第二篇 材料四要素

1、第二篇 材料“四要素”材料科學(xué)與工程的四個基本要素合成與加工、組成與結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、使用性能。探索這四個要素之間的關(guān)系，覆蓋從基礎(chǔ)學(xué)科到工程的全部內(nèi)容。四個要素之間的密切關(guān)系確定了材料科學(xué)與工程這一領(lǐng)域，確定了材料科學(xué)基礎(chǔ)課程的教學(xué)線索。組成與結(jié)構(gòu):組成材料的原子種類和分量，以及它們的排列方式和空間分布。習(xí)慣上將前者叫做成分，后者叫做組織結(jié)構(gòu),這兩者統(tǒng)稱為結(jié)構(gòu)。 材料的性質(zhì)是指材料對電、磁、光、熱、機械載荷的反應(yīng)，主要決定于材料的組成與結(jié)構(gòu)。合成與制備過程包括傳統(tǒng)的冶煉、鑄錠、制粉、壓力加工、焊接等，也包括新發(fā)展的真空濺射、氣相沉積等新工藝，使人工合成材料如超晶格、薄膜材料成為可能。使用性能是材料

2、在使用狀態(tài)下表現(xiàn)的行為，它與材料設(shè)計、工程環(huán)境密切相關(guān)。使用性能包括可靠性、耐用性、壽命預(yù)測及延壽措施等。材料的性質(zhì)材料的性質(zhì)是指材料對電、磁、光、熱、機械載荷的反應(yīng)。如何描述材料的性質(zhì)?力學(xué)性質(zhì)：強度、硬度、剛度、塑性、韌性物理性質(zhì)：電學(xué)性質(zhì)、磁學(xué)性質(zhì)、光學(xué)性質(zhì)、熱學(xué)性質(zhì)化學(xué)性質(zhì)：催化性質(zhì)、腐蝕性質(zhì)材料的力學(xué)性質(zhì)：材料在外應(yīng)力作用下的行為。強度：材料在載荷作用下抵抗明顯的塑性變形或破壞的最大能力。塑性：外力作用下，材料發(fā)生不可逆的永久性變形而不破壞的能力。硬度：材料在表面上的小體積內(nèi)抵抗變形或破裂的能力。剛度：外應(yīng)力作用下材料抵抗彈性變形能力。疲勞強度：材料抵抗交變應(yīng)力作用下斷裂破壞的能力。

3、抗蠕變性：材料在恒定應(yīng)力（或恒定載荷）作用下抵抗變形的能力。韌性：材料從塑性變形到斷裂全過程吸收能量的能力。材料的物理性質(zhì)：材料在電、磁、光、熱作用下的行為。電學(xué)性質(zhì)：導(dǎo)電性、絕緣性、介電性等磁學(xué)性質(zhì)：抗磁性、順磁性、鐵磁性等光學(xué)性質(zhì)：光反射、光折射、光學(xué)損耗、光透性等熱學(xué)性質(zhì)：導(dǎo)熱性、熱膨脹、熱容、熔化等物理性質(zhì)的交互性-材料應(yīng)用的關(guān)鍵點現(xiàn)代功能材料不僅僅表現(xiàn)出單一的物理性質(zhì)，更重要的是具備了特殊的物理交互性。例如：電致伸縮壓電特性磁致伸縮巨磁阻效應(yīng)電致發(fā)光電學(xué)-機械機械-電學(xué)磁學(xué)-機械電學(xué)-磁學(xué)電學(xué)-光學(xué)電致伸縮-壓電特性巨磁阻效應(yīng):是指磁性材料的交變阻抗隨外磁場顯著變化的效應(yīng)。電致發(fā)光：

