材料科學(xué)導(dǎo)論（基礎(chǔ)教育）

1、材料科學(xué)與工程導(dǎo)論Introduction to material science and engineering河南理工大學(xué) 礦物加工專業(yè)1凌云書屋緒 論 材料的定義與分類 材料的地位和作用 材料科學(xué)與工程的形成和發(fā)展2凌云書屋材料的定義材料是人類用于制造機器、構(gòu)件和產(chǎn)品的物質(zhì),是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。3凌云書屋挑戰(zhàn)者 1983首航第十次 一個O形環(huán)失效升空后73秒時，爆炸解體墜毀。機上的7名宇航員4凌云書屋RMS Titanic冰山撞擊了船體，導(dǎo)致船底的鉚釘承受不了撞擊因而毀壞，當(dāng)初制造時也有考慮鉚釘?shù)牟馁|(zhì)使用較脆弱，而在鉚釘制造過程中加入了礦渣，但礦渣分布過密，因而使鉚釘變得脆弱

2、無法承受撞擊冰海沉沒5凌云書屋材料的分類分類一：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6凌云書屋材料的分類分類二：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)用材料能源材圖13 中科院金屬所研制的納米碳纖維儲氫材料 7凌云書屋材料的分類分類三：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。8凌云書屋材料的分類分類三：按性能分 功能材料 智能材料9凌云書屋材料的分類分類四：按應(yīng)用與發(fā)展分傳統(tǒng)材料新材料10凌云書屋11凌云書屋材料是人類文明的里程碑人類使用不同材料的開始時間

3、12凌云書屋材料是社會現(xiàn)代化的物質(zhì)基礎(chǔ)與先導(dǎo)第一次工業(yè)革命（18世紀）：蒸汽機、煤、鐵、鋼四個主要因素，the age of machine。鋼鐵材料的進步是其主要物質(zhì)基礎(chǔ)13凌云書屋第二次工業(yè)革命（20世紀中葉以來）：單晶硅材料對電子技術(shù)的發(fā)明和應(yīng)用起了核心作用。14凌云書屋材料強度密度比在不同年代里的進展(由圖中可以看出,現(xiàn)代先進材料的強度已比原始材料提高了約50倍)鋁木材石料青銅鑄鐵鋼復(fù)合材料碳纖維芳香族酰胺纖維615凌云書屋現(xiàn)代渦輪噴氣發(fā)動機年代氣冷式航空發(fā)動機蒸汽機16凌云書屋19501960197019801990200020102020900110015001300材料的表面溫度

4、()1700單晶合金普通鑄件定向凝固超級合金共晶合金彌散強化超級合金隔熱涂層陶瓷復(fù)合材料碳-碳在發(fā)動機上應(yīng)用的年份葉片材料的發(fā)展歷程纖維增強超級合金17凌云書屋1490C3150C6490C10930C16490C發(fā)動機溫度一次大戰(zhàn)水冷式30年代空冷式風(fēng)扇噴氣發(fā)動機蝸輪噴氣發(fā)動機超音速燃燒沖壓式噴氣發(fā)動機溫度（0C）18凌云書屋+175+390+595金屬玻璃纖維KavlarC/C復(fù)合材料K m導(dǎo)彈射程火箭殼體材料與導(dǎo)彈射程19凌云書屋a light, strong para- aramid synthetic fiber 芳族聚酰胺 合成纖維5 times stronger than ste

5、el on an equal weight basisKavlar苯二胺 對苯二酰20凌云書屋ENIAC Electronic Numerical Integrator And Computer 電子管1941-1946 美國 vacuum tube computers 170平方米，30噸，150千瓦，48萬美元17,468 電子管 10,000 電容器，1500繼電器，6000多個開關(guān)，“絕招”-1秒5000次加法和500次乘法，繼電器計算機快1000多倍，手工計算 20萬倍。21凌云書屋TRADIC - Transistorized Airborne Digital Computer 美

6、國貝爾實驗室 1954 晶體管（transistors） 800It could perform a million logical operations every second, still not quite as fast as the vacuum tube computers of the day, but pretty close. And best of all, it operated on less than 100 watts of power and it was much more reliable than its vacuum tube predecessors.

7、22凌云書屋IBM360 集成電路計算機 1964It was the first family of computers designed to cover the complete range of applications, from small to large, both commercial and scientific.23凌云書屋1970s tens of thousands of transistors per chip LSI Million VLSI 1989 Million 2005 billion transistor 2007 tens billion transi

8、stor 24凌云書屋IBM 5150 1981 8088微處理器Imac G4 2002 25凌云書屋Compaq LTE 386 laptop1989 Intel8086 processor26凌云書屋小結(jié)上述事例雄辯的表明，新材料在人類社會進步、產(chǎn)業(yè)革命和提高人類生活品質(zhì)中具有特別重要的基礎(chǔ)和先導(dǎo)作用，其發(fā)展對提高國家的綜合國力具有巨大的推動作用和深遠影響。27凌云書屋21世紀重點發(fā)展的高技術(shù)領(lǐng)域的材料選擇信息科學(xué)技術(shù) 信息材料新能源科學(xué)技術(shù) 新能源材料生物科學(xué)技術(shù) 生物醫(yī)用材料空間科學(xué)技術(shù) 空間技術(shù)用材料 生態(tài)環(huán)境科學(xué)技術(shù) 生態(tài)環(huán)境材料用高技術(shù)改造、更新現(xiàn)有材料，發(fā)展材料科學(xué)技術(shù)28凌

