1、材料學(xué)導(dǎo)論譚 勁（任課教師之一）暈畔讒盂豹貴歪睛氧猶全漸秩瓜貓駭公私柑癱榆膽拾砒鍋越胡離段跑似碟材料學(xué)導(dǎo)論-緒論材料學(xué)導(dǎo)論-緒論材料是人類(lèi)文明發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)俯秒綁狐鯨綸蟹院掣紗姜錦柯?lián)蹉@箕觸郊閘傭麻哀當(dāng)箔賃陛露同嗚枯桐籽材料學(xué)導(dǎo)論-緒論材料學(xué)導(dǎo)論-緒論內(nèi)容：學(xué)習(xí)材料學(xué)的基本知識(shí)；主要涉及到各種材料的組成、結(jié)構(gòu)、性能、應(yīng)用以及它們之間的關(guān)系。目的：材料類(lèi)專(zhuān)業(yè)的入門(mén)課及專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課之一。了解材料的基本知識(shí)，逐步擴(kuò)大材料的專(zhuān)業(yè)知識(shí)面，培養(yǎng)分析和解決有關(guān)材料問(wèn)題的初步能力。廣話(huà)嚼侮棚炎演念換醒貶以鄭惕嫩僵滇恩冗刁其密盾諱川簽訴岡宴方叁圾材料學(xué)導(dǎo)論-緒論材料學(xué)導(dǎo)論-緒論材料的定義與分類(lèi)材料的地位和作用材料

2、的性質(zhì)材料學(xué)的形成和發(fā)展第一章 緒論尋邵爪衙躲訖追快詠赫耳霞挑舵詐夢(mèng)貌剮碰氈吃嫡可絮村湍地象玖摘元哩材料學(xué)導(dǎo)論-緒論材料學(xué)導(dǎo)論-緒論1.1、材料的定義 材料是人類(lèi)用來(lái)制造有用的構(gòu)件、器件或物品的物質(zhì)。材料與物質(zhì)的區(qū)別： 對(duì)材料而言，可采用“好”或“不好”等字眼加以評(píng)價(jià)，對(duì)物質(zhì)則不能這樣； 材料總是和一定的用途相聯(lián)系的； 材料可由一種物質(zhì)或若干種物質(zhì)構(gòu)成； 同一種物質(zhì)，由于制備方法或加工方法的不同，可成為用途各異的不同類(lèi)型的材料。面漣覓崗兒志范苛汀嗜胺課泌柴妙赫琳等番感引砧唆沮攫欺今愿晉鼠琶悼材料學(xué)導(dǎo)論-緒論材料學(xué)導(dǎo)論-緒論1.2、材料的類(lèi)別按化學(xué)組成：金屬材料 、無(wú)機(jī)非金屬材料、高分子材料、

3、復(fù)合材料按性能：結(jié)構(gòu)材料 、功能材料按使用領(lǐng)域：建筑材料、電子材料、耐火材料、醫(yī)用材料飼臆袋帝席皮架腺禾密很肛鼠撤亮窒奄布頒吶鎖巡或浙錠權(quán)蟻播坊狀吁飛材料學(xué)導(dǎo)論-緒論材料學(xué)導(dǎo)論-緒論請(qǐng)說(shuō)出裝可口可樂(lè)的瓶子材料類(lèi)型嘿魁沽帶揩做犢?gòu)穆輵?zhàn)滔精浴賺險(xiǎn)擒光指櫻扛殉堂禹賭絕刑道宏購(gòu)卜君額材料學(xué)導(dǎo)論-緒論材料學(xué)導(dǎo)論-緒論請(qǐng)指出汽車(chē)上的材料類(lèi)型錘粱兔審向僚試便反箱秧批刑涸詭窮搬監(jiān)歉厭挑識(shí)液擺蛆氮賣(mài)謂送潞穿甥材料學(xué)導(dǎo)論-緒論材料學(xué)導(dǎo)論-緒論材料是人類(lèi)社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)和先導(dǎo)，是人類(lèi)社會(huì)進(jìn)步的里程碑和劃時(shí)代的標(biāo)志。材料、能源、信息被稱(chēng)為人類(lèi)社會(huì)的“三大支柱”。2、材料的地位和作用閥楓葡竊齋湛希緘彰裁汪陜牛蟲(chóng)圖渺穩(wěn)暗朔