4、在電場的作用下電子在發(fā)光層內(nèi)高速運動， 激活發(fā)光材料原子使其發(fā)生能級躍遷而發(fā)光。材料的化學(xué)性質(zhì)：在外界作用下有化學(xué)反應(yīng)的行為材料的腐蝕：材料受環(huán)境介質(zhì)的化學(xué)、電化學(xué)作用而引起的變質(zhì)或破環(huán)現(xiàn)象，分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。催化性質(zhì)：能夠加速化學(xué)反應(yīng)，且在反應(yīng)前后材料自身不被消耗。材料的組成與結(jié)構(gòu)在外界條件固定時，材料的性能取決于材料內(nèi)部的構(gòu)造。這種構(gòu)造便是組成材料的原子種類和分量，以及它們的排列方式和空間分布。習(xí)慣上將前者叫做成分，后者叫做組織結(jié)構(gòu)，而我們把這兩者統(tǒng)稱為結(jié)構(gòu)。物質(zhì)通常具有三種存在形態(tài)：氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)，而在使用狀態(tài)下的材料通常都是固態(tài)。所以，要研究材料結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系，首先必須

5、搞清楚材料在固態(tài)下結(jié)合方式及結(jié)構(gòu)特點。材料的結(jié)合方式在所有的固體中，原子靠鍵結(jié)合在一起。鍵使固體具有強度和相應(yīng)的電學(xué)和熱學(xué)性能。例如，強的鍵導(dǎo)致高熔點、高彈性模量、較短的原子間距和較低的熱膨脹系數(shù)。一、 化學(xué)鍵 1 離子鍵 2. 共價鍵3. 金屬鍵 4. 分子鍵 5. 氫鍵離子鍵是由正負(fù)電荷的相互吸引造成的。例如，鈉原子的價軌道中有一個電子，它很容易將外層電子釋放而成為帶正電的離子。同樣，氯原子容易接受一個電子進入它們的價軌道直至達到八個電子而成為帶負(fù)電的離子。既然帶負(fù)電和帶正電的材料之間總存在靜電引力，那么在帶不同電荷的相鄰離子間就形成了鍵。離子鍵的特點是與正離子相鄰的是負(fù)離子，與負(fù)離子相鄰

6、的是正離子，如NaCl晶體。共價鍵是一種強吸引力的結(jié)合鍵。當(dāng)兩個相同原子或性質(zhì)相近的原子接近時，價電子不會轉(zhuǎn)移，原子間共用電子對所產(chǎn)生的力而結(jié)合，形成共價鍵。共價鍵使原子間有很強的吸引力，這一點在金剛石中很明顯，金剛石是自然界中最硬的材料，而且它完全是由碳原子組成。每個碳原子有四個價電子，這些價電子與鄰近原子共用，形成完全由價電子對結(jié)合而成的三維點陣。這些三維點陣使金剛石具有很高的硬度和熔點。金屬是由金屬鍵結(jié)合而成的，它具有同非金屬完全不同的特性。金屬原子的外層電子少，容易失去。當(dāng)金屬原子相互靠近時，這些外層原子就脫離原子，成為自由電子，為整個金屬所共有，自由電子在金屬內(nèi)部運動，形成電子氣。這

7、種由自由電子與金屬正離子之間的結(jié)合方式稱為金屬鍵，如圖所示。 分子鍵又叫范德瓦爾斯鍵，是最弱的一種結(jié)合鍵。它是靠原子各自內(nèi)部電子分布不均勻產(chǎn)生較弱的靜電引力，稱為范德瓦爾斯力，由這種分子力結(jié)合起來的鍵叫做分子鍵。另一種范德瓦爾斯力實際上是極性分子的一種特殊情況。CH、OH或NH鍵端部暴露的質(zhì)子是沒有電子屏蔽的，所以，這個正電荷可以吸引相鄰分子的價電子，于是形成了一種庫侖型的鍵，稱為氫鍵，氫鍵是所有范德瓦爾斯鍵中最強的。氫鍵最典型的例子是水，一個水分子中氫質(zhì)子吸引相鄰分子中氧的孤對電子，氫鍵使水成為所有低分子量物質(zhì)中沸點最高的物質(zhì)。 二、結(jié)合鍵對材料性能的影響 1 金屬材料  