9、云書屋 信息科學(xué)技術(shù)正在發(fā)生結(jié)構(gòu)性變革，仍然是經(jīng)濟持續(xù)增長的主導(dǎo)力量通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為信息產(chǎn)業(yè)注入強大活力3G 時代3rd-generation半導(dǎo)體技術(shù)進入納米時代納米芯片 機器人計算機智能技術(shù)日新月異29凌云書屋高錕 光纖之父高錕教授在一九六六年發(fā)表 光通訊九十年代n 1.48 1.46LED 激光光敏元件2億m/s3億單模 多模 反射光子晶體 衍射30凌云書屋 生物技術(shù)正經(jīng)歷著一場前所未有的技術(shù)革命，一個龐大的生物產(chǎn)業(yè)正在孕育和形成基因組學(xué)、蛋白質(zhì)科學(xué)、干細胞及再生醫(yī)學(xué)的研究成為生命科學(xué)的前沿與熱點干細胞及再生醫(yī)學(xué)的研究及應(yīng)用為人類健康開辟了新道路生物芯片在醫(yī)療和科研領(lǐng)域 轉(zhuǎn)基因技術(shù)31凌云

10、書屋 航天技術(shù)快速發(fā)展，不斷開辟人類探索的新空間 太空探索帶動太空探索技術(shù)加速發(fā)展 研制多種用途的新一代航天飛行器成未來趨勢小衛(wèi)星技術(shù)日趨成熟并將廣泛應(yīng)用太空攻防技術(shù)成為未來航天技術(shù)發(fā)展的重要領(lǐng)域32凌云書屋33凌云書屋能源材料煤炭的高效清潔利用成為化石能源技術(shù)研發(fā)熱點核能技術(shù) 氫能 儲氫材料新能源和可再生能源技術(shù)展現(xiàn)良好前景南非 沙索技術(shù)轉(zhuǎn)讓10億34凌云書屋 新材料技術(shù)出現(xiàn)群體性突破，將對21世紀基礎(chǔ)科學(xué)和幾乎所有工業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)生革命性影響納米技術(shù)是前沿技術(shù)中最具前瞻性和帶動性的領(lǐng)域之一光電子材料、光子材料將成為發(fā)展最快和最有前途的電子信息材料。新型功能材料（超導(dǎo)材料、智能材料、生物醫(yī)用材料）

11、新型結(jié)構(gòu)材料（高溫合金、難熔金屬、金屬間化合物、金屬基復(fù)合材料、高分子材料、鈦合金、鎂合金）35凌云書屋21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36凌云書屋單項模式的災(zāi)難37凌云書屋材料循環(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38凌云書屋礦物加工礦產(chǎn)原材料 工業(yè)廢料 粉煤灰廢舊電子產(chǎn)品 等雙向循環(huán)模式39凌云書屋40凌云書屋雙向循環(huán)模式41凌云書屋材料科學(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

12、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。42凌云書屋材料科學(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43凌云書屋材料科學(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。44凌云書屋材料科學(xué)與工程的內(nèi)涵組成要素：成分結(jié)構(gòu)

13、合成加工使用效能45凌云書屋材料科學(xué)與工程的形成和發(fā)展材料科學(xué)與工程學(xué)科的形成與發(fā)展，反映了學(xué)科發(fā)展從細分到整合的基本規(guī)律。46凌云書屋材料科學(xué)與工程的由來為了滿足經(jīng)濟和社會的需求,人們早已大量使用材料,并推動材料的不斷發(fā)展。但20世紀之前的材料進步往往大量依靠人們的經(jīng)驗、技巧、繼承和積累,發(fā)展的速度還是緩慢的,其原因在于人們還沒有對材料在科學(xué)上有深刻的認識和理解。直到20世紀60年代才提出“材料科學(xué)”的概念，“材料科學(xué)”的形成實際上也是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的結(jié)果。47凌云書屋是各學(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

14、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)48凌云書屋從社會經(jīng)濟需求的牽引、科學(xué)技術(shù)發(fā)展的推動以及不同材料的諸多共性來看，有必要形成一門材料科學(xué)。材料科學(xué)一般認為研究材料的組織、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的關(guān)系，探索自然規(guī)律，屬于基礎(chǔ)研究；但實際上，研究和發(fā)展材料的目的在于應(yīng)用。材料又是一門應(yīng)用科學(xué)，研究材料必須通過合理工藝流程才能制備出具有實際價值的材料來，即材料工程問題。49凌云書屋美國MIT18651879 地質(zhì)與采礦工程18791884 采礦工程18841888 采礦工程（地質(zhì)、采礦、冶金）18881890 采礦與冶金18901927 采礦工程與冶金19271937 采礦與冶金19371966

15、冶金19661975 冶金與材料科學(xué)1975現(xiàn)在材料科學(xué)與工程高校材料系的發(fā)展歷史50凌云書屋51凌云書屋52凌云書屋Thanks for your attention53凌云書屋第二部分 材料科學(xué)與工程的四要素MSE四要素使用性能材料的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與成分合成與加工兩個重要內(nèi)容儀器與設(shè)備分析與建模54凌云書屋材料性質(zhì)：是功能特性和效用的描述符，是材料 對電.磁.光.熱.機械載荷的反應(yīng)。材料性質(zhì)描述力學(xué)性質(zhì)物理性質(zhì)化學(xué)性質(zhì)強度硬度剛度塑性韌性電學(xué)性質(zhì)磁學(xué)性質(zhì)光學(xué)性質(zhì)熱學(xué)性質(zhì)催化性質(zhì)腐蝕性氧化性55凌云書屋 材料的結(jié)構(gòu)鍵合結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)組織結(jié)構(gòu)56凌云書屋 材料的結(jié)構(gòu)-鍵合結(jié)構(gòu)離子建共價鍵金屬鍵化學(xué)鍵氫

