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材料概论Materials Conspectus 材料与化学化工学院第 二 章 材 料 科 学 与 工 程 的 四 个 基 本 要 素 材料概论Materials Conspectus 材料与化学化工学院2 总 论材 料 的 使 用 依 赖 于 材 料 的 性 能 ， 而 其 性 能 都 是 由其 化 学 组 成 和 结 构 决 定 的 。只 有 从 微 观 上 了 解 材 料 的 组 成 、 结 构 与 性 能 的 关系 ， 才 能 有 效 地 选 择 制 备 和 使 用 材 料 。 材料概论Materials Conspectus 材料与化学化工学院3 本 章 主 要 内 容 一 材 料 的 组 成 二 材 料 的 结 构 三 材 料 的 合 成 与 加 工 四 材 料 的 性 质 与 使 用 性 能 材料概论Materials Conspectus 材料与化学化工学院4 2.1 材 料 的 组 成 材 料 由 原 子 和 分 子 组 合 而 成 。 材 料 的 化 学 组 成 ： 组 成 材 料 最 基 本 、 独 立 的 物 质 ， 可 为 纯 元 素 或 稳 定 的 化 合 物 ， 以 及 其 种 类 和 数 量 。 材 料 的 相 组 成 ： 材 料 中 具 有 同 一 化 学 成 分 并 且 结 构 相 同 的 均 匀 部 分 称 为 相 。 组 成 材 料 的 相 的 种 类 和 数 量 称 为 相 组 成 。 可 分 为 单 相 材 料 、 多 相 材 料 。 材料概论Materials Conspectus 材料与化学化工学院5 人 类 从 天 然 材 料 的 使 用 到 人 造 材 料 的 制 备 ,材 料 的 发 展 与 地 球 中所 孕 含 的 元 素 和 物 质 的 存 在 形 式 密 切 相 关 。 材 料 所 用 的 原 料 均 取 自 于 地 壳 。 自然界中的元素和物质 材料概论Materials Conspectus 材料与化学化工学院6地 壳 中 主 要 元 素 的 储 量 氧 (O)： 50%， 存 在 于 水 、 岩 石 和 各 种 有 机 体 硅 (Si)： 25%， 存 在 于 800余 种 硅 酸 盐 矿 物 中 铝 (Al)： 8.23%， 存 在 于 岩 石 矿 物 中 铁 (Fe)： 5.8%， 存 在 于 300余 种 矿 物 中 钙 (Ca)： 5.2%， 以 碳 酸 盐 、 硫 酸 盐 和 硅 酸 盐 等 形 式 存 在 。 此 外 ， 钠 (Na)、 钾 (K)、 镁 (Mg)、 钛 (Ti) 上 述 九 种 元 素 约 占 地 壳 总 重 量 的 99% 以 上 。90% 材料概论Materials Conspectus 材料与化学化工学院7地 壳 中 主 要 元 素 的 储 量其余90多种元素的重量加起来不到地壳总重的1。 材料概论Materials Conspectus 材料与化学化工学院8地 壳 中 主 要 元 素 的 储 量 Cu、 Zn、 Pb的 含 量 分 别 为 0.0006 、 0.0009 、 0.000001 ， 但 这 些 元 素 有 很 强 的 富 集 能 力 ， 经 富 集 可达 到 百 分 之 几 、 百 分 之 几 十 。 已 知 矿 物 约 有 2000 3000种 ， 最 常 见 的 有 100多 种 。 金 属 、 玻 璃 、 陶 瓷 、 高 分 子 材 料 的 原 料 大 多 数 来 自 矿 物 。 在 103种 元 素 中 ， 惰 性 元 素 6 种 非 金 属 元 素 16 种 金 属 元 素 81 种 材料概论Materials Conspectus 材料与化学化工学院9地 壳 中 的 矿 物 组 成 ： 单 质 矿 物 ： 90多 种 ， 占 地 壳 总 重 的 0.1 。 Cu、 Ag 、 Au、Pt、 Bi、 Sb、 C、 S。 