8、;  金屬材料的結(jié)合鍵主要是金屬鍵。由于自由電子的存在，當(dāng)金屬受到外加電場作用時，其內(nèi)部的自由電子將沿電場方向作定向運動，形成電子流，所以金屬具有良好的導(dǎo)電性；金屬除依靠正離子的振動傳遞熱能外，自由電子的運動也能傳遞熱能，所以金屬的導(dǎo)熱性好；隨著金屬溫度的升高，正離子的熱振動加劇，使自由電子的定向運動阻力增加，電阻升高，所以金屬具有正的電阻溫度系數(shù)；當(dāng)金屬的兩部分發(fā)生相對位移時，金屬的正離子仍然保持金屬鍵，所以具有良好的變形能力；自由電子可以吸收光的能量，因而金屬不透明；而所吸收的能量在電子回復(fù)到原來狀態(tài)時產(chǎn)生輻射，使金屬具有光澤。金屬中也有共價鍵（如灰錫）和離子鍵（如金屬

9、間化合物Mg3Sb2）。2 陶瓷材料    簡單說來，陶瓷材料是包含金屬和非金屬元素的化合物，其結(jié)合鍵主要是離子鍵和共價鍵，大多數(shù)是離子鍵。離子鍵賦予陶瓷材料相當(dāng)高的穩(wěn)定性，所以陶瓷材料通常具有極高的熔點和硬度，但同時陶瓷材料的脆性也很大。3 高分子材料    高分子材料的結(jié)合鍵是共價鍵、氫鍵和分子鍵。其中，組成分子的結(jié)合鍵是共價鍵和氫鍵，而分子間的結(jié)合鍵是范德瓦爾斯鍵。盡管范德瓦爾斯鍵較弱，但由于高分子材料的分子很大，所以分子間的作用力也相應(yīng)較大，這使得高分子材料具有很好的力學(xué)性能。三、晶體與非晶體在研究了結(jié)合鍵

10、后，我們下一步的任務(wù)就是從原子或分子的排列方式上考慮材料的結(jié)構(gòu)。當(dāng)原子或分子通過結(jié)合鍵結(jié)合在一起時，依結(jié)合鍵的不同以及原子或分子的大小可在空間組成不同的排列，即形成不同的結(jié)構(gòu)。即使材料類型和化學(xué)鍵都相同，但是原子排列結(jié)構(gòu)不同，其性能可以有很大的差別。一般而論，若固態(tài)下原子或分子在空間呈有序排列，則稱之為晶體，反之則為非晶體。1 晶體幾乎所有的金屬，大部分的陶瓷以及一些聚合物在其凝固時都要發(fā)生結(jié)晶，也就是原子本身沿三維空間重復(fù)排列成有序的結(jié)構(gòu)，即所謂的長程有序結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)稱為晶體。晶體的特點是：（1）結(jié)構(gòu)有序（2）物理性質(zhì)表現(xiàn)為各向異性（3）有固定的熔點2 非晶體非晶體的結(jié)構(gòu)是原子無序排列，這

11、一點與液體的結(jié)構(gòu)很相似，所以非晶體往往被稱為過冷液體。典型的非晶體材料是玻璃，所以非晶體也被稱為玻璃體。雖然非晶體在整體上是無序的，但在很小的范圍內(nèi)觀察，還是有一定的規(guī)律性，所以在結(jié)構(gòu)上稱之為短程有序。非晶體材料的特點是：（1）結(jié)構(gòu)無序（2）物理性質(zhì)表現(xiàn)為各向同性（3）沒有固定熔點（4）導(dǎo)熱率和熱膨脹性小（5）塑性形變大（6）組成的范圍變化大3 晶體和非晶體的轉(zhuǎn)化非晶體結(jié)構(gòu)是短程有序，即在很小的尺寸范圍內(nèi)存在著有序性，而晶體內(nèi)部也有缺陷，在很小的尺寸范圍內(nèi)也存在著無序性。所以兩者之間也有共同特點。而物質(zhì)在不同條件下，既可形成晶體結(jié)構(gòu)，也可形成非晶體結(jié)構(gòu)。比如，金屬液體在高速冷卻條件下可以得到非