16、 鍵分子鍵物理鍵結(jié)合能陶瓷材料高分子材料金屬材料冰（H20）鹵族晶體注：1. 有些陶瓷材料屬共價鍵化合物，如SiC陶瓷； 2. 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）57凌云書屋晶 體：原子排列長程有序，有周期 材料的結(jié)構(gòu)-晶體結(jié)構(gòu)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58凌云書屋定義：組成材料的不同物質(zhì)表示出的某種形態(tài)特征 材料的結(jié)構(gòu)-組織結(jié)構(gòu)勻晶型組織共晶型組織包晶型組織相圖特征結(jié)構(gòu)特征馬氏體組織奧氏體組織貝氏體組織.組合特征單相組織兩相組織多相組織.59凌云書屋材料力學(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

17、為。60凌云書屋結(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。61凌云書屋結(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。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。韌性：材料從塑性變形到斷裂全過程中 吸收能量的能力。62凌云書屋強度范疇剛度范疇塑性范疇韌性范疇?wèi)?yīng) 力應(yīng) 變63凌云書屋2. 強度表征： 彈性極限 屈服強度 抗拉強度 斷裂強度 強 度1. 強度定義： 抵抗變形和斷

18、 裂的能力64凌云書屋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。65凌云書屋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66凌云書屋強度指標的意義抗拉強度：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

19、料的性能。但對材料選擇和加工意義不大。屈服強度決定67凌云書屋應(yīng)力應(yīng)變曲線68凌云書屋材料力學(xué)性能 塑性表征及意義塑性：斷裂前材料發(fā)生塑性變形的能力。指卸載后不能消失而殘留下來的那部分變形 延伸率斷面收縮率69凌云書屋延伸率 是塑性伸長的量度 =L/L0=（L-L0）/L0 原始標距長度 斷裂后試樣的標距長度斷面收縮率 是塑性收縮的量度=Af/A070凌云書屋加工硬化金屬材料在再結(jié)晶溫度以下經(jīng)加工（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。71凌云書屋加工硬化有利：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

20、使工件表層變脆硬使刀具磨損、增大切削力72凌云書屋材料力學(xué)性能硬度：材料表面局部抵抗變形的能力。測量：壓痕法 壓頭 一定壓力 材料表面壓痕尺寸。布氏試驗 -布氏硬度洛氏試驗-洛氏硬度維氏試驗 -維氏硬度硬度表征及意義73凌云書屋布氏硬度：淬火鋼球 載荷 壓痕總面積維氏硬度：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74凌云書屋材料力學(xué)性能 剛度 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，能完全消失恢復(fù)試樣原樣的變形。 75凌云書屋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：

21、載荷取消后，試樣尺寸恢復(fù)原樣的行為。76凌云書屋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77凌云書屋材料力學(xué)性能 疲勞強度表征疲勞強度：材料抵抗交變應(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。78凌云書屋疲勞壽命：在一定交變應(yīng)力下，不發(fā)生斷裂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。79凌云書屋材料力學(xué)性能 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。80凌云

22、書屋蠕變試驗和蠕變曲線81凌云書屋抗蠕變性表征：蠕變極限 持久強度蠕變極限：在一定溫T度和規(guī)定時間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82凌云書屋材料力學(xué)性能 韌性表征和意義韌性表征：沖擊韌性 KIC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。83凌云書屋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。84凌云書屋

23、KI 應(yīng)力場強因子外加應(yīng)力85凌云書屋材料物理性能電學(xué)性能表征：電流：電場作用下正負離子的定向移動。86凌云書屋電力 機械、交通 電子、微電子 日常生活擊穿現(xiàn)象 介電性質(zhì)導(dǎo)電性質(zhì)靜電現(xiàn)象導(dǎo)電率電阻率介電常數(shù) 87凌云書屋電學(xué)性質(zhì)電阻率 金屬導(dǎo)體 半導(dǎo)體超導(dǎo)現(xiàn)象零電阻抗磁性88凌云書屋決定電導(dǎo)率的基本參數(shù) parameters 載流子類型 charge carrier 電子、空穴、正離子、負離子 載流子數(shù) charge carrier density-n, 個/m3 載流子遷移率 electron mobility 89凌云書屋不同材料的電導(dǎo)率舉例 離子固體 室溫絕緣體 T高 電導(dǎo)率大 （無機非

24、金屬） 高分子 雜質(zhì)致有導(dǎo)電性金屬 自由電子 電導(dǎo)率高 導(dǎo)電性好 硅 半導(dǎo)體90凌云書屋影響電導(dǎo)率的因素 溫度 晶體結(jié)構(gòu) 晶格缺陷 雜質(zhì) 缺陷91凌云書屋聚合物的電導(dǎo)性結(jié)構(gòu)型 共軛效應(yīng) 雙鍵 環(huán)添加型 參雜 添加或去掉電子 鹵族原子 堿金屬離子 復(fù)合 導(dǎo)電的納米粉體 石墨 碳納米管 金屬粉末等92凌云書屋導(dǎo)電聚合物的應(yīng)用理想情況下，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 。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 聚合物電池、電致變色顯示器、 電化學(xué)傳感器、場效應(yīng)管、 聚合物發(fā)光二極管（LED）93凌云書屋超導(dǎo)電性在一定低溫下材料突然失去電阻的現(xiàn)

