1化工材料学基础概论

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1、HXC化工材料学基础复习资料整理2017.12.28目录一、材料概论5第节材料的发展史及分类5一、材料的定义5二、材料的发展史5人类使用材料的六个时代5新材料6三、材料工程与材料科学6四、材料的分类7材料发展趋势8第二节材料的成分与组织结构8一、材料的成分与结构8晶体非晶体8晶体与非晶体的区别8单晶体与多晶体的区别9晶体的几个定义9晶系与布拉菲点阵9晶体形成的途径9晶体的组成10晶体的缺陷11二、材料的组织12三、材料成分和组织结构的检测12高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)13扫描电子显微镜(SEM)13扫描隧道显微镜(STM)14原子力显微镜(AFM)14X射线衍射(XRD)14热重/差

2、热分析(TG/DTA)14差示扫描量热法(DSC)14BET气体吸附表面积测量和孔结构分析(BET法)14其它的方法14第三节材料的主要性能指标及涵义152. 一、力学性质151.弹性15强度15蠕变和蠕变强度15疲劳和疲劳强度15屈服和屈服强度15韧度和断裂韧度16硬度16塑性16韧性16二、物理性质16密度16热学性能16电学性能16磁学性能16三、材料的化学性质17四、材料的使用性能17材料的性质和使用性能之间的关系17第四节结构材料的失效17一、材料的变形17.弹性变形17.塑性变形（范性变形）17二、材料的断裂17材料的断裂分类18三、材料的磨损18材料磨损的主要类型18四、材料的腐

3、蚀18五、防腐18总结19问题1什么叫材料？19问题2人类使用材料经历了哪七个时代？19问题3新材料和新材料时代的定义和特征是什么？19问题4材料科学四要素是什么？19问题5材料按化学成分、生产过程、结构及性能特点分为哪四类？19问题6材料按照使用性能分为哪两类？19问题7材料按照结构分为哪三类？19问题8什么叫材料的结构？19问题9试述晶体与非晶体的区别。20问题10晶体有哪七大晶系？20问题11结构材料的失效形式有哪四种？20问题12材料的性质指哪三种性质？20问题13材料的常用表征方法有哪些？为什么说表征方法具有特别的重要性？2020课堂作业题什么是化工材料？与化工有关的材料，几乎包括所

4、有的材料。通过化工技术生产的材料，主要包括高分子材料和无机材料，如：涂料、塑料、橡胶、陶瓷等。化工与材料建造化工装置需要大量的工程材料和功能材料，如：金属材料、非金属材料及高分子材料及复合材料等。化工装置技术的进步与材料的发展密不可分。许多材料都是通过不同化工过程及单元操作生产出来的。化工学科的发展进步促进材料性能的提高；新材料的不断涌现和发展，推动化工学科的进步。1、化工材料有机化工材料-化工原料无机化工材料精细化工材料一化工中间体材料1) _L化肥、农药、染料口oo化工新材料纳来材料、石墨烯等工程结构材料L化工用材-功能材料。O0材料概论第一节材料的发展史及分类一、材料的定义1、材料的定义

5、定义可为人类社会接受的、能经济地用于制造有用物品的物质。在生产生活中人类用于制造物品、器件、构件、机器或其他各种满足多种需要的产品。作为材料，一般是固态，可作为工程上的物质；作为材料科学的研究对象，主要是那些制造器件或者物品的人造物质。2) (简洁：材料是用来制造有用的构件、器件或物品的物质。)材料定义的内涵(1) 材料的有用性相对的(2) 材料的经济性暂时的范畴材料是制造物品的组成部分，或者制造物品中含有某种材料的成分。材料与物质注意：(1) 材料是物质，但不是所有物质都可以称为材料。比如燃料和化学原料、工业化学品、食物和药物，一般都不算是材料。但是这个定义并不那么严格，如炸药、固体火箭推进

6、剂，一般称之为含能材料，因为它属于火炮或火箭的组成部分。(2) 广义上的材料A燃料也是一种材料，是制造过程不可或缺的。B空气C催化剂D天然矿物4)材料判据(肖纪美院士提出)(1) 资源判据(2) 能源判据材料在生产、使用过程中的能耗问题？(3) 环保判据材料在生产、使用过程中，满足环境保护要求?(4) 质量判据能否有效制造？(5) 经济判据在材料生产和研究中，成本？效益？资源、能源、环境为战略性判据！经济与质量是技术性判据。二、材料的发展史(1)人类使用材料的六个时代1.石器时代：公元前10万年?是考古学对早期人类历史分期的第一个时代。即从出现人类到铜器的出现，大约始于距今二三百万年、止于距今