12、晶態(tài)金屬，即所謂的金屬玻璃；而玻璃經(jīng)過適當(dāng)處理，也可形成晶態(tài)玻璃。有些物質(zhì)可以看成是有序和無序的中間狀態(tài)，如塑料、液晶、準(zhǔn)晶態(tài)等。從非晶體變?yōu)榫w的例子無機玻璃加熱后，或者光學(xué)玻璃長時間使用后出現(xiàn)渾濁的現(xiàn)象；加熱后，熔化的琥珀會部分出現(xiàn)結(jié)晶；拉伸狀態(tài)下的尼龍纖維強化且晶化。晶體結(jié)構(gòu)晶體由基本粒子(離子、原子或分子)規(guī)則排列構(gòu)成；晶體性能取決于：原子的電子結(jié)構(gòu)及其相互作用基本粒子的空間排列晶體的成分、尺寸及形狀晶體材料粒子在三維空間規(guī)則排列典型材料： 金屬，大部分陶瓷，一些聚合物空間點陣：為了便于分析討論晶體中原子或分子的排列情況，把它們抽象為規(guī)則排列于空間的無數(shù)個幾何點，各個點周圍的環(huán)境相同，

13、這種點子的空間排列稱為空間點陣。一、晶格晶格：用以描述晶體中原子排列規(guī)律的空間點陣格架。晶胞 ( unit cell ): 能完全反映晶格特征的最小幾何單元，滿足下列順序： 能充分反映整個空間點陣的對稱性 具有盡可能多的直角 體積要最小。晶格常數(shù)是晶體物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)參數(shù)，它與原子間的結(jié)合能有直接的關(guān)系，晶格常數(shù)的變化反映了晶體內(nèi)部的成分、受力狀態(tài)等的變化。晶格常數(shù)亦稱為點陣常數(shù)。在材料科學(xué)研究中，為了便于分析晶體中粒子排列，可以從晶體的點陣中取出一個具有代表性的基本單元（通常是最小的平行六面體）作為點陣的組成單元，成為晶胞；晶格常數(shù)指的就是晶胞的邊長，也就是每一個立方格子的邊長，是a=？埃。晶

14、格常數(shù)：通過晶胞上的某一點（習(xí)慣取左下角后面的點），沿晶胞的三個棱邊作坐標(biāo)軸X，Y，Z的長度a，b，c和三條棱邊的夾角，這6個參數(shù)為晶格常數(shù)，可以表示晶胞的大小和形狀。晶 系1855年,法國學(xué)者布拉維(Bravais)用數(shù)學(xué)方法證明了空間點陣共有且只能有十四種,并歸納為七個晶系: 1). 三斜晶系 a b c , 90° 2). 單斜晶系 a b c , = = 90°, 90° 3). 正交晶系 a b c , = = = 90° 4). 六方晶系 a = b c , = 90°,=120° 5). 三方晶系 a = b c , =

15、 = 90°, =120° 6). 四方晶系 a = b c , = = = 90° 7). 立方晶系 a = b = c , = = = 90°。十四種點陣二、結(jié)晶指數(shù)晶向：在晶格中,任意兩原子之間的連線所指的方向晶向指數(shù):用密勒(Miller)指數(shù)對晶格中某一原子排列在空間的位向進行標(biāo)定。標(biāo)定方法：1. 建立坐標(biāo)系 ，結(jié)點為原點，三棱為方向，晶格常數(shù)為單位 ；2. 在晶向上任兩點的坐標(biāo)(x1,y1,z1) (x2,y2,z2)。(若平移晶向或坐標(biāo)，讓第一點在原點則下一步更簡單)； 3. 計算x2-x1 ： y2-y1 ： z2-z1 ；4. 化成最小

