材料科学基础课件.ppt
材料科学基础
欢迎来到材料科学基础课程。本课程将带您深入探索材料的奥秘，从原子层面到宏观应用。我们将学习各种材料的性质、结构和应用。
课程介绍
课程目标
掌握材料科学的基本概念和原理
学习内容
包括材料结构、性能、制备和应用等方面
授课方式
理论讲解、实验演示和小组讨论相结合
考核方式
平时作业、实验报告和期末考试综合评定
原子结构和键
1
化学键
离子键、共价键、金属键
2
电子排布
能级、轨道、壳层
3
原子结构
质子、中子、电子
晶体结构
简单立方
每个晶胞顶点有一个原子
体心立方
晶胞顶点和中心各有一个原子
面心立方
晶胞顶点和面中心各有一个原子
六方密堆积
原子呈六角形排列，堆积紧密
缺陷
点缺陷
空位、间隙原子、杂质原子
线缺陷
刃型位错、螺型位错
面缺陷
晶界、相界、堆垛层错
扩散
空位扩散
原子通过空位移动
间隙扩散
小原子在间隙中移动
表面扩散
原子在表面移动
相平衡
相律
自由度=组元数-相数+2
相图
描述温度、成分和相的关系
杠杆定则
用于计算相的相对量
共晶反应
液相冷却形成两种固相
相变
1
形核
新相的小晶核开始形成
2
长大
晶核通过原子扩散逐渐长大
3
粗化
大晶粒长大，小晶粒消失
金属材料
陶瓷材料
传统陶瓷
黏土为原料，用于日常生活用品
先进陶瓷
高纯度原料，用于高科技领域
玻璃
非晶态陶瓷，广泛应用于建筑和光学
高分子材料
1
热塑性塑料
可重复加热成型
2
热固性塑料
一旦成型不可再熔化
3
弹性体
具有高弹性的高分子
4
纤维
长径比很大的细长高分子
复合材料
纤维增强复合材料
碳纤维、玻璃纤维等增强塑料基体
颗粒增强复合材料
金属或陶瓷颗粒分散在基体中
夹层复合材料
轻质芯层夹在两层面板之间
材料的力学性能
1
弹性
材料在应力下的可逆变形能力
2
强度
材料抵抗永久变形或断裂的能力
3
韧性
材料吸收能量并塑性变形而不断裂的能力
4
硬度
材料抵抗局部变形的能力
材料的热学性能
热容
材料储存热量的能力
热膨胀
材料随温度升高而体积增大的程度
热导率
材料传导热量的能力
材料的电学性能
1
绝缘体
电阻率大于10^8Ω·m
2
半导体
电阻率在10^-5~10^8Ω·m之间
3
导体
电阻率小于10^-5Ω·m
材料的光学性能
反射
光线被材料表面反弹
折射
光线通过介质时改变方向
吸收
光能转化为其他形式的能量
透射
光线穿过材料
材料的磁学性能
顺磁性
在外磁场作用下微弱磁化
抗磁性
在外磁场作用下产生微弱的反向磁化
铁磁性
能被强烈磁化并保持磁性
反铁磁性
相邻磁矩反向平行排列
腐蚀与防护
1
电化学腐蚀
金属在电解质溶液中发生氧化还原反应
2
化学腐蚀
金属与非电解质直接发生化学反应
3
防护措施
涂层、阴极保护、合金化等方法
材料制备技术
冶炼
从矿石中提取金属
成型
铸造、锻造、挤压等
热处理
通过加热冷却改变性能
粉末冶金
将金属粉末压制成型
材料表面处理技术
涂层
在材料表面施加保护层
表面改性
改变表面成分或结构
表面清洁
去除表面污染物
材料表征技术
材料的环境影响
资源消耗
原材料开采对环境的影响
能源消耗
材料生产过程中的能源使用
废弃物处理
材料使用后的回收和处理问题
碳排放
材料生产和使用过程中的温室气体排放
材料的循环利用
1
分类收集
按材料类型分类收集废弃物
2
预处理
清洗、分选、破碎等
3
再生处理
熔炼、重塑等再生工艺
4
再利用
将再生材料用于新产品生产
材料的前沿应用
石墨烯
用于电子设备、能源存储等领域
生物材料
用于组织工程和医疗植入
智能材料
对外界刺激有响应的新型材料
材料科学的发展趋势
纳米技术
研究和应用纳米尺度的材料
计算材料学
利用计算机模拟设计新材料
绿色材料
开发环境友好型材料
多功能材料
集成多种功能于一体的材料
实验演示
1
材料性能测试
拉伸、压缩、弯曲等
2
显微观察
金相显微镜、电子显微镜
3
热处理实验
淬火、回火、退火等
4
腐蚀实验
观察不同环境下的腐蚀行为
实验报告撰写
实验目的
明确实验要达到的目标
实验原理
阐述实验的理论基础
实验步骤
详细记录实验过程
数据分析
处理实验数据并分析结果
结论讨论
总结实验结果，分析误差
小组讨论
案例分析
讨论实际工程中的材料应用案例
创新设计
设计新材料或新的材料应用方案
文献汇报
分享和讨论最新的材料科学研究进展
期末考核
理论考试
考察基本概念和原理的掌握程度
实验考核
评估实验操作技能和数据分析能力
课程论文
撰写材料科学相关主题的研究报告
综合评定
结合平时成绩、考试成绩等给出最终评价
结语与展望
知识总结
回顾本课程学习的主要内容和关键概念
能力提升
强调材料科学思维和实践能力的培养
未来展望
探讨材料科学在未来科技发展中的重要作