材料分類材料

關(guān)于材料分類材料第1頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月按物理性質(zhì)可分為：導(dǎo)電材料、絕緣材料、半導(dǎo)體材料、磁性材料、透光材料、高強度材料、高溫材料、超硬材料等。按物理效應(yīng)分為：壓電材料、熱電材料、鐵電材料、非線性光學(xué)材料、磁光材料、電光材料、聲光材料、激光材料等。按用途分為：電子材料、電工材料、光學(xué)材料、感光材料、耐酸材料、研磨材料、耐火材料、建筑材料、結(jié)構(gòu)材料、包裝材料等。第2頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月0.1.1

按化學(xué)組成（或基本組成）分類：1.金屬材料2.無機非金屬材料3.高分子材料（聚合物）4.復(fù)合材料第3頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月1.金屬材料

金屬材料是由化學(xué)元素周期表中的金屬元素組成的材料?？煞譃橛梢环N金屬元素構(gòu)成的單質(zhì)（純金屬）；由兩種或兩種以上的金屬元素或金屬與非金屬元素構(gòu)成的合金。合金又可分為固溶體和金屬間化合物。第4頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月

在103種元素中，除He,Ne,Ar等6種惰性元素和C、Si、N等16種非金屬元素外，其余81種為金屬元素。除Hg之外，單質(zhì)金屬在常溫下呈現(xiàn)固體形態(tài)，外觀不透明，具有特殊的金屬光澤及良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。在力學(xué)性質(zhì)方面，具有較高的強度、剛度、延展性及耐沖擊性。

合金是由兩種或兩種以上的金屬元素，或金屬元素與非金屬元素熔合在一起形成的具有金屬特性的新物質(zhì)。合金的性質(zhì)與組成合金的各個相的性質(zhì)有關(guān)，同時也與這些相在合金中的數(shù)量、形狀及分布有關(guān)。第5頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月合金又分為固溶體和金屬間化合物。當(dāng)金屬的晶體結(jié)構(gòu)保持溶劑組元的晶體結(jié)構(gòu)時，這種合金稱為一次固溶體或端際固溶體，簡稱為固溶體。金屬元素與其它金屬元素或非金屬元素之間形成合金時，除固溶體外，還可能形成金屬間化合物。

第6頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月合金中的固溶體：根據(jù)溶質(zhì)原子在溶劑晶體結(jié)構(gòu)中的位置，固溶體可分為置換固溶體和間隙固溶體。在置換固溶體中，溶質(zhì)原子位于溶劑晶體結(jié)構(gòu)的晶格格點上；在間隙固溶體中，溶質(zhì)原子位于溶劑晶體結(jié)構(gòu)的晶格間隙。溶質(zhì)原子在固溶體中的分布可以是隨機的，即呈統(tǒng)計分布；也可以是部分有序或完全有序，在完全有序固溶體中，異類原子趨于相鄰，這種結(jié)構(gòu)亦稱為超點陣或超結(jié)構(gòu)。第7頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月此外，合金中溶質(zhì)原子還可能形成叢聚，即同類原子趨于相鄰。叢聚可以呈隨機彌散分布。事實上，實驗中還沒有見到溶質(zhì)原子呈完全隨機分布的固溶體。因此，只能在宏觀尺度上認為處于熱力學(xué)平衡態(tài)的固溶體是真正均勻的，而原子尺度上并不要求它也是均勻的。不同類型固溶體中原子排列情況示于圖0.1。第8頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月

圖0.1不同類型固溶體中原子排列示意圖

（a）隨機置換固溶體（b）有序置換固溶體（c）隨機間隙固溶體（d）固溶體中的溶質(zhì)叢聚第9頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月合金中的金屬間化合物：

金屬間化合物可分為三類，即由負電性決定的原子價化合物（簡稱價化合物）、由電子濃度決定的電子化合物（亦稱為電子相）以及由原子尺寸決定的尺寸因素化合物。除了這三類由單一元素決定的典型金屬間化合物外，還有許多金屬間化合物，其結(jié)構(gòu)由兩個或多個因素決定，稱之為復(fù)雜化合物。第10頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月2.

