材料科學(xué)與工程課件

材料科學(xué)與工程課件匯報人：小無名24目錄contents材料科學(xué)與工程概述材料結(jié)構(gòu)與性能材料制備技術(shù)材料加工技術(shù)材料表征與測試方法材料科學(xué)與工程前沿領(lǐng)域01材料科學(xué)與工程概述它涉及材料的原子、分子結(jié)構(gòu)，顯微組織，力學(xué)性能，物理性能，化學(xué)性能以及服役行為等方面。材料科學(xué)與工程的目標是探索材料的內(nèi)在規(guī)律，發(fā)展新材料，優(yōu)化材料性能，為國民經(jīng)濟和國防建設(shè)提供物質(zhì)基礎(chǔ)。材料科學(xué)與工程是研究材料的制備、組織結(jié)構(gòu)、性能與應(yīng)用四要素及其關(guān)系的綜合性學(xué)科。材料科學(xué)與工程定義具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和延展性，廣泛應(yīng)用于機械、電子、建筑等領(lǐng)域。金屬材料具有高硬度、高熔點、耐磨損、耐腐蝕等特性，常用于制造刀具、軸承、高溫爐具等。陶瓷材料具有質(zhì)輕、絕緣、耐腐蝕、易加工等特性，廣泛應(yīng)用于塑料、橡膠、纖維等領(lǐng)域。高分子材料由兩種或兩種以上不同性質(zhì)的材料組成，具有優(yōu)異的綜合性能，如碳纖維復(fù)合材料具有高比強度和高比剛度。復(fù)合材料材料分類及特性環(huán)境工程領(lǐng)域研究環(huán)保材料、水處理材料、空氣凈化材料等，以解決環(huán)境問題并推動可持續(xù)發(fā)展。航空航天領(lǐng)域研究輕質(zhì)高強材料、高溫耐蝕材料、隱身材料等，以滿足航空航天器的特殊需求。信息技術(shù)領(lǐng)域研究半導(dǎo)體材料、光電子材料、磁性材料等，以支持電子設(shè)備和通信技術(shù)的發(fā)展。能源領(lǐng)域研究高效能電池材料、太陽能材料、燃料電池材料等，以推動清潔能源的發(fā)展。生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域研究生物相容性材料、生物降解材料、醫(yī)療器械材料等，用于醫(yī)療診斷和治療。材料科學(xué)與工程應(yīng)用領(lǐng)域02材料結(jié)構(gòu)與性能

晶體結(jié)構(gòu)與缺陷晶體結(jié)構(gòu)的基本類型離子晶體、原子晶體、分子晶體、金屬晶體。晶格常數(shù)與晶胞晶格常數(shù)的定義與計算，晶胞的構(gòu)成與表示方法。晶體缺陷點缺陷（空位、間隙原子）、線缺陷（位錯）、面缺陷（晶界、相界）。123二元相圖的構(gòu)成與表示方法，杠桿定律的應(yīng)用。相圖的表示與解讀固溶體、化合物、共晶相變等相變過程的原理與特點。相變原理利用相圖預(yù)測材料的力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能。相圖與材料性能的關(guān)系相圖與相變原理應(yīng)力與應(yīng)變應(yīng)力的定義與計算，應(yīng)變的表示方法。彈性變形與塑性變形彈性變形與塑性變形的特點與區(qū)別，屈服強度、抗拉強度等力學(xué)性能指標。斷裂韌性與疲勞強度斷裂韌性的定義與測試方法，疲勞強度的概念與影響因素。材料力學(xué)性能熱學(xué)性能電阻率、電導(dǎo)率、介電常數(shù)等電學(xué)性能指標的定義與測試方法。