材料科學(xué)導(dǎo)論課件

材料科學(xué)與工程導(dǎo)論

Introduction

to

materialscienceand

engineering

河南理工大學(xué)礦物加工專業(yè)材料科學(xué)導(dǎo)論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)展材料科學(xué)導(dǎo)論材料的定義材料是人類用于制造機(jī)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)。材料科學(xué)導(dǎo)論挑戰(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(jī)上的7名宇航員材料科學(xué)導(dǎo)論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無法承受撞擊冰海沉沒材料科學(xué)導(dǎo)論材料的分類分類一：按物理化學(xué)屬性劃分無機(jī)非金屬材料金屬材料高分子材料復(fù)合材料材料科學(xué)導(dǎo)論材料的分類分類二：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/p>

圖13中科院金屬所研制的納米碳纖維儲氫材料

材料科學(xué)導(dǎo)論材料的分類分類三：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。材料科學(xué)導(dǎo)論材料的分類分類三：按性能分功能材料智能材料材料科學(xué)導(dǎo)論材料的分類分類四：按應(yīng)用與發(fā)展分傳統(tǒng)材料新材料材料科學(xué)導(dǎo)論材料科學(xué)導(dǎo)論材料是人類文明的里程碑人類使用不同材料的開始時間材料科學(xué)導(dǎo)論材料是社會現(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(jì)）：蒸汽機(jī)、煤、鐵、鋼四個主要因素，the

age

of

machine。鋼鐵材料的進(jìn)步是其主要物質(zhì)基礎(chǔ)材料科學(xué)導(dǎo)論第二次工業(yè)革命（20世紀(jì)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。材料科學(xué)導(dǎo)論材料強(qiáng)度密度比在不同年代里的進(jìn)展(由圖中可以看出,現(xiàn)代先進(jìn)材料的強(qiáng)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6材料科學(xué)導(dǎo)論現(xiàn)代渦輪噴氣發(fā)動機(jī)３０年代氣冷式航空發(fā)動機(jī)蒸汽機(jī)材料科學(xué)導(dǎo)論19501960197019801990200020102020900110015001300材料的表面溫度(℃)1700單晶合金普通鑄件定向凝固超級合金共晶合金彌散強(qiáng)化超級合金隔熱涂層陶瓷復(fù)合材料碳-碳在發(fā)動機(jī)上應(yīng)用的年份葉片材料的發(fā)展歷程纖維增強(qiáng)超級合金材料科學(xué)導(dǎo)論1490C3150C6490C10930C16490C發(fā)動機(jī)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(jī)蝸輪噴氣發(fā)動機(jī)超音速燃燒沖壓式噴氣發(fā)動機(jī)溫度（0C）材料科學(xué)導(dǎo)論+175+390+595金屬玻璃纖維KavlarC/C復(fù)合材料Km導(dǎo)彈射程火箭殼體材料與導(dǎo)彈射程材料科學(xué)導(dǎo)論alight,strong

para-aramidsyntheticfiber芳族聚酰胺合成纖維5timesstrongerthansteelonanequalweightbasisKavlar苯二胺對苯二酰材料科學(xué)導(dǎo)論ENIAC

ElectronicNumericalIntegratorAndComputer電子管1941-1946美國vacuumtubecomputers170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(jī)快1000多倍，手工計算20萬倍。材料科學(xué)導(dǎo)論TRADIC-TransistorizedAirborneDigitalComputer美國貝爾實驗室1954晶體管（transistors）800Itcouldperformamillionlogicaloperationseverysecond,stillnotquiteasfastasthevacuumtubecomputersoftheday,butprettyclose.Andbestofall,itoperatedonlessthan100wattsofpoweranditwasmuchmorereliablethanitsvacuumtube

predecessors.材料科學(xué)導(dǎo)論IBM360集成電路計算機(jī)1964Itwasthefirstfamilyofcomputersdesignedtocoverthecompleterangeofapplications,fromsmalltolarge,bothcommercialandscientific.材料科學(xué)導(dǎo)論1970stensofthousandsoftransistorsperchipLSIMillionVLSI1989Million2005billiontransistor2007tensbilliontransistor材料科學(xué)導(dǎo)論IBM51501981

8088微處理器ImacG42002材料科學(xué)導(dǎo)論CompaqLTE386laptop1989

Intel8086

processor材料科學(xué)導(dǎo)論小結(jié)上述事例雄辯的表明，新材料在人類社會進(jìn)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(yuǎn)影響。材料科學(xué)導(dǎo)論21世紀(jì)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)材料科學(xué)導(dǎo)論信息科學(xué)技術(shù)正在發(fā)生結(jié)構(gòu)性變革，仍然是經(jīng)濟(jì)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(qiáng)大活力3G時代3rd-generation半導(dǎo)體技術(shù)進(jìn)入納米時代納米芯片機(jī)器人計算機(jī)智能技術(shù)日新月異材料科學(xué)導(dǎo)論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材料科學(xué)導(dǎo)論

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(xì)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(xì)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)材料科學(xué)導(dǎo)論航天技術(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)域材料科學(xué)導(dǎo)論材料科學(xué)導(dǎo)論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10億材料科學(xué)導(dǎo)論