7、6000至4000年左右。这一时代是人类从猿人经过漫长的历史、逐步进化为现代人的时期。?根据人们使用的石制工具的形状和复杂程度，石器时代通常划分为旧石器时代、中石器时代和新石器时代。?旧石器时代：使用打制石器为主的时代。中石器时代：使用打制石器，也有用磨制石器的时代。会使用天然火烤熟猎物。新石器时代：使用磨制石器为主的时代。在新石器时代的猿人已经会使用陷阱捕捉猎物。#/21HXC化工材料学基础复习资料整理2017.12.28青铜器时代（灭火的铜鼎）：公元前3000年”铜器时代，约从公元前4000年至公元初年。指主要以青铜为材料制造工具、用具、武器的人类物质文化发展阶段。”铜是红铜（纯铜）与锡或

8、铅的合金，熔点在700-900C之间，比红铜的熔点（1083C）低。含锡10%的青铜，硬度为红铜的4.7倍，性能良好。青铜出现后，对提高社会生产力起了划时代的作用。铁器时代：公元前1500年秋器时代是人类发展史中一个极为重要的时代，它以能够冶铁和制造铁器为标志。?勺始于公元前1400年人类开始锻造铁器，制造工具，促进了社会生产力的发展。加速了奴隶制社会的瓦解钢时代（机械化生产）：1800年硅时代（单晶硅生产集成电路）：1950年新材料时代：1990年?由多种材料决定社会和经济发展?以人造为特征获了特定的需要设计和加工而成多晶硅与光伏产业；磁性材料和多晶硅与光伏产业；（2）新材料新材料是指新出现

9、的或正在发展中的，具有传统材料所不具备的优异性能和特殊功能的材料；或采用新技术（工艺,装备），使传统材料性能有明显提高或产生新功能的材料。新材料产业”包括新材料及其相关产品和技术装备。其研发水平及产业化规模已成为衡量一个国家经济，社会发展，科技进步和国防实力的重要标志，世界各国特别是发达国家都十分重视新材料产业的发展。新材料分类?信息材料，当前的研究热点和技术前沿包括柔性晶体管，光子晶体,SiC,GaN,ZnSe等宽禁带半导体材料为代表的第三代半导体材料，有机显示材料以及各种纳米电子材料等。?能源材料，当前研究热点和技术前沿包括高能储氢材料，聚合物电池材料，中温固体氧化物燃料电池电解质材料，多

10、晶薄膜太阳能电池材料等。?生物材料，生物材料是和生命系统结合，用以诊断，治疗或替换机体组织，器官或增进其功能的材料。主要包括药物控制释放材料，组织工程材料，仿生材料，纳米生物材料，生物活性材料，介入诊断和治疗材料，可降解和吸收生物材料，新型人造器官，人造血液等。?纳米材料?超导材料与技术?稀土材料?新型钢铁材料?新型有色金属合金材料?新型建筑材料?生态环境材料?军工新材料三、材料工程与材料科学材料工程：材料工程是研究、开发、生产和应用各种材料的工程领域。HXC化工材料学基础复习资料整理2017.12.28通过材料本质的发现、分析和了解等方面的研究，提供材料结构的统一描绘或模型，以及解释材料结构

11、与性能之间的关系的科学。材料科学与工程：材料成分、结构、工艺和性能与用途之间有关知识和应用的科学材料科学四要素：组织结构是核心，性能是目的，合成加工是手段1）成分/结构（Composition/Structure）:影响其性质的直接因素2）合成/加工（Synthesis/Processing）：改变材料的组织结构而影响其性质3）性质（Properties）（性能）:力学性质、物理性质和化学性质4）效能（Performance）（使用性能或效果）：是指材料在使用条件下的表现，包括环境影响、受力状态、材料特征曲线，乃至寿命估计等。1. 四、材料的分类按化学成分、生产过程、结构及性能特点分类：1）金

12、属材料：以金属元素为基础的材料，如：钢、猛等。铁及铁基合金非铁金属及其合金特点：优良的力学性能，特别是高强度和高韧性；优良的可加工性2）有机高分子材料一类由一种或几种分子或分子团（结构单元或单体）以共价键结合成具有多个重复单元的大分子材料，如：合成塑料、橡胶等。特点：种类多、密度小，比强度大，电绝缘性、耐腐蚀性好、加工容易，可符合多种、特种用途的要求。3）无机非金属材料除金属材料、有机高分子材料以外的几乎所有材料，如：多晶硅、粘土、水泥、玻璃等特点：耐高温、高硬度、抗腐蚀，以及优良的介电、压电、光学、电磁性能及其功能转换特性等4）复合材料由有机高分子、无机非金属或金属等几类不同材料通过复合工艺

13、组合而成的材料。（1）按基体可分为金属基、有机高分子基、无机非金属基复合材料（2）按用途可分为结构复合材料和功能复合材料按使用性能分类1）结构材料：以力学性能为主的材料的统称，如：水泥、混凝土及钢材，等。2）功能材料：以特殊物理性能或化学性能为主的材料的统称，如磁性材料、光学材料按结构分类晶态材料：组成的原子、分子的空间排列呈现周期性和平移对称性非晶态材料：其组成的原子、分子的空间排列不呈现周期性和平移对称性，晶态的长程序受到破坏；只是由于原子间的相互关联作用，使其在几个原子（或分子）直径的小区域内具有短程序。由于至今尚无任何有效的实验方法可以准确测定非晶态材料的原子结构准晶态材料：组成的原子