電學(xué)性能磁學(xué)性能光學(xué)性能01020403反射率、透射率、吸收率等光學(xué)性能指標的定義與測試方法。熱容、熱導(dǎo)率、熱膨脹系數(shù)等熱學(xué)性能指標的定義與測試方法。磁化率、磁導(dǎo)率、矯頑力等磁學(xué)性能指標的定義與測試方法。材料物理性能03材料制備技術(shù)鑄造技術(shù)鍛造技術(shù)焊接技術(shù)金屬粉末冶金技術(shù)金屬材料制備技術(shù)通過熔煉、澆注、凝固等工藝制備金屬鑄件的方法。通過加熱或加壓使兩個金屬表面連接在一起的方法。利用壓力或沖擊力改變金屬坯料形狀以獲得所需零件的加工方法。以金屬粉末為原料，經(jīng)過壓制、燒結(jié)等工藝制備金屬制品的方法。通過注塑、擠出、吹塑等工藝制備塑料制品的方法。塑料成型技術(shù)橡膠加工技術(shù)陶瓷制備技術(shù)玻璃制備技術(shù)將橡膠原料進行混煉、壓延、硫化等工藝制備橡膠制品的方法。以粘土、石英、長石等天然礦物為原料，經(jīng)過成型、燒結(jié)等工藝制備陶瓷制品的方法。以石英砂、純堿、石灰石等原料，經(jīng)過高溫熔融、冷卻等工藝制備玻璃制品的方法。非金屬材料制備技術(shù)以聚合物為基體，加入增強材料制備復(fù)合材料的方法。聚合物基復(fù)合材料制備技術(shù)以金屬為基體，加入增強材料制備復(fù)合材料的方法。金屬基復(fù)合材料制備技術(shù)以陶瓷為基體，加入增強材料制備復(fù)合材料的方法。陶瓷基復(fù)合材料制備技術(shù)以碳纖維為增強材料，以碳為基體制備復(fù)合材料的方法。碳/碳復(fù)合材料制備技術(shù)復(fù)合材料制備技術(shù)物理法制備納米材料利用真空蒸發(fā)、激光脈沖等方法制備納米材料?；瘜W(xué)法制備納米材料通過化學(xué)氣相沉積、溶膠凝膠法等化學(xué)方法制備納米材料。生物法制備納米材料利用生物分子自組裝、生物模板法等生物方法制備納米材料。納米材料的應(yīng)用與前景介紹納米材料在能源、環(huán)境、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用及未來發(fā)展趨勢。納米材料制備技術(shù)04材料加工技術(shù)將金屬坯料通過一對旋轉(zhuǎn)軋輥的間隙，使其產(chǎn)生塑性變形以獲得一定截面尺寸和力學(xué)性能的加工方法。軋制將金屬坯料放入擠壓模內(nèi)，通過強大的壓力使金屬從?？字袛D出，獲得所需斷面形狀和尺寸的加工方法。擠壓將金屬坯料通過拉拔模的?？祝蛊浣孛鏈p小、長度增加的塑性加工方法。拉拔塑性加工技術(shù)鉚接利用鉚釘將兩個或兩個以上的構(gòu)件連接在一起的方法。焊接通過加熱或加壓，或兩者并用，使兩個分離表面的原子達到形成金屬鍵的距離而結(jié)合成為整體的一種加工方法。螺紋連接利用螺紋零件工作的連接方式，包括螺栓連接、雙頭螺柱連接、螺釘連接等。連接加工技術(shù)通過物理或化學(xué)方法制備所需成分的粉末。粉末制備壓制成型燒結(jié)將粉末放入模具中壓制成所需形狀的坯料。將壓制好的坯料在高溫下加熱，使其顆粒間發(fā)生冶金結(jié)合，提高坯料的密度和強度。030201粉末冶金加工技術(shù)03表面合金化在基體材料表面通過合金元素滲入或涂層合金化等方法形成一層具有特定性能的合金層。01表面涂層在基體材料表面涂覆一層或多層具有特定功能的薄膜或涂層，以改善基體材料的表面性能。02表面改性通過物理、化學(xué)或機械方法對基體材料表面進行處理，改變其表面形貌、化學(xué)成分或相組成，從而改善其表面性能。