硫 化 物 类 矿 物 ： 200多 种 ， 占 地 壳 总 重 的 75 。 其 中FexSn和 H2S 占 75 。 氧 化 物 类 矿 物 ： 有 200多 种 ， 占 地 壳 总 重 的 17 。 Fe、Cr、 Mn、 Al、 Ti、 Sn、 Nb、 Ta、 U、 Re等 元 素 的 重 要 矿物 。 卤 化 物 类 矿 物 ： 氢 氟 酸 、 盐 酸 、 溴 氢 酸 、 氢 碘 酸 所 形 成的 盐 ， 阳 离 子 主 要 是 K+、 Na+、 Ca2+、 Mg +等 。 含 氧 盐 类 矿 物 ： 占 已 知 矿 物 的 2/3。 硅 酸 盐 、 硫 酸 盐 、磷 酸 盐 、 钒 酸 盐 、 碳 酸 盐 等 。 材料概论Materials Conspectus 材料与化学化工学院10材 料 的 化 学 组 成金 属 单 质 、 合 金 。 如 Fe、 Al、 Cu、 Ti、 Zn、 Mg、 Ni无 机 非 金 属 金 属 元 素 和 非 金 属 元 素 组 成 的 化 合 物 ， 通 常 为 氧 化 物 、 氮 化 物 、 碳 化 物 等 。 陶 瓷 Al2O3、 TiO2、 ZnO、 SiO2、 SiC、 Si3N4、 BN 水 泥 SiO2 CaO Al2O3 Fe2O3 玻 璃 SiO2 CaO Na2O有 机 高 分 子 C（ 为 主 ） 结 合 H、 O 还 结 合 N、 S、 P、 Cl、 F、 Si等 聚 合 度 300 2500， 分 子 量 2 16万 材料概论Materials Conspectus 材料与化学化工学院11材 料 的 相 组 成 金 属 ： 单 相 材 料 普 通 陶 瓷 ： 晶 相 玻 璃 相 气 孔 多 相 材 料 。 水 泥 ： C2S、 C3S、 C3A、 C4AF 多 相 材 料 。 玻 璃 ： 单 相 材 料 高 分 子 ： 单 相 材 料 复 合 材 料 ： 多 相 材 料 材料概论Materials Conspectus 材料与化学化工学院122.2 材 料 的 结 构 材 料 的 结 构 是 指 材 料 的 组 元 及 其 排 列 和 运 动 方 式 。包 含 形 貌 、 化 学 成 分 、 相 组 成 、 晶 体 结 构 和 缺 陷 等内 涵 。 材 料 的 结 构 决 定 材 料 的 性 能 。 材 料 结 构 的 描 述 ： 1. 宏 观 组 织 结 构 : 1000,000 nm 2. 微 观 显 微 结 构 : 10 1000 nm 3. 纳 米 结 构 : 10-6 m (1000,000 nm).无机、有机涂层保护了汽车车身免受腐蚀，并且使其更加美观。 材料概论Materials Conspectus 材料与化学化工学院212.2.1 原 子 结 构 原 子 的 结 构 影 响 到 原 子 之 间 的 键 合 ， 并 进 一 步 影 响 到 材料 的 力 学 性 能 和 物 理 性 质 。 Atoms=nucleus (protons and neutrons) + electrons 电 荷 : 电 子 和 质 子 具 有 相 同 大 小 的 负 电 荷 和 正 电 荷 ， 1.6 10-19 库 仑 。 中 子 是 电 中 性 的 。 质 量 : 质 子 和 中 子 具 有 相 同 的 质 量 , 1.67 10-27 kg. 电 子 的 质 量 较 小 , 在 计 算 原 子 的 质 量 时 往 往 可 忽 略 9.11 10-31kg 原 子 质 量 (A) = 质 子 质 量 + 中 子 质 量 质 子 = atomic number (Z) 材料概论Materials Conspectus 材料与化学化工学院22波 尔 原 子 模 型 材料概论Materials Conspectus 材料与化学化工学院23电 负 性 电 负 性 ： 表 示 不 同 元 素 的 原 子 在 分 子 中 吸 引 电 子 的 能 力 。 