無機非金屬材料

無機非金屬材料是由硅酸鹽、鋁酸鹽、硼酸鹽、磷酸鹽、鍺酸鹽等原料和（或）氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硫化物、硅化物、鹵化物等原料經(jīng)一定的工藝制備而成的材料。是除金屬材料、高分子材料以外所有材料的總稱。它與廣義的陶瓷材料有等同的含義。無機非金屬材料種類繁多，用途各異，目前還沒有統(tǒng)一完善的分類方法。一般將其分為傳統(tǒng)的（普通的）和新型的（先進的）無機非金屬材料兩大類。

第11頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月

傳統(tǒng)的無機非金屬材料主要是指由SiO2及其硅酸鹽化合物為主要成分制成的材料，包括陶瓷、玻璃、水泥和耐火材料等。此外，搪瓷、磨料、鑄石（輝綠巖、玄武巖等）、碳素材料、非金屬礦（石棉、云母、大理石等）也屬于傳統(tǒng)的無機非金屬材料。第12頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月先進（或新型）無機非金屬材料是用氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硫化物、硅化物以及各種無機非金屬化合物經(jīng)特殊的先進工藝制成的材料。主要包括先進陶瓷、非晶態(tài)材料、人工晶體、無機涂層、無機纖維等。第13頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月陶瓷按其概念和用途不同，可分為兩大類，即普通陶瓷和特種陶瓷。根據(jù)陶瓷坯體結(jié)構(gòu)及其基本物理性能的差異，陶瓷制品可分為陶器和瓷器。傳統(tǒng)的無機非金屬材料之一：陶瓷第14頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月普通陶瓷即傳統(tǒng)陶瓷，是指以粘土為主要原料與其它天然礦物原料經(jīng)過粉碎混練、成型、煅燒等過程而制成的各種制品。包括日用陶瓷、衛(wèi)生陶瓷、建筑陶瓷、化工陶瓷、電瓷以及其它工業(yè)用陶瓷。見表0-1。第15頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月表0-1普通陶瓷的分類方法

第16頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月特種陶瓷是用于各種現(xiàn)代工業(yè)及尖端科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的陶瓷制品。包括結(jié)構(gòu)陶瓷和功能陶瓷。結(jié)構(gòu)陶瓷主要用于耐磨損、高強度、耐高溫、耐熱沖擊、硬質(zhì)、高剛性、低膨脹、隔熱等場所。功能陶瓷主要包括電磁功能、光學(xué)功能、生物功能、核功能及其它功能的陶瓷材料。第17頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月常見高溫結(jié)構(gòu)陶瓷包括：高熔點氧化物、碳化物、硼化物、氮化物、硅化物。功能陶瓷包括:裝置瓷（即電絕緣瓷）、電容器陶瓷、壓電陶瓷、磁性陶瓷（又稱為鐵氧體）、導(dǎo)電陶瓷、超導(dǎo)陶瓷、半導(dǎo)體陶瓷（又稱為敏感陶瓷）、熱學(xué)功能陶瓷（熱釋電陶瓷、導(dǎo)熱陶瓷、低膨脹陶瓷、紅外輻射陶瓷等）、化學(xué)功能陶瓷（多孔陶瓷載體等）、生物功能陶瓷等。第18頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月根據(jù)陶瓷坯體結(jié)構(gòu)及其基本物理性能的差異，陶瓷制品可分為陶器和瓷器，見表0-2。陶器包括粗陶器、普陶器和細陶器。陶器的坯體結(jié)構(gòu)較疏松，致密度較低，有一定吸水率，斷口粗糙無光，沒有半透明性，斷面成面狀或貝殼狀。第19頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月吸水率（%）特征陶器粗陶器>15不時施釉，制作粗糙普通陶器≤12斷面顆粒較粗，氣孔較大，表面施釉，制作不夠精細細陶器 ≤15斷面顆粒較細，氣孔較小，施釉或不施釉，制作不夠精細瓷器炻瓷器≤3透光性差，通常胎體較厚，呈色，斷口呈石狀，制作精細普通瓷器≤1有一定透光性，斷而呈石狀或貝殼狀，制作精細細瓷器≤0.5透光性好，斷面細膩，呈貝殼狀，制作精細性質(zhì)及特征類別表0-2中國日用瓷分類標(biāo)準(zhǔn)第20頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月傳統(tǒng)的無機非金屬材料之二：玻璃玻璃是由熔體過冷所制得的非晶態(tài)材料。根據(jù)其形成網(wǎng)絡(luò)的組分不同可分為硅酸鹽玻璃、硼酸鹽玻璃、磷酸鹽玻璃等，其網(wǎng)絡(luò)形成劑分為SiO2、B2O3和P2O5。習(xí)慣上玻璃態(tài)材料可分為普通玻璃和特種玻璃兩大類。普通玻璃是指采用天然原料，能夠大規(guī)模生產(chǎn)的玻璃。普通玻璃包括日用玻璃、建筑玻璃、微晶玻璃、光學(xué)玻璃和玻璃纖維等。

