《无机材料概论》PPT课件.ppt

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1、资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院第一章第一章第一章第一章 无机材料概论无机材料概论无机材料概论无机材料概论无机材料科学基础无机材料科学基础第一章第一章 无机材料概论无机材料概论资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院第一章第一章第一章第一章 无机材料概论无机材料概论无机材料概论无机材料概论无机材料科学基础课程简介无机材料科学基础课程简介n 形成形成 硅酸盐物理化学硅酸盐物理化学 无机材料物理化学无机材料物理化学 无机材料科学基础无机材料科学基础n 地位地位 物理化学、结晶学物理化学、结晶学

2、无机材料科学基础无机材料科学基础 无机材料工艺学、无机材料工艺学、无机材料性能无机材料性能n理论基础理论基础 物理化学、结晶学、晶体化学、缺陷化学、熔体化学、物理化学、结晶学、晶体化学、缺陷化学、熔体化学、材料热力学、过程动力学、结构化学、固体物理材料热力学、过程动力学、结构化学、固体物理资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院第一章第一章第一章第一章 无机材料概论无机材料概论无机材料概论无机材料概论n 教学内容教学内容 无机材料科学基础无机材料科学基础是无机材料科学与工程专业重要的是无机材料科学与工程专业重要的学科基础课程之一，主要介绍无机材料

3、研究、制备和应用过程学科基础课程之一，主要介绍无机材料研究、制备和应用过程中的共性规律，即无机材料的中的共性规律，即无机材料的组成结构形成（工艺）条件组成结构形成（工艺）条件性能用途性能用途之间相互关系及制约规律。之间相互关系及制约规律。内容主要包括：内容主要包括：晶体结构及其缺陷、熔体及非晶态结构、晶体结构及其缺陷、熔体及非晶态结构、固体表面与界面、相图、扩散、相变、固相反应及烧结固体表面与界面、相图、扩散、相变、固相反应及烧结等基础等基础知识及其应用。知识及其应用。资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院第一章第一章第一章第一章 无机材料概论

4、无机材料概论无机材料概论无机材料概论n第第1章：无机材料概论章：无机材料概论n第第25章：物质聚集状态的结构和性质章：物质聚集状态的结构和性质应用有关物质结构的应用有关物质结构的基本理论，介绍无机材料不同聚集状态（如：基本理论，介绍无机材料不同聚集状态（如：晶体晶体、非晶体非晶体、熔熔体体、粉体粉体、胶体胶体、固体表面固体表面等）的微观结构、结构缺陷以及用结等）的微观结构、结构缺陷以及用结构的规律性来分析化学现象的本质，重点讨论无机材料构的规律性来分析化学现象的本质，重点讨论无机材料组成结组成结构性能构性能三者之间的关系；三者之间的关系；n第第6章：凝聚多相系统相平衡章：凝聚多相系统相平衡从相

5、平衡的观点，介绍凝聚单从相平衡的观点，介绍凝聚单元系统到四元系统相图的基本知识、基本类型和有关实际相图，元系统到四元系统相图的基本知识、基本类型和有关实际相图，重点讨论凝聚重点讨论凝聚三元系统相图三元系统相图的规律性及其在无机材料研究和生产的规律性及其在无机材料研究和生产等方面的应用；等方面的应用；资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院第一章第一章第一章第一章 无机材料概论无机材料概论无机材料概论无机材料概论n第第710章：过程动力学章：过程动力学重点介绍无机材料研究和制备重点介绍无机材料研究和制备中物理化学变化过程（中物理化学变化过程（扩散扩

6、散、固相反应固相反应、相变相变、烧结烧结）的）的机理、过程的动力学以及影响因素机理、过程的动力学以及影响因素n第第11章：章：无机材料的环境效应无机材料的环境效应重点介绍重点介绍无机材料加工无机材料加工和使用过程中的性能变化及环境行为效应，以调控无机材和使用过程中的性能变化及环境行为效应，以调控无机材料开发料开发-使用使用-消亡的整个循环过程。消亡的整个循环过程。资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院第一章第一章第一章第一章 无机材料概论无机材料概论无机材料概论无机材料概论n课程特点课程特点1.死记硬背内容少，综合分析结论多；死记硬背内容少，综

