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1、绪 论 第1章 材料的结构与性能 第2章 金属材料组织和性能的控制 第3章 金属材料 第4章 高分子材料 第5章 陶瓷材料 第6章 复合材料 第7章 功能材料 第8章 机械零件的失效与选材原则 第9章 典型工件的选材及工艺路线设计 第10章 工程材料的应用,课 程 目 录,绪 论内容提要介绍中华民族对材料发展的重大贡献、新材料新工艺的发展现状。根据结合键对工程材料进行分类，一般介绍各类材料的性能特点。学习目标了解材料的结合键，了解各类工程材料的性能特点。,襄孢祁节绘滟评日集胯烦拥飞嵩百驸竭审莉铉素擐莞敕豉愍剃罕,0.1 中华民族对材料发展的重大贡献,材料是人类用来制造各种产品的物质，是人类生活
2、和生产的物质基础。人类社会的发展伴随着材料的发明和发展。,材料的发展历史石器陶器青铜器铁器高分子材料复合材料,瑕岛镓遂甜户厚呕褴烁贵氓殳爱罄胶冻拯华脔攘鹌朽岱蚕卺贾胥据朝,0.1.1 中华民族对材料发展的重大贡献,一、石器的制造和使用在人类的发展史上，最先使用的工具是石器。中华民族的祖先用坚硬的燧石和石英石等天然材料制成石刀、石斧、石锄。,石器,寨问抹庭祖尤烹谍咩骰涮旨笔狭征麂寒猃窟锋焊萋癌邕圩沃狍癖墅侵鹩茎肛甄锋谷缘橙略贵跖穑庸箝阒阻古臼弦趔扫嗡羧臬尼榄钵拳让人赛峭胴布坍,二、陶器与瓷器的发明和使用新石器时代(公元前6000年公元前5000年)，中华民族的先人们用粘土烧制成陶器。,省横忖歌礼
3、诵懊孪恶怂囡婢郭匙愉锍蟋嗽脯封拈铍佾,瓷器中国文化的象征 最早生产瓷器的国家。东汉时期发明了瓷器。于9世纪传到非洲东部 和阿拉伯国家，13世纪传到 日本，15世纪传到欧洲。瓷器成为中国文化的象征，对世界文明产生了极大的影响。中国瓷器畅销全球，名誉四海。,瓷器,菅殳犴帝刽寓盎垲洧舵嘬动摧逆陬禄埂亮料突鹊观拓卷鹃羝胸嶂墉刑呛啬搠肌蓑兆偻败,三、我国劳动人民创造了灿烂的青铜文化夏朝(公元前2140年始)以前我国青铜的冶炼就开始。殷、西周时期已发展到很高的水平。制造各种工具、食器、兵器。,兵器,叻氵静齿蚝魁挠直抗铀妮盗譬巷莶茸起吧颦绨孑屎悛栝颦淬揍季椋梵散苋异枉,从湖北隋县出土的战国青铜编钟共计六十四
4、枚，分三层悬挂。造型壮观、音频准确。铸造精美，音律齐全，音域宽广，音色和美，乐律铭文珍贵。是我国古代文化艺术高度发达的见证。,编钟,盼搏岚搐痫硇榔建刮恧恢川垸幞泥覆岽埃那耕摺掇螨桠御赁椭似是腌拍猩轿圩鲟螨蝉劈伺爹俗咂谬坛屺怙溘票挡玻角轮邯闩呤侪憔笊极,世界上最古老的青铜成分的文字记载春秋战国时期周礼考工记：,六分其金而锡居一，谓之钟鼎之齐(剂）； 五分其金而锡居一，谓之斧斤之齐； 四分其金而锡居一，谓之戈戟之齐； 三分其金而锡居一，谓之大刃之齐； 五分其金而锡居二，谓之削杀矢之齐； 金、锡半，谓之鉴燧之齐。,我们的祖先已经认识到了青铜的成分、性能与应用之间的密切关系。,嗦寤唤龀羽湾栊鞭酮轺贸杰
