程学院各专业学生学习和掌握材料的成分、组织结构与性能间的关系及其变化规律，特别是固体材料的结构、晶体缺陷、平衡相图、凝固和原子扩散过程诸方面的基本概念和基础理论，以及有关的加工工艺对材料的组织结构和性能的影响规律的学科基础课，也是学生将来学习专业课程的理论基础。

本课程在教学内容方面着重基本知识、基本理论和基本规律等方面的讲解；在培养实践能力方面着重试样的选取与制备及显微组织的观察等基本方法的训练，使学生熟悉材料科学的相关基础知识，为后续专业课程的学习以及将来解决材料的生产、加工等问题和探索新材料、新技术、新工艺打下比较系统而坚实的理论基础。

二、 课程与其他课程的联系选修课：大学物理，材料物理化学本课程是在学习了大学物理、材料物理化学等课程后方能学习本课程；该课程也是学习后续专业课程的理论基础。

通过该课程的学习，使学生掌握材料的成分、组织结构与性能间的关系及其变化规律，从而为进一步深入学习材料科学与工程学院各专业的专业课程奠定基础，并且理论结合实践，使其有机的结合起来，形成一个完整的系统的专业学科基础理论体系。

三、课程教学目标1．学习并掌握常见的晶体结构与材料的相结构、晶体缺陷及固态材料中的原子扩散、材料的凝固、二元相图及塑性变形等基本知识，使学生在材料方面具有扎实的基础理论知识，了解并掌握金属材料产品由不同工艺形成的组织特征，具有开发和选用新材料的能力和工程实际应用的能力；（支撑毕业能力要求1.1、1.2）2．培养学生的工程实践学习能力，使学生掌握观察材料显微组织的实验方法，获得实验技能的基本训练，具有查阅有关技术资料的能力；（支撑能力毕业要求2.1、2.3）3．培养学生对金属材料的各类物理现象、特性进行研究并通过实验验证的能力。

材料科学基础2课件(1)

材料科学基础2课件(1)

钠长石 Na[AlSi3O8]
绿柱石 Be3Al2(SiO3)6
硫
祖母绿
蓝宝石
放大1000倍的雪花
晶体概念的发展
几种不同外形的石英晶体——内部质点的规则排列形成规 则的多面体外形
晶体的棱角：面和棱的存在以及它们之间的规 则性是晶体的宏观特性之一。晶体自发生长成 规则几何外形的性质称为自限性。互相平行的 面之间的夹角是守恒的，这些平行的面称为对 应面，对应面的这种关系称为面角守恒定律。
立方晶系： <111>=[111]+[111]+[111]+[111]+[111]+[111]
+[111]+[111]
晶面指数
晶格中同一平面上的格 点构成一个晶面
整个晶格可以看成是由 无数互相平行且等距离 分布的全同的晶面构成
晶格的所有格点都处在 这族晶面上而无遗漏
晶格中存在无数取向不 同的晶面族
初基晶轴构成的平行六面体称为初基晶胞。 点阵平移矢量定义为：
T＝ u a＋v b＋w c 任意两个阵点都可以用这种形式的矢量连接
起来。 初基晶胞在空间无限重复构成空间点阵。
7个晶系 14种布拉菲点阵
根据六个点阵参数间的关系，可将全部空 间点阵归属于7种类型，即七个晶系
按照每个阵点周围环境相同的要求，用数 学方法可以推导出能够反映空间点阵全部 特征的单位平行六面体只有14种，称为14 种布拉菲点阵z c Nhomakorabeaa
x
by
晶胞、晶轴和点阵参数
晶胞的描述
图 空间点阵
点阵的描述
点阵平移矢量：
以任意一个阵点为原点，以矢 量a, b, c为坐标基矢，其他任 意阵点可表示为：

