材料科学基础课件WORD版 (全套）.doc

绪论 教学目的与要求： 1 掌握材料科学研究的内容及其要素之间的逻辑关系. 2 了解材料发展的现状与发展趋势. 3 了解本课程的学习方法 材料科学的含义 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。 材料对人类文明进步的意义 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。 材料技术、信息技术、生物技术一起形成了21世纪最重要、发展最快、最有前途的三大领域。 新材料既是当代高新技术的重要组成部分，又是发展高新技术的重要支柱 和突破口。复合材料以其典型的轻量特性、卓越的比强度、比模量、独特的耐烧蚀和隐蔽性、材料性能的可设计性、制备的灵活性和易加工性受到军方青睐，在实现武器系统轻量化、快速反应能力、高威力、大射程、精确打击、高自下而上力方面起着巨大作用。磁悬浮列车是一种靠磁悬浮力（即磁的吸力和排斥力）来推动的列车。由于其轨道的磁力使之悬浮在空中，行走时不需接触地面，因此其阻力只有空气的阻力。磁悬浮列车的最高速度可以达每小时500公里以上 根据材料的性能分类 根据材料在外场作用下其性质或性能对外场的响应不同，材料可分为结构材料和功能材料。 结构材料是指具有抵抗外场作用而保持自己的形状、结构不变的优良力学性能（强度和韧性等），用于结构目的的材料。这种材料通常用来制造工具、机械、车辆和修建房屋、桥梁、铁路等。功能材料是具有优良的电学、磁学、光学、热学、声学、力学、化学和生物学功能及其相互转化的功能，被用于非结构目的的高技术材料。 材料按服役的领域来分类：信息材料、航空航天材料、能源材料、生物医用材料 按结晶状态分类：单晶材料、多晶材料、非晶态材料、准晶材料 5、按材料的尺寸分类：零维材料、一维材料、二维材料、三维材料 四、内容安排 （1）内容核心：材料的化学成分、组织结构、加工工艺与性能之间的关系及其在各种条件下的变化规律。 （2）内容结构 基本结构―液-固转变―扩散与形变―回复与再结晶 提纲挈领、记好笔记、及时复习 材料中的晶体结构 基本要求：理解离子晶体结构、共价晶体结构。掌握金属的晶体结构和金属的相结构，熟练掌握晶体的空间点阵和晶向指数和晶面指数表达方法。 重点：空间点阵及有关概念，晶向、晶面指数的标定，典型金属的晶体结构。 难点：六方晶系布拉菲指数标定，原子的堆垛方式。 §2.1 晶体与非晶体 1.晶体的定义：物质的质点(分子、原子或离子)在三维空间作有规律的周期性重复排列所形成的物质叫晶体。 2. 非晶体：非晶体在整体上是无序的 ；近程有序 。 3. 晶体的特征 （1）周期性（不论沿晶体的哪个方向看去，总是相隔一定的距离就出现相同的原子或原子集团。这个距离称为周期 ）液体和气体都是非晶体。 （2）有固定的凝固点和熔点. （3）各向异性（沿着晶体的不同方向所测得的性能通常是不同的 ：晶体的导电性、导热性、热膨胀性、弹性、强度、光学性质 ）。 4.晶体与非晶体的区别 a.根本区别：质点是否在三维空间作有规则的周期性重复排列 b.晶体熔化时具有固定的熔点,而非晶体无明显熔点,只存在一个软化温度范围 c.晶体具有各向异性，非晶体呈各向同性（多晶体也呈各向同性，称“伪各向同性”） 晶体与非晶体的相互转化 玻璃经高温长时间加热后能形成晶态玻璃 通常呈晶体的物质如果将它从液态快速冷却下来也可能得到非晶态 获得非晶态的金属和合金（采用特殊的制备方法 ） 思考题： 常见的金属基本上都是晶体,但为什么不显示各向同性? 多晶中各个晶粒往往取向不同，所以多个晶粒集合在一起在任一方向上都显示不出某一个晶向的特性来。 §2.2 晶体学基础 §2.2.1 空间点阵和晶胞 1.基本概念 （1）阵点、空间点阵 阵点：为了便于研究晶体中原子(分子或离子)的排列情况，将晶体看成是无错排的理想晶体，忽略其物质性，抽象为规则排列于空间的无数几何点。这些点代表原子(分子或离子)的中心，也可是彼此等同的原子群或分子群的中心，各点的周围环境相同。 可能在每个结点处恰好有一个原子，也可能围绕每个结点有一群原子（原子集团）。 空间点阵：阵点的空间排列称为空间点阵。 （2）晶格 将阵点用一系列平行直线连接起来，构成一