14、、分子的空间排列呈现周期性，但不具有平移对称性按物理性质分类导电材料半导体材料绝缘材料高温材料高强度材料按物理效应分类光电材料压电材料激光材料热电材料声光材料智能材料磁光材料非线性光学材料按用途分类电子材料研磨材料电工材料光学材料建筑材料材料发展趋势彼合材料是结构材料发展的重点，其中主要包括树脂基高强度、高模量纤维复合材料，金属基复合材料，陶瓷基复合材料及碳碳基复合材料等。表面涂层或改性是另一类复合材料，其量大面广、经济实用，具有广阔的发展前景。迥能材料与器件相结合，趋于小型化与多功能化。特别是外延技术与超晶格理论的发展，使材料与器件的制备可以控制在原子尺度上，这将成为发展的重点。沙发低维材料

15、。低维材料具有体材料不具备的性质。例如零维的纳米级金属颗粒是电的绝缘体及吸光的黑体，以纳米微粒制成的陶瓷具有较局的韧性和超塑性；纳米级金属铝的硬度为块体铝的8倍；作为一维材料的高强度有机纤维、光导纤维，作为二维材料的金刚石薄膜、超导薄膜、石墨烯等都已显示出广阔的应用前景。?信息功能材料增加品种、提高性能。这里主要是指半导体、激光、红外、光电子、液晶、敏感及磁性材料等，它们是发展信息产业的基础。?生物材料将得到更多应用和发展。一是生物医学材料，可用以代替或修复人的各种器官、血液及组织等；另一是生物模拟材料，即模拟生物的机能，如反渗透膜等。?专统材料仍将占有重要位置。金属材料在性能价格比、工艺及现

16、有装备上都具有明显优势，而且新品种不断涌现，今后仍将有很强的生命力。高分子材料还会大大发展，性能会更优异，特别是高分子功能材料将有大发展。工程陶瓷将在性能提高、成本降低的条件下得到发展。功能陶瓷已在功能材料中占主要地位，还将不断发展。第二节材料的成分与组织结构一、材料的成分与结构材料的成分：指组成材料的元素种类及其含量通常用质量分数(3)或粒子数分数(X)表示材料的结构：指材料中原子(离子或分子等)的排列方式。材料原子、离子和分子间的结合键决定材料的性质。晶体非晶体晶体：由许多质点(包括原子、离子或分子)在三维空间作有规律的周期性重复排列而形成的固体。近程有序、远程有序非晶体：在三维空间不呈周

17、期性的规则排列。近程有序、远程无序晶体与非晶体的区别质点是否在三维空间作有规则的周期性重复排列晶体熔化时具有固定的熔点，而非晶体无明显熔点，只存在一个软化温度范围晶体具有各向异性，非晶体呈各向同性Mil的客向异性类别弹性模S（MPa）抗拉强度（MPG理伸!最大小虽大嫌小最大Cv191OOO66700346I2B55a-Fe203000125000225成&0单晶体与多晶体的区别单晶体：质点按同一取向排列，由一个核心（晶核）生长而成的晶体多晶体：由许多不同位向的小晶体（晶粒）所组成的晶体各向同性一假等向性晶体的几个定义1）阵点：将构成晶体的实际质点（原子、离子、分子）抽象成纯粹的几何点称为阵点。

18、2）空间点阵（简称为点阵）：阵点在空间呈周期性规则排列，并具有等同的周围环境的模型。3）晶格：作许多平行的直线把阵点连接起来，构成一个三维的几何格架称为晶格。4）晶胞：晶格中能够完全反映晶格特征的最小几何单兀称为晶胞。通常是在晶格中取一个最小的平行六面体作为晶胞。5）晶胞参数：晶胞三条棱边（晶轴）的边长a、b、c及晶轴之间的夹角a、B丫称为晶胞参数。晶系与布拉菲点阵根据晶胞的外形，即晶轴长度和晶轴夹角将晶体分为七大晶系：立方、四方、正交、六方、单斜、三斜、三方（菱方）十四种布拉菲点阵：立方：简单立方，体心立方，面心立方四方：简单四方，体心四方正交：简单正交，底心正交，体心正交，面心正交六方：简

19、单六方单斜：简单单斜，底心单斜三斜：简单三斜三方（菱方）:简单三方（菱方）三种立方晶体结构面心立方简单立方体心立方#/21晶体形成的途径?熔融态物质凝固&态物质冷却不经液态直接凝固（凝华）?溶质从溶液中析出晶体的组成多元晶体：由两种或更多元素组成组成方式：固溶体和化合物固溶体：加盟组元（溶质）原子占据基本组元原子晶体中所占位置的一部分或它们之间的某些空隙，而仍保持基本组元（溶剂）的晶体结构化合物：加盟组元与基本组元以一定的比值重新组合形成新的晶体结构固溶体合金两种或多金属不仅熔融时能相互溶解，而且凝固时也能保持互溶状态的液。纯金属的晶格取代固溶体的晶格间隙固溶体的晶格习家料整理2017.12.