7、合分析结论多；2.实验数据、图表多，分析方法实用性强；实验数据、图表多，分析方法实用性强；3.各章节之间既相对独立又有有机的联系。各章节之间既相对独立又有有机的联系。资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院第一章第一章第一章第一章 无机材料概论无机材料概论无机材料概论无机材料概论n学习方法学习方法1.多分析，多思考，举一反三，理论联系实际；多分析，多思考，举一反三，理论联系实际；2.学习分析问题方法，这一点比记住结论更重要；学习分析问题方法，这一点比记住结论更重要；3.认真完成布置的作业及思考题认真完成布置的作业及思考题。资源加工与生物工程学院资

8、源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院第一章第一章第一章第一章 无机材料概论无机材料概论无机材料概论无机材料概论n参考书目参考书目 1.浙江大学等浙江大学等硅酸盐物理化学硅酸盐物理化学北京：中国建筑工业北京：中国建筑工业出版社，出版社，1980年年 2.叶瑞伦等叶瑞伦等无机材料物理化学无机材料物理化学北京：中国建北京：中国建 筑工业出版社，筑工业出版社，1986年年 3.陆佩文陆佩文无机材料科学基础（硅酸盐物理化学）无机材料科学基础（硅酸盐物理化学）南南京：东南大学出京：东南大学出 版社，版社，1996年年 4.周亚栋周亚栋无机材料物理化学无机材料物理化学武汉：武汉工

9、业大学出武汉：武汉工业大学出版社，版社，1994年年资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院第一章第一章第一章第一章 无机材料概论无机材料概论无机材料概论无机材料概论5.美美WD金格瑞等著清华大学无机非金属材料教研金格瑞等著清华大学无机非金属材料教研组译组译陶瓷导论陶瓷导论.北京：中国建筑工业出版社，北京：中国建筑工业出版社，1982年年6.中国建筑工业出版社、中国硅酸盐学会中国建筑工业出版社、中国硅酸盐学会.硅酸盐辞典硅酸盐辞典.北京：中国建筑工业出版社，北京：中国建筑工业出版社，19847.宓锦校宓锦校.无机材料晶体结构无机材料晶体结构（光盘

10、版）（光盘版）.武汉：武汉工武汉：武汉工业大学出版社，业大学出版社，20008.郭丽萍等郭丽萍等.晶体结构基础晶体结构基础（光盘版）（光盘版）.武汉：武汉工业武汉：武汉工业大学出版社，大学出版社，2000 资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院第一章第一章第一章第一章 无机材料概论无机材料概论无机材料概论无机材料概论 Chapter 1 Introduction of Inorganic Materials What is Materials?q Materials and human civilizationq What is Materia

11、ls science?n1.1 Category of Materials n1.2 Relationship between Composition-Structure-property-technics process资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院第一章第一章第一章第一章 无机材料概论无机材料概论无机材料概论无机材料概论What is Materials?世界万物，凡于我有用者，皆谓之材料。世界万物，凡于我有用者，皆谓之材料。材料是具有一定性能，可以用来制作器件、构材料是具有一定性能，可以用来制作器件、构件、工具、装置等物品的物质。

12、件、工具、装置等物品的物质。材料存在于我们周围，与我们的生活、我们的材料存在于我们周围，与我们的生活、我们的生命息息相关。生命息息相关。资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院第一章第一章第一章第一章 无机材料概论无机材料概论无机材料概论无机材料概论Materials and human civilization 材材料料是是人人类类文文明明、社社会会进进步步、科科学学技技术术发发展展的的物物质质基础和技术先导。基础和技术先导。历历史史上上，人人们们将将石石器器、青青铜铜器器、铁铁器器等等当当时时的的主主导导材材料料作作为为时时代代的的标标志志，

13、称称其其为为石石器器时时代代、青青铜铜器器时时代、铁器时代。代、铁器时代。在在近近代代，材材料料的的种种类类及及其其繁繁多多，各各种种新新材材料料不不断断涌现，很难用一种材料来代表当今时代的特征。涌现，很难用一种材料来代表当今时代的特征。资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院第一章第一章第一章第一章 无机材料概论无机材料概论无机材料概论无机材料概论 第第一一次次产产业业革革命命的的突突破破口口是是推推广广应应用用蒸蒸汽汽机机，但但只只有有在在开开发发了了铁铁和和铜铜等等新新材材料料以以后后，蒸蒸汽汽机机才才得得以使用并逐步推广。以使用并逐步推广

