材料物理化学1课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,绪论,INTRODUCTION,?,什么是材料,?,?,材料与人类文明,?,什么是材料科学？,?,?,0.1,材料分类,0.2,组成,-,结构,-,性质,-,工艺过程之间的关系,绪论 INTRODUCTION?什么是材料?,什么是材料,?,世界万物，凡于我有用者，皆谓之材料。,材料是具有一定性能，可以用来制作器件、,构件、工具、装置等物品的物质。材料存,在于我们的周围，与我们的生活、我们的,生命息息相关。材料是人类文明、社会进,步、科技发展的物质基础。,什么是材料?世界万物，凡于我有用者，皆谓之材料。,材料与人类文明,材料是人类文明、社会进步、科学技术发展的物,质基础和技术先导。在历史上，人们将石器、青铜器、,铁器等当时的主导材料作为时代的标志，称其为石器,时代、青铜器时代和铁器时代。在近代，材料的种类,及其繁多，各种新材料不断涌现，很难用一种材料来,代表当今时代的特征。,材料与人类文明 材料是人类文明、社会进步、科学技,第一次产业革命的突破口是推广应用蒸汽,机,，但只有在开发了铁和铜等新材料以后，,蒸汽机才得以使用并逐步推广。,第二次产业革命一直延续到,20,世纪中叶，,以石油开发和新能源广泛使用为突破口，大力,发展飞机、汽车和其他工业，支持这个时期产,业革命的仍然是新材料开发。如合金钢、铝合,金以及各种非金属材料的发展。,第一次产业革命的突,?,材料是当代文明的三大支柱之一,材料、能源、信息,是当代社会文明和国,民经济的三大支柱，是人类社会进步和科,学技术发展的物质基础和技术先导。,?,材料是全球新技术革命的,四大标志,之一,（,新材料技术、新能源技术、信息技术、,生物技术,）。,?材料是当代文明的三大支柱之一 材料、能源、信息是当,什么是材料科学？,材料科学是一门以固体材料为研究对象，以固体物理、,热力学、动力学、量子力学、冶金、化工为理论基础的边,缘交叉基础应用学科，它运用电子显微镜、,X-,射线衍射、,热谱、电子离子探针等各种精密仪器和技术，探讨材料的,组成、结构、制备工艺和加工使用过程与其机械、物理、,化学性能之间的规律的一门基础应用学科，是研究材料共,性的一门学科。,什么是材料科学？,材料科学基础课程的教学内容,材料科学基础课程是材料科学与工程专业的重要,的学科基础课之一，主要介绍材料科学中的共性规律，,即材料的组成,-,形成（工艺）条件,-,结构,-,性能,-,材料用,途之间相互关系及制约规律。内容主要包括：材料种,类、晶体结构、缺陷化学、非晶体结构、材料的表面,与界面、相图、扩散、相变、固相反应及烧结等基础,知识。,材料科学基础课程的教学内容 材料科学基础课,0.1,材料分类,?,0.1.1,材料按化学组成（或基本组成）分类,0.1.2,根据材料的性能分类,0.1.3,材料按服役的领域来分类,0.1.4,材料按结晶状态分类,0.1.5,材料按材料的尺寸分类,?,?,?,?,0.1 材料分类?0.1.1 材料按化学组成（或基本组成）,?,按,物理性质,可分为：导电材料、绝缘材料、半,导体材料、磁性材料、透光材料、高强度材料、,高温材料、超硬材料等。,?,按,物理效应,分为：压电材料、热电材料、铁电,材料、非线性光学材料、磁光材料、电光材料、,声光材料、激光材料等。,?,按,用途,分为：电子材料、电工材料、光学材料、,感光材料、耐酸材料、研磨材料、耐火材料、建,筑材料、结构材料、包装材料等。,?按物理性质可分为：导电材料、绝缘材料、半导体材料、磁性材,0.1.1,按化学组成（或基本组成）分类,1.,金属材料,2.,无机非金属材料,3.,高分子材料（聚合物）,4.,复合材料,0.1.1 按化学组成（或基本组成）分类 1.金属,1.,金属材料,金属材料是由化学元素,周期表中的金属元素组成的,材料。可分为由一种金属元,素构成的单质（纯金属）；,由两种或两种以上的金属元,素或金属与非金属元素构成,的合金。合金又可分为固溶,体和金属间化合物。,1.