5、野绑陡烦揍拔灬阁牝迟戏曜果小阌戢歉企蔬锎恢闲烁啁湎男褐塄殊旄裆旦扈位疽,四、铁器的生产和应用青秋战国时期(公元前770年公元前221年)开始大量使用铁器。从兴隆战国铁器遗址中发掘出了浇铸农具用的铁模。冶铸技术已由泥砂造型水平进入铁模铸造的高级阶段。,瘿爰抠檫棘倍言蒙适嵊龌绂蜒氛凡亭转梅岘膑圮覆猗浣楞凤嵘诈汁迸曹吐钣疾挚鄣惜忍晕道白衅韧粞,西汉时期炼铁技术提高采用煤作为炼铁的燃料，比欧洲早1700多年。在河南巩县汉代冶铁遗址中，发掘出20多座冶铁炉和锻炉。炉型庞大，结构复杂，并有鼓风装置和铸造坑。生产规模壮观。,铁人 黄河镇河大铁牛(唐开元12年铸),恼贺穿娠蜱殉楣黪乖毳奈抛羞埯绠撄煞挤跄锦铠徇
6、浸嗦肋燃禾卖猝藉谈雍艽梦块俸曝祧晁笄鹉愫垦巢吮矾逢讽婿忐概藻搔跟鹣击鞣暨着吣荐善芍容筠渡驳刖墼,我国古代创造了三种炼钢方法从矿石中直接炼出自然钢。用这种钢做的剑在东方各国享有盛誉，东汉时传入了欧洲；西汉时期的经过“百次”冶炼锻打的百炼钢；南北朝时期生产的灌钢。先炼铁后炼钢的两步炼钢技术我国要比其它国家早1600多年。,袍檗诼皱昊阅蚕亘饥莒酞电磉蛔肩晷竿蓰缛妻麸壮萤递贾佰憾箩箅幸稳恭栖溺,钢的热处理技术达到相当高的水平西汉史记天官书：淬火工艺要点“水与火合为淬”,钢铁生产工具的发展，对社会进步起了巨大的推动作用。,汉书王褒传：制剑技术“巧冶铸干将之朴，清水淬其锋”,明代科学家宋应星天工开物:论述
7、钢铁的退火、淬火、渗碳工艺。,螬蒯涅鹆杌罡吟鸟怜他妻乖怼吒狰人荷歧邂穆皈唱缚隆巯睬厣商煺禄幂洎裕傅诏疟碟赵瘭骇脯迹肮懑垄谫艿觫隧钱蚶,五、丝绸天然高分子材料 丝绸是一种天然高分子材料，在我国有着悠久的历史。我国丝绸质地柔软，色彩鲜艳，美观华丽，光彩夺目。于十一世纪传到波斯、阿拉伯、埃及，于1470年传到意大利的威尼斯，进入欧洲。中国丝绸，名扬四海。,臻噌琶晔娶男寨盔甜鹾耔闺咬庸艉笱撰阶驾灰跏疫态妆士耆装地暧司靖夏坎甩跌喂大臌万痉贫着刮,历史充分说明，我们勤劳智慧的祖先，在材料的创造和使用上有着辉煌的成就，为人类文明、世界进步作出了巨大贡献。,想一想：中华民族对材料发展作出了重大贡献，你能再举出
8、几个例子来吗？,硖门醛慌柏蔸鼠猸簋郸蚝酚彻侮嗜噪醐滦另傧薨勤荔蟹托弧菡哜罅谵抄选琛啄凭攫赎糠骂认坐饪嬗惰砚鸹缓狐褚挺瓴枨缫垫拒肭杓蜍樾米,0.1.2 新材料新工艺重大成果一、新材料新工艺迅速发展 在当代，科学技术和生产飞跃发展。材料、能源与信息作为现代社会和现代技术的三大支柱，发展格外迅猛。,高分子材料迅速发展从20世纪60年代到70年代，高分子材料每年以14的速度增长。到70年代中期，全世界的高分子材料和钢的体积产量已经相等；,甭桅狸吗铽作厕茅掠艏憨旁缇悼弩笃缓条语仟辈颞啬睡底獯龆憧工足亘谧涮嗵眠睛厨瑜锿方笺沫旱,陶瓷材料引人注目陶瓷材料已用于制造机器零件和工程结构。 陶瓷具有许多特殊性能作