新材料技術(shù)出現(xiàn)群體性突破，將對21世紀(jì)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）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）材料科學(xué)導(dǎo)論21世紀(jì)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)境污染的主要來源材料科學(xué)導(dǎo)論單項模式的災(zāi)難材料科學(xué)導(dǎo)論材料循環(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)模式三廢綜合利用材料科學(xué)導(dǎo)論礦物加工礦產(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)模式材料科學(xué)導(dǎo)論材料科學(xué)導(dǎo)論雙向循環(huán)模式材料科學(xué)導(dǎo)論材料科學(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。材料科學(xué)導(dǎo)論材料科學(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工藝材料科學(xué)導(dǎo)論材料科學(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。材料科學(xué)導(dǎo)論材料科學(xué)與工程的內(nèi)涵組成要素：成分結(jié)構(gòu)合成加工使用效能材料科學(xué)導(dǎo)論材料科學(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(xì)分到整合的基本規(guī)律。材料科學(xué)導(dǎo)論材料科學(xué)與工程的由來為了滿足經(jīng)濟(jì)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(jì)之前的材料進(jìn)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(rèn)識和理解。直到20世紀(jì)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。材料科學(xué)導(dǎo)論是各學(xué)科綜合發(fā)展的必然結(jié)果固體物理、無機(jī)有機(jī)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)材料科學(xué)導(dǎo)論從社會經(jīng)濟(jì)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(rèn)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。材料科學(xué)導(dǎo)論美國MIT1865～1879地質(zhì)與采礦工程1879～1884采礦工程1884～1888采礦工程（地質(zhì)、采礦、冶金）1888～1890采礦與冶金1890～1927采礦工程與冶金1927～1937采礦與冶金1937～1966冶金1966～1975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)展歷史材料科學(xué)導(dǎo)論材料科學(xué)導(dǎo)論材料科學(xué)導(dǎo)論Thanksforyourattention材料科學(xué)導(dǎo)論第二部分材料科學(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材料科學(xué)導(dǎo)論材料性質(zhì)：是功能特性和效用的描述符，是材料

對電.磁.光.熱.機(jī)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(qiáng)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材料科學(xué)導(dǎo)論

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材料科學(xué)導(dǎo)論

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材料科學(xué)導(dǎo)論晶體：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(zhǔn)晶體：原子排列長程有序，無周期58材料科學(xué)導(dǎo)論定義：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材料科學(xué)導(dǎo)論材料力學(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。60材料科學(xué)導(dǎo)論結(jié)構(gòu)材料性質(zhì)的表征----材料力學(xué)性質(zhì)強(qiáng)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材料科學(xué)導(dǎo)論結(jié)構(gòu)材料性質(zhì)的表征----材料力學(xué)性質(zhì)疲勞強(qiáng)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材料科學(xué)導(dǎo)論強(qiáng)度范疇剛度范疇塑性范疇韌性范疇?wèi)?yīng)力應(yīng)變63材料科學(xué)導(dǎo)論2.強(qiáng)度表征：

彈性極限

屈服強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度

斷裂強(qiáng)度

……強(qiáng)度1.強(qiáng)度定義：抵抗變形和斷裂的能力

64材料科學(xué)導(dǎo)論強(qiáng)度指標(biāo)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。σ0.01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材料科學(xué)導(dǎo)論強(qiáng)度指標(biāo)及意義屈服強(qiáng)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(qiáng)度：一定殘余伸長對應(yīng)的應(yīng)力。σ0.01

σ0.2

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材料科學(xué)導(dǎo)論強(qiáng)度指標(biāo)的意義抗拉強(qiáng)度：開始發(fā)生頸縮時的應(yīng)力。斷裂強(qiáng)度：斷裂時的應(yīng)力值。σbσf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(qiáng)度決定67材料科學(xué)導(dǎo)論應(yīng)力應(yīng)變曲線68材料科學(xué)導(dǎo)論材料力學(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δ

斷面收縮率φ69材料科學(xué)導(dǎo)論延伸率δ

是塑性伸長的量度

δ

=ΔL/L0=（L-L0）/L0原始標(biāo)距長度斷裂后試樣的標(biāo)距長度斷面收縮率φ

是塑性收縮的量度=ΔAf/A070材料科學(xué)導(dǎo)論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(qiáng)度和硬度升高，而塑性和韌性降低的現(xiàn)象。71材料科學(xué)導(dǎo)論加工硬化有利：它可提高金屬的強(qiáng)度、硬度和耐磨性。如冷拉高強(qiáng)度鋼絲和冷卷彈簧負(fù)面：進(jìn)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72材料科學(xué)導(dǎo)論材料力學(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材料科學(xué)導(dǎo)論布氏硬度：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材料科學(xué)導(dǎo)論材料力學(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材料科學(xué)導(dǎo)論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(qiáng)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。76材料科學(xué)導(dǎo)論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材料科學(xué)導(dǎo)論材料力學(xué)性能疲勞強(qiáng)度表征疲勞強(qiáng)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(qiáng)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材料科學(xué)導(dǎo)論疲勞壽命：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材料科學(xué)導(dǎo)論材料力學(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材料科學(xué)導(dǎo)論蠕變試驗和蠕變曲線81材料科學(xué)導(dǎo)論抗蠕變性表征：