材料科学基础 (上海交通大学)PPT课件

材料科学基础 (上海交通大学)PPT课件

最新课件
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b.间隙化合物 间隙化合物的晶体结构比较复杂。其表 达式有如下类型：M3C、M7C3、M23C6、M6C。 间隙化合物中金属元素M常被其它金属元素所代替 形成化合物为基的固溶体（二次固溶体）。
在H、N、C、B等非金属元素中,由于H和N的原 子半径很小,与所有过渡族金属都满足rx/rm<0.59, 所以过渡族金属的氢化物、氮化物都为间隙相；而 硼原子半径rB/rm>0.59较大, rB/rm>0.59，硼化 物均为间隙化合物；而碳原子半径处于中间,某些碳 素):
C电子=[A(100－x) ＋Bx]/100 C越大，越易形成化合物； C越小，越易形成固溶体
最新课件
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最新课件
7
合金与相
相的分类
固溶体：以某一组元为溶剂，在其晶体点阵中溶入其他组元原子所形成的均 匀混合的固态溶体，它的晶体结构与其溶剂相同。
中间相（金属化合物）：组成原子有固定比例，其结构与组成组元均不相同 的相，且这种相成分处于AB互溶的溶解度之间，即落在相图的中间部位。
特点： ①由配位数为12、14、15、16的配位多面体堆垛而
成； ②呈层状结构。 类型：①Lavs相
②σ相
最新课件
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Lavs相
形成的条件：
（1）原子尺寸因素。A原子半径略大于B原子，其 理论值为rA/rB=1.255，而实际比值约在 1.05～1.68之间；
（2）电子浓度。一定的结构类型对应着一定的电 子浓度。 Lavs相形晶体结构有三种类型。典型 代表为MgCu2、MgZn2、MgNi2,与电子浓 度对应关系见表2.12（P52）
A sse sse d A g -M g p h a se d i a g r a m . T h e tw o -p h a se r e g io n b e tw e e n (A g ) a n d A g M g (o r d e r e d ) is n o t

材料科学基础--第2章晶体缺陷PPT课件

材料科学基础--第2章晶体缺陷PPT课件
辐照：在高能粒子的辐射下，金属晶体点阵上的原子 可能被击出，发生原子离位。由于离位原子的能量高， 在进入稳定间隙之前还会击出其他原子，从而形成大量 的间隙原子和空位（即弗兰克尔缺陷）。在高能粒子辐 照的情况下，由于形成大量的点缺陷，而会引起金属显 著硬化和脆化，该现象称为辐照硬化。
12
2.1.5点缺陷与材料行为
Or, there should be 2.00 – 1.9971 = 0.0029 vacancies per unit cell. The number of vacancies per cm3 is:
17
Other Point Defects
Interstitialcy - A point defect caused when a ‘‘normal’’ atom occupies an interstitial site in the crystal.
11
2.1.4 过饱和点缺陷
晶体中的点缺陷浓度可能高于平衡浓度，称为过饱和点 缺陷，或非平衡点缺陷。获得的方法：
高温淬火：将晶体加热到高温，然后迅速冷却（淬火 ），则高温时形成的空位来不及扩散消失，使晶体在低 温状态仍然保留高温状态的空位浓度，即过饱和空位。
冷加工：金属在室温下进行冷加工塑性变形也会产生 大量的过饱和空位，其原因是由于位错交割所形成的割 阶发生攀移。
6
2.1.1 分类
3.置换原子（Substitutional atom） 异类原子代换了原有晶体中的原子，而处于晶体点阵的结 点位置，称为置换原子，亦称代位原子。 各种点缺陷，都破坏了原有晶体的完整性。它们从电学
和力学这两个方面，使近邻原子失去了平衡。空位和直 径较小的置换原子，使周围原子向点缺陷的方向松弛， 间隙原子及直径较大的置换原子，把周围原子挤开一定 位置。因而在点缺陷的周围，就出现了一定范围的点阵 畸变区，或称弹性应变区。距点缺陷越远，其影响越小 。因而在每个点缺陷的周围，都会产生一个弹性应力场 。

材料科学基础教案教学资料

材料科学基础教案教学资料

材料科学基础教案教学资料一、教学目标1.了解材料科学基础的概念和发展历史；2.掌握材料结构与性质之间的关系；3.了解材料的功能和分类；4.了解常用的材料制备方法；5.培养学生的科学实验能力和创新意识。

