材料科學(xué)與工程導(dǎo)論（課堂PPT）

1、.1材料的分類分類一：按物理化學(xué)屬性劃分無機非金屬材料 金屬材料 高分子材料 復(fù)合材料 分類二：按用途分 電子信息材料 航空航天材料 核材料 建筑材料 生物醫(yī)用材料 能源材料分類三：按性能分 結(jié)構(gòu)材料：力學(xué)性能為基礎(chǔ)，制造受力構(gòu)件所需的材料。 功能材料：利用物質(zhì)獨特的物理化學(xué)性質(zhì)或生物功能而形成的材料。.221世紀材料生產(chǎn)模式 材料的單項循環(huán)：材料產(chǎn)業(yè)：資源 能源 消耗大戶 環(huán)境污染的主要來源.3材料循環(huán) 材料雙向循環(huán)模式廢物在不同生產(chǎn)過程中循環(huán) 多產(chǎn)品共生的工業(yè)模式 三廢綜合利用.4材料科學(xué)與工程的定義材料科學(xué)：研究材料的組織結(jié)構(gòu)與性質(zhì)之間的關(guān)系。材料工程：是研究材料在制備、處理加工過程中的

2、工藝和各種工程問題。材料科學(xué)與工程：是指出研究有關(guān)材料的組成、結(jié)構(gòu)、制備工藝流程與材料性能和用途關(guān)系的知識和它的應(yīng)用。.5材料科學(xué)與工程的特點基礎(chǔ)科學(xué)研究結(jié)構(gòu) 性能 使用特性社會需求和經(jīng)驗科學(xué)知識經(jīng)驗積累MSE工藝.6材料科學(xué)與工程的特點一是多學(xué)科交叉。它是物理學(xué)、化學(xué)、冶金學(xué)、金屬學(xué)、陶瓷學(xué)、高分子化學(xué)及計算科學(xué)相互融合和交叉的結(jié)果；二是一種與實際使用結(jié)合非常緊密的科學(xué)。發(fā)展材料科學(xué)的目的在于開發(fā)新材料，提高材料的性能和質(zhì)量，合理使用材料，同時降低材料成本和減少污染；三是材料科學(xué)是一個正在發(fā)展中的科學(xué)。不像物理學(xué)、化學(xué)已有很成熟的體系，它將隨著各有關(guān)學(xué)科的發(fā)展而得到充實和發(fā)展。.7材料科學(xué)與

3、工程的內(nèi)涵組成要素：成分結(jié)構(gòu)合成加工使用效能.8是各學(xué)科綜合發(fā)展的必然結(jié)果固體物理、無機有機化學(xué)、物理化學(xué)物質(zhì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)冶金學(xué)、金屬學(xué)陶瓷學(xué)、高分子學(xué)材料的制備結(jié)構(gòu)與性能金屬材料、高分子材料與陶瓷材料之間的共性規(guī)律材料科學(xué).9材料性質(zhì)：是功能特性和效用的描述符，是材料材料性質(zhì)：是功能特性和效用的描述符，是材料 對電對電. .磁磁. .光光. .熱熱. .機械載荷的反應(yīng)。機械載荷的反應(yīng)。材料性質(zhì)描述材料性質(zhì)描述力學(xué)性質(zhì)力學(xué)性質(zhì)物理性質(zhì)物理性質(zhì)化學(xué)性質(zhì)化學(xué)性質(zhì)強度強度硬度硬度剛度剛度塑性塑性韌性韌性電學(xué)性質(zhì)電學(xué)性質(zhì)磁學(xué)性質(zhì)磁學(xué)性質(zhì)光學(xué)性質(zhì)光學(xué)性質(zhì)熱學(xué)性質(zhì)熱學(xué)性質(zhì)催化性質(zhì)催化性質(zhì)腐蝕性腐蝕性氧化性氧

4、化性.10材料力學(xué)性能材料力學(xué)性能在外加載荷或與環(huán)境因素聯(lián)合作用下表現(xiàn)出的各種行為。.11結(jié)構(gòu)材料性質(zhì)的表征-材料力學(xué)性質(zhì)強度：材料抵抗外應(yīng)力的能力。塑性：外力作用下，材料發(fā)生不可逆的永久 性變形而不破壞的能力。硬度：材料在表面上的小體積內(nèi)抵抗變形或 破裂的能力。剛度：外應(yīng)力作用下材料抵抗彈性變形能力。.12結(jié)構(gòu)材料性質(zhì)的表征-材料力學(xué)性質(zhì)疲勞強度：材料抵抗交變應(yīng)力作用下斷 裂破壞的能力?？谷渥冃裕翰牧显诤愣☉?yīng)力（或恒定載 荷）作用下抵抗變形的能力。韌性：材料從塑性變形到斷裂全過程中 吸收能量的能力。.13強度范疇剛度范疇塑性范疇韌性范疇應(yīng) 力應(yīng) 變.142. 2. 強度表征： 彈性極限 屈服

5、強度 抗拉強度 斷裂強度 強 度1. 1. 強度定義： 抵抗變形抵抗變形和斷和斷 裂的能力裂的能力.15強度指標的意義 彈性極限：發(fā)生彈性形變中的最大應(yīng)力。彈性結(jié)束 塑性變形的開始。 理論值。 0.01殘留 塑 性變形0.01應(yīng)力。彈性變形是物體卸載后就完全消失的那種變形,而塑性變形則是指卸載后不能消失而殘留下來的那部分變形又稱殘余變形。.16強度指標及意義 屈服強度：屈服現(xiàn)象開始發(fā)生時的應(yīng)力，是材料發(fā)生明顯塑性變形的抗力。 屈服：試樣繼續(xù)拉長載荷卻不增加。條件屈服強度：一定殘余伸長對應(yīng)的應(yīng)力。0.01 0.2 應(yīng)用：制品的設(shè)計材料加工如 高壓氣密容器 緊錮螺栓 密封圈 橡膠墊.17強度指標的

6、意義 抗拉強度：開始發(fā)生頸縮時的應(yīng)力。 斷裂強度：斷裂時的應(yīng)力值。bf比較各種材料的性能。但對材料選擇和加工意義不大。屈服強度決定.18材料力學(xué)性能材料力學(xué)性能 塑性表征及意義塑性表征及意義塑性：斷裂前材料發(fā)生塑性：斷裂前材料發(fā)生塑性變形塑性變形的的能力。能力。指卸載后不能消失而殘留下來的那部分變形 延伸率延伸率斷面收縮率斷面收縮率.19延伸率延伸率 是塑性伸長的量度是塑性伸長的量度 =L/L0=（L-L0）/L0 原始標距長度原始標距長度 斷裂后試樣的標距長度斷裂后試樣的標距長度斷面收縮率斷面收縮率 是塑性收縮的量度是塑性收縮的量度=Af/A0.20加工硬化 金屬材料在再結(jié)晶溫度以下經(jīng)加工（

7、壓鍛）產(chǎn)生塑性變形時強度和硬度升高，而塑性和韌性降低的現(xiàn)象。.21加工硬化 有利：它可提高金屬的強度、硬度和耐磨性。如冷拉高強度鋼絲和冷卷彈簧 負面：進一步加工帶來困難。 冷軋鋼板愈軋愈硬 切削加工使工件表層變脆硬使刀具磨損、增大切削力.22材料力學(xué)性能材料力學(xué)性能硬度：材料表面局部抵抗變硬度：材料表面局部抵抗變形的能力。形的能力。測量：壓痕法測量：壓痕法 壓頭壓頭 一定壓力一定壓力 材材料表面壓痕尺寸。料表面壓痕尺寸。布氏試驗布氏試驗 -布氏硬度布氏硬度洛氏試驗洛氏試驗-洛氏硬度洛氏硬度維氏試驗維氏試驗 -維氏硬度維氏硬度硬度表征及意義硬度表征及意義.23 布氏硬度：淬火鋼球 載荷 壓痕總面

