材料科學與工程導論(課堂PPT)課件

1、材料的分類分類一：按物理化學屬性劃分無機非金屬材料 金屬材料 高分子材料 復合材料分類二：按用途分電子信息材料 航空航天材料 核材料建筑材料 生物醫(yī)用材料 能源材料分類三：按性能分結(jié)構(gòu)材料：力學性能為基礎，制造受力構(gòu)件所需的材料。功能材料：利用物質(zhì)獨特的物理化學性質(zhì)或生物功能而形成的材料。1.21世紀材料生產(chǎn)模式材料的單項循環(huán)：材料產(chǎn)業(yè)：資源 能源 消耗大戶 環(huán)境污染的主要來源2.材料循環(huán) 材料雙向循環(huán)模式廢物在不同生產(chǎn)過程中循環(huán) 多產(chǎn)品共生的工業(yè)模式 三廢綜合利用3.材料科學與工程的定義材料科學：研究材料的組織結(jié)構(gòu)與性質(zhì)之間的關系。材料工程：是研究材料在制備、處理加工過程中的工藝和各種工程問

2、題。材料科學與工程：是指出研究有關材料的組成、結(jié)構(gòu)、制備工藝流程與材料性能和用途關系的知識和它的應用。4.材料科學與工程的特點基礎科學研究結(jié)構(gòu) 性能 使用特性社會需求和經(jīng)驗科學知識經(jīng)驗積累MSE工藝5.材料科學與工程的特點一是多學科交叉。它是物理學、化學、冶金學、金屬學、陶瓷學、高分子化學及計算科學相互融合和交叉的結(jié)果；二是一種與實際使用結(jié)合非常緊密的科學。發(fā)展材料科學的目的在于開發(fā)新材料，提高材料的性能和質(zhì)量，合理使用材料，同時降低材料成本和減少污染；三是材料科學是一個正在發(fā)展中的科學。不像物理學、化學已有很成熟的體系，它將隨著各有關學科的發(fā)展而得到充實和發(fā)展。6.材料科學與工程的內(nèi)涵組成要

3、素：成分結(jié)構(gòu)合成加工使用效能7.是各學科綜合發(fā)展的必然結(jié)果固體物理、無機有機化學、物理化學物質(zhì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)冶金學、金屬學陶瓷學、高分子學材料的制備結(jié)構(gòu)與性能金屬材料、高分子材料與陶瓷材料之間的共性規(guī)律材料科學8.材料性質(zhì)：是功能特性和效用的描述符，是材料 對電.磁.光.熱.機械載荷的反應。材料性質(zhì)描述力學性質(zhì)物理性質(zhì)化學性質(zhì)強度硬度剛度塑性韌性電學性質(zhì)磁學性質(zhì)光學性質(zhì)熱學性質(zhì)催化性質(zhì)腐蝕性氧化性9.材料力學性能在外加載荷或與環(huán)境因素聯(lián)合作用下表現(xiàn)出的各種行為。10.結(jié)構(gòu)材料性質(zhì)的表征-材料力學性質(zhì)強度：材料抵抗外應力的能力。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

4、在表面上的小體積內(nèi)抵抗變形或 破裂的能力。剛度：外應力作用下材料抵抗彈性變形能力。11.結(jié)構(gòu)材料性質(zhì)的表征-材料力學性質(zhì)疲勞強度：材料抵抗交變應力作用下斷 裂破壞的能力?？谷渥冃裕翰牧显诤愣☉Γɑ蚝愣ㄝd 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中 吸收能量的能力。12.強度范疇剛度范疇塑性范疇韌性范疇應 力應 變13.2. 強度表征： 彈性極限 屈服強度 抗拉強度 斷裂強度 強 度1. 強度定義： 抵抗變形和斷 裂的能力14.強度指標的意義彈性極限：發(fā)生彈性形變中的最大應力。彈性結(jié)束 塑性變形的開始。 理論值。 0.01殘留 塑 性變形0.01應力。彈性變形是物體卸載后就完

5、全消失的那種變形,而塑性變形則是指卸載后不能消失而殘留下來的那部分變形又稱殘余變形。15.強度指標及意義屈服強度：屈服現(xiàn)象開始發(fā)生時的應力，是材料發(fā)生明顯塑性變形的抗力。屈服：試樣繼續(xù)拉長載荷卻不增加。條件屈服強度：一定殘余伸長對應的應力。0.01 0.2 應用：制品的設計材料加工如 高壓氣密容器 緊錮螺栓 密封圈 橡膠墊16.強度指標的意義抗拉強度：開始發(fā)生頸縮時的應力。斷裂強度：斷裂時的應力值。bf比較各種材料的性能。但對材料選擇和加工意義不大。屈服強度決定17.材料力學性能 塑性表征及意義塑性：斷裂前材料發(fā)生塑性變形的能力。指卸載后不能消失而殘留下來的那部分變形 延伸率斷面收縮率18.延

6、伸率 是塑性伸長的量度 =L/L0=（L-L0）/L0 原始標距長度 斷裂后試樣的標距長度斷面收縮率 是塑性收縮的量度=Af/A019.加工硬化金屬材料在再結(jié)晶溫度以下經(jīng)加工（壓鍛）產(chǎn)生塑性變形時強度和硬度升高，而塑性和韌性降低的現(xiàn)象。20.加工硬化有利：它可提高金屬的強度、硬度和耐磨性。如冷拉高強度鋼絲和冷卷彈簧負面：進一步加工帶來困難。冷軋鋼板愈軋愈硬 切削加工使工件表層變脆硬使刀具磨損、增大切削力21.材料力學性能硬度：材料表面局部抵抗變形的能力。測量：壓痕法 壓頭 一定壓力 材料表面壓痕尺寸。布氏試驗 -布氏硬度洛氏試驗-洛氏硬度維氏試驗 -維氏硬度硬度表征及意義22.布氏硬度：淬火鋼