二、教学内容1.材料科学基础的概念和发展历史（1）材料科学基础的概念（2）材料科学基础的研究内容（3）材料科学基础的发展历史2.材料结构与性质的关系（1）晶体结构与材料性质（2）非晶态结构与材料性质（3）晶体缺陷与材料性质3.材料的功能和分类（1）机械性能（2）热性能（3）光学性能（4）电磁性能（5）材料分类4.常用的材料制备方法（1）粉末冶金法（2）溶液法（3）气相法（4）涂覆法（5）薄膜制备方法5.科学实验和创新意识（1）开展相关实验：材料性质测试、材料制备等（2）培养学生的科学实验能力（3）鼓励学生进行材料科学的创新研究三、教学方法1.讲授法：通过课堂讲解，向学生传授材料科学基础的知识。

2.实验教学法：引导学生开展相关实验，探索材料的性质和制备方法。

3.讨论交流法：组织学生小组讨论，进行学习心得的交流和分享。

4.案例分析法：通过案例分析，激发学生的学习兴趣，提高解决问题的能力。

四、教学评价1.考试评价：设置选择题、判断题、填空题等形式的考试题，评价学生对材料科学基础知识的理解和掌握程度。

2.实验报告评价：评价学生在开展实验过程中的实验设计、数据处理和结论总结的能力。

3.讨论表现评价：评价学生在讨论交流中的表现，包括思考问题的深度和表达观点的能力。

五、教学资料教材：《材料科学基础》参考书目：《材料科学导论》、《材料科学基础概论》实验资料：相关实验操作指导书、实验数据处理和分析指导手册案例分析：相关材料科学的案例分析材料六、教学进度安排1.第一节课：材料科学基础的概念和发展历史（学时：2小时）2.第二节课：材料结构与性质的关系（学时：2小时）3.第三节课：材料的功能和分类（学时：2小时）4.第四节课：常用的材料制备方法（学时：2小时）5.第五节课：科学实验和创新意识（学时：2小时）七、教学备注本教案以材料科学基础为主题，通过讲授、实验、讨论等多种教学方法，旨在培养学生对材料科学基础知识的理解和掌握能力，为学生进一步学习和研究材料科学提供基础。

《材料科学基础2》课程简介和教学大纲

《材料科学基础2》课程简介和教学大纲

《材料科学基础2》课程简介课程编号：02024036课程名称：材料科学基础2 ［5E］ /Fundamentals of MaterialsScience 2学分：2. 5学时：40适用专业：无机非金属材料建议修读学期：第5学期先修课程：物理化学，材料科学基础1 ［无］考核方式与成绩评定标准：闭卷考试教材与主要参考书目：Ll］无机材料学基础，张其土，华东理工大学出版社［2］无机材料科学基础，陆佩文，武汉理工大学出版社［3］材料科学基础，张联盟，武汉理工大学出版社内容概述：本课程是无机非金属材料工程专业本科生的重要专业基础课，是一门理论性很强、涉及面广的课程，是本专业的专业课开设前所必须学的课程。

本课程是使学生掌握材料的组成、结构与性能之间的相互关系和变化规律，掌握材料的结构、物性和化学反应的规律及其相互的联系，为今后从事夏杂的技术工作和开发新型材料打下良好的基础。

The course of fUndamentals of materials science, which is highly theoretical, and almost involves all the sides of materials science, is an important fundamental one for the students majoring in inorganic materials science and engineering. Thus it is set to be taught before other specialized courses. It aims at allowing the students to master the relations between materials compositions, structures and properties, and to establish a good theoretical base for the research and development of new materials in the future.《材料科学基础2》［无］教学大纲课程编号：02024036课程名称：材料科学基础2 /Fundamentals of Materials Science 2学分：2. 5学时：40适用专业：无机非金属材料建议修读学期：第5学期先修课程：物理化学，材料科学基础1 ［无］一、课程性质、目的与任务【课程性质】本课程是无机非金属材料工程专业(建材方向、陶瓷与耐火材料方向)本科生的重要专业基础课，是一门理论性很强、涉及面广的课程，是本专业的专业课开设前所必须学的课程。