8、積 維氏硬度：金剛石棱錐 載荷 壓痕總面積 洛氏硬度：金剛石圓錐 壓入深度.24材料力學(xué)性能材料力學(xué)性能 剛度剛度 表征和意義表征和意義剛度：外應(yīng)力作用下材料抵抗彈性變形能力。彈性變形：外載荷撤去后，能完全彈性變形：外載荷撤去后，能完全消失恢復(fù)試樣原樣的變形。消失恢復(fù)試樣原樣的變形。 .25剛度的表征 彈性模量：彈性變形階段應(yīng)力和應(yīng)變的比值，E 取決于材料本質(zhì)，內(nèi)部原子結(jié)合鍵的強弱。 與組織變化關(guān)系不大彈性行為：載荷取消后，試樣尺寸恢復(fù)原樣的行為。.26剛度表征和意義 彈性行為 分類線形 非線性 滯彈性阻尼 減震.27材料力學(xué)性能材料力學(xué)性能 疲勞強度表征疲勞強度表征疲勞強度：疲勞強度：材料抵

9、抗交變應(yīng)力作用下斷裂破壞的能力。 疲勞：承受載荷低于屈服強度，但在交變應(yīng)力下長時間工作材料失效的現(xiàn)象。疲勞失效過程：裂紋形成，裂紋發(fā)展和突然斷裂。.28疲勞壽命：在一定交變應(yīng)力下，不發(fā)生斷裂疲勞壽命：在一定交變應(yīng)力下，不發(fā)生斷裂的最大時間的最大時間疲勞極限：材料能夠經(jīng)受無限多次（108）循環(huán)應(yīng)力而不斷裂的最大應(yīng)力。.29材料力學(xué)性能材料力學(xué)性能 抗蠕變性能表征意義抗蠕變性能表征意義抗蠕變性：材料在恒定應(yīng)力（或恒定載 荷）作用下抵抗變形的能力。蠕變：高溫下受到應(yīng)力，隨時間發(fā)生緩慢塑性變形的現(xiàn)象。.30抗蠕變性表征：抗蠕變性表征：蠕變極限蠕變極限 持久強度持久強度 蠕變極限：在一定溫T度和規(guī)定時間

10、t內(nèi),式樣產(chǎn)生一定蠕變伸長量的應(yīng)力。 符號表示和意義 持久強度：在一定溫度下，規(guī)定時間內(nèi) 發(fā)生斷裂的應(yīng)力。符號表示和意義.31材料力學(xué)性能材料力學(xué)性能 韌性表征和意義韌性表征和意義韌性表征：韌性表征：沖擊韌性沖擊韌性 KIC斷裂韌性斷裂韌性 KIC韌性：材料從塑性變形到斷裂全過程中 吸收能量的能力。是強度和塑性 的綜合量度。.32韌性表征和意義 斷裂韌性：抵抗裂紋失穩(wěn)擴展而斷裂的能力。 斷裂：裂紋產(chǎn)生，擴展超過臨界尺寸，失穩(wěn)快速擴展斷裂。 KI 應(yīng)力場強因子 KIC 臨界應(yīng)力場強因子 裂紋擴展的臨界狀態(tài)對應(yīng)的場強因子，代表材料的斷裂韌性。.33KI 應(yīng)力場強因子外加應(yīng)力.34 決定電導(dǎo)率的基本

11、參數(shù)決定電導(dǎo)率的基本參數(shù) parameters parameters 載流子類型載流子類型 charge carrier 電子、空穴、正離子、負離子 載流子數(shù)載流子數(shù) charge carrier density-n, charge carrier density-n, 個個/m/m3 3 載流子遷移率載流子遷移率 electron mobility mobility .35聚合物的電導(dǎo)性聚合物的電導(dǎo)性結(jié)構(gòu)型結(jié)構(gòu)型 共軛效應(yīng)共軛效應(yīng) 雙鍵雙鍵 環(huán)環(huán)添加型添加型 參雜參雜 添加或去掉電子添加或去掉電子 鹵族原子鹵族原子 堿金屬離子堿金屬離子 復(fù)合復(fù)合 導(dǎo)電的納米粉體導(dǎo)電的納米粉體 石墨石墨 碳納

12、米管碳納米管 金屬粉末等金屬粉末等.36導(dǎo)電聚合物的應(yīng)用導(dǎo)電聚合物的應(yīng)用理理想情況下，導(dǎo)電聚合物具有金屬導(dǎo)電性，想情況下，導(dǎo)電聚合物具有金屬導(dǎo)電性，且重量輕、易加工、材料來源廣等特點且重量輕、易加工、材料來源廣等特點 。用作電極、電磁波屏蔽、抗靜電材料等用作電極、電磁波屏蔽、抗靜電材料等 半導(dǎo)體器件和發(fā)光器件方面得應(yīng)用半導(dǎo)體器件和發(fā)光器件方面得應(yīng)用 聚合物電池、電致變色顯示器、聚合物電池、電致變色顯示器、 電化學(xué)傳感器、場效應(yīng)管、電化學(xué)傳感器、場效應(yīng)管、 聚合物發(fā)光二極管（聚合物發(fā)光二極管（LED）.37超導(dǎo)電性超導(dǎo)電性在一定低溫下材料突然失去電阻的在一定低溫下材料突然失去電阻的現(xiàn)象現(xiàn)象 （小

13、于10-25cm）1913年年 , 超導(dǎo)現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象發(fā)現(xiàn), 諾貝爾物理獎諾貝爾物理獎 1987年年, 在陶瓷（金屬氧化物）中發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象，在陶瓷（金屬氧化物）中發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象，超導(dǎo)研究取得重大突破超導(dǎo)研究取得重大突破, 諾貝爾物理獎諾貝爾物理獎.38超導(dǎo)體的兩種特性超導(dǎo)體的兩種特性： 完全導(dǎo)電性完全導(dǎo)電性 完全抗磁性磁場強度始終為完全抗磁性磁場強度始終為零零三個性能指標三個性能指標 超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度Tc 愈高愈好 臨界磁場臨界磁場Hc 破壞超導(dǎo)態(tài)的最小磁場。 隨溫度降低，Hc將增加； 當TTc時, Hc=Hc臨界電流密度臨界電流密度Jc .39材料的分類及其電導(dǎo)率材料的分類及其電導(dǎo)率

14、 材料材料 電阻率電阻率 電導(dǎo)率電導(dǎo)率 超導(dǎo)體超導(dǎo)體 導(dǎo)體導(dǎo)體 半導(dǎo)體半導(dǎo)體 絕緣體絕緣體 0 10-8-10-5 10-5-107 107-1018 105-108 10-7-105 10-18-10-7 .40材料物理性能材料物理性能 磁性磁性2. 磁學(xué)性：磁學(xué)性：磁化磁化 強度強度 外磁場，物質(zhì)被磁化的程度。磁化磁化: 在外磁場作用下,各磁矩規(guī)則取向，宏觀呈磁性 磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率 磁感應(yīng)強度和磁場強度比值，磁感應(yīng)強度和磁場強度比值，表征物質(zhì)被磁化程度的物理量 磁化率磁化率 磁化強度和磁場的比值磁化強度和磁場的比值.41磁矩磁矩表征磁性物體磁性大小的物理量。m 電子軌道軌道磁矩 電子自旋自旋磁

15、矩磁感應(yīng)強度：磁感應(yīng)強度：物質(zhì)在外磁場中，會被磁化并感生一附加磁場，其磁場強度H與外磁場強度H之和稱為該物質(zhì)的磁感應(yīng)強度B.42磁性的本質(zhì)磁性的本質(zhì) 電子的磁矩電子的磁矩 電子的自旋磁矩軌道磁矩電子的自旋磁矩軌道磁矩 孤立原子孤立原子 具有“永久磁矩永久磁矩” 有未被填滿的電子殼層 不具磁性不具磁性 原子各層都充滿電子 .43 抗磁性抗磁性 外磁場中，感生一個磁矩，與外磁場方向相反 順磁性順磁性 原子內(nèi)部存在永久磁矩永久磁矩 有外磁場有外磁場，顯示極弱磁性 無外磁場無外磁場，宏觀無磁性鐵磁性鐵磁性 強磁性物質(zhì)強磁性物質(zhì)，F(xiàn)e，Co，Ni 室溫下磁化率可達103。 較弱磁場 較高的磁化強度； 外