25、象 （小于10-25cm）1913年 , 超導(dǎo)現(xiàn)象發(fā)現(xiàn), 諾貝爾物理獎 1987年, 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, 諾貝爾物理獎94凌云書屋超導(dǎo)體的兩種特性： 完全導(dǎo)電性 完全抗磁性磁場強度始終為零三個性能指標 超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度Tc 愈高愈好 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(dāng)TTc時, Hc=Hc臨界電流密度Jc 95凌云書屋材料的分類及其電導(dǎo)率 材料 電阻率 電導(dǎo)率 超導(dǎo)體 導(dǎo)體 半導(dǎo)體 絕緣體 0 10-8-10-5 10-5-107 107-1018 105-108 10-7-105 10-18-10-7 96凌云書屋材料物理性

26、能 磁性2. 磁學(xué)性：磁化 強度 外磁場，物質(zhì)被磁化的程度。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 磁化強度和磁場的比值97凌云書屋磁矩表征磁性物體磁性大小的物理量。m 電子軌道磁矩 電子自旋磁矩磁感應(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B98凌云書屋磁性的本質(zhì) 電子的磁矩 電子的自旋磁矩軌道磁矩 孤立原子 具有“永久磁矩” 有未被填滿的電子殼層 不具磁性 原子各層都充滿電子 99凌云書屋抗磁性 外磁場中，感生一個磁矩，與外磁場方向相反順磁性 原子內(nèi)

27、部存在永久磁矩 有外磁場，顯示極弱磁性 無外磁場，宏觀無磁性鐵磁性 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； 外磁場移去保留較強磁性100凌云書屋矯頑力：使剩磁降低為零所需要的磁場強度。 磁滯特性 軟磁材料 硬磁材料101凌云書屋無機非金屬材料的磁學(xué)性能1、尖晶石型鐵氧體 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 亞鐵磁性 102凌云書屋高分子材料的磁學(xué)性能1、大多數(shù)體系為抗磁性材料 2、順磁性僅存在于兩類有機物 含有過渡金屬 含有屬于定域態(tài)或較少離域的未成對電子 （不飽和鍵、自由基等）103凌云書屋材料物理性能 光學(xué)性能表征：光反

28、射率 光折射率 光的吸收104凌云書屋光：電磁波 固體材料的光學(xué)性質(zhì)，取決于電磁輻射與材料表 面、近表面以及材料內(nèi)部的電子、原子、缺陷之間 的相互作用105凌云書屋材料物理性能 熱學(xué)性能表征：熱導(dǎo)率熱膨脹系數(shù)熔點比熱 熱應(yīng)力 耐熱性106凌云書屋熱導(dǎo)率：單位溫度梯度下， 單位時間內(nèi)通過單位垂直 面積上的熱量 耐熱性指在受負荷下，材料失去其物理機械性能而發(fā)生永久變形的溫度。 耐熱性指在受負荷下，材料失去其物理機械性能而發(fā)生永久變形的溫度。 各種 材料的使用上限溫度 高分子材料 常溫及中溫條件下使用，v0淬火工藝通過快速冷卻，獲得遠離平衡態(tài)的不穩(wěn)定組織，達到強化材料的目的。218凌云書屋時 間溫

29、度淬火正火正火工藝在奧氏體狀態(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。219凌云書屋時 間溫 度退火工藝通過緩慢冷卻，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。220凌云書屋時 間溫 度回火工藝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，改善材料的延展性和韌性，并穩(wěn)定工件的尺寸。221凌云書屋目的：實現(xiàn)材料間的整體結(jié)合內(nèi)容: 1. 焊接 3. 鉚接 2. 粘接 4. 栓接材料的聯(lián)接222凌云書屋223凌云書屋三材料表面工程表面改性表面防護薄膜技術(shù)224凌云書屋-改變材料表面的性質(zhì)三束表面改性化學(xué)表面改性（化學(xué)熱處理）表面淬火表面改性225凌

30、云書屋從工藝機理上分析，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。不同點就是采用了特殊的能量輸入方式，使能量作用效果或成分變化僅發(fā)生在表面。226凌云書屋三束表面改性激光束 - 組織變化電子束 -組織變化離子束 - 成分、組織變化細晶化均勻化非晶化金屬元素合金化227凌云書屋化學(xué)表面改性（化學(xué)熱處理）改變材料表面的化學(xué)成分 - 化學(xué)滲入成 分溫 度ABC + 心部濃 度表面C+N+Me+C0228凌云書屋納米粉體表面改姓229凌云書屋表面淬火 高頻淬火電磁能集膚電流表面熱能 火焰淬火氣體化學(xué)反應(yīng)表面熱能熱處理組織改變性能改變230

31、凌云書屋 腐蝕防護 摩擦磨損防護表面防護231凌云書屋腐蝕防護 大氣腐蝕 海水腐蝕 工業(yè)介質(zhì)腐蝕232凌云書屋由腐蝕造成的材料失效量，占世界材料總產(chǎn)量的比例很高，腐蝕問題十分嚴重。因此，腐蝕防護非常重要。233凌云書屋美國八個工業(yè)部門對材料性質(zhì)的需求情況234凌云書屋化學(xué)反應(yīng)-腐蝕的原因主動防護被動防護合金化非晶化高純度表面涂鍍表面改性表面鈍化電化學(xué)保護抗蝕材料235凌云書屋摩擦磨損防護 增加抗磨損性 增加潤滑性236凌云書屋薄膜技術(shù)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：物理氣相沉積 PVD化學(xué)氣相沉積 CVD液相沉積 LD237凌云書屋238凌云書屋239凌云