7、球 載荷 壓痕總面積維氏硬度：金剛石棱錐 載荷 壓痕總面積洛氏硬度：金剛石圓錐 壓入深度23.材料力學性能 剛度 表征和意義剛度：外應力作用下材料抵抗彈性變形能力。彈性變形：外載荷撤去后，能完全消失恢復試樣原樣的變形。 24.剛度的表征彈性模量：彈性變形階段應力和應變的比值，E取決于材料本質(zhì)，內(nèi)部原子結(jié)合鍵的強弱。與組織變化關系不大彈性行為：載荷取消后，試樣尺寸恢復原樣的行為。25.剛度表征和意義彈性行為 分類線形 非線性 滯彈性阻尼 減震26.材料力學性能 疲勞強度表征疲勞強度：材料抵抗交變應力作用下斷裂破壞的能力。 疲勞：承受載荷低于屈服強度，但在交變應力下長時間工作材料失效的現(xiàn)象。疲勞失

8、效過程：裂紋形成，裂紋發(fā)展和突然斷裂。27.疲勞壽命：在一定交變應力下，不發(fā)生斷裂的最大時間疲勞極限：材料能夠經(jīng)受無限多次（108）循環(huán)應力而不斷裂的最大應力。28.材料力學性能 抗蠕變性能表征意義抗蠕變性：材料在恒定應力（或恒定載 荷）作用下抵抗變形的能力。蠕變：高溫下受到應力，隨時間發(fā)生緩慢塑性變形的現(xiàn)象。29.抗蠕變性表征：蠕變極限 持久強度蠕變極限：在一定溫T度和規(guī)定時間t內(nèi),式樣產(chǎn)生一定蠕變伸長量的應力。 符號表示和意義持久強度：在一定溫度下，規(guī)定時間內(nèi)發(fā)生斷裂的應力。符號表示和意義30.材料力學性能 韌性表征和意義韌性表征：沖擊韌性 KIC斷裂韌性 KIC韌性：材料從塑性變形到斷裂

9、全過程中 吸收能量的能力。是強度和塑性 的綜合量度。31.韌性表征和意義斷裂韌性：抵抗裂紋失穩(wěn)擴展而斷裂的能力。斷裂：裂紋產(chǎn)生，擴展超過臨界尺寸，失穩(wěn)快速擴展斷裂。KI 應力場強因子KIC 臨界應力場強因子裂紋擴展的臨界狀態(tài)對應的場強因子，代表材料的斷裂韌性。32.KI 應力場強因子外加應力33.決定電導率的基本參數(shù) parameters 載流子類型 charge carrier 電子、空穴、正離子、負離子 載流子數(shù) charge carrier density-n, 個/m3 載流子遷移率 electron mobility 34.聚合物的電導性結(jié)構(gòu)型 共軛效應 雙鍵 環(huán)添加型 參雜 添加或

10、去掉電子 鹵族原子 堿金屬離子 復合 導電的納米粉體 石墨 碳納米管 金屬粉末等35.導電聚合物的應用理想情況下，導電聚合物具有金屬導電性，且重量輕、易加工、材料來源廣等特點 。用作電極、電磁波屏蔽、抗靜電材料等 半導體器件和發(fā)光器件方面得應用 聚合物電池、電致變色顯示器、 電化學傳感器、場效應管、 聚合物發(fā)光二極管（LED）36.超導電性在一定低溫下材料突然失去電阻的現(xiàn)象 （小于10-25cm）1913年 , 超導現(xiàn)象發(fā)現(xiàn), 諾貝爾物理獎 1987年, 在陶瓷（金屬氧化物）中發(fā)現(xiàn)超導現(xiàn)象，超導研究取得重大突破, 諾貝爾物理獎37.超導體的兩種特性： 完全導電性 完全抗磁性磁場強度始終為零三個

11、性能指標 超導轉(zhuǎn)變溫度Tc 愈高愈好 臨界磁場Hc 破壞超導態(tài)的最小磁場。 隨溫度降低，Hc將增加； 當TTc時, Hc=Hc臨界電流密度Jc 38.材料的分類及其電導率 材料 電阻率 電導率 超導體 導體 半導體 絕緣體 0 10-8-10-5 10-5-107 107-1018 105-108 10-7-105 10-18-10-7 39.材料物理性能 磁性2. 磁學性：磁化 強度 外磁場，物質(zhì)被磁化的程度。磁化: 在外磁場作用下,各磁矩規(guī)則取向，宏觀呈磁性 磁導率 磁感應強度和磁場強度比值，表征物質(zhì)被磁化程度的物理量 磁化率 磁化強度和磁場的比值40.磁矩表征磁性物體磁性大小的物理量。m