16、磁場移去保留較強磁性.44矯頑力：矯頑力：使剩磁降低為零所需要的磁場強度。 磁滯特性磁滯特性 軟磁材料軟磁材料 硬磁材料硬磁材料.45無機非金屬材料的磁學(xué)性能無機非金屬材料的磁學(xué)性能 磁性無機材料一般是含鐵及其它元素的復(fù)合氧化物，通常稱為鐵氧體鐵氧體 亞鐵磁性亞鐵磁性 .46高分子材料的磁學(xué)性能高分子材料的磁學(xué)性能1、大多數(shù)體系為抗磁性材料抗磁性材料 2、順磁性順磁性僅存在于兩類有機物 含有過渡金屬過渡金屬 含有屬于定域態(tài)或較少離域的未成對電子未成對電子 （不飽和鍵、自由基等）.47材料物理性能材料物理性能 熱學(xué)性能表征：熱學(xué)性能表征：熱導(dǎo)率熱導(dǎo)率熱膨脹系數(shù)熱膨脹系數(shù)熔點熔點比熱比熱 熱應(yīng)力熱

17、應(yīng)力 耐熱性耐熱性.48熱導(dǎo)率熱導(dǎo)率：單位溫度梯度單位溫度梯度下， 單位時間單位時間內(nèi)通過單位垂直單位垂直 面積面積上的熱量熱量 耐熱性耐熱性指在受負荷下，材料失去其物理機械性能而發(fā)生永久變形永久變形的溫度。 耐熱性耐熱性指在受負荷下，材料失去其物理機械性能而發(fā)生永久變形永久變形的溫度。 各種 材料的使用上限溫度 高分子材料高分子材料 常溫及中溫條件下使用，500C，一般170C。 鋼鋼550C；合金900C；石墨3000C。 陶瓷陶瓷2000C。.49材料的化學(xué)性質(zhì) 腐蝕：材料在周圍介質(zhì)作用下，基體遭受破壞的現(xiàn)象。 化學(xué)腐蝕 電化學(xué)腐蝕 物理腐蝕 腐蝕防護合金化涂層陰極保護.502. 性質(zhì)與

18、使用性能的區(qū)別與關(guān)系性質(zhì)與使用性能的區(qū)別與關(guān)系成分成分結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)環(huán)境環(huán)境性質(zhì)性質(zhì)規(guī)范規(guī)范使用使用性能性能所以，性能是包括材料在內(nèi)的整個系統(tǒng)特征的體現(xiàn)； 性質(zhì)則是材料本身特征的體現(xiàn)。.51性能是隨著外因的變化而不斷變化，是個漸變過程，在這個過程中發(fā)生量變的積累，而性質(zhì)保持質(zhì)的相對穩(wěn)定性；當量變達到一個“度”時，將發(fā)生質(zhì)變，材料的性質(zhì)發(fā)生根本的變化。性質(zhì)與性能的區(qū)別與關(guān)系.52失效性質(zhì)失效性質(zhì)失效環(huán)境失效環(huán)境失效行為失效行為力學(xué)力學(xué)低溫、過載荷低溫、過載荷脆斷、疲勞、斷裂脆斷、疲勞、斷裂化學(xué)化學(xué)化學(xué)介質(zhì)化學(xué)介質(zhì)腐蝕破壞腐蝕破壞催化劑失效催化劑失效電學(xué)電學(xué)電壓、電流電壓、電流電介質(zhì)擊穿電介質(zhì)擊穿電流過

19、載電流過載熱學(xué)熱學(xué)高溫高溫高溫融化高溫融化蠕變破壞蠕變破壞3. 失效分析失效分析材料材料使用性能使用性能的重要研究內(nèi)容的重要研究內(nèi)容.53斷裂斷裂磨損磨損腐蝕腐蝕三類主要的材料力學(xué)失效形式三類主要的材料力學(xué)失效形式.54 材料的結(jié)構(gòu)材料的結(jié)構(gòu)鍵合結(jié)構(gòu)鍵合結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)組織結(jié)構(gòu)組織結(jié)構(gòu).55 材料的結(jié)構(gòu)材料的結(jié)構(gòu)-鍵合結(jié)構(gòu)鍵合結(jié)構(gòu)離子建離子建共價鍵共價鍵金屬鍵金屬鍵化學(xué)鍵化學(xué)鍵氫氫 鍵鍵分子鍵分子鍵物理鍵物理鍵結(jié)合能結(jié)合能陶瓷材料陶瓷材料高分子材料高分子材料金屬材料金屬材料冰（冰（H20）鹵族晶體鹵族晶體注：注：1. 有些陶瓷材料屬共價鍵化合物，如有些陶瓷材料屬共價鍵化合物，如SiC陶瓷；

20、陶瓷； 2. 分子鍵又稱范德瓦爾斯力分子鍵又稱范德瓦爾斯力 3. 實際晶體并非只有一種鍵合結(jié)構(gòu)，如冰晶（共價鍵、氫鍵）實際晶體并非只有一種鍵合結(jié)構(gòu)，如冰晶（共價鍵、氫鍵）.56原子參量及原子空間配位 材料是眾多原子的以一定的鍵和方式形成“聚集”體。 原子間距和各原子的空間配置（配位） 原子間距由原子本身的尺寸和成鍵類別決定。 原子配位數(shù)：一個原子以化學(xué)鍵形式所連接的原子數(shù)，也是此原子所具有的第一近鄰數(shù)。.57鍵和結(jié)構(gòu)與材料性質(zhì) 彈性模量 ： 組成原子的 間距的變化彈性變形 原子的鍵和形式 陶瓷材料 金屬材料 高分子 高彈模量 模量高 模量低 共價鍵 金屬鍵 分子間.58晶晶 體：體：原子排列長

21、程有序，有周期原子排列長程有序，有周期 材料的結(jié)構(gòu)-原子的排列原子的排列 晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)非晶體：原子排列短程有序，無周期非晶體：原子排列短程有序，無周期準晶體：原子排列長程有序，無周期準晶體：原子排列長程有序，無周期.59晶體和非晶體晶體大多有規(guī)則外形本質(zhì)區(qū)別：原子是否周期規(guī)則排列（X射線）凝固點和熔點晶體 各向異性非晶體各項同性一定條件下可相互轉(zhuǎn)化 玻璃高溫處理晶態(tài)玻璃， 晶體液化后快速冷凝成非晶體（差熱分析） 晶核 單晶 多晶 晶粒 晶界.60晶體和非晶體非晶體：短程有序，長程無序熱力學(xué)上處于亞穩(wěn)態(tài)高溫退火晶化低溫退火結(jié)構(gòu)松弛。金屬純鐵顯微組織及晶粒位向示意圖假各向同性.61晶體結(jié)構(gòu)的基

22、本概念 晶體：組成原子分子或離子在三維空間規(guī)則周期排列的物體。 這種排列方式為晶體結(jié)構(gòu)。 空間點陣 原子抽象為點 空間格子 點連接起來.62晶格參數(shù) 單位晶胞：能夠反映晶格特性的最小幾何單元。 晶胞描述：晶胞一點為原點，過此點的三棱為晶軸 XYZ 各軸夾角為軸間夾角。 .63七大晶系14種布拉斐點陣根據(jù)各棱長是否相等棱角是否相等成直角等為分類依據(jù)。.64晶向指數(shù)和晶面指數(shù) 晶向：任意兩個原子連線所指的方向。 晶向指數(shù)的確定 1。選坐標 晶軸為長度單位。 2。平移晶向線得OP 3。確定點P及坐標值 4。取最小整數(shù)u v w.65 晶面：一系列原子構(gòu)成的平面。 晶面指數(shù)確定： 1。定坐標原點不在晶