电 负 性 与 原 子 的 亲 合 能 和 第 一 电 离 能 之 和 成 正比 ,X=0.18(I+Y) I-第 一 电 离 能 ， 原 子 失 去 一 个 电 子 而 成 为 价 正 离 子所 需 能 量 。 Y-亲 合 能 ， 一 个 中 性 原 子 获 得 一 个 电 子 成 为 负 离 子 所放 出 的 能 量 。 Cl原 子 核 外 带 有 7个 价 电 子 ， 具 有 强 烈 的 获 得 电 子 的倾 向 ； 而 带 有 1 个 价 电 子 的 Na则 容 易 失 去 其 价 电 子 。 材料概论Materials Conspectus 材料与化学化工学院24电 负 性 与 元 素 周 期 表 材料概论Materials Conspectus 材料与化学化工学院25电 负 性 与 键 性 的 关 系 电 负 性 小 的 原 子 结 合 形 成 金 属 键 ； 电 负 性 大 的 原 子 结 合 形 成 共 价 键 ； 电 负 性 相 差 大 的 原 子 结 合 形 成 离 子 键 ； 电 负 性 相 差 小 的 原 子 结 合 形 成 共 价 键 和 离子 键 的 混 合 键 。 材料概论Materials Conspectus 材料与化学化工学院262.2.2 材 料 中 的 化 学 键 金 属 键 金 属 离 子 与 自 由 电 子 相 互 吸 引 所形 成 的 结 合 力 材料概论Materials Conspectus 材料与化学化工学院27金 属 键 特 征 1. 电 子 属 于 所 有 原 子 ， 可 在 晶 格 之 间 自 由 活 动 2. 无 方 向 性 和 饱 和 性 3. 强 度 高 (稍 低 于 共 价 键 或 离 子 键 ， 25-200 kcal/mol) 4. 在 低 电 负 性 的 原 子 之 间 形 成 材料概论Materials Conspectus 材料与化学化工学院28离 子 键 正 负 离 子 之 间 的 引 力 所 形 成 的 键 力 材料概论Materials Conspectus 材料与化学化工学院29离 子 键 特 征 1. 电 子 在 原 子 间 转 移 ， 生 成 离 子 2. 无 方 向 性 ， 有 饱 和 性 、 配 位 数 高 、 紧 密堆 积 3. 强 度 高 (150-370 kcal/mol) 4. 在 不 同 电 负 性 的 原 子 之 间 形 成 离 子 键 材料概论Materials Conspectus 材料与化学化工学院30共 价 键 两 个 或 多 个 原 子 相 互 吸 引 、 共 用 若干 电 子 所 形 成 的 键 力 。 材料概论Materials Conspectus 材料与化学化工学院31 共 价 键 特 征 1. 邻 近 两 个 原 子 共 享 一 对 电 子 2. 有 方 向 性 和 饱 和 性 、 配 位 数 低 、 堆 积 密度 低 3. 强 度 高 (略 低 于 离 子 键 ， 125-300 kcal/mol) 4. 在 两 个 电 负 性 大 的 离 子 之 间 形 成 材料概论Materials Conspectus 材料与化学化工学院32范 德 华 键 分 子 之 间 的 作 用 力由 于 极 化 所 产 生 的 分 子 之 间 的 静 电 作 用 力 ， 较 弱 ， 作 用 能在 几 十 kJ/mol以 下 。 材料概论Materials Conspectus 材料与化学化工学院33 氢 键 范 德 华 键 的 一 种 氢 原 子 在 分 子 中 与 一 个 原 子 A结 合 时 ， 还 与另 一 个 原 子 B结 合 的 附 加 键 。 如 H2O， 键 角109.5 ， 接 近 于 六 边 形 结 构 。 材料概论Materials Conspectus 材料与化学化工学院34范 德 华 键 特 征 1. 由 于 极 化 ， 分 子 之 间 产 生 微 量 静 电 荷 2. 无 方 向 性 ， 但 受 分 子 大 小 的 影 响 3. 