材料科学与人类文明 (nxpowerlite)

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1、材料科学与人类文明材料科学与工程学系王秀丽wangxl@zju.edu.cn试题填空（30分，每空0.5分）选择（30分，每题2分）判断（10分，每题1分）简答题（15分，每题5分）论述题（15分，共2题）时间：2012年1月11日晚18:30-20:30紫金港东2-203考试可携带资料：教材书、笔记、课件打印件（禁止携带电子文本及其他形式的资料，如手机存储等）授课课件提纲绪论:人类发展史与材料科学发展材料结构基础材料性能基础材料力学性能纳米材料专题新能源材料专题材料是人类社会进步的里程碑材料金属材料无机非金属材料：陶瓷，玻璃，玻璃陶瓷等高分子

2、材料：橡胶，塑料，胶粘剂复合材料：金属基，陶瓷基，高分子基黑色金属：钢，铁，钨有色金属：铝，铜，钛，金，银等材料的分类—按价键结构金属键离子键和共价键共价键和分子键功能材料具有优良的光学、电学、磁学、声学、热学、力学、化学和生物学功能及其相互转化的功能，被用于非结构目的之高技术材料。定义磁性材料软磁材料、硬磁材料、磁记录材料电性材料电阻合金、电热合金、电触点材料、超导材料光学材料光纤、光学传感器、激光材料声学材料声光晶体、吸音材料、隔音材料力学材料弹性合金、恒弹性合金化学功能材料催化材料、耐蚀材料、燃料电池、气体传感器分类应用电子、信息、能源、

3、医学、核工业、军工材料科学与工程研究材料制备（成分）——结构——性能之间关系的科学主要内容原子、离子和分子金属键、离子键和共价键晶体结构：晶胞，晶面指数，晶向指数晶体缺陷：点缺陷，线缺陷，面缺陷合金的基本相：固溶体和中间相化学键材料的性能是由以下因素决定的：内因成分——材料是由哪些物质（原子）构成的？化学键——构成材料的原子如何结合在一起？晶体结构——构成材料的原子是如何排列的？外因温度、压力和化学键关系密切的材料性能：密度、导电性、导热性、热膨胀、硬度金属金属由金属键结合，具有下列特征：良好的导电、导热性；良好的塑性变形能力（因为金属键没有方

4、向性，原子间没有选择性）；不透明，呈现金属光泽；电阻随温度升高而增大。晶体和非晶体晶体：固体材料中原子在三维空间呈周期性规则排列，有规则外形，有一定熔点，各向异性。举例：食盐、蔗糖非晶体：原子不规则排列，无规则外形，无一定熔点，各向同性。举例：萘雪花六种形貌实际晶体SEM照片大多数固态金属內部的原子都在三微空间整齐规律地排列（晶体）。因此其原子位置可以画成三微空间立体格子形式，称为晶格(crystallattice)；构成晶格的最小立体格子单位称晶胞(unitcell)。金属的主要晶体结格有三种：面心立方（Face-centeredcubic,

5、FCC）体心立方（Body-centeredcubic,BCC）密排六方（Hexagonalclose-packed,HCP）金属晶体结构晶面间距越大，则该晶面上原子排列越密集晶面间距越小，则该晶面上原子排列越稀疏晶体缺陷实际晶体并不是完整的，含有许多缺陷。这些缺陷可分为点缺陷、线缺陷及面缺陷。“Crystalsarelikepeople,itisthedefectsinthemwhichtendtomaketheminteresting!”——ColinHumphreys点缺陷产生原因：①热运动；②射线辐射；③快速淬火点缺陷使周围晶格发生畸变

6、，提高晶体内能，降低导电率，提高强度。空位置换原子自间隙原子杂质间隙原子合金的基本相几个概念合金(Alloy)——以一种金属元素为基础，加入其它金属或非金属而组成的具有金属特性的材料。组元(Constituent)——组成合金的最基本的独立的物质。可以是金属元素、非金属元素或稳定的化合物。相(Phase)——成分、结构相同，性能均一，并有界面与其它部分隔开的独立均匀的组成部分。合金中的基本相有固溶体和中间相两种。组织(Microstructure)——合金结构的微观形貌。可以是单相的，也可以是多相的。固溶体的分类置换固溶体：溶质原子取代晶格中溶

7、剂原子原子的位置。形成无限固溶体的前提：溶质和溶剂金属的晶格型式相同。间隙固溶体：尺寸较小的溶质原子进入晶格空隙。固溶体的特点（1）晶格型式同溶剂；（2）性能和溶剂接近。固溶体中溶质原子使溶剂晶格发生畸变，因此其强度、硬度比溶剂元素高，塑性韧性变化不大——固溶强化中间相组成化合物的合金元素按一定比例结合；晶格型式不同于各组成元素的晶格；结合方式：金属键和其它键（离子键、共价键、分子键）相混合；化学分子式不符合化合价规律（因为结合含金属键形式）；具有金属的性质，但性能和组成元素原有性能差别较大。合金组元之间发生化学反应，形成晶体结构不同于任一组元

8、的新相。由于它们在二元相图上的位置总是位于中间，故通常把这些相称为中间相，也称为金属间化合物。其特点有：中间相的分类正常价化合物——由负电性差别较大的