材料的分类
材料种类繁多，根据不同的需求产生了月种不同角度的分类方法。在展示设计范围内，材料是指用于展示设计且不依赖于人的意识而客观存在的所有物质。因此，设计材料所涉及范围十分广泛，从气态、液态到固态，从单质到化合物，无论是传统材料还是现代材料，无论是天然材料还是人工材料，无论是单一材料还是复合材料，均是设计的物质婆药出。为了更好的了解材料的全貌，可以从以下几个角度浏材料进行分类。
（一）按材料的来源分类第一代的天然材料，是指不改变在自然界中所保持的状态或只施加佃度加工的材料，如，木材、竹、棉、毛、皮革、石材等。
第二代的加工材料，利用天然材料经不同程度的加工而得到的材料，依据加工程度从低到高有：人造板、纸、水泥、金属、陶瓷、玻璃等。
第三代的合成材料r利用化学合成方法将石油、天然庄潮煤等原料加工制造而得的高分子材料，如橡胶、塑料、纤维等。
第四代的复合材料，用有机、无机以及非金属乃至金属等各种原材料复合而成的材料。
第五代的智能材料或应变材料，随环境条件的变化具应变能力，拥有潜在功能的高级形式的复合材料。
（二）按材料的物质结构分类可以把展示设计材料分为四大类：一是金属材料：黑色金属、有色金属等；二是无机材料：石材、陶瓷、玻璃、石膏等；三是有机材料：木材、皮革、塑料、橡胶等二四是复合材料：玻璃钢、碳纤维复合材料等。
（三）按材料的形态分类设计所用的材料为了加工与使用的方便，往往事先制成一定的形态，按照形态通常将材料抽象的分为三大类：线状材料，设计中所用的线状材料主要有：钢管、钢丝、铝管、金属棒、塑料管、塑料棒、木条、竹条、藤条等。
板状材料，设计中所用的板材有金属板、木板、塑料板、合成板、金属网板、皮革、纺织布、玻璃板、纸板等。
块状材料，设计中常用的块状材料有木材、石材、泡沫塑料、渴疑土、铸钢、铸铁、铸铝、油泥、石膏等。
材料分类 1. 材料的分类 1.1 按材料的性质分为： ①无机材料：金属材料；无机非金属材料 ②有机材料：高分子材料 1.2 按材料的构成分为： ①单质材料 ②复合材料：由两种或两种以上异质、异形、异性的材料 复合形成的新型材料。 2. 按材料的性能特点和用途分为： ①结构材料：以强度为主要功能的材料（强调材料的力学性 能） ②功能材料：以物理、化学、生物性能为主要功能的材料。 （强调材料的特殊物理、化学、生物功能）这类材料具有优良 的电、磁、声、光、热、化学、生物等功能，是高技术材料。 如： 电功能材料：超导材料、半导体材料、新型导电高分子材料 磁功能材料：磁记录材料、磁制冷材料、稀土永磁材料 光功能材料：光吸收材料、光反射材料、激光材料、光记录材料、光纤维材料 新能源材料：光电转换材料、储氢材料 其他功能材料：形状记忆合金、智能材料、梯度功能材料、生物医用 材料、信息材料、生态环境材料等。 功能材料是材料的发展方向，使材料领域最活跃、最具有发展前途的材料。 3. 二十一世纪材料领域的发展趋势 （1）继续重视发展高性能的新型金属结构材料 所谓高性能的结构材料是指具有高强度、高韧性、耐高温、耐低温、抗腐蚀、抗辐射等性能的材料。这类材料对发展空间技术、核能、海洋开发、石油、化工、交通运输等具有非常重要的作用。 途径：发展高性能的结构材料主要依靠采用新技术、新工艺改造传统金属材料，如合金成分的合理设计，微量元素的加入与控制，特殊组织结构的控制等，从而大幅度提高金属材料的性能。 注：σb≥600MPa为高强度钢；σb≥1500MPa,σ0.2>1400MPa为超高强度钢
（2）研究与开发非晶合金、纳米材料 非晶合金（amorphous alloy）也称为金属玻璃（metallic glass）作为一种新材料具有非常独特的物理、化学性能，在电子、能源、抗腐蚀材料等领域得到日益广泛的应用。随着生产工艺的不断完善，研究的不断深入，非晶合金逐渐成为一种具有广阔前景的新材料。 纳米材料（nanometer materials）是由直径为纳米数量级的粒子压缩而成的。与传统材料相比，纳米材料具有非常优异的性能。近年来，纳米材料的发展非常迅速，世界各国都极为重视，不断加大投入。可以说纳米材料是未来高科技领域最重要的新材料。 （3）复合材料是高性能新型结构材料的重要发展方向 复合材料的发展经历了以下几个阶段： ①第一代复合材料是玻璃钢 ②第二代复合材料是树脂与碳纤维复合材料 ③第三代复合材料是金属基、陶瓷基和碳-碳复合材料 碳纤维材料：由碳元素组成，结构象人造丝、合成纤维一样的纤维状材料，其强度比钢高得多，而密度却比铝还小，有优良的电学、热学和力学性能，既耐低温（-180℃），又耐高温（3000℃），是唯一在高温下随温度的升高而强度增大的材料。 新世纪复合材料的发展以第三代复合材料为重点。 （4）功能材料是材料领域最活跃的部分，是新材料的代表 （5）新材料工程与工艺日新月异，促进了新材料的发展 新材料工程与工艺包括： ①材料表面改性与优化工程与工艺 ②激冷凝固工程与工艺 ③低维材料工程与工艺 ④超塑性加工工程与工艺
材料科学基础试卷(一) 一、概念辨析题（说明下列各组概念的异同。任选六题，每小题3分，共18分） 1 晶体结构与空间点阵 2 热加工与冷加工 3 上坡扩散与下坡扩散 4 间隙固溶体与间隙化合物 5 相与组织 6 交滑移与多滑移 7 金属键与共价键 8 全位错与不全位错 9 共晶转变与共析转变 二、画图题（任选两题。每题6分，共12分） 1 在一个简单立方晶胞内画出［010］、［120］、［210］晶向和（110）、（112）晶面。 2 画出成分过冷形成原理示意图（至少画出三个图）。 3 综合画出冷变形金属在加热时的组织变化示意图和晶粒大小、内应力、强度和塑性变化趋势图。 4 以“固溶体中溶质原子的作用”为主线，用框图法建立与其相关的各章内容之间的联系。 三、简答题（任选6题，回答要点。每题5分，共30 分） 1 在点阵中选取晶胞的原则有哪些？ 2 简述柏氏矢量的物理意义与应用。 3 二元相图中有哪些几何规律？ 4 如何根据三元相图中的垂直截面图和液相单变量线判断四相反应类型？ 5 材料结晶的必要条件有哪些？ 6 细化材料铸态晶粒的措施有哪些？ 7 简述共晶系合金的不平衡冷却组织及其形成条件。 8 晶体中的滑移系与其塑性有何关系？ 9 马氏体高强度高硬度的主要原因是什么？ 10 哪一种晶体缺陷是热力学平衡的缺陷，为什么？ 四、分析题（任选1题。10分） 1 计算含碳量w=0.04的铁碳合金按亚稳态冷却到室温后，组织中的珠光体、二次渗碳体和莱氏体的相对含量。 2 由扩散第二定律推导出第一定律，并说明它们各自的适用条件。 3 试分析液固转变、固态相变、扩散、回复、再结晶、晶粒长大的驱动力及可能对应的工艺条件。 五、某面心立方晶体的可动滑移系为(111) [110].（15分） (1) 指出引起滑移的单位位错的柏氏矢量. (2) 如果滑移由纯刃型位错引起,试指出位错线的方向. (3) 如果滑移由纯螺型位错引起,试指出位错线的方向. (4) 在(2),(3)两种情况下,位错线的滑移方向如何? (5) 如果在该滑移系上作用一大小为0.7MPa的切应力，试确定单位刃型位错和螺型位错 线受力的大小和方向。（点阵常数a=0.2nm)。 六、论述题（任选1题，15分） 1 试论材料强化的主要方法、原理及工艺实现途径。 2 试论固态相变的主要特点。 3 试论塑性变形对材料组织和性能的影响。
SCI(EI)收录的材料类期刊 1 NATURE NATURE 自然0028-0836 27.955 https://www.doczj.com/doc/368481044.html,/ 2 SCIENCE SCIENCE 科学0036-8075 23.329 https://www.doczj.com/doc/368481044.html,/ 3 SURF SCI REP SURFACE SCIENCE REPORTS 表面科学报告0167-5729 14.091 https://www.doczj.com/doc/368481044.html,/science/journal/01675729 4 Prog Mater Sci Progress In Materials Science 材料科学进展0079-642 5 14 