16、、整數(shù)比u：v：w ；5. 放在方括號uvw中，不加逗號，負(fù)號記在上方 。晶面：在晶格中由一系列原子所構(gòu)成的平面稱為晶面。晶面指數(shù)： 用密勒(Miller)指數(shù)對晶格中某一晶面進行標(biāo)定。標(biāo)定方法： 設(shè)置坐標(biāo);求截距;取倒數(shù)。材料的晶體結(jié)構(gòu)單晶體 (single crystal)：一塊晶體材料，其內(nèi)部的晶體位向完全一致時，即整個材料是一個晶體，這塊晶體就稱之為“單晶體”，實用材料中如半導(dǎo)體集成電路用的單晶硅、專門制造的金須和其他一些供研究用的材料。 多晶體 (polycrystals)：實際應(yīng)用的工程材料中，那怕是一塊尺寸很小材料，絕大多數(shù)包含著許許多多的小晶體，每個小晶體的內(nèi)部，晶格位向是均勻

17、一致的，而各個小晶體之間，彼此的位向卻不相同。稱這種由多個小晶體組成的晶體結(jié)構(gòu)稱之為“多晶體”。 固體從蒸汽、溶液或熔體中結(jié)晶出來時，只有在一定條件下，例如有籽晶存在時，才能形成單晶，而大多數(shù)固體屬于多晶體。晶粒：多晶體材料中每個小晶體的外形多為不規(guī)則的顆粒狀，通常把它們叫做“晶?！?。晶界：晶粒與晶粒之間的分界面叫“晶粒間界”，或簡稱“晶界”。為了適應(yīng)兩晶粒間不同晶格位向的過渡，在晶界處的原子排列總是不規(guī)則的。偽各向同性：多晶體材料中，盡管每個晶粒內(nèi)部象單晶體那樣呈現(xiàn)各向異性，每個晶粒在空間取向是隨機分布，大量晶粒的綜合作用，整個材料宏觀上不出現(xiàn)各向異性，這個現(xiàn)象稱為多晶體的偽各向同性。 晶體

18、中的缺陷概論理想晶體：質(zhì)點嚴(yán)格按照空間點陣排列實際晶體：存在各種各樣的結(jié)構(gòu)的不完整性晶體缺陷：即使在每個晶粒的內(nèi)部，也并不完全象晶體學(xué)中論述的(理想晶體)那樣，原子完全呈現(xiàn)周期性的規(guī)則重復(fù)的排列。把實際晶體中原子排列與理想晶體的差別稱為晶體缺陷。研究缺陷的意義：晶體中缺陷的數(shù)量相當(dāng)大，但因原子的數(shù)量很多，在晶體中占有的比例還是很少，材料總體具有晶體的相關(guān)性能特點，而缺陷的數(shù)量將給材料的性能帶來巨大的影響。1. 由于缺陷的存在，才使晶體表現(xiàn)出各種各樣的性質(zhì)，使材料加工、使用過程中的各種性能得以有效控制和改變，使材料性能的改善和復(fù)合材料的制備得以實現(xiàn)。2. 了解缺陷的形成及其運動規(guī)律，對材料工藝過

19、程的控制，對材料性能的改善，對于新型材料的設(shè)計、研究及開發(fā)具有重要意義。缺陷對材料性能的影響舉例1. 材料的強化，如鋼鐵中滲碳2. 陶瓷材料的增韌3. 硅半導(dǎo)體4. 寶石類5. 半導(dǎo)體陶瓷超導(dǎo)體：鈣鈦礦型非整比化合物YBa2Cu3O7-x（x>0.1)，它是由于氧原子不足而產(chǎn)生空位缺陷，正是這種缺陷，使固體具有超導(dǎo)性能。晶體結(jié)構(gòu)缺陷的類型分類方式：幾何形態(tài)：點缺陷、線缺陷、面缺陷、體缺陷等；形成原因：熱缺陷、雜質(zhì)缺陷、非化學(xué)計量缺陷等。點缺陷與材料的電學(xué)性質(zhì)、光學(xué)性質(zhì)、材料的高溫動力學(xué)過程有關(guān)。缺陷尺寸處于原子大小的數(shù)量級上，即三維方向上缺陷的尺寸都很小。線缺陷指在一維方向上偏離理想晶體

