第一章纯金属的晶体结构

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1、主讲教师董艳春《材料科学基础》第一章材料的晶体结构同学们好！绪论什么是材料科学？－MSEMSE是MaterialsScienceandEngineering的缩写－材料科学与工程材料科学用来研究金属、陶瓷、高分子材料半导体以及复合材料等材料的结构、制备加工工艺与性能间关系的科学。材料科学是未来最令人兴奋的学科，材料领域为我们的创新与改进提供无限的机会。一、材料科学发展的里程碑燧石（神奇的石头）这种容易制成工具的石头，开始了制陶业的发展。人类使用材料的历史，从过去到现在共经历了七个时代（一）公元前10万年前为石器时代；铜的熔炼和锤击改变

2、了铜的性能-材料开始发展。最早的模铸件-一个铜制杖头（二）公元前3000年为青铜器时代：金属的使用标志着社会生产力的发展，人类开始逐渐进人类文明的社会。天然金与铜被用作工具与武器，开始了人类金属的使用。青铜的使用－制造合金青铜:第一种合金Cu-Sn铁的发现这是最早制造的铁制车轮这张埃及古墓壁画是人类冶金业的最早纪录之一。（三）公元前1000年为铁器时代：HenryBessemer炼铁的需要促使了鼓风机与熔炉的发明廉价的冶铁业电化学方法冶炼铝-使铝成为一种常用金属。使铝制品性能大大改观而成本也降低不少。高温合金的发展，掺镍合金促进了喷气

3、发动机的发展尼龙的发明尼龙的商业发展是高分子材料发展的关键时期到18世纪钢时代的来临，引起世界范围的工业革命，因而产生了若干经济发达的强国。继钢时代之后，1950年开始了硅时代，这是信息技术革命的时代，对当今世界产生了深远的影响。在钢时代和硅时代中，人们强烈地认识到材料科学对社会发展与进步的作用。无论是专门从事研究材料的科技人员，还是经济学家、财政金融的银行家、企业界的巨头，直到经济决策人的国家领导阶层，都密切注意材料研究的动向和发展趋势，以便及时把握住时机，作出正确判断与决策，以使在世界经济发展的竞争中占有一席之地。（四）公元0年为

4、水泥时代（五）1800年为钢时代；（六）1950年为硅时代；制作越来越小的硅芯片半导体材料的发展高温超导体，高温超导的革命时代。（七）1990年为新材料时代；如高温超导材料新材料时代，这一时代的特征是:不像以前的各个材料时代，它是一个由多种材料决定社会和经济发展的时代;新材料以人造为特征，而不是在自然界中有现成的。新材料是根据我们对材料的物理和化学性能的了解，为了特定的需要设计和加工而成的。这些新材料使新技术得以产生和应用，而新技术又促进了新工业的出现和发展，从而使国家财富和就业的增加。工程材料按属性可分为三类:金属材料、陶瓷材料和高

5、分子材料。也可由此三类相互组合而成复合材料。按使用性能分类，则可分为主要利用其力学性能的结构材料和主要利用其物理性能的功能材料。前者用量大，仅钢材全球每年就需求8亿多吨;后者用量虽小得多，但对社会文明的进步起了重大作用。二、各种材料概况1·金属材料这是目前用量最大使用最广的材料。在金属材料中包括两大类型:钢铁材料和有色金属。有色金属主要包括铝合金、钛合金、铜合金、镍合金等。在机械制造业(如农业机械、电工设备、化工和纺织机械等)中，钢铁材料占90%左右，有色金属约占5%。在汽车制造业中，有色金属与塑料的比例稍多些，例如，1985年美国福

6、特汽车公司的数据为:钢铁占72%，铝合金占5·3%，塑料占8·5%，这几种材料近年来在汽车中的比例大致如图所示。据统计，1994年我国钢产量9261万t，其中合金钢566万t，占钢生产的6·1%，即使这样，我国特殊钢的消耗量仍不能满足要求，近几年每年要耗费8~9亿美元进口合金钢材，而其中不锈钢板的费用就约占50%。特别是我国明确提出要加速发展汽车工业，到2010年，将与钢铁、石油、化工和建筑工业一样形成国民经济的支柱产业。1994年我国汽车产量为138万辆，计划到2010年产量将达到600万辆。2·陶瓷材料传统的陶瓷材料是由粘土、石英

7、、长石等成分组成，主要作为建筑材料使用。而新型的结构陶瓷材料，其化学组成和制造工艺都大不相同，其成分主要是Al2O3、SiC、Si2N4等。1）优点:①重量轻;②压缩强度可以和金属相比甚至超过金属；③熔点高，能耐高温；④耐磨性能好，硬度高；⑤化学稳定性高，又很好的耐蚀性能；⑥是电与热的绝缘材料。2）缺点（严重）：①脆性大;②不易加工成型。3·高分子材料4·复合材料金属、陶瓷自身都各有其优点和缺点，如把两种材料结合在一起，发挥各自的长处，又可在一定程度上克服了它们固有的弱点，这就产生了复合材料。现在的复合材料可分为三大类型:（1）塑料基

8、的复合材料；（2）金属基复合材料；（3）陶瓷基复合材料。商业上用得最多的是塑料基复合材料，而陶瓷基复合材料还处在开发阶段。高分子材料又称为聚合物，按用途可分为三类:（1）塑料；（2）合成纤维；（3）橡胶。5·电子材料、光