材料科学基础课件

2021/7/4
高温熔融状态时，正负离子在外电场作用下可以自由运动，即呈现离子导电性。
2.共价键
（1）通过共用电子对形成稳定结构
（2）共价键键合的基本特点是核外电子云达到最大的重叠，形成“共用电子对”，有确定的方位，且配位数较小。
（3）共价键在亚金属（碳、硅、锡、锗等）、聚合物和无机非金属材料中均占有重要地位。共价键晶体中各个键之间都有确定的 2方021/7位/4 ，配位数比较小。共价键的结合极为
材料科学基础课件
制作人：张通
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导论
一.材料使用时间划分：石器时代→青铜器时代→ 铁器时代→水泥时代→钢时代→硅时代→新材料时代
二.工程材料划分：金属材料（钢铁材料和有色金属）、陶瓷材料（粘土、石英和长石）、高分子材料(塑料、合成纤维和橡胶）、复合材料。
三.其它材料电子材料：在电子学和微电子学使用的材料，包括半导体材料、介电功能材料和磁性材料光电子材料：具有光子和电子的产生、转换和传输功能的材料。
氢键具有饱和性和方向性，氢键在高分子材
料中特别重要。
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（3）混合键
对于某一具体材料而言，似乎只具有单一的结合键，如金属应为金属键，ⅣA族元素应为共价键，电负性不同的元素应结合成离子键。然而，实际材料中单一结合键的情况并不是很多，大部分材料的内部原子结合键往往是各种键的混合。
2.力学性能：
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（1）弹性模量是材料应力-应变曲线上弹性变形段的斜率，在拉伸变形中通常称它为杨式模量，以E表示。而结合键能是影响弹性模量的主要因素，结合键能越大，则“弹簧”越“硬”，原子之间距离的移动所需要的外力就越大，即弹性模量越大。如金刚石具有最高的弹性模量值， E=1000GPa；其他一些工程陶瓷如碳化物、氧化物等结合键能也较高，它们的弹性模量为250600GPa；由金属键结合的金属材料，弹性模量略低些，一般约为70-350GPa；而聚合物由于二次键的作用，弹性模量仅为0.7-3.5GPa。

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。

《材料科学基础》PPT课件

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w（Cu）为35%的Sn-Cu合金冷却到415℃时发生L+ε→η的包晶转变，如图 7.35（a）所示，剩余的液相冷却227℃又发生共晶转变，所以最终的平衡组织为η+（η+Sn）。而实际的非平衡组织（见图7.35（b））却保留相当数量的初生相ε（灰色），包围它的是η相（白色），而外面则是黑色的共晶组织。
Pt等。
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3
图7.30所示的PT-AG相图是具有包晶转变相图中的典型代表
图中ACB是液相线，AD，PB是固相线，DE是Ag在Pt为基的α固溶体的溶解度曲线，PF是Pt在Ag为基的β固溶体的溶解度曲线。水平线DPC是包晶转变线，成分在DC范围内的合金在该温度都将发生包晶转变：
LC+αD βP 包晶反应是恒温转变，图中P点称为包晶点
室温平衡组织为:β+αⅡ
合金Ⅱ缓慢冷至包晶转变前的结晶过程与上述包晶成分合金相同，由于合金Ⅱ中的液相的相对量大于包晶转变所需的相对量，所以包晶转变后，剩余的液相在继续冷却过程中，将按匀晶转变的方式继续结晶出β相，其相对成分沿CB液相线变化，而β相的成分沿PB线变化，直至t3温度全部凝固结束，β相成分为原合金成分。在t3至t4温度之间，单相β无任何变化。在t4温度以下，随着温度下降，将从β相中不断析出αⅡ。
第七章二元系相图及其合金的凝固
制作人:李凌锋 080207022
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7.3.3包晶相图及其合金凝固
1.包晶相图 2.包晶合金的凝固及其平衡组织 3.包晶合金的非平衡凝固 7.3.4溶混间隙相图与调幅分解
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ONE.包晶相图
包晶转变定义：
组成包晶相图的两组元，在液态可无限互溶，而在固态只能部分互溶。在二元相图中，包晶转变就是已结晶的固相与剩余液相反应形成另一固相的恒温转变。具有包晶转变的二元合金有Fe-C，Cu-Zn，Ag-Sn，Ag-

