1、第1章 绪论,材料化学:关于材料的结构、性能、制备和应用的化学。 材料的分类 按照组成和结构: 金属材料 无机非金属材料 高分子材料:热塑性高分子、热固性高分子性能特点 复合材料:两种或多种不同材料组合而成的材料,第2章 材料的结构,2.1 元素与化学键 表征元素性质的物理量 第一电离能、电子亲和势、 电负性、原子及离子半径 原子间的键合方式及其特点 金属键、离子键、共价键 氢键、范德华力,第2章 材料的结构,2.2 晶体学基本概念 晶体与非晶体的典型区别 晶体:长程有序、短程有序 非晶体:短程有序、长程无序 晶格、晶胞、晶格参数、晶系 晶向指数和晶面指数 晶向指数:后点坐标与前点坐标相减最小整数 当晶向不过原点时 当最小整数为负值时 晶面指数:晶轴上的截距截距的倒数最小互质整数 当晶面与晶轴平行时,(课后思考题 p44 ),第2章 材料的结构,2.3 晶体材料的结构 金属晶体 三种密堆方式:体心立方、面心立方、六方密堆 三种密堆方式的晶胞原子个数、配位数、密堆系数 密堆系数计算: 相关知识的综合运用及计算(课后思考题p43-44) 离子晶体 共价晶体,第2章 材料的结构,2.4 晶体
2、缺陷 点缺陷 点缺陷的表示方法: 线缺陷 具体形式:位错 位错的三种类型: 刃型:伯氏矢量与位错线垂直 螺型:伯氏矢量与位错线平行 混合型,第2章 材料的结构,2.5 固溶体 固溶体的定义 溶质原子溶入溶剂晶格 保持溶剂的晶格类型 单相晶态固体 固溶体与溶液的异同 固溶体的类型 置换型固溶体 填隙型固溶体 影响置换型固溶体形成的因素 原子/离子尺寸差、电价因素、键性、晶体结构,第3章 材料的性能,3.1 化学性能 耐氧化性 各种金属材料在空气中的稳定性, 如,铝不易生锈,而铁容易生锈 耐酸碱性 耐有机溶剂性 耐老化性,第3章 材料的性能,3.2 力学性能 强度 典型的应力-应变曲线分析 应力应变曲线的特征点 弹性极限、屈服强度、极限拉伸强度、断裂应力 相关公式应用:课后思考题(p65) 硬度 常用的三种硬度测试方法:布氏、洛氏、维氏 材料结构与硬度的关系: 无机非金属材料、金属材料、高分子材料 提高金属材料硬度的方法:形成固溶体或合金 疲劳,第3章 材料的性能,3.3 热性能 热容 定压热容 定容热容 热膨胀 用势能图解释热膨胀现象及不同材料的热膨胀性能差异 热传导 不同材料的热传导源
3、于: 金属:自由电子 无机陶瓷及其他绝缘材料:晶格振动(声子) 半导体材料:电子和声子共同贡献 高分子材料:分子链节及链段运动,第3章 材料的性能,3.4 电性能 导电性 导体、半导体、绝缘体的能带结构与导电性 n-型半导体: 掺入施主杂质, 自由电子为载流子 p-型半导体:掺入受主杂质, 空穴为载流子 介电性 铁电性 外电场去除后,仍保持部分极化状态(电滞回线) 存在一临界温度点(居里温度),高于此温度,铁电性消失 压电性 两个互逆效应:压电效应和电致伸缩效应,第3章 材料的性能,3.5 磁性能 反磁性与顺磁性 铁磁性 外磁场去除后,仍保持部分极化状态(磁滞回线) 存在一临界温度点(居里温度),高于此温度, 铁磁性消失而变为正常的顺磁性 反铁磁性和铁氧体磁性 铁磁体的磁滞回线 软磁材料、硬磁材料的磁化曲线特征,第3章 材料的性能,3.6 光学性能 光的吸收与透过 金属材料:不透明 半导体及其他非金属材料:取决于能隙Eg 高分子材料: 光的反射与折射 金属材料:颜色取决于反射光波长 无机非金属材料:反射率主要受介质折射率差影响 材料的颜色,第4章 材料化学热力学,4.2 埃灵罕姆图及其