蠕變極限持久強(qiáng)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(qiáng)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材料科學(xué)導(dǎo)論材料力學(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(qiáng)度和塑性的綜合量度。83材料科學(xué)導(dǎo)論韌性表征和意義斷裂韌性：抵抗裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展而斷裂的能力。斷裂：裂紋產(chǎn)生，擴(kuò)展超過臨界尺寸，失穩(wěn)快速擴(kuò)展斷裂。KI

應(yīng)力場強(qiáng)因子KIC

臨界應(yīng)力場強(qiáng)因子裂紋擴(kuò)展的臨界狀態(tài)對應(yīng)的場強(qiáng)因子，代表材料的斷裂韌性。84材料科學(xué)導(dǎo)論KI

應(yīng)力場強(qiáng)因子外加應(yīng)力85材料科學(xué)導(dǎo)論材料物理性能電學(xué)性能表征：電流：電場作用下正負(fù)離子的定向移動。

86材料科學(xué)導(dǎo)論電力機(jī)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)

材料科學(xué)導(dǎo)論電學(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材料科學(xué)導(dǎo)論決定電導(dǎo)率的基本參數(shù)parameters

載流子類型

chargecarrier——電子、空穴、正離子、負(fù)離子載流子數(shù)chargecarrierdensity----n,個/m3

載流子遷移率electronmobility材料科學(xué)導(dǎo)論不同材料的電導(dǎo)率舉例③離子固體室溫絕緣體T高電導(dǎo)率大（無機(jī)非金屬）

④高分子雜質(zhì)致有導(dǎo)電性①金屬自由電子電導(dǎo)率高導(dǎo)電性好②硅半導(dǎo)體材料科學(xué)導(dǎo)論影響電導(dǎo)率的因素

溫度晶體結(jié)構(gòu)晶格缺陷雜質(zhì)缺陷材料科學(xué)導(dǎo)論聚合物的電導(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材料科學(xué)導(dǎo)論導(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）材料科學(xué)導(dǎo)論超導(dǎo)電性——在一定低溫下材料突然失去電阻的現(xiàn)象（小于10-25Ω·cm）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,諾貝爾物理獎材料科學(xué)導(dǎo)論超導(dǎo)體的兩種特性：完全導(dǎo)電性完全抗磁性磁場強(qiáng)度始終為零三個性能指標(biāo)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)T＜Tc時,Hc=Hc

臨界電流密度Jc

材料科學(xué)導(dǎo)論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010-8-10-5

10-5-107

107-1018

∞

105-108

10-7-105

10-18-10-7

材料科學(xué)導(dǎo)論材料物理性能磁性2.磁學(xué)性：磁化強(qiáng)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(qiáng)度和磁場強(qiáng)度比值，表征物質(zhì)被磁化程度的物理量磁化率磁化強(qiáng)度和磁場的比值

97材料科學(xué)導(dǎo)論磁矩——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(qiáng)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(qiáng)度H′與外磁場強(qiáng)度H之和稱為該物質(zhì)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B材料科學(xué)導(dǎo)論磁性的本質(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材料科學(xué)導(dǎo)論抗磁性

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)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(qiáng)磁性物質(zhì)，F(xiàn)e，Co，Ni

室溫下磁化率可達(dá)103。較弱磁場較高的磁化強(qiáng)度；外磁場移去保留較強(qiáng)磁性材料科學(xué)導(dǎo)論矯頑力：使剩磁降低為零所需要的磁場強(qiáng)度。

磁滯特性軟磁材料硬磁材料101材料科學(xué)導(dǎo)論無機(jī)非金屬材料的磁學(xué)性能1、尖晶石型鐵氧體

磁性無機(jī)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

亞鐵磁性材料科學(xué)導(dǎo)論高分子材料的磁學(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(jī)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）材料科學(xué)導(dǎo)論材料物理性能

光學(xué)性能表征： 光反射率光折射率

光的吸收

104材料科學(xué)導(dǎo)論光：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材料科學(xué)導(dǎo)論材料物理性能

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材料科學(xué)導(dǎo)論熱導(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(fù)荷下，材料失去其物理機(jī)械性能而發(fā)生永久變形的溫度。耐熱性——指在受負(fù)荷下，材料失去其物理機(jī)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，<500