32、書屋隨著材料科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，薄膜技術(shù)已不僅僅是材料改性的手段。更重要的是，現(xiàn)代薄膜技術(shù)在高新技術(shù)領(lǐng)域，如：微電子器件、納米結(jié)構(gòu)與組裝、光電子器件，等方面正發(fā)揮著越來越重要的作用。240凌云書屋四材料的復(fù)合金屬基復(fù)合材料陶瓷基復(fù)合材料高分子復(fù)合材料241凌云書屋材料復(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，進行材料的設(shè)計與制備。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。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。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。242凌云書屋243凌云書屋MonomerOrganc

33、layCuring agent NanocompositeSwellingPolymerisation原位聚合法 粘土聚合物復(fù)合材料244凌云書屋SolventOrganclayPolymerNanocompositeSwellingIntercalationSolventEvaporation溶液插層法示意圖245凌云書屋ThermoplasticOrganclayNanocompositeBlendingAnnealing熔融插層法246凌云書屋 現(xiàn)代材料的合成與加工不僅涉及到微觀和宏觀范圍內(nèi)的內(nèi)容，同時也涉及到更微細化，甚至達到了原子尺度范圍上的問題，因此，這里論述的合成與加工的內(nèi)涵要大

34、于通常所說的材料工程的內(nèi)涵。247凌云書屋與其它要素的關(guān)系從材料的產(chǎn)生到進入使用過程，直至損耗，四大要素存在著邏輯上的因果順序，即：合成與加工結(jié)構(gòu)與成分材料性質(zhì)使用性能產(chǎn)生具備提供248凌云書屋249凌云書屋提拉法制取單晶硅250凌云書屋大尺寸單晶硅251凌云書屋定向凝固技術(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。252凌云書屋定向凝固共晶組織的渦輪葉片垂直于主應(yīng)力的橫向晶界往往是裂紋產(chǎn)生和擴展的主要部位生長方向與主應(yīng)力方向一致的單向生長的柱狀晶體。定向凝固由于消除了橫向晶界253

35、凌云書屋近終形技術(shù)制備的葉片254凌云書屋 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.發(fā)展趨勢255凌云書屋我國與工業(yè)發(fā)達國家材料加工存在很大差距256凌云書屋大尺寸、高均勻性、高完整性的晶體生長技術(shù)；高精度晶片加工技術(shù)；MOCVD、MBE超薄膜生長技術(shù)；高純和超高純材料純制技術(shù)；低維材料的微細加工和制備技術(shù)；高均勻超細粉體制備技術(shù)；電子陶瓷、磁性材料的焙燒和成型技術(shù)；材料的修飾或改性技術(shù)；電子材料合成與加工的關(guān)鍵技術(shù)257凌云書屋由此看出：我國在合成與加工方面同先進國家的差距還很大，許多關(guān)鍵技術(shù)

36、落后的根源都歸到這里。因此提高材料合成與加工的技術(shù)水平是我們的最重要的課題。258凌云書屋第三章結(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259凌云書屋什么是“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)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。260凌云書屋261凌云書屋鋼鐵材料純鐵工業(yè)純鐵強度低、硬度低、塑性好，一般不用于結(jié)構(gòu)材料鑄鐵C 質(zhì)量分數(shù)大于2.11%的鐵碳合金鋼含C量碳鋼合金鋼成分、結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系262凌云書屋鋼鐵是怎樣煉成的263凌云書屋碳鋼的分類含碳量越高，硬度、強度越大

37、，但塑性降低264凌云書屋2。按鋼的質(zhì)量分（主要是雜質(zhì)硫、磷的含量）： 普通碳素鋼（S 0.055，P 0.045) 優(yōu)質(zhì)碳素鋼（S 0.040，P 0.040) 高級優(yōu)質(zhì)碳素鋼（S 0.030，P 0.035)265凌云書屋3。按用途分：碳素結(jié)構(gòu)鋼：主要用于橋梁、船舶、建筑構(gòu)件、機器零件等 碳素工具鋼：主要用于刀具、模具、量具等266凌云書屋碳鋼的牌號與用途普通碳素結(jié)構(gòu)鋼：Q195、 Q215、 Q235、 Q255等。數(shù)字表示最低屈服強度。 Q195、 Q215、 Q235塑性好，可軋制成鋼板、 鋼筋、鋼管等。 Q255、 Q275可軋制成型鋼、鋼板等。用途267凌云書屋優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼：鋼

38、號以碳的平均質(zhì)量萬分數(shù)表示。如20、45等。 20表示含C：0.20%（萬分之20）。用途主要用于制造各種機器零件碳素工具鋼：鋼號以碳的平均質(zhì)量千分數(shù)表示，并在前冠以T。如T9、T12等。 T9表示含C：0.9%（千分之9）用途主要用于制造各種刀具、量具、模具等268凌云書屋碳鋼的牌號與用途鑄鋼：鑄鋼牌號是在數(shù)字前冠以ZG，數(shù)字代表鋼中平均質(zhì)量分數(shù)（以萬分數(shù)表示）。如ZG25，表示含C：0.25%。用途主要用于制造形狀復(fù)雜并需要一定強度、塑性和韌性的零件，如齒輪、聯(lián)軸器等。269凌云書屋奧氏體是碳溶解在Fe中的間隙固溶體，常用符號A表示。它仍保持Fe的面心立方晶格。其溶碳能力較大，在727時溶

