【正文】 材料科學(xué)與工程基礎(chǔ) The Fundamentals(Elements,Principles )of Materials Science amp。 Engineering An Introduction to Materials Science 緒論 Introduction 材料 (Materials)是國民經(jīng)濟的物質(zhì)基礎(chǔ)。 廣義的材料包括人們的思想意識之外的所有物質(zhì) (substance) ???????工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)國防科學(xué)技術(shù)人民生活?????材料品種數(shù)量 國家現(xiàn)代化程度標(biāo)志之一質(zhì)量?????材料能源 現(xiàn)代技術(shù)的三大支柱信息材料無處不在，無處不有 ???簡單→復(fù)雜單一性能→綜合性能???結(jié)構(gòu)材料→功能材料單一材料→復(fù)合材料材料發(fā)展過程 我國材料的歷史進程 (Historical perspective) 漫長而又曲折的歷程 ： （S t o n e A g e ） 石器時代 ： 石斧、鑿、刀、鏟、箭頭、 紡輪、缽等（西安半坡遺址）石斧 （B r o n z e A g e )巨型司母戊鼎（河南安陽晚商遺址）青銅器時代 : 湖北江陵楚墓出土越王勾踐寶劍 中國古代鐵器的金相組織 湖南長沙砂子塘戰(zhàn)國凹形鐵鋤 r o n A g e（I ）鐵時 器代古代科技名著： “ 考工記 ” （先秦）、 “ 夢溪筆談 ” （宋代沈 括）、 “ 天工開物 ” （明代宋應(yīng)星） 明代后：封建統(tǒng)治、帝國主義侵略束縛了材料的發(fā)展 停滯狀態(tài) 解放后：材料科學(xué)受到重視和發(fā)展，被列為現(xiàn)代技術(shù)三大支柱之一。 一整套材料體系 門類全齊 數(shù)量 質(zhì)量 鋼鐵突破 2億噸大關(guān) 世界第一 原子彈、氫彈、人造衛(wèi)星、火箭 長征三號運載火箭在發(fā)射架上的圖片 寶鋼高爐 材料分類 (Classification of Materials) ????????氯2 3 3 4 2金屬材料（M e t a l l i c M a t e r i a l s ) : 鋼鐵、鋁、銅、鈦合金陶瓷材料（C e r a m i c s ）：A l O 、S i C 、S i N 、S i O 、T i N或無機非金屬材料（In or ga ni c M at er ia ls )高分子材料（H i g h P o l y m e r s ) ：纖維、蛋白質(zhì)、聚乙烯、聚 乙烯M a t e l M a t r i x復(fù)合材料（C o m p o s i t e s ) ： C o m p o s i t e sP o l y m e r M a t r i x?????????????金屬材料－金屬學(xué)陶瓷材料－陶瓷學(xué) 材料科學(xué)基礎(chǔ) 突出材料共性教學(xué)高分子材料－高分子物理 材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)是研究材料的成分、組織結(jié)構(gòu)與性能之間關(guān)系 ???????非金屬材料、復(fù)合材料：材料學(xué)：金屬材料、變形與再結(jié)晶：材料變形學(xué)：材料的相圖、熱處理：材料相變學(xué)：凝固、晶體缺陷構(gòu)與鍵合、固體結(jié)構(gòu)、：材料結(jié)構(gòu)學(xué)：原子結(jié)VIIII II I???????????綜合實驗常用材料組織觀察察鐵碳合金非平衡組織觀鐵碳合金平衡組織觀察材料電阻溫度系數(shù)測定材料密度測定驗材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)實學(xué)習(xí)方法 ： 培養(yǎng)能力為主，學(xué)習(xí)知識為輔 要掌握正確的思維方式，不要死記硬背 認真記好筆記，課后短時復(fù)習(xí) 抓住主線條，不鉆牛角尖 考試前及早復(fù)習(xí)，不要臨陣磨槍 積極參加答疑，不要閉門復(fù)習(xí) 第一章 材料的結(jié)構(gòu) Structure of Material ?材料的性能取決于材料的成分、加工工藝和結(jié)構(gòu)。 ?材料結(jié)構(gòu)學(xué)是材料科學(xué)體系中最重要的學(xué)科之一。 第一節(jié) 結(jié)合鍵 Binding Bond 一、結(jié)合力與結(jié)合能 雙原子模型： d0 dc A B 結(jié)合力 排斥力 吸引力 原子間距 d 排斥力 ＋ F － F 吸引力 d0 dc A B 結(jié)合能 排斥能 吸引能 原子間距 d 排斥能 吸引能 EAB （ a） （ b） 圖 1－ 1 雙原子作用模型 二、結(jié)合鍵 離子鍵 氯 鈉 NaCl的晶體結(jié)構(gòu) Si形成的四面體 109176。 金屬離子 金屬鍵模型 電子氣 共價鍵 金屬鍵 分子鍵和氫鍵 三、材料的鍵性 金屬材料 金屬材料的結(jié)合鍵主要是金屬鍵。 金屬特性：導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性好；正電阻溫度系數(shù)；好的延展 性；金屬光澤等。 陶瓷村料 陶瓷材料是包含金屬和非金屬元素的化合物，其結(jié)合鍵主要是離子鍵和共價鍵，大多數(shù)是離子鍵。離子鍵賦予陶瓷材料相當(dāng)高的穩(wěn)定性，所以陶瓷材料通常具有極高的熔點和硬度，但同時陶瓷材料的脆性也很大。 高分子材料 高分子材料的結(jié)合鍵是共價鍵、氫鍵和分子鍵。其中，組成分子的結(jié)合鍵是共價鍵和氫鍵，而分子間的結(jié)合鍵是范德華鍵。盡管范德華鍵較弱，但由于高分子材料的分子很大，所以分子間的作用力也相應(yīng)較大，這使得高分子材料具有很好的力學(xué)性能 第二節(jié) 晶體學(xué)基礎(chǔ) Fundamentals of crystallogphy 一、晶體的概念 晶體的特性 晶體的三大特征： 原子排列有序；有固定的熔點；各向異性。 空間點陣和晶胞 c a X b β α γ Y Z （ a） （ b） （ c） 簡單立方晶體 （ a） 晶體結(jié)構(gòu) （ b） 晶格 （ c） 晶胞 二、配位數(shù)和致密度 配位數(shù) 所謂配位數(shù)是指晶體中與任一個原子最近鄰、等距離的原子數(shù)目。 致密度 若把原子看成剛性球 ， 則原子之間必有空隙存在 ， 可用原子剛球所占體積與晶體體積之比來表示晶體結(jié)構(gòu)排列的緊密程度 ， 稱為致密度或密集系數(shù) 。 可用下式表示： VnVK 0?例 ：計算簡單立方晶體的致密度 解 ：簡單立方：晶格常數(shù)為 a， 原子半徑為 一個晶胞內(nèi)所含的原子數(shù) ； ； 所以：致密度 a211881 ???n 330 612134 aaV ?? ???????? 3aV?616 33 ?? ???aaK三、晶向指數(shù)和晶面指數(shù) 在晶體中，由一系列原子所組成的平面稱為晶面，任意兩個原子之間連線所指的方向稱為晶向。為了