材料科学基础 (上海交通大学)PPT课件

注:计算时过渡族元素时价电子数视为0。
电子浓度、相、结构对应关系如下：
C电子==7/4（即21/12） ε 密排六方结构
C电子==21/13
γ 复杂立方结构
C电子==3/2（即21/14） β 体心立方结构
β－Mn 复杂立方或密排六方结构
电子价化合物具有金属特性,具有高熔点、高硬度但塑性低,与固溶体适当搭配使合金得到强化最,作新课为件非Fe合金中重要组成相。 28
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
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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）
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2.3.2 中间相
➢ 中间相是合金组元间发生相互作用而形成的一种新相,它可以是化合物,也可以是以化合物为基的固溶体(二次固溶体),一般可以用化学分子式来表示,但不一定符合化合价规律。
➢ 中间相中原子的结合方式为金属键与其它结合键相混合的方式。它们都具有金属特性。
➢ 中间相如：钢中Fe3C、铝铜合金中CuAl、黄铜中CuZn、半导体中GaAs、形状记忆合金中 NiTi和CuZn、核反应堆材料中Zr3Al、储氢能源材料中LaNi5等。
结构。例如:A2B型 Mg2Pb Mg2Sn Mg2Ge Mg2Si AB型 MgS MnS FeS
正常价化合物在常温时有很高的硬度和脆性。在工业合金中,能起到提高材料强度和硬度的作用,称为强化相。如Al－Mg－Si 合金中Mg2Si；但有时也是有害相,如钢中FeS会引起钢的脆性。

材料科学基础第三章典型晶体结构(共71张PPT)

Zn离子的位置交叉错开。
表示方法：球体堆积法；坐标法；投影图；配位多面体连接方式
与金刚石晶胞的比照，有什么不同？
同型结构的晶体β-SiC,GaAs,AlP 等
5、 -ZnS〔纤锌矿〕型结构〔AB type〕
六方晶系，简单六方格子
配位数：
晶胞中正负离子个数
堆积及空隙情况
同型结构的晶体:BeO, ZnO, AlN等
笼外俘获其它原子或基团，形成类C60的衍生物，例如
C60F60。再如，把K、Cs、Ti等金属原子掺进C60分子的笼内，就能使其具有超导性能。再有C60H60这些相对分子质量很大地碳氢化合物热值极高，可做火箭的燃料等等。
2〕碳纳米管
碳纳米管又称纳米碳管〔 Carbon nanotube，CNT〕，是单质碳的一维结构形式。碳纳米管按照石墨烯片的层数分类可分为：单壁碳纳米管〔Singlewalled nanotubes, SWNTs〕和多壁碳纳米管〔Multi-walled nanotubes, MWNTs〕。
4. -ZnS〔闪锌矿〕型结构〔AB type〕点群：
空间群：
配位数：
晶胞中正负离子个数Z：
堆积及间隙情况：
• 以体积较大的S2-作立方紧密堆积 • Zn2+如何填充？ • 空隙如何分布？
等同点分布：
共有2套等同点。这种结构可以看作是Zn离子处在由S离子组成的面心立方点阵的4个
四面体间隙中，即有一半四面体间隙被占据，上层和下层的
晶体结构的描述通常有三种方法：
1〕坐标法：给出单位晶胞中各质点的空间坐标，这种采用
数值化方式描述晶体结构是最标准化的。为了方便表示晶胞，化学式可写为MO，其中M2＋是二价金属离子，结构中M2＋和O2－分别占据了NaCl中钠离子和氯离子的位置。以由体正积负还较离大子可的半径S以2比-作rN采立a方+/r用紧cl-密≈堆投0.积影图，即所有的质点在某个晶面〔001〕上的投