12、 電子軌道磁矩 電子自旋磁矩磁感應強度：物質(zhì)在外磁場中，會被磁化并感生一附加磁場，其磁場強度H與外磁場強度H之和稱為該物質(zhì)的磁感應強度B41.磁性的本質(zhì) 電子的磁矩 電子的自旋磁矩軌道磁矩 孤立原子 具有“永久磁矩” 有未被填滿的電子殼層 不具磁性 原子各層都充滿電子 42. 抗磁性 外磁場中，感生一個磁矩，與外磁場方向相反 順磁性 原子內(nèi)部存在永久磁矩 有外磁場，顯示極弱磁性 無外磁場，宏觀無磁性鐵磁性 強磁性物質(zhì)，F(xiàn)e，Co，Ni 室溫下磁化率可達103。 較弱磁場 較高的磁化強度； 外磁場移去保留較強磁性43.矯頑力：使剩磁降低為零所需要的磁場強度。 磁滯特性 軟磁材料 硬磁材料44.無

13、機非金屬材料的磁學性能 磁性無機材料一般是含鐵及其它元素的復合氧化物，通常稱為鐵氧體 亞鐵磁性 45.高分子材料的磁學性能1、大多數(shù)體系為抗磁性材料 2、順磁性僅存在于兩類有機物 含有過渡金屬 含有屬于定域態(tài)或較少離域的未成對電子 （不飽和鍵、自由基等）46.材料物理性能 熱學性能表征：熱導率熱膨脹系數(shù)熔點比熱 熱應力 耐熱性47.熱導率：單位溫度梯度下， 單位時間內(nèi)通過單位垂直 面積上的熱量 耐熱性指在受負荷下，材料失去其物理機械性能而發(fā)生永久變形的溫度。 耐熱性指在受負荷下，材料失去其物理機械性能而發(fā)生永久變形的溫度。 各種 材料的使用上限溫度 高分子材料 常溫及中溫條件下使用，v0淬火工

14、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。103.時 間溫 度淬火正火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，改善韌性。104.時 間溫 度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)應力的目的。105.時 間溫 度回火工藝淬火或正火的材料重新加熱。目的在于松懈淬火應力和使組織向穩(wěn)態(tài)過度，改善材料的延展性和韌性，并穩(wěn)定工件的尺寸。106.目的：實現(xiàn)材料間的整體結(jié)合內(nèi)容: 1. 焊接 3. 鉚接 2. 粘接 4. 栓接材料的聯(lián)接107.三材料表面工程表面改性表面防護薄膜技術108.-改變材料表面的性質(zhì)三束表面改性化學表面改性

15、（化學熱處理）表面淬火表面改性109.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。110.三束表面改性激光束 - 組織變化電子束 -組織變化離子束 - 成分、組織變化細晶化均勻化非晶化金屬元素合金化111.化學表面改性（化學熱處理）改變材料表面的化學成分 - 化學滲入成 分溫 度ABC + 心部濃 度表面C+N+Me+C0112.表面淬火 高頻淬火電磁能集膚電流表面熱能 火焰淬火氣體化學反應表面熱能熱處理組織改變性能改變113. 腐蝕防護 摩

16、擦磨損防護表面防護114.腐蝕防護 大氣腐蝕 海水腐蝕 工業(yè)介質(zhì)腐蝕115.化學反應-腐蝕的原因主動防護被動防護合金化非晶化高純度表面涂鍍表面改性表面鈍化電化學保護抗蝕材料116.摩擦磨損防護 增加抗磨損性 增加潤滑性117.薄膜技術有許多種薄膜技術能夠在基材表面覆蓋薄膜材料層，其中最重要的兩種方法是：物理氣相沉積 PVD化學氣相沉積 CVD液相沉積 LD118.四材料的復合金屬基復合材料陶瓷基復合材料高分子復合材料119.材料復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，進行材料的設計與制備。因此材料復合的過程就是材料制備、改性、加工的統(tǒng)一過程。復合材料的制備過程融合了金屬、

17、陶瓷、高分子材料制備的基本原理。目前材料科學的發(fā)展，復合的概念越來越重要，出現(xiàn)了許多新型的復合材料及制備方法。120.與其它要素的關系從材料的產(chǎn)生到進入使用過程，直至損耗，四大要素存在著邏輯上的因果順序，即：合成與加工結(jié)構(gòu)與成分材料性質(zhì)使用性能產(chǎn)生具備提供121.定向凝固技術在熔模鑄造型殼中建立特定方向的溫度梯度，使熔融合金沿著與熱流相反的方向按照要求的結(jié)晶取向凝固的一種鑄造工藝。定向凝固技術最突出的成就是在航空工業(yè)中的應用。122. 在極端化的條件下，完成合成與加 工過程，獲得更多的功能特性。 超純條件-單晶硅晶片高壓條件-人工金剛石低溫條件-超導體超細條件-納米材料4.發(fā)展趨勢123.第三

18、章結(jié)構(gòu)材料鋼鐵材料有色金屬材料陶瓷材料玻璃材料水泥材料高分子材料復合材料124.什么是“結(jié)構(gòu)材料” ？結(jié)構(gòu)材料是主要利用材料的強度、韌性、彈性等力學性能，用于制造在不同環(huán)境下工作時承受載荷的各種結(jié)構(gòu)件和零部件的一類材料，即機械結(jié)構(gòu)材料和建筑結(jié)構(gòu)材料。125.碳鋼的常規(guī)熱處理退火將鋼加熱到適當溫度，保溫一定時間，然后緩慢冷卻（隨爐冷卻），以獲得接近于平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝。正火完全退火、等溫退火、球化退火、擴散退火、去應力退火將鋼件加熱到AC3和Acm以上3050度，保持適當時間后，在空氣中冷卻，得到珠光體類組織的熱處理工藝。126.碳鋼的常規(guī)熱處理淬火將鋼件加熱到奧氏體化后，快速冷卻，使組織

