清华大学工程材料学课件.pptx

清华大学工程材料学课件

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目录

第一章

工程材料学概述

第二章

材料的分类与性质

第四章

材料的性能测试

第三章

材料的制备技术

第六章

材料的失效与防护

第五章

材料的加工与成型

工程材料学概述

第一章

课程介绍

本课程旨在培养学生对工程材料学的理解，强调材料科学在工程领域中的核心作用。

课程目标与重要性

通过实验和案例分析，加深学生对材料性能和应用的理解，培养解决实际工程问题的能力。

实践与实验环节

涵盖材料的分类、性能、加工方法及应用，为学生提供全面的工程材料知识体系。

课程内容概览

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学科重要性

工程材料学是技术创新的基石，新材料的发现和应用推动了科技革命和工业进步。

推动技术创新

01

02

材料科学的进步为航空航天、汽车制造、电子信息等工业领域提供了关键支撑。

支撑工业发展

03

工程材料学通过开发环保材料和循环利用技术，助力实现可持续发展的工业生产。

促进可持续发展

应用领域

工程材料学在航空航天领域应用广泛，如钛合金用于制造飞机结构部件，以减轻重量并提高性能。

航空航天材料

01

生物医用材料如人工关节和心脏瓣膜，利用工程材料学原理，确保与人体组织的相容性和功能性。

生物医用材料

02

应用领域

能源材料

工程材料学在能源领域中扮演关键角色，例如锂离子电池的电极材料，对提高电池性能和安全性至关重要。

电子封装材料

随着电子设备的微型化，工程材料学在电子封装领域中发展出新型材料，以提高散热效率和可靠性。

材料的分类与性质

第二章

金属材料

金属材料如铜和铝因其良好的导电性被广泛用于电线电缆的制造。

金属的导电性

金和银等贵金属具有极佳的延展性，可以被加工成极薄的箔片或细丝。

金属的延展性

不锈钢是一种常见的耐腐蚀金属材料，广泛应用于建筑、医疗和厨具等领域。

金属的耐腐蚀性

钛合金因其高强度和硬度，常用于航空航天和高性能运动器材的制造。

金属的强度和硬度

陶瓷材料

陶瓷材料是由无机非金属材料经过高温烧结而成，具有耐高温、耐腐蚀等特性。

陶瓷材料的定义

根据成分和用途，陶瓷材料分为传统陶瓷、先进陶瓷和生物陶瓷等不同类型。

陶瓷材料的分类

陶瓷材料通常具有高硬度、低密度、良好的化学稳定性和电绝缘性等物理化学性质。

陶瓷材料的性质

例如，氧化铝陶瓷广泛应用于电子封装、刀具制造等领域，因其优异的绝缘性和耐磨性。

陶瓷材料的应用实例

高分子材料

根据聚合物的结构，高分子材料可分为线型、支链型、交联型和网络型等。

聚合物的结构分类

01

高分子材料的热性能决定了其在高温环境下的应用范围，如耐热塑料和热固性树脂。

热性能与应用

02

不同高分子材料具有不同的机械性能，如弹性、强度和韧性，影响其在结构材料中的应用。

机械性能特点

03

高分子材料通常具有良好的电绝缘性能，广泛应用于电线电缆的绝缘层。

电绝缘性能

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材料的制备技术

第三章

熔炼与铸造

熔炼过程

熔炼是将金属或合金加热至熔点以上，去除杂质，获得纯净金属的过程。

铸造技术

铸造是将熔融金属倒入模具中，冷却凝固后形成所需形状的零件或产品。

连续铸造

连续铸造是一种高效生产金属材料的方法，它通过连续供给熔融金属来制造长条形或板状材料。

精密铸造

精密铸造技术能够生产形状复杂、尺寸精确的零件，广泛应用于航空航天和医疗器械领域。

粉末冶金

烧结是粉末冶金的核心过程，通过加热使粉末颗粒间发生扩散和结合，从而获得致密的材料结构。

烧结过程

将粉末放入模具中，在高压下成型，是粉末冶金中形成零件形状的关键步骤。

压制成型

粉末冶金的第一步是制备粉末，通常包括机械合金化、雾化法等技术，以获得所需成分和粒度的粉末。

粉末制备

材料合成

液相合成法涉及溶液中的化学反应，通过控制温度、pH值等条件，合成出纳米粒子等先进材料。

液相合成法

气相合成法利用气体反应物在特定条件下反应，生成薄膜或纳米结构材料，如化学气相沉积技术。

气相合成法

固相合成法是通过高温烧结等手段，使粉末状原料在固态下反应形成新相，广泛应用于陶瓷材料的制备。

固相合成法

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材料的性能测试

第四章

力学性能测试

拉伸测试是评估材料抗拉强度和延展性的常用方法，如测试钢筋的抗拉能力。

拉伸测试

压缩测试用于确定材料在受到压力时的性能，例如评估混凝土的承载能力。

压缩测试

冲击测试测量材料在受到快速冲击载荷时的韧性，如测试桥梁用钢的抗冲击性。

冲击测试

硬度测试评估材料表面抵抗局部变形的能力，例如使用洛氏硬度计测试金属硬度。

硬度测试

热学性能测试

通过稳态法或瞬态法测定材料的导热系数，评估其在不同温度下的热传导能力。

导热系数测定

通过热重分析(TGA)评估材料在高温下的热稳定性，监测质量变化与温度的关系。

热稳定性测试

利用热机械分析仪(TMA)测量材料的线性或体积