23、面上 2。晶面截距平行無窮 3。取倒數(shù) 4?；癁樽钚≌麛?shù)（h k L ）.66三種典型晶體結(jié)構(gòu) 金屬晶體 盡可能的緊密排列結(jié)構(gòu)。 面心立方 face- centered cubic (fcc) 體心立方 body-centered cubic（bcc） 密排六方 hexagonal closed packed (hcp) .67同素異晶轉(zhuǎn)變 有的元素具有多種晶體結(jié)構(gòu)，在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)變這種轉(zhuǎn)變稱為.68高分子材料的結(jié)構(gòu) 單體 鏈節(jié) 分子鏈 聚合度晶體缺陷點缺陷 空位 間隙原子 置換原子等線缺陷 位錯 刃型 螺旋型面缺陷 晶界 亞晶界.69熱致無序 -273度 原子基本靜止 原子在平衡位置

24、附近，因熱振動引起的微小位移所產(chǎn)生的不規(guī)則性。.70點缺陷空位 原子熱運動離開原位置間隙原子置換原子 共價晶體引起電子缺陷離子晶體 引起陽離子空位.71.72面缺陷晶體材料的表面就是最大的面缺陷。晶界：晶體材料一般由許多小晶粒組成，各晶粒之間的分界面。相鄰晶粒的晶軸取向一般不同，位相差在10-15以下形成的晶界小角度晶界。不同晶粒的原子的取向不同，所以晶界處的原子排列極為混亂，也就形成了面缺陷。亞晶界， 相界等.73非晶態(tài) 玻璃 熱固性樹脂 非晶態(tài) 金屬液體 急速冷卻 106k/s 非晶態(tài) 金屬玻璃 軟糍材料 渦磁損耗 硅鋼片的1/3 超強 耐高溫 耐腐蝕熔化 晶體結(jié)構(gòu)破壞，原子取向和位置有序

25、消失。.74玻璃化轉(zhuǎn)變和結(jié)晶 結(jié)晶：溫度低于熔點，緩慢降溫，晶核形成，長大，是結(jié)構(gòu)無序向結(jié)構(gòu)有序，原子無定域向有定域的共同轉(zhuǎn)變。.75液晶態(tài) 晶態(tài)結(jié)構(gòu)受熱熔融或溶劑溶解，成流動性液體，分子位置無序，但結(jié)構(gòu)上有序排列，具有各向異性，是晶體和液體的過渡態(tài)。 熱致液晶 溶致液晶.76相圖原理 相圖：一定條件下，處于熱力學(xué)平衡態(tài)的物質(zhì)系統(tǒng)中平衡相之間關(guān)系的圖形。每一點都反映 該條件下，材料由什么相組成，各相的成分與含量。 吉布斯相率：熱力學(xué)平衡，自由度與組元數(shù)和相數(shù)之間關(guān)系的規(guī)律。 .77相圖原理 相：系統(tǒng)中性質(zhì)與成分 均一的 一部分。不同的相之間有界面隔開?？梢允?固液或氣態(tài)氣相數(shù)最多為一液固可有兩

26、相或更多 相的種類大小形態(tài)和分布構(gòu)成材料的顯微組織結(jié)構(gòu)。 相平衡：多相系統(tǒng)中，所有相的強度性質(zhì)（溫度、壓強、每個組分在所有相中的化學(xué)位等）均相等，體系性質(zhì)不會自發(fā)隨時間變化的狀態(tài)。 .78相圖原理 組元：決定各平衡相的成分， 且可以獨立變化的成分（元素或化合物）。 自由度：可以在一定范圍內(nèi)任意改變而不引起任何相的產(chǎn)生與消失的最大變量數(shù)。 變量：一般指溫度 壓強和成分。組元數(shù) C，自由度F和相數(shù)P在熱力學(xué)平衡系統(tǒng)中：F=C-P+n 自由度必須大于或等于零n 影響系統(tǒng)平衡的外界條件 溫度 壓強 等.79材料相圖意義 用圖解的方式描述平衡狀態(tài)下，材料的成分、相合外界條件的相互關(guān)系。 一般以成分、溫度

27、和壓力為變量來繪制相圖。.80二元勻晶相圖二元勻晶相圖兩組元在液態(tài)和固態(tài)都能無限互溶。如兩組元在液態(tài)和固態(tài)都能無限互溶。如CuCuNiNi、AgAgAuAu形成二元形成二元合金對應(yīng)的相圖就是二元勻晶相圖合金對應(yīng)的相圖就是二元勻晶相圖相圖的構(gòu)成相圖的構(gòu)成：由兩條曲線：由兩條曲線將相圖分為三個區(qū)。左將相圖分為三個區(qū)。左右兩端點分別為組元的右兩端點分別為組元的熔點。上面的一條曲線熔點。上面的一條曲線稱為液相線，液相線之稱為液相線，液相線之上為液相的單相區(qū)，常上為液相的單相區(qū)，常用用L L表示；下面的一條曲表示；下面的一條曲線稱為固相線，固相線線稱為固相線，固相線之下為固溶體的單相區(qū)，之下為固溶體的單

28、相區(qū)，常用常用表示；兩條曲線表示；兩條曲線之 間 是 雙 相 區(qū) ， 標 記之 間 是 雙 相 區(qū) ， 標 記L+L+表示。表示。 .81相圖的用途由材料的成分和溫度預(yù)知平衡相；由材料的成分和溫度預(yù)知平衡相；材料的成分一定而溫度發(fā)生變化時其他平衡相變化的規(guī)律；材料的成分一定而溫度發(fā)生變化時其他平衡相變化的規(guī)律；估算平衡相的數(shù)量。估算平衡相的數(shù)量。預(yù)測材料的組織和性能預(yù)測材料的組織和性能.82二元共晶相二元共晶相兩組元在液態(tài)下無限互溶，固態(tài)下有限溶解，一組元溶入另一組兩組元在液態(tài)下無限互溶，固態(tài)下有限溶解，一組元溶入另一組元中時元中時都都使凝固溫度下降，并發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變。如使凝固溫度下降，并發(fā)生共

29、晶轉(zhuǎn)變。如PbPbSnSn、AgAgCuCu等形成二元合金對應(yīng)的相圖就是二元勻晶相圖等形成二元合金對應(yīng)的相圖就是二元勻晶相圖。 相圖的構(gòu)成相圖的構(gòu)成：tAE和和t tB BE E為兩液相線，為兩液相線，與其對應(yīng)的與其對應(yīng)的t tA AC C和和t tB BD D為兩固相線；為兩固相線；CGCG和和DHDH固溶體固溶體、的溶解度隨的溶解度隨溫度變化線；溫度變化線；CEDCED為為水平水平共晶線。共晶線。將相圖分成將相圖分成三個單相區(qū)三個單相區(qū) L L、；三個雙相區(qū)三個雙相區(qū)L L、L L、和和 一個三相區(qū)一個三相區(qū)L L，即，即CEDCED為共晶線。為共晶線。 .83成分、結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)成分、結(jié)構(gòu)

30、檢測技術(shù)現(xiàn)代材料對材料成分、結(jié)構(gòu)的認識是現(xiàn)代材料對材料成分、結(jié)構(gòu)的認識是由分析、檢測實現(xiàn)的。由分析、檢測實現(xiàn)的。成 分 分 析化學(xué)分析：化驗物理分析：物理量間接測定譜學(xué)分析：質(zhì)譜， 紅外光譜、光電子能譜，等.84結(jié)構(gòu)分析 檢測儀器 分辨率體視顯微鏡mm(毫米)-m（微米）光學(xué)顯微鏡m（微米）電子掃描顯微微米-納米（nm）達 0.7nm透射電鏡觀察到原子排列面，達 0.2nm場離子顯微鏡形貌觀察 0.2-0.3nm隧道掃描顯微鏡觀察到原子結(jié)構(gòu) 0.05-0.2nm.85 合成與加工合成與加工1.1.定義定義2.2.合成與加工的主要內(nèi)容合成與加工的主要內(nèi)容3.3.與其它要素的關(guān)系與其它要素的關(guān)系4