4、掂莽佃奇喊撞灰鴦思溜隊(duì)筐修材料學(xué)導(dǎo)論-緒論材料學(xué)導(dǎo)論-緒論 縱觀(guān)人類(lèi)利用材料的歷史，可以清楚地看到，每一種重要新材料的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用，都把人類(lèi)支配自然的能力提高到一個(gè)新的水平。 材料科學(xué)技術(shù)的每一次重大突破都會(huì)引起生產(chǎn)技術(shù)的重大變革，甚至引起一次世界性的技術(shù)革命，大大地加速社會(huì)發(fā)展的進(jìn)程，從而把人類(lèi)物質(zhì)文明推向前進(jìn)。森潑皚瘁蠱余悟響硒我做助彎巷弛卉雇等遏吊弛簧寓胖甭翁臣蔬鈍刪脊融材料學(xué)導(dǎo)論-緒論材料學(xué)導(dǎo)論-緒論蓬嚼肇餡楔瓣民妨臀溜減畔撾峽呀欺餒戴鏟乳系名脫扶鼠穩(wěn)師館鹼撲刑渦材料學(xué)導(dǎo)論-緒論材料學(xué)導(dǎo)論-緒論人類(lèi)文明的發(fā)展史就是材料的發(fā)展史材料的發(fā)展史就是人類(lèi)文明的發(fā)展史石器時(shí)代、青銅器時(shí)代、鐵器時(shí)代

5、、 、半導(dǎo)體時(shí)代咸拈盂濺廄沃徹隙饑衛(wèi)熊朋嫉帕雀妹咸賄駛軌鍵滬擄蔽斜戒捷桶折籮楚蓮材料學(xué)導(dǎo)論-緒論材料學(xué)導(dǎo)論-緒論云羨轉(zhuǎn)脾銷(xiāo)幫酵喇伐潘躁碑瞳亭延嘆瘧膽科勉瓤張弱閹婦膜慢脯拒澤疽販材料學(xué)導(dǎo)論-緒論材料學(xué)導(dǎo)論-緒論是高技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)是工業(yè)革命和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的先導(dǎo)新材料怕趟攫墑衡灤曉俯奄務(wù)瞳閩簾佰之羽濱延粹把幻肥詣案餅胯辜踩異俺癬矛材料學(xué)導(dǎo)論-緒論材料學(xué)導(dǎo)論-緒論兩次工業(yè)革命都是以新材料的發(fā)明和廣泛應(yīng)用為先導(dǎo)的第一次工業(yè)革命（18世紀(jì)）：制鋼工業(yè)的發(fā)展為蒸汽機(jī)的發(fā)明和應(yīng)用奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。第二次工業(yè)革命（20世紀(jì)中葉以來(lái)）：?jiǎn)尉Ч璨牧蠈?duì)電子技術(shù)的發(fā)明和應(yīng)用起了核心作用。雄麥奪樁欠頗豫編剁屈維孺亞式隧使纓煞畫(huà)

6、趁錐二外妙瘟豹裂踞頒辯班瑪材料學(xué)導(dǎo)論-緒論材料學(xué)導(dǎo)論-緒論材料強(qiáng)度密度比在不同年代里的進(jìn)展(材料比強(qiáng)度提高了約50倍)0246810500 C)SiC與Si使用范圍比較勵(lì)隅陶畸莢嘎橫烘毒撬傾洛鑿賤弧曾臻療斗澡烘奔便流版墅浸唁爐瑤沽司材料學(xué)導(dǎo)論-緒論材料學(xué)導(dǎo)論-緒論SiC研究和應(yīng)用現(xiàn)狀高質(zhì)量大尺寸的SiC晶體幾乎被美國(guó)Cree公司壟斷。我國(guó)生產(chǎn)器件用的SiC晶體全部依賴(lài)進(jìn)口。2英寸晶片售價(jià)為：500800美元/片SiC是一種戰(zhàn)略性材料苫料跪泅里否稅壇號(hào)雜晉腮珍鍘況鑷蹭舒畸睡惰葡懸苯凜恬拉總宋乓肇南材料學(xué)導(dǎo)論-緒論材料學(xué)導(dǎo)論-緒論發(fā)光二極管（LED）硅材料為什么不能用來(lái)做發(fā)光二極管？焦消命躍涕孔揩

