材料科学与工程基础视频.docx

为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划材料科学与工程基础视频　　“材料科学与工程基础“要点：　　第二章能带理论、费米能、费米面、费米-狄拉克分布、　　点阵、晶系、晶胞、晶面晶向、晶体结构　　点缺陷、线缺陷、位错的类型、性质、反应及运动　　固溶体、中间相结构、类型、性能　　扩散定律、扩散机制、上、下坡扩散　　固-固相变、二元匀晶、共晶、包晶相图、用相律、杠杆定律分析相图、相图热力学　　第三章高分子材料的结构、性能特点　　铁－碳相图的分析　　铸铁的类型、牌号、性能特点　　铝及合金、铜及合金的类型、性能特点　　再结晶　　无机材料的结构和性　　能特点　　第四章金属、陶瓷、高分子的力学状态差异和原因　　粘弹性、高弹性、滞弹性的机理　　塑性变形的机理　　粘性流动的机理　　材料的几种强度、塑性、韧性指标的作用意义　　材料断裂的几种形式、机理　　断裂韧性的概念、具体应用　　材料硬度的表示方法，几种硬度的测试、适用范围　　磨檫磨损和疲劳　　材料的热性能、电性能、磁性能　　材料的光学性能和耐蚀性能　　金属、无机及高分子材料的基本制备方法　　金属材料和聚合物的加工特性　　《材料工程与工程基础》　　一、简介　　本课程系统的介绍了材料科、学与工程领域的专业知识。

主要内容包括材料概述，工程材料的基本性能，材料的原子结构和原子间的结合键，金属材料，陶瓷材料，高分子材料，复合材料，新材料简介，材料的强化及表面处理，材料设计与选择　　二、　　第一章绪论　　材料的发展与人类的文明；材料的分类；材料科学与工程；材料的发展趋势；　　第二章工程材料的基本性能　　材料的力学性能；材料的物理、化学性能；不同种类材料的主要性能比较；　　第三章材料的原子结构和原子结合键　　材料结构和原子特性；原子间作用力和结合能；原子间的结合键；原子间结合键与材料类型及性质的关系；　　第四章金属材料　　金属材料的制备与合成；金属晶体结构及晶体缺陷；纯金属的结晶和铸锭；金属材料的成型工艺；　　第五章陶瓷材料　　陶瓷材料简介；陶瓷材料的结构与性能；陶瓷材料的制备工艺；　　第六章高分子材料　　高分子材料制备反应和高分子材料的组成；高分子的结构及性能；高分子材料的成型加工；　　第七章复合材料　　复合材料基础；复合材料的集体材料；复合材料的增强材料；常用复合材料；　　第八章新材料简介　　纳米材料；超导材料；生物材料；智能材料；非晶态合金；形状记忆材料；　　第九章材料的强化与表面处理　　金属材料强化与韧化的途径；非金属材料强化与韧化的途径；金属表面强化与表面改性技术；　　1．合成与加工。

　　2．　　3．　　4．三类主要的材料力学失效形式分别是：断裂、磨损和腐蚀　　5．材料的结构包括键合结构、晶体结构和组织结构　　6．　　7．　　8．　　1．　　2．　　3．材料的化学性质主要表现为催化性质和防化性质　　4．冶金过程、熔炼与凝固、粉末烧结和高分子聚合是四种主要的材料制备方法　　5．如果按材料的流变特性来分析，则材料的成型方法可分为三种：液态成型、塑变成型和　　流变成型　　6．金属材料的改性包括材料的合金化以及材料的热处理　　7．典型热处理工艺有淬火、退火、回火和正火　　晶体：原子在空间呈有规则的周期性的重复排列　　硬度：材料在表面上的小体积内抵抗变形或破裂的能力　　疲劳强度：材料抵抗交变应力作用下断裂破坏的能力　　材料组织：材料的组织是对材料的类型、形状、数量、大小、分布等特征的　　描述，特征相同的部分归为一种组织组成物　　(5).韧性：材料从塑性变形到断裂全过程中吸收能量的能力　　(6).材料的“合金化”：通过改变材料的成分，达到改变材料性能的方法这种方法　　在金属材料和现代高分子材料的改性方面有广泛的应用　　(1).塑性：外力作用下，材料发生不可逆的永久性变形而不破坏的能力。

　　(2).刚度：外应力作用下材料抵抗弹性变形能力　　(3).抗蠕变性：材料在恒定应力作用下抵抗变形的能力　　(4).马氏体：碳在α-Fe的过饱和固溶体　　(5).断裂韧性：工程上使用的各种材料，本身不可避免地存在着微裂纹，在应力的作用　　下，这些裂纹进行扩展，一旦达到失稳扩展状态，便会发生低应力脆断　　(6).材料的热处理：通过一定的加热、保温、冷却工艺过程，来改变材料的相组成情况，　　达到改变材料性能的方法　　1、碳的质量分数Mn、、　　2、优质碳素结构钢的钢号是以来表示的　　3、碳钢常规热处理有、、、四种　　4、碳在铁碳合金中的存在形式有与铁间隙固溶、化合态的渗碳体、游离态的石墨　　5、高分子材料分子量很大，是由组成，并以接而成　　6、、、被称为三大合成高分子材料　　7、高分子按结构单元的化学组成可分为、　　无机高分子　　8、聚合物分子运动具有　　9、聚乙烯可分为、量聚乙烯、改性聚乙烯　　10、陶瓷材料的晶体缺陷有、，其中导电性与接关系　　11、陶瓷材料的(1).(2).(3).(4).　　12、陶瓷材料热膨胀系数小，这是由晶体结构和　　13、由两种或两种以上、、不同的物质，经人工组合而成的相固体材料叫做复合材料。