http//www.elsevier.nl/inca/publications/store/4/1/4/ 5 Prog Surf Sci Progress In Surface Science 表面科学进展0079-681 6 7.96 https://www.doczj.com/doc/368481044.html,/science/journal/00796816 6 PHYS REV LETT PHYSICAL REVIEW LETTERS 物理评论快报0031-900 7 6.668 https://www.doczj.com/doc/368481044.html,/ 7 MA T SCI ENG R MA TERIALS SCIENCE & ENGINEERING R-REPORTS 材料科学与工程报告0927-796X 6.143 https://www.doczj.com/doc/368481044.html,/science/journal/0927796X 8 ADV POL YM SCI ADV ANCES IN POL YMER SCIENCE 聚合物科学发展0065-3195 6.053 https://www.doczj.com/doc/368481044.html,/science/journal/00796700 9 ADV MATER ADV ANCED MA TERIALS 先进材料0935-9648 5.579 http://www.wiley-vch.de/publish/en/journals/alphabeticIndex/2089/ 10 ANNU REV MATER SCI ANNUAL REVIEW OF MA TERIALS SCIENCE 材料科学年度评论0084-6600 5.405 https://www.doczj.com/doc/368481044.html,/loi/matsci?cookieSet=1
材料科学基础 第零章材料概论 该课程以金属材料、陶瓷材料、高分子材料及复合材料为对象，从材料的电子、原子尺度入手，介绍了材料科学理论及纳观、微观尺度组织、细观尺度断裂机制及宏观性能。核心是介绍材料的成分、微观结构、制备工艺及性能之间的关系。 主要内容包括：材料的原子排列、晶体结构与缺陷、相结构和相图、晶体及非晶体的凝固、扩散与固态相变、塑性变形及强韧化、材料概论、复合材料及界面，并简要介绍材料科学理论新发展及高性能材料研究新成果。 材料是指：能够满足指定工作条件下使用要求的，就有一定形态和物理化学性状的物质。 按基本组成分为：金属、陶瓷、高分子、复合材料 金属材料是由金属元素或以金属元素为主，通过冶炼方法制成的一类晶体材料，如Fe、
Cu、Ni等。原子之间的键合方式是金属键。陶瓷材料是由非金属元素或金属元素与非金属元素组成的、经烧结或合成而制成的一类无机非金属材料。它可以是晶体、非晶体或混合晶体。原子之间的键合方式是离子键，共价键。 聚合物是用聚合工艺合成的、原子之间以共价键连接的、由长分子链组成的髙分子材料。它主要是非晶体或晶体与非晶体的混合物。原子的键合方式通常是共价键。 复合材料是由二种或二种以上不同的材料组成的、通过特殊加工工艺制成的一类面向应用的新材料。其原子间的键合方式是混合键。 材料选择： 密度 弹性模量:材料抵抗变形的能力 强度:是指零件承受载荷后抵抗发生破坏的能力。 韧性：表征材料阻止裂纹扩展的能力功能成本
结构(Structure) 性质(Properties) 加工(Processing) 使用性能(Performance) 在四要素中，基本的是结构和性能的关系，而“材料科学”这门课的主要任务就是研究材料的结构、性能及二者之间的关系。 宏观结构←显微镜下的结构←晶体结构←原子、电子结构 重点讨论材料中原子的排列方式（晶体结构）和显微镜下的微观结构（显微组织）的关系。以及有哪些主要因素能够影响和改变结构，实现控制结构和性能的目的。 第一章材料结构的基本知识 1.引言 材料的组成不同，性质就不同。 同种材料因制备方法不同，其性能也不同。这是与材料的内部结构有关：原子结构、原子键合、原子排列、显微组织。 原子结构 主量子数n