31、.4.發(fā)展方向發(fā)展方向.861.定義“合成”與“加工”是指建立原子、分子和分子團的新排列，在所有尺度上（從原子尺寸到宏觀尺度）對結(jié)構(gòu)的控制，以及高效而有競爭力地制造材料與元件的演化過程。.87是指把各種原子或分子結(jié)合起來制成材料所采用的各種化學(xué)方法和物理方法?？梢酝瑯拥姆绞绞褂?，還可以指較大尺度上的改變，包括材料制造。Fe2O3+3H2=2Fe+3H2Fe2O3+3H2=2Fe+3H2O O ？ 合成合成制備制備.88需要說明的問題需要說明的問題在材料科學(xué)與工程中，合成和加在材料科學(xué)與工程中，合成和加工之間的區(qū)別變得越來越模糊工之間的區(qū)別變得越來越模糊合成是新技術(shù)開發(fā)和現(xiàn)有技術(shù)改合成是新技術(shù)開

32、發(fā)和現(xiàn)有技術(shù)改進的關(guān)鍵性要素進的關(guān)鍵性要素現(xiàn)代材料合成技術(shù)是人造材料的現(xiàn)代材料合成技術(shù)是人造材料的唯一實現(xiàn)途徑唯一實現(xiàn)途徑.89材料制備材料制備材料加工材料加工表面工程表面工程材料復(fù)合材料復(fù)合2 . 合成與加工的主要內(nèi)容合成與加工的主要內(nèi)容.90一材料的制備一材料的制備冶金過程冶金過程熔煉與凝固熔煉與凝固粉末燒結(jié)粉末燒結(jié)高分子聚合高分子聚合.91不同的材料制備方法，分別具有不同不同的材料制備方法，分別具有不同的材料科學(xué)基礎(chǔ)內(nèi)容，即：的材料科學(xué)基礎(chǔ)內(nèi)容，即：冶金過程冶金過程冶金物理化學(xué)冶金物理化學(xué)熔煉與凝固熔煉與凝固凝固學(xué)理論凝固學(xué)理論粉末燒結(jié)粉末燒結(jié)燒結(jié)原理燒結(jié)原理高分子聚合高分子聚合聚合反應(yīng)

33、聚合反應(yīng).92目的：目的： 從原料中提取出金屬從原料中提取出金屬火法冶金火法冶金熔鹽電冶金熔鹽電冶金濕法冶金濕法冶金內(nèi)容內(nèi)容:煉鐵、煉銅煉鐵、煉銅電解鋁、鎂電解鋁、鎂水溶液電解鋅水溶液電解鋅.938熔煉與凝固（物理冶金）目的目的: 金屬的精練提純金屬的精練提純 材料的材料的“合金化合金化” 晶體的生長晶體的生長內(nèi)容內(nèi)容: 1. 平衡凝固平衡凝固 4. 區(qū)域熔煉區(qū)域熔煉 2. 快速凝固快速凝固 5. 玻璃的熔煉玻璃的熔煉 3. 定向凝固定向凝固 6. 熔融法提拉單晶熔融法提拉單晶.94目的目的: . 粉末成型粉末成型 2 . 粉末顆粒的結(jié)合粉末顆粒的結(jié)合內(nèi)容內(nèi)容: 1 . 粉末冶金技術(shù)粉末冶金技

34、術(shù) 2 . 現(xiàn)代陶瓷材料的制備現(xiàn)代陶瓷材料的制備.95目的目的: 實現(xiàn)小分子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，相互結(jié)合形實現(xiàn)小分子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，相互結(jié)合形 成高分子。高分子聚合是人工合成三大成高分子。高分子聚合是人工合成三大 類高分子材料：塑料、橡膠、合成纖維類高分子材料：塑料、橡膠、合成纖維 的基本過程。的基本過程。內(nèi)容內(nèi)容: 1 . 本體聚合本體聚合 3 . 懸浮聚合懸浮聚合 2 . 乳液聚合乳液聚合 4 . 溶液聚合溶液聚合.96二材料的加工二材料的加工傳統(tǒng)意義上，材料的加工范疇包括四個方面：傳統(tǒng)意義上，材料的加工范疇包括四個方面：材料的切削：車、銑、刨、磨、切、鉆材料的切削：車、銑、刨、磨、切、鉆材料的成

35、型：鑄造、拉、拔、擠、壓、鍛材料的成型：鑄造、拉、拔、擠、壓、鍛材料的改性：合金化、熱處理材料的改性：合金化、熱處理v0淬火工藝淬火工藝通過快速冷卻，獲得遠離平衡態(tài)的通過快速冷卻，獲得遠離平衡態(tài)的不穩(wěn)定組織，達到強化材料的目的。不穩(wěn)定組織，達到強化材料的目的。.104時時 間間溫溫 度度正火工藝正火工藝在奧氏體狀態(tài)下，空氣或保護氣體冷卻獲得在奧氏體狀態(tài)下，空氣或保護氣體冷卻獲得珠光體均勻組織，提高強度，改善韌性。珠光體均勻組織，提高強度，改善韌性。.105時時 間間溫溫 度度退火工藝退火工藝通過緩慢冷卻，獲得接近平衡態(tài)的組通過緩慢冷卻，獲得接近平衡態(tài)的組織，達到均勻化、消除內(nèi)應(yīng)力的目的?？棧_

36、到均勻化、消除內(nèi)應(yīng)力的目的。.106時時 間間溫溫 度度回火工藝回火工藝淬火或正火的材料重新加熱。目的在于松懈淬火或正火的材料重新加熱。目的在于松懈淬火應(yīng)力和使組織向穩(wěn)態(tài)過度，改善材料的淬火應(yīng)力和使組織向穩(wěn)態(tài)過度，改善材料的延展性和韌性，并穩(wěn)定工件的尺寸。延展性和韌性，并穩(wěn)定工件的尺寸。.107目的：實現(xiàn)材料間的整體結(jié)合目的：實現(xiàn)材料間的整體結(jié)合內(nèi)容內(nèi)容: 1. 焊接焊接 3. 鉚接鉚接 2. 粘接粘接 4. 栓接栓接.108三材料表面工程三材料表面工程表面改性表面改性表面防護表面防護薄膜技術(shù)薄膜技術(shù).109-改變材料表面的性質(zhì)改變材料表面的性質(zhì)三束表面改性三束表面改性化學(xué)表面改性（化學(xué)熱處理

37、）化學(xué)表面改性（化學(xué)熱處理）表面淬火表面淬火.110從工藝機理上分析，表面改性同整體材從工藝機理上分析，表面改性同整體材料的改性是相同的，即：在表面實現(xiàn)材料的改性是相同的，即：在表面實現(xiàn)材料的成分、組織與結(jié)構(gòu)的變化，達到改料的成分、組織與結(jié)構(gòu)的變化，達到改變材料表面性能的目的。不同點就是采變材料表面性能的目的。不同點就是采用了特殊的能量輸入方式，使能量作用用了特殊的能量輸入方式，使能量作用效果或成分變化僅效果或成分變化僅發(fā)生在表面發(fā)生在表面。.111激光束激光束 - 組織變化組織變化電子束電子束 -組織變化組織變化離子束離子束 - 成分、組織變化成分、組織變化細晶化細晶化均勻化均勻化非晶化非晶