4、应用 埃灵罕姆图 氧化物生成线的典型类型: G0-T曲线斜率(S0、S0、S0) 埃灵罕姆图的应用实例 不同温度范围内,碳单质的氧化产物比较 不同温度范围内,碳和一氧化碳的还原能力比较 各种金属氧化物与碳单质的反应活性分析,第4章 材料化学热力学,4.3 相平衡及相图 相平衡及相图 一元相图:水的相图分析 二元相图与杠杆规则 相图的应用 根据水的相图,分析滑冰轻快的原因 冰受压融化形成水膜? 冰摩擦发热融化形成水膜? 冰表面固有的水膜?,第5章 材料的制备,5.5 固相反应 固相反应的过程和机理 5.6 插层法与反插层法 插层与反插层反应的原理 5.7 自蔓延高温合成法 自蔓延高温合成法及其技术原理 5.8 非晶材料的制备 制备非晶固体必须解决的关键问题 制备非晶态金属/合金的主要方法液相骤冷法,第6章 金属材料,6.1 金属材料结构与性能 有色金属的分类方法 金属晶体结构 三种密堆方式:FCC、BCC和HCP 多晶体材料 合金基本结构与性能 组成相的基本类型:混合物、固溶体、金属间化合物 铁系合金的组织结构 奥氏体、马氏体、铁素体、渗碳体、珠光体、莱氏体 金属材料热处理 “四把火”:
5、退火、正火、淬火、回火,第6章 金属材料,6.2 超耐热合金 超耐热合金 6.4 超塑性合金 细晶超塑性 相变超塑性 6.5 形状记忆合金 形状记忆材料 不同材料的形状记忆特点:单程、双程、全程记忆 6.6 储氢合金 储氢原理及吸释氢过程:吸氢放热、吸热放氢,第7章 无机非金属材料,7.1 无机非金属材料分类及特点 分类 传统(普通)、新型(特种) 结构特点 多数是离子键和共价键的混合体 组成元素间电负性差越大,离子键比例越高,第7章 无机非金属材料,7.2 水泥 水泥:一种水硬性胶凝材料,即一种细磨的无机材料,通过水化过程发生凝结和硬化,硬化后甚至在水中也可以保持强度和稳定性。 主要原料:粘土、石灰石 制备流程:两磨一烧 石膏作用:调节硬化时间 熟练成分:C3S、C2S、C3A、C4AF 凝结硬化过程:溶解水化、凝结、硬化,第7章 无机非金属材料,7.3 玻璃 非结晶性:区别于陶瓷、水泥的最显著结构特征 主要原料:石英砂、石灰石、纯碱、长石 基本构筑单元:SiO4 制备流程:配料、熔制、成型、退火 特种玻璃: 钢化玻璃:表面增强 导电玻璃:氧化铟锡涂层 彩色玻璃:添加金属氧化物 光纤玻璃:高纯二氧化硅,第7章 无机非金属材料,7.4 陶瓷 陶瓷 陶器+瓷器 陶瓷:采用制陶法生产的各类无机非金属材料 一般结构与基本性质 多相结构,通常由晶相、玻璃相和气孔组成 并非所有陶瓷都包含玻璃相 传统陶瓷的主要原料:粘土、石英、长石 传统陶瓷和特殊陶瓷的制备流程,第7章 无机非金属材料,7.4 陶瓷 结构陶瓷:作为工程结构材料使用的陶瓷材料,具有高机械强度、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、高硬度等性能。 氧化铝:如,刚玉瓷 氮化硅: 碳化硅:硬度接近于金刚石,也称“金刚砂” 六方氮化硼:结构和性能类似石墨,有“白石墨”之称 功能陶瓷:自身具有某方面的物理化学特性,表现出对电、光、磁、化学和生物环境产生响应的特征性陶瓷,可用以制造多种功能材料的陶瓷材料。,Good Luck!,
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