材料化學(xué)chapte1-材料化學(xué)緒論課件

材料化學(xué)

第一章上緒論

聯(lián)系方式：郵件地址：1.1材料科學(xué)發(fā)展概況1.1.1材料發(fā)展簡(jiǎn)史：材料的發(fā)現(xiàn)、發(fā)展和應(yīng)用是人類(lèi)文明的標(biāo)志。

材料的品種、質(zhì)量和產(chǎn)量，是直接衡量一個(gè)國(guó)家的科技和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一。

新石器時(shí)期馬家窯式水紋彩陶缽新石器時(shí)期半山式菱形點(diǎn)紋壺→→PotteryTable1-1Distinguishbetween

thePaleolithicPeriodandtheNeolithicAge

Materials

Wood

Stone

Bone

Pottery

thePaleolithicPeriod

theNeolithicAge

青銅時(shí)代

中國(guó)古銅鏡

戰(zhàn)國(guó)青銅編鐘

IronAge

依含碳量

和雜質(zhì)多少鐵和碳的合金

鑄鐵

鍛鐵

鋼鐵

信息時(shí)代：航天材料第一代天然材料石頭是人類(lèi)采用的第一種材料，人類(lèi)歷史的最早時(shí)期因此而被命名為“石器時(shí)代”。公元前10萬(wàn)年前左右，原始人采用天然的石、木、竹、骨等材料作為漁獵工具。由于生產(chǎn)技術(shù)水平很低，人類(lèi)使用的材料只能是石頭、樹(shù)木、竹、草、甲骨、羽毛、獸皮、泥土等天然材料。

第二代

燒煉材料火的發(fā)現(xiàn)熟食、照明、取暖等制陶高溫加工技術(shù)：銅器、鐵器等蒸汽機(jī)產(chǎn)業(yè)革命鋼鐵為中心的金屬材料

第三代

合成材料二戰(zhàn)后，材料的要求：質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、價(jià)格低等。具有優(yōu)異性能的工程塑料、合成纖維、合成橡膠應(yīng)運(yùn)而生，涂料和膠粘劑等合成材料都得到相應(yīng)的發(fā)展和應(yīng)用。合成高分子材料：l907年第一個(gè)小型酚醛樹(shù)脂廠(chǎng)建立。1927年左右第一個(gè)熱塑性聚氯乙烯塑料的生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)了商品化。1940年到1957年先后研究成功合成橡膠(丁苯、丁脯、氯丁橡膠等)、合成纖維(尼龍66、衷丙烯臘、衷酯等)以及低壓聚乙烯、聚四氛乙烯(塑料王)等。合成高分子材料的生產(chǎn)和應(yīng)用，是材料發(fā)展中的重大突破。從此，以金屬材料、陶瓷材料和合成高分子材料為主體，建立了完整的材料體系，形成了材料科學(xué)。1970一1980年工程塑料、高分子合金、功能高分子材料大規(guī)模地生產(chǎn)和應(yīng)用，使材料科學(xué)進(jìn)一步發(fā)展。

第五代

智能材料智能材料，其性能隨著時(shí)間和空間條件的變化而變化。它能適應(yīng)環(huán)境，接受外界環(huán)境的調(diào)節(jié)，而且不需要通過(guò)計(jì)算機(jī)和電子技術(shù)，僅依靠材料自身的性質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)自我調(diào)節(jié)、自我診斷、自我復(fù)原。這顯然是按照嶄新概念制造出來(lái)的材料，例如變色鏡、PTC(正溫度系數(shù))熱敏陶瓷、加熱電阻和形狀記憶合金等都屬于智能材料。

在材料發(fā)展過(guò)程中，上述“五代材料”，并非新舊交替的，而是長(zhǎng)期并存的，它們共同在生產(chǎn)、生活、科研的各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮著各自的作用，并不斷發(fā)展。1.1.3材料研究開(kāi)發(fā)進(jìn)展所謂新材料，主要是指最近發(fā)展或正在發(fā)展之中的具有比傳統(tǒng)材料性能更優(yōu)異的一類(lèi)材料。新材料的發(fā)展與一個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)活力、軍事實(shí)力和科技水平都有著十分密切的。

高分子材料（結(jié)構(gòu)高分子、功能高分子）陶瓷材料高溫材料（如氮化硅）、電子材料（各種鐵電和鐵彈性材料）、超導(dǎo)體（銅酸鹽）、玻璃、玻璃陶瓷。電子材料（半導(dǎo)體材料、超導(dǎo)體、電子學(xué)方面的分子材料。