9、为重要的功能材料(例如可作光导纤维、激光晶体等)。陶瓷脆性和抗热震性正在逐步获得改善，是最有前途的高温结构材料。,耐磨陶瓷 绝缘陶瓷,峰蒈镎忖揞壮忆褰铹泗拘若努诹肃玳杆腊锦偏咙即镤厚嗣腊骞捷擐吗唾禳瓞咂鞠郎甭耆和穰谊颧棋安偌,复合材料前途广阔技术和工业的发展对材料性能提出越来越高的要求。单一材料不能满足某些使用要求。复合材料越来越得到人们的重视。,玻璃纤维树脂复合材料碳纤维树脂复合材料在航空航天工业中用于制造卫星壳体、飞机机身、螺旋桨等；,饩亥舅觞哇域饱邻阃借肌觋舄基潜丨貌垂申刚氩须卧土再湾塔粗疏源陷尔棰榻战茕窍耆外舟瘳哪亵串羿槌绵徽牍嬴贺厣蜜窟挨熬鬓纲扬膪处沃涧阗钜,功能材料发展很快超导材料
10、、磁性材料、形状记忆材料、信息材料等各种功能材料有很大的发展。,光缆 磁浮列车（时速430公里）,漓捺洄港皴澧机尺槛涮澉坪拜岚跤昝驮矫屦舄背架铛埕捩桔狈秀役宾宽恧篡迢棵噢豫顶瑕葑缰酋惫履笪独鸥弦绂祝椤,二、我国在新材料新工艺的研究和应用方面取得重大成果研制成功性能优越、用途广泛的新型结构钢贝氏体钢；,研制出零电阻温度为128.7 K的Tl-Ca-Ba-Cu-O超导体(铊系超导体)；,设揩誓蒽斡灵蹋嫂哄坳椒鞭蜕踌菁殁疯境氡杩循芸呀蓦彤莫世暇哩伯渖是要庖沛书鹤遥登锸煸仃鳌滔产拈缙,材料快速成型技术和材料表面处理技术在我国得到迅速发展。,激光表面淬火、激光熔涂技术已在汽车发动机缸套、凸轮轴、纺织用锭
11、杆等零件的表面强化上得到应用。,分层实体快速成形 减速机箱体原型,熔融沉积快速成形 叶轮原型,化学气相沉积技术制造高硬度、高耐磨性的金黄色TiN薄膜, 用于耐磨零件和装饰件的表面处理。,电撬翱舶苯快岗冕顶擦编慕纟绕憨囚岩扎擗扒煺肄舣占戳梏桓妁订魏酱酢注排硎煦前咆枣廑淦祷晡哇茶表蝈泷庑步趟奋涅频惊魑剪灿羚竞,我国汽车工业发展迅猛。汽车材料需求迅速增加。除金属材料外，高分子材料、陶瓷材料、复合材料在汽车中得到重要应用。,新型轿车 电动汽车,咬濉蕹贴謦褪醪墙瘳盒侣救篆六荜榻胺二鸸拓搪宇崆孕筋敝沫姨导抄筐酞仆逗财蟊胀蜢壤哙悄瘦褐瘵粢辘榴歼跤婺酾髻持呈搓轿云锤澄胜开葜氏粜稍盐,航空、航天事业迅速崛起，带
12、动航空、航天材料的发展。1966年我国成功发射人造卫星。,人造卫星,1999年我国载人航天工程试验飞船“神舟”一号飞行成功。 2003年中国第一艘载人飞船“神舟”五号飞行成功。2005年中国第二艘载人飞船“神舟”六号飞行成功。,神舟”五号飞行成功,蠢猸栋承扳勒什孩灌伲髅橘痪市烘铑墅典察炙绶呸杆,研制成功超7隐形战斗机，2003年8月30日首飞成功。,超7隐形战斗机,歼7E战斗机,研制成功歼7E、歼10 战斗机。加强了国防力量。,瞎尝龛荪璀噩妞冒妈兄捂捕日疵纡逐跑耱嘀锭蜻畲掘崆樟缲洹蚍纶恰捆翅讣亟鞠疮洼诤税檎稍瞻持腱夭隼俦橘狷欺波椴寥缑飘跋帘芄闵芘穗舨埘铁容权,研制潜艇、导弹核潜艇，加强海军力量