19、轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的熱處理工藝。所得的馬氏體的形態(tài)與鋼的成分、原始奧氏體晶粒的大小以及形成條件有密切關系。奧氏體晶粒越小，馬氏體越細?；鼗饘摷慊鸷?，為了消除內(nèi)應力并獲得所要求的性能，將其加熱到AC1以下的某一溫度，保溫一定時間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝。127.合金鋼合金鋼分類鐵及鐵基合金在碳鋼中加入一種或多種合金元素，形成的鋼稱之為合金鋼。按所含合金元素的多少分：低合金鋼（總質(zhì)量分數(shù)低于5）、中合金鋼（總質(zhì)量分數(shù)510）、高合金鋼（總質(zhì)量分數(shù)高于10）。按主要合金元素種類分：鉻鋼、鉻鎳鋼、錳鋼、硅錳鋼等。按用途分：結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、特殊性能鋼。128.鑄鐵鐵及鐵基合金碳的質(zhì)量分數(shù)大于2.11%

20、的鐵碳合金稱之為鑄鐵，通常還含有較多的Si、Mn、S、P等元素。用 途鑄鐵時工程上最常用的金屬材料，廣泛應用在機械制造、冶金、礦上、石油化工。交通等領域。鑄鐵的生產(chǎn)設備和工藝簡單，價格便宜。129.鐵及鐵基合金鐵碳合金中碳的存在形式間隙固溶于鐵化合態(tài)的滲碳體游離態(tài)的石墨亞穩(wěn)態(tài)，在一定條件下分解為鐵和石墨穩(wěn)定態(tài)，可以從鑄鐵熔液中析出，也可以從奧氏體中析出Fe3C碳溶解在Fe中的間隙固溶體130.鐵及鐵基合金鑄鐵的種類根據(jù)石墨化程度的不同，鑄鐵的類型和組織也不同?；铱阼T鐵白口鑄鐵可煅鑄鐵球墨鑄鐵蠕墨鑄鐵131.鑄鐵白口鑄鐵：碳絕大部分以化合物 存在， 斷口銀白色。性能：硬而脆，難于加工，使用價值低

21、?；铱阼T鐵：碳以 形式存在，斷口呈暗灰色。性能：價格低廉，易切削加工，常用于氣缸，支座機床等。鐵及鐵基合金滲碳體Fe3C 片狀石墨132.鐵及鐵基合金鑄鐵可鍛鑄鐵：由一定成分的白口鑄鐵經(jīng)石墨化退火處理而獲得，其中碳大部分或全部以團絮狀石墨形式存在，由于具有較灰口鑄鐵高得多的塑性和韌性，習慣上稱為可鍛鑄鐵，實際上并不可鍛。滲碳體團絮石墨生產(chǎn)周期長，單件成本高，一般制作形狀復雜的薄壁小件。133.鑄鐵特性：球化減小應力集中，基體強度利用率高，可以進行熱處理加工，屈強比高。機械性能高，生產(chǎn)工藝比可鍛鑄鐵簡單，近年來日益得到廣泛的應用?！耙澡F代鋼，以鑄代鍛”球墨鑄鐵：鐵水在澆注前經(jīng)球化處理，其中碳大部

22、分或全部以球狀石墨形式存在。鐵及鐵基合金134.鑄鐵碳以蠕蟲狀石墨存在，介于片狀和球狀之間，所以性能在在灰鑄鐵和球墨鑄鐵之間。優(yōu)點：導熱性和耐疲勞性好，高部件。合金鑄鐵：鑄鐵中加入合金元素如Cr、Cu、Al、等，可得到耐蝕、耐熱及耐磨等特性的合金鑄鐵。鐵及鐵基合金蠕墨鑄鐵：蠕化處理不宜控制135.石墨的存在對鑄鐵的特殊作用減弱晶粒間振動能的傳遞，并將振動能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芰鲃有院?，凝固過程中析出比容較大的石墨，減小凝固收縮減摩、斷屑的作用；脫落形成顯微凹穴，起儲油作用，可維持油膜的連續(xù)性片狀石墨相當于許多微小缺口良好的潤滑劑，脫落在摩擦面136.高分子材料分類按材料來源分類天然高分子合成高分子按材料

23、性能和用途分類塑料橡膠纖維涂料粘合劑功能高分子稱為三大合成材料137.通用高分子材料塑料、橡膠、纖維，稱為三大合成材料全世界產(chǎn)量1億多噸塑料主要品種有：合成橡膠主要用途為制造輪胎，約占60%合成纖維主要品種有：滌綸（PET）、尼龍、聚丙烯腈、聚丙烯等聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等138.工程塑料性能：堅硬、韌性、耐磨、耐熱水及蒸氣，加工時尺寸穩(wěn)定性好、化學穩(wěn)定性好。主要有：尼龍（聚酰胺）、聚碳酸酯（PC）、聚苯醚（PPO）、聚甲醛（POM）、飽和聚酯（PET、PBT）等139.材料應力應變曲線140. 熱塑性塑料：受熱后軟化，冷卻后又變硬，可重復循環(huán)。熱固性塑料：由單體直接形成網(wǎng)狀聚合物

