材科科学基础大纲.pdf

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1、绪论1.课程性质：技术基础课。2.课程任务：(1)研究材料的成份、组织结构、性能及三者间的关系。(2)掌握有关工程材料的基本理论和知识，训练用所学理论分析实际问题的方法和思路。(3)初步掌握材料的科学实验方法和有关的实验技术;3.材料的四大家族①金属材料：综合性能等。②陶瓷材料：高温、稳定性能等。③高分子材料；耐腐蚀等特殊性能。④复合材料：1＋1大于2。4.决定材料性能的最根本的因素是什么?它们是：组成材料的各元素的原子结构，原子间的相互作用、相互结合，原子或分子在空间的排列分布和运动规律以及原子集合体的形貌特征等。使用性能举例见课件固有性能加工工艺成分组

2、织结构5.材料科学研究材料的成分、组织结构、加工工艺与性能之间关系的科学。6.学习材料科学的意义：(1)材料的发展与人类社会的发展紧密联系人类使用材料的七个时代：公元前10万年：石器时代公元前3000年：青铜器时代公元前1000年：铁器时代公元0年：水泥时代1800年：钢时代1950年：硅时代1990年：新材料时代新材料：结构与功能陶瓷、金属基复合材料、金属间的化合物与轻金属、纳1米材料、薄膜及生物材料、信息材料(2)材料、信息和能源是现代科技的三大支柱①信息与材料：信息获取（传感器：化合物）－信息传递（光纤：无机、有机材料）－信息贮存（金属与合金）－信息

3、显示（用于液晶显示的非晶硅、有机液晶材料）－信息处理（处理器芯片硅－锗）。②能源与材料：贮氢材料（钛锰及稀土类合金）、太阳能电池材料（硅、合金、化合物）、核能用材料（锆合金等）。③航空航天材料：发动机（高温合金，金属基复合材料，陶瓷与陶瓷基复合材料）、汽轮机部件（纤维增强金属基复合材料、陶瓷基复合材料）、火箭喷嘴（难熔金属）等。④人与材料：金属、无机、高分子及其复合材料。第一章材料中的原子排列材料的性能取决于内部结构原子结构原子键合原子排列显微组织包括晶体非晶体包括规则排列不规则排列第一节原子的结合方式1原子结构•原子：原子核、电子•原子的电子排列原子核外

4、电子分布服从基本原理：(1)泡利不相容原理(2)最低能量原理22原子结合键结合键：是指原子结合形成分子或固体时，原子间产生的相互作用力，称为结合力，也叫结合键。结合键分类V一次键（化学键）：金属键、共价键、离子键。V二次键（物理键）：分子键和氢键。（1）离子键与离子晶体原子结合：电子转移，结合力大，无方向性和饱和性；离子晶体；硬度高，脆性大，熔点高、导电性差。如氧化物陶瓷。（2）共价键与原子晶体原子结合：电子共用，结合力大，有方向性和饱和性；原子晶体：强度高、硬度高（金刚石）、熔点高、脆性大、导电性差。如高分子材料。（3）金属键与金属晶体各种结合键对原子结

5、合：电子逸出共有，结合力较大，无方向性和饱和性；比见课件表格金属晶体：导电性、导热性、延展性好，熔点较高。如金属。金属键：依靠正离子与构成电子气的自由电子之间的静电引力而使诸原子结合到一起的方式。（4）分子键与分子晶体原子结合：电子云偏移，结合力很小，无方向性和饱和性。分子晶体：熔点低，硬度低。如高分子材料。氢键：（离子结合）X-H---Y（氢键结合），有方向性，如O-H—O（5）混合键。如复合材料。3.工程材料的分类3第二节原子的规则排列一晶体学基础固体物质：晶体：规则排列，长程有序，有确定的熔点，各向异性非晶体：不规则排列，长程无序，无确定的熔点，各向

6、同性1空间点阵与晶体结构（1）空间点阵：由几何点做周期性的规则排列所形成的三维阵列。图1-5特征：a原子的理想排列；b有14种。其中：空间点阵中的点－阵点。它是纯粹的几何点，各点周围环境相同。描述晶体中原子排列规律的空间格架称之为晶格。区分空间点阵空间点阵中最小的几何单元称之为晶胞。与晶体结构（2）晶体结构：原子、离子或原子团按照空间点阵的实际排列。特征：a可能存在局部缺陷；b可有无限多种。2晶胞图1－6（1）晶胞：构成空间点阵的最基本单元。（2）选取原则：a能够充分反映空间点阵的对称性；b相等的棱和角的数目最多；c具有尽可能多的直角；d体积尽量小（不一定

7、最小）。（3）形状和大小点阵常数或晶格常数：有三个棱边的长度a,b,c及其夹角α,β,γ表示。（4）晶胞中点的位置表示（坐标法）。3布拉菲点阵法国晶体学家：Bravais，1850年用数学方法推导，14种点阵分属7个晶系。见课件图44晶向指数与晶面指数晶向：空间点阵中各阵点列的方向。晶面：通过空间点阵中任意一组阵点的平面。国际上通用米勒指数标定晶向和晶面。（1）晶向指数的标定a建立坐标系。确定原点（阵点）、坐标轴和度量单位（棱边）。b求坐标。u’,v’,w’。c化整数。u,v,w.d加[]。[uvw]。说明：a指数意义：代表相互平行、方向一致的所有晶向。b

8、负值：标于数字上方，表示同一晶向的相反方向。c晶向族：晶体中原子排