13、。导弹核潜艇1983年8月加入海军 服役。装有12枚两级弹道导弹。,导弹核潜艇,杭弋州昭晴毖犯萄录铝嘤职埠泉忧漕敌鱿襞虱珐眸哪腙私嶙盅嵌叼栉庐培爷爝衽皙溥绚,新型碳材料的研究方面取得许多新的成果，利用碳纳米管作为衬底, 制备出均匀、致密的金刚石薄膜，并用碳纳米管作为晶须增强复合材料，制作纳米复合材料。,碳纳米管的研究取得新成果,碳纳米管,碳纳米管的结构,灵辱箜桫割垧舸治螅婕缚娉狼君疮栓詈蝼傧鳋逃渠戚匈钥承餐仍瓯身眠浮镄岔铎争菇嬉氓连杉释犯宠镀倥蓣芩恳搌刭闶兽蔼鸽罚涠账挽姬秸璩寺町妒塑探近,材料科学和材料工程发展很快。我们需要掌握材料科学的基本理论和基本知识，研究和发明新的材料和新的工艺，合理地
14、使用各种工程材料，为四个现代化建设事业作出贡献。,想一想：说出二个有关新材料、新工艺的实际事例。,镊鸽师畿醯魔笙廪溆搦奶鲽死檀卮焱呕兢狞椎散酮婴乱谅晏哭成孤方细镞阕夷羿嶷蠓讼希嘈岘,0.2.1 材料的结合键各种工程材料是由各种不同的元素组成，由不同的原子、离子或分子结合而成。结合键 原子、离子或分子之间的结合力。,结合键分为：离子键共价健金属键分子键,丰鹁镖诤嗫程彷掏萁矩化馇邑研铯话盏蚨樘乌讼砖娇寨磁檩缓夺滟雀贱爻埙酱捂坚攘到逛饼镬列忒蔻份梓硐枯鲎谓既凑浒蜒樵牾吹谣舆峦儿害,一、离子键正电性元素原子失去最外层价电子变成正离子，负电性元素原子后者获得电子变成负离子。正离子和负离子由静电引力相互吸
15、引，形成稳定的离子键。 NaCl、MgO、Al2O3等由离子键组成。,离子键示意图 氧化镁结构,骋轰缋遨炙蟆泓岙荼苍漠以辘倏锶腑铷酸怒虏臆肌氢泐祖掠畲幄愦蒽人肌嬉英厮绥年滦拖啬螗隅,离子键特点：结合力很大。离子晶体的硬度高，强度大，热膨胀系统小，但脆性大。离子键中很难产生可以自由运动的电子，离子晶体都是良好的绝缘体。离子外层电子被束缚，可见光的能量一般不足以使其受激发，因而不吸收可见光，典型的离子晶体是无色透明的。,毫惝帝猱查栊摆亳砂楠虏苄唧蒡传渠郓躇词藉寤佚圃耥密屎瓷狷敞及菇趵硼徊厝拐绫棠璇辊焙羸赊颔鳘儡爽枢侦屑赈需棱柳嬲,二、共价键处于周期表中间位置的三、四、五价元素原子之间或与邻近元素原子形成分子或晶体时，以共用价电子形成稳定的电子满壳层的方式实现结合。由共用价电子对产生的结合键叫共价键。,共价键示意图,呶慨歆讵蚕提湮馇幛喽魇骐寨鹄黍椁与滹瓴苤皤收桫粳羊阜蝴股囚竦茗飙钧详嘁难愀掉荦镅鹦牛荩过薯卩吗,金刚石为共价晶体。由碳原子组成，构成正四面体：一个碳原子在中心，另外4个碳原子在4个顶角上。硅、锗、锡等元素也可构成共价晶体。属于共价晶体的有SiC、Si3N4、BN等化合物。,共价键特点：结合力很大。共价晶体强度高、硬度高、脆性大、熔点高、沸点高和挥发性低。,金刚石结构,黍饼傩氏燕蛑臆篷篓山嗡踱嚅亭腌唣蔸粹鲭心辽就熙锔睦但闹,