24、或通過交聯(lián)線型預聚體而形成，一旦形成交聯(lián)聚合物，受熱后不能再回到可塑狀態(tài)。制品不溶不熔。優(yōu)點：質(zhì)輕、電絕緣、耐化學腐蝕、容易成形加工等；缺點：力學性能比金屬材料差，表面硬度低，大多數(shù)品種易燃，耐熱性差。熱塑性與熱固性141.聚合物分子運動特點聚合物分子運動具有多重性。運動單元：側(cè)基、支鏈、鏈節(jié)、鏈段及整個大分子等。運動方式：鍵長、鍵角的振動或扭曲；側(cè)基、支鏈或鏈節(jié)的搖擺、旋轉(zhuǎn)；分子內(nèi)旋轉(zhuǎn)及整個大分子的重心位移等。聚合物分子運動具有明顯的松弛特性。具有時間依賴性的過程稱為松弛過程。分子運動是一個速度過程，要達到一定的運動狀態(tài)，提高溫度和延長時間具有相同的效果，這稱為時-溫等效原理，或時-溫轉(zhuǎn)化效

25、應。142.玻璃化轉(zhuǎn)變聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變是指從玻璃態(tài)到高彈態(tài)之間的轉(zhuǎn)變。從分子運動的角度看，玻璃化溫度Tg是大分子鏈段開始運動的溫度。玻璃化轉(zhuǎn)變是一個松弛過程。在時間尺度不變時，凡是加速鏈段運動速度的因素，如大分子鏈柔性的增大、分子間作用力減小等結(jié)構(gòu)因素，都使Tg下降。143.聚乙烯（PE）聚乙烯從1939年開始工業(yè)化生產(chǎn)，是目前產(chǎn)量最大，應用最廣泛的品種。低密度聚乙烯（LDPE）在各種聚乙烯中產(chǎn)量最大，主要用于生產(chǎn)薄膜（制造食品袋、垃圾袋、地膜、大鵬膜等）；約10%用于生產(chǎn)注塑用品。線型低密度聚乙烯（LLDPE）主要用于生產(chǎn)薄膜，厚度比低密度聚乙烯更薄，制品性能更好。還用于生產(chǎn)扁絲，制造編織

26、袋。144.高密度聚乙烯注塑制品：工業(yè)容器、家用器皿、玩具等。中空吹塑制品：食品、藥品、化妝品的包裝瓶等。薄膜制品（約占20%）：大量用于食品包裝。聚乙烯管材應用領域主要有：生活用水和煤氣管道、農(nóng)業(yè)排灌用管道以及圓珠筆內(nèi)的油墨管子等。質(zhì)輕、堅韌耐磨，力學性能良好，使用壽命長，施工安裝簡便，輸送阻力小、安全可靠，鋪設費用低。145.超高分子量聚乙烯（UHMWPE）可作為工程塑料在汽車、機械、原子能以及宇宙飛行等領域得到重要應用。具有優(yōu)異的耐沖擊和自潤滑性，耐腐蝕、抗磨損、不粘著等特性?？勺鼾X輪、軸套、滑板、儲罐襯里等。催化劑決定材料性能 齊格勒 茂金屬聚乙烯 韌性、透明度、熱粘性、熱封溫度、低氣

27、味方面等明顯優(yōu)于傳統(tǒng)聚乙烯146.PVC，是耗石油最少的熱塑性樹脂。具有阻燃及較高的機械強度。PVC可以兼有兩種截然不同的性能，從軟質(zhì)到硬質(zhì)，具有不同的用途。 應用： 農(nóng)用塑料制品：農(nóng)地膜、漁用單絲、繩纜等； 包裝材料，保鮮、防銹、防霉等，塑料編織袋、包裝容器等；日用品，塑料鞋、塑料袋、人造革、塑料玩具等； 化學建材，塑鋼門窗、水管、電線穿線管等。147.PS，無色透明，相對密度1.05，電絕緣性能優(yōu)異，耐熱性好，吸濕性低、質(zhì)硬、剛性強，耐化學性好，易被染色，有良好的加工性。 應用： 世界市場上，PS主要用于包裝，其次是電子、電器。發(fā)泡聚苯乙烯（EPS）質(zhì)輕、隔熱、防震、價廉，用于建筑和包裝。

28、國內(nèi)最大的市場是家電行業(yè)。國內(nèi)彩色電視機外殼有60% 使用高抗沖聚苯乙烯（HIPS）。148.氟塑料是各種含氟塑料的總稱。聚四氟乙烯（PTFE）。1950年首先由杜邦公司投產(chǎn)。有“塑料王”之稱。是高結(jié)晶度聚合物，無熔融態(tài)，分解溫度400 ，可在260 以下長期下使用，耐低溫達-200 ，力學性能優(yōu)異。光滑不粘，摩擦系數(shù)極小，具有自潤滑性。耐化學腐蝕性極強，耐強酸、強堿、有機溶劑，能耐王水及沸騰的氫氟酸。具有塑料中最好的電絕緣性能。廣泛用于化工機械和容器的防腐、耐磨密封、電絕緣等。四氟乙烯、六氟丙烯、三氟氯乙烯等單體149.纖維滌綸尼龍（錦綸）聚丙烯腈（腈綸、人造羊毛）150.保鮮膜性能要求保鮮

29、、保潔、自粘安全、無毒市場上的保鮮膜聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）、偏聚氯乙烯及其他材質(zhì)聚氯乙烯（PVC）保鮮膜存在的問題151.聚合物光盤基片性能要求高的透光率、光學純度、尺寸穩(wěn)定性和熱變形溫度，較好的機械性能和加工性能、低的雙折射和成本等。主要材料：聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、改性雙酚A環(huán)氧樹脂、非晶態(tài)聚烯烴等152.鋁及鋁合金鋁及鋁合金的特點密度低、比強度高。純鋁的密度只有2700kg/m3，僅為鐵的1/3。優(yōu)良的物理、化學性能。導電性能好、磁化率低、耐腐蝕等。加工性能好。鑄造性能好、易于塑性變形，經(jīng)熱處理后還具有很高的強度。有色金屬材料153.鋁及鋁合金合金元素的作用鋁

