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1、7.1 材料科学发展概况7.2 晶体的基本性质7.3 晶体的对称性和晶系7.4 晶体材料7.5 晶体缺陷,第七章 无机材料,docin/sundae_meng,7.1 材料科学发展概况,7.1.2化学与材料的关系,7.1.1材料发展的历史,7.1.3材料的分类,docin/sundae_meng,石器时代：旧石器时代陶瓷 青铜时代：铜以及青铜 铁器时代：铁 产业革命：以钢铁为中心的金属材料 二战后：金属材料、陶瓷材料和合成高分子材料 20世纪80年代以来：新材料技术,7.1.1材料发展的历史,docin/sundae_meng,7.1.2化学与材料的关系,何谓材料？ 指：人类利用化合物的某些功
2、能来制作物件时用的化学物质。 何谓化学？ 指：在原子、分子水平上研究物质的组成、结构、性能变化以及应用的科学。 结论：化学是材料发展的源泉,docin/sundae_meng,7.1.3材料的分类,按用途 结构材料：利用材料的力学和理、化性质 功能材料：利用材料的热、光、电、磁等性能 按成分和特性 金属材料：黑色金属和有色金属 陶瓷材料：传统陶瓷和特种陶瓷 高分子材料:塑料、合成纤维和合成橡胶 复合材料：多种材料复合组成,docin/sundae_meng,7.2 金属材料,7.2.2钢铁,7.2.1金属键和金属的晶体结构,7.2.3铝合金和铝锂合金,7.2.4新型金属材料,docin/sun
3、dae_meng,7.2.1金属键和金属的晶体结构,金属的特点 金属光泽、传热、导电性和延展性 内部结构 金属键自由电子 金属原子密堆积,docin/sundae_meng,docin/sundae_meng,7.2.2钢铁,地壳中的铁：氧化物、硫化物、碳酸盐,docin/sundae_meng,铁的冶炼 高炉冶炼是把铁矿石还原成生铁的连续生产过程。炉冶炼用的原料主要由铁矿石、燃料（焦炭）和熔剂（石灰石）三部分组成。,docin/sundae_meng,钢铁：铁碳合金体系的总称。 生铁：灰口铁、白口铁、球墨铸铁 纯铁 钢：低碳钢、中碳钢和高碳钢,docin/sundae_meng,金属间隙固溶
4、体： 奥氏体 铁素体 渗碳体 马氏体 合金钢,docin/sundae_meng,7.2.3铝合金和铝锂合金,铝 自然界中含量最多的金属元素 良好的导电、导热性能、优良的延展性 主要作铝合金，用于航空、汽车以及建筑业 铝锂合金 降低密度、提高强度 例如：减轻飞机质量，降低油耗，提高性能。,docin/sundae_meng,7.2.4新型金属材料,形状记忆合金 不可思议的“记忆力”：一般金属材料受到外力作用后，首先发生弹性变形，达到屈服点，就产生塑性变形，压力消除后留下永久变形。但有些材料，在发生了塑性变形后，经过合适的热过程，能够回复到变形前的形状，这种现象叫做形状记忆效应（SME）。具有形
5、状记忆效应的金属一般是由两种以上金属元素组成的合金，称为形状记忆合金（SMA）。 原因：马氏体相变,docin/sundae_meng,记忆合金在航空航天领域内的应用：例如人造卫星上庞大的天线，发射卫星之前，将抛物面天线折叠起来装进卫星体内，人造卫星到预定轨道后只需加温，折叠的卫星天线因具有“记忆”功能而自然展开，恢复抛物面形状 记忆合金在日常生活中的应用：例如记忆合金制成的弹簧，把这种弹簧放在热水中，弹簧的长度立即伸长，再放到冷水中，它会立即恢复原状。利用形状记忆合金弹簧可以控制浴室水管的水温在热水温度过高时通过“记忆”功能，调节或关闭供水管道，避免烫伤,docin/sundae_meng,
