材料学概论重点

材料？材料是物质，但不是所有物质都可以称为材料。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。材料是人类社会所能接受的、可经济地制造有用物品的物质。材料的分类及类型1.按化学组成（或基本组成）分类：金属、非金属、高分子、复合2.按服役领域分类：按使用性能分为：结构材料(受力，承载)、功能材料(半导体，超导体以及光、电、声、磁等)3.按材料尺寸分类：三维、二维、一维、零维材料4.按结晶状态分类：单晶、多晶、非晶态、准晶材料沿晶断裂与穿晶断裂裂纹在晶粒内部扩展，并穿过晶界进入相邻晶粒继续扩展直至断裂称为穿晶断裂；裂纹沿晶界扩展导致断裂称为沿晶断裂磨损的定义及分类在机件表面互相接触并作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。根据摩擦面损伤和破坏的形式，大致可以分为：黏着磨损、磨料磨损、腐蚀磨损及疲劳磨损。结构材料的失效及常见的失效形式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有如下4种：1.过量变形2.断裂3.磨损4.腐蚀材料在国民经济中的地位及作用★材料的发展史，就是人类社会的发展史。材料的发展史，就是科学技术的发展史。★材料是当代文明的三大支柱之一。材料、能源、信息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的物质基础和技术先导。★材料是全球新技术革命的四大标志之一。新材料技术、新能源技术、信息技术、生物技术。断裂韧度衡量材料在裂纹存在的情况下抵抗脆性撕裂的能力。固溶体：加盟组元原子占据基本组元原子晶体所占位置的一部分或他们之间的某些空隙而仍保持基本组元的晶体结构，这种晶体便称为固溶体，加盟组元称为溶质，基本组元称为溶剂。Fe-C相图有什么作用碳在铁碳合金中的作用主要反映在铁碳相图上。铁素体：碳与α相(BCC)铁形成的间隙固溶体。奥氏体：碳与γ相(FCC)铁形成的间隙固溶体。渗碳体：碳与铁一起形成可用分子式Fe3C表示的化合物，硬且脆。退火、淬火退火是把钢加热到适当温度，保温一定时间，然后缓慢冷却，以获得接近平衡组织的热处理工艺。退火的目的在于均匀化学成分、改善机械性能及工艺性能、消除或减少内应力并为零件最终热处理作好组织准备。根据处理的目的和要求，钢的退火可分为完全退火、等温退火、球化退火、扩散退火和去应力退火。淬火工艺是将钢加热至奥氏体化后，快速冷却，使组织转变为马氏体的热处理工艺。钢铁的常规热处理工艺种类及特点退火（完全、球化、扩散、再结晶、去应力退火）、正火、淬火（马氏体、等温淬火）、回火（低温、中温、高温回火）合金钢牌号的命名规则是什么编号原则：合金钢是按碳的质量分数、合金元素的种类和数量以及质量级别来编号。★在牌号之首用数字标明碳的质量分数。结构钢用碳的平均质量分数的万分数来表示（两位数）；工具钢和特殊性能钢用碳的平均质量分数的千分数来表示（一位数），而工具钢的碳的质量分数超过1%时，就不再标出。★在之后用元素符号表明钢中的主要合金元素，质量分数由其后缀的数字标明，平均质量分数小于1.5%时不标，平均质量分数为1.5%-2.49%、2.5%-3.49%时，相应标出2、3等。40Cr钢（结构钢），C%=0.40%，Cr含量在1.5%以下。5CrMnMo钢（工具钢），C%=0.5%，CrMnMo含量都小于1.5%。CrWMn，C%大于1%，合金元素含量均小于1.5%。滚动轴承钢GCr15，C%约为1%，Cr%为1.5%。G：滚动；Y40Mn（结构钢）,C%为0.40%，Mn%小于1.5%的易切削钢。