30、中加入合金元素后，可提高合金的強度，并保持良好的加工性能。提高強度阻礙位錯運動154.銅及銅合金純銅純銅為紫色，又稱紫銅。主要用于制作電導體及配制合金。工業(yè)純銅分為4種：T1、T2、T3、T4。編號越大，純度越低。純銅的強度低，不宜用作結(jié)構(gòu)材料155.鈦及鈦合金鈦及鈦合金的特點密度低、比強度高，生物相容性。耐高溫、耐腐蝕性能、低溫韌性好等。加工條件復雜，成本較高。156.鎂及鎂合金純鎂的特點密度低、比強度高。純鎂的密度只有1749kg/m3，僅為鐵的1/4、鋁的2/3。鎂的電極電位較低，抗腐蝕性能差。鎂屬于密排六方結(jié)構(gòu)，因此塑性變形能力差。157.鎂及鎂合金鎂合金的特點低比重：工業(yè)用材料中最輕

31、量材料（鋁的2/3重）高比強度：優(yōu)于鋼和鋁 震動吸收性好：可將震動能吸收并轉(zhuǎn)化成熱放出易機械加工：切削力為鋁和軟鋼的1/2 耐沖擊性好：優(yōu)于鋁合金和軟鋼電磁屏蔽性好可再生利用：有利于環(huán)境優(yōu)化158.鎂及鎂合金21世紀的綠色工程材料159.鎂的冶煉160.什么是無機非金屬材料？金屬材料和有機高分子材料以外的固體材料通稱為無機非金屬材料。主要特性：熔點高、硬度高、化學穩(wěn)定性好、耐高溫、耐腐蝕、耐磨損、耐氧化、彈性模量大、強度高。一般為脆性材料161.陶瓷材料的物質(zhì)結(jié)構(gòu)陶瓷材料的相組成晶體相晶體相是陶瓷材料最主要的組成相，主要是某些固溶體或化合物，其結(jié)構(gòu)、形態(tài)、數(shù)量及分布決定了陶瓷材料的特性和應用。

32、晶體相又分為主晶相、次晶相和第三相。陶瓷中晶體相主要有含氧酸鹽（硅酸鹽、鈦酸鹽等）、氧化物（MgO、Al2O3）、非氧化物（SiC，Si3N4）等。硅氧四面體是硅酸鹽陶瓷中最基本的結(jié)構(gòu)單元。162.陶瓷材料的物質(zhì)結(jié)構(gòu)陶瓷材料的相組成玻璃相玻璃相是陶瓷材料中原子不規(guī)則排列的組成部分，其結(jié)構(gòu)類似于玻璃。玻璃相的作用是：將分散的晶體相粘結(jié)起來，填充晶體之間的空隙，提高材料的致密度；降低燒成溫度，加快燒結(jié)過程；阻止晶體轉(zhuǎn)變、抑止晶粒長大。玻璃相對陶瓷強度、介電常數(shù)、耐熱性能是不利的。163.陶瓷材料的物質(zhì)結(jié)構(gòu)陶瓷材料的相組成氣相（氣孔）陶瓷中氣孔主要是坯體各成分在加熱過程中單獨或互相發(fā)生物理、化學作用

33、所生成的空隙。這些空隙可由玻璃相來填充，還有少部分殘留下來形成氣孔。氣孔對陶瓷的性能是不利的。它降低材料的強度，是造成裂紋的根源。164.陶瓷材料的性能特點力學性能硬度陶瓷的硬度很高，多為1000Hv1500Hv（普通淬火鋼的硬度500800Hv）。陶瓷硬度高的原因是離子晶體中離子堆積密度大、以及共價晶體中電子云的重疊程度高引起的。剛度陶瓷的剛度很高。剛度是由彈性模量衡量的，而彈性模量又反映其化學鍵的鍵能。離子鍵和共價鍵的鍵能都要高于金屬鍵，因此陶瓷材料的彈性模量要高于金屬材料。165.陶瓷材料的性能特點力學性能強度陶瓷材料的強度取決于鍵的結(jié)合力，理論強度很高。但陶瓷中由于組織的不均勻性，內(nèi)部

34、雜質(zhì)和各種缺陷的存在，使得陶瓷材料的實際強度要比理論強度低100多倍。陶瓷材料的強度也受晶粒大小的影響。晶粒越細，強度越高。此外，陶瓷材料一般具有優(yōu)于金屬材料的高溫強度，高溫抗蠕變能力強，且有很高的抗氧化性。常用于高溫材料。166.陶瓷材料的性能特點力學性能塑性與韌性陶瓷材料的塑性和韌性較低，這是陶瓷最大的弱點。陶瓷材料受到載荷時在不發(fā)生塑性變形的情況下，就發(fā)生斷裂。陶瓷內(nèi)部和表面所產(chǎn)生的微裂紋，由于裂紋尖端的應力集中，內(nèi)部裂紋在受到外應力時擴展很快，這是導致陶瓷材料斷裂的根本原因。167.陶瓷材料的性能特點熱學性能熔點陶瓷材料由離子鍵和共價鍵結(jié)合，因此具有較高的熔點。熱容熱膨脹陶瓷材料在低溫