20、28cHXC一-A”丁-C。尹B。Y乂90。工材啊底心单斜：a尹bca=Y=90yB正交：aHbUca=0=y=90。!1!方：a=b壬cq=B=y=90)M、.卜菱方：a=b=cQ=B=Y90。y六方：a=b=ca=3=90”,Y=120LJvr*12tr立方：a=b=ca=0=y=90。体心做PF不番心健心.11一阵心泪“面心六方=bcv正文堡u年声FL2翱方单却立方1.点缺陷：零维缺陷2.线缺陷：一维缺陷，位错3.面缺陷：二维缺陷晶体的缺陷晶体结构缺陷的类型:点缺陷指原子应占而未占的空位或间隙中不该存在而存在的间隙原子而导致的缺陷。缺陷尺寸很小，仅引起几个原子范围的点阵结构的不完整8)(

21、c)11/21HXC化工材料学基础复习资料整理2017.12.28#/21(b)杂质质点(c)间隙质点(a)空位线缺陷线缺陷：晶体中某处一列或若干列原子发生了有规律的错排现象刃位错螺位错面缺陷)MMA界(b)扭转晶界二、材料的组织在光学显微镜或电子显微镜下可观察到，能反映各组成相形态、尺寸及分布的图像三、材料成分和组织结构的检测高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)扫描电子显微镜(SEM)扫描探针显微镜/扫描隧道显微镜(SPM/STM)原子力显微镜(AFM)X射线衍射(XRD)热重/差热分析/差示扫描量热法(TG/DTA/DSC)超导量子相干磁力测定仪(SQUID)BET气体吸附表面积测量和孔结

22、构分析（BET法）高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）高压电子束穿过很薄的样品，阻止电子通过的样品区域呈现出图像。分辨率可达0.1nm，放大倍数在150万倍以上。透射电镜的基本原理阿贝光学显微镜衍射成像原理同样适合于透射电子显微镜。不仅可以在物镜的像平面获得放大的电子像，还可以在物镜的后焦面处获得晶体的电子衍射谱。1S-cm电子康三涸J-1利用光学地镜表示电于e强傅成惨过程的光路圈-3D15区区1“EtJH11-1VJHirAS1当一电电于椎1-R0-I-RA13-#中四悚M第二中周憧13W=中冏4菟膈4震井盒MKtHtf1第Z透做区1&3区1第二血区5区电来哉岫冈it1z冷给号教丈.显果苣I

23、X射蝮插77发生器岫!5图17-2打描电镜培构惊理方椎图除像散.防止善柴以祝谒最佳的分辨本辕“中间悚和投彩憧的作用崖料来白徂埴的海燥进一米放大扫描电子显微镜（SEM）当聚焦得很细的电子束在试样表面扫描时，用探测器收集相关信息,逐点逐行地在显像管上显示出来。采用场发射电子枪的超高分辨SEM的分辨高达0.6nm。扫描电镜结构电子枪透镜系统样品室扫描系统真空系统组成电子光学系统成像原理钵U用扫描线圈使电子束在样品表面进行扫描。?由于高能电子束与样品物质的相互作用，产生各种电子信息：二次电子，反射电子，吸收电子，X射线，俄歇电子等。徂些信息收集后经过放大送到成像系统。样品表面扫描过程任意点发射的信息均

24、可以记录下来，获得图像的信息。?由样品表面上的电子束扫描幅度和显像管上电子束扫描幅度决定图像的放大倍数。扫描隧道显微镜（STM）将探针靠近导电样品表面对其进行扫描，样品和探头之间的隧道电流可连续监测，获得其表面图像，也称为扫描隧道显微镜（STM）。横向分辨本领高达0.10.2nm，而深度分辨率为0.01nm。可以在超高真空，真空，大气，液体中无损伤地直接观察物质表面结构。w扫描隧道显微镜（STM）是旧M公司苏黎世研究所的G.Binnig和H.Rohrer于1981年发明的，他们因此共同获得1986年诺贝尔物理学奖。VSTM是一种基于量子隧道效应的新型高分辨率显微镜，它能以原子级空间分辨率来观测