C，一般170

C。

鋼——550

C；合金——900

C；石墨——3000

C。

陶瓷——2000

C。材料科學(xué)導(dǎo)論材料的化學(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?；瘜W(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕物理腐蝕108材料科學(xué)導(dǎo)論腐蝕防護(hù)合金化涂層陰極保護(hù)109材料科學(xué)導(dǎo)論高分子制品的老化110材料科學(xué)導(dǎo)論不同種類材料性能的比較111材料科學(xué)導(dǎo)論2.性質(zhì)與使用性能的區(qū)別與關(guān)系成分結(jié)構(gòu)環(huán)境性質(zhì)規(guī)范使用性能所以，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)。112材料科學(xué)導(dǎo)論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(dāng)量變達(dá)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113材料科學(xué)導(dǎo)論在材料科學(xué)研究及工程化應(yīng)用中，材料人員應(yīng)具備這樣一種能力：能針對不同的使用環(huán)境，提取出關(guān)鍵的材料性質(zhì)并選擇優(yōu)良性能的材料。114材料科學(xué)導(dǎo)論例1：高速飛行器表面結(jié)構(gòu)材料的選擇使用環(huán)境：高速度使用下的結(jié)構(gòu)體?性質(zhì)材料性能與性質(zhì)的區(qū)別與聯(lián)系115材料科學(xué)導(dǎo)論滿足高速飛行的使用性能，必須要求表面結(jié)構(gòu)材料具備兩個基本性質(zhì)：比強(qiáng)度高耐高溫強(qiáng)116材料科學(xué)導(dǎo)論例二現(xiàn)代通訊技術(shù)中材料的選擇使用條件：遠(yuǎn)距離、大容量的信號傳導(dǎo)體?性質(zhì)光通量大光學(xué)損耗低電信號通量大電流損耗低117材料科學(xué)導(dǎo)論118材料科學(xué)導(dǎo)論119材料科學(xué)導(dǎo)論3.失效分析材料使用性能的重要研究內(nèi)容120材料科學(xué)導(dǎo)論斷裂磨損腐蝕三類主要的材料力學(xué)失效形式121材料科學(xué)導(dǎo)論

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)122材料科學(xué)導(dǎo)論

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）123材料科學(xué)導(dǎo)論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)。材料科學(xué)導(dǎo)論鍵和結(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材料科學(xué)導(dǎo)論鍵和結(jié)構(gòu)與材料性質(zhì)密度熔點電導(dǎo)率材料科學(xué)導(dǎo)論晶體：原子排列長程有序，有周期

材料的結(jié)構(gòu)----原子的排列晶體結(jié)構(gòu)非晶體：原子排列短程有序，無周期準(zhǔn)晶體：原子排列長程有序，無周期127材料科學(xué)導(dǎo)論大多金屬和陶瓷材料是晶體結(jié)構(gòu)，大多數(shù)聚合物高分子材料為非晶結(jié)構(gòu)材料科學(xué)導(dǎo)論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材料科學(xué)導(dǎo)論晶體和非晶體

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。材料科學(xué)導(dǎo)論金屬純鐵顯微組織及晶粒位向示意圖

假各向同性材料科學(xué)導(dǎo)論晶體結(jié)構(gòu)的基本概念晶體：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)?？臻g點陣原子抽象為點空間格子點連接起來材料科學(xué)導(dǎo)論晶格參數(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。材料科學(xué)導(dǎo)論七大晶系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)。材料科學(xué)導(dǎo)論材料科學(xué)導(dǎo)論材料科學(xué)導(dǎo)論材料科學(xué)導(dǎo)論晶向指數(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(biāo)晶軸為長度單位。2。平移晶向線得OP3。確定點P及坐標(biāo)值4。取最小整數(shù)[uvw]材料科學(xué)導(dǎo)論晶面：一系列原子構(gòu)成的平面。晶面指數(shù)確定：1。定坐標(biāo)原點不在晶面上2。晶面截距平行無窮3。取倒數(shù)4?；癁樽钚≌麛?shù)（hkL）材料科學(xué)導(dǎo)論三種典型晶體結(jié)構(gòu)金屬晶體盡可能的緊密排列結(jié)構(gòu)。面心立方face-centeredcubic(fcc)體心立方body-centered

cubic（bcc）密排六方hexagonalclosed–packed(hcp)材料科學(xué)導(dǎo)論面心立方n=4材料科學(xué)導(dǎo)論體心立方n=2材料科學(xué)導(dǎo)論密排六方n=6材料科學(xué)導(dǎo)論各自的配位數(shù)