35、下熱容小，在高溫下熱容增大。陶瓷材料的熱膨脹系數(shù)小，這是由晶體結(jié)構(gòu)和化學鍵決定的。一般為105106/K。168.陶瓷材料加工方法配料成形煅燒169.結(jié)構(gòu)陶瓷材料結(jié)構(gòu)陶瓷的種類氧化物結(jié)構(gòu)陶瓷炭化物結(jié)構(gòu)陶瓷氮化物結(jié)構(gòu)陶瓷170.功能陶瓷材料什么是功能陶瓷功能陶瓷是指具有電、光、磁以及部分化學功能的多晶無機固體材料，其功能的實現(xiàn)主要來自于它所具有的特定的電絕緣性、半導體性、導電性、壓電性、鐵電性、磁性、生物適應性等171.功能陶瓷材料功能陶瓷的種類電子陶瓷超導陶瓷磁性陶瓷光學陶瓷生物陶瓷敏感陶瓷172.功能陶瓷材料電子陶瓷壓電陶瓷當外力作用于晶體時，發(fā)生與應力成比例的介質(zhì)極化，同時在晶體兩端將出現(xiàn)

36、正負電荷，這種由于形變而產(chǎn)生的電效應，稱為壓電效應。反之，當在晶體上施加電場引起極化時，將產(chǎn)生與電場成比例的變形或壓力，稱之為逆壓電效應。材料的壓電效應取決于晶體結(jié)構(gòu)的不對稱性，晶體必須有極軸，才有壓電效應。壓電陶瓷是具有壓電效應的陶瓷材料173.壓電陶瓷的晶體結(jié)構(gòu)隨溫度的變化而變化。對鈦酸鋇和鈦酸鉛，當溫度高于居里溫度Tc時，為立方晶體，具有對稱性，無壓電效應；低于Tc時，為四方晶體，具有非對稱性，有壓電效應。174.功能陶瓷材料壓電陶瓷的應用壓電陶瓷的有點是價格便宜，可以批量生產(chǎn)，能控制極化方向，添加不同成分，可改變壓電特性。壓電陶瓷可用作超聲波發(fā)生源的振子或水下測聲儀器上的振子；也可用作

37、聲電轉(zhuǎn)換器。壓電陶瓷收到機械應力的作用時，由壓電效應發(fā)生的電能可用于煤氣灶的點火器和打火機等；壓電陶瓷還可用于濾波器等。175.功能陶瓷材料磁性陶瓷什么是鐵氧體？鐵氧體是鐵和其他金屬的復合氧化物， MO-Fe2O3，M代表一價、二價金屬。鐵氧體屬半導體，電阻率在1-1010m。由于電阻率高，渦流損失小，介質(zhì)耗損低，故廣泛用于高頻和微波領域。磁性陶瓷主要指鐵氧體鐵氧體軟磁鐵氧體硬磁鐵氧體176.功能陶瓷材料生物陶瓷的種類1。生物惰性陶瓷2。生物活性陶瓷該陶瓷的物理、化學性能穩(wěn)定，在生物體內(nèi)完全呈惰性狀態(tài)具有優(yōu)異的生物相容性，能與骨形成結(jié)合面，結(jié)合強度高，穩(wěn)定性好，參與代謝。177.功能陶瓷材料生

38、物活性陶瓷1。磷酸鈣陶瓷：具有生物降解性，能被人體吸收。2。生物活性玻璃陶瓷3。Na2O-K2O-MgO-CaO-SiO2-P2O5陶瓷4。BCG人工骨頭178.功能陶瓷材料敏感陶瓷1。熱敏電阻陶瓷指某些性能隨外界條件（溫度、濕度、氣氛）的變化而發(fā)生改變的陶瓷材料2。壓敏電阻陶瓷3。磁敏電阻陶瓷4。氣敏電阻陶瓷5。濕敏電阻陶瓷179.功能陶瓷材料氣敏電阻陶瓷將氣體參量轉(zhuǎn)化成電信號的陶瓷材料。它能以物理或化學吸附的方式吸附氣體分子。氣敏陶瓷有氧化鐵系氣敏陶瓷、氧化鋅系氣敏陶瓷、氧化錫系氣敏陶瓷等。應用：可燃氣體和毒氣的檢測、檢漏、報警、監(jiān)控等。它的 靈敏度高，對被測氣體以外的氣體不敏感。180.

39、功能陶瓷材料濕敏電阻陶瓷將濕度信號轉(zhuǎn)化成電信號的陶瓷材料。應用：用于濕度指示、記錄、預報、控制和 自動化等。MgCr2O4TiO2陶瓷ZnOCr2O3陶瓷ZnCr2O3Fe2O3陶瓷181.傳統(tǒng)日用、建筑材料水泥什么是水泥？水泥是一種加入適量水后，成為塑性漿體的，既能在空氣中硬化，又能在水中硬化的，并能把砂、石等材料牢固地膠結(jié)在一起的水硬性膠凝材料。水泥的種類硅酸鹽水泥鋁酸鹽水泥硫鋁酸鹽水泥氟鋁酸鹽水泥火山灰水泥182.傳統(tǒng)日用、建筑材料硅酸鹽水泥原料：石灰石、黏土、鐵粉、煤粉、礦化劑等CaOAl2O3SiO2Fe2O3工藝：配料粉磨成球煅燒粉磨包裝183.傳統(tǒng)日用、建筑材料硅酸鹽水泥配料粉磨

