材料是人类文明课件

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1、 绪论绪论 INTRODUCTION n什么是材料什么是材料? ?p材料与人类文明材料与人类文明p什么是材料科学？什么是材料科学？n0.1 0.1 材料分类材料分类 n0.2 0.2 组成组成- -结构结构- -性质性质- -工艺过程之间的关系工艺过程之间的关系什么是材料? 世界万物，凡于我有用者，皆谓之材料。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、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

2、、社会进步、科息息相关。材料是人类文明、社会进步、科技发展的物质基础。技发展的物质基础。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、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。代表当今时代的特征。

3、 第第一一次次产产业业革革命命的的突突破破口口是是推推广广应应用用蒸蒸汽汽机机 ，但但只只有有在在开开发发了了铁铁和和铜铜等等新新材材料料以以后后，蒸汽机才得以使用并逐步推广。蒸汽机才得以使用并逐步推广。 第第二二次次产产业业革革命命一一直直延延续续到到2020世世纪纪中中叶叶，以以石石油油开开发发和和新新能能源源广广泛泛使使用用为为突突破破口口，大大力力发发展展飞飞机机、汽汽车车和和其其他他工工业业，支支持持这这个个时时期期产产业业革革命命的的仍仍然然是是新新材材料料开开发发。如如合合金金钢钢、铝铝合合金以及各种非金属材料的发展。金以及各种非金属材料的发展。 n 材料是当代文明的三大支柱之一

4、材料是当代文明的三大支柱之一 材料、能源、信息材料、能源、信息是当代社会文明和国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。学技术发展的物质基础和技术先导。n 材料是全球新技术革命的材料是全球新技术革命的四大标志四大标志之一之一（新材料技术、新能源技术、信息技术、新材料技术、新能源技术、信息技术、生物技术生物技术）。）。什么是材料科学？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、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热力学、动力学、量子

5、力学、冶金、化工为理论基础的边缘交叉基础应用学科，它运用电子显微镜缘交叉基础应用学科，它运用电子显微镜、X-X-射线衍射、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、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。性的一门学科。 材料科学基础课程的教学内容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材料科学基础课程是材料科学与工程专业的重要

6、的学科基础课之一，主要介绍材料科学中的共性规律，的学科基础课之一，主要介绍材料科学中的共性规律，即材料的组成即材料的组成- -形成（工艺）条件形成（工艺）条件- -结构结构- -性能性能- -材料用材料用途之间相互关系及制约规律。内容主要包括：材料种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与界面、相图、扩散、相变、固相反应及烧结等基础知识。知识。 0.1 0.1 材料分类材料分类n0.1.10.1.1 材料按化学组成（或基本组成）分类材料按化学组成（或

7、基本组成）分类n0.1.2 0.1.2 根据材料的性能分类根据材料的性能分类 n0.1.3 0.1.3 材料按服役的领域来分类材料按服役的领域来分类 n0.1.4 0.1.4 材料按结晶状态分类材料按结晶状态分类n0.1.5 0.1.5 材料按材料的尺寸分类材料按材料的尺寸分类 n 按按物理性质物理性质可分为：导电材料、绝缘材料、半可分为：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、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。高温材料、超硬材料等。n 按按物理效应物理效应分为：压电材料、热电材料、铁电分为：压电材料、热电材料、铁电材料、非线性光学材料、磁

8、光材料、电光材料、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。声光材料、激光材料等。n 按按用途用途分为：电子材料、电工材料、光学材料、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。筑材料、结构材料、包装材料等。 0.1.1 按化学组成（或基本组成）分类1. 1. 金属材料金属材料2. 2. 无机非金属材料无机非金属材料3. 3. 高分子材料（聚合物）高分子材料（聚合物）4. 4. 复合材料复合材料1.1.金属材料金属材料 金属材料是由化学元素金属材料是由化学元素周期表中

9、的金属元素组成的周期表中的金属元素组成的材料。可分为由一种金属元材料。可分为由一种金属元素构成的单质（纯金属）；素构成的单质（纯金属）；由两种或两种以上的金属元由两种或两种以上的金属元素或金属与非金属元素构成素或金属与非金属元素构成的合金。合金又可分为固溶的合金。合金又可分为固溶体和金属间化合物。体和金属间化合物。2. 2. 无机非金属材料无机非金属材料 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

