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1、材料化学第一章上 绪论,陈玉梅 联系方式：15093713080 邮件地址：,1.1 材料科学发展概况,1.1.1 材料发展简史：,材料的发现、发展和应用是人类文明的标志。,材料的品种、质量和产量，是直接衡量一个国家的科技和经济发展水平的重要标志之一。,新石器时期 马家窑式水纹彩陶钵,新石器时期 半山式菱形点纹壶,Pottery,Table 1-1 Distinguish between the Paleolithic Period and the Neolithic Age,Materials Wood Stone Bone Pottery ,the Paleolithic Period,t
2、he Neolithic Age,青铜时代,Cu Sn Pb Zn,含锡量2/5 硬度高 制造刀斧,第一个合金材料：铜锡合金（青铜）,含锡量1/6 韧性好 制造钟鼎,结构与性能的关系,中国古铜镜,战国青铜编钟,Iron Age,炼铁过程的化学,依含碳量 和杂质多少,铁和碳的合金,铸铁,锻铁,钢铁,信息时代：,航天材料,1.1.2 材料发展过程,材料定义：是指那些在一定工作条件下满足其使用要求的形态和物理性能的物质。,材料的发展在一定程度上 带来生产关系的变革,第一代 天然材料,石头是人类采用的第一种材料，人类历史的最早时期因此而被命名为“石器时代”。公元前10万年前左右，原始人采用天然的石、木
3、、竹、骨等材料作为渔猎工具。由于生产技术水平很低，人类使用的材料只能是石头、树木、竹、草、甲骨、羽毛、兽皮、泥土等天然材料。,第二代 烧炼材料,火的发现,蒸汽机,第三代 合成材料,二战后，材料的要求：质量轻、强度高、价格低等。,具有优异性能的工程塑料、合成纤维、合成橡胶应运而生，涂料和胶粘剂等合成材料都得到相应的发展和应用。,合成高分子材料： l907年第一个小型酚醛树脂厂建立。 1927年左右第一个热塑性聚氯乙烯塑料的生产实现了商品化。 1940年到1957年先后研究成功合成橡胶(丁苯、丁脯、氯丁橡胶等)、合成纤维(尼龙66、衷丙烯腊、衷酯等)以及低压聚乙烯、聚四氛乙烯(塑料王)等。,合成高
4、分子材料的生产和应用，是材料发展中的重大突破。从此，以金属材料、陶瓷材料和合成高分子材料为主体，建立了完整的材料体系，形成了材料科学。,1970一1980年工程塑料、高分子合金、功能高分子材料大规模地生产和应用，使材料科学进一步发展。,第四代 设计型材料,所谓设计型材料，即化学家和材料科学家采用新的物理、化学方法，根据实际需要设计出具有特殊性能的材料例如近代出现的金属陶瓷、铝塑薄膜等高强度、高模量、耐高温、低密度的先进复合材料。,通过材料设计或分子设计得到的先进复合材料促进了航空、航天等高技术的发展，被公认为是当代科学技术中的重大关键技术。,进入20世纪80年代以后，各国在在生物技术、信息技术
5、、空间技术、能源技术、海洋技术等领域展开竞争。新材料的开发本身就成为一种高技术，可称为新材料技术，其标志是材料设计或分子设计。,第五代 智能材料,智能材料，其性能随着时间和空间条件的变化而变化。它能适应环境，接受外界环境的调节，而且不需要通过计算机和电子技术，仅依靠材料自身的性质来实现自我调节、自我诊断、自我复原。这显然是按照崭新概念制造出来的材料，例如变色镜、PTC(正温度系数)热敏陶瓷、加热电阻和形状记忆合金等都属于智能材料。,在材料发展过程中，上述“五代材料”，并非新旧交替的，而是长期并存的，它们共同在 生产、生活、科研的各个领域发挥着各自的作用，并不断发展。,1.1.3 材料研究开发进