《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。

武汉理工大学《材料科学基础》课件

按物理效应分为：压电材料、热电材料、铁电材料、非线性光学材料、磁光材料、电光材料、声光材料、激光材料等。
按用途分为：电子材料、电工材料、光学材料、感光材料、耐酸材料、研磨材料、耐火材料、建筑材料、结构材料、包装材料等。
0.1.1 按化学组成（或基本组成）分类：
1. 金属材料 2. 无机非金属材料 3. 高分子材料（聚合物） 4. 复合材料
普通玻璃是指采用天然原料，能够大规模生产的玻璃。普通玻璃包括日用玻璃、建筑玻璃、微晶玻璃、光学玻璃和玻璃纤维等。
特种玻璃（亦称为新型玻璃）是指采用精制、高纯或新型原料，通过新工艺在特殊条件下或严格控制形成过程制成的一些具有特殊功能或特殊用途的玻璃。
特种玻璃包括SiO2含量在85%以上或55%以下的硅酸盐玻璃、非硅酸盐氧化物玻璃（硼酸盐、磷酸盐、锗酸盐、碲酸盐、铝酸盐及氧氮玻璃、氧碳玻璃等）、非氧化物玻璃（卤化物、氮化物、硫化物、硫卤化物、金属玻璃等）以及光学纤维等。
体
（b）有序置换固溶体

（c）
（d）
随机间隙固溶体固溶体中的溶质丛聚
图0.1 不同类型固溶体中原子排列示意图
合金中的金属间化合物：
金属间化合物可分为三类，即由负电性决定的原子价化合物（简称价化合物）、由电子浓度决定的电子化合物（亦称为电子相）以及由原子尺寸决定的尺寸因素化合物。除了这三类由单一元素决定的典型金属间化合物外，还有许多金属间化合物，其结构由两个或多个因素决定，称之为复杂化合物。
功能陶瓷包括:装置瓷（即电绝缘瓷）、电容器陶瓷、压电陶瓷、磁性陶瓷（又称为铁氧体）、导电陶瓷、超导陶瓷、半导体陶瓷（又称为敏感陶瓷）、热学功能陶瓷（热释电陶瓷、导热陶瓷、低膨胀陶瓷、红外辐射陶瓷等）、化学功能陶瓷（多孔陶瓷载体等）、生物功能陶瓷等。

材料科学基础简介PPT课件

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发展期
当高分子理论促进了合成高分子工业的发展后，出现了一大批商品化的合成材料，这些合成高分子（合成材料）的出现，又为理论研究提供了大量的实验依据和积累了丰富的数据，促进了高分子物理学的迅速发展。
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30～40年代，高物领域最有代表性的工作： W．Kuhn、E.Guth和H.Mark等把统计力学用于高分子链的构象统计，建立了橡胶高弹性统计理论 Svedbergy用超离心技术测定蛋白质的分子量 1942年，Flory和Huggins用似晶格模型推导出高分子溶液的热力学性质，理论上的解释了高分子稀溶液的依数性质 Debeye和Zimm用光散射法研究高分子溶液性质，测定了Mw
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第二节材料的类别
1. 金属材料（metals）
1.1分类 (1)黑色金属材料－主要是指钢铁材料。钢（Steel）按化学成分分碳素钢、合金钢等；按品
质分普通、优质、高级优质钢等；按金相组织或组织结构分珠光体、贝氏体、马氏体和奥氏体钢等；按用途分建筑工程、结构、工具、特殊性能、专业用钢等；按冶炼方法分平炉、转炉、电炉、沸腾炉钢等。
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2.2 结构
1、离子键：大多数盐类、碱类和金属氧化物主要以离子键的方式结合。离子键键合的基本特点是以离子而不是以原子为结合单元。
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一般离子晶体中正负离子静电引力较强，结合牢固。因此。其熔点和硬度均较高。另外，在离子晶体中很难产生自由运动的电子，因此，它们都是良好的电绝缘体。但当处在高温熔融状态时，正负离子在外电场作用下可以自由运动，即呈现离子导电性。 2.共价键