14、。第第二二次次产产业业革革命命一一直直延延续续到到20世世纪纪中中叶叶，以以石石油油开开发发和和新新能能源源广广泛泛使使用用为为突突破破口口，大大力力发发展展飞飞机机、汽汽车车和和其其他他工工业业，支支持持这这个个时时期期产产业业革革命命的的仍仍然然是是新新材材料料开开发发。如如合合金金钢钢、铝铝合合金金以以及及各各种种非非金金属属材材料的发展。料的发展。资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院第一章第一章第一章第一章 无机材料概论无机材料概论无机材料概论无机材料概论n材料是当代文明的材料是当代文明的三大支柱三大支柱之一之一材料、能源、信息材料、

15、能源、信息是当代社会文明和国民经是当代社会文明和国民经济的三大支柱，是人类社会进步和科学技术发展济的三大支柱，是人类社会进步和科学技术发展的物质基础和技术先导。的物质基础和技术先导。n 材料是全球新技术革命的材料是全球新技术革命的四大标志四大标志之一之一新材料技术、新能源技术、信息技术、生物技术新材料技术、新能源技术、信息技术、生物技术资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院第一章第一章第一章第一章 无机材料概论无机材料概论无机材料概论无机材料概论What is Materials Science?材料科学是一门以固体材料为研究对象，以固体物理、

16、材料科学是一门以固体材料为研究对象，以固体物理、热力学、动力学、量子力学、冶金、化工为理论基础的边缘热力学、动力学、量子力学、冶金、化工为理论基础的边缘交叉基础应用学科交叉基础应用学科 材料科学运用电子显微镜、材料科学运用电子显微镜、X射线衍射、热谱、电子离射线衍射、热谱、电子离子探针等各种精密仪器和技术，探讨材料的组成、结构、制子探针等各种精密仪器和技术，探讨材料的组成、结构、制备工艺和加工使用过程与其机械、物理、化学性能之间的规备工艺和加工使用过程与其机械、物理、化学性能之间的规律的一门基础应用学科，是研究材料共性的一门学科。律的一门基础应用学科，是研究材料共性的一门学科。资源加工与生物工

17、程学院资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院第一章第一章第一章第一章 无机材料概论无机材料概论无机材料概论无机材料概论n1.1.1 按化学组成（或基本组成）分类按化学组成（或基本组成）分类n1.1.2 按材料性能分类按材料性能分类 n1.1.3 按服役领域分类按服役领域分类 n1.1.4 按结晶状态分类按结晶状态分类n1.1.5 按材料尺寸及形态分类按材料尺寸及形态分类 1.1 Category of Materials 资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院第一章第一章第一章第一章 无机材料概论无机材料概论无机材料

18、概论无机材料概论 按化学组成（或基本组成）分类按化学组成（或基本组成）分类1.金属材料（金属材料（metallic materials）2.无机非金属材料（无机非金属材料（inorganic nonmetallic materials）3.高分子材料（聚合物）（高分子材料（聚合物）（organic polymer materials）4.复合材料（复合材料（complex materials）资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院第一章第一章第一章第一章 无机材料概论无机材料概论无机材料概论无机材料概论1.Metallic Materials

19、金属材料金属材料：由化学元素周期表：由化学元素周期表中的金属元素组成的材料。中的金属元素组成的材料。金属材料可分为由一种金属元素金属材料可分为由一种金属元素构成的构成的单质（纯金属）单质（纯金属）；由两种或；由两种或两种以上的金属元素或金属与非金两种以上的金属元素或金属与非金属元素构成的属元素构成的合金合金。合金又可分为。合金又可分为固溶体和金属间化合物固溶体和金属间化合物。资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院第一章第一章第一章第一章 无机材料概论无机材料概论无机材料概论无机材料概论2.Inorganic Nonmetallic Materi

20、als 无机非金属材料无机非金属材料（简称（简称无机材料无机材料）：由硅酸盐、铝酸盐、）：由硅酸盐、铝酸盐、硼酸盐、磷酸盐、锗酸盐等原料和（或）氧化物、氮化物、硼酸盐、磷酸盐、锗酸盐等原料和（或）氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硫化物、硅化物、卤化物等原料经一定的碳化物、硼化物、硫化物、硅化物、卤化物等原料经一定的工艺制备而成的材料，是除金属材料、高分子材料以外所有工艺制备而成的材料，是除金属材料、高分子材料以外所有材料的总称，与广义的陶瓷材料有等同的含义。材料的总称，与广义的陶瓷材料有等同的含义。无机非金属材料种类繁多，用途各异，目前无统一完善的无机非金属材料种类繁多，用途各异，目前无统一完