39、碳為c0.77,1148時可溶碳2.11。奧氏體是在大于727高溫下才能穩(wěn)定存在的組織。奧氏體塑性好，是絕大多數(shù)鋼種在高溫下進行壓力加工時所要求的組織。奧氏體是沒有磁性的。碳鋼的常規(guī)熱處理270凌云書屋滲碳體 滲碳體是鐵與碳形成的金屬化合物，其化學(xué)式為Fe3C。滲碳體的含碳量為c6.69，熔點為1227。其晶格為復(fù)雜的正交晶格，硬度很高HBW800，塑性、韌性幾乎為零，脆性很大。在鐵碳合金中有不同形態(tài)的滲碳體，其數(shù)量、形態(tài)與分布對鐵碳合金的性能有直接影響。 271凌云書屋珠光體 珠光體是奧氏體發(fā)生共析轉(zhuǎn)變所形成的鐵素體與滲碳體的共析體。其形態(tài)為鐵素體薄層和滲碳體薄層交替重疊的層狀復(fù)相物，也稱片

40、裝珠光體。用符號P表示，含碳量為c0.77。其力學(xué)性能介于鐵素體與滲碳體之間，決定于珠光體片層間距，即一層鐵素體與一層滲碳體厚度和的平均值。 272凌云書屋馬氏體分級淬火 是將奧氏體化工件先浸入溫度稍高或稍低于鋼的馬氏體點的液態(tài)介質(zhì)（鹽浴或堿浴）中，保持適當(dāng)?shù)臅r間，待鋼件的內(nèi)、外層都達到介質(zhì)溫度后取出空冷，以獲得馬氏體組織的淬火工藝，也稱分級淬火。分級淬火由于在分級溫度停留到工件內(nèi)外溫度一致后空冷，所以能有效地減少相變應(yīng)力和熱應(yīng)力，減少淬火變形和開裂傾向。分級淬火適用于對于變形要求高的合金鋼和高合金鋼工件，也可用于截面尺寸不大、形狀復(fù)雜地碳素鋼工件。273凌云書屋碳鋼的常規(guī)熱處理退火將鋼加熱到

41、適當(dāng)溫度，保溫一定時間，然后緩慢冷卻（隨爐冷卻），以獲得接近于平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝。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AC3和Acm以上3050度，保持適當(dāng)時間后，在空氣中冷卻，得到珠光體類組織的熱處理工藝。274凌云書屋碳鋼的常規(guī)熱處理淬火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，馬氏體越細?；鼗饘摷慊鸷螅瑸榱讼齼?nèi)應(yīng)力并獲得所要求的性能，將其加熱到AC1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。275凌云書屋合金鋼合金鋼分

42、類鐵及鐵基合金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。按所含合金元素的多少分：低合金鋼（總質(zhì)量分數(shù)低于5）、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10）。按主要合金元素種類分：鉻鋼、鉻鎳鋼、錳鋼、硅錳鋼等。按用途分：結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、特殊性能鋼。276凌云書屋合金元素的作用鐵及鐵基合金1。合金元素與鐵的作用：合金元素加入鋼中，首先溶于鐵形成固溶體，超過溶解度極限時與碳形成化合物。合金元素溶與鐵，形成合金鐵素體或合金奧氏體。合金元素溶于鐵素體會使鋼的室溫強度提高，這種作用稱為固溶強化。2。合金元素與碳的作用：對于與碳的親和力較弱的合金元素，不與碳發(fā)生作用，只溶于鐵素體

43、或奧氏體中；對于與碳的親和力較強的合金元素，當(dāng)質(zhì)量分數(shù)較低時，與鐵一起形成合金滲碳體，當(dāng)質(zhì)量分數(shù)較高時，形成合金碳化物。277凌云書屋不銹鋼鐵及鐵基合金能在大氣和一般腐蝕性介質(zhì)中具有很高耐蝕性的鋼種。用 途主要用來制造在各種腐蝕性介質(zhì)中工作并具有較高抗腐蝕能力的零件或結(jié)構(gòu)件。廣泛用于石油、化工、原子能、海洋開發(fā)、國防和一些尖端科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。278凌云書屋鐵及鐵基合金合金元素的作用1。耐腐蝕性要求越高，碳的質(zhì)量分數(shù)應(yīng)越低；2。加入主要的合金元素Cr。Cr能提高基體的電極電位。在氧化性介質(zhì)中極易鈍化，形成致密的氧化膜，提高耐腐蝕性3。加入合金元素Ni?？色@得單項的奧氏體組織，顯著提高耐腐蝕性并改善

44、鋼的塑性，通過熱處理還可以改善鋼的強度。279凌云書屋鐵及鐵基合金合金元素的作用5。加入合金元素Ti、Nb等：能優(yōu)先同C形成穩(wěn)定的碳化物，使Cr保留在基體中，避免晶界貧Cr，提高鋼的耐腐蝕性。6。加入合金元素Mn、N等：部分替代Ni以獲得奧氏體組織，并能提高鉻不銹鋼在有機酸中的耐腐蝕性。4。加入合金元素Mo、Cu等：提高鋼在非氧化性酸中的耐腐蝕能力。280凌云書屋鑄鐵鐵及鐵基合金碳的質(zhì)量分數(shù)大于2.11%的鐵碳合金稱之為鑄鐵，通常還含有較多的Si、Mn、S、P等元素。用 途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)域。鑄鐵的生產(chǎn)設(shè)備和工藝簡單，價格便宜。2

