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材料科学专业核心词汇详解手册

一、材料科学与工程概述

材料科学与工程(MaterialsScienceandEngineering,MSE)

研究材料的成分、结构、工艺、性能及应用之间相互关系的交叉学科。其核心在于理解并控制材料的内部结构，从而获得具有特定性能的材料，以满足不同工程领域的需求。它不仅关注现有材料的优化，更致力于开发新型材料，是现代高新技术发展的基础。

指构成材料的化学组成及其相对比例。成分是决定材料基本属性的物质基础，例如金属材料中的合金元素种类和含量，将显著影响其强度、耐腐蚀性等。

结构(Structure)

材料中原子、分子或离子的排列方式与分布状态，可分为微观结构（如原子排列、晶体缺陷）、介观结构（如晶粒尺寸、相分布）和宏观结构（如孔隙率、织构）。结构是连接成分与性能的桥梁。

工艺(Processing)

将原材料转变为具有特定形状和性能的材料或制品所采用的各种方法和技术。例如铸造、锻造、热处理、烧结等。工艺直接影响材料的结构，进而决定其最终性能。

性能(Property)

材料在给定条件下表现出的固有特性和行为。通常分为力学性能、物理性能、化学性能和功能性能等。性能是材料得以应用的依据。

应用(Application)

材料在实际工程或产品中的使用场景。材料的选择需综合考虑其性能、成本、加工性及服役环境等因素。

二、材料的结构与组织

晶体结构(CrystalStructure)

原子、离子或分子在三维空间按一定规律周期性重复排列所形成的结构。具有这种结构的材料称为晶体，如金属、多数陶瓷和部分高分子材料。晶体结构决定了材料的许多基本物理和化学性质。

晶格(CrystalLattice)

为描述晶体中原子的周期性排列而抽象出的几何框架，由一系列在空间周期性排列的几何点（格点）组成。

晶胞(UnitCell)

能够完整反映晶体晶格特征的最小重复单元。通过晶胞的平移可以构建整个晶体结构。常见的晶胞类型有简单立方、体心立方和面心立方等。

非晶体结构(AmorphousStructure)

原子、离子或分子在三维空间呈无序排列的结构，又称无定形结构。此类材料没有固定的熔点，如玻璃、部分高分子材料和非晶态合金。

相(Phase)

材料中具有均匀化学成分和相同物理、化学性质的均匀部分。一个材料可以由单相或多相组成，相与相之间有明显的界面。

相变(PhaseTransformation)

材料在外界条件（如温度、压力）变化时，其内部相的种类、数量或结构发生改变的过程。例如液态金属凝固为固态晶体的过程，或固态金属中奥氏体向马氏体的转变。

缺陷(Defect)

晶体结构中原子排列偏离理想状态的区域。根据几何尺寸，可分为点缺陷（如空位、间隙原子、杂质原子）、线缺陷（如位错）和面缺陷（如晶界、相界、表面）。缺陷对材料的力学性能、扩散、相变等过程有显著影响。

位错(Dislocation)

晶体中一种重要的线缺陷，表现为原子排列的局部错排。位错的运动是金属塑性变形的主要机制，对材料的强度、韧性等力学性能起关键作用。常见的位错类型有刃型位错和螺型位错。

晶界(GrainBoundary)

多晶体材料中，不同取向晶粒之间的界面。晶界处原子排列较为混乱，具有较高的能量。晶界能显著影响材料的强度（如细晶强化）、塑性、扩散及腐蚀性能。

三、材料的性能

力学性能(MechanicalProperties)

材料在外力作用下表现出的力学行为特性，是材料最基本和最重要的性能之一。主要包括强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度等。

弹性(Elasticity)

材料受外力作用时产生变形，外力去除后能恢复原状的能力。弹性变形是可逆的，其应力与应变通常呈线性关系（胡克定律）。

塑性(Plasticity)

材料在外力作用下产生永久变形而不破坏的能力。塑性变形是不可逆的，是材料进行压力加工成形的基础。

强度(Strength)

材料抵抗外力破坏的能力。根据外力加载方式不同，可分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度和抗剪强度等。工程上常用屈服强度和抗拉强度来表征材料的强度水平。

硬度(Hardness)

材料表面抵抗局部塑性变形或划痕的能力。是衡量材料耐磨性的重要指标之一，常用的硬度测试方法有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度等。

韧性(Toughness)

材料在断裂前吸收塑性变形能量和冲击能量的能力，表征材料抵抗裂纹扩展和断裂的能力。韧性好的材料不易发生脆性断裂，具有较好的安全性。

物理性能(PhysicalProperties)

材料固有的物理特性，如密度、熔点、热膨胀系数、导热性、导电性、磁性、光学性能等。这些性能由材