Y:易切削；不锈钢的特点及不锈的原理是什么不锈钢是指在大气和一般腐蚀介质中具有很高耐蚀性的钢种。不锈钢的特点：（1）耐腐蚀性能越高，碳的含量要越少。因为C的存在增加阴极相（碳化物），特别是与Cr能形成碳化物在晶界析出。（2）Cr能提高基体的电极电位，Cr在氧化性介质中极易钝化，生成致密的氧化膜，使钢的耐蚀性大大提高。（3）加入Mo、Cu等，可提高钢在非氧化性酸中的耐蚀能力。（4）加入Ti、Nb等，能比Cr优先与C形成稳定的碳化物。（5）加入Mn、N等，部分替代Ni，提高在有机酸中的耐蚀性。原理：Cr能提高基体的电极电位，在粒子数分数为12.5%时，基体的电极电位可由-0.56V跃升到+0.12V。传统陶瓷、特种陶瓷的概念及分类传统陶瓷主要指黏土制品，以天然的硅酸盐矿物为原料经粉碎、成形、烧结制成的产品。包括日用陶瓷、建筑陶瓷、卫生陶瓷、化工陶瓷等，产量大，用途广。特种陶瓷是以高纯化工原料和合成矿物为原料，沿用传统陶瓷的工艺流程制备的陶瓷，是具有特殊力学、物理或化学性能的陶瓷。也称为现代陶瓷、新型陶瓷、精细陶瓷、高技术陶瓷等。按性能和应用可分为：电子陶瓷、光学陶瓷等；按化学成分可分为：氧化物陶瓷和非氧化物陶瓷；最常用的分类方法：结构陶瓷材料（工程陶瓷材料）和功能陶瓷材料；特种陶瓷与普通陶瓷的区别在原料上，突破了传统陶瓷以黏土为主要原料的局限，特种陶瓷一般以纯度较高的氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硅化物等为主要原料；在制备上，突破了传统陶瓷以炉窑为主要烧结设备的界限，广泛采用真空烧结、保护气氛烧结，采用热压、热等静压等手段；在性质上，特种陶瓷有不同的特殊性质和功能。陶瓷材料的晶体缺陷具体有哪些分为3种：点缺陷、线缺陷和面缺陷。1材料晶体中也存在置换原子、间隙原子及空位等点陷，并形成置换固溶体与间隙固溶体。2线缺陷位错在陶瓷材料中的作用远不如在金属材料中那么重要。3陶瓷是由微细颗粒的原料烧结而成的，一般都是多晶体。因而，陶瓷中也存在晶界、亚晶界等面缺陷提高陶瓷材料强度及减轻脆性的途径首先，制造微晶、高密度、高纯度的陶瓷，提高晶体的完整性是陶瓷发展的重要方向。如热压工艺制成的Si3N4陶瓷，几乎没有气孔，强度接近理论值。把陶瓷制成截面细小的纤维及晶须，减少缺陷存在的几率，强度可提高1-2数量级。其次，通过适当工艺在陶瓷表面造成一层残余压应力，以部分抵消外加拉应力，可提高其强度。再次，复合强化是发挥陶瓷材料优势的重要途径。纤维增强的陶瓷基复合材料可有效地改善材料的强韧性。生物陶瓷的定义、种类、优点及生物材料的发展趋势生物陶瓷是用于人体器官替换、修补及外科矫形等的陶瓷材料。分类：生物惰性陶瓷（氧化铝陶瓷、氧化锆陶瓷、碳素类陶瓷）、生物活性陶瓷（磷酸钙陶瓷、生物活性玻璃陶瓷、Na2O-K2O-MgO-CaO-SiO2-P2O5系陶瓷、BGC人工骨）优点：具有良好的力学性能，并且极其稳定；在体内难于溶解，不易氧化，不易腐蚀变质，热稳定性好，便于消毒；耐磨，有一定润滑性，不易产生疲劳现象，而且和人体组织的亲和性好；组成范围比较宽，可以根据实际应用的要求设计组成，以调节性能；容易成形，可以根据需要制成各种形态和尺寸。耐火材料耐火材料是耐火度不低于1580℃的无机非金属材料。种类：氧化硅质耐火材料、硅酸铝质耐火材料、镁质耐火材料、碳质耐火材料、不定形耐火材料性能指标：耐火度、高温荷重变形温度、热震稳定性、抗渣性。不定型耐火材料定义及其分类不定形耐火材料是由合理级配的颗粒料、粉状料与结合剂共同组成的不经成型和烧成而直接使用的耐火材料。