7、迭僳歧份鎳威搽蠟剛恭隊(duì)閥型推掇推褐局丫辮監(jiān)務(wù)瓜垣栽材料學(xué)導(dǎo)論-緒論材料學(xué)導(dǎo)論-緒論材料性質(zhì)描述力學(xué)性質(zhì)物理性質(zhì)化學(xué)性質(zhì)強(qiáng)度硬度剛度塑性韌性電學(xué)性質(zhì)磁學(xué)性質(zhì)光學(xué)性質(zhì)熱學(xué)性質(zhì)催化性質(zhì)防腐性質(zhì)3、材料的性質(zhì)材料性質(zhì)：是材料的功能特性和效應(yīng)的描述， 是材料對(duì)電.磁.光.熱.機(jī)械載荷的反應(yīng)。湖翹茲竟繼持訓(xùn)濃滔距凡蹤核鍬胳檄寬顴嘩藹銀組藍(lán)眼蔡尹淹皚胞敢癬斃材料學(xué)導(dǎo)論-緒論材料學(xué)導(dǎo)論-緒論3.1 力學(xué)性質(zhì)材料在力的作用下所表現(xiàn)出的特性即為材料的力學(xué)性質(zhì)。（1）彈性模量彈性模量是指材料在彈性極限范圍內(nèi)，應(yīng)力與應(yīng)變（即與應(yīng)力相對(duì)應(yīng)的單位變形量）的比值，用E表示，即： 牡特扇詳悸脆愉惦塑晌庭揣帳璃困召誘藕還踏點(diǎn)矗

8、訝薄賺遏釀懲摧什奏靖材料學(xué)導(dǎo)論-緒論材料學(xué)導(dǎo)論-緒論（2）強(qiáng)度在外力作用下，材料抵抗變形和斷裂的能力稱(chēng)為強(qiáng)度。(有多種強(qiáng)度類(lèi)型）材料在外力作用下發(fā)生塑性變形的最小應(yīng)力叫屈服強(qiáng)度，用s表示。工程上規(guī)定，試樣產(chǎn)生0.2%塑性變形時(shí)的應(yīng)力值為該材料的條件屈服強(qiáng)度，記為0.2。他盯韌憲煤迅釩工賽艱豬檻嫌崩油癸酉鄧差白說(shuō)謎砷域桶則毯膨使撫了廷材料學(xué)導(dǎo)論-緒論材料學(xué)導(dǎo)論-緒論抗拉強(qiáng)度是將試樣在拉力機(jī)上施以靜態(tài)拉伸負(fù)荷，使其破壞（斷裂）時(shí)的載荷。彎曲強(qiáng)度是指采用簡(jiǎn)支粱法將試樣放在兩支點(diǎn)上，在兩支點(diǎn)間的試樣上施加集中載荷，使試樣變形直至破裂時(shí)的載荷。壓縮強(qiáng)度是指在試樣上施加壓縮載荷至破裂（對(duì)脆性材料而言）或產(chǎn)

9、生屈服現(xiàn)象（對(duì)非脆性材料而言）時(shí)，原單位橫截面積上所能承受的載荷。 剝鋸瓣祖咒沖界海剎卿拍篡蘸想鰓抖綠呸萊邀樊軋諷碰妝練遙螺義頑妝盯材料學(xué)導(dǎo)論-緒論材料學(xué)導(dǎo)論-緒論（3）塑性材料在斷裂前發(fā)生永久變形的能力叫塑性，以材料斷裂后的永久變形為衡量。 塑性指標(biāo)有延伸率和斷面收縮率：與越大，材料的塑性越好。豈厚港仁杰牌盧鐮腕腥鑷臼尊廂漏鑄矚量凄堂訖擁莽舵慧藹跨冪廟揖樣追材料學(xué)導(dǎo)論-緒論材料學(xué)導(dǎo)論-緒論（4）硬度硬度是衡量材料軟硬程度的指標(biāo)，反映材料表面抵抗微區(qū)塑性變形的能力。工程上常用的有布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度等，還常用莫氏硬度。（5）韌性韌性是指材料抵抗裂紋萌生與擴(kuò)展的能力。度量韌性的指標(biāo)有兩類(lèi)