20、中的周期性、規(guī)則性排列所產(chǎn)生的缺陷，即缺陷尺寸在一維方向上較長，另外二維方向上很短，在晶體中呈線狀分布。如各種位錯（dislocation）線缺陷的產(chǎn)生及運動與材料的韌性、脆性密切相關(guān)。位錯造成晶格的線狀畸變，極大地影響著材料的力學(xué)性能，如塑性變形、強度、疲勞、腐蝕等。面缺陷（二維缺陷）指在二維方向上偏離理想晶體中的周期性、規(guī)則性排列而產(chǎn)生的缺陷，即缺陷尺寸在二維方向上延伸，在第三維方向上很小。如晶界、表面、堆積層錯、鑲嵌結(jié)構(gòu)等。面缺陷的取向及分布與材料的斷裂韌性有關(guān)，對金屬的塑性變形起著阻礙的作用。晶體內(nèi)部存在著大量的晶界和亞晶界。晶界和亞晶界實際上是一個原子排列不規(guī)則的區(qū)域，該處晶體的晶格

21、處于畸變狀態(tài)，能量高于晶粒內(nèi)部，在常溫下強度和硬度較高，在高溫下則較低，晶界容易被腐蝕等。體缺陷：在三維尺寸較大，如氣孔、裂紋、填隙物等。 氣 孔 Pores (如陶瓷) 影響光學(xué)、熱學(xué)和機械性能裂 紋 Cracks 影響機械性能填隙物 Foreign inclusions 影響電學(xué)、機械和光學(xué)性能 雜質(zhì)缺陷雜質(zhì)缺陷也稱為組成缺陷，是由外加雜質(zhì)的引入所產(chǎn)生的缺陷。雜質(zhì)原子進入晶體時，可以置換晶格中的原子，進入正常結(jié)點位置，生成置換型雜質(zhì)原子，也可能進入本來就沒有原子的間隙位置，生成間隙型雜質(zhì)原子。特征：如果雜質(zhì)的含量在固溶體的溶解度范圍內(nèi)，則雜質(zhì)缺陷的濃度與溫度無關(guān)。固體條件下，一種組分（溶劑

22、）內(nèi)“溶解”了其它組分（溶質(zhì)）而形成的單一、均勻的晶態(tài)固體稱為固溶體。如果固溶體是由A物質(zhì)溶解在B物質(zhì)中形成的，一般將組分B稱為溶劑（或主晶相、基質(zhì)），將組分A稱為溶質(zhì)（或摻雜質(zhì)點、雜質(zhì)）。如果兩種組分可以互溶，那么就將含量高的那種稱為溶劑，含量低的稱為溶質(zhì)。 雜質(zhì)缺陷對材料性能的影響 在某些情況下，晶體中可溶入較大量其他物質(zhì)，如制造固體氧化物燃料電池電解質(zhì)材料，使用810%（mol）Y2O3溶入ZrO2中，Y3+置換Zr4+，形成大量氧空位缺陷，可傳導(dǎo)氧離子，從而起到離子導(dǎo)電作用。 光電功能材料改性壓電材料PZT電光材料PLZT在外界條件固定時，材料的性能取決于材料內(nèi)部的構(gòu)造。這種構(gòu)造便是組