45、81凌云書屋鐵及鐵基合金鐵碳合金中碳的存在形式間隙固溶于鐵化合態(tài)的滲碳體游離態(tài)的石墨亞穩(wěn)態(tài)，在一定條件下分解為鐵和石墨穩(wěn)定態(tài)，可以從鑄鐵熔液中析出，也可以從奧氏體中析出Fe3C碳溶解在Fe中的間隙固溶體282凌云書屋鐵及鐵基合金鑄鐵的種類根據(jù)石墨化程度的不同，鑄鐵的類型和組織也不同?；铱阼T鐵白口鑄鐵可煅鑄鐵球墨鑄鐵蠕墨鑄鐵283凌云書屋鑄鐵白口鑄鐵：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。鐵及鐵基合金灰口鑄鐵：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。滲碳體Fe3C 片狀石墨284凌云書屋鐵及鐵基合金鑄鐵可鍛鑄鐵：由一

46、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。285凌云書屋鑄鐵特性：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286凌云書屋鑄鐵碳以蠕蟲狀石墨存在，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

47、件。合金鑄鐵：鑄鐵中加入合金元素如Cr、Cu、Al、等，可得到耐蝕、耐熱及耐磨等特性的合金鑄鐵。鐵及鐵基合金蠕墨鑄鐵：蠕化處理不宜控制287凌云書屋鑄鐵性能特點石墨的形態(tài)對鑄鐵的性能影響較大?；铱阼T鐵的抗拉強度和塑性較低，這是因為石墨對基體的嚴重割裂所造成的。石墨相當(dāng)于鋼基體中的裂紋和空洞，它減小基體的抗拉強度，并引起應(yīng)力集中。石墨量越多，鑄鐵的抗拉強度越低。288凌云書屋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(dāng)于許多微小缺口良好的潤滑

48、劑，脫落在摩擦面289凌云書屋高分子材料2000年，世界合成高分子材料的年總產(chǎn)量已達到2億噸。其中塑料1.63億噸，合成橡膠0.11億噸，合成纖維0.28億噸。高分子科學(xué)既是一門基礎(chǔ)學(xué)科，又是一門應(yīng)用科學(xué)，主要由四個學(xué)科分支組成。高分子化學(xué)、高分子物理、高分子材料和高分子工藝290凌云書屋多種多樣的高分子材料291凌云書屋292凌云書屋293凌云書屋防 彈 衣高比強度的降落傘繩索294凌云書屋什么是高分子？高分子的含義主要由C、 H 、 O 等元素組成分子量很大（104107，甚至更大）。分子似“一條鏈”，由許多相同的結(jié)構(gòu)單元組成。以共價鍵的形式重復(fù)連接而成。295凌云書屋與小分子比較分子量不

49、確定，只有一定的范圍，是分子量不等的同系物的混合物；沒有固定熔點，只有一段寬的溫度范圍；分子間力很大，沒有沸點，加熱到2000C3000C以上，材料破壞（降解或交聯(lián)）。296凌云書屋297凌云書屋298凌云書屋高分子材料分類按材料來源分類天然高分子合成高分子按材料性能和用途分類塑料橡膠纖維涂料粘合劑功能高分子稱為三大合成材料299凌云書屋通用高分子材料塑料、橡膠、纖維，稱為三大合成材料全世界產(chǎn)量1億多噸塑料主要品種有：合成橡膠主要用途為制造輪胎，約占60%合成纖維主要品種有：滌綸（PET）、尼龍、聚丙烯腈、聚丙烯等聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等300凌云書屋工程塑料性能：堅硬、韌性、耐磨

50、、耐熱水及蒸氣，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（PC）、聚苯醚（PPO）、聚甲醛（POM）、飽和聚酯（PET、PBT）等301凌云書屋三大高分子材料的比較302凌云書屋材料應(yīng)力應(yīng)變曲線303凌云書屋按結(jié)構(gòu)單元的化學(xué)組成分類1. 碳鏈高分子主鏈以C原子間共價鍵相聯(lián)結(jié) 加聚反應(yīng)制得如聚乙烯，聚氯乙烯，聚丙烯，聚甲基丙稀酸甲酯聚乙烯304凌云書屋2. 雜鏈高分子滌綸主鏈除C原子外還有其它原子如O、N 、S等，并以共價鍵聯(lián)接，縮聚反應(yīng)而得。如聚對苯二甲酸乙二酯（滌綸）、聚甲醛、聚苯醚、聚酚等305凌云書屋3. 元素有機高分子主鏈中不含C原子，而由Si、 B 、P 、

51、Al、 Ti 、As等元素與O組成，其側(cè)鏈為有機基團；兼有無機高分子和有機高分子的特性，既有很高耐熱和耐寒性，又具有較高彈性和可塑性，如硅橡膠。硅橡膠306凌云書屋4. 無機高分子主鏈既不含C原子，也不含有機基團，而完全由其它元素所組成，這類元素的成鏈能力較弱，故聚合物分子量不高，并易水解。二硫化硅聚二氯一氮化磷307凌云書屋高分子材料形成過程簡單流程如下：308凌云書屋 熱塑性塑料：受熱后軟化，冷卻后又變硬，可重復(fù)循環(huán)。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。優(yōu)點：質(zhì)輕、電絕緣、耐化學(xué)腐蝕、容易成形加工等；缺