25、物质表面原子或分子的几何分布和态密度分布，确定物体局域光、电、磁、热和机械特性。VSTM可以实时测量物体表面的实空间三维图像。测量分辨率对平行和垂直于表面方向分别为0.1nm和0.01nm。这将会实现人类长期追求的直接观察原子真面目的愿望。VSTM还具有广泛的适用性，如刻划纳米级微细线条、移动原子等实际操作。因此SIM已成为纳米科学技术的主要工具。STM还可在自然条件下对生物大分子进行原子级直接观察，因而在生命科学研究中具有极大的潜力。原子力显微镜（AFM）利用针尖和试样原子间的相互微弱作用力来获得试样表面的形貌图像。可用于研究绝缘体，半导体及导体，也可对DNA分子进行切割。X射线衍射（XRD

26、）通过晶体的衍射探测其结构热重/差热分析（TG/DTA）热重法（TG）:在温度程序控制下，测量物质质量与温度之间关系的技术。差热分析（DTA）:在温度程序控制下，测量物质的温度和参比物温度差和温度关系的一种技术。差示扫描量热法（DSC）在程序控制温度下，测量输入到试样和参比物的功率差（如以热的形式）与温度的关系。以样品吸热或放热的速率，即热流率dH/dt（单位毫焦/秒）为纵坐标，以温度T或时间t为横坐标，可以测定多种热力学和动力学参数，例如比热容、反应热、转变热、相图、反应速率、结晶速率、高聚物结晶度、样品纯度等。DTA是测量q-T的关系，而DSC是保持T=Q测定AH-T的关系。两两者最大的差

27、别是DTA只能定性或半量，而DSC的结果可用于定量分析。BET气体吸附表面积测量和孔结构分析（BET法）Brunauer-Emmett-Teller三人提出多分子层理论的公式简称为BET公式。利用压力和氮气吸附量的关系绘图，就可以通过氮气的单层物理吸附计算出样品的比表面积，也能测定孔径分布，孔容积。其它的方法红外光谱（IR）紫外一可见光光谱（UVVis）X射线光电子能谱（XPS）俄歇能谱（AES）第三节材料的主要性能指标及涵义材料的性质力学性质：材料在不同载荷和环境作用下表现的变形和断裂行为的描述（结构材料）物理性质：指从物理学的观点表征材料的热学、电学、磁学和光学等性质（功能材料）化学性质：

28、指材料发生化学反应时所显示的性质一、力学性质1.弹性指材料在外力作用下产生变形，当外力取消后又恢复到原来的形状和大小的一种特性。1）弹性模量E或G（MPa或N/mm2）：材料在弹性范围内，应力与应变的比值。弹性模量表征材料抵抗弹性变形的能力。应变（符号是伸长量与原长度的比值:EL,为一无量纲量.2）比例极限（Sigma,MPa或N/mm2）：材料在弹性范围内，应力与应变保持直线关系，开始偏离直线时的应力。3）弹性极限oe（MPa或N/mm2）:弹性变形阶段，不产生塑性变形时所能承受的最大应力。2.强度指材料在外力作用下，抵抗变形或断裂的能力1）抗拉强度（拉伸强度）由：材料承受拉伸载荷时，断裂前

29、单位面积上所承受的最大应力2）抗弯强度（弯曲强度）址：材料承受弯曲载荷时，断裂前单位面积上所承受的最大应力3）抗压强度c：材料承受压缩载荷时，断裂前单位面积上所承受的最大应力4）抗剪强度（剪切强度）t（Tau）:材料承受剪切载荷时，断裂前单位面积上所承受的最大应力5）抗扭强度（扭曲强度）切材料承受扭转载荷时，断裂前单位面积上所承受的最大应力蠕变和蠕变强度?固体材料在保持应力不变的情况下，应变随时间缓慢增长的现象。沱属、高分子材料和岩石等在一定条件下都具有蠕变性质。?蠕变材料的瞬时应力状态不仅与瞬时变形有关，而且与该瞬时以前的变形过程有关。獭时响应后随时间发展的蠕变一般可分成3个阶段：第一阶段是

30、衰减蠕变，应变率随时间增加而逐渐减小；第二阶段是定常蠕变，应变率近似为常值；第三阶段是加速蠕变，应变率随时间逐渐增加，最后导致蠕变断裂。?同一材料在不同的应力水平或不同温度下，可处在不同的蠕变阶段。通常温度升高或应力增大会使蠕变加快。孙同材料的蠕变微观机制不同。引起多晶体材料蠕变的原因是原子晶间位错引起的点阵滑移以及晶界扩散等；而聚合物的蠕变机理则是高聚物分子在外力长时间作用下发生的构形和位移变化。?研究材料的蠕变性质对安全而经济地设计结构和机械零件具有重要意义。蠕变强度：材料在一定的温度下，经过一定时间，蠕变速度不超过规定的数值，此时所能承受的最大应力。在设计高温下使用的构件时，就不能仅把强