弱 键 (是 强 键 的 1/100; 10 kcal/mol) 4. 氢 键 是 范 德 华 键 的 一 种 材料概论Materials Conspectus 材料与化学化工学院35混 合 键 大 部 分 材 料 中 ， 原 子 之 间 的 化 学 键 并 不 是 单 一 的 一 种 化学 键 ， 而 是 两 种 或 两 种 以 上 化 学 键 的 混 合 键 ， 其 键 性 取决 于 元 素 的 电 负 性 。 由 金 属 元 素 和 非 金 属 元 素 组 成 的 陶 瓷 材 料 和 半 导 体 材料 往 往 是 离 子 键 和 共 价 键 的 混 合 键 ， 其 电 负 性 差 值 越 大 ，离 子 键 成 分 越 强 。 SiO2, XSi= 1.8, X0=3.5,共 价 键 成 分 =48.6%； Al2O3,共价 键 成 分 =37%， CuO， 共 价 键 成 分 =53% 。 共 价 键 成 分 越 多 ， 化 学 键 的 方 向 性 越 强 ， 离 子 的 堆 积 密度 越 低 。 材料概论Materials Conspectus 材料与化学化工学院36 材料概论Materials Conspectus 材料与化学化工学院37 材 料 中 的 化 学 键 金 属 ： 金 属 键 无 机 非 金 属 ： 离 子 键 /共 价 键 高 分 子 ： 共 价 键 、 范 德 华 键 、 氢 键 半 导 体 ： 共 价 键 、 离 子 键 /共 价 键 材料概论Materials Conspectus 材料与化学化工学院38不 同 化 学 键 材 料 的 结 合 能 和 熔 点 温 度 材料概论Materials Conspectus 材料与化学化工学院39原 子 间 距 原 子 间 距 : 当 两 个 原 子 之间 的 吸 引 力 和 排 斥 力 相 等时 的 原 子 间 平 衡 距 离 。 吸 引 力 和 原 子 之 间 距 离 的平 方 成 反 比 ； 当 两 个 原 子靠 近 ， 排 斥 力 随 距 离 的 减小 以 6-9的 指 数 次 方 迅 速 增大 。 平 衡 点 的 斜 率 反 映 了 应 力 -应 变 曲 线 的 斜 率 ， 即 弹 性模 量 。 材料概论Materials Conspectus 材料与化学化工学院40结 合 能 结 合 能 的 最 低 点 即 平 衡 点 ， 其 深 度反 映 了 将 两 个 原 子 完 全 拉 开 所 需 要的 能 量 。 势 阱 越 深 ， 熔 点 越 高 。 由 于 排 斥 力 随 距 离 的 变 化 比 引 力 随距 离 的 变 化 大 ， 因 而 结 合 能 曲 线 是不 对 称 的 ， 这 就 是 材 料 加 热 时 膨 胀的 微 观 原 因 。 当 材 料 接 受 能 量 后 ，原 子 的 热 振 动 引 起 原 子 在 平 衡 位 置周 围 的 振 荡 ， 结 合 能 曲 线 的 不 对 称使 得 原 子 之 间 的 平 均 距 离 随 着 温 度的 升 高 而 增 加 。 势 阱 越 窄 ， 热 膨 胀系 数 越 低 。 材料概论Materials Conspectus 材料与化学化工学院41四 种 化 学 键 材 料 的 结 合 能 结 合 能 大 的 材 料 ， 具 有 高 强 度 、 高 熔 点 。 通 常 ， 离 子 键 材 料 具 有 较 大 的 结 合 能 ， 而金 属 材 料 则 具 有 较 低 的 结 合 能 。 材料概论Materials Conspectus 材料与化学化工学院422.2.3 材 料 的 显 微 结 构 为 什 么 化 学 组 成 相 同（ C） 的 石 墨 与 金 刚 石有 完 全 不 同 的 性 质 ？ 材 料 中 原 子 和 离 子 的排 列 显 著 影 响 材 料 的 性 质 。