金属学与热处理总结 一、金属的晶体结构 重点内容：面心立方、体心立方金属晶体结构的配位数、致密度、原子半径，八面体、四面体间隙个数；晶向指数、晶面指数的标定；柏氏矢量具的特性、晶界具的特性。 基本内容：密排六方金属晶体结构的配位数、致密度、原子半径，密排面上原子的堆垛顺序、晶胞、晶格、金属键的概念。晶体的特征、晶体中的空间点阵。 晶胞：在晶格中选取一个能够完全反映晶格特征的最小的几何单元，用来分析原子排列的规律性，这个最小的几何单元称为晶胞。 金属键：失去外层价电子的正离子与弥漫其间的自由电子的静电作用而结合起来，这种结合方式称为金属键。 位错：晶体中原子的排列在一定范围内发生有规律错动的一种特殊结构组态。 位错的柏氏矢量具有的一些特性： ①用位错的柏氏矢量可以判断位错的类型；②柏氏矢量的守恒性，即柏氏矢量与回路起点及回路途径无关；③位错的柏氏矢量个部分均相同。 刃型位错的柏氏矢量与位错线垂直；螺型平行；混合型呈任意角度。 晶界具有的一些特性： ①晶界的能量较高，具有自发长大和使界面平直化，以减少晶界总面积的趋势；②原子在晶界上的扩散速度高于晶内，熔点较低；③相变时新相优先在晶界出形核；④晶界处易于发生杂质或溶质原子的富集或偏聚；⑤晶界易于腐蚀和氧化；⑥常温下晶界可以阻止位错的运动，提高材料的强度。 二、纯金属的结晶 重点内容：均匀形核时过冷度与临界晶核半径、临界形核功之间的关系；细化晶粒的方法，铸锭三晶区的形成机制。 基本内容：结晶过程、阻力、动力，过冷度、变质处理的概念。铸锭的缺陷；结晶的热力学条件和结构条件，非均匀形核的临界晶核半径、临界形核功。 相起伏：液态金属中，时聚时散，起伏不定，不断变化着的近程规则排列的原子集团。 过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度的差称为过冷度。 变质处理：在浇铸前往液态金属中加入形核剂，促使形成大量的非均匀晶核，以细化晶粒的方法。 过冷度与液态金属结晶的关系：液态金属结晶的过程是形核与晶核的长大过程。从热力学的角度上看，
1.固相烧结：固态粉末在适当的温度，压力，气氛和时间条件下，通过物质与气孔之间的传质，变为坚硬、致密烧结体的过程。 液相烧结：有液相参加的烧结过程。 2.金属键:自由电子与原子核之间静电作用产生的键合力。 3.离子键：金属原子自己最外层的价电子给予非金属原子，使自己成为带正电的正离子，而非金属得到价电子后使自己成为带负电的负离子，这样正负离子靠它们之间的静电引力结合在一起。 共价键：由两个或多个电负性相差不大的原子间通过共用电子对而形成的化学键。氢键：由氢原子同时与两个电负性相差很大而原子半径较小的原子（O，F，N等）相结合而产生的具有比一般次价键大的键力。 弗兰克缺陷：间隙空位对缺陷 肖脱基缺陷：正负离子空位对的 奥氏体：γ铁内固溶有碳和(或)其他元素的、晶体结构为面心立方的固溶体。 布拉菲点阵:除考虑晶胞外形外，还考虑阵点位置所构成的点阵。 不全位错：柏氏矢量不等于点阵矢量整数倍的位错称为不全位错。 玻璃化转变温度：过冷液体随着温度的继续下降，过冷液体的黏度迅速增大，原子间的相互运动变得更加困难，所以当温度降至某一临界温度以下时，即固化成玻璃。这个临界温度称为玻璃化温度Tg。 表面能:表面原子处于不均匀的力场之中，所以其能量大大升高，高出的能量称为表面自由能（或表面能）。 半共格相界：若两相邻晶体在相界面处的晶面间距相差较大，则在相界面上不可能做到完全的一一对应，于是在界面上将产生一些位错，以降低界面的弹性应变能，这时界面上两相原子部分地保持匹配，这样的界面称为半共格界面或部分共格界面。 柏氏矢量:描述位错特征的一个重要矢量，它集中反映了位错区域内畸变总量的大小和方向，也使位错扫过后晶体相对滑动的量。 柏氏矢量物理意义： ①从位错的存在使得晶体中局部区域产生点阵畸变来说：一个反映位错性质以及由位错引起的晶格畸变大小的物理量。 ②从位错运动引起晶体宏观变形来说：表示该位错运动后能够在晶体中引起的相对位移。 