38、化金屬元素金屬元素合金化合金化.112改變材料表面的化學(xué)成分改變材料表面的化學(xué)成分 - - 化學(xué)滲入化學(xué)滲入成成 分分溫溫 度度ABC + + 心部心部濃濃 度度表面表面C+N+Me+C0.113 高頻淬火高頻淬火電磁能電磁能集膚電流集膚電流表面熱能表面熱能 火焰淬火火焰淬火氣體化學(xué)反應(yīng)氣體化學(xué)反應(yīng)表面熱能表面熱能熱處理熱處理組織改變組織改變性能改變性能改變.114 腐蝕防護腐蝕防護 摩擦磨損防護摩擦磨損防護.115b 大氣腐蝕大氣腐蝕b 海水腐蝕海水腐蝕b 工業(yè)介質(zhì)腐蝕工業(yè)介質(zhì)腐蝕.116-腐蝕的原因腐蝕的原因主動防護主動防護被動防護被動防護合金化合金化非晶化非晶化高純度高純度表面涂鍍表面涂

39、鍍表面改性表面改性表面鈍化表面鈍化電化學(xué)保護電化學(xué)保護抗蝕材料抗蝕材料.117b 增加抗磨損性增加抗磨損性b 增加潤滑性增加潤滑性.118有許多種薄膜技術(shù)能夠在基材表面覆蓋薄有許多種薄膜技術(shù)能夠在基材表面覆蓋薄膜材料層，其中最重要的兩種方法是：膜材料層，其中最重要的兩種方法是：.119四材料的復(fù)合四材料的復(fù)合金屬基復(fù)合材料金屬基復(fù)合材料陶瓷基復(fù)合材料陶瓷基復(fù)合材料高分子復(fù)合材料高分子復(fù)合材料.120材料復(fù)合的主要目的就是依據(jù)不同材料性能材料復(fù)合的主要目的就是依據(jù)不同材料性能的優(yōu)勢互補、協(xié)調(diào)作用的原則，進行材料的的優(yōu)勢互補、協(xié)調(diào)作用的原則，進行材料的設(shè)計與制備。因此材料復(fù)合的過程就是材料設(shè)計與制

40、備。因此材料復(fù)合的過程就是材料制備、改性、加工的統(tǒng)一過程。制備、改性、加工的統(tǒng)一過程。復(fù)合材料的制備過程融合了金屬、陶瓷、高復(fù)合材料的制備過程融合了金屬、陶瓷、高分子材料制備的基本原理。分子材料制備的基本原理。目前材料科學(xué)的發(fā)展，復(fù)合的概念越來越重目前材料科學(xué)的發(fā)展，復(fù)合的概念越來越重要，出現(xiàn)了許多新型的復(fù)合材料及制備方法。要，出現(xiàn)了許多新型的復(fù)合材料及制備方法。.121與其它要素的關(guān)系與其它要素的關(guān)系從材料的產(chǎn)生到進入使用過程，直至損耗，從材料的產(chǎn)生到進入使用過程，直至損耗，四大要素存在著邏輯上的因果順序，即：四大要素存在著邏輯上的因果順序，即：合成與加工合成與加工結(jié)構(gòu)與成分結(jié)構(gòu)與成分材料性

41、質(zhì)材料性質(zhì)使用性能使用性能產(chǎn)生具備提供.122定向凝固技術(shù)在熔模鑄造型殼中建立特定方向的溫度梯度，使熔融合金沿著與熱流相反的方向按照要求的結(jié)晶取向凝固的一種鑄造工藝。定向凝固技術(shù)最突出的成就是在航空工業(yè)中的應(yīng)用。.1238 在極端化的條件下，完成合成與加 工過程，獲得更多的功能特性。 超純條件-單晶硅晶片高壓條件-人工金剛石低溫條件-超導(dǎo)體超細條件-納米材料4.4.發(fā)展趨勢發(fā)展趨勢.124第三章結(jié)構(gòu)材料鋼鐵材料有色金屬材料陶瓷材料玻璃材料水泥材料高分子材料復(fù)合材料.125什么是“結(jié)構(gòu)材料結(jié)構(gòu)材料” ？結(jié)構(gòu)材料是主要利用材料的強度、韌性、彈性等力學(xué)性能，用于制造在不同環(huán)境下工作時承受載荷的各種結(jié)

42、構(gòu)件和零部件的一類材料，即機械結(jié)構(gòu)材料和建筑結(jié)構(gòu)材料。.126碳鋼的常規(guī)熱處理碳鋼的常規(guī)熱處理退火退火將鋼加熱到適當溫度，保溫一定時間，然后將鋼加熱到適當溫度，保溫一定時間，然后緩慢冷卻（隨爐冷卻），以獲得接近于平衡緩慢冷卻（隨爐冷卻），以獲得接近于平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝。狀態(tài)組織的熱處理工藝。正火正火完全退火、等溫退火、球化退火、擴散退火、去應(yīng)力退火將鋼件加熱到將鋼件加熱到AC3和和Acm以上以上3050度，度，保持適當時間后，在空氣中冷卻，保持適當時間后，在空氣中冷卻，得到珠光體類組織的熱處理工藝。得到珠光體類組織的熱處理工藝。.127碳鋼的常規(guī)熱處理碳鋼的常規(guī)熱處理淬火淬火將鋼件加熱到

43、奧氏體化后，快速冷卻，使組織將鋼件加熱到奧氏體化后，快速冷卻，使組織轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的熱處理工藝。所得的馬氏體的轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的熱處理工藝。所得的馬氏體的形態(tài)與鋼的成分、原始奧氏體晶粒的大小以及形態(tài)與鋼的成分、原始奧氏體晶粒的大小以及形成條件有密切關(guān)系。奧氏體晶粒越小，馬氏形成條件有密切關(guān)系。奧氏體晶粒越小，馬氏體越細。體越細?；鼗鸹鼗饘摷慊鸷?，為了消除內(nèi)應(yīng)力并獲得所要求將鋼件淬火后，為了消除內(nèi)應(yīng)力并獲得所要求的性能，將其加熱到的性能，將其加熱到AC1以下的某一溫度，保以下的某一溫度，保溫一定時間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝。溫一定時間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝。.128合金鋼合金鋼合金鋼分類

44、合金鋼分類鐵及鐵基合金鐵及鐵基合金在碳鋼中加入一種或多種合金元素，在碳鋼中加入一種或多種合金元素，形成的鋼稱之為合金鋼。形成的鋼稱之為合金鋼。按所含合金元素的多少分：低合金鋼（總質(zhì)量分按所含合金元素的多少分：低合金鋼（總質(zhì)量分數(shù)低于數(shù)低于5）、中合金鋼（總質(zhì)量分數(shù)）、中合金鋼（總質(zhì)量分數(shù)510）、高合金鋼（總質(zhì)量分數(shù)高于）、高合金鋼（總質(zhì)量分數(shù)高于10）。）。按主要合金元素種類分：鉻鋼、鉻鎳鋼、按主要合金元素種類分：鉻鋼、鉻鎳鋼、錳鋼、硅錳鋼等。錳鋼、硅錳鋼等。按用途分：結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、特殊性能按用途分：結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、特殊性能鋼。鋼。.129鑄鐵鑄鐵鐵及鐵基合金鐵及鐵基合金碳的質(zhì)量分數(shù)大于碳

45、的質(zhì)量分數(shù)大于2.11%2.11%的鐵碳合金稱之的鐵碳合金稱之為鑄鐵，通常還含有較多的為鑄鐵，通常還含有較多的SiSi、MnMn、S S、P P等元素。等元素。用用 途途鑄鐵時工程上最常用的金屬材料，廣泛應(yīng)用在鑄鐵時工程上最常用的金屬材料，廣泛應(yīng)用在機械制造、冶金、礦上、石油化工。交通等領(lǐng)機械制造、冶金、礦上、石油化工。交通等領(lǐng)域。鑄鐵的生產(chǎn)設(shè)備和工藝簡單，價格便宜。域。鑄鐵的生產(chǎn)設(shè)備和工藝簡單，價格便宜。.130鐵及鐵基合金鐵及鐵基合金鐵碳合金中碳的存在形式鐵碳合金中碳的存在形式間隙固溶于鐵間隙固溶于鐵化合態(tài)的滲碳體化合態(tài)的滲碳體游離態(tài)的石墨游離態(tài)的石墨亞穩(wěn)態(tài)，在一定條件下分解亞穩(wěn)態(tài)，在一定