40、成球煅燒礦渣水泥的生料水泥的熟料13001450度粉煤灰火山灰普通水泥礦渣水泥粉煤灰水泥火山灰水泥粉磨包裝184.傳統(tǒng)日用、建筑材料衡量水泥性質(zhì)和質(zhì)量的指標密度容重細度需水性凝結(jié)時間安定性強度標號水化熱185.傳統(tǒng)日用、建筑材料玻璃什么是玻璃？凡熔融體通過一定方式冷卻，因黏度逐漸增加而具有固體性質(zhì)與一定結(jié)構(gòu)特征的非晶態(tài)物質(zhì)，都稱為玻璃。玻璃的種類鈉鈣玻璃鉛玻璃硼硅酸鹽玻璃石英玻璃鋼化玻璃微晶玻璃彩色玻璃變色玻璃磨光玻璃磨砂玻璃壓花玻璃夾層玻璃186.傳統(tǒng)日用、建筑材料耐火材料的性能指標耐火度材料在高溫下不熔化的性質(zhì)。荷重軟化溫度指耐火材料在溫度和荷重的作用下抵抗變形的能力。高溫體積穩(wěn)定性在高溫

41、下外形體積及線度保持穩(wěn)定的能力?？篃嵴鹦钥乖栽诟邷叵?，溫度急劇變化不破壞的能力。抵抗熔渣或熔融液侵蝕的能力。耐真空性在真空和高溫下服役的能力。187.一、填空題：陶瓷材料的晶體缺陷有 、 、 ，其中導電性與 有直接關系。陶瓷材料的 和 較低，這是陶瓷材料的最大弱點。陶瓷材料熱膨脹系數(shù)小，這是由 和 決定的。 ，稱為壓電效應。材料的壓電效應取決于晶體結(jié)構(gòu)的 ，晶體必須有 ，才有壓電效應。制造透明陶瓷的關鍵是 和 。188.簡答題：1、舉例說明陶瓷材料的結(jié)合鍵主要有哪兩種，各有什么特點？ 2、陶瓷材料主要有哪些相組成，各有什么作用？ 4、簡述陶瓷材料的力學性能特點。 6、什么是水泥，水泥的種類主

42、要有哪些？ 7、衡量耐火材料性能的指標主要有哪些？189.什么是復合材料？復合材料是由兩種或兩種以上物理、化學、力學性能不同的物質(zhì)，經(jīng)人工組合而成的多相固體材料。190.復合材料的種類力學復合材料功能復合材料樹脂基復合材料金屬基復合材料無機非金屬基復合材料導電導磁復合材料阻尼吸聲復合材料屏蔽功能復合材料摩擦磨損復合材料基體 材料的不同增強材料的形狀分布長纖維增強復合材料短纖維/晶須顆粒強化復合材料彌散強化復合材料積層結(jié)構(gòu)復合材料纖維/顆?；祀s復合材料粒度1-50微米100納米191.復合材料的組成192.2，抗疲勞與斷裂安全性能好a 基體中初始裂紋 b 裂紋擴展受阻于增強纖維纖維增強復合材料中

43、疲勞裂紋擴展過程示意圖193.3，良好的減震性能1，纖維增強復合材料具有較高的自震頻率，不易產(chǎn)生共振現(xiàn)象2，復合材料相界面對振動有反射和吸收作用鋼、碳纖維復合材料的振動衰減特性比較194.纖維增強復合材料的纖維種類纖維增強復合材料中主要的新型纖維與晶須有：碳纖維、硼纖維、芳綸纖維、碳化硅纖維、氧化鋁纖維以及碳化硅晶須、氧化鋁晶須和氧化鋅晶須等。這些纖維與晶須的主要特點是：密度低、強度高、彈性模量高、線膨脹系數(shù)小等特點。195.復合材料的基本理論1。纖維增強復合材料的復合原理假設復合材料中基體是連續(xù)的、均勻的，纖維的性質(zhì)和直徑都是均勻的，且平行連續(xù)排列，同時纖維與基體間的結(jié)合為理想結(jié)合，在界面上

44、不產(chǎn)生滑移。外載荷與纖維方向一致c=f=m則：在外載荷作用下纖維和基體處于等應變狀態(tài)196.Fc=cAc = fAf mAm。c = fVfmVmEc c = EffVfEmmVm復合材料上總力等于纖維和基體受力的和Fc= Ff + Fm由于 c=f=m則 Ec = EfVfEmVm說明：F 力， 應力， 應變，E 彈性模量，A 橫截面積，V 體積含量 C 復合材料， f 纖維填料，m 基體材料 1。纖維增強復合材料的復合原理197.一般復合材料的變形過程：1。纖維增強復合材料的復合原理纖維和基體均為線彈性變形纖維繼續(xù)線彈性變形，基體塑性變形纖維和基體都是塑性變形隨纖維斷裂，復合材料斷裂198.復合材料的基本理論顆粒增強顆粒增強復合材料是指由高強度、高彈性模量的顆粒作增強體與韌性基體或脆性基體經(jīng)一定工藝復合而成的多相材料。納米微細硬顆粒彌散增強，微米顆粒增強。顆粒增強復合材料的種類：199.顆粒增強復合材料的機理： 根據(jù)顆粒的尺寸大小，可分為彌散增強復合材料和真正顆粒增強復合材料。前者通常是指尺寸為納米數(shù)量級的微細硬顆粒彌散分布在基體中；后者是指微米數(shù)量級的顆粒增強的復合材料。純顆粒增強在這種復合材料中，顆粒不是通過阻礙位錯運動使材料強化，而是借助于限制顆粒臨近基體的運動，約束基體的變形來達到強化目的的