材料科学与工程基础教案第一章绪论

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1、材料科学与工程基础TheFundamentals(Elements,Principles)ofMaterialsScience&EngineeringAnIntroductiontoMaterialsScience绪论Introduction材料(Materials)是国民经济的物质基础。广义的材料包括人们的思想意识之外的所有物质(substance)材料无处不在，无处不有材料发展过程我国材料的历史进程(Historicalperspective)漫长而又曲折的历程：石斧湖北江陵楚墓出土越王勾践宝剑中国古代铁器的金相组织湖南长沙砂子塘战

2、国凹形铁锄古代科技名著：“考工记”（先秦）、“梦溪笔谈”（宋代沈括）、“天工开物”（明代宋应星）明代后：封建统治、帝国主义侵略束缚了材料的发展停滞状态解放后：材料科学受到重视和发展，被列为现代技术三大支柱之一。一整套材料体系门类全齐数量质量钢铁突破2亿吨大关世界第一原子弹、氢弹、人造卫星、火箭长征三号运载火箭在发射架上的图片宝钢高炉材料分类(ClassificationofMaterials)材料科学与工程基础是研究材料的成分、组织结构与性能之间关系学习方法：培养能力为主，学习知识为辅要掌握正确的思维方式，不要死记硬背认真记好笔记，课

3、后短时复习抓住主线条，不钻牛角尖考试前及早复习，不要临阵磨枪积极参加答疑，不要闭门复习第一章材料的结构StructureofMaterial材料的性能取决于材料的成分、加工工艺和结构。材料结构学是材料科学体系中最重要的学科之一。第一节结合键BindingBond一、结合力与结合能双原子模型：d0dcAB结合力排斥力吸引力原子间距d排斥力＋F－F吸引力d0dcAB结合能排斥能吸引能原子间距d排斥能吸引能EAB（a）（b）图1－1双原子作用模型二、结合键离子键氯钠NaCl的晶体结构Si形成的四面体109°金属离子金属键模型电子气共价键金属键

4、分子键和氢键三、材料的键性金属材料金属材料的结合键主要是金属键。金属特性：导电性、导热性好；正电阻温度系数；好的延展性；金属光泽等。陶瓷村料陶瓷材料是包含金属和非金属元素的化合物，其结合键主要是离子键和共价键，大多数是离子键。离子键赋予陶瓷材料相当高的稳定性，所以陶瓷材料通常具有极高的熔点和硬度，但同时陶瓷材料的脆性也很大。高分子材料高分子材料的结合键是共价键、氢键和分子键。其中，组成分子的结合键是共价键和氢键，而分子间的结合键是范德华键。尽管范德华键较弱，但由于高分子材料的分子很大，所以分子间的作用力也相应较大，这使得高分子材料具有很

5、好的力学性能第二节晶体学基础Fundamentalsofcrystallogphy一、晶体的概念晶体的特性晶体的三大特征：原子排列有序；有固定的熔点；各向异性。空间点阵和晶胞caXbβαγYZ（a）（b）（c）简单立方晶体（a）晶体结构（b）晶格（c）晶胞二、配位数和致密度配位数所谓配位数是指晶体中与任一个原子最近邻、等距离的原子数目。致密度若把原子看成刚性球，则原子之间必有空隙存在，可用原子刚球所占体积与晶体体积之比来表示晶体结构排列的紧密程度，称为致密度或密集系数。可用下式表示：例：计算简单立方晶体的致密度解：简单立方：晶格常数为a

6、，原子半径为一个晶胞内所含的原子数；；所以：致密度三、晶向指数和晶面指数在晶体中，由一系列原子所组成的平面称为晶面，任意两个原子之间连线所指的方向称为晶向。为了确定晶向、晶面在晶体中的空间位向，就需要引入一个统一的规则来标志它们，这种统一的标志，叫做晶向指数和晶面指数。国际上通用的是密勒（Miller）指数。晶向指数晶向指数的确定步骤如下：（1）以晶胞中的某一阵点为原点，以三条棱边为X、Y、Z轴，并以晶胞棱边的长度为单位长度；（2）如果所求晶向未通过坐标原点，过原点引一条平行于所求晶向的有向直线；（3）在所引直线上取离原点最近的那个原子

7、，求出其在X、Y、Z轴上的坐标；（4）将三个坐标值按比例化为最小整数，依次记入方括号[]中，即得所求晶向指数。通常以[uvw]表示晶向指数的普遍形式，若其中某数为负值，应将负号标注在该数的上方，例如。[110][110][111][100]XYZ图1－7立方晶系中的三个重要晶向如图给出了立方晶系中的一些主要晶向的晶向指数。对于一个晶向指数，表示的不是一个具体的方向，而是所有相互平行，方向一致的晶向。如果两个晶向指数数值大小相等，符号相反，则这两组晶向相互平行但是方向相反。晶向族在立方晶系中：[111]、[111]、[111]、[111]

8、、[111]、[111]、[111]、[111]八个晶向，指的是立方体中四个对角线的方向。从晶体的对称关系来看，这一组晶向在性质上是等同的，故总称之为晶向族。原子排列情况相同，但空间位向不同的所有晶向称为晶