46、條件下分解為鐵和石墨為鐵和石墨穩(wěn)定態(tài)，可以從鑄鐵熔液中穩(wěn)定態(tài)，可以從鑄鐵熔液中析出，也可以從奧氏體中析出析出，也可以從奧氏體中析出Fe3C碳溶解在Fe中的間隙固溶體.131鐵及鐵基合金鐵及鐵基合金鑄鐵的種類鑄鐵的種類根據(jù)石墨化程度的不同，鑄鐵的類型和組織也不同。根據(jù)石墨化程度的不同，鑄鐵的類型和組織也不同。灰口鑄鐵灰口鑄鐵白口鑄鐵白口鑄鐵可煅鑄鐵可煅鑄鐵球墨鑄鐵球墨鑄鐵蠕墨鑄鐵蠕墨鑄鐵.132鑄鐵白口鑄鐵：碳絕大部分以化合物 存在， 斷口銀白色。性能：硬而脆，難于加工，使用價值低?；铱阼T鐵：碳以 形式存在，斷口呈暗灰色。性能：價格低廉，易切削加工，常用于氣缸，支座機床等。鐵及鐵基合金鐵及鐵基合

47、金滲碳體FeFe3 3C C 片狀石墨.133鐵及鐵基合金鐵及鐵基合金鑄鐵可鍛鑄鐵：由一定成分的白口鑄鐵經(jīng)石墨化退火處理而獲得，其中碳大部分或全部以團絮狀石墨形式存在，由于具有較灰口鑄鐵高得多的塑性和韌性，習(xí)慣上稱為可鍛鑄鐵，實際上并不可鍛。滲碳體團絮石墨生產(chǎn)周期長，單件成本高，一般制作形狀復(fù)雜的薄壁小件。.134鑄鐵特性：球化減小應(yīng)力集中，基體強度利用率高，可以進行熱處理加工，屈強比高。機械性能高，生產(chǎn)工藝比可鍛鑄鐵簡單，近年來日益得到廣泛的應(yīng)用?！耙澡F代鋼，以鑄代鍛”球墨鑄鐵：鐵水在澆注前經(jīng)球化處理，其中碳大部分或全部以球狀石墨形式存在。鐵及鐵基合金鐵及鐵基合金.135鑄鐵 碳以蠕蟲狀石墨

48、存在，介于片狀和球狀之間，所以性能在在灰鑄鐵和球墨鑄鐵之間。 優(yōu)點：導(dǎo)熱性和耐疲勞性好，高部件。 合金鑄鐵：鑄鐵中加入合金元素如CrCr、CuCu、AlAl、等，可得到耐、等，可得到耐蝕、耐熱及耐磨等特性的合金鑄鐵。鐵及鐵基合金鐵及鐵基合金蠕墨鑄鐵：蠕化處理不宜控制.136石墨的存在對鑄鐵的特殊作用石墨的存在對鑄鐵的特殊作用減弱晶粒間振動能的傳遞，并將振動能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芰鲃有院?，凝固過程中析出比容較大的石墨，減小凝固收縮減摩、斷屑的作用；脫落形成顯微凹穴，起儲油作用，可維持油膜的連續(xù)性片狀石墨相當于許多微小缺口良好的潤滑劑，脫落在摩擦面.137高分子材料分類 按材料來源分類 天然高分子 合成高分

49、子 按材料性能和用途分類 塑料塑料 橡膠橡膠 纖維纖維 涂料 粘合劑 功能高分子稱為三大合成材料.138通用高分子材料通用高分子材料 塑料、橡膠、纖維，稱為三大合成材料塑料、橡膠、纖維，稱為三大合成材料 全世界產(chǎn)量全世界產(chǎn)量1 1億多噸億多噸 塑料主要品種有：塑料主要品種有： 合成橡膠主要用途為制造輪胎，約占合成橡膠主要用途為制造輪胎，約占60%60% 合成纖維主要品種有：滌綸（合成纖維主要品種有：滌綸（PETPET）、尼龍、聚丙）、尼龍、聚丙烯腈、聚丙烯等烯腈、聚丙烯等聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等.139工程塑料工程塑料 性能：堅硬、韌性、耐磨、耐

50、熱水及蒸氣，性能：堅硬、韌性、耐磨、耐熱水及蒸氣，加工時尺寸穩(wěn)定性好、化學(xué)穩(wěn)定性好。加工時尺寸穩(wěn)定性好、化學(xué)穩(wěn)定性好。 主要有：尼龍（聚酰胺）、聚碳酸酯主要有：尼龍（聚酰胺）、聚碳酸酯（PCPC）、聚苯醚（）、聚苯醚（PPOPPO）、聚甲醛（）、聚甲醛（POMPOM）、）、飽和聚酯（飽和聚酯（PETPET、PBTPBT）等）等.140硬塑料應(yīng)力纖維軟塑料應(yīng)變橡膠材料應(yīng)力材料應(yīng)力應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線.141 熱塑性塑料熱塑性塑料：受熱后軟化，冷卻后又變硬，可重復(fù)循環(huán)。受熱后軟化，冷卻后又變硬，可重復(fù)循環(huán)。 熱固性塑料熱固性塑料：由單體直接形成網(wǎng)狀聚合物或通過交聯(lián)線由單體直接形成網(wǎng)狀聚合物或通過交聯(lián)線

51、型預(yù)聚體而形成，一旦形成交聯(lián)聚合物，受熱后不能再回型預(yù)聚體而形成，一旦形成交聯(lián)聚合物，受熱后不能再回到可塑狀態(tài)。制品不溶不熔。到可塑狀態(tài)。制品不溶不熔。 優(yōu)點：質(zhì)輕、電絕緣、耐化學(xué)腐蝕、容易成形加優(yōu)點：質(zhì)輕、電絕緣、耐化學(xué)腐蝕、容易成形加工等；工等； 缺點：力學(xué)性能比金屬材料差，表面硬度低，大缺點：力學(xué)性能比金屬材料差，表面硬度低，大多數(shù)品種易燃，耐熱性差。多數(shù)品種易燃，耐熱性差。熱塑性與熱固性熱塑性與熱固性.142聚合物分子運動特點聚合物分子運動特點 聚合物分子運動具有多重性。聚合物分子運動具有多重性。 運動單元：側(cè)基、支鏈、鏈節(jié)、鏈段及整個大分子等。運動單元：側(cè)基、支鏈、鏈節(jié)、鏈段及整個大

52、分子等。 運動方式：鍵長、鍵角的振動或扭曲；側(cè)基、支鏈或鏈節(jié)的運動方式：鍵長、鍵角的振動或扭曲；側(cè)基、支鏈或鏈節(jié)的搖擺、旋轉(zhuǎn)；分子內(nèi)旋轉(zhuǎn)及整個大分子的重心位移等。搖擺、旋轉(zhuǎn)；分子內(nèi)旋轉(zhuǎn)及整個大分子的重心位移等。 聚合物分子運動具有明顯的松弛特性。聚合物分子運動具有明顯的松弛特性。 具有時間依賴性的過程稱為松弛過程。具有時間依賴性的過程稱為松弛過程。 分子運動是一個速度過程，要達到一定的運動狀態(tài)，提高溫分子運動是一個速度過程，要達到一定的運動狀態(tài)，提高溫度和延長時間具有相同的效果，這稱為時度和延長時間具有相同的效果，這稱為時- -溫等效原理，或溫等效原理，或時時- -溫轉(zhuǎn)化效應(yīng)。溫轉(zhuǎn)化效應(yīng)。.1