晶體中任一原子最近鄰且距離相等的原子數(shù)材料科學(xué)導(dǎo)論晶體中原子間隙

面心立方材料科學(xué)導(dǎo)論晶體中原子間隙

體心立方材料科學(xué)導(dǎo)論晶體中原子間隙

密排六方材料科學(xué)導(dǎo)論同素異晶轉(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)變稱為材料科學(xué)導(dǎo)論高分子材料的結(jié)構(gòu)單體鏈節(jié)分子鏈聚合度材料科學(xué)導(dǎo)論分子鏈結(jié)構(gòu)彈性塑性好硬度低硬度高脆性材料科學(xué)導(dǎo)論分子鏈排列材料科學(xué)導(dǎo)論高聚物的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)高分子鏈之間的幾何排列和堆砌結(jié)構(gòu)材料科學(xué)導(dǎo)論材料科學(xué)導(dǎo)論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材料科學(xué)導(dǎo)論熱致無序-273度原子基本靜止原子在平衡位置附近，因熱振動引起的微小位移所產(chǎn)生的不規(guī)則性。材料科學(xué)導(dǎo)論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材料科學(xué)導(dǎo)論點缺陷對晶體性能的影響附加電子散射——電阻↑屈服強(qiáng)度↑對擴(kuò)散、內(nèi)耗、高溫形變和熱處理等過程有重要影響。材料科學(xué)導(dǎo)論線缺陷材料科學(xué)導(dǎo)論材料科學(xué)導(dǎo)論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，相界等材料科學(xué)導(dǎo)論面缺陷材料科學(xué)導(dǎo)論準(zhǔn)晶態(tài)1984年底，D.Shechtman等人宣布，他們在急冷凝固的AlMn合金中發(fā)現(xiàn)了具有五重旋轉(zhuǎn)對稱但并無無平移周期性的合金相，在晶體學(xué)及相關(guān)的學(xué)術(shù)界引起了很大的震動。不久，這種無平移同期性但有位置序的晶體就被稱為準(zhǔn)晶體。材料科學(xué)導(dǎo)論非晶態(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(qiáng)耐高溫耐腐蝕材料科學(xué)導(dǎo)論熔化晶體結(jié)構(gòu)破壞，原子取向和位置有序消失。材料科學(xué)導(dǎo)論玻璃化轉(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。材料科學(xué)導(dǎo)論材料科學(xué)導(dǎo)論液晶態(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)。熱致液晶溶致液晶材料科學(xué)導(dǎo)論相圖原理相圖：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。材料科學(xué)導(dǎo)論相圖原理相：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?？梢允枪桃夯驓鈶B(tài)氣相數(shù)最多為一液固可有兩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(qiáng)度性質(zhì)（溫度、壓強(qiáng)、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)。材料科學(xué)導(dǎo)論相圖原理組元：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(qiáng)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(qiáng)等材料科學(xué)導(dǎo)論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、溫度和壓力為變量來繪制相圖。材料科學(xué)導(dǎo)論二元勻晶相圖

兩組元在液態(tài)和固態(tài)都能無限互溶。如Cu—Ni、Ag—Au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：由兩條曲線將相圖分為三個區(qū)。左右兩端點分別為組元的熔點。上面的一條曲線稱為液相線，液相線之上為液相的單相區(qū)，常用L表示；下面的一條曲線稱為固相線，固相線之下為固溶體的單相區(qū)，常用α表示；兩條曲線之間是雙相區(qū)，標(biāo)記L+α表示。材料科學(xué)導(dǎo)論相圖的用途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；估算平衡相的數(shù)量。預(yù)測材料的組織和性能材料科學(xué)導(dǎo)論二元共晶相

兩組元在液態(tài)下無限互溶，固態(tài)下有限溶解，一組元溶入另一組元中時都使凝固溫度下降，并發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變。如Pb—Sn、Ag—Cu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：tAE和tBE為兩液相線，與其對應(yīng)的tAC和tBD為兩固相線；CG和DH固溶體α、β的溶解度隨溫度變化線；CED為水平共晶線。將相圖分成三個單相區(qū)L、α、β；三個雙相區(qū)L＋α、L＋β、α＋β和一個三相區(qū)L＋α＋β，即CED為共晶線。材料科學(xué)導(dǎo)論材料科學(xué)導(dǎo)論相圖的熱力學(xué)基礎(chǔ)熵焓自由能化學(xué)位熱力學(xué)定律材料科學(xué)導(dǎo)論成分、結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)現(xiàn)代材料對材料成分、結(jié)構(gòu)的認(rèn)識是由分析、檢測實現(xiàn)的。177材料科學(xué)導(dǎo)論成分分析化學(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178材料科學(xué)導(dǎo)論結(jié)構(gòu)分析179材料科學(xué)導(dǎo)論材料科學(xué)導(dǎo)論材料科學(xué)導(dǎo)論材料科學(xué)導(dǎo)論材料科學(xué)導(dǎo)論材料科學(xué)導(dǎo)論銅含量鋁鋅合金材料科學(xué)導(dǎo)論材料科學(xué)導(dǎo)論掃描隧道顯微鏡像在掃描隧道顯微鏡下，在硅（111）表面直接取出原子而“刻寫”出平均線寬為2納米的字體。187材料科學(xué)導(dǎo)論磷錫青銅鑄造組織105倍188材料科學(xué)導(dǎo)論掃描電鏡像----纖維形貌189材料科學(xué)導(dǎo)論掃描電鏡像----六方晶體形貌190材料科學(xué)導(dǎo)論β-Si3N4β-Si3N45nm無壓燒結(jié)Si3N4材料---透射電鏡像：原子排列面191材料科學(xué)導(dǎo)論場離子顯微鏡像----S3N4晶須形貌192材料科學(xué)導(dǎo)論掃描隧道顯微鏡像----方鋁礦（100）解理面PbS193材料科學(xué)導(dǎo)論§2.3合成與加工1.定義2.合成與加工的主要內(nèi)容3.與其它要素的關(guān)系4.發(fā)展方向194材料科學(xué)導(dǎo)論1.定義“合成”與“加工”是指建立原子、分子和分子團(tuán)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。195材料科學(xué)導(dǎo)論合成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。加工可以同樣的方式使用，還可以指較大尺度上的改變，包括材料制造。Fe2O3+3H2=2Fe+3H2O