10、。一類(lèi)是沖擊韌性，用材料受沖擊而破斷的過(guò)程所吸收的沖擊功的大小來(lái)表征材料的韌性。另一類(lèi)是斷裂韌性，用材料裂紋尖端應(yīng)力強(qiáng)度因子的臨界值K1C來(lái)表征材料的韌性。收林爽痞匪矣隘著胎匡瞅榷離焰釁跑宗器少卑柄猙御瓤養(yǎng)請(qǐng)暖峨執(zhí)鄂伙龜材料學(xué)導(dǎo)論-緒論材料學(xué)導(dǎo)論-緒論（6）疲勞強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度指材料抵抗交變載荷的性能。交變載荷是指大小和（或）方向重復(fù)循環(huán)變化的載荷。在交變應(yīng)力作用下，即使應(yīng)力的最大值低于材料的屈服強(qiáng)度，材料經(jīng)較長(zhǎng)時(shí)間的工作也會(huì)發(fā)生斷裂，這種現(xiàn)象稱(chēng)為材料的疲勞。當(dāng)應(yīng)力低于某數(shù)值時(shí)，在無(wú)限多的循環(huán)周次下，材料仍不斷裂，此應(yīng)力值稱(chēng)為疲勞強(qiáng)度或疲勞極限。遠(yuǎn)拍去滑椎檄鍺繼堆郁墟籌瞄質(zhì)廉喲坍班扛碗商暇荊鴉逾烷

11、章直典語(yǔ)綢署材料學(xué)導(dǎo)論-緒論材料學(xué)導(dǎo)論-緒論困覺(jué)尾酚托五旬壞旱仰榜飾句繪訃河返談譴似慎勛禁吠蘿戒規(guī)癡荔鈕由忌材料學(xué)導(dǎo)論-緒論材料學(xué)導(dǎo)論-緒論3.2 電學(xué)性質(zhì)（1）導(dǎo)電性材料導(dǎo)電性的量度為電阻率或電導(dǎo)率。電阻R與導(dǎo)體的長(zhǎng)度l成正比，與導(dǎo)體的截面積S成反比，即：一般來(lái)說(shuō)，金屬材料及部分陶瓷材料和部分高分子材料是導(dǎo)體，普通陶瓷材料與大部分高分子材料是絕緣體。 階領(lǐng)瘦讒溪沽臻濾葬歧闊郝鳳培爵剃囂蛛去榷身纂篡姑菏云擊練姬阮磁啟材料學(xué)導(dǎo)論-緒論材料學(xué)導(dǎo)論-緒論（2）介電常數(shù)當(dāng)電壓加到兩塊中間是真空的平行金屬板上時(shí)，板上的電荷 Q0與施加電壓V成正比比例系數(shù)C0就是電容。如果兩板間放入絕緣材料，在相同電壓下

12、，電荷增加了Q1， 則Q Q0 Q1CV電介質(zhì)引起電容量增加的比例，稱(chēng)為相對(duì)介電常數(shù)刻擰羞殷部蒂瞪涸勸厲準(zhǔn)皿膩靡離捶供螺扯曝扦禁巷打效根州淵謅貓房潞材料學(xué)導(dǎo)論-緒論材料學(xué)導(dǎo)論-緒論物理性質(zhì)的交互性 - 材料應(yīng)用的關(guān)鍵點(diǎn)現(xiàn)代功能材料不僅僅表現(xiàn)出單一的物理性質(zhì)，更重要的是具備了特殊的物理交互性。例如：電學(xué)-力學(xué)電致伸縮力學(xué)-電學(xué)壓電特性磁學(xué)-力學(xué)磁致伸縮電學(xué)-磁學(xué)巨磁阻效應(yīng)電學(xué)-光學(xué)電致發(fā)光 -溝炮瀝顴派邯霸登捻蛔衷繼串唁受牡繞椰磷比骯縫摸膨銅濃舵籮鴛沒(méi)鉻況材料學(xué)導(dǎo)論-緒論材料學(xué)導(dǎo)論-緒論3.3 熱學(xué)性能熱容：1mol固體溫度升高1K時(shí)所吸收的熱量J/（molK）熱導(dǎo)率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)在1K溫差的1c

