材料科学基础 绪论 第一章ppt课件.ppt

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1、材料科学基础导论材料科学的重要地位工程材料的分类及性能特点材料性能与内部结构的关系材料制备和加工工艺对性能的影响本课程的任务课程的主要内容教学和考核方式2一、材料科学的重要地位人类使用材料的7个时代的开始时间：公元前10万年→石器时代公元前3000年→青铜器时代公元前1000年→铁器时代公元0年→水泥时代1800年→钢时代1950年→硅时代1990年→新材料时代：以人造为特征；为特定的需要设计和加工而成。3二、工程材料的分类及性能特点按使用性能分：结构材料：主要用其力学性能。功能材料：主要用其物理性能。按属性分：金属材料陶瓷材料高分子材料（复合材料）41、金

2、属材料使用量最大，使用面最广。高强度，良好的延展性、导电性、导热性。黑色金属有色金属52、陶瓷材料传统陶瓷：由粘土、石英、长石等成分组成，用于建筑材料。新型结构陶瓷：Al2O3、SiC、Si3N4等成分。优点:①重量轻；②压缩强度高；③熔点高；④耐磨性好；⑤化学稳定；⑥电、热绝缘。但脆、不易成形63、高分子材料又称聚合物。低密度，高弹性，绝缘性，低导热，低强度，低弹性模量，易老化。按用途分：塑料合成纤维橡胶4、复合材料高比强度，高比模量，抗疲劳。塑料基金属基陶瓷基75、功能材料电功能材料磁功能材料形状记忆合金。。。各种特殊的物理、化学性能。8三、材料性能与内

3、部结构的关系各种材料的性能是由其内部结构决定的。内部结构分四个层次：原子结构结合键原子的排列方式（晶体和非晶体）显微组织9四、材料的制备与加工工艺对性能的影响钢材→零件：冶炼、浇铸、轧制、锻造、热处理、表面处理液态→固态凝固：发动机叶片：传统为熔模铸造，通常凝固叶片组织为任意取向小单晶；定向凝固为一定方向的柱状晶，甚至单晶。工作温度由850℃提高到1100℃。研究各种材料的制备与加工工艺是材料工程类各专业的任务。10五、本课程的任务（什么是材料科学？）是研究各种材料的结构、制备加工工艺与性能之间关系的科学。材料科学与工程四要素11六、课程的主要内容ⅠⅡ材料结

4、构的基本知识材料中的晶体结构晶体缺陷材料的相结构及相图材料的凝固高分子材料的结构固态扩散材料的变形与断裂固体材料的电子结构与物理性能12七、教学和考核方式1、教学方式课堂讲授课堂讨论课堂练习课外作业考勤2、考核方式期末闭卷考试30%平时成绩+70%期末成绩13第一章材料结构的基本知识结构分4个层次：原子结构结合键原子的排列显微组织14第一节原子结构一、原子的电子排列1、原子的核式结构原子由原子核及核外电子构成原子核：体积小，质量大，带正电电子：质量可忽略，在一定轨道绕核旋转，带负电2、电子分布（1）4个量子数：①主量子数n：电子能级的壳层序数。n=1,2,3

5、,…7；②次量子数l(角量子数、轨道量子数)：l=0,1,2,…,确定每一壳层的亚壳层数目(spdf)15③磁量子数m：确定每一亚壳层中空间取向不同的轨道数目。m=0,±1，±2，…,轨道空间取向（spdf→1357）④自旋量子数ms：确定每一轨道中能容纳的电子数目。ms=+1/2,-1/2各壳层能够容纳的电子总数：2n2(n-主量子数)16（2）两个基本原理：①泡利不相容原理；一个原子中不可能存在有四个量子数完全相同的两个电子。②最低能量原理：电子总是优先占据能量低的轨道，使系统处于最低的能量状态。（3）能级的重叠相邻主壳层的能量范围有重叠17例题：写出原

6、子序数为11的钠原子及原子序数解：Na:1s22s22p63s1Ca:1s22s22p63s23p64s23、原子的活泼程度主要取决于外壳层（S层和P层）填满与否例如：为20的钙原子的电子分布He：1s2Ne：…2s22p6Ar：…3s23p6Kr：…4s23d104p6Xe：…5s24d105p6Rn：…6s24f145d106p6Na：…3s118二、元素周期表及性能的周期性变化191、周期对应于电子主壳层2、同一族元素具有相同的外壳层电子数和相似的化学性质3、过渡族元素具有未满的内壳层和典型的金属性4、ⅠB族和ⅡB族的内壳层填满，ⅠA族和ⅡA族的内壳层

7、未满，故ⅠB族和ⅡB族不如ⅠA族和ⅡA族活泼例如：Cu：…3p63d104s1K：…3p64s1205、电负性呈周期性变化：同周期自左至右逐渐增强，同族自上而下逐渐减弱21第二节原子的结合键一次键二次键混合键结合键的本质及原子间距结合键与性能22按结合力强弱分：一次键：通过电子的转移或共享使原子结合的结合键．包括离子键、共价键、金属键，结合力较强．二次键：通过偶极吸引力使原子结合的结合键．包括氢键、范德瓦尔斯键，结合力较弱．一、一次键1、离子键通过正负离子间相互吸引力使原子结合的结合键．23例如：NaCl,MgO对于NaCl：Na：1S22S22P63S1C

8、l：1S22S22P63S23P5Na原子失去一个外