？合成——————制備材料科學(xué)導(dǎo)論需要說明的問題在材料科學(xué)與工程中，合成和加工之間的區(qū)別變得越來越模糊合成是新技術(shù)開發(fā)和現(xiàn)有技術(shù)改進(jìn)的關(guān)鍵性要素現(xiàn)代材料合成技術(shù)是人造材料的唯一實現(xiàn)途徑197材料科學(xué)導(dǎo)論材料制備材料加工表面工程材料復(fù)合2.合成與加工的主要內(nèi)容198材料科學(xué)導(dǎo)論一．材料的制備冶金過程熔煉與凝固粉末燒結(jié)高分子聚合199材料科學(xué)導(dǎo)論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：冶金過程冶金物理化學(xué)熔煉與凝固凝固學(xué)理論粉末燒結(jié)燒結(jié)原理高分子聚合聚合反應(yīng)200材料科學(xué)導(dǎo)論冶金過程（化學(xué)冶金）目的：從原料中提取出金屬火法冶金熔鹽電冶金濕法冶金．．．．．．內(nèi)容:煉鐵、煉銅電解鋁、鎂水溶液電解鋅201材料科學(xué)導(dǎo)論鐵的生產(chǎn)過程煉鐵高爐材料科學(xué)導(dǎo)論電解鋁材料科學(xué)導(dǎo)論熔煉與凝固（物理冶金）目的:１．金屬的精練提純 ２．材料的“合金化” ３．晶體的生長內(nèi)容:1.平衡凝固 4.區(qū)域熔煉

2.快速凝固5.玻璃的熔煉

3.定向凝固6.熔融法提拉單晶204材料科學(xué)導(dǎo)論材料科學(xué)導(dǎo)論目的:

１.粉末成型

2.粉末顆粒的結(jié)合內(nèi)容:1.粉末冶金技術(shù)

2.現(xiàn)代陶瓷材料的制備粉末燒結(jié)206材料科學(xué)導(dǎo)論粉末燒結(jié)過程材料科學(xué)導(dǎo)論目的: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 類高分子材料：塑料、橡膠、合成纖維 的基本過程。內(nèi)容:1.本體聚合 3.懸浮聚合

2.乳液聚合 4.溶液聚合 高分子聚合208材料科學(xué)導(dǎo)論二．材料的加工傳統(tǒng)意義上，材料的加工范疇包括四個方面：材料的切削：車、銑、刨、磨、切、鉆材料的成型：鑄造、拉、拔、擠、壓、鍛材料的改性：合金化、熱處理材料的聯(lián)接：焊接、粘接注：從課程體系上分析，材料的切削應(yīng)在機(jī)械工程中重點討論。209材料科學(xué)導(dǎo)論三大類材料的成型技術(shù)在材料工程中是內(nèi)容最為豐富的一部分。如果按材料的流變特性來分析，則材料的成型方法可分為三種：１．液態(tài)成型２．塑變成型

3.流變成型金屬的鑄造、溶液紡絲金屬的壓力加工金屬、陶瓷、高分子成型材料的成型210材料科學(xué)導(dǎo)論材料科學(xué)導(dǎo)論液態(tài)成型成分溫度AC鑄造BC半固態(tài)成型流變鑄造觸變鑄造研究的內(nèi)容：1.凝固過程2.成型工藝3.流變特性ABC液相區(qū)液固區(qū)固相區(qū)212材料科學(xué)導(dǎo)論塑變成型A高應(yīng)力低形變量實現(xiàn)加工硬化B應(yīng)變應(yīng)力冷加工熱加工AB低應(yīng)力大形變量實現(xiàn)超塑性變形213材料科學(xué)導(dǎo)論流變成型金屬的半固態(tài)成型高分子材料的熔融成型陶瓷泥料、漿料成型玻璃的熔融澆注214材料科學(xué)導(dǎo)論目的：通過改變材料的成分、組織 與結(jié)構(gòu)來改變材料的性能。內(nèi)容:１.材料的“合金化”

2.材料的熱處理材料的改性215材料科學(xué)導(dǎo)論材料的“合金化”通過改變材料的成分，達(dá)到改變材料性能的方法。這種方法在金屬材料和現(xiàn)代高分子材料的改性方面有廣泛的應(yīng)用。成分溫度ABCαα+β金屬材料的合金化過程ABαα’固溶度變化改變性能ACαα+β相組成變化改變性能固溶度變化改變性能216材料科學(xué)導(dǎo)論材料的熱處理通過一定的加熱、保溫、冷卻工藝過程，來改變材料的相組成情況，達(dá)到改變材料性能的方法。這種方法在金屬材料和現(xiàn)代陶瓷材料的改性方面有廣泛的應(yīng)用。典型熱處理工藝淬火、退火、回火、正火217材料科學(xué)導(dǎo)論時間溫度成分溫度vv0v>v0淬火工藝通過快速冷卻，獲得遠(yuǎn)離平衡態(tài)的不穩(wěn)定組織，達(dá)到強(qiáng)化材料的目的。218材料科學(xué)導(dǎo)論時間溫度淬火正火正火工藝在奧氏體狀態(tài)下，空氣或保護(hù)氣體冷卻獲得珠光體均勻組織，提高強(qiáng)度，改善韌性。219材料科學(xué)導(dǎo)論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(dá)到均勻化、消除內(nèi)應(yīng)力的目的。220材料科學(xué)導(dǎo)論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材料科學(xué)導(dǎo)論目的：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材料科學(xué)導(dǎo)論材料科學(xué)導(dǎo)論三．材料表面工程表面改性表面防護(hù)薄膜技術(shù)224材料科學(xué)導(dǎo)論----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材料科學(xué)導(dǎo)論從工藝機(jī)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(dá)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材料科學(xué)導(dǎo)論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(xì)晶化均勻化非晶化金屬元素合金化227材料科學(xué)導(dǎo)論化學(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ABCαα+β心部濃度表面C+N+Me+C0228材料科學(xué)導(dǎo)論納米粉體表面改姓材料科學(xué)導(dǎo)論表面淬火