21、善的分类方法，一般分为分类方法，一般分为传统的（普通的）传统的（普通的）和和新型的（先进的）新型的（先进的）无机非金属材料两大类。无机非金属材料两大类。资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院第一章第一章第一章第一章 无机材料概论无机材料概论无机材料概论无机材料概论3.Organic Polymer Materials高聚物高聚物：由一种或几种简单低分子化：由一种或几种简单低分子化合物经聚合而组成的分子量很大的化合物。合物经聚合而组成的分子量很大的化合物。高聚物的种类繁多，性能各异，其分高聚物的种类繁多，性能各异，其分类方法多种多样。类方法多种多

22、样。按高分子材料按高分子材料来源来源分为天然高分子材分为天然高分子材料和合成高分子材料；按材料料和合成高分子材料；按材料性能和用途性能和用途可将高聚物分为橡胶、纤维、塑料和胶粘可将高聚物分为橡胶、纤维、塑料和胶粘剂等。剂等。资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院第一章第一章第一章第一章 无机材料概论无机材料概论无机材料概论无机材料概论4.Complex Materials复合材料复合材料：由两种或两种以上化学性质或组织结构不同的材料：由两种或两种以上化学性质或组织结构不同的材料组合而成。组合而成。复合材料是多相材料，主要包括：复合材料是多相材料

23、，主要包括：基本相基本相和和增强相增强相。基体相：基体相：为连续相材料，将改善性能的增强相材料固结成一体，为连续相材料，将改善性能的增强相材料固结成一体，并起传递应力的作用；并起传递应力的作用；增强相：增强相：起承受应力（结构复合材料）和显示功能（功能复合起承受应力（结构复合材料）和显示功能（功能复合材料）的作用。材料）的作用。复合材料既能保持原组成材料的重要特色，又通过复合效应使复合材料既能保持原组成材料的重要特色，又通过复合效应使各组分的性能互相补充，获得原组分不具备的许多优良性能。各组分的性能互相补充，获得原组分不具备的许多优良性能。资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院资源加工与

24、生物工程学院资源加工与生物工程学院第一章第一章第一章第一章 无机材料概论无机材料概论无机材料概论无机材料概论复合材料种类繁多，目前无统一分类方法，一般可根据复复合材料种类繁多，目前无统一分类方法，一般可根据复合材料三要素分类。合材料三要素分类。按按基体材料基体材料分类，有金属基复合材料，陶瓷基复合材料，分类，有金属基复合材料，陶瓷基复合材料，水泥、混凝土基复合材料，塑料基复合材料，橡胶基复合材料等；水泥、混凝土基复合材料，塑料基复合材料，橡胶基复合材料等；按按增强剂形状增强剂形状可分为粒子、纤维及层状增强复合材料；可分为粒子、纤维及层状增强复合材料；按按性能性能可分为结构复合材料和功能复合材料

25、。可分为结构复合材料和功能复合材料。资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院第一章第一章第一章第一章 无机材料概论无机材料概论无机材料概论无机材料概论1.1.2 按材料性能分类按材料性能分类 根据材料在外场作用下其性质或根据材料在外场作用下其性质或性能对外场的响应不同，可分为：性能对外场的响应不同，可分为：结构材料结构材料功能材料功能材料 资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院第一章第一章第一章第一章 无机材料概论无机材料概论无机材料概论无机材料概论n结构材料结构材料：指具有抵抗外场作用而保持自己

26、形状和：指具有抵抗外场作用而保持自己形状和结构不变的优良力学性能（强度和韧性等），用于结构不变的优良力学性能（强度和韧性等），用于结构目的的材料。结构目的的材料。n通常用来制造工具、机械、车辆和修建房屋、桥梁、通常用来制造工具、机械、车辆和修建房屋、桥梁、铁路等，包括机械制造材料、建筑材料，如结构钢、铁路等，包括机械制造材料、建筑材料，如结构钢、工具钢、铸铁、普通陶瓷、耐火材料、工程塑料等工具钢、铸铁、普通陶瓷、耐火材料、工程塑料等传统的结构材料（一般结构材料）以及高温合金、传统的结构材料（一般结构材料）以及高温合金、结构陶瓷等高级结构材料结构陶瓷等高级结构材料。资源加工与生物工程学院资源加工