52、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。熱塑性與熱固性309凌云書屋圖 熱塑性a、b和熱固性c聚合物的形態(tài)特征 310凌云書屋聚合物分子運動特點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。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。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-溫等效原理，或時-溫轉(zhuǎn)化效應(yīng)。311凌云書屋力學(xué)狀態(tài)玻璃態(tài)鏈段運動處于“凍結(jié)”狀態(tài)，模量高形變小。具

53、有虎克彈性行為，質(zhì)硬而脆。高彈態(tài)鏈段運動已充分發(fā)展。在較小應(yīng)力下，即可迅速發(fā)生很大的形變，除去外力后，形變可迅速恢復(fù)。粘流態(tài)由于鏈段的劇烈運動，整個大分子鏈重心發(fā)生相對位移，產(chǎn)生不可逆位移即粘性流動。交聯(lián)聚合物無粘流態(tài)存在312凌云書屋玻璃化轉(zhuǎn)變聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變是指從玻璃態(tài)到高彈態(tài)之間的轉(zhuǎn)變。從分子運動的角度看，玻璃化溫度Tg是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。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、分子間作用力減小等結(jié)構(gòu)因素，都使Tg下降。313凌云書屋高分子材料發(fā)展簡史天然高分子的利用天然高分子改性天然橡膠硫化（1839年）硝化纖維賽璐珞（1

54、868年） celluloid粘膠纖維（18931898年）纖維素黃酸鈉合成高分子20世紀初，出現(xiàn)了酚醛樹脂1920年，Staudinger提出高分子概念30年代、40年代，飛速發(fā)展70年代，特種性能的高分子314凌云書屋創(chuàng)立高分子化學(xué)的施陶丁格Hermann Staudinger 1881一1965 The Nobel Prize in Chemistry 1953“for his discoveries in the field of macromolecular chemistry”315凌云書屋2000年化學(xué)獎授予了黑格(A. J. Heeger，美國)、馬克迪爾米德(A. G. Ma

55、cDiarmid，美國)和白川英樹(H. ShiraKawa，日本) 三人，他們發(fā)現(xiàn)了導(dǎo)電聚合物。 A.J.Heeger(美國)A.G.Macdiarmid (美國)H.ShiraKawa (日本)316凌云書屋幾種典型的高分子材料317凌云書屋聚乙烯制品318凌云書屋聚乙烯（PE）聚乙烯從1939年開始工業(yè)化生產(chǎn)，是目前產(chǎn)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。31

56、9凌云書屋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、安全可靠，鋪設(shè)費用低。320凌云書屋給水用HDPE管321凌云書屋超高分子量聚乙烯（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

57、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322凌云書屋聚乙烯生產(chǎn)線323凌云書屋聚氯乙烯（PVC）324凌云書屋PVC，是耗石油最少的熱塑性樹脂。具有阻燃及較高的機械強度。PVC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、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。325凌云書屋PS保溫板PS光纖聚苯乙烯（PS）326凌云書屋327凌云書屋PS，無色透明，相對密度1.05，電絕緣性能優(yōu)異，耐熱性好，吸濕性低、質(zhì)硬、

58、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，PS主要用于包裝，其次是電子、電器。發(fā)泡聚苯乙烯（EPS）質(zhì)輕、隔熱、防震、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% 使用高抗沖聚苯乙烯（HIPS）。328凌云書屋氟塑料是各種含氟塑料的總稱。聚四氟乙烯（PTFE）。1950年首先由杜邦公司投產(chǎn)。有“塑料王”之稱。是高結(jié)晶度聚合物，無熔融態(tài)，分解溫度400 ，可在260 以下長期下使用，耐低溫達-200 ，力學(xué)性能優(yōu)異。光滑不粘，摩擦系數(shù)極小，具有自潤滑性。耐化學(xué)腐蝕性極強，耐強酸、強堿、有機溶劑，能耐王水及沸騰的氫氟酸。具有塑料中最好的電絕緣

59、性能。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329凌云書屋330凌云書屋纖維滌綸尼龍（錦綸）聚丙烯腈（腈綸、人造羊毛）331凌云書屋保鮮膜性能要求保鮮、保潔、自粘安全、無毒市場上的保鮮膜聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）、偏聚氯乙烯及其他材質(zhì)聚氯乙烯（PVC）保鮮膜存在的問題332凌云書屋聚合物光盤基片性能要求高的透光率、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、低的雙折射和成本等。主要材料：聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、改性雙酚A環(huán)氧樹脂、非晶態(tài)聚烯烴等333凌云書屋有色金屬材料鋁及鋁合金銅及銅合金鈦及鈦合金鎂及鎂合

60、金334凌云書屋鋁及鋁合金鋁及鋁合金的特點密度低、比強度高。純鋁的密度只有2700kg/m3，僅為鐵的1/3。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。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。有色金屬材料335凌云書屋鋁的生產(chǎn)過程鋁及鋁合金336凌云書屋鋁及鋁合金純鋁名稱純度用途高純鋁99.93%-99.99%科學(xué)研究、制作電器工業(yè)高純鋁98.85%-99.9%鋁箔、鋁合金原料工業(yè)純鋁98.0%-99.0%電線、電纜、配置合金純鋁中含有Fe、Si、Zn等元素時，會使性能下降純鋁的強度很低，不能用作結(jié)構(gòu)材料鋁合金337凌云書屋鋁及鋁合金合金元素的作用鋁中加入