6、展,所谓新材料，主要是指最近发展或正在发展之中的具有比传统材料性能更优异的一类材料。新材料的发展与一个国家的经济活力、军事实力和科技水平都有着十分密切的。,高分子材料（结构高分子、功能高分子） 陶瓷材料 高温材料（如氮化硅）、电子材料（各种铁电和铁弹性 材料）、超导体（铜酸盐）、玻璃、玻璃陶瓷。 电子材料（半导体材料、超导体、电子学方面的分子材料。 催化剂和吸附剂 其他新型材料 超硬材料（金刚石）、金刚石膜、传感器材料、新结合剂。,1.2 材料的分类,按化学属性分类,Classification,功能材料的分类,（1）力学性能 （2）化学功能 （3）物理化学功能 （4）生物化学材料,1.3 材
7、料化学与材料科学,（1）材料的物理性质,内禀性,外赋性,决定于材料的组成，与晶体结构和制备过程无关。,不仅决定于材料的组成和晶体结构，还与材料中晶体尺寸、缺陷、杂质、合成制备和加热过程有关。,（2）材料科学的发展,材料科学的四个基本要素： a. 组成与结构 b. 合成与制备 c. 性质 d. 功能,材料科学的三个重要特性： 学科交叉 密切联系实际 正在发展中的科学,（3）材料化学的兴起和内涵,材料化学的学科内容包括： 采用新技术和工艺方法制备新材料 材料组成和微观结构的表征 材料性能的测试,材料化学是应用化学的重要分支， 也是材料学的重要分支。,（4）新材料研究特点和发展趋势,特点： 设计与合
8、成 少污染 节能 长寿命 再生,发展趋势： 有机无机复合 结构材料功能化,目前我国在材料领域的成果： 人工晶体 超导材料 储氢材料 稀土材料,第一章下 无机材料的结构和性质,2.1 概述 2.2 晶体与非晶体 2.3 晶体的结构与性能 2.4 晶体缺陷及其对性能的影响 2.5 非晶态材料的结构与性能 2.6 材料结构的表征,2.1 概述,组成材料最基本、独立的物质,材料中具有同一化学成分且结构相同的均匀部分,材料内部的亚微观、微观形貌,相,组元,组织,2.2 晶体与非晶体2.2.1 结构和特点-2.2.1.1晶体和非晶体的结构特点,晶体和非晶体结构示意图,晶体和非晶体比较-XRD图比较,X-射
9、线衍射图（XRD）,晶体的XRD峰较窄，非晶态的XRD峰逐渐宽化,晶体和非晶体比较-形态变化,此方法可区别晶体与非晶体,2.2.1.2单晶和多晶体比较,晶界,小角度晶界-相邻晶粒的位向差小于10的晶界；亚晶界均属小角度晶界，一般小于2 大角度晶界-相邻晶粒的位向差大于10的晶界，多晶体中90以上的晶界属于此类。,晶界的特点,晶界处点阵畸变大，存在晶界能。 晶界处原子排列不规则，在常温下晶界的存在会对位错的运动 起阻碍作用，致使塑性变形抗力提高，宏观表现为晶界较晶内 具有较高的强度和硬度。 晶界处原子偏离平衡位置，具有较高的动能，并且晶界处存在较多的缺陷如空穴、杂质原子和位错等，故晶界处原子的扩散速度比在晶内快得多。 在固态相变过程中,由于晶界能量较高且原子活动能力较大,所以新相易于在晶界处优先形核.原始晶粒越细,晶界越多,则新相形核率也相应越高 。 由于成分偏析和内吸附现象，特别是晶界富集杂质原子的情况下，往往晶界熔点较低。 由于晶界能量较高、原子处于不稳定状态，以及晶界富集杂质原子的缘故，与晶内相比晶界的腐蚀速度一般较快,思考题：,晶态和非晶态怎样之间的转变？ 从晶界的角度分析晶粒大小对晶体材料的影响？,