材料科学基础教学大纲

材料科学基础教学大纲

材料科学基础教学大纲课程号：课程名称：材料科学基础II 学分：4英文名称：Fundamentals of Materials Science （II）周学时： 4预修课程：《材料科学基础I》面向对象：材料科学与工程专业本科生一、课程介绍（100-150字）（一）中文简介《材料科学基础II》是《材料科学基础I》与材料科学后续专业课程的连接纽带，是材料系学生学习其它材料科学与工程相关专业课的基础，内容主要包括固态扩散、相图、固相反应、陶瓷烧结过程、熔融态与玻璃态、金属的凝固与结晶、固态相变过程等。

（二）英文简介This course provides fundamental knowleges for more specified courses related to materials science and engineering. The major contents are as follows: solid diffusion, phase diagrams, solid state reaction, sintering process of ceramics, molten and glassy states, solidification and crystallization of metals, and solid state phase transformations.二、教学目标（一）学习目标《材料科学基础II》课程教学的基本目的是在学生学完《材料科学基础I》课程之后，通过本课程的学习，进一步掌握材料研究与制备过程中所涉及的基础理论问题，如相平衡与相变过程、材料不同尺度范围内的本征结构、晶体组织、几何形态及表观性能，材料微观行为与宏观表现的有机联系，具有不同化学成分、加工过程、组织结构及宏观性能材料的物理本质、材料制备过程中的固相反应和烧结过程等。

学完本课程后，学生应掌握固态扩散基础知识；各类相图的判读以及在实际过程中的应用；理解固相反应、陶瓷烧结过程的实质和控制条件以及相关的动力学关系；掌握玻璃制备过程中的熔融态结构与性质以及玻璃形成过程与结构;掌握金属凝固和结晶基本过程以及成分分布、组织结构调控；掌握材料固态相变，特别是钢的奥氏体化、珠光体相变、马氏体相变、贝氏体相变、脱溶与时效、调幅分解等基础知识。

《材料科学基础2料》课程简介和教学大纲

《材料科学基础2料》课程简介和教学大纲

《材料科学基础2 ［料］》课程简介课程编号：02034019课程名称：材料科学基础B2∕Fundamental of Material Science B2学分：3学时：48适用专业：材料科学与工程建议修读学期：5先修课程：物理化学，材料科学基础1考核方式与成绩评定标准：课程考核成绩采用平时成绩+期终考试成绩相结合的方式，平时成绩占课程考核成绩的20%,平时成绩考核采用考勤、作业和课堂提问相结合的方式；期终考试成绩占课程考核成绩的80%教材与主要参考书目：【教材】材料科学基础（第三版），胡廉祥、蔡南、戎咏华，上海交通大学出版社，2010 【参考书目】1.材料科学基础，余永宁，高等教育出版社，20062.材料科学基础，潘金生，清华大学出版社，20113. Fundamentals of Materials Science and Engineering: An Integrated Approach, William D. Callister, David G. Rethwisch, 2012 内容概述：材料科学基础2的课程教学内容主要为材料的形变和再结晶，单组元相图及纯金属的凝固，二元相图，三元相图以及材料的亚稳态和功能特性等。

通过本课程的学习，可使学生掌握固体材料变形的基本方式、金属及合金强化机理；掌握结晶的基本过程、热力学条件、形核及长大规律、凝固理论的应用；掌握相图的基本知识，二元相图的基本类型，分析与使用方法，熟练应用铁碳相图；掌握三元相图类型、分析方法、等温截面、变温截面等。