非 晶多 晶单 晶 材料概论Materials Conspectus 材料与化学化工学院43材 料 中 原 子 的 排 列 方 式 材料概论Materials Conspectus 材料与化学化工学院44原 子 的 无 序 排 列 和 短 程 有 序 排 列 : 无 序 排 列 ： 高 温 和 低 压 下 的 单 原 子 气 体 短 程 有 序 ： 水 蒸 气 、 无 定 形 硅 以 及 二 氧 化 硅 玻 璃 材料概论Materials Conspectus 材料与化学化工学院45 长 程 有 序 : 大 部 分 的 固 体 材 料 ， 其 原 子 /离 子 排 列 是 按 照 规 则 的 在三 维 空 间 呈 周 期 性 的 重 复 排 列 的 。 大 部 分 的 金 属 、 合 金 、 半 导 体 、 无 机 非 金 属 材 料 以 及 部分 高 分 子 材 料 其 内 部 质 点 的 排 列 是 长 程 有 序 的 ， 即 具 有晶 体 结 构 。 材料概论Materials Conspectus 材料与化学化工学院46 材料概论Materials Conspectus 材料与化学化工学院47单 晶 材 料 由 一 个 晶 体 组 成 ， 大 量 应 用 于 电 子 和 光 学 领 域 。 例 如 ，计 算 机 集 成 电 路 板 中 应 用 单 晶 硅 。 材料概论Materials Conspectus 材料与化学化工学院48 多 晶 材 料 多 晶 材 料 由 许 多 在 空 间 不 同 取 向 的 小 晶 体 构 成 ， 小 晶 体之 间 的 边 界 区 域 原 子 /离 子 排 列 不 规 则 ， 称 之 为 晶 界 。 工 程 上 实 际 应 用 的 大 量 晶 体 材 料 均 为 多 晶 材 料 ， 如 钢 材 、铝 合 金 等 。 材料概论Materials Conspectus 材料与化学化工学院49多 晶 材 料 的 微 观 结 构Au ZnO 材料概论Materials Conspectus 材料与化学化工学院50 液 晶 液 晶 是 一 种 内 部 质 点 具 有 特 殊 有 序 排 列 的 高 分 子 材 料 。 液 晶 高 分 子 材 料 通 常 具 有 无 定 形 结 构 ， 然 而 ， 在 电 场或 温 度 变 化 等 外 部 刺 激 下 其 分 子 在 局 部 范 围 内 排 列 有序 ， 成 为 晶 体 ， 故 称 之 为 液 晶 。 材料概论Materials Conspectus 材料与化学化工学院512.2.4 晶 体 结 构 晶 体 ： 内 部 质 点 在 三 维 空 间 呈 周 期 性 重 复 排 列的 固 体 。晶体金 刚 石 、 NaCl、 冰 等 。液体非晶体 ： 蜂 蜡 、 玻 璃 等 。 材料概论Materials Conspectus 材料与化学化工学院52晶胞 单 位 晶 胞 ： 能 够 充 分 反 映 整 个 晶 体 结 构 特 征 的 最 小构 造 单 位 。 材料概论Materials Conspectus 材料与化学化工学院53 同 质 多 晶 材料概论Materials Conspectus 材料与化学化工学院54材 料 的 晶 体 结 构 金 属 材 料 大 多 数 为 晶 体 （ Hg除 外 ） ， 多 为 立 方 、 六 方 晶系 。 无 机 非 金 属 材 料 主 要 是 Si、 O组 成 的 四 面 体 以 不 同 形 式的 连 接 ， 形 成 岛 状 、 组 群 状 、 链 状 、 层 状 、 架 状 等 结 构 。 高 分 子 材 料 由 大 量 重 复 的 结 构 单 元 连 接 成 链 状 、 网 状 、聚 集 体 。 主 要 为 非 晶 体 结 构 ， 次 要 为 晶 体 。 