催化劑和吸附劑其他新型材料超硬材料（金剛石）、金剛石膜、傳感器材料、新結(jié)合劑。1.2材料的分類(lèi)塑料、橡膠纖維、膠黏劑等材料按化學(xué)屬性分類(lèi)按結(jié)構(gòu)分類(lèi)單晶材料多晶材料非晶材料復(fù)合材料金屬材料無(wú)機(jī)非金屬材料有機(jī)合成材料復(fù)合材料按功能分類(lèi)結(jié)構(gòu)材料功能材料按應(yīng)用領(lǐng)域分類(lèi)電子材料、耐火材料醫(yī)用材料、耐蝕材料建筑材料

功能材料的分類(lèi)

（1）力學(xué)性能（2）化學(xué)功能（3）物理化學(xué)功能（4）生物化學(xué)材料①分離功能材料②反應(yīng)功能材料③生物功能材料①電學(xué)功能材料②光學(xué)功能材料③能量轉(zhuǎn)換材料①醫(yī)用功能材料②功能性藥物③生物降解材料（3）材料化學(xué)的興起和內(nèi)涵材料化學(xué)的學(xué)科內(nèi)容包括：

采用新技術(shù)和工藝方法制備新材料

材料組成和微觀(guān)結(jié)構(gòu)的表征

材料性能的測(cè)試材料化學(xué)是應(yīng)用化學(xué)的重要分支，也是材料學(xué)的重要分支。（4）新材料研究特點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)特點(diǎn)：

設(shè)計(jì)與合成少污染節(jié)能長(zhǎng)壽命再生發(fā)展趨勢(shì)：有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合

結(jié)構(gòu)材料功能化目前我國(guó)在材料領(lǐng)域的成果：

人工晶體超導(dǎo)材料儲(chǔ)氫材料稀土材料第一章下無(wú)機(jī)材料的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)結(jié)構(gòu)性質(zhì)用途2.1概述2.2晶體與非晶體2.3晶體的結(jié)構(gòu)與性能2.4晶體缺陷及其對(duì)性能的影響2.5非晶態(tài)材料的結(jié)構(gòu)與性能2.6材料結(jié)構(gòu)的表征2.1概述組成材料最基本、獨(dú)立的物質(zhì)材料中具有同一化學(xué)成分且結(jié)構(gòu)相同的均勻部分材料內(nèi)部的亞微觀(guān)、微觀(guān)形貌相組元組織2.2晶體與非晶體

2.2.1結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)-2.2.1.1晶體和非晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)晶體和非晶體結(jié)構(gòu)示意圖（1）晶體原子或原子團(tuán)、離子或分子在空間按一定規(guī)律成周期性排列構(gòu)成長(zhǎng)程有序長(zhǎng)程無(wú)序短程有序（2）非晶體原子、離子或分子在空間無(wú)規(guī)則堆積在一起所形成晶體和非晶體比較-XRD圖比較X-射線(xiàn)衍射圖（XRD）晶體的XRD峰較窄，非晶態(tài)的XRD峰逐漸寬化晶體和非晶體比較-形態(tài)變化tT晶體非晶體此方法可區(qū)別晶體與非晶體2.2.1.2單晶和多晶體比較晶界

小角度晶界-相鄰晶粒的位向差小于10°的晶界；亞晶界均屬小角度晶界，一般小于2°

大角度晶界-相鄰晶粒的位向差大于10°的晶界，多晶體中90％以上的晶界屬于此類(lèi)。晶界的特點(diǎn)

晶界處點(diǎn)陣畸變大，存在晶界能。晶界處原子排列不規(guī)則，在常溫下晶界的存在會(huì)對(duì)位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)起阻礙作用，致使塑性變形抗力提高，宏觀(guān)表現(xiàn)為晶界較晶內(nèi)具有較高的強(qiáng)度和硬度。晶界處原子偏離平衡位置，具有較高的動(dòng)能，并且晶界處存在較多的缺陷如空穴、雜質(zhì)原子和位錯(cuò)等，故晶界處原子的擴(kuò)散速度比在晶內(nèi)快得多。在固態(tài)相變過(guò)程中,由于晶界能量較高且原子活動(dòng)能力較大,所以新相易于在晶界處優(yōu)先形核.原始晶粒越細(xì),晶界