53、43玻璃化轉(zhuǎn)變玻璃化轉(zhuǎn)變 聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變是指從玻璃態(tài)到高彈態(tài)之間聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變是指從玻璃態(tài)到高彈態(tài)之間的轉(zhuǎn)變。從分子運動的角度看，玻璃化溫度的轉(zhuǎn)變。從分子運動的角度看，玻璃化溫度T Tg g是是大分子鏈段開始運動的溫度。大分子鏈段開始運動的溫度。 玻璃化轉(zhuǎn)變是一個松弛過程。玻璃化轉(zhuǎn)變是一個松弛過程。 在時間尺度不變時，凡是加速鏈段運動速度的因在時間尺度不變時，凡是加速鏈段運動速度的因素，如大分子鏈柔性的增大、分子間作用力減小素，如大分子鏈柔性的增大、分子間作用力減小等結(jié)構(gòu)因素，都使等結(jié)構(gòu)因素，都使T Tg g下降。下降。.144聚乙烯（PE） 聚乙烯從1939年開始工業(yè)化生產(chǎn)，是目前產(chǎn)

54、量最大，應(yīng)用最廣泛的品種。 低密度聚乙烯（LDPE） 在各種聚乙烯中產(chǎn)量最大，主要用于生產(chǎn)薄膜（制造食品袋、垃圾袋、地膜、大鵬膜等）；約10%用于生產(chǎn)注塑用品。 線型低密度聚乙烯（LLDPE） 主要用于生產(chǎn)薄膜，厚度比低密度聚乙烯更薄，制品性能更好。還用于生產(chǎn)扁絲，制造編織袋。.145 高密度聚乙烯 注塑制品：工業(yè)容器、家用器皿、玩具等。 中空吹塑制品：食品、藥品、化妝品的包裝瓶等。 薄膜制品（約占20%）：大量用于食品包裝。聚乙烯管材聚乙烯管材 應(yīng)用領(lǐng)域主要有：生活用水和煤氣管道、農(nóng)業(yè)排灌用管道以及圓珠筆內(nèi)的油墨管子等。 質(zhì)輕、堅韌耐磨，力學(xué)性能良好，使用壽命長，施工安裝簡便，輸送阻力小、安

55、全可靠，鋪設(shè)費用低。.146 超高分子量聚乙烯（UHMWPE）可作為工程塑料 在汽車、機械、原子能以及宇宙飛行等領(lǐng)域得到重要應(yīng)用。 具有優(yōu)異的耐沖擊和自潤滑性，耐腐蝕、抗磨損、不粘著等特性?？勺鼾X輪、軸套、滑板、儲罐襯里等。催化劑決定材料性能 齊格勒 茂金屬聚乙烯 韌性、透明度、熱粘性、熱封溫度、低氣味方面等明顯優(yōu)于傳統(tǒng)聚乙烯.147PVCPVC，是耗石油最少的熱塑性樹脂。具有阻燃，是耗石油最少的熱塑性樹脂。具有阻燃及較高的機械強度。PVCPVC可以兼有兩種截然不可以兼有兩種截然不同的性能，從軟質(zhì)到硬質(zhì)，具有不同的用途。 應(yīng)用： 農(nóng)用塑料制品：農(nóng)地膜、漁用單絲、繩纜等； 包裝材料，保鮮、防銹、

56、防霉等，塑料編織袋、包裝容器等；日用品，塑料鞋、塑料袋、人造革、塑料玩具等； 化學(xué)建材，塑鋼門窗、水管、電線穿線管等。.148PSPS，無色透明，相對密度，無色透明，相對密度1.051.05，電絕緣性能，電絕緣性能優(yōu)異，耐熱性好，吸濕性低、質(zhì)硬、剛性強，耐化學(xué)性好，易被染色，有良好的加工性。 應(yīng)用： 世界市場上，PSPS主要用于包裝，其次是電子、主要用于包裝，其次是電子、電電器。發(fā)泡聚苯乙烯（EPSEPS）質(zhì)輕、隔熱、防）質(zhì)輕、隔熱、防震、價震、價廉，用于建筑和包裝。國內(nèi)最大的市場是家電行業(yè)。國內(nèi)彩色電視機外殼有60% 60% 使用高抗沖聚苯乙烯（使用高抗沖聚苯乙烯（HIPSHIPS）。）。.

57、149氟塑料氟塑料是各種含氟塑料的總稱。是各種含氟塑料的總稱。聚四氟乙烯（聚四氟乙烯（PTFEPTFE）。）。19501950年首先由杜邦公司投產(chǎn)。有年首先由杜邦公司投產(chǎn)。有“塑料王塑料王”之稱。之稱。是高結(jié)晶度聚合物，無是高結(jié)晶度聚合物，無熔融熔融態(tài)，分解溫度態(tài)，分解溫度400 400 ，可在，可在260 260 以下長期下使用，耐低溫達以下長期下使用，耐低溫達-200 -200 ，力學(xué)性能優(yōu)異。光滑不粘，力學(xué)性能優(yōu)異。光滑不粘，摩擦系數(shù)極小摩擦系數(shù)極小，具有自潤滑性。耐，具有自潤滑性。耐化學(xué)腐蝕性極強化學(xué)腐蝕性極強，耐強酸、強，耐強酸、強堿、有機溶劑，能耐堿、有機溶劑，能耐王水及沸騰的氫氟

58、酸王水及沸騰的氫氟酸。具有塑料中最好的電。具有塑料中最好的電絕緣性能。絕緣性能。廣泛用于化工機械和容器的防腐、耐磨密封、電絕緣等。廣泛用于化工機械和容器的防腐、耐磨密封、電絕緣等。四氟乙烯、六氟丙烯、三氟氯乙烯等單體.150纖維 滌綸 尼龍（錦綸） 聚丙烯腈（腈綸、人造羊毛）.151保鮮膜保鮮膜 性能要求性能要求 保鮮、保潔、自粘保鮮、保潔、自粘 安全、無毒安全、無毒 市場上的保鮮膜市場上的保鮮膜 聚乙烯（聚乙烯（PEPE）、聚氯乙烯（）、聚氯乙烯（PVCPVC）、偏聚氯乙）、偏聚氯乙烯及其他材質(zhì)烯及其他材質(zhì) 聚氯乙烯（聚氯乙烯（PVCPVC）保鮮膜存在的問題）保鮮膜存在的問題.152聚合物光

59、盤基片聚合物光盤基片 性能要求性能要求 高的透光率、光學(xué)純度、尺寸穩(wěn)定性和熱變形高的透光率、光學(xué)純度、尺寸穩(wěn)定性和熱變形溫度，較好的機械性能和加工性能、低的雙折溫度，較好的機械性能和加工性能、低的雙折射和成本等。射和成本等。 主要材料：主要材料： 聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯（聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMAPMMA）、改性）、改性雙酚雙酚A A環(huán)氧樹脂、非晶態(tài)聚烯烴等環(huán)氧樹脂、非晶態(tài)聚烯烴等.153鋁及鋁合金鋁及鋁合金鋁及鋁合金的特點鋁及鋁合金的特點密度低、比強度高。純鋁的密度只有密度低、比強度高。純鋁的密度只有2700kg/m32700kg/m3，僅為鐵的僅為鐵的1/3。優(yōu)良的物理、化學(xué)

60、性能。導(dǎo)電性能好、磁化率低、優(yōu)良的物理、化學(xué)性能。導(dǎo)電性能好、磁化率低、耐腐蝕等。耐腐蝕等。加工性能好。鑄造性能好、易于塑性變形，經(jīng)熱處加工性能好。鑄造性能好、易于塑性變形，經(jīng)熱處理后還具有很高的強度。理后還具有很高的強度。有色金屬材料有色金屬材料.154鋁及鋁合金鋁及鋁合金合金元素的作用合金元素的作用鋁中加入合金元素后，可提高合金的強度，并保持鋁中加入合金元素后，可提高合金的強度，并保持良好的加工性能。良好的加工性能。提高強度提高強度阻礙位錯運動阻礙位錯運動.155銅及銅合金銅及銅合金純銅純銅純銅為紫色，又稱紫銅。主要用于制作純銅為紫色，又稱紫銅。主要用于制作電導(dǎo)體及配制合金。工業(yè)純銅分為電