现代材料发展的特点明显地超出了传统组成和工艺范围.ppt

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1、现代材料发展的特点明显地超出了传统组成和工艺范围 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望现代材料发展的特点现代材料发展的特点：明显地超出了传统组成和工艺范围；明显地超出了传统组成和工艺范围；创造出具有各种性能的新材料；创造出具有各种性能的新材料；在现代工业和科学技术上获得广泛的应用。在现代工业和科学技术上获得广泛的应用。现代材料科学的重要研究内容：现代材料科学的重要研究内容：在严格控制材料组成和结构的基础上，深入了解和研究各在严格控制材料组成和结构的基础上

2、，深入了解和研究各项物理化学性能。也是发展材料的主要途径。项物理化学性能。也是发展材料的主要途径。工程学看材料：工程学看材料：首先注意材料的物性，然后考虑它与外界条件相互作用出首先注意材料的物性，然后考虑它与外界条件相互作用出现的各种现象，最后联系到用途，作为制品出售。现的各种现象，最后联系到用途，作为制品出售。绪绪 论论材料与物性、现象、用途间的关系：材料与物性、现象、用途间的关系：具体化具体化现象现象经济性经济性材料材料作用作用改善改善原料原料工艺工艺条件条件物性物性用途用途以材料为中心，以材料为中心，从物性从物性 现象现象 用途周转循环，用途周转循环，巧妙地应用此表巧妙地应用此表征方法能

3、容易做征方法能容易做到逐步地改进材到逐步地改进材料，不断创造出料，不断创造出性能更好、更稳性能更好、更稳定的制品。定的制品。需了解以下内容：需了解以下内容：一、无机非金属的材料的特性与应用一、无机非金属的材料的特性与应用二、材料的性能本质二、材料的性能本质三、材料的制备过程三、材料的制备过程四、材料设计的工作思路四、材料设计的工作思路五、无机材料物理性能课程研究的内容五、无机材料物理性能课程研究的内容六、相关课程六、相关课程七、本课程的理论与知识体系七、本课程的理论与知识体系一、无机非金属的材料的特性与应用一、无机非金属的材料的特性与应用 不同的化学组成和材料结构决定其具有不同的特不同的化学组

4、成和材料结构决定其具有不同的特殊性质和功能。殊性质和功能。例如：如高强，高硬，耐温，耐腐，绝缘和各种例如：如高强，高硬，耐温，耐腐，绝缘和各种电，磁，光及生物相容性等，材料的这些性能，可以电，磁，光及生物相容性等，材料的这些性能，可以广泛应用于机械，电子，宇航，医学工程等各个方面，广泛应用于机械，电子，宇航，医学工程等各个方面，成为近代尖端科学技术的重要组成部分。成为近代尖端科学技术的重要组成部分。材料的结构包括：材料的结构包括：原子结构、原子间的结合状态、键型或电原子结构、原子间的结合状态、键型或电子结构、晶体结构、相的体系及其结合，它们尺寸子结构、晶体结构、相的体系及其结合，它们尺寸 因素

5、各因素各类缺陷的存在及分布等。类缺陷的存在及分布等。领域领域 特特 性性 应应 用用 光光、电电、磁磁学学功功能能领领域域电电子子材材料料高绝缘性高绝缘性集成电路基片集成电路基片,封装材料封装材料,高频绝缘材料高频绝缘材料铁电铁电,介电性介电性 图像存储元件，电光偏振光元件，电容器图像存储元件，电光偏振光元件，电容器压电性压电性点火元件，电子钟表，超声点火元件，电子钟表，超声 波元件，滤波器波元件，滤波器热电性热电性红外检测元件，探测器，温度计，武器红外检测元件，探测器，温度计，武器电子放射性电子放射性阴极射线管电子枪热阴极，电子显微镜阴极射线管电子枪热阴极，电子显微镜半导半导,传感性传感性电

6、子发热体，湿度传感器，热敏电阻，压力传感器，电子发热体，湿度传感器，热敏电阻，压力传感器，稳压电源，自控系统电阻发热元件（恒温器），气稳压电源，自控系统电阻发热元件（恒温器），气体传感器体传感器离子导电性离子导电性氧量传感器，高炉的控制，钠硫电池氧量传感器，高炉的控制，钠硫电池 无机材料的特性与应用无机材料的特性与应用光光、电电、磁磁学学功功能能领领域域光光电电陶陶瓷瓷 荧光性荧光性荧光体，彩色电视显象管材料荧光体，彩色电视显象管材料 偏振光性偏振光性电光偏振光元件电光偏振光元件 光电性光电性光电变换元件光电变换元件光光陶陶瓷瓷 透光性透光性耐高温耐蚀透光性，窑炉观察窗，半导性透可耐高温耐蚀透

