重庆大学 材料化学ppt课件.ppt

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1、《材料化学》课程讲义材料科学与工程学院建材系教师姓名：张智强第一章绪论●材料的发展过程●材料的分类●材料化学的研究对象第一节材料的发展过程材料的发展是人类物质文明发展的标志和里程碑。●天然材料50万年前，动物、植物和矿物。旧石器和新石器●烧制材料约1万年前，陶器、瓷器。7千年前，青铜器，5千年前，铁器。●合成材料上世纪初，合成高分子材料，合成塑料、合成橡胶、合成纤维等。●复合材料各种有机、无机功能材料、复合材料●智能材料形状记忆材料、电致变色材料等。第二节材料的分类●金属材料●无机非金属材料●高分子材料●复合材料●功能材料一、金属材料1、传统金属材料一

2、般的钢铁及各种合金材料。2、新型金属材料金属玻璃、定向共晶合金、微晶、低维合金、纳米合金等。二、无机非金属材料1、传统材料单晶材料—单晶硅、金刚石、碳化硅、氮化硅、刚玉、水晶等。一般材料—水泥、玻璃、陶瓷、混凝土、石膏等2、新材料单相陶瓷、复相陶瓷。三、高分子材料1、合成塑料热塑性塑料：聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯等。热固性塑料：酚醛树脂、环氧树脂、聚氨酯2、合成纤维晴纶、丙纶、尼龙、聚丙烯纤维3、合成橡胶具有弹性的聚合物4、涂料水性涂料和溶剂型涂料。树脂：苯丙、纯丙、硅丙、氟碳、环氧树脂四、复合材料将两种或两种以上性能不同的材料进行有效复合得到

3、的复合型材料。主要包括以下内容：1、宏观复合类肉眼可分辨相界。如混凝土、钢筋混凝土、纤维增强混凝土、玻璃钢材料等2、细观或微观复合类肉眼无法分辨相界。微粒、分子尺度的复合。如有机硅、金属陶瓷、微晶玻璃、骨骼等。●纤维增强材料将各种纤维掺入金属、非金属、高分子材料中形成纤维复合材料。常用的纤维有：聚丙烯纤维、尼龙纤维、玻璃纤维、碳纤维、碳化硅纤维、钢纤维等。●颗粒弥散型复合材料以基体材料为连续相，均匀掺入第二相颗粒材料形成的复合材料。无机—无机，两种陶瓷复合，增强、增韧。有机—无机，塑料中加入无机填料、纳米粒子。金属—无机等方式。●梯度复合材料在基体材料

4、中渗入的第二相呈梯度分布。五、功能材料一般指具有声、光、热、电、磁等突出性能的一类非结构材料。半导体材料、发光材料、磁性材料、压电材料、记忆材料、光导材料、超导材料等第三节材料化学的研究对象简单而言，材料化学就是研究材料中的化学问题的科学。化学学科与材料科学相互依存、相互促进。材料化学包含如下内容：●材料的制备方法与技术；●材料性能的表征；●材料性能的测试；●材料的腐蚀与老化问题。材料的制备范例：1、玻璃制备●Na2O、SiO2等加热熔融，经化学反应生成硅酸盐熔体（化学反应过程）●澄清除去熔体中的气泡、消除缺陷、提高透明度●成型使之成为方便使用的形状●

5、退火消除热应力、提高强度2、水泥制造●粘土、石灰石粉磨●粘土（含SiO2、）、石灰石(CaO)、铁粉(Fe2O3)等经煅烧，生成C2S、C3S、C3A、C4AF等矿物●急冷　使高温矿物相稳定●粉磨　使其充分发挥水化活性第二章　材料化学的基础理论第一节　晶体与非晶体熔体冷却后得到固体，一种形态为晶体，一种为非晶体．一、晶体的宏观特征１、规则的几何外形２、晶面角守恒３、各向异性体现有序性４、有固定的熔点晶面角守恒的概念：实验测定表明：同一晶体物质的各种不同样品中，相对应的各晶面之间的夹角保持恒定。晶面角守恒定律：属于同一晶种的晶体，两个对应晶面间的夹角恒定

6、不变。可以用晶面法线之间的夹角来表征。二、非晶体的宏观特征１、无确定的外形２、介稳性３、各向同性体现无序性４、无固定的熔点—转变温度非晶态的熔化温度受冷却速率影响三、非晶体与晶体的转化从热力学上将，非晶体的势能高，属于不稳定状态，有转变为晶体的趋势。但这种转化由于存在一定的转化势垒，实际转化是比较困难的。晶体之间亦是如此。如玻璃难以析晶，金刚石难以转化为石墨，鳞石英难以转化为石英。第二节　晶体的微观结构一、空间点阵晶体中的粒子（包括原子、离子或分子等）在三维空间作有序排列，即相同部分—晶胞具有直线周期平移的特点。为了概括晶体结构的周期性，引入了点阵学说

7、。将晶体结构中粒子在空间排列的几何特征抽象为纯数学概念—空间点阵。晶体结构＝点阵＋基元晶胞有大晶胞和小晶胞之分。右图为金刚石晶胞。晶胞参数：３个坐标轴、３个夹角。二、晶胞—晶体基本有序单位三、晶面及其取向晶面—晶体中分布有粒子的几何面。晶向—晶面有不同的取向。晶面参数表示。晶面密度—晶面上粒子占有的面积分数。第三节　晶体的能带理论●自由电子（共有电子）理论的缺陷该理论认为金属的价电子处于一个均匀的势场中。这可解释导电、导热现象，但无法解释电阻、比热与温度之间的关系。●晶体势场是不均匀的，呈周期变化的。研究电子在这个周期变化势场的能量分布，其结果是带状结

8、构。关于这方面的理论称为能带理论。能带理论相似于分子轨道理论，但前者的电子是离域的，为整个晶体