31、度极限等作为计算需用应力的依据，而要考虑材料的蠕变强度。疲劳和疲劳强度施劳是指材料或构件在长期交变载荷持续作用下产生裂纹，直至失效或断裂的现象。施劳极限：材料在交变载荷作用下，经过无限次应力循环而不引起断裂的最大循环应力，也称疲劳强度。屈服和屈服强度屈服：材料在拉伸或压缩过程中，当应力超过弹性极限后，变形增加较快，材料失去了抵抗继续变形的能力。当应力达到一定值时，应力虽不增加（或在微小范围内波动），而变形却急速增长的现象，称为屈服。屈服强度cs：材料承受载荷时，产生屈服现象时的临界应力。它表示材料抵抗塑性变形的能力。屈服强度在工程上也是材料的某些力学行为和工艺性能的大致度量。例如材料屈服强度增

32、高，对应力腐蚀和氢脆就敏感；材料屈服强度低，冷加工成型性能和焊接性能就好韧度和断裂韧度彻度即物体抗磨损、抗拉伸、抗压入等的能力，也可叫做抗破裂的能力。所谓韧度高，即表示物体难于破裂。可分为冲击韧度（J/cm2）和断裂韧度（N/mm2/3）oM弹塑性条件下，当应力场强度因子增大到某一临界值，裂纹便失稳扩展而导致材料断裂，这个临界或失稳扩展的应力场强度因子即断裂韧度。它反映了材料抵抗裂纹失稳扩展即抵抗脆断的能力，是材料的力学性能指标。硬度材料抵抗局部塑性变型的能力，称为硬度。硬度指标有布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度及肖氏硬度。塑r生材料在外力作用下，产生永久变形的能力称为塑性1）伸长率a（Delta

33、,%）:材料在外力作用下被拉断后，在标距内总伸长长度同原来标距长度相比的百分率a10%属塑性材料2）断面收缩率p（Psi,%）:材料在外力作用下被拉断后，其横截面面积的缩小量与原来横截面积相比的百分率韧性指材料抵抗塑性变形和破坏的能力1）冲击韧性（抗冲强度、冲击强度）（aQ：材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力。在一次性冲击试验中，用试样受冲击而破坏时单位面积破断所吸收的能量来表示。2）断裂韧性（Kic）：材料在裂纹存在的情况下抵抗脆性断裂的能力。二、物理性质1.密度密度（p,Rho,kg/m3）：材料单位体积的质量。热学性能1）熔点（K）:材料由固态转变为液态的熔化温度2）比热容（c,J/（k

34、gK）：单位质量的物质，在温度升高或降低1K时所吸收或放出的热量3）热导率（入Lambada,W/（mK）:在单位时间内，沿热流方向单位长度上温度降低1K时，单位面积允许导过的热量4）线膨胀系数（阳K-1）:材料温度每升高1K所增加的长度与原长度的比值。电学性能1）电阻率（p,Q.mnf/m）:反映材料绝缘性能的参数，与材料的截面积成正比，与长度成反比。2）电导率（%Gamma,S/m）：电阻率的倒数磁学性能1）磁导率（jH/m）：衡量磁性材料磁化难易程度的性能指标，是磁感应强度与磁场强度的比值。2）磁感应强度（B,T）:表示磁场强度与方向特性的物理量。3）磁场强度（H,A/m）：是表示磁场中

35、各点磁力大小和方向的物理量。4）矫顽力（Hc,A/m）:消除剩磁感应强度所需外加反向磁场的磁场强度的绝对值。三、材料的化学性质材料的化学性质是指材料发生化学反应时所显示的性质，包括材料的耐氧化性、耐蚀性、抗高温氧化性等，常用的有腐蚀速率、电极电位等参量。对不同材料又有所侧重。沱属材料的化学性质（腐蚀）宥E金属材料的化学性质（化学惰性）?高分子材料的化学性质（高温氧化性）?M合材料的化学性质四、材料的使用性能律指材料在服役条件下所表现的特性，它是材料性质与服役条件、产品设计及加工融合在一起所决定的要素。?度量指标有寿命、速度、能量效率、安全性和寿命期及费用等。材料的性质和使用性能之间的关系羽料的

36、物理、化学及力学性质都是成分和结构的体现，决定着材料的使用范围和使用性能。椭着对材料性质及其成分和结构的深入了解，人们在一定程度上可按需设计材料。羽料性质数据库的建立和发展具有重要的意义。第四节结构材料的失效失效：材料在外加载荷和环境的作用下，会逐渐损失原有的物理、化学或力学性能，直至不能继续服役，这一现象称为失效。结构材料常见的失效形式：过量变形断裂磨损腐蚀一、材料的变形材料在载荷的作用下发生几何尺寸变化称为变形。弹性变形在外力作用下，材料产生变形，当外力去除后，变形消失而恢复原状，这样的变形称为弹性变形。可逆塑性变形（范性变形）材料在外力作用下产生去除外力后不能恢复原状的永久性变形称为塑性