按耐火骨料品质分类:硅质、粘土质、高铝质、镁质等等按所用结合剂分类:水泥结合、粘土结合、水玻璃结合、超微粉结合等等按热工设备或使用部位命名（技术文本或商务上使用较多）:转炉镁质喷补料、钢包永久层浇注料、高炉出铁沟浇注料等等；按施工和使用方法分类（该方法在实际使用中最多）耐火浇注料：一般借助振动器施工耐火捣打料：借助风镐或人工捣打耐火喷涂、喷补、涂抹料：借助喷补机或人工涂抹耐火泥（浆）：人工砌筑耐火砖的填缝材料耐火投射料：以投射方式施工耐火度、荷重软化温度耐火材料在高温作用下而不熔化的性质称为耐火度。一般用材料在规定实验条件下达到特定软化程度时的温度来衡量。耐火材料的耐火度一定要高于炉子的工作温度。荷重软化温度是耐火材料在规定的升温条件下，受恒定载荷产生规定变形时的温度；是耐火材料以恒荷重、持续升温法所测定的高温力学性质；表示制品对高温和荷重同时作用的抵抗能力；表示耐火材料呈现明显塑性变形的软化范围。陶瓷的定义、相组成及性能特点广义概念:用原料处理—成型—煅烧的生产方法制造的无机非金属固体材料和制品的通称陶瓷的组成相大致可分为3种：晶体相、玻璃相和气相。陶瓷材料的性能特点力学性能：硬度、强度、韧性；热性能：导热性、抗热震性；共聚物两种或更多种的小分子一个接一个地连接成链状或网状结构的高分子，称为共聚物。均聚物、无规共聚物、交替共聚物、嵌段共聚物、接枝共聚物。立体异构化学组成相同的高分子中，原子或原子团在三维空间由化学键连结的排列不同，这种情况称为高分子的立体异构。分为两类：一是手性碳原子产生的光学异构体，二是分子中双键或环上的取代基空问排布不同的几何异构体。高分子的立构规整性对材料性质极为重要，它影响分子间力，从而使材料的力学性能不同。对几何异构来说，有规几何异构包括顺式和反式两种，取代基处在双键同侧的为顺式，处在异侧的为反式高分子材料的定义以及三大合成高分子材料定义：有结构单元以共价键的形式通过聚合反应重复连接而成的链状化合物，高分子也称聚合物或是高聚物，英文都是polymer。特点：主要由C、H、O组成。分子量多分散性，只有一定的范围，是分子量不等的同系物的混合物；分子量很大；没有固定的熔点，只有一段宽的温度范围。塑料、橡胶、纤维称为三大合成材料。高分子材料的进程结构和远程结构的内容高分子的链结构又分近程结构和远程结构。1).近程结构包含结构单元的化学组成、结构单元的键接方式、结构单元空间立构、支化与交联、结构单元键接序列。高分子链结构单元的化学组成直接决定链的形状和性质，不同的化学组成形成不同的高分子品种，从而具有不同的性质和用途。2).远程结构包含高分子链尺寸（相对分子质量）和高分子链的形态（高分子链的构象和链柔性）。纤维增韧纤维增强复合材料指由高强度、高弹性模量的脆性纤维作增强体与韧性基体或脆性基体经过一定工艺复合而成的多相材料。设计纤维增强复合材料的目标：提高基体在室温下和高温下的强度和弹性模量。5．纤维的排列方向应符合构件的受力要求。6．纤维越细，缺陷越小，强度越高，有利于增强。7.长纤维对增强有利。复合材料的分类定义：复合材料是由两种或两种以上物理和化学性能不同的物质组合而成的一种多相固体材料。复合材料的基本组分可划分为基体相（基体材料）和增强相（增强材料）两种。复合材料的性能特点1.比强度和比模量高2.抗疲劳与断裂安全性能好3.良好的减振性能4.良好的高温性能。多相：至少两相；独立性：相是独立的，组成和性能独立；复合效应：具备不同于组成相的独特的性能的效应；可设计性：组成、结构和性能具有可设计性。颗粒增韧陶瓷基复合材料的韧化机理1).相变增韧2).微裂纹增韧3).裂纹转向与分叉增韧裂纹ZrO2马氏体相变增韧的机理及使用条件氧化锆相变增韧是利用ZrO2马氏体相变达到增韧目的的。氧化锆在一定温度和应力场作用下，亚稳定四方氧化锆(t-ZrO2)颗粒转变为单斜相氧化锆(mZrO2)。伴随着这种相变有3％-5％的体积膨胀，因而产生压缩应力，从而抵消外加应力阻止裂纹扩展，达到增韧目的。