23、成材料的原子種類和分量，以及它們的排列方式和空間分布。如何認(rèn)識材料的成分與結(jié)構(gòu)？現(xiàn)代材料科學(xué)家對材料成分、結(jié)構(gòu)的認(rèn)識是由分析、檢測實現(xiàn)的。使用儀器設(shè)備與物理化學(xué)等方法進行判斷！相的定義:把系統(tǒng)中物理性質(zhì)及化學(xué)性質(zhì)均勻的部分稱為一相合成與加工結(jié)構(gòu)是合成加工的結(jié)果金屬材料隨塑性加工量的增大，組織結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯的變化：等軸晶-帶狀組織-細晶組織材料的(合成)制備與加工1）材料(合成)制備與加工的定義2）材料(合成)制備與加工的主要內(nèi)容3）材料(合成)制備與加工和其它要素的關(guān)系4）材料(合成)制備與加工的主要發(fā)展方向1. 材料(合成)制備與加工的定義“制備”與“加工”是指建立原子、分子和分子團的新排列，

24、在所有尺度上（從原子尺寸到宏觀尺度）對結(jié)構(gòu)的控制，以及高效而有競爭力地制造材料與元件的演化過程。制備是指把各種原子或分子結(jié)合起來制成材料所采用的各種化學(xué)方法和物理方法。Fe2O3+3H2=2Fe+3H2O加工:將材料處理成可以應(yīng)用的產(chǎn)品。需要說明的問題：a) 在材料科學(xué)與工程中，制備和加工之間的區(qū)別變得越來越模糊;b) 制備是新技術(shù)開發(fā)和現(xiàn)有技術(shù)改進的關(guān)鍵性要素;c) 現(xiàn)代材料制備技術(shù)是人造材料的唯一實現(xiàn)途徑。2. 材料(合成)制備與加工的主要內(nèi)容材料制備冶金物理化學(xué)凝固學(xué)理論燒結(jié)原理聚合反應(yīng)冶金過程熔煉與凝固粉末燒結(jié)高分子聚合冶金過程目的： 從原料中提取出金屬熔煉與凝固目的: 1.金屬的精練

25、提純；2. 材料的“合金化”；3. 晶體的生長高分子聚合目的: 實現(xiàn)小分子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，相互結(jié)合形成高分子。高分子聚合是人工合成三大類高分子材料：塑料、橡膠、合成纖維的基本過程。材料加工材料的切削：車、銑、刨、磨、切、鉆材料的成型：鑄造、拉、拔、擠、壓、鍛材料的改性：合金化、熱處理材料的聯(lián)接：焊接、粘接材料的成型三大類材料的成型技術(shù)在材料工程中是內(nèi)容最為豐富的一部分。如果按材料的流變特性來分析，則材料的成型方法可分為三種：1.液態(tài)成型 金屬的鑄造、溶液紡絲2.塑變成型 金屬的壓力加工3.流變成型 金屬、陶瓷、高分子成型材料的改性目的：通過改變材料的成分、組織與結(jié)構(gòu)來改變材料的性能。1. 材料的

26、“合金化”2. 材料的熱處理材料的改性-材料的 “合金化”通過改變材料的成分，達到改變材料性能的方法。這種方法在金屬材料和現(xiàn)代高分子材料的改性方面有廣泛的應(yīng)用。金屬材料的合金化過程A B 固溶度變化改變性能A C + 相組成變化改變性能固溶度變化改變性能材料的改性-材料的熱處理通過一定的加熱、保溫、冷卻工藝過程，來改變材料的相組成情況，達到改變材料性能的方法。這種方法在金屬材料和現(xiàn)代陶瓷材料的改性方面有廣泛的應(yīng)用。典型熱處理工藝：淬火、退火、回火、正火淬火工藝：通過快速冷卻，獲得遠離平衡態(tài)的不穩(wěn)定組織，達到強化材料的目的。正火工藝：在奧氏體狀態(tài)下，空氣或保護氣體冷卻獲得珠光體均勻組織，提高強度