37、变形。不可逆弹性变形或塑性变形量超过材料所允许的范围，即发生过量弹性变形失效或过量塑性变形失效措施：加大零件截面尺寸、提高材料弹性模量或屈服强度二、材料的断裂断裂。材料的断裂是力对材料作用的最终结果，意味着材料的彻固体材料在力的作用下分裂为若干部分的现象称为底失效。材料断裂而导致机件失效的危害性最大。断裂过程：裂纹的萌生+扩展材料的断裂分类笊照断裂前宏观塑性变形的程度，断裂可分为韧性断裂和脆性断裂。笊照断裂面的取向，断裂分为正断和切断。笊照裂纹扩展的途径，断裂可分为穿晶断裂和沿晶断裂。笊照裂纹断裂机理，断裂分为解离断裂、微孔聚集型断裂和纯剪切断裂。衡量材料抗断裂能力的力学性能指标主要是抗拉强度

38、、疲劳强度、韧度及断裂韧度。三、材料的磨损在机件表面互相接触并做相对运动产生的摩擦过程中，会有微小颗粒从表面不断分离出来形成尺寸和形状不同的磨屑，使材料逐渐损失，导致机件尺寸变化和质量损失，这种表面损伤现象即为磨损。w瘩损一般来源于摩擦，但磨损与摩擦力、摩擦系数之间的关系却很复杂。在具体工作条件下影响磨损的因素很多，其中有环境因素（湿度、温度和介质等）、润滑条件、工作条件（载荷、速度和运动方式等）、材料的成分和组织，以及工件表面的物理化学性质等。w机件的摩擦磨损大约消耗总能源的1/31/2。材料磨损的主要类型?粘着磨损：由于局部的粘着作用，两相对运动件的接触表面材料从一个表面转移到另一个表面的

39、磨损?磨料磨损：在摩擦过程中磨粒或凸出物使材料表面耗失的一种磨损.要减少磨料磨损，主要是提高材料硬度。法面疲劳磨损：由于循环接触应力的作用，在材料的摩擦工件表面或表面层内形成裂纹并扩展，使材料表层剥落的一种磨损.（表面光滑）?腐蚀磨损：在摩擦过程中伴有腐蚀作用的一种磨损。防止腐蚀磨损主要采取合理选材、实施材料表面保护处理、降低工作温度和选择合适的润滑剂等措施。四、材料的腐蚀物质表面因发生化学或电化学反应而受到破坏的现象称为腐蚀化学腐蚀：金属表面与介质发生化学反应而引起的破坏。（介质：气体或非导电有机物）电化学腐蚀：金属表面与介质发生电化学反应引起的破坏。（伴随有电流的产生）金属材料防腐是一个重

40、要的研究课题。?可分为湿腐蚀和干腐蚀两类。湿腐蚀指金属在有水存在下的腐蚀，干腐蚀则指在无液态水存在下的干气体中的腐蚀。由于大气中普遍含有水，化工生产中也经常处理各种水溶液，因此湿腐蚀是最常见的，但高温操作时干腐蚀造成的危害也不容忽视。?局部腐蚀：腐蚀只发生在金属表面的局部。其危害性比均匀腐蚀严重得多，它约占化工机械腐蚀破坏总数的70%,而且可能是突发性和灾难性的，会引起爆炸、火灾等事故。五、防腐初腐就是通过采取各种手段，保护容易锈蚀的金属物品的，来达到延长其使用寿命的目的，通常采用物理防腐，化学防腐，电化学防腐等方法。衔对金属腐蚀的原因采取适当的方法防止金属腐蚀，常用的方法有：1）改变金属的内

41、部组织结构：例如制造各种耐腐蚀的合金，如在普通钢铁中加入铭、镣等制成不锈钢。2）在金属表面覆盖保护层，使金属制品与周围腐蚀介质隔离，从而防止腐蚀。3）电化学保护法：利用原电池原理进行金属的保护，设法消除引起电化腐蚀的原电池反应。电化学保护法分为阳极保护和阴极保护两大类。牺牲阳极保护法：此法是将活泼金属连接在被保护的金属上，当发生电化腐蚀时，这种活泼金属作为负极发生氧化反应，因而减小或防止被保护金属的腐蚀。外加电流的保护法：将被保护的金属和电源的负极连接，另选一块能导电的惰性材料接电源正极。通电后，使金属表面产生负电荷（电子）的聚积，因而抑制了金属失电子而达到保护目的。4）对腐蚀介质进行处理：消

42、除腐蚀介质，如经常揩净金属器材、在精密仪器中放置干燥剂和在腐蚀介质中加入少量能减慢腐蚀速度的缓蚀剂等。总结问题1什么叫材料？材料是用来制造有用的构件、器件或物品的物质。问题2人类使用材料经历了哪七个时代？石器时代青铜器时代铁器时代钢时代硅时代新材料时代问题3新材料和新材料时代的定义和特征是什么？问题4材料科学四要素是什么？成分/结构合成/加工性质效能问题5材料按化学成分、生产过程、结构及性能特点分为哪四类？金属材料有机高分子材料无机非金属材料复合材料问题6材料按照使用性能分为哪两类？结构材料功能材料问题7材料按照结构分为哪三类？晶态材料非晶态材料准晶态材料问题8什么叫材料的结构？指材料中原子（