27、与生物工程学院资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院第一章第一章第一章第一章 无机材料概论无机材料概论无机材料概论无机材料概论n功能材料功能材料是具有优良的电学、磁学、光学、热是具有优良的电学、磁学、光学、热学、声学、化学和生物学功能及其相互转化的学、声学、化学和生物学功能及其相互转化的功能，被用于非结构目的的高技术材料。功能，被用于非结构目的的高技术材料。资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院第一章第一章第一章第一章 无机材料概论无机材料概论无机材料概论无机材料概论 按服役领域分类按服役领域分类 根据材料服役的技术领域可分为根据材料服役

28、的技术领域可分为信信息材料息材料、航空航天材料航空航天材料、能源材料能源材料、生生物医用材料物医用材料等。等。资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院第一章第一章第一章第一章 无机材料概论无机材料概论无机材料概论无机材料概论n信息材料信息材料：指用于信息的探测、传输、显示、：指用于信息的探测、传输、显示、运算和处理的光电信息材料。主要包括信息运算和处理的光电信息材料。主要包括信息的监测和传感（获取）材料、信息的传输材的监测和传感（获取）材料、信息的传输材料、信息的存储材料、信息的运算和处理材料、信息的存储材料、信息的运算和处理材料。料。资源加工与

29、生物工程学院资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院第一章第一章第一章第一章 无机材料概论无机材料概论无机材料概论无机材料概论n航空航天材料：航空航天材料：主要包括新型金属材料（如先进铝主要包括新型金属材料（如先进铝合金、超高强度钢、高温合金、高熔点合金、铍及合金、超高强度钢、高温合金、高熔点合金、铍及其合金）、烧蚀防热材料和新型复合材料。此外，其合金）、烧蚀防热材料和新型复合材料。此外，还包括一些功能材料，如涂层材料、隔热材料、透还包括一些功能材料，如涂层材料、隔热材料、透明材料、阻尼材料、密封材料、润滑材料、粘合剂明材料、阻尼材料、密封材料、润滑材料、粘合剂材料等

30、。这些材料大部分属于高分子材料和陶瓷材材料等。这些材料大部分属于高分子材料和陶瓷材料，也有少量是阻尼合金等金属材料。料，也有少量是阻尼合金等金属材料。资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院第一章第一章第一章第一章 无机材料概论无机材料概论无机材料概论无机材料概论n能源材料能源材料：指能源工业和能源技术所使用的材料，按使用：指能源工业和能源技术所使用的材料，按使用目的不同分为新能源材料、节能材料和储氢材料等。目的不同分为新能源材料、节能材料和储氢材料等。新能新能源材料源材料包括增值堆用核材料、聚变堆材料、太阳能电池包括增值堆用核材料、聚变堆材料、

31、太阳能电池（单晶硅、多晶硅、非晶硅等）；（单晶硅、多晶硅、非晶硅等）；节能材料节能材料包括非晶体金包括非晶体金属磁性材料（用作变压器铁芯的属磁性材料（用作变压器铁芯的Fe-Mn-B-Si合金）和超导合金）和超导材料（材料（Nb-Ti、Nb-Sn巨型磁体用材料）；储氢材料以及高巨型磁体用材料）；储氢材料以及高比能电池（如钠硫电池）等。目前钠硫电池的比能量达，比能电池（如钠硫电池）等。目前钠硫电池的比能量达，而铅蓄电池的比能量只有。而铅蓄电池的比能量只有。资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院第一章第一章第一章第一章 无机材料概论无机材料概论无机材

32、料概论无机材料概论n 生生物物医医用用材材料料：是是一一类类合合成成物物质质或或天天然然物物质质或或这这些些物物质质的的复复合合，能能作作用用一一个个系系统统的的整整体体或或部部分分，在在一一定定时时期期内内治治疗疗、增增强强或或替替换换机体的组织、器官或功能。机体的组织、器官或功能。医用金属及合金医用金属及合金 医医用用高高分分子子材材料料：包包括括合合成成和和天天然然高高分分子子，已已被被广广泛泛用用于于韧韧带带、肌肌腱腱、皮皮肤肤、血血管管、角角膜膜、人人工工脏脏器器、骨骨和和牙牙等等人人体体软软、硬硬组组织织及器官的修复和制造。及器官的修复和制造。医医用用生生物物陶陶瓷瓷：包包括括惰惰