27、，改善韌性。退火工藝：通過緩慢冷卻，獲得接近平衡態(tài)的組織，達到均勻化、消除內(nèi)應(yīng)力的目的?；鼗鸸に嚕捍慊鸹蛘鸬牟牧现匦录訜?可以松懈淬火應(yīng)力和使組織向穩(wěn)態(tài)過度，改善材料的延展性和韌性。材料的聯(lián)接目的：實現(xiàn)材料間的整體結(jié)合1. 焊接；2. 鉚接；3. 粘接；4. 栓接。表面工程表面改性，表面防護表面改性-改變材料表面的性質(zhì)1.三束表面改性2.化學(xué)表面改性（化學(xué)熱處理）3.表面淬火從工藝機理上分析，表面改性同整體材料的改性是相同的，即：在表面實現(xiàn)材料的成分、組織與結(jié)構(gòu)的變化，達到改變材料表面性能的目的。不同點就是采用了特殊的能量輸入方式，使能量作用效果或成分變化僅發(fā)生在表面。材料復(fù)合材料復(fù)合就是將

28、兩種或多種材料復(fù)合組成新的材料。A. 金屬基復(fù)合材料B. 陶瓷基復(fù)合材料C. 高分子復(fù)合材料I. 材料復(fù)合的主要目的就是依據(jù)不同材料性能的優(yōu)勢互補、協(xié)調(diào)作用的原則，進行材料的設(shè)計與制備。因此材料復(fù)合的過程就是材料制備、改性、加工的統(tǒng)一過程。II. 復(fù)合材料的制備過程融合了金屬、陶瓷、高分子材料制備的基本原理。III. 目前材料科學(xué)的發(fā)展，復(fù)合的概念越來越重要，出現(xiàn)了許多新型的復(fù)合材料及制備方法。現(xiàn)代材料的制備與加工不僅涉及到微觀和宏觀范圍內(nèi)的內(nèi)容，同時也涉及到更微細化，甚至達到了原子尺度范圍上的問題，因此，這里論述的制備與加工的內(nèi)涵要大于通常所說的材料工程的內(nèi)涵。使用性能制備與加工結(jié)構(gòu)與成分材

29、料性質(zhì)產(chǎn)生具備提供與其它要素的關(guān)系材料制備與加工的主要發(fā)展方向主要發(fā)展方向在極端化的條件下，完成制備與加工過程，獲得更多的功能特性。電子材料制備與加工的關(guān)鍵技術(shù)1. 大尺寸、高均勻性、高完整性的晶體生長技術(shù)；2. 高精度晶片加工技術(shù)；3. MOCVD、MBE超薄膜生長技術(shù)；4. 高純和超高純材料純制技術(shù)；5. 低維材料的微細加工和制備技術(shù)；6. 電子陶瓷、磁性材料的焙燒和成型技術(shù)；7. 材料的修飾或改性技術(shù)。金屬有機化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)(MOCVD)是利用金屬有機化合物作為源物質(zhì)的一種化學(xué)氣相淀積(CVD)工藝. 著眼點：選擇特殊的反應(yīng)，來降低反應(yīng)溫度。原料：金屬的烷基，芳基，氫基，乙酰丙酮基衍生

30、物。分子束外延的英文(molecular beam epitaxy )縮寫為，這是一種在晶體基片上生長高質(zhì)量的晶體薄膜的新技術(shù)。在超高真空條件下，由裝有各種所需組分的爐子加熱而產(chǎn)生的蒸氣，經(jīng)小孔準(zhǔn)直后形成的分子束或原子束，直接噴射到適當(dāng)溫度的單晶基片上，同時控制分子束對襯底掃描，就可使分子或原子按晶體排列一層層地“長”在基片上形成薄膜。 我國在制備與加工方面同先進國家的差距還很大，許多關(guān)鍵技術(shù)落后的根源都歸到這里。因此提高材料合成與加工的技術(shù)水平是我們最重要的課題。使用性能材料的性能與應(yīng)用1）材料性能的定義2）材料使用性能與性質(zhì)的區(qū)別與聯(lián)系3）材料使用性能的設(shè)計與實際應(yīng)用4）材料與環(huán)境的關(guān)系5）材料性能數(shù)據(jù)庫材料性能的定義在某種環(huán)境或條件作用下，為描述材料的行為或結(jié)果，按照特定的規(guī)范所獲得的表征參量。材料使用性能與性質(zhì)的區(qū)別與