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材料科學(xué)導(dǎo)論

腐蝕防護(hù)

摩擦磨損防護(hù)表面防護(hù)231材料科學(xué)導(dǎo)論腐蝕防護(hù)

大氣腐蝕

海水腐蝕

工業(yè)介質(zhì)腐蝕232材料科學(xué)導(dǎo)論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(yán)重。因此，腐蝕防護(hù)非常重要。233材料科學(xué)導(dǎo)論美國八個工業(yè)部門對材料性質(zhì)的需求情況234材料科學(xué)導(dǎo)論化學(xué)反應(yīng)-----腐蝕的原因主動防護(hù)被動防護(hù)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(hù)抗蝕材料235材料科學(xué)導(dǎo)論摩擦磨損防護(hù)

增加抗磨損性

增加潤滑性236材料科學(xué)導(dǎo)論薄膜技術(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材料科學(xué)導(dǎo)論材料科學(xué)導(dǎo)論材料科學(xué)導(dǎo)論隨著材料科學(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材料科學(xué)導(dǎo)論四．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材料科學(xué)導(dǎo)論材料復(fù)合的主要目的就是依據(jù)不同材料性能的優(yōu)勢互補(bǔ)、協(xié)調(diào)作用的原則，進(jìn)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材料科學(xué)導(dǎo)論材料科學(xué)導(dǎo)論Monomer OrganclayCuringagentNanocompositeSwellingPolymerisation原位聚合法粘土聚合物復(fù)合材料材料科學(xué)導(dǎo)論SolventOrganclayPolymerNanocompositeSwellingIntercalationSolventEvaporation溶液插層法示意圖材料科學(xué)導(dǎo)論Thermoplastic OrganclayNanocompositeBlendingAnnealing熔融插層法材料科學(xué)導(dǎo)論

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(xì)化，甚至達(dá)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)涵要大于通常所說的材料工程的內(nèi)涵。247材料科學(xué)導(dǎo)論與其它要素的關(guān)系從材料的產(chǎn)生到進(jìn)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材料科學(xué)導(dǎo)論249材料科學(xué)導(dǎo)論提拉法制取單晶硅250材料科學(xué)導(dǎo)論大尺寸單晶硅251材料科學(xué)導(dǎo)論定向凝固技術(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材料科學(xué)導(dǎo)論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(kuò)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材料科學(xué)導(dǎo)論近終形技術(shù)制備的葉片254材料科學(xué)導(dǎo)論

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(xì)條件------納米材料4.發(fā)展趨勢255材料科學(xué)導(dǎo)論我國與工業(yè)發(fā)達(dá)國家材料加工存在很大差距256材料科學(xué)導(dǎo)論大尺寸、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(xì)加工和制備技術(shù)；高均勻超細(xì)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材料科學(xué)導(dǎo)論由此看出：我國在合成與加工方面同先進(jìn)國家的差距還很大，許多關(guān)鍵技術(shù)落后的根源都?xì)w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材料科學(xué)導(dǎo)論第三章結(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)合材料材料科學(xué)導(dǎo)論什么是“結(jié)構(gòu)材料”？結(jié)構(gòu)材料是主要利用材料的強(qiáng)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(jī)械結(jié)構(gòu)材料和建筑結(jié)構(gòu)材料。材料科學(xué)導(dǎo)論材料科學(xué)導(dǎo)論鋼鐵材料純鐵工業(yè)純鐵強(qiáng)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?jǐn)?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)系材料科學(xué)導(dǎo)論鋼鐵是怎樣煉成的材料科學(xué)導(dǎo)論碳鋼的分類含碳量越高，硬度、強(qiáng)度越大，但塑性降低材料科學(xué)導(dǎo)論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％)材料科學(xué)導(dǎo)論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(jī)器零件等碳素工具鋼：主要用于刀具、模具、量具等材料科學(xué)導(dǎo)論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(qiáng)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。用途材料科學(xué)導(dǎo)論優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼：鋼號以碳的平均質(zhì)量萬分?jǐn)?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(jī)器零件碳素工具鋼：鋼號以碳的平均質(zhì)量千分?jǐn)?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、模具等材料科學(xué)導(dǎo)論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?jǐn)?shù)（以萬分?jǐn)?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(qiáng)度、塑性和韌性的零件，如齒輪、聯(lián)軸器等。材料科學(xué)導(dǎo)論奧氏體是碳溶解在γ－Fe中的間隙固溶體，常用符號A表示。它仍保持γ－Fe的面心立方晶格。其溶碳能力較大，在727℃時溶碳為ωc＝0.77％,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(jìn)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)熱處理材料科學(xué)導(dǎo)論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ωc＝6.69％，熔點為1227℃。其晶格為復(fù)雜的正交晶格，硬度很高HBW＝800，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。材料科學(xué)導(dǎo)論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，也稱片裝珠光體。用符號P表示，含碳量為ωc＝0.77％。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。材料科學(xué)導(dǎo)論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?。┲校３诌m當(dāng)?shù)臅r間，待鋼件的內(nèi)、外層都達(dá)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。材料科學(xué)導(dǎo)論碳鋼的常規(guī)熱處理退火將鋼加熱到適當(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(kuò)散退火、去應(yīng)力退火將鋼件加熱到AC3和Acm以上30－50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。材料科學(xué)導(dǎo)論碳鋼的常規(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(xì)。回火將鋼件淬火后，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。材料科學(xué)導(dǎo)論合金鋼合金鋼分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?jǐn)?shù)低于5％）、中合金鋼（總質(zhì)量分?jǐn)?shù)5％－10％）、高合金鋼（總質(zhì)量分?jǐn)?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。材料科學(xué)導(dǎo)論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(qiáng)度提高，這種作用稱為固溶強(qiáng)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，只溶于鐵素體或奧氏體中；對于與碳的親和力較強(qiáng)的合金元素，當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低時，與鐵一起形成合金滲碳體，當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高時，形成合金碳化物。材料科學(xué)導(dǎo)論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。材料科學(xué)導(dǎo)論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?jǐn)?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鋼的塑性，通過熱處理還可以改善鋼的強(qiáng)度。材料科學(xué)導(dǎo)論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(jī)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。材料科學(xué)導(dǎo)論鑄鐵鐵及鐵基合金碳的質(zhì)量分?jǐn)?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(jī)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。材料科學(xué)導(dǎo)論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γ－Fe中的間隙固溶體材料科學(xué)導(dǎo)論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材料科學(xué)導(dǎo)論鑄鐵白口鑄鐵：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(jī)床等。滲碳體Fe3C

