材料科學(xué)和工程基礎(chǔ)第一章

《材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)》

李曉燕E-Mail:yanzi504@163本課程的特點(diǎn)及學(xué)習(xí)方法：本課程的特點(diǎn)：概念術(shù)語多、死記硬背多、相關(guān)學(xué)科多（物理學(xué)、化學(xué)、熱力學(xué)、礦物學(xué)、金屬學(xué)、陶瓷學(xué)及高分子科學(xué)等）。學(xué)習(xí)方法：作為一門應(yīng)用學(xué)科，基礎(chǔ)理論和基礎(chǔ)概念要駕馭，留意重點(diǎn)，做好筆記；駕馭例題的解題方法，還要理論聯(lián)系實(shí)際；要學(xué)以致用，擅長歸納總結(jié)；獨(dú)立完成作業(yè)。課程支配：必修課，64學(xué)時?？己顺晒浩匠３晒?期中考試+期末考試。教材：顧宜主編的《材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)》參考書目：王高潮主編的《材料科學(xué)與工程導(dǎo)論》；楊瑞成等主編的《材料科學(xué)與工程導(dǎo)論》；顧家琳等編著的《材料科學(xué)與工程概論》；許并社主編的《材料科學(xué)概論》。第一章緒論一、材料與人類文明及社會現(xiàn)代化1．材料與物質(zhì)材料是指具有滿足指定工作條件下運(yùn)用要求的形態(tài)和物理性狀的物質(zhì)，是組成生產(chǎn)工具的物質(zhì)基礎(chǔ)。2.原料與材料原料由原料到材料。原料一般不是為獲得產(chǎn)品，而是生產(chǎn)材料，往往伴隨化學(xué)變更。材料的特點(diǎn)往往是為獲得產(chǎn)品，一般從材料到產(chǎn)品的轉(zhuǎn)變過程不發(fā)生化學(xué)變更。3.材料與物質(zhì)材料可由一種或多種物質(zhì)組成。同一物質(zhì)由于制備方法或加工方法不同可以得到用途各異、類型不同的材料。4．材料是人類文明的里程碑迄今為止，人類運(yùn)用材料的歷史已閱歷了7個時代。（1）石器時代（2）青銅器時代（3）鐵器時代（4）水泥時代（5）鋼時代（6）硅時代（7）新材料時代石斧石器時代（StoneAge）:石斧、鑿、刀、鏟、箭頭、紡輪、缽等（西安半坡遺址）青銅器時代（BronzeAge）:巨型司母戊鼎（河南安陽晚商遺址）湖北江陵楚墓出土越王勾踐寶劍湖南長沙砂子塘戰(zhàn)國凹形鐵鋤成都金沙遺址出土的陶器寶鋼高爐Intel24MB緩存＋17億晶體管！晶體管的主要原料是：鍺、硅半導(dǎo)體鈦結(jié)構(gòu)自行車：鈦合金的應(yīng)用場合特殊特殊，一般用于須要抗腐蝕、耐乏累、高彈性的場合。新型輪胎填補(bǔ)齲齒的新材料——新型陶瓷原始形狀拉直加熱后恢復(fù)形態(tài)記憶合金原始形態(tài)折成球形裝入登月艙太陽能加熱后形態(tài)記憶合金智能煙灰缸航天飛機(jī)材料的分類輕金屬（Al，Mg，Ti及其合金）重金屬（Ni，Mo及其合金）合成纖維橡膠工程塑料金屬基復(fù)合材料高分子材料復(fù)合材料金屬陶瓷特殊陶瓷一般陶瓷樹脂基復(fù)合材料陶瓷材料鑄鐵工程材料有色金屬金屬材料黑色金屬鋼一、金屬材料金屬材料分為黑色金屬材料和有色金屬材料兩類。黑色金屬材料包括鋼、鑄鐵和鐵合金。有色金屬是指除鐵以外的其它金屬及其合金。1.金屬材料(1)黑色金屬材料化學(xué)成分——碳素鋼、合金鋼品質(zhì)——一般、優(yōu)質(zhì)、高級優(yōu)質(zhì)鋼鋼金相組織或組織結(jié)構(gòu)——珠光體、貝氏體、馬氏體和奧氏體用途——建筑工程、結(jié)構(gòu)、工具、特殊性能、專業(yè)用鋼冶煉方法——平爐、轉(zhuǎn)爐、電爐、沸騰爐鋼灰鑄鐵可鍛鑄鐵鑄鐵球墨鑄鐵蠕墨鑄鐵特殊性能鑄鐵(2)有色金屬五大類輕金屬（<4.5g/cm2）鋁、鎂、鈉、鈣

重金屬(>4.58/cm2)銅、鎳、鉛、鋅

貴金屬金、銀、鉑、銠

類金屬（半）硅、硒、紳、硼

稀有金屬鈦、鋰、鎢、鉬、鐳常用的稀有金屬材料有：Al、Cu、Zn、Sn、Pb、Mg、Ni……結(jié)合鍵為金屬鍵，常規(guī)方法生產(chǎn)的金屬為晶體結(jié)構(gòu)；金屬在常溫下一般為固體，熔點(diǎn)較高；具有金屬光澤；純金屬范性大，展性、延性也大；強(qiáng)度較高；自由電子的存在，金屬的導(dǎo)熱和導(dǎo)電性好；多數(shù)金屬在空氣中易被氧化。金屬材料的基本特性：(4)用途a.

結(jié)構(gòu)材料:如機(jī)床,建筑機(jī)械設(shè)備、工程交通工具；

b.

導(dǎo)體材料，電線芯（銅）

c.