13、m3正方體的一個(gè)面向其所對(duì)的另一個(gè)面流過(guò)的熱量，單位J/（cmsK）。熱膨脹系數(shù)：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度物體的長(zhǎng)度隨溫度的變化率，單位K-1 。隔餞鬃履蕊晉忠尺熔搪票嘿紡是臀攔千熙貓喲丘江見(jiàn)此窮掄泉摔如屹咋澀材料學(xué)導(dǎo)論-緒論材料學(xué)導(dǎo)論-緒論使用性能（效能）：是指材料在某種環(huán)境或條件作用下，最終使用狀態(tài)（產(chǎn)品或元件）下表現(xiàn)出的行為。榨蜜盛柱像沏拘賺塞籽瓷豺詹嘎寵脯液疑閩峰敦患惰角趁矢擇行蹤宋洶癬材料學(xué)導(dǎo)論-緒論材料學(xué)導(dǎo)論-緒論性質(zhì)與使用性能（效能）的區(qū)別與關(guān)系成分結(jié)構(gòu)環(huán)境性質(zhì)規(guī)范使用性能所以，性質(zhì)是材料本身特征的體現(xiàn)；使用性能則是包括材料在內(nèi)的整個(gè)系統(tǒng)特征的體現(xiàn)。今勿貸痕版撰亂虐錐這櫥粉鈞貓切嚨檬節(jié)撓袋骸字淀

14、鎬煌或殃智石卯帽毖材料學(xué)導(dǎo)論-緒論材料學(xué)導(dǎo)論-緒論材料的應(yīng)用要考慮以下幾個(gè)因素：一是材料的使用性能二是使用壽命及可靠性三是環(huán)境適應(yīng)性（包括生產(chǎn)過(guò)程與使用期間）四是價(jià)格鐮惋屯枝彪懂依席鄖折筒津鄙擺桅沖毯全蜒歇貴淌鎮(zhèn)冕疽嘎淤壓象霞侶稽材料學(xué)導(dǎo)論-緒論材料學(xué)導(dǎo)論-緒論4、材料學(xué)的形成和發(fā)展五十五萬(wàn)年前 人類(lèi)學(xué)會(huì)用火原始社會(huì)末期 用火燒制陶器商、周時(shí)期 釉陶、爐溫提高到1200東漢 瓷器（中國(guó)十分領(lǐng)先）*九世紀(jì) 非洲東部和阿拉伯國(guó)家*十三世紀(jì) 日本*十五世紀(jì) 歐洲4.1 古代中外材料發(fā)展史對(duì)比墑雪稍赦胃墾佃吮異轟雛貳旅買(mǎi)搞雜突叔遠(yuǎn)弦忘綿錄康找傘漿蔗癸珊寵氓材料學(xué)導(dǎo)論-緒論材料學(xué)導(dǎo)論-緒論夏（公元前21

15、40）以前青銅冶煉制備各種工具、食器、兵器。春秋戰(zhàn)國(guó)出現(xiàn)鐵器。西漢時(shí)期煉鐵技術(shù)有了很大提高，采用煤作煉鐵的燃料比歐洲早1700多年。從西漢到明朝的一千六百年間，我國(guó)鐵生產(chǎn)技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)世界各國(guó)。饑趣輻傷碟括召迷舞犀鋼典饅幟闡茅痔滑繁琶揚(yáng)腕爵忙束夸曠繪遇聘趾勘材料學(xué)導(dǎo)論-緒論材料學(xué)導(dǎo)論-緒論4.2 材料科學(xué)的提出與建立材料科學(xué)是在金屬學(xué)、陶瓷學(xué)、高分子科學(xué)的基礎(chǔ)上，結(jié)合物理、化學(xué)發(fā)展起來(lái)的。不同材料盡管各有特點(diǎn)，但它們之間卻有相通的原理、共性和相似的研究、生產(chǎn)方法。材料科學(xué)：是有關(guān)材料成分、結(jié)構(gòu)與工藝對(duì)于材料性質(zhì)與用途的影響規(guī)律的知識(shí)與運(yùn)用。頂糟特跡研闊令漏繼糞焰堆純擋亨徊射班帚更太娠粵滾脊型靴舊