材料概论Materials Conspectus 材料与化学化工学院55 2.2.5 晶 体 结 构 缺 陷 实 际 晶 体 中 总 是 存 在 着 缺 陷 根 据 缺 陷 存 在 的 范 围 可 分 为 ： 空 位 填 隙 原 子 /离 子 点 缺 陷 取 代 原 子 /离 子 位 错 线 缺 陷 晶 界 面 缺 陷 对 性 能 的 影 响 ：比 容 、 比 热 容 、 电阻 率扩 散 系 数 、 内 耗 、介 电 常 数光 吸 收力 学 性 能 (固 溶 强化 ) 材料概论Materials Conspectus 材料与化学化工学院56 杂 质 缺 陷 材料概论Materials Conspectus 材料与化学化工学院57线 缺 陷 “位 错 ”晶 体 生 长 情 况 判 断 出 位 错 的 存 在 对 性 能 的 影 响 ： 实 际 强 度 理 论 强 度 材料概论Materials Conspectus 材料与化学化工学院58 自 然 界 的 缺 陷 现 象 材料概论Materials Conspectus 材料与化学化工学院592.3 合 成 与 加 工 合 成 与 加 工 是 指 建 立 原 子 、 分 子 和 分 子 聚 集 体 的 新 排 列 ，在 从 原 子 尺 度 到 宏 观 尺 度 的 所 有 尺 度 上 对 结 构 进 行 控 制以 及 高 效 而 有 竞 争 力 地 制 造 材 料 和 零 件 的 演 变 过 程 。 合 成 ( Synthesis) 常 常 是 指 原 子 和 分 子 组 合 在 一 起 制 造 新 材 料 所 采 用 的 物理 和 化 学 方 法 。 合 成 是 在 固 体 中 发 现 新 的 化 学 现 象 和 物理 现 象 的 主 要 源 泉 。 加 工 (Processing) 这 里 所 指 的 是 成 型 加 工 ， 除 了 上 述 为 生 产 出 有 用 材 料 对原 子 和 分 子 控 制 外 ， 还 包 括 在 较 大 尺 度 上 的 改 变 ， 有 时也 包 括 材 料 制 造 等 工 程 方 面 的 问 题 。 材料概论Materials Conspectus 材料与化学化工学院60 材 料 的 合 成 与 加 工 在 材 料 科 学 与 工 程 中 ， 合 成 和 加 工 之 间 的 区 别 变得 越 来 越 模 糊 合 成 是 新 技 术 开 发 和 现 有 技 术 改 进 的 关 键 性 要 素 现 代 材 料 合 成 技 术 是 人 造 材 料 的 唯 一 实 现 途 径 材料概论Materials Conspectus 材料与化学化工学院61 材 料 的 制 备 不 同 的 材 料 制 备 方 法 ， 分 别 具 有 不 同 的 材料 科 学 基 础 内 容 ， 即 ： 冶 金 过 程 冶 金 物 理 化 学 熔 炼 与 凝 固 凝 固 学 理 论 粉 末 烧 结 烧 结 原 理 高 分 子 聚 合 聚 合 反 应 材料概论Materials Conspectus 材料与化学化工学院62冶 金 过 程 （ 化 学 冶 金 ） 目 的 ： 从 矿 石 中 提 取 金 属 或 金 属 化 合 物 ， 用 各 种 加 工方 法 将 金 属 制 成 具 有 一 定 性 能 的 金 属 材 料 的 过 程 和 工 艺 。 内 容 : 火 法 冶 金 炼 铁 、 炼 铜 熔 盐 电 冶 电 解 铝 、 镁 湿 法 冶 金 水 溶 液 电 解 锌 材料概论Materials Conspectus 材料与化学化工学院63熔 炼 与 凝 固 （ 物 理 冶 金 ） 目 的 : .金 属 的 精 练 提 纯 .材 料 的 “ 合 金 化 ” .晶 体 的 生 长 内 容 : 1.平 衡 凝 固 4.区 域 熔 炼 2.快 速 凝 固 5.玻 璃 的 熔 炼 3.定 向 凝 固 6.熔 融 法 提 拉 单 晶 材料概论Materials Conspectus 材料与化学化工学院64粉 末 烧 结 目 的 : 1.粉 末 成 型 2.粉 末 颗 粒 的 结 合 内 容 : 1.粉 末 冶 金 技 术 2.现 代 陶 瓷 材 料 的 制 备 材料概论Materials Conspectus 材料与化学化工学院65高 分 子 聚 合 目 的 : 实 现 小 分 子 发 生 化 学 反 应 ， 相 互 结 合 形 成高 分 子 。 