7、光性，窑炉观察窗，半导性透可 见光性见光性 光反射性光反射性耐高温金属特性耐高温金属特性反射红外性反射红外性透过可见光，反射红外线特性（节能型窗玻璃）透过可见光，反射红外线特性（节能型窗玻璃）导光性导光性通信用光纤，光通信光缆，胃摄象机通信用光纤，光通信光缆，胃摄象机磁性磁性陶瓷陶瓷软，硬磁性软，硬磁性电脑存储元件，变压器磁芯，磁带，磁盘，磁电脑存储元件，变压器磁芯，磁带，磁盘，磁头，信用卡，冷头，信用卡，冷 藏库气密磁门藏库气密磁门热学功热学功能领域能领域传热性传热性集成电路绝缘（散热）基板集成电路绝缘（散热）基板绝热性绝热性耐热绝热体，轻质绝热体，节能型炉耐热绝热体，轻质绝热体，节能型炉耐

8、高温性耐高温性耐高温结构材料，高温炉，原子能反应堆材料耐高温结构材料，高温炉，原子能反应堆材料生物化生物化学功能学功能领域领域骨亲和性骨亲和性人工骨，人造牙根，人造关节人工骨，人造牙根，人造关节载体性载体性固定酶载体，催化剂载体，生物化学反应控制器固定酶载体，催化剂载体，生物化学反应控制器耐蚀性耐蚀性理化仪器，化工材料，化工装置内衬，原子能有关理化仪器，化工材料，化工装置内衬，原子能有关材料材料催化性催化性水煤气反应催化剂，耐热催化剂，化学用催化剂水煤气反应催化剂，耐热催化剂，化学用催化剂 机机 械械 功功 能能 领领 域域高强度，耐磨性，高强度，耐磨性，非膨胀收缩性非膨胀收缩性超高精度全陶瓷

9、车床，机床，测量机械，拉丝超高精度全陶瓷车床，机床，测量机械，拉丝模模高强度，耐高温性高强度，耐高温性高性能高效汽车发动机，燃气轮机叶片高性能高效汽车发动机，燃气轮机叶片高比强度性高比强度性汽车零件，人造卫星机体，火箭机体，飞机机汽车零件，人造卫星机体，火箭机体，飞机机体体高模量高模量高尔夫球棒，网球拍，撑杆跳高撑杆，钓鱼杆，高尔夫球棒，网球拍，撑杆跳高撑杆，钓鱼杆，各种弹簧材料各种弹簧材料超硬性超硬性研磨材料，切削工具，磨削材料研磨材料，切削工具，磨削材料润滑性润滑性轴承材料，高温润滑材料轴承材料，高温润滑材料性能本质：性能本质：外界因素（作用物理量）作用于某一物体，如：外力、外界因素（作用

10、物理量）作用于某一物体，如：外力、外界因素（作用物理量）作用于某一物体，如：外力、外界因素（作用物理量）作用于某一物体，如：外力、温度梯度、外加电场磁场、光照等，引起原子、分子温度梯度、外加电场磁场、光照等，引起原子、分子温度梯度、外加电场磁场、光照等，引起原子、分子温度梯度、外加电场磁场、光照等，引起原子、分子或离子及电子的微观运动，在宏观上表现为感应物理或离子及电子的微观运动，在宏观上表现为感应物理或离子及电子的微观运动，在宏观上表现为感应物理或离子及电子的微观运动，在宏观上表现为感应物理量，量，量，量，感应物理量与作用物理量呈一定的关系，其中有感应物理量与作用物理量呈一定的关系，其中有一

11、与材料本质有关的常数一与材料本质有关的常数材料的性能。材料的性能。二、材料的性能本质二、材料的性能本质作用作用物理物理量量 感应感应 物理量物理量公式公式材料内部的材料内部的 变化变化 材料材料 性性 能能性能的性能的 种类种类应力应力 形变形变 =S 原子发生相原子发生相对位移对位移柔性系数柔性系数 力学性能力学性能表面电表面电荷密度荷密度DD=C 原子发生相原子发生相对位移引起对位移引起偶极矩的变偶极矩的变化化压电常数压电常数 压电性能压电性能温差温差t形变形变 =t原子发生位原子发生位移移热膨胀系热膨胀系数数热学性能热学性能热量热量QQ=Ct原子振动加原子振动加强强热容热容热学性能热学性

12、能温差电温差电动势动势V=t载流子的定载流子的定向运动向运动温差电动温差电动势系数势系数导电性能导电性能温度温度梯度梯度dt/dx热流密热流密度度qq=kdt/dx原子热振动原子热振动的相互作用的相互作用热导率热导率热学热学性能性能 电电 场场 E电流电流密度密度JJ=E荷电离子远荷电离子远距离的移动距离的移动电导率电导率导电导电性能性能极化强极化强度度PP=0E宏观电场宏观电场荷电离子短荷电离子短距离的移动距离的移动介质电介质电极化率极化率介电介电性能性能离子的离子的偶极矩偶极矩 =E局部电场局部电场原子核与周原子核与周围电子发生围电子发生短距离的移短距离的移动动离子的离子的极化率极化率介电