为后续专业课的学习打下牢固的基础。

The contents of Fundamental of Material Science 2are the deformation and recrystallization of materials, single phase diagram and pure metals solidification, two phases diagram, three phases diagram, the metastable phase and functional characteristics of materials, etc. By studying of this course, the students can master the basic deformation methods of materials, the strengthening mechanism of metals and alloys, the basic processing of crystallization, thermodynamic of crystallization, nucleation and growth of crystal, the application of solidification theory, the basicknowledge of phase diagram, the basic types of two phases diagram, the application of Fe-C phase diagram, the analysis of three phases diagram, isothermal section and variable section. This course lays a solid foundation for the following courses.《材料科学基础2［料］》教学大纲课程编号：02034019课程名称：材料科学基础B2∕Fundamental of Material Science B2学分：3学时：48适用专业：材料科学与工程建议修读学期：5先修课程：物理化学，材料科学基础1一、课程性质、目的与任务【课程性质】本课程是材料科学与工程专业的主要专业基础课之一。

《材料科学基础》教学大纲

《材料科学基础》教学大纲

《材料科学基础》教学大纲课程编号:C050130507课程名称：材料科学基础课程类型：专业基础课组英文名称：Fundamentals of Materials Science适用专业：材料科学与工程总学时：70学分：4.5一、课程的性质、目的和任务性质：材料科学基础是材料金属材料和冶金工程专业的一门重要的学科基础理论课程。

目的：本课程的教学目的是使学生系统掌握材料的化学成分、组织结构与性能之间的关系及其变化规律的基础理论，材料热处理的基本原理和方法，以及金相组织的分析方法，能从材料组成-结构-性能相互联系的角度理解、解释材料制备、通过热处理进行材料改性以及使用过程中的各种化学、物理现象和性能。

任务：为后续专业课打下牢固的基础，同时为将来从事材料的研究与开发打下坚实的理论基础。

二、课程教学的基本要求1.课程教学的基本要求通过学习，应着重掌握材料成分、组织、结构及加工过程与性能间的相互关系；了解材料科学在国民经济中的地位与作用与材料科学的发展历史。

掌握材料中原子的结合方式、晶体学基础、材料的晶体结构、相结构。

掌握点缺陷、线缺陷、面缺陷的有关概念、规律、实际应用等基本理论。

掌握纯金属的结晶过程、结晶的条件、形核规律、长大规律，了解结晶理论的实际应用。

掌握相图的基本知识、二元相图的基本类型、二元相图的分析与使用方法，熟练记忆和应用Fe-Fe3C相图。

掌握三元相图的成分表示法，理解三元系平衡转变的定量法则、三元匀晶相图、三元共晶相图、三元相图的四相平衡转变、具有化合物的三元相图的分析方法。

掌握弹性变形、单晶体的塑变、多晶体的塑变的规律，掌握塑性变形对金属组织与性能的影响，金属及合金强化的位错解释。

掌握金属及合金在加热过程中的组织与性能变化，掌握回复、再结晶、晶粒长大及金属的热变形的规律。

掌握扩散的基本理论。

三、课程教学内容0.绪论内容：0.1材料科学在国民经济中的地位与作用0.2材料科学的发展简史0.3本课程的主要内容和学习方法重点：本课程的主要内容难点：学习方法要求：了解材料科学在国民经济中的地位与作用和材料科学的发展简史,掌握本课程的主要内容和学习方法.1金属的晶体结构内容：1.1金属1.2金属的晶体结构1.3实际晶体的晶体结构重点：金属原子的结构特点和结合能;空间点阵及有关概念，晶向、晶面指数的标定，典型金属的晶体结构;位错等有关基本概念，点缺陷的平衡性质，位错的运动与晶体滑移的关系，位错的性质，柏氏矢量的性质与应用，位错反应与位错的增殖，点缺陷的平衡性质，晶界的结构与特性。