高 分 子 聚 合 是 人 工 合 成 三 大 类 高 分 子 材料 ： 塑 料 、 橡 胶 、 合 成 纤 维 的 基 本 过 程 。 内 容 : 1.本 体 聚 合 2.乳 液 聚 合 3.悬 浮 聚 合 4.溶 液 聚 合 材料概论Materials Conspectus 材料与化学化工学院66材 料 的 加 工 传 统 意 义 上 ， 材 料 的 加 工 范 畴 包 括 四 个 方 面 ： 材 料 的 切 削 ： 车 、 铣 、 刨 、 磨 、 切 、 钻 材 料 的 成 型 ： 铸 造 、 拉 、 拔 、 挤 、 压 、 锻 材 料 的 改 性 ： 合 金 化 、 热 处 理 材 料 的 联 接 ： 焊 接 、 粘 接 材料概论Materials Conspectus 材料与化学化工学院672.4 材 料 的 性 能 与 功 能 材 料 的 性 能 (Performance) 指 材 料 对 外 部 刺 激（ 外 力 、 热 、 电 磁 、 化 学 刺 激 、 药 品 ） 的 反 应 或抵 抗 （ 被 动 地 响 应 ） ， 又 称 “ 行 为 ” ， “ 表 现 ” 。如 强 度 ， 电 导 率 等 。 材 料 的 功 能 (Function) 指 物 质 （ 材 料 ） 对 应 于某 种 输 入 信 号 时 ， 所 产 生 的 质 或 量 的 变 化 ， 或 其中 某 些 变 化 会 产 生 一 定 的 输 出 ， 即 能 产 生 另 一 种效 应 。 如 压 电 效 应 ， 热 电 效 应 等 。 材料概论Materials Conspectus 材料与化学化工学院68使 用 性 能 （ 服 役 性 能 ） 使 用 性 能 (Service Performance） 是 材 料 在 使 用 条 件下 应 用 性 能 的 度 量 ， 通 常 指 材 料 在 最 终 使 用 状 态 时 的行 为 ， 是 材 料 固 有 性 质 与 产 品 设 计 、 工 程 能 力 和 人 类需 要 相 融 合 在 一 起 的 一 个 要 素 ， 必 须 以 使 用 性 能 为 基础 进 行 设 计 才 能 得 到 最 佳 的 方 案 。 使 用 性 能 取 决 于 材 料 的 基 本 性 能 。 材料概论Materials Conspectus 材料与化学化工学院69使 用 性 能可靠性、耐用度、寿命、性能价格比、安全性，及材料固化为产品后，表征产品优良程度的各种性能指标，如飞行速度、使用温度等。使 用 性 能 描 述 符 材料概论Materials Conspectus 材料与化学化工学院70材 料 要 素 间 联 系 材 料 的 性 质 取 决 于 其 内 部 结 构 ， 只 有 改 变了 材 料 的 内 部 结 构 才 能 达 到 改 变 和 控 制 材料 性 能 的 目 的 ， 而 材 料 的 合 成 和 加 工 工 艺常 常 对 材 料 的 结 构 起 决 定 性 作 用 。 材料概论Materials Conspectus 材料与化学化工学院71与 其 它 要 素 的 关 系 从 材 料 的 产 生 到 进 入 使 用 过 程 ， 直 至 损 耗 ，四 大 要 素 存 在 着 逻 辑 上 的 因 果 顺 序 ， 即 ： 材料概论Materials Conspectus 材料与化学化工学院72总 结 无 论 是 为 制 造 某 种 产 品 选 择 合 适 材 料 ， 选 择 最 佳的 加 工 工 艺 ， 正 确 地 使 用 材 料 ， 还 是 改 善 现 有 材料 或 者 研 制 新 材 料 ， 都 需 要 我 们 具 有 材 料 内 部 结构 与 性 能 的 知 识 ， 都 需 要 材 料 科 学 的 理 论 指 导 。特 别 是 新 型 材 料 ， 其 主 要 特 点 是 以 科 学 为 基 础 ，与 新 技 术 、 新 工 艺 的 发 展 有 相 互 依 存 、 相 互 促 进的 关 系 。