第1章绪论及结晶学基础(免费阅读).ppt

《无机非金属材料性能》 授课：彭美勋，田俐 教学目的及基本要求 无机材料性能是培养无机非金属材料专门人才的一门必修的专业课程。 掌握以无机材料为重点的包括材料的力学性能和光、电、热、磁在内的物理性能基本概念及其物理本质，了解研究相关性能的基本理论和方法及无机材料的组成、组织结构与工艺过程的关系及变化规律，初步认识与各性能相关的各种特殊材料，并重点掌握一些主要的结构材料和功能材料的物理性能及其主要应用。 材料（materials）的概念：广义地说，材料包括客观世界中的一切物质实体，包括天然材料和人工材料，本书中特指人工材料，通常所说的材料也多指人工材料. 材料→元器件→功能组件 材料的分类 按惯常方法，将材料分成金属材料，无机非金属材料和有机高分子材料三个基本类型，实际材料中还包括不同基本类型材料的混合的材料：复合材料。 按材料的使用性能，通常分为结构材料和功能材料两大类。结构材料，指利用材料力学性能和热学性能的材料。主要利用材料的非力学性能的材料称为功能材料。 材料研究的意义：材料是现代文明的基石。当今高新技术分做三个类型：信息技术，生物技术和材料技术，材料是三者有其一。 材料研究的一般内容：材料的制备（工艺）、结构与性能间的关系研究，最终为材料的应用服务。 一. 材料性能的定义 材料性能是一种用于表征材料在给定外界条件下的行为的参量。 各种性能间既有区别，又有联系； 复杂性能是不同简单性能的组合； 材料的使用性能必然表现为多种性能的叠加。 二. 材料性能的一般划分方法 三.材料性能的研究目的 1)材料性能本身是材料研究的目的； 2）材料性能研究指导材料制备； 3）材料性能的研究有助于材料结构的研究。 制备（工艺）→结构→性能 四.材料制备工艺 实验室制备→工业制备 材料应用的考虑因素： 使用性能 使用寿命及可靠性 环境适应性 性价比（材料成本） 教学内容与重点 材料的力学性能； 材料的热学性能； 材料的光学性能； 材料的电学性能； 材料的磁学性能； 材料的功能转换性能 教学难点 准确理解材料的光、电、热、磁和力学性能的基本概念及其物理本质，了解研究相关性能的基本理论和方法及无机材料的组成、组织结构与工艺过程的关系及变化规律 本教材的特点和内容 初步介绍材料的电、介电、光、热、磁、力学性能等的物理本质。 描述这些物理性质与材料的成分、组织结构、工艺过程的关系及变化规律。 介绍与物理性能相关的特殊材料 教学参考书 关振铎、张太中、焦金生。无机材料物理性能 。清华大学出版社，1992年 第1章 结晶学基础 教学重点 不同化学键晶体 晶体结构理论 材料化学组成和显微结构的不同，决定其有不同的特性 材料内部的分子层次上，原子、离子间的相互作用和化学键合的对材料性能产生决定性的影响 多晶多相材料的显微结构的不同，影响材料的大部分性能。 1.1 晶体的结合类型及特征 （1）离子晶体：离子键合，高硬度高升华热，可溶于极性溶剂，低温不导电（无自由电子），高温离子导电（高温电离）。 （2）共价晶体：共价键合，高硬度高熔点，几乎不溶于所有溶剂，高折射率，强反射本领。 （3）金属晶体：金属键合，高密度，导电率高，延展性好，只溶于液体金属。 （4）分子晶体：范德华力结合，高热膨胀，易溶于非极性有机溶剂中，低熔点和沸点，压缩系数大，保留了分子的性质 （5）氢键：低熔点和沸点，结合力高于无氢键的类似分子。 单晶体 单晶体是由一个微小的晶核各向均匀 生长而成，其内部的粒子基本上按其特有的 规律整齐排列，具有典型的晶体结构和突出 的晶体特性。 微 晶 是介于晶态和非晶态之间的物质，它们 在很小的范围内微粒作有规则排列，也可 以看作为由许多微小晶体组成的物质。 组成非晶体的微粒的空间排列是杂乱无章的。 非晶体又常称为“过冷的液体”。 晶体和非晶体的区别如下： 1）晶体有规则的几何外形; 2）晶体有固定的熔点; 3）晶体显各向异性。 1）非晶体没有一定的外形； 2）非晶体没有固定熔点； 3）非晶体显各向同性。 按热力学观点看 晶体一般都具有最低能量，因而较为稳定。 非晶体一般能量较高都处于介稳或亚稳态。 晶体与非晶体的内部结构特征 3、晶胞 点阵是一组无限的点，连接其中任意两点可以得到一个矢量，点阵按此矢量平移后都能复原。三维空间点阵是在三维空间中点的无限阵列，其中所有的点都有相同的环境。选任意一个阵点作为原点，三个不共面的矢量a， b和c作为坐标轴的基矢，这三个矢量得以确定一个平行六面体如图，此平行六面体称为晶胞。 如上确定的平行六面体称为晶胞，由矢量a， b和c确定的方向称为晶体学的晶轴X， Y， Z。 如果晶胞中只包含一个阵点，则这种晶胞被称为素晶胞(pr