10、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。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。非金属材料两大类。 传传统统的的无无机机非非金金属属材材料料主主要要是是指指由由SiOSiO2 2及及其其硅硅酸酸盐盐化化合合物

11、物为为主主要要成成分分制制成成的的材材料料，包包括括陶陶瓷瓷、玻玻璃璃、水水泥泥和和耐耐火火材材料料等等。此此外外，搪搪瓷瓷、磨磨料料、铸铸石石（辉辉绿绿岩岩、玄玄武武岩岩等等）、碳碳素素材材料料、非非金金属属矿矿（石石棉棉、云云母母、大大理理石石等等）也也属属于于传传统统的的无机非金属材料。无机非金属材料。 先进（或新型）无机非金属材料先进（或新型）无机非金属材料是用氧是用氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硫化物、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、先进工艺制成的材料。主要包括先

12、进陶瓷、非晶态材料、人工晶体、无机涂层、无机纤非晶态材料、人工晶体、无机涂层、无机纤维等。维等。传统的无机非金属材料之一：陶瓷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，陶瓷按其概念和用途不同，可分为两大类，即可分为两大类，即普通陶瓷普通陶瓷和和特种陶瓷特种陶瓷。 根据陶瓷坯体结构及其基根据陶瓷坯体结构及其基本物理性能的差异，陶瓷制本物理性能的差异，陶瓷制品可分为品可分为陶器陶器和和瓷器瓷器。 n 普通陶瓷普通陶瓷即传统陶瓷，是指以粘土为主即传统陶瓷，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练、成型、煅烧等

13、过程而制成的各种制品。包括日用陶瓷、卫生陶瓷、建筑陶品。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、化工陶瓷、电瓷以及其它工业用陶瓷。瓷。n特种陶瓷特种陶瓷是用于各种现代工业及尖端科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、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

14、瓷材料。能、核功能及其它功能的陶瓷材料。 常见高温结构陶瓷包括：高熔点氧化物、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。碳化物、硼化物、氮化物、硅化物。 功能陶瓷包括功能陶瓷包括: :装置瓷（即电绝缘瓷）、电装置瓷（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、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）、导热陶瓷、低膨胀陶瓷、红外辐射陶瓷等）、化学功能陶瓷（多孔

15、陶瓷载体等）、生物功能化学功能陶瓷（多孔陶瓷载体等）、生物功能陶瓷等。陶瓷等。n根据陶瓷坯体结构及其基本物理性能的差异，根据陶瓷坯体结构及其基本物理性能的差异，陶瓷制品可分为陶瓷制品可分为陶器陶器和和瓷器瓷器。陶器包括粗陶。陶器包括粗陶器、普陶器和细陶器。陶器的坯体结构较疏器、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。无光，没有半透明性，断面成面状或贝壳状。传统的无机非金属材料之二：玻璃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。根据其形成玻璃是由熔体过冷所制得的

16、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，其网络形成剂分为玻璃等，其网络形成剂分为SiOSiO2 2、B B2 2O O3 3和和P P2 2O O5 5。习惯上玻璃习惯上玻璃态材料可分为态材料可分为普通玻璃普通玻璃和和特种玻璃特种玻璃两大类。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。和玻璃纤维等。 特特种种玻玻璃璃（亦亦称称为为新新型型玻玻璃璃）是是指指采采用用精精制制、高高纯纯或或新新型型原原料料，通通过过新新工工艺艺在在特特殊殊条条件件下下或或严严格格控控制制形形成过程制成的一些具有特殊功能或特殊用途的玻璃。成过程制成的一些具有特殊功能或特殊用途的玻璃。 特特种种玻玻璃璃包包括括SiOSiO2 2含含量量在在85%85%以以上上或或55%55%以以下下的的硅硅酸酸盐盐玻玻璃璃、非非硅硅酸酸盐盐氧氧化化物物玻玻璃璃（硼硼