表面工程技術(shù)05材料表征與測試方法X射線衍射實驗方法包括粉末法、單晶法和多晶法，選擇適當?shù)膶嶒灧椒ㄒ垣@取準確的晶體結(jié)構(gòu)信息。X射線衍射圖譜解析通過對衍射圖譜的解析，可以確定晶體的晶格常數(shù)、原子間距、晶體取向等結(jié)構(gòu)信息。X射線衍射原理利用X射線在晶體中的衍射效應(yīng)，分析材料的晶體結(jié)構(gòu)和相組成。X射線衍射分析利用高能電子束穿透樣品，通過電子與樣品相互作用產(chǎn)生的信號來成像，可觀察材料的微觀形貌、晶體缺陷和化學(xué)成分等信息。透射電子顯微鏡（TEM）利用電子束在樣品表面掃描，通過檢測樣品發(fā)射的次級電子或反射電子來成像，可觀察材料表面的微觀形貌和成分分布。掃描電子顯微鏡（SEM）包括選區(qū)電子衍射、能譜分析、電子背散射衍射等，可進一步揭示材料的晶體結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分和相組成。電子顯微分析技術(shù)電子顯微分析熱重分析（TGA）在程序控制溫度下測量樣品的質(zhì)量變化，研究材料的熱穩(wěn)定性和組成變化。差示掃描量熱法（DSC）測量樣品在加熱或冷卻過程中吸收或放出的熱量，研究材料的熱性能和相變行為。差熱分析（DTA）通過測量樣品與參比物在加熱過程中的溫度差，研究材料的熱效應(yīng)和相變過程。熱分析技術(shù)通過對材料施加拉伸載荷，測量其應(yīng)力-應(yīng)變曲線，評估材料的抗拉強度、屈服強度、延伸率等力學(xué)性能指標。拉伸試驗通過測量材料抵抗硬物壓入的能力來評估其硬度，常用的硬度試驗方法包括布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度等。硬度試驗對材料施加壓縮載荷，研究其在壓縮狀態(tài)下的力學(xué)行為，評估材料的抗壓強度和壓縮變形等性能。壓縮試驗將材料放置在支點上施加彎曲載荷，測量其彎曲應(yīng)力和應(yīng)變，評估材料的抗彎強度和彎曲韌性等性能。彎曲試驗力學(xué)性能測試方法06材料科學(xué)與工程前沿領(lǐng)域生物相容性與界面研究01探討材料與生物體之間的相互作用及相容性，提高材料的生物安全性和有效性。組織工程支架材料02設(shè)計具有特定結(jié)構(gòu)和功能的支架材料，用于模擬細胞外基質(zhì)，促進組織再生和修復(fù)。生物醫(yī)用金屬材料03研究具有優(yōu)異力學(xué)性能和生物相容性的金屬材料，如鈦合金、鈷鉻合金等，用于骨科、牙科等醫(yī)療領(lǐng)域。生物醫(yī)用材料研究進展研究高性能正負極材料、電解質(zhì)及隔膜材料，提高鋰離子電池的能量密度、循環(huán)壽命和安全性。鋰離子電池材料開發(fā)高效催化劑、電解質(zhì)膜及雙極板等材料，推動燃料電池在交通、電力等領(lǐng)域的應(yīng)用。燃料電池材料研究新型光伏材料，如鈣鈦礦、有機太陽能電池等，提高太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性。太陽能電池材料新能源材料研究進展研究具有優(yōu)異力學(xué)性能和高溫穩(wěn)定性的陶瓷材料，如氮化硅、碳化硅等，應(yīng)用于航空航天、汽車等領(lǐng)域。結(jié)構(gòu)陶瓷開發(fā)具有特殊功能的陶瓷材料，如壓電陶瓷、鐵電陶瓷等，用于傳感器、執(zhí)行器等電子元器件。功能陶瓷探討生物相容性良好的陶瓷材料，如羥基磷灰石、生物活性玻璃等，應(yīng)用于骨修復(fù)、牙齒種植等醫(yī)療領(lǐng)域。生物