武汉理工大学材料科学基础课件(全套）.pdf

绪论—材料引言  什么是材料?  材料与人类文明  什么是材料科学？  0.1 材料分类  0.2 组成-结构-性质-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。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、 社会进步、科技发展的物质基础。 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 用一种材料来代表当今时代的特征。 第一次产业革命的突破口是推广应用蒸汽机 ， 但只有在开发了铁和铜等新材料以后，蒸汽机才得 以使用并逐步推广。 第二次产业革命一直延续到20世纪中叶，以石 油开发和新能源广泛使用为突破口，大力发展飞机、 汽车和其他工业，支持这个时期产业革命的仍然是 新材料开发。如合金钢、铝合金以及各种非金属材 料的发展。  材料是当代文明的三大支柱之一 材料、能源、信息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学技术发展 的物质基础和技术先导。  材料是全球新技术革命的四大标志之一（新 材料技术、新能源技术、信息技术、生物技 术）。 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、 热力学、动力学、量子力学、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、X-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 材料科学基础课程是材料科学与工程专业的重要的学科 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-形成（工艺）条件-结构-性能-材料用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、材料的表面与界面、相图、扩散、相变、固相 反应、烧结和材料的环境效应等基础知识。 0.1 材料分类  0.1.1 材料按化学组成（或基本组成）分类  0.1.2 根据材料的性能分类  0.1.3 材料按服役的领域来分类  0.1.4 材料按结晶状态分类  0.1.5 材料按材料的尺寸分类  按物理性质可分为：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、高温材料、超硬材料 等。  按物理效应分为：压电材料、热电材料、铁电材料、非线 性光学材料、磁光材料、电光材料、声光材料、激光材料 等。  按用途分为：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. 金属材料 2. 无机非金属材料 3. 高分子材料 （聚合物） 4. 复合材料 1.金属材料 金属材料是由化学元素周期 表中的金属元素组成的材料。可 分为由一种金属元素构成的单质 （纯金属）；由两种或两种以上 的金属元素或金属与非金属元素 构成的合金。合金又可分为固溶 体和金属间化合物。 在103种元素中，除He,Ne,Ar等6种惰性元素和C、Si、N等16 种非金属元素外，其余81种为金属元素。除Hg之外，单质金属在 常温下呈现固体形态，外观不透明，具有特殊的金属光泽及良好 的导电性和导热性。在力学性质方面，具有较高的强度、刚度、 延展性及耐冲击性。 合金是由两种或两种以上的金属元素，或金属元素与非金属 元素熔合在一起形成的具有金属特性的新物质。合金的性质与组 成合金的各个相的性质有关，同时也与这些相在合金中的数量、 形状及分布有关。 合金又分为固溶体和金属间化合物。 当金属的晶体结构保持溶剂组元的晶体结构时， 这种合金称为一次固溶体或端际固溶体，简称为固 溶体。