部分位错：柏氏矢量小于点阵矢量的位错 包晶转变：在二元相图中，包晶转变就是已结晶的固相与剩余液相反应形成另一固相的恒温转变。 包析反应:由两个固相反应得到一个固相的过程为包析反应。 包析转变：两个一定成分的固相在恒温（T）下转变为一个新的固相的恒温反应。包析转变与包晶转变的相图特征类似，只是包析转变中没有液相，只有固相。 粗糙界面：界面的平衡结构约有一半的原子被固相原子占据而另一半位置空着，这时界面称为微观粗糙界面。 重合位置点阵：当两个相邻晶粒的位相差为某一值时，若设想两晶粒的点阵彼此通过晶界向对方延伸，则其中一些原子将出现有规律的相互重合。由这些原子重合位置所组成的比原来晶体点阵大的新点阵，称为重合位置点阵。 成分过冷；界面前沿液体中的实际温度低于由溶质分布所决定的凝固温度时产生的过冷。
材料科学类就业前景 材料无处不在大千世界中的材料无所不包、无处不在。吃、穿、住、行，每个人每天会碰到诸如金属、橡胶、磁性、光电等众多材料，小到一根针、一张纸、一个塑料袋、一件衣服，大到交通工具、医疗器械、工程建筑、信息通讯、航天航空，处处都有材料科学的身影。 材料科学与工程是一个涉及材料学、工程学和化学等方面的较宽口径专业。该专业以材料学、化学、物理学为基础，主要研究的是材料成分、结构、加工工艺与其性能和应用。事实上，人类文明发展史，就是一部如何更好地利用材料和创造材料的历史，材料的不断创新和发展，也极大地推动了社会经济的发展。 在《普通高等学校本科专业目录》中，材料科学与工程属于工学里材料类之中的一个一级学科，下设的二级学科包括材料学、材料物理与化学、材料加工工程等几个主要的专业方向。材料类还包含很多专业，主要有：金属材料工程、无机非金属材料工程、复合材料与工程、高分子材料与工程等。 材料科学与工程专业在大学一、二年级一般会安排基础科目的学习，如高等数学、线性代数、普通物理、计算机基础、C语言、英语等。高年级以后会开设专业课程，如无机化学、有机化学、物理化学、分析化学、材料科学与工程概
论、材料物理性能、材料力学、材料工程基础、材料专业基础实验、工程材料力学性能、现代材料研究技术，等等。(专业课程因各校侧重不同会有一定差异) 回顶部 据教育部公布的XX年本专科专业就业状况显示，材料科学与工程专业普通高校毕业生规模在万人-万人。就业保持稳定，连续三年就业率区间一直处于90%-95%之间。业内人士表示，材料科学与工程是一个基础性学科，应用广泛，在工科专业中就业率不算最高，但是还是比比较稳定的。 以北京化工大学为例，该校材料科学与工程学院XX届毕业生总就业率为100%，就业地区主要分布多在京、津、沪及各省会和沿海发达城市，就业分布最多五省市：广东、山东、上海、天津、北京。就业方向：国有企业比例为%，三资企业为%，机关事业单位为%。其中去往中石油、中石化等石油和化工行业的人数较多，比例为%。 北京航空航天大学材料科学与工程专业毕业生就业率可以达100%。 上海交通大学该专业近年来在传统学科中脱颖而出，本科生就业率一直处于99%左右。 随着人类进入新世纪和科学的发展，无论是工业领域、建筑领域、医用领域还是航空领域，材料学都面临着技术突破和重大产业发展机遇。同时以高分子材料、纳米材料、光
《材料科学基础》课后习题答案 第一章材料结构的基本知识 4. 简述一次键和二次键区别 答：根据结合力的强弱可把结合键分成一次键和二次键两大类。其中一次键的结合力较强，包括离子键、共价键和金属键。一次键的三种结合方式都是依靠外壳层电子转移或共享以形成稳定的电子壳层，从而使原子间相互结合起来。二次键的结合力较弱，包括范德瓦耳斯键和氢键。二次键是一种在原子和分子之间，由诱导或永久电偶相互作用而产生的一种副键。 6. 为什么金属键结合的固体材料的密度比离子键或共价键固体为高？ 答：材料的密度与结合键类型有关。一般金属键结合的固体材料的高密度有两个原因：（1）金属元素有较高的相对原子质量；（2）金属键的结合方式没有方向性，因此金属原子总是趋于密集排列。相反，对于离子键或共价键结合的材料，原子排列不可能很致密。