第21頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月特種玻璃（亦稱為新型玻璃）是指采用精制、高純或新型原料，通過新工藝在特殊條件下或嚴格控制形成過程制成的一些具有特殊功能或特殊用途的玻璃。特種玻璃包括SiO2含量在85%以上或55%以下的硅酸鹽玻璃、非硅酸鹽氧化物玻璃（硼酸鹽、磷酸鹽、鍺酸鹽、碲酸鹽、鋁酸鹽及氧氮玻璃、氧碳玻璃等）、非氧化物玻璃（鹵化物、氮化物、硫化物、硫鹵化物、金屬玻璃等）以及光學(xué)纖維等。根據(jù)用途不同，特種玻璃分為防輻射玻璃、激光玻璃、生物玻璃、多孔玻璃、非線性光學(xué)玻璃和光纖玻璃等。第22頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月傳統(tǒng)的無機非金屬材料之三：水泥水泥是指加入適量水后可成塑性漿體，既能在空氣中硬化又能在水中硬化，并能夠?qū)⑸?、石等材料牢固地膠結(jié)在一起的細粉狀水硬性材料。第23頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月水泥的種類很多，按其用途和性能可分為：通用水泥、專用水泥和特性水泥三大類；按其所含的主要水硬性礦物，水泥又可分為硅酸鹽水泥、鋁酸鹽水泥、硫鋁酸鹽水泥、氟鋁酸鹽水泥以及以工業(yè)廢渣和地方材料為主要組分的水泥。目前水泥品種已達一百多種。第24頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月通用水泥為大量土木工程所使用的一般用途的水泥，如硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥和復(fù)合硅酸鹽水泥等。專用水泥指有專門用途的水泥，如油井水泥、砌筑水泥等。特性水泥則是某種性能比較突出的一類水泥，如快硬硅酸鹽水泥、抗硫酸鹽硅酸鹽水泥、中熱硅酸鹽水泥、膨脹硫鋁酸鹽水泥、自應(yīng)力鋁酸鹽水泥等。第25頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月傳統(tǒng)的無機非金屬材料之四：耐火材料耐火材料是指耐火度不低于1580℃的無機非金屬材料。它是為高溫技術(shù)服務(wù)的基礎(chǔ)材料。盡管各國對其定義不同，但基本含義是相同的，即耐火材料是用作高溫窯爐等熱工設(shè)備的結(jié)構(gòu)材料，以及用作工業(yè)高溫容器和部件的材料，并能承受相應(yīng)的物理化學(xué)變化及機械作用。大部分耐火材料是以天然礦石（如耐火粘土、硅石、菱鎂礦、白云母等）為原料制造的。第26頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月按礦物組成分為氧化硅質(zhì)、硅酸鋁質(zhì)、鎂質(zhì)、白云石質(zhì)、橄欖石質(zhì)、尖晶石質(zhì)、含碳質(zhì)、含鋯質(zhì)耐火材料及特殊耐火材料；按制造方法分為天然礦石和人造制品；按形狀分為塊狀制品和不定形耐火材料；按熱處理方式分為不燒制品、燒成制品和熔鑄制品；第27頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月按耐火度分為普通、高級及特級耐火制品；按化學(xué)性質(zhì)分為酸性、中性及堿性耐火材料；按密度分為輕質(zhì)及重質(zhì)耐火材料。按制品的形狀和尺寸可分為標(biāo)準(zhǔn)磚、異型磚、特異型磚、管和耐火器皿等。按應(yīng)用分為高爐用、水泥窯用、玻璃窯用、陶瓷窯用耐火材料等等。第28頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月3.有機高分子材料（高聚物）高聚物是由一種或幾種簡單低分子化合物經(jīng)聚合而組成的分子量很大的化合物。高聚物的種類繁多，性能各異，其分類的方法多種多樣。按高分子材料來源分為天然高分子材料和合成高分子材料；按材料的性能和用途可將高聚物分為橡膠、纖維、塑料和膠粘劑等。第29頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月橡膠的特點是室溫彈性高，即使在很小的外力作用下，也能產(chǎn)生很大的形變（可達1000%），外力去除后，能迅速恢復(fù)原狀。其彈性模量小，約105~104Pa。常用的橡膠有天然橡膠（異戊橡膠）、丁苯橡膠、順丁橡膠（聚丁二烯）、乙丙橡膠和硅橡膠等。第30頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月纖維的彈性模量較大，約109~1010Pa。受力時，形變不超過百分之二十。纖維大分子沿軸向作規(guī)則排列，其長徑比較大，在較廣的溫度范圍（-50~150℃）內(nèi)，機械性能變化不大。常用的合成纖維有尼龍、滌綸、晴綸和維尼綸等。第31頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月塑料的彈性模量介于橡膠和纖維之間，約107~108Pa。溫度稍高些，受力形變可達百分之幾至幾百。有些塑料的形變是可逆的，有些塑料的形變是永久的。

