最新在置换固溶体中教学讲义PPT.ppt

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1、在置换固溶体中1.1引言(Introduction)什么是材料?材料与人类文明什么是材料科学？材料科学的形成材料科学与材料工程的关系什么是材料?世界万物，凡于我有用者，皆谓之材料。材料是具有一定性能，可以用来制作器件、构件、工具、装置等物品的物质。材料存在于我们的周围，与我们的生活、我们的生命息息相关。材料是人类文明、社会进步、科技发展的物质基础。什么是材料科学？材料科学是自然科学的一个分支。材料科学是一门以固体材料为研究对象，以固体物理、热力学、动力学、量子力学、冶金、化工为理论基础的边缘交叉基础应用学科，它运用电子显微镜、X-射线衍射、热谱、电子离子探针等

2、各种精密仪器和技术，探讨材料的组成、结构、制备工艺和加工使用过程与其机械、物理、化学性能之间的规律的一门基础应用学科，是研究材料共性的一门学科。材料科学的核问题是结构和性能的关系。材料的性能是由材料的内部结构决定的。材料的结构有三个层次：即原子及电子结构；原子的空间排列；组织结构或相结构。每个层次的结构都以不同的方式决定着材料的性能。另外尺寸的影响：体材料、低维材料、0维材料。材料科学的形成材料科学的形成是科学技术发展的结果。首先，固体物理、无机化学、有机化学、物理化学等学科的发展，对物质结构和物性的深入研究，推动了对材料本质的了解；同时，冶金学、金属学、陶瓷

3、学、高分子科学等的发展，也使对材料本身的研究大大加强，从而对材料的制备、结构和性能以及它们之间的相互关系的研究也越来越深入，为材料科学的形成打下了比较坚实的基础。其次，各材料之间的相互有机联系。另外，各类材料的研究设备与生产手段由相同之处。材料科学与材料工程的关系材料工程是工程的一个领域，其目的在于经济地而又能为社会所能接受地控制材料的结构、性能和形状。材料科学的核问题是结构和性能的关系。研究“为什么”的学问。材料工程则要全面考虑材料的5个判据：经济判据、资源判据、环保判据、能源判据和质量判据。解决“怎么做”的问题的学问。材料科学的基础理论为材料工程指明方向，

4、为更好的选择材料、使用材料、发挥现有材料的潜力、发展新材料提供了理论基础，可以节省时间、少走弯路、提高质量、降低成本和能源、减少对环境的污染。材料科学基础课程的教学内容无机材料科学基础课程是无机非金属材料工程专业的重要的学科基础课之一，主要介绍无机材料科学中的共性规律，即材料的组成-形成（工艺）条件-结构-性能-材料用途之间相互关系及制约规律。内容主要包括：材料种类、晶体结构、缺陷化学、非晶体结构、材料的表面与界面、相图、扩散、相变、固相反应、烧结和材料的环境效应等基础知识。1.2组成-结构-性质-工艺过程之间的关系材料科学与工程的四个基本要素：合成与加工、组

5、成与结构、性质、使用性能。探索这四个要素之间的关系(图1)，覆盖从基础学科到工程的全部内容。四个要素之间的密切关系确定了材料科学与工程这一领域，确定了材料科学基础课程的教学线索。图1组成-结构-性质-工艺过程之间关系示意图合成与制备过程使用性能性质组成与结构（化学）（工程）（物理学）材料的性质是指材料对电、磁、光、热、机械载荷的反应，主要决定于材料的组成与结构。使用性能是材料在使用状态下表现的行为，它与材料设计、工程环境密切相关。实用性能包括可靠性、耐用性、寿命预测及延寿措施等。合成与制备过程包括传统的冶炼、铸锭、制粉、压力加工、焊接等，也包括新发展的真空溅

6、射、气相沉积等新工艺，使人工合成材料如超晶格、薄膜材料成为可能。1.3.1材料按化学组成（或基本组成）分类1.3.2根据材料的性能分类1.3.3材料按服役的领域来分类1.3.4材料按结晶状态分类1.3.5材料按材料的尺寸分类1.3材料分类（ClassesofMaterials）按物理性质可分为：导电材料、绝缘材料、半导体材料、磁性材料、透光材料、高强度材料、高温材料、超硬材料等。按物理效应分为：压电材料、热电材料、铁电材料、非线性光学材料、磁光材料、电光材料、声光材料、激光材料等。按用途分为：电子材料、电工材料、光学材料、感光材料、耐酸材料、研磨材料、耐火材料

7、、建筑材料、结构材料、包装材料等。1.3.1按化学组成（或基本组成）分类：1.金属材料2.无机非金属材料3.高分子材料（聚合物）4.复合材料1.金属材料金属材料是由化学元素周期表中的金属元素组成的材料。可分为由一种金属元素构成的单质（纯金属）；由两种或两种以上的金属元素或金属与非金属元素构成的合金。合金又可分为固溶体和金属间化合物。在103种元素中，除He,Ne,Ar等6种惰性元素和C、Si、N等16种非金属元素外，其余81种为金属元素。除Hg之外，单质金属在常温下呈现固体形态，外观不透明，具有特殊的金属光泽及良好的导电性和导热性。在力学性质方面，具有较高的强

8、度、刚度、延展性及耐冲击性。合金是由两