共价键结合时，相邻原子的个数要受到共价键数目的限制；离子键结合时，则要满足正、负离子间电荷平衡的要求，它们的相邻原子数都不如金属多，因此离子键或共价键结合的材料密度较低。 9. 什么是单相组织？什么是两相组织？以它们为例说明显微组织的含义以及显微组织对性能的影响。 答：单相组织，顾名思义是具有单一相的组织。即所有晶粒的化学组成相同，晶体结构也相同。两相组织是指具有两相的组织。单相组织特征的主要有晶粒尺寸及形状。晶粒尺寸对材料性能有重要的影响，细化晶粒可以明显地提高材料的强度，改善材料的塑性和韧性。单相组织中，根据各方向生长条件的不同，会生成等轴晶和柱状晶。等轴晶的材料各方向上性能接近，而柱状晶则在各个方向上表现出性能的差异。对于两相组织，如果两个相的晶粒尺度相当，两者均匀地交替分布，此时合金的力学性能取决于两个相或者两种相或两种组织组成物的相对量及各自的性能。如果两个相的晶粒尺度相差甚远，其中尺寸较细的相以球状、点状、片状或针状等形态弥散地分布于另一相晶粒的基体内。如果弥散相的硬度明显高于基体相，则将显著提高材料的强度，同时降低材料的塑韧性。 10. 说明结构转变的热力学条件与动力学条件的意义，说明稳态结构和亚稳态结构之间的关系。 答：同一种材料在不同条件下可以得到不同的结构，其中能量最低的结构称为稳态结构或平衡太结构，而能量相对较高的结构则称为亚稳态结构。所谓的热力学条件是指结构形成时必须沿着能量降低的方向进行，或者说结构转变必须存在一个推动力，过程才能自发进行。热力学条件只预言了过程的可能性，至于过程是否真正实现，还需要考虑动力学条件，即反应速度。动力学条件的实质是考虑阻力。材料最终得到什么结构取决于何者起支配作用。如果热力学推动力起支配作用，则阻力并不大，材料最终得到稳态结构。从原则上讲，亚稳态结构有可能向稳态结构转变，以达到能量的最低状态，但这一转变必须在原子有足够活动能力的前提下才能够实现，而常温下的这种转变很难进行，因此亚稳态结构仍可以保持相对稳定。 第二章材料中的晶体结构 1. 回答下列问题： （1）在立方晶系的晶胞内画出具有下列密勒指数的晶面和晶向： 32）与[236] （001）与[210]，（111）与[112]，（110）与[111]，（132）与[123]，（2 （2）在立方晶系的一个晶胞中画出（111）和（112）晶面，并写出两晶面交线的晶向指数。 解：（1）
教科版小学科学三年级上册《给身边的材 料分类》教案 教科版小学科学三年级上册《给身边的材料分类》教案【教学目标】 科学概念： 1．物体是由一种或多种材料做成的，我们周围存在着许多不同种类的材料。 2．物体可以根据构成它的材料的性质来描述，也可以根据这些性质来区分一组物体或材料。 过程与方法： 1.根据可观察到的特征和性质，对物体和材料进行 描述和分类。 2.将学习到的知识和解决问题的方法运用到新的情 境中去。 3.通过回顾和反思，不断完善自己的原有认识。 情感态度价值观： 发展探究物质世界的兴趣。 【教学重点】 通过回顾和反思，不断完善自己对材料的认识。 【教学难点】 把物体和材料联系起来，会从物理特性的角度看待 物体和材料。
【教学准备】 1．学生课前搜集可再利用材料的资料。 2.教师准备各种用不同材料制成的物品图片，自制 复合纸（在普通纸外面用塑料薄膜覆盖起来）一份。 【教学过程】 一、给我们生活中的物品分类 1.出示各种用不同材料制成的物品图片。小组合作，根据各种物体使用材料的不同进行分类，填入书本P61 表中。 2.汇报交流并进行小结： ①不同物体是由不同的材料制成的，材料的不同特 性决定了它们不同的用途。 ②同一物品的不同部位可能由不同的材料制成，这 也是根据使用要求和材料特性造成的。 二、对所学过的材料按物理性质进行总结归纳 1．出示表格。这些是我们这单元研究过的材料，它们都有哪些特性呢？我们来进行一次盘点总结。 2．小组填写表格（在水中沉还是浮用“↓”或“↑”表示，其它部分用“√”或“×”表示。 3．汇报交流，注意不同材料之间的横向比较。 三、材料与环境 1．我们使用的材料有的是天然材料，像木头、黏土、