根據(jù)塑料受熱時行為的不同，分為熱塑性和熱固性塑料兩類。前者受熱時可以塑化和軟化，冷卻時則凝固成形，再加熱又可塑化軟化。聚乙烯、聚氯乙烯和聚碳酸酯等都屬于此類；后者在受熱時可塑化和軟化，并通過化學(xué)反應(yīng)，使之固定成型，但冷卻后不能再加熱軟化，酚醛塑料和脲醛塑料就屬此類。第32頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月膠粘劑是指在常溫下處于粘流態(tài)，當(dāng)受到外力作用時，會產(chǎn)生永久變形，外力撤去后又不能恢復(fù)原狀的高聚物。有時把聚合后未加工成型的高聚物稱為樹脂，以區(qū)分加工后的塑料或纖維制品，如電木未固化前稱酚醛樹脂，滌綸纖維未紡織前稱滌綸樹脂。第33頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月4.復(fù)合材料復(fù)合材料是由兩種或兩種以上化學(xué)性質(zhì)或組織結(jié)構(gòu)不同的材料組合而成。復(fù)合材料是多相材料，主要包括基本相和增強相?；w相是一種連續(xù)相材料，它把改善性能的增強相材料固結(jié)成一體，并起傳遞應(yīng)力的作用；增強相起承受應(yīng)力（結(jié)構(gòu)復(fù)合材料）和顯示功能（功能復(fù)合材料）的作用。復(fù)合材料既能保持原組成材料的重要特色，又通過復(fù)合效應(yīng)使各組分的性能互相補充，獲得原組分不具備的許多優(yōu)良性能。第34頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月復(fù)合材料的種類繁多，目前還沒有統(tǒng)一的分類方法，下面根據(jù)復(fù)合材料的三要素來分類。按基體材料分類，有金屬基復(fù)合材料，陶瓷基復(fù)合材料，水泥、混凝土基復(fù)合材料，塑料基復(fù)合材料，橡膠基復(fù)合材料等；按增強劑形狀可分為粒子、纖維及層狀復(fù)合材料；依據(jù)復(fù)合材料的性能可分為結(jié)構(gòu)復(fù)合材料和功能復(fù)合材料。第35頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月0.1.2根據(jù)材料的性能分類