金属材料 金属材料是由化学元素周期表中,2.,无机非金属材料,无机非金属材料是由硅酸盐、铝酸盐、硼酸盐、磷酸,盐、锗酸盐等原料和（或）氧化物、氮化物、碳化物、硼,化物、硫化物、硅化物、卤化物等原料经一定的工艺制备,而成的材料。是除金属材料、高分子材料以外所有材料的,总称。它与广义的陶瓷材料有等同的含义。无机非金属材,料种类繁多，用途各异，目前还没有统一完善的分类方法。,一般将其分为传统的（普通的）和新型的（先进的）无机,非金属材料两大类。,2.无机非金属材料,传统的无机非金属材料,主,要是指由,SiO,2,及其硅酸盐化合,物为主要成分制成的材料，包,括陶瓷、玻璃、水泥和耐火材,料等。此外，搪瓷、磨料、铸,石（辉绿岩、玄武岩等）、碳,素材料、非金属矿（石棉、云,母、大理石等）也属于传统的,无机非金属材料。,传统的无机非金属材料主要是指由SiO2及其,先进（或新型）无机非金属材料,是用,氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硫化物、,硅化物以及各种无机非金属化合物经特殊的,先进工艺制成的材料。主要包括先进陶瓷、,非晶态材料、人工晶体、无机涂层、无机纤,维等。,先进（或新型）无机非金属材,传统的无机非金属材料之一：陶瓷,陶瓷按其概念和用途不,同，可分为两大类，即,普通,陶瓷,和,特种陶瓷,。,根据陶瓷坯体结构及其基,本物理性能的差异，陶瓷制,品可分为,陶器,和,瓷器,。,传统的无机非金属材料之一：陶瓷 陶瓷按其概,?,普通陶瓷,即传统陶瓷，是指以粘土为主,要原料与其它天然矿物原料经过粉碎混,练、成型、煅烧等过程而制成的各种制,品。包括日用陶瓷、卫生陶瓷、建筑陶,瓷、化工陶瓷、电瓷以及其它工业用陶,瓷。,?普通陶瓷即传统陶瓷，是指以粘土为主要原料与其它天然矿物原,?,特种陶瓷,是用于各种现代工业及尖端科,学技术领域的陶瓷制品。包括结构陶瓷,和功能陶瓷。结构陶瓷主要用于耐磨损、,高强度、耐高温、耐热冲击、硬质、高,刚性、低膨胀、隔热等场所。功能陶瓷,主要包括电磁功能、光学功能、生物功,能、核功能及其它功能的陶瓷材料。,?特种陶瓷是用于各种现代工业及尖端科学技术领域的陶瓷制品。包,常见高温结构陶瓷包括：高熔点氧化物、,碳化物、硼化物、氮化物、硅化物。,功能陶瓷包括,:,装置瓷（即电绝缘瓷）、电,容器陶瓷、压电陶瓷、磁性陶瓷（又称为铁氧,体）、导电陶瓷、超导陶瓷、半导体陶瓷（又,称为敏感陶瓷）、热学功能陶瓷（热释电陶瓷、,导热陶瓷、低膨胀陶瓷、红外辐射陶瓷等）、,化学功能陶瓷（多孔陶瓷载体等）、生物功能,陶瓷等。,常见高温结构陶瓷包括：高熔点氧化物、碳化物、硼化,?,根据陶瓷坯体结构及其基本物理性能的差异，,陶瓷制品可分为,陶器,和,瓷器,。陶器包括粗陶,器、普陶器和细陶器。陶器的坯体结构较疏,松，致密度较低，有一定吸水率，断口粗糙,无光，没有半透明性，断面成面状或贝壳状。,?根据陶瓷坯体结构及其基本物理性能的差异，陶瓷制品可分为陶,传统的无机非金属材料之二：玻璃,玻璃是由熔体过冷所制得的非晶态材料。根据其形成,网络的组分不同可分为硅酸盐玻璃、硼酸盐玻璃、磷酸盐,玻璃等，其网络形成剂分为,SiO,2,、,B,2,O,3,和,P,2,O,5,。习惯上玻,璃态材料可分为,普通玻璃,和,特种玻璃,两大类。,普通玻璃是指采用天然原料，能够大规模生产的玻璃。,普通玻璃包括日用玻璃、建筑玻璃、微晶玻璃、光学玻璃,和玻璃纤维等。,传统的无机非金属材料之二：玻璃 玻璃是由熔体过冷,特种玻璃（亦称为新型玻璃）是指采用精制、高,纯或新型原料，通过新工艺在特殊条件,下或严格控制,形成过程制成的一些具有特殊功能或特殊用途的玻璃。,特种玻璃包括,SiO,2,含量在,85%,以上或,55%,以下的硅,酸盐玻璃、非硅酸盐氧化物玻璃（硼酸盐、磷酸盐、,锗酸盐、碲酸盐、铝酸盐及氧氮玻璃、氧碳玻璃等）、,金属玻璃等）以及光学纤维等。,根据用途不同，特种玻璃分为防辐射玻璃、激光玻,璃、生物玻璃、多孔玻璃、非线性光学玻璃和光纤玻,非氧化物玻璃（卤化物、氮化物、硫化物、硫卤化物、,璃等。