原版00-材料科学基础-上交PPT课件

原版00-材料科学基础-上交ppt课件
目录
• 材料科学简介 • 材料的基本性质 • 材料制备与加工技术 • 材料性能测试与表征 • 材料的应用与发展趋势
01
材料科学简介
材料科学的定义与重要性
定义
材料科学是研究材料的组成、结构、性能、加工和应用的一门跨学科的综合性科学。
重要性
材料科学是现代工业、科技和国防发展的重要基础，对国民经济和社会发展具有重要意义。
建筑领域
利用材料建造房屋、桥梁等建筑物，满足人类居住和工
作需求。
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交通领域
制造汽车、飞机、船舶等交通工具，实现人类出行和运
输货物的需求。
电子领域
制造电子设备、集成电路等，满足信息时代的需求。
医疗领域
利用生物材料和药物材料等，治疗疾病和改善人类健康。
新型材料的发展趋势
01
高性能化
提高材料的力学性能、物理性能和化学性能，满足高技术领域的
密度
表示材料的质量与体积之比，是材料的基本物理属性。
热膨胀系数
描述材料在温度升高或降低时，其体积膨胀或收缩的程度。
热导率
表示材料传导热量的能力，是保温材料的重要指标。
折射率
光线在材料中传播的速度与在真空中的速度之比，决定于材料的种类和状态。
材料的化学性质
稳定性
材料在化学环境中抵抗腐蚀、氧化等反应的能力。
原子力显微镜技术
利用原子力显微镜观察材料的表面形貌和粗糙度等。
电子背散射衍射技术
利用电子背散射衍射分析材料的晶体取向和相组成等。
X射线光电子能谱技术
通过X射线光电子能谱分析材料的化学组成和价态等。
核磁共振技术

材料科学基础-第五章-材料的相结构及相图-PPT

相图上为一条垂直线。
Mg2Si
Mg—Si相图
(2)电子化合物
由ⅠB族或过渡金属元素与ⅡB，ⅢB，ⅣB族元素
形成的金属化合物。
不遵守化合价规律，晶格类型随化合物电子浓度而
变化。
电子浓度为3/2时：呈体心立方结构（b相）；
电子浓度为21/13时：呈复杂立方结构（g相）；
电子浓度为21/12时。呈密排六方结构（e相）；
体。
III. 电负性差因素
IV. 两元素间电负性差越小，越易形成固溶体，且形
成的固溶体的溶解度越大；随两元素间电负性差
增大，固溶度减小。

1）电负性差值ΔX<0.4~0.5时，有利于形成固溶体
2）ΔX>0.4~0.5，倾向于形成稳定的化合物
IV. 电子浓度因素
V. 电子浓度的定义是合金中各组成元素的价电子数总
子的价电子数恰好使负离子具有稳定的电子层
结构。
金属元素与周期表中的ⅣA，ⅤA，ⅥA元素
形成正常价化合物。
有较高的硬度，脆性很大。
例如：Mg2Si、Mg2Sn、Mg2Pb、MgS、MnS等
(1)正常价化合物
正常价化合物的分子式只有AB，A2B或AB2两种。
常见类型：
NaCl型
CaF2型
Cu原子形成四面体(16个)。
每个镁原子有4个近邻镁原子和12个近邻铜原子；
每个铜原子有6个近邻的铜原子和6个近邻的镁原子
。
Cu
Mg
II. 拉弗斯（Laves）相
②MgZn2型：六方晶系。
Mg原子形成硫锌矿结构；Zn原子形成四面体。
每个Mg原子有4个近邻Mg原子和12个近邻Zn原
子。
每个Zn原子有6个近邻Zn原子和6个近邻Mg原子

材料科学基础课件

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