33、性性和和活活性性生生物物陶陶瓷瓷、生生物物玻玻璃璃等等，如如氧氧化铝瓷、氧化锆瓷、生物碳以及羟基磷灰石、磷酸三钙陶瓷等。化铝瓷、氧化锆瓷、生物碳以及羟基磷灰石、磷酸三钙陶瓷等。医医用用复复合合材材料料：表表面面涂涂层层生生物物活活性性人人工工牙牙根根、人人工工心心脏脏瓣瓣膜膜、人造血管等。人造血管等。资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院第一章第一章第一章第一章 无机材料概论无机材料概论无机材料概论无机材料概论1.1.4 按结晶状态分类按结晶状态分类 q单单晶晶材材料料：由由一一个个较较完完整整晶晶粒粒构构成成的的材材料料，如如单单晶晶纤纤维维

34、、单晶硅；单晶硅；q多晶材料多晶材料：由许多晶粒组成的材料，其性能与晶粒大小、：由许多晶粒组成的材料，其性能与晶粒大小、晶界的性质有密切的关系。晶界的性质有密切的关系。q非晶态材料非晶态材料：由原子或分子排列无明显规律的固体材料，：由原子或分子排列无明显规律的固体材料，如玻璃、高分子材料。如玻璃、高分子材料。资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院第一章第一章第一章第一章 无机材料概论无机材料概论无机材料概论无机材料概论q准准晶晶材材料料：指指准准周周期期性性晶晶体体材材料料的的简简称称，准准晶晶仍仍然然是是晶晶体体，准准晶晶中中的的原原子子分分

35、布布有有严严格格的的位位置置序序，但但位位置置序序无无周周期期性性，即即没没有有周周期期性性平平移移对对称称关关系系，在在准准晶晶材材料料中中存存在在不不符符合合传传统统晶晶体体学学的的五五次次、八八次次、十十二次对称轴。二次对称轴。准准晶晶从从结结构构角角度度看看是是一一种种新新的的物物质质形形态态，但但实实际际上上它它们们仅仅在在特特定定的的金金属属合合金金中中形形成成，是是成成分分范范围围较窄的金属间化合物。较窄的金属间化合物。资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院第一章第一章第一章第一章 无机材料概论无机材料概论无机材料概论无机材料概论

36、1.1.5 按材料尺寸及形态分类按材料尺寸及形态分类 零维（纳米）材料零维（纳米）材料一维（纤维）材料一维（纤维）材料二维（薄膜）材料二维（薄膜）材料三维（块体）材料三维（块体）材料 资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院第一章第一章第一章第一章 无机材料概论无机材料概论无机材料概论无机材料概论n零维材料：零维材料：即超微粒子，通过即超微粒子，通过Sol-gel法、多相沉积或激光法、多相沉积或激光等方法，可以制备出亚微米级的陶瓷或金属粉末，大小等方法，可以制备出亚微米级的陶瓷或金属粉末，大小1100nm的超微粒比表面积大（可作为高效催化剂）、比

37、的超微粒比表面积大（可作为高效催化剂）、比表面能高、熔点低、烧结温度下降、扩散速度快、强度高表面能高、熔点低、烧结温度下降、扩散速度快、强度高而塑性下降慢、电子态由连续能带变为不连续、光吸收也而塑性下降慢、电子态由连续能带变为不连续、光吸收也发生异常现象（可以成为高效微波吸收材料）。发生异常现象（可以成为高效微波吸收材料）。资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院第一章第一章第一章第一章 无机材料概论无机材料概论无机材料概论无机材料概论n一维材料一维材料：光导纤维光导纤维，由于其信息传输量远比铜、铅的同，由于其信息传输量远比铜、铅的同轴电缆大，且

38、有很强保密性，所以发展很快。轴电缆大，且有很强保密性，所以发展很快。增强纤维增强纤维：脆性块状材料变成细丝后便增加了：脆性块状材料变成细丝后便增加了韧性，可用来增强其它的块状。实用增强纤维有碳韧性，可用来增强其它的块状。实用增强纤维有碳纤维、硼纤维、陶瓷纤维。纤维、硼纤维、陶瓷纤维。纤维中强度和刚度最高的为晶须。纤维中强度和刚度最高的为晶须。资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院第一章第一章第一章第一章 无机材料概论无机材料概论无机材料概论无机材料概论n二维材料（薄膜）：二维材料（薄膜）：如金刚石薄膜、高温超导薄膜、半导如金刚石薄膜、高温超导薄