　　14、复合材料可分为和两大类　　15、颗粒增韧的增韧机理主要包括、、和　　16、界面是复合材料中基体与增强材料之间发生相互作用和相互扩散而形成的结　　合面　　17、复合材料界面结合的类型有、合　　班材料科学与工程基础复习资料仅供参考　　材料科学与工程基础　　FundamentalsofMaterialsScienceandEngineering　　--曹永友　　Chapterone引言　　LearningObjectives　　1.列出决定材料应用的六种不同性能　　Mechanicalproperties力学性能Electricalproperties电性能Thermalbehavior热性能Magneticproperties磁性能Opticalproperties光性能Deteriorativecharacteristics老化特性　　2.说明涉及材料设计，生产和利用的四个因素，并简要说明它们之间的相互关系　　Processing加工过程—〉Structure组织结构—〉Properties性能—〉Performance使用性能结构依赖于加工性质决定使用性能因此它们之间关系是线性的。

　　3.举出在材料的甄选过程三个标准　　A考利材料的使用条件B考虑材料使用过程的老化C优先考虑材料的经济性　　4.(a)列出三类主要的固体材料，并说明它们化学特点　　metal金属具特有光泽而不透明，富有展性、延性及导热性、导电性的这一类物质ceramic陶瓷各种无机非金属固体材料　　polymer聚合物由千百个原子彼此以共价键结合形成相对分子质量特别大、具有重复结构单元的有机化合物b)写出其他三种材料，并说明它们特点　　Composites复合材料是以一种材料为基体(Matrix)，另一种材料为增强体(reinforcement)组合而成的材料各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝和硬质细粒等复合材料中以纤维增强材料应用最广、用量最大其特点是比重小、比强度和比模量大例如碳纤维与环氧树脂复合的材料，其比强度和比模量均比钢和铝合金大数倍，还具有优良的化学稳定性、减摩耐磨、自润滑、耐热、耐疲劳、耐蠕变、消声、电绝缘等性能。

　　Semiconductors半导体材料导电能力介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体半导体材料是一类具有半导体性能、可用来制作半导体器件和集成电的电子材料，其电导率在10～10欧姆/厘米范围内半导体材料的电学性质对光、热、电、磁等外界因素的变化十分敏感，在半导体材料中掺入少量杂质可以控制这类材料的电导率正是利用半导体材料的这些性质，才制造出功能多样的半导体器件　　Biomaterials生物材料生物材料是指以医疗为目的,用于和机体组织接触,以形成功能的无生命的材料生物材料的种类很多一般可分为天然材料和人工材料两大类人工材料又可分为金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料以及它们的复合材料　　Chaptertwo原子结构及原子间作用力　　LearningObjectives　　1.了解所学的两种原子模型，并能区别其不同　　玻尔模型1913年，年轻的丹麦物理学家玻尔在总结当时最新的物理学发现的基础上建立了氢原子核外电子运动模型，提出了原子结构理论上的三点假设任意轨道上绕核运动，而是在一些符合一定量子化条件的轨道上运动；电子轨离核越远，原子所含的能量越高，电子尽可能处在离核最近的轨道上；只有电子从较高能级跃迁到较低能级时，原子才会以光子形式释放能量。

玻而尔理论解释了原子发光现象但无法解释精细结构和多原子、分子或固体的光谱，存在局限性　　量子力学模型量子力学是建立在微观世界的量子性和微粒运动统计性基本特征上，在量子力学处理氢原子核外电子的理论模型中，最基本的方程叫做薛定谔方程，是由奥地利科学家薛定谔在1926年提出来的薛定谔方程是一个二阶偏微分方程，它的自变量是核外电子的坐标，它的因变量是电子波的振幅给定电子在符合原子核外稳定存在的必要、合理的条件时，薛定谔方程得到的每一个解就是核外电子的一个定态，它具有一定的能量，具有一个电子波的振幅随坐标改变的的函数关系式ψ=f(x,y,z)，称为振幅方程或波动方程　　2.能够描述有关电子能量的量子力学法则　　能量最低原理，Pauli不相容原理，Hund规则　　4.(a)能够简单描述离子键，共价键，金属键，氢键和范德华键　　(b)能够列出以这些化学键结合的典型物质　　离子键：原子之间发生电子转移，形成正、负离子，并通过静电作用而形成的化学键离子键的本质是静电作用，无方向性、无饱和性离子键程度与元素的电负性有关　　共价键：不同原子依靠共享电子，或原子轨道的最大重叠而结合形成的化学键为共价键共价键的本质是电性的，是两原子核对共用电子对或原子轨道重叠所形成负电区域的吸引力，不是正负离子间的静电力。

共价键有方向性和饱和性　　金属键：在固态或液态金属中，价电子可以自由地在不同原子间移动，使其成为多个原子所共有，这些共用电子将许多原子粘合在一起的作用，被称为是金属键　　氢键：分子中带正电的氢原子与另一分子中含有的孤对电子靠近并产生的吸引力为氢键氢键形成的条件是必须在分子中存在电负性很强的元素使氢原子具有强极性，同时，分子中带有孤对电子，电负性大和半径小的元素所构成氢键具有方向性和饱和性　　范德华键：由分子的取向力、诱导力和色散力导致分子间的作用力称为Vanderwaals键　　Chapterthree金属和陶瓷的结构重点！　　重点为第三章特别是三种常见的晶体结构以及晶面和晶向及其指数　　LearningObjectives　　1.描述晶体与非晶体在原子核分子结构上的不同　　晶体：是原子、离子或分子按照一定的空间结构排列所组成的固体，其质点在空间的分布具有周。