片狀石墨材料科學(xué)導(dǎo)論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(tuán)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(tuán)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。材料科學(xué)導(dǎo)論鑄鐵特性：球化減小應(yīng)力集中，基體強(qiáng)度利用率高，可以進(jìn)行熱處理加工，屈強(qiáng)比高。機(jī)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。鐵及鐵基合金材料科學(xué)導(dǎo)論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：蠕化處理不宜控制材料科學(xué)導(dǎo)論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(qiáng)度和塑性較低，這是因為石墨對基體的嚴(yán)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(qiáng)度，并引起應(yīng)力集中。石墨量越多，鑄鐵的抗拉強(qiáng)度越低。材料科學(xué)導(dǎo)論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劑，脫落在摩擦面材料科學(xué)導(dǎo)論高分子材料

2000年，世界合成高分子材料的年總產(chǎn)量已達(dá)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材料科學(xué)導(dǎo)論多種多樣的高分子材料材料科學(xué)導(dǎo)論材料科學(xué)導(dǎo)論材料科學(xué)導(dǎo)論防彈衣高比強(qiáng)度的降落傘繩索材料科學(xué)導(dǎo)論什么是高分子？高分子的含義主要由C、H、O等元素組成分子量很大（104~107，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。材料科學(xué)導(dǎo)論與小分子比較分子量不確定，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2000C~3000C以上，材料破壞（降解或交聯(lián)）。材料科學(xué)導(dǎo)論材料科學(xué)導(dǎo)論材料科學(xué)導(dǎo)論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材料科學(xué)導(dǎo)論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、聚苯乙烯等材料科學(xué)導(dǎo)論工程塑料性能：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。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）等材料科學(xué)導(dǎo)論三大高分子材料的比較材料科學(xué)導(dǎo)論材料應(yīng)力—應(yīng)變曲線材料科學(xué)導(dǎo)論按結(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材料科學(xué)導(dǎo)論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、聚酚等材料科學(xué)導(dǎo)論3.元素有機(jī)高分子主鏈中不含C原子，而由Si、B、P、Al、Ti、As等元素與O組成，其側(cè)鏈為有機(jī)基團(tuán)；兼有無機(jī)高分子和有機(jī)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。硅橡膠材料科學(xué)導(dǎo)論4.無機(jī)高分子主鏈既不含C原子，也不含有機(jī)基團(tuán)，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材料科學(xué)導(dǎo)論高分子材料形成過程簡單流程如下：材料科學(xué)導(dǎo)論

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。熱塑性與熱固性材料科學(xué)導(dǎo)論圖熱塑性a、b和熱固性c聚合物的形態(tài)特征

材料科學(xué)導(dǎo)論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(dá)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)。材料科學(xué)導(dǎo)論力學(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)存在材料科學(xué)導(dǎo)論玻璃化轉(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。材料科學(xué)導(dǎo)論高分子材料發(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（1868年）celluloid粘膠纖維（1893~1898年）纖維素黃酸鈉合成高分子20世紀(jì)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，特種性能的高分子材料科學(xué)導(dǎo)論創(chuàng)立高分子化學(xué)的施陶丁格

HermannStaudinge