39、膜、半导体薄膜。体薄膜。由于薄膜的电子所处状态和外界环境的影响，可表现由于薄膜的电子所处状态和外界环境的影响，可表现出不同的电子迁移规律，完成特定的电学、光学或电子学出不同的电子迁移规律，完成特定的电学、光学或电子学功能，如成为绝缘体、铁电体、导体或半导体等，从而有功能，如成为绝缘体、铁电体、导体或半导体等，从而有可能作为光学薄膜用于非线性光学、光开关、放大或调幅、可能作为光学薄膜用于非线性光学、光开关、放大或调幅、敏感与传感元件，用于显示或探测器，用于环保或表面改敏感与传感元件，用于显示或探测器，用于环保或表面改性的保护膜。性的保护膜。n三维材料：三维材料：即块状材料。即块状材料。资源加工与

40、生物工程学院资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院第一章第一章第一章第一章 无机材料概论无机材料概论无机材料概论无机材料概论1.2 Relationship between Composition-Structure-Property-Technics Process 材料科学与工程的四个基本要素：材料科学与工程的四个基本要素：合成与制备合成与制备、组成与结构组成与结构、性能性能、使用效能使用效能 探探索索四四要要素素之之间间的的关关系系，覆覆盖盖从从基基础础学学科科到到工工程程的的全全部部内内容容，它它们们之之间间的的密密切切关关系系确确定定了了材材料料科科学学与

41、与工工程程学科领域。学科领域。资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院第一章第一章第一章第一章 无机材料概论无机材料概论无机材料概论无机材料概论组成组成-结构结构-性质性质-工艺过程之间关系示意图工艺过程之间关系示意图合成与制备合成与制备使用效能使用效能性能性能组组成成与与结结构构（化学）（化学）（工程）（工程）（物理学）（物理学）资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院第一章第一章第一章第一章 无机材料概论无机材料概论无机材料概论无机材料概论 合合成成与与制制备备：包包括括传传统统的的制制粉粉、煅

42、煅烧烧、冶冶炼炼、压压力力加加工工、焊焊接接等等，也也包包括括真真空空溅溅射射、气气相相沉沉积积等等新新工工艺艺，使使人人工合成材料如超晶格、薄膜材料成为可能。工合成材料如超晶格、薄膜材料成为可能。组成：组成：指构成材料物质的原子、分子及其数量关系；指构成材料物质的原子、分子及其数量关系；结结构构：指指组组成成原原子子、分分子子在在不不同同层层次次上上彼彼此此结结合合的的形形式式、状状态态和和空空间间分分布布，包包括括原原子子与与电电子子结结构构、分分子子结结构构、晶晶体体结结构构、相相结结构构、晶晶粒粒结结构构、表表面面与与晶晶界界结结构构、缺缺陷陷结结构等构等。资源加工与生物工程学院资源加

43、工与生物工程学院资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院第一章第一章第一章第一章 无机材料概论无机材料概论无机材料概论无机材料概论材材料料性性质质：指指材材料料对对电电、磁磁、光光、热热、机机械械载载荷的反应，主要取决于材料的荷的反应，主要取决于材料的组成与结构组成与结构。使使用用效效能能：材材料料在在使使用用状状态态下下表表现现的的行行为为，它它与与材材料料设设计计、工工程程环环境境密密切切相相关关，包包括括可可靠靠性性、耐耐用用性、寿命预测及延寿措施等。性、寿命预测及延寿措施等。资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院第一章第一章第一章第

44、一章 无机材料概论无机材料概论无机材料概论无机材料概论Introduction of Inorganic Materials1.1 Category of Inorganic Materials n 1.1.1 Silicon Materialsn 1.1.2 Advanced Inorganic Materials 资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院第一章第一章第一章第一章 无机材料概论无机材料概论无机材料概论无机材料概论传传统统无无机机材材料料主主要要是是指指由由SiO2及及其其硅硅酸酸盐盐化化合合物物为为主主要要成成分分制制成成的的材