43、离子或分子等）的排列方式问题9试述晶体与非晶体的区别。?质点是否在三维空间作有规则的周期性重复排列。?晶体熔化时具有固定的熔点，而非晶体无明显熔点，只存在一个软化温度范围。?晶体具有各向异性，非晶体呈各向同性问题10晶体有哪七大晶系？见上图问题11结构材料的失效形式有哪四种？过量变形断裂磨损腐蚀问题12材料的性质指哪三种性质？力学性质物理性质化学性质问题13材料的常用表征方法有哪些？为什么说表征方法具有特别的重要性?课堂作业题什么是材料？写出你最熟悉的五种物品，各属于那种材料？举例：现代汽车用化工材料w汽车工业反映了一个国家的综合工业水平。是国民经济的支柱产业。闲料是汽车的基础，汽车技术的发展

44、在很大程度上取决于汽车材料的发展。汽车制造工业消耗了世界总产量2%的钢铁材料、58%的橡胶及46%的石油。w随着人类对汽车安全性能、舒适性能以及环保性能等的要求不断提高，汽车工业面临着巨大的挑战，这也对汽车材料提出了更高的要求。随着科学技术的不断进步，各种新材料的出现和发展为汽车工业带来了勃勃生机。现代汽车用化工材料酒界铝业协会的报告指出，汽车的自身重量每减少10%,燃油的消耗可降低6%8%,同时可以降低汽车的排放。?气车轻量化是节能减排的有效措施，轻量化与环保化已成为当今汽车材料发展的主要方向。钢铁材料的用量在逐渐下降，而塑料、橡胶等化工材料的用量日趋增大。井用化工材料主要包括：橡胶、塑料、

45、涂料、纺织纤维、填充材料、气囊材料以及复合材料等。车用橡胶材料w橡胶具有高弹性、吸震性、耐磨性和绝缘性等优点，因而成为车用化工材料中的重要组成部分。车用橡胶主要包括轮胎橡胶以及各种胶管、传送带和缓冲垫等配件w汽车轮胎使用的人工橡胶有丁苯橡胶、顺丁橡胶、卤化丁基橡胶以及异戊二烯橡胶等辆汽车需要橡胶配件400500个,占车重的4%5%，汽车橡胶制品产值约占汽车部件总产值的6%。汽车用塑料北美汽车中塑料的平均用量为每车整车重量的14.15%塑料名称用途举例聚乙烯(PE)聚酰胺(PA)聚甲醇(POM)苯乙烯-丁二烯-丙烯睛(ABS)聚碳酸酯(PC)聚丙烯(PP)聚氨酯填充树脂(PUR)聚氯乙烯(PVC

46、)聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)聚酯(PET)聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)118kg左右,约占整车重量的10%。而欧洲I轿车材料中塑料所占的比例稍高，已达燃油箱、方向盘发动机上盖、进气管、过滤器各种阀门、叶轮、支撑元件内饰车轮罩、灯壳、散热器格栅前大灯散光玻璃、保险杠外包皮保险杠、壳体、导管、侧遮光板坐垫、仪表板垫、车顶棚地板护板、防撞系统、内饰尾灯散光玻璃纺织物、气囊壳体电子器件外壳、车身覆盖件其它汽车用材料财半随汽车产业的发展，车用涂料工业也在不断壮大，2010年我国车用涂料产量达88.2万to?内饰材料主要应用于座椅、门内饰板、车厢地毯、车顶、仪表板、行李舱盖板及吸音、隔热、隔振材料。豌

47、沫材料是一种具有复合功能的汽车轻量化材料，汽车用泡沫填充材料主要有聚氨酯、环氧树脂、尼龙和玻璃纤维复合材料等。?气车气囊材料，气囊由织物材料和涂层材料两部分构成。420d和硅酮是性能良好的织物材料和涂层材料。?气车用复合材料。以SMC为代表的汽车用复合材料，是由不饱和聚酯树脂、有机添加剂、碳酸钙和短切玻璃纤维等混合材料制得的一种片状模塑料。以长纤维热塑性复合材料为代表的汽车用复合材料，已在汽车的防撞内杆、前端框架、仪表盘骨架、车门中间承载板、电瓶箱、座椅骨架板、备胎仓以及车底部护板等结构件和半结构件上得到了广泛应用。以碳纤维复合材料为代表的新型汽车用复合材料大量替代钢材制造汽车结构件、半结构件和车身，从而实现汽车真正意义上的轻量化已不是遥远的梦想。