根據(jù)材料在外場作用下其性質(zhì)或性能對外場的響應(yīng)不同，材料可分為結(jié)構(gòu)材料和功能材料。第36頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月結(jié)構(gòu)材料是指具有抵抗外場作用而保持自己的形狀、結(jié)構(gòu)不變的優(yōu)良力學(xué)性能（強度和韌性等），用于結(jié)構(gòu)目的的材料。這種材料通常用來制造工具、機械、車輛和修建房屋、橋梁、鐵路等。是人們熟悉的機械制造材料、建筑材料，包括結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、鑄鐵、普通陶瓷、耐火材料、工程塑料等傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)材料（一般結(jié)構(gòu)材料）以及高溫合金、結(jié)構(gòu)陶瓷等高級結(jié)構(gòu)材料。第37頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月功能材料是具有優(yōu)良的電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)、聲學(xué)、力學(xué)、化學(xué)和生物學(xué)功能及其相互轉(zhuǎn)化的功能，被用于非結(jié)構(gòu)目的的高技術(shù)材料。第38頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月0.1.3

材料按服役的領(lǐng)域來分類

根據(jù)材料服役的技術(shù)領(lǐng)域可分為信息材料、航空航天材料、能源材料、生物醫(yī)用材料等。第39頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月信息材料是指用于信息的探測、傳輸、顯示、運算和處理的光電信息材料。信息材料主要包括信息的監(jiān)測和傳感（獲取）材料、信息的傳輸材料、信息的存儲材料、信息的運算和處理材料。第40頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月航空航天材料主要包括新型金屬材料（如先進鋁合金、超高強度鋼、高溫合金、高熔點合金、鈹及其合金）、燒蝕防熱材料和新型復(fù)合材料。此外，還包括一些功能材料，如涂層材料、隔熱材料、透明材料、阻尼材料、密封材料、潤滑材料、粘合劑材料等。這些材料大部分屬于高分子材料和陶瓷材料，也有少量是阻尼合金等金屬材料。第41頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月能源材料是指能源工業(yè)和能源技術(shù)所使用的材料，按使用目的不同分為新能源材料、節(jié)能材料和儲氫材料等。新能源材料包括增值堆用核材料、聚變堆材料、太陽能電池（單晶硅、多晶硅、非晶硅等）；節(jié)能材料包括非晶體金屬磁性材料（用作變壓器鐵芯的Fe-Mn-B-Si合金）和超導(dǎo)材料（Nb-Ti、Nb-Sn巨型磁體用材料）；儲氫材料，以及高比能電池（如鈉硫電池）等。目前鈉硫電池的比能量達137W.h/Kg，而鉛蓄電池的比能量只有30W.h/Kg。第42頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月

生物醫(yī)用材料是一類合成物質(zhì)或天然物質(zhì)或這些物質(zhì)的復(fù)合，它能作用一個系統(tǒng)的整體或部分，在一定時期內(nèi)治療、增強或替換機體的組織、器官或功能。

醫(yī)用金屬及合金

醫(yī)用高分子材料包括合成和天然高分子，已被廣泛用于韌帶、肌腱、皮膚、血管、角膜、人工臟器、骨和牙等人體軟、硬組織及器官的修復(fù)和制造。

醫(yī)用生物陶瓷包括惰性和活性生物陶瓷、生物玻璃等，如氧化鋁瓷、氧化鋯瓷、生物碳等以及羥基磷灰石、磷酸三鈣陶瓷等。

醫(yī)用復(fù)合材料:表面涂層生物活性人工牙根、人工心臟瓣膜人造血管等。第43頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月0.1.4材料按結(jié)晶狀態(tài)分類

單晶材料多晶材料非晶態(tài)材料準(zhǔn)晶材料第44頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月單晶材料是由一個比較完整的晶粒構(gòu)成的材料，如單晶纖維、單晶硅；多晶材料是由許多晶粒組成的材料，其性能與晶粒大小、晶界的性質(zhì)有密切的關(guān)系。非晶態(tài)材料是由原子或分子排列無明顯規(guī)律的固體材料，如玻璃、高分子材料。第45頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月準(zhǔn)晶材料是指準(zhǔn)周期性晶體材料的簡稱，準(zhǔn)晶仍然是晶體，準(zhǔn)晶中的原子分布有嚴格的位置