45、材料料，包包括括陶陶瓷瓷、玻玻璃璃、水水泥泥和和耐耐火火材材料料等等。此此外外，搪搪瓷瓷、磨磨料料、铸铸石石（辉辉绿绿岩岩、玄玄武武岩岩等等）、碳碳素素材材料料、非非金金属属矿矿（石石棉棉、云云母母、大大理理石石等等）也也属属于于传传统统的的无机材料。无机材料。1.1.1 传统无机材料（传统无机材料（Silicon Materials）资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院第一章第一章第一章第一章 无机材料概论无机材料概论无机材料概论无机材料概论陶瓷按其概念和用途不同，陶瓷按其概念和用途不同，可分为两大类，即可分为两大类，即普通陶瓷普通陶瓷和和

46、特种陶瓷特种陶瓷。根据陶瓷坯体结构及其基根据陶瓷坯体结构及其基本物理性能的差异，陶瓷制品本物理性能的差异，陶瓷制品可分为可分为陶器陶器和和瓷器瓷器。传统的无机非金属材料传统的无机非金属材料 之一：陶瓷（之一：陶瓷（ceramic）资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院第一章第一章第一章第一章 无机材料概论无机材料概论无机材料概论无机材料概论n普通陶瓷：普通陶瓷：即传统陶瓷，指以粘土为主要原料即传统陶瓷，指以粘土为主要原料与其它天然矿物原料经过粉碎混练、成型、煅与其它天然矿物原料经过粉碎混练、成型、煅烧等过程而制成的各种制品。包括日用陶瓷、烧等过

47、程而制成的各种制品。包括日用陶瓷、卫生陶瓷、建筑陶瓷、化工陶瓷、电瓷以及其卫生陶瓷、建筑陶瓷、化工陶瓷、电瓷以及其它工业用陶瓷。它工业用陶瓷。普通陶瓷的分类方法普通陶瓷的分类方法 资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院第一章第一章第一章第一章 无机材料概论无机材料概论无机材料概论无机材料概论吸水率吸水率（%）特征特征陶器陶器粗陶器粗陶器15不不时时施釉，制作粗糙施釉，制作粗糙普通陶器普通陶器15断面断面颗颗粒粒较较粗，气孔粗，气孔较较大，表面施釉，大，表面施釉，制作不制作不够够精精细细细细陶器陶器12断面断面颗颗粒粒较细较细，气孔，气孔较较小，

48、施釉或不施小，施釉或不施釉，制作不釉，制作不够够精精细细瓷器瓷器炻瓷器炻瓷器3透光性差，通常胎体透光性差，通常胎体较较厚，呈色，断口厚，呈色，断口呈石状，制作精呈石状，制作精细细普通瓷器普通瓷器1有一定透光性，断而呈石状或有一定透光性，断而呈石状或贝贝壳状，壳状，制作精制作精细细细细瓷器瓷器0.5透光性好，断面透光性好，断面细腻细腻，呈，呈贝贝壳状，制作壳状，制作精精细细性性质质及及特特征征类类别别中国日用瓷分类标准中国日用瓷分类标准资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院第一章第一章第一章第一章 无机材料概论无机材料概论无机材料概论无机材料概论

49、相比于瓷器，陶器的坯体结构较疏松，致相比于瓷器，陶器的坯体结构较疏松，致密度较低，有一定吸水率，断口粗糙无光，没密度较低，有一定吸水率，断口粗糙无光，没有半透明性，断面成面状或贝壳状。有半透明性，断面成面状或贝壳状。资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院第一章第一章第一章第一章 无机材料概论无机材料概论无机材料概论无机材料概论传统的无机非金属材料传统的无机非金属材料 之二：玻璃之二：玻璃（glass）玻璃是由熔体过冷所制得的玻璃是由熔体过冷所制得的非晶态材料非晶态材料（noncrystal materials）。根据其形成网络的组分不。根据其形

50、成网络的组分不同可分为硅酸盐玻璃、硼酸盐玻璃、磷酸盐玻璃等，同可分为硅酸盐玻璃、硼酸盐玻璃、磷酸盐玻璃等，其网络形成体分为其网络形成体分为SiO2、B2O3和和P2O5。习惯上玻璃态。习惯上玻璃态材料可分为材料可分为普通玻璃普通玻璃和和特种玻璃特种玻璃两大类。两大类。普通玻璃是指采用天然原料，能够大规模生产的普通玻璃是指采用天然原料，能够大规模生产的玻璃。普通玻璃包括日用玻璃、建筑玻璃、微晶玻璃、玻璃。普通玻璃包括日用玻璃、建筑玻璃、微晶玻璃、光学玻璃和玻璃纤维等。光学玻璃和玻璃纤维等。资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院资源加工与生物工程学院第一章第一章第一章第