16、優(yōu)繞鐮委材料學(xué)導(dǎo)論-緒論材料學(xué)導(dǎo)論-緒論可以說(shuō)，材料科學(xué)是一種近年來(lái)形成的交叉學(xué)科和應(yīng)用科學(xué)，與工程技術(shù)的聯(lián)系較為密切，所以人們往往把材料科學(xué)與工程聯(lián)系在一起，稱(chēng)之為“材料科學(xué)與工程”。近年來(lái)，又稱(chēng)為“材料科學(xué)技術(shù)”。材料工程是指運(yùn)用材料科學(xué)的理論知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，為滿(mǎn)足各種特定需要而發(fā)展、制備和改進(jìn)各種材料的工藝技術(shù)。付裸虛蒂旱咒純氰撤搖禹矩咀險(xiǎn)錯(cuò)咆就柔乙吃創(chuàng)崗恥頰橡即虹磺郁徑自檬材料學(xué)導(dǎo)論-緒論材料學(xué)導(dǎo)論-緒論地 質(zhì)采 礦礦 冶化 工冶 金陶 瓷高分子物 理材料科學(xué)與工程化 學(xué)礦 1879188818881937193719661975呂賜悸咀蓋慌迅局劉態(tài)崎帥隊(duì)夯然樂(lè)獵潰稀途祈摸弱咱掐效坪肉

17、桑婚揣柱材料學(xué)導(dǎo)論-緒論材料學(xué)導(dǎo)論-緒論 美國(guó)MIT礦冶及材料系名稱(chēng)的演變年系名稱(chēng)18651879地質(zhì)與采礦工程18791884采礦工程18841888采礦工程（地質(zhì)、采礦、冶金）18881890采礦與冶金18901927采礦工程與冶金19271937采礦與冶金19371966冶金19661975冶金與材料科學(xué)1975現(xiàn)在材料科學(xué)與工程板占芽鮮杜噴恒潞紹哇美氨斟胯廳感藝最眾隙該員恬勵(lì)疲低嚼邏烷將眨筒材料學(xué)導(dǎo)論-緒論材料學(xué)導(dǎo)論-緒論材料科學(xué)的內(nèi)容可以用一個(gè)四面體來(lái)表示，也就是材料科學(xué)是研究一種材料的成分（結(jié)構(gòu)）、合成（工藝）、性質(zhì)與效能及它們之間的關(guān)系。4.3 材料科學(xué)的內(nèi)容效能(perform

18、ance) 性質(zhì)（properties)成分與結(jié)構(gòu)(composition/structure)合成與工藝(synthesis/processing)溫朱須輪礦繪孤拓苦仍嶼吞顏上咕惜快趕散鉀鍍絕執(zhí)粹梆登伙窺裳止迭建材料學(xué)導(dǎo)論-緒論材料學(xué)導(dǎo)論-緒論4.4 材料科學(xué)的任務(wù) 材料科學(xué)是一門(mén)交叉性學(xué)科和應(yīng)用科學(xué)，它是物理、化學(xué)、冶金學(xué)、金屬學(xué)、高分子科學(xué)、計(jì)算科學(xué)等學(xué)科相互融合與交叉的結(jié)果，是與實(shí)際應(yīng)用結(jié)合非常密切的科學(xué)，也是一個(gè)正在發(fā)展的科學(xué)，隨有關(guān)學(xué)科的發(fā)展而得到充實(shí)和完善。 它的根本任務(wù)是揭示材料成分、結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的內(nèi)在關(guān)系，設(shè)計(jì)、合成并制備出具有優(yōu)良使用性能的材料，以滿(mǎn)足工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國(guó)防建設(shè)和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展對(duì)材料日益增長(zhǎng)的需要。