13、介电性能性能材料的材料的形变形变 =d E偶极矩的变偶极矩的变化化压电常压电常数数压电压电性能性能预烧预烧不预烧不预烧原料分析原料分析 回转窑回转窑配料配料造粒造粒氧化物氧化物 法法化学共沉淀化学共沉淀 法法电解共沉淀电解共沉淀 法法盐类分解盐类分解 法法喷雾煅烧喷雾煅烧 法法低温化学低温化学 法法烘干烘干预烧预烧预压预压球磨球磨三、材料的制备过程三、材料的制备过程铁铁氧氧体体生生产产工工艺艺流流程程干压成型干压成型热压铸热压铸 成型成型冲压成型冲压成型挤压成型挤压成型 注浆成型注浆成型和蜡和蜡加热加热熔化熔化注浆注浆成型成型脱蜡脱蜡粘合剂粘合剂轧片轧片切割切割冲压冲压粘合剂粘合剂练泥练泥挤压

14、挤压切割切割磨加工磨加工制粉制粉加解胶剂加解胶剂成悬浮液成悬浮液 注入注入石膏模石膏模 成型成型脱模脱模喷喷雾雾造造粒粒烘干烘干过筛过筛粘合剂粘合剂造粒造粒压型压型干燥干燥检验包装检验包装生坯加工生坯加工烧结烧结热压烧结热压烧结机械加工机械加工四、材料设计的工作思路四、材料设计的工作思路改改变变结结构构制备制备观测观测测试测试 实际使用实际使用微微观观组组织织结结构构设设计计制制备备方方法法设设计计系系统统设设计计结结构构设设计计原料原料材料试样材料试样组织结构组织结构 特性特性可否可否评价评价五、无机材料物理性能课程研究的内容五、无机材料物理性能课程研究的内容 1.研究的对象研究的对象晶体、

15、晶体、陶瓷、玻璃、耐火材料、水泥等的各种物理陶瓷、玻璃、耐火材料、水泥等的各种物理性能不涉及化学性能。性能不涉及化学性能。2.研究的物理性能研究的物理性能机械性能、热学性能、电学性能、电到性能、介电机械性能、热学性能、电学性能、电到性能、介电性能、压电性能、磁学性能、光学性能性能、压电性能、磁学性能、光学性能3.学习的内容学习的内容研究的性能基本上都是各个领域在研究和应用无机研究的性能基本上都是各个领域在研究和应用无机材料中，对它们提出来的一系列技术要求，即材料材料中，对它们提出来的一系列技术要求，即材料的本征参数。需了解以下内容：的本征参数。需了解以下内容：首先，首先，掌握上述各类参数的物理

16、意义和单位以及这些参数在实掌握上述各类参数的物理意义和单位以及这些参数在实际问题中所处的地位。际问题中所处的地位。其次，其次，要搞懂这些性能参数的影响因素，即性能和材料组成、要搞懂这些性能参数的影响因素，即性能和材料组成、结构的关系，性能参数的物理本质，结构的关系，性能参数的物理本质，物理模型、变化规律、以物理模型、变化规律、以及基本的性能测试方法，及基本的性能测试方法，为判断材料优劣，正确选择和使用材为判断材料优劣，正确选择和使用材料，改变材料性能，探索新材料、新性能、新工艺打下理论基料，改变材料性能，探索新材料、新性能、新工艺打下理论基础。础。六、六、相关相关课程课程数学、物理、无机化学、

17、数学、物理、无机化学、材料力学、断裂力学、物材料力学、断裂力学、物理化学、量子力学、固体物理、电路、半导体物理、理化学、量子力学、固体物理、电路、半导体物理、介电质物理、光学原理、材料化学、材料工艺等课介电质物理、光学原理、材料化学、材料工艺等课程。程。第一章第一章第一章第一章 物理基础物理基础物理基础物理基础 第二章第二章第二章第二章 受力形变受力形变受力形变受力形变 第三章第三章第三章第三章 脆性断裂与强度脆性断裂与强度脆性断裂与强度脆性断裂与强度 第四章第四章第四章第四章 热学性能热学性能热学性能热学性能 第五章第五章第五章第五章 导电性能导电性能导电性能导电性能 第六章第六章第六章第六章 介电性能介电性能介电性能介电性能 第七章第七章第七章第七章 磁学性能磁学性能磁学性能磁学性能 第八章第八章第八章第八章 光学性能光学性能七、本课程的理论与知识体系七、本课程的理论与知识体系要在科研工作中有所作为，真正做出要在科研工作中有所作为，真正做出点有价值的研究成果，要做到三个点有价值的研究成果，要做到三个“善于善于”：要要善于善于发现和提出问题。尤其是要提发现和提出问题。尤其是要提出在科学研究上有意义的问题。出在科学研究上有意义的问题。善于善于提出模型或方法去解决问题。提出模型或方法去解决问题。善于善于做出最重要、最有意义的结论。做出最重要、最有意义的结论。黄昆黄昆