工具

二、無機(jī)非金屬材料無機(jī)非金屬材料主要是硅酸鹽材料，包括陶瓷、玻璃、水泥和耐火材料四類。主要原料：自然的硅酸鹽礦物和人工合成的氧化物及其它少數(shù)化合物。生產(chǎn)過程：原料處理－成型－煅燒?；瘜W(xué)鍵主要是離子鍵、共價鍵以及它們的混合鍵；硬而脆、韌性低、抗壓不抗拉、對缺陷敏感；熔點(diǎn)較高，具有優(yōu)良的耐高溫、抗氧化性能；自由電子數(shù)目少、導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性較??；耐化學(xué)腐蝕性好；耐磨損；成型方式為粉末制坯、燒結(jié)成型。無機(jī)非金屬材料（以陶瓷為例）的基本特性(3)用途建筑衛(wèi)生陶瓷：瓷磚、浴缸。

工程陶瓷工程結(jié)構(gòu)陶瓷：反應(yīng)釜（耐酸、耐腐蝕）絕緣瓷瓶。

功能陶瓷：磁性、導(dǎo)電。

三、高分子材料高分子化合物是以C、H、O、N等元素為基礎(chǔ)，由很多結(jié)構(gòu)相同的小單元重復(fù)連接組成的。塑料、橡膠、纖維是運(yùn)用量最大的三類高分子材料。結(jié)合鍵主要為共價鍵，有部分范德華鍵；分子量大，無明顯的熔點(diǎn)，有玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、粘流溫度。并有熱塑性和熱固性兩類；力學(xué)狀態(tài)有玻璃態(tài)、高彈態(tài)和粘流態(tài)，強(qiáng)度較高；質(zhì)量輕；良好的絕緣性；優(yōu)越的化學(xué)穩(wěn)定性；成型方法較多。高分子材料的基本特性：(3)用途結(jié)構(gòu)材料：電視機(jī)殼體、冰箱殼體、軸承、機(jī)械零件

絕緣材料：漆包線、電纜、絕緣版、電器零件

建筑材料：貼面板、地貼

包裝材料：塑料袋、薄膜、泡沫塑料

涂裝：涂料

粘合劑：粘合劑

日用：織物（衣服）膠鞋

運(yùn)輸：輪胎，傳送帶

四、復(fù)合材料由兩種或兩種以上組分組成，并具有與其組成不同的新的性能的材料稱為復(fù)合材料。比強(qiáng)度和比模量高；良好的抗乏累性能；耐燒蝕性和耐高溫性好；結(jié)構(gòu)件減振性能好；具有良好的減磨、耐磨和自潤滑性能。復(fù)合材料的基本特點(diǎn)：(3)

用途無機(jī)--高分子玻璃纖維增加塑料(玻璃鋼)——汽車,游艇,碳纖維增加塑料——飛機(jī)機(jī)翼、高爾夫球棍、撐桿跳桿金屬—陶瓷飛機(jī)螺旋槳葉綜合金屬韌性，陶瓷耐高溫性高分子-高分子橡膠增韌塑料抗沖PSABS樹脂減震材料材料科學(xué)與工程概述首先，各種材料的制造和應(yīng)用發(fā)展到一個嶄新的階段。其次，固體物理、無機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)等學(xué)科的發(fā)展，以及現(xiàn)代分析測試技術(shù)和設(shè)備的發(fā)展，對物質(zhì)結(jié)構(gòu)和物性的深化探討，推動了對材料本質(zhì)的了解。第三，在材料科學(xué)形成之前，各種材料都已自成體系。一、材料科學(xué)的由來第四，各類材料的探討設(shè)備和生產(chǎn)手段有很多共同之處。第五，很多不同類型的材料可以相互代替和補(bǔ)充。第六，發(fā)展材料科學(xué)是復(fù)合材料發(fā)展的必要基礎(chǔ)。二、材料科學(xué)與工程探討內(nèi)容：是有關(guān)材料組織、結(jié)構(gòu)、制備工藝流程與材料性能和用途的關(guān)系，以及其學(xué)問的產(chǎn)生和應(yīng)用。材料科學(xué)基礎(chǔ)是進(jìn)行材料科學(xué)探討的基礎(chǔ)理論，它將各種材料（包括金屬、陶瓷、高分子材料）的微觀結(jié)構(gòu)和宏觀結(jié)構(gòu)規(guī)律建立在共同的理論基礎(chǔ)上，用于指導(dǎo)材料的探討、生產(chǎn)、應(yīng)用和發(fā)展。材料科學(xué)包括下面三個環(huán)節(jié)，核心是結(jié)構(gòu)和性能。材料科學(xué)工藝結(jié)構(gòu)性能材料工程是工程的一個領(lǐng)域，其目的在于經(jīng)濟(jì)地，又為社會所能接受地限制材料的結(jié)構(gòu)、性能和形態(tài)。它包括下面的五個環(huán)節(jié)。材料工程設(shè)備工藝結(jié)構(gòu)性能構(gòu)件行為材料科學(xué)與工程的性質(zhì)與范圍1．材料科學(xué)與工程的組成要素材料組成與結(jié)構(gòu)運(yùn)用性能合成與制備過程材料的性質(zhì)圖1－1材料科學(xué)與工程的內(nèi)涵材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)重要性相識材料的制備、結(jié)構(gòu)、品質(zhì)、服役、變更與損傷乃至破壞全過程，并知道如何去限制他們的鑰匙。本課程的內(nèi)容第一章緒論材料的定義、分類及基本內(nèi)容其次章物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)各類材料結(jié)構(gòu)上的共性基礎(chǔ)、原子分子、聚集態(tài)、表面、轉(zhuǎn)變第三章材料的組成及結(jié)