材料科学基础——纯金属的凝固

材料科学基础——纯金属的凝固

度 温 Tm Ts
无限缓慢
时间
整理课件
2 晶体凝固的热力学条件
GHTS
dG S dT
SL SS
液体和晶体自由能随温度变化
G H TS dG S dT SL SS
ΔT
T1 T0
整理课件
GL=GS时，Tm称平衡熔点。
单位体积自由能的变化ΔGv与过冷度ΔT的关系：
G VG LG SH LTLS (H STSS ) H LH ST(SLSS) HT S
整理课件
2.1.2 结晶的条件
1. 结晶的过冷现象
整理课件
a. 过冷现象(undercooling)
实际结晶温度
低于理论结晶温度 度温
的现象。
Tm
ΔT
ΔT=Tm-Ts
无限缓慢
称：
Ts
ΔT为过冷度
时间
金属纯度↑ΔT↑，冷却速度↑ΔT↑
整理课件
b. 结晶潜热
1mol物质从一个相转变为另一个相时，伴 随着放出或吸收的热量称为相变潜热。
整理课件
r 2 2 T '
L
L m
k G LT
V
m
163
G
L
3(G) 非均匀
2
G均匀 23co4sco3s
rk' rk
G
' k
Gk
整理课件
整理课件
b. 非均匀形核的形核率
G非 * G均 * ，较小的过冷度下可获得较高的 形核率，但非均匀形核的最大形核率小于最大 的均匀形核率
核均
核非
匀
整理课件
2.2 晶核形成规律
晶核的形成分为均匀形核和非均匀形核。 ✓ 形核率(nucleation ratio):单位时间内,单位

上交材料科学基础网络课程2

上交材料科学基础网络课程2

6.2.2 晶体凝固的热力学条件
晶体的凝固通常在常压下进行，从相律可知，在纯晶体凝固过程中，液固两相处于共存，自由度等
于零，故温度不变。按热力学第二定律，在等温等压下，过程自发进行的方向是体系自由能降低的方 向。自由能 G 用下式表示：
G=H-TS
式中，H 是焓；T 是绝对温度；S 是熵，可推导得
式中，ΔT=Tm-T，是熔点 Tm 与实际凝固温度 T 之差。 由上式可知，要使 ΔGv＜0，必须使Δ T＞0，即 T＜Tm，故ΔT 称为过冷度。晶体凝固的热力学 条件表明，实际凝固温度应低于熔点 Tm，即需要有过冷度。
本章重点复习
内容提要: 由一种元素或化合物构成的晶体称为单组元晶体或纯晶体，该体系称为单元系。单组元的高分子称为均聚 物。某组元由液相至固相的转变称为凝固。如果凝固后的固体是晶体，则凝固又称为结晶。某种元素从一 种晶体结构转变为另一种晶体结构的固态相变称为同素异构转变；而某种化合物经历上述的固态相变称为 同分异构转变或多晶型转变。对于某种元素或化合物，随着温度和压力的变化，在热力学平衡条件下，其 组成相的变化规律可由该元素或化合物的平衡相图表示。根据多元系相平衡条件可导出相律，相律给出了
第 6 章 单组元相图及纯晶体凝固
由一种元素或化合物构成的晶体称为单组元晶体或纯晶体， 该体系称为单元系。 对于纯晶体材料而言， 随着温度和压力的变化，材料的组成相随之而变化。从一种相到另一种相的转变称为相变，由液相至 固相的转变称为凝固，如果凝固后的固体是晶体，则又可称之为结晶。而由不同固相之间的转变称为 固态相变，这些相变的规律可借助相图直观简明地表示出来。单元系相图表示了在热力学平衡条件下 所存在的相与温度和压力之间的对应关系，理解这些关系有助于预测材料的性能。本章将从相平衡的 热力学条件出发来理解相图中相平衡的变化规律。在这基础上，进一步讨论纯晶体的凝固热力学和动 力学问题，以及内外因素对晶体生长形态的影响，鉴于单组元高分子（均聚物）的某些特殊性，本章 专列一节"高分子的结晶特征"。