,特种玻璃（亦称为新型玻璃）是指采用精制、高纯或新,传统的无机非金属材料之三：水泥,水泥是指加入适量,水后可成塑性浆体，既能,在空气中硬化又能在水中,硬化，并能够将砂、石等,材料牢固地胶结在一起的,细粉状水硬性材料。,传统的无机非金属材料之三：水泥 水泥是指加入适量,水泥的种类很多，按其用途和性能可,分为：通用水泥、专用水泥和特性水泥三大,类；按其所含的主要水硬性矿物，水泥又可,分为硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水,泥、氟铝酸盐水泥以及以工业废渣和地方材,料为主要组分的水泥。目前水泥品种已达一,百多种。,水泥的种类很多，按其用途和性能可分,?,通用水泥,为大量土木工程所使用的一般用途的,水泥，如硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣,硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅,酸盐水泥和复合硅酸盐水泥等。,?,专用水泥,指有专门用途的水泥，如油井水泥、,砌筑水泥等。,?,特性水泥,则是某种性能比较突出的一类水泥，,如快硬硅酸盐水泥、抗硫酸盐硅酸盐水泥、中,热硅酸盐水泥、膨胀硫铝酸盐水泥、自应力铝,酸盐水泥等。,?通用水泥为大量土木工程所使用的一般用途的水泥，如硅酸盐水泥,传统的无机非金属材料之四：耐火材料,耐火材料是指耐火度不低于,1580,的无机非,金属材料。它是为高温技术服务的基础材料。尽,管各国对其定义不同，但基本含义是相同的，即,耐火材料是用作高温窑炉等热工设备的结构材料，,以及用作工业高温容器和部件的材料，并能承受,相应的物理化学变化及机械作用。,大部分耐火材料是以天然矿石（如耐火粘土、,硅石、菱镁矿、白云母等）为原料制造的。,传统的无机非金属材料之四：耐火材料 耐火材料,3.,有机高分子材料（高聚物）,高聚物是由一种或几种简单低,分子化合物经聚合而组成的分子量,很大的化合物。高聚物的种类繁多，,性能各异，其分类的方法多种多样。,按高分子材料,来源,分为天然高分子,材料和合成高分子材料；按材料的,性能和用途,可将高聚物分为橡胶、,纤维、塑料和胶粘剂等。,3.有机高分子材料（高聚物）高聚物,4.,复合材料,复合材料是由两种或两种以上化学性质或组织结构不,同的材料组合而成。复合材料是多相材料，主要包括基本,相和增强相。基体相是一种连续相材料，它把改善性能的,增强相材料固结成一体，并起传递应力的作用；增强相起,承受应力（结构复合材料）和显示功能（功能复合材料）,的作用。复合材料既能保持原组成材料的重要特色，又通,过复合效应使各组分的性能互相补充，获得原组分不具备,的许多优良性能。,4.复合材料 复合材料是由两种或两种以上化学性,复合材料的种类繁多，目前还没有统,一的分类方法，下面根据复合材料的三要素,来分类。按,基体材料,分类，有金属基复合材,料，陶瓷基复合材料，水泥、混凝土基复合,材料，塑料基复合材料，橡胶基复合材料等；,按,增强剂形状,可分为粒子、纤维及层状复合,材料；依据复合材料的性能可分为结构复合,材料和功能复合材料。,复合材料的种类繁多，目前还没有统一的分类方法，下,0.1.2,根据材料的性能分类,根据材料在外场作用下其性质或性能,对外场的响应不同，材料可分为,结构材,料,和,功能材料,。,0.1.2 根据材料的性能分类 根据材料,?,结构材料,是指具有抵抗外场作用而保持自己,的形状、结构不变的优良力学性能（强度和,韧性等），用于结构目的的材料。这种材料,通常用来制造工具、机械、车辆和修建房屋、,桥梁、铁路等。是人们熟悉的机械制造材料、,建筑材料，包括结构钢、工具钢、铸铁、普,通陶瓷、耐火材料、工程塑料等传统的结构,材料（一般结构材料）以及高温合金、结构,陶瓷等高级结构材料。,?结构材料是指具有抵抗外场作用而保持自己的形状、结构不变,?,功能材料,是具有优良的电学、磁学、光,学、热学、声学、力学、化学和生物学,功能及其相互转化的功能，被用于非