6、高温合金 涡轮叶片 镍基和钴基高温合金,docin/sundae_meng,贮氢合金 传统存储和输送氢能源：气态或液体贮存 贮氢合金：利用金属或合金与氢形成氢化物 原理：利用四面体或者八面体空隙 镁系贮氢合金、稀土系、混合稀土、钛系 非晶态合金 金属玻璃,docin/sundae_meng,7.3 无机非金属材料,7.3.2精细陶瓷,7.3.1传统陶瓷,docin/sundae_meng,7.3.1传统陶瓷,传统陶瓷材料的主成分 为硅酸盐，包括天然硅酸 盐和人造硅酸盐 硅酸盐制品性质稳定、 熔点较高、难熔于水，应 用广泛 硅酸盐制品一般以黏土 （高岭土）、石英、长石 为原料,docin/sun
7、dae_meng,7.3.2精细陶瓷,高温结构陶瓷 陶瓷发动机汽车 氮化硅：机械强度高、硬度高、热膨胀系数低、导热好、化学稳定性高。 3Si + 2N2 Si3N4,docin/sundae_meng,透明陶瓷 原理：高纯原料、排除气孔 氧化物透明陶瓷：烧结白刚玉、氧化镁、氧化钇 非氧化物透明陶瓷：砷化镓、硫化锌、硒化锌 制造高压钠灯、防弹汽车的车窗、轰炸机的轰炸瞄准器等,docin/sundae_meng,光导纤维 石英玻璃纤维：高纯度的二氧化硅或者石英玻璃熔融体中，拉出直径为100的细丝 降低光损耗 可制成光缆：质量轻、体积小、结构紧凑、绝缘性能好、寿命长、输送距离长、保密性好、成本低等,
8、docin/sundae_meng,生物陶瓷 器官修复和再造 氧化铝陶瓷：假牙、人工关节等 氧化锆陶瓷：牙根、骨、股关节等 羟基磷灰石：颌骨、耳听骨修复颌人工牙种植等,docin/sundae_meng,超导陶瓷 具有超导性的陶瓷材料。其主要特性是在一定临界温度下电阻为零，即所谓零阻现象 在磁场中其磁感应强度为零，即抗磁现象或称迈斯纳效应（Meissner effect） 分类：低温超导、高温超导,docin/sundae_meng,1973年，铌锗合金，临界超导温度为23.2K 1986年，镧钡铜氧临界超导温度为35K 1987年2月，美国华裔科学家朱经武和中国科学家赵忠贤相继在钇钡铜氧系材
9、料上把临界超导温度提高到90K以上 超导陶瓷在诸如磁悬浮列车、无电阻损耗的输电线路、超导电机、超导探测器、超导天线、悬浮轴承、超导陀螺以及超导计算机等强电和弱电方面有广泛应用前景,docin/sundae_meng,纳米陶瓷 纳米陶瓷材料：在陶瓷材料的显微结构中，晶粒、晶界以及它们之间的结合都处在纳米水平（1100nm），使得材料的强度、韧性和超塑性大幅度提高，克服了工程陶瓷的许多不足并对材料的力、热、电、磁、光等性能产生重要影响，为替代工程陶瓷的应用开拓了新领域,docin/sundae_meng,纳米陶瓷的特性主要在于力学性能方面，包括纳米陶瓷材料的硬度，断裂韧度和低温延展性等。纳米级陶瓷复合材料的力学性能，特别是在高温下使硬度、强度得以较大的提高。有关研究表明，纳米陶瓷具有在较低温度下烧结就能达到致密化的优越性，而且纳米陶瓷出现将有助于解决陶瓷的强化和增韧问题。如果陶瓷材料以纳米晶的形式出现，可观察到通常为脆性的陶瓷可变成延展性的在室温下就允许有大的弹性形变,docin/sundae_meng,