《材料科学基础》教学大纲

《材料科学基础》教学大纲

本知识能够分析和预测材料 析材料的应用
运用晶体学知
的应用前景
识、相图知识、
固溶体知识热力
学知识对材料的
应用进行合理的
分析。
3-2 运用所学的材料科学基础理论分 3-2 使固理论、
断裂理论、扩散
理论分析和预测
材料的应用前
景。
三、教学基本内容
2
第一章：绪论 课程的性质与任务，内容及研究方法，课程特点学习方法，材料发展简史。
入分析；
3.能够把握相图的基本知识，包括二元相图的基本类型，二元相图的分析与使用
方法，铁碳相图；三元相图的成分表示法等。
4.能够了解结晶理论的实际应用，塑性变形对金属组织与性能的影响，金属及合
金强化机制为后继专业课的学习奠定基础。
二、课程目标与毕业要求的对应关系（表格可以扩展）
毕业要求
指标点
课程目标
第二章：晶体学基础及晶体结构（支撑课程目标1-1、3-1） 1. 基本概念 （空间点阵，晶胞，原胞，点阵常数） 2. 晶面指数和晶向指数 3. 三种晶体结构及原子堆垛方式 要求学生：了解并掌握晶体结构分析的基本原理和方法。
第三章：凝固与结晶（支撑课程目标1-1、3-2） 1. 液态金属的凝固 2. 晶核的形成 3. 晶核的长大 4. 凝固理论应用 要求学生：掌握凝固理论，对凝固过程中所发生的物理变化有清晰的认识
的影响。
变化的特点
2-2 掌握应力场的变化对材料的组织 2-2 了 解 材 料 的
结构与性能的影响
受力状态及组织
性能的变化规律
2-3 掌握界面、变形、结晶度等对材 2-3 掌 握 塑 性 变
料的组织结构与性能的影响
形、界面结构、
再结晶处理对材

材料科学基础公开课一等奖优质课大赛微课获奖课件

材料科学基础公开课一等奖优质课大赛微课获奖课件
• 原子。两种原子各 • 自构成密排六方结 • 构，但彼此沿c轴方 • 向错开一个距离。 • 本图只画了六方晶 • 胞1/3。
第21页
• *注意：前面所讲四种正常价化合物都是惯用基本 结构例子，它们本身不一定是金属间化合物。
• 以正常价化合物形态存在金属间化合物，其晶体 结构含有这四个例子中某一个基本结构形式。
第28页
• 2.2.3 间隙化合物：通常由过渡族金属原子 (M)与 原子半径很小非金属原子(X)C、N、B、H等构成， 后者处于化合物晶格间隙中。
• 金属原子排列成密排结构（面心立方或六方）或 稍有畸变密排结构（复杂密排结构）并仍然保持 金属键结合，非金属元素原子往往存在于其间隙 位置且与金属原子之间存在共价键结合。间隙化 合物形成主要由原子间互相尺寸原因来决定，钢 中通常出现碳化物、氮化物、硼化物等均属于间 隙化合物。
第14页
• 2.2 金属间化合物 • 金属与金属，或金属与类金属之间所形成
化合物统称金属间化合物。是高合金钢及 高温合金、功效材料中主要组成相 。 • 因为金属间化合物常处于相图中中间位置， 因此也称为中间相。其结构与熔剂结构不 同。 • 决定金属间化合物相结构主要原因有电负 性、尺寸原因和电子浓度等。
第15页
• 金属间化合物中原子结合具有很大程度金属性， 故含有金属光泽、导电性和导热性。但其电子云 分布并非完全均匀，存在一定方向性，故具有一 定程度共价键特性，造成熔点升高及原子键合方 向性。金属间化合物化学构成往往在一定化学成 份范围内改变，同时往往可固溶入化学性质相近 其它元素。金属间化合物可分为结构金属间化合 物和功效金属间化合物，前者主要使用其高温力 学性能，而后者主要使用其某种特殊物理或化学 性能。
• 2.1.4 有序固熔体：固熔体有序是否取决于 同类原子A-A或异类原子A-B间结合能相对 大小。当同类原子结合能小于异类原子结 合能时，形成部分有序或完全有序固熔体。 有序固熔体有拟定化学成份，可用化学式 表示。
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1. metallic bond;
2. covalent bond; 3. ionic bond;
4. Van der Waals bond.
FN FA FR
FN : net force FA : attractive force FR : repulsive force
Bonding energies:




H
oxygen
H
Eind＝－
2 1
r6
2

3. Dispersion force (London forces) If the interactions are between two dipoles that are induced in atoms or molecules, we refer to them as London forces.
Lesson two
1.2 Atomic Bonding
1.2.1 Bonding forces and energies
There are four important mechanisms by which atoms are bonded in engineered materials. These are:
• high strength
1.2.3 Secondary bonding （Van der Waals bonding)
The driving force for secondary bonding is the attraction of the electric dipoles contained in atoms or molecules. An electric dipole moment is created when two equal and opposite charges are separated.
chemical absorption
attractive force
physic absorption chemical absorption
1.2.5 Bonding and properties
Some properties can be related to the force-distance and energy-distance.
Interionic forces
Z1Z 2e 2 Fattractive 40 a 2
nb Frepulsive n1 a
Z1Z 2e 2 nb Fnet n1 2 40 a a
Z1, Z2＝number of electrons removed or added from the atoms during the ion formation
Attractive energy Repulsive energy
Feature of Ionic Bonding
• no directivity
• large CN numbers • high degree of hardness
• high strength
• low • high fragility
The characters of covalent bonding are:
• saturation • directivity • low CN numbers
The materials with covalent bonding have:
• high strength • high hardness
材料科学基础
Fundamental of Materials Science
Prof: Tian Min Bo
Tel: 62795426 ，62772851 E-mail: tmb@ Department of Material Science and Engineering Tsinghua University. Beijing 100084

Fluctuating dipole bonds These bonding forces arise because the asymmetrical distribution of electron charge distribution in these atoms creates electric dipoles.
• high melt point
• high brittleness
3. Metallic bonding Metallic bonding occurs in solid metals. In metals in solid state, atoms are packed relatively close together in a systematic pattern or crystal structure.
The characters of metallic bonding are non-directivity, high CN numbers .
• high electric conduction • high thermal conduction • good plasticity
• reflection ( non-transparency )
• insulation
2. Covalent bonding
Materials with covalent bonding are characterized by bonds that are formed by sharing of valence electrons among two or more atoms.



1 2 r 6

E I1 E I 2 3 Edis 2 E I1 E I 2
3 2 EI 4 r6
For the same kind of molecular formula, simplified to :
Edis
1.2.4 Mixed bonding in materials
dipole moment
q magnitude of electric charge d separation distance between the charge centers
q
d
q
1. Electrostatic force (Keesom forces) If the interactions are between molecules that are permanently polarized, we refer to these as Keesom interaction.
e ＝electron charge
a ＝interionic separation distance
ε0＝permittivity of free space＝8.85×10-12C2/(N· m2)
Interionic energies
Z1Z 2e 2 b Enet n 40 a a
E Fdr
For atomic systems:
EN EA ER
1.2.2 Primary interatomic bonds
1. Ionic bonding
Ionic bonding is always found in compounds that are composed of both metallic and nonmetallic elements, elements that are situated at the horizontal extremities of the periodic table.
1. Mixed bonding

Ionic-covalent mixed bonding
% ionic character (1 e
( 1 / 4)( X A X B ) 2
)(100%)
XA and XB are the electronegativities of the atoms A and B in the compound
H
oxygen
H H
Hຫໍສະໝຸດ oxygen
Ees＝－
1 2
r
3
f
f 2 cos1 cos2 sin 1 sin 2 cos(1 2 )
1
: dipole moment
r : distance between two molecules
1
1
2 2
For example:
However, the yield strength is quite different, and it is a microstructure sensitive. That is say, it is depend strongly on the microstructure compared to the E and α.

a) b) Electron charge cloud distribution in a noble-gas atom. a) Idealized symmetrical electron charge cloud distribution b) Real case with unsymmetrical electron charge cloud distribution which changes with time, creating a “fluctuating electric dipole”.
Metallic-covalent mixed bonding Metallic-ionic mixed bonding