全球材料类SCI收录期刊影响因子排名 期刊英文名中文名影响因子 Nature自然 Science科学 Nature Material自然（材料） Nature Nanotechnology自然（纳米技术） Progress in Materials Science材料科学进展 Nature Physics自然（物理） Progress in Polymer Science聚合物科学进展 Surface Science Reports表面科学报告 Materials Science & Engineering R-reports材料科学与工程报告 Angewandte Chemie-International Edition应用化学国际版 Nano Letters纳米快报 Advanced Materials先进材料 Journal of the American Chemical Society美国化学会志 Annual Review of Materials Research材料研究年度评论 Physical Review Letters物理评论快报 Advanced Functional Materials先进功能材料 Advances in Polymer Science聚合物科学发展 Biomaterials生物材料 Small微观？ Progress in Surface Science表面科学进展 Chemical Communications化学通信 MRS Bulletin材料研究学会（美国）公告 Chemistry of Materials材料化学 Advances in Catalysis先进催化 Journal of Materials Chemistry材料化学杂志 Carbon碳 Crystal Growth & Design晶体生长与设计 Electrochemistry Communications电化学通讯 The Journal of Physical Chemistry B物理化学杂志，B辑：材料、表面、界面与生物物理Inorganic Chemistry有机化学 Langmuir朗缪尔 Physical Chemistry Chemical Physics物理化学 International Journal of Plasticity塑性国际杂志 Acta Materialia材料学报 Applied Physics Letters应用物理快报 Journal of power sources电源技术 Journal of the Mechanics and Physics of Solids固体力学与固体物理学杂志 International Materials Reviews国际材料评论 Nanotechnology纳米技术
961材料科学基础答案-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN
1.为什么室温下金属晶粒越细强度，硬度越高，塑性韧性也越好 答：金属晶粒越细，晶界面积越大，位错障碍越多，需要协调的具有不同位向的晶粒越多，金属塑性变形的抗力越高，从而导致金属强度和硬度越高。 金属的晶粒越细，单位体积内晶粒数目越多，同时参与变形的晶粒数目也越多，变形越均匀，推迟了裂纹的形成和扩展，使得在断裂前发生较大的塑性变形。在强度和塑性同时增加的情况下，金属在断裂前消耗的功增大，因而其韧性也比较好。因此，金属的晶粒越细，其塑性和韧性也越好。 2.冷塑性变形金属产生加工硬化的原因 随变形量增加，空密度增加。④由于晶粒由有利位向而发生几何硬化，因此使变形抗力增加。随变形量增加，亚结构细化，亚晶界对位错运动有阻碍作用。答：①晶体内部存在位错源，变形时发生了位错增值，随变形量增加，位错密度增加。由于位错之间的交互作用，使变形抗力增加。 3.某厂用冷拉钢丝绳吊运出炉热处理工件去淬火，钢丝绳的承载能力远超过工件的质量，但在工件的运送过程中钢丝绳发生断裂，试分析其原因 答：冷拉钢丝绳是利用热加工硬化效应提高其强度的，在这种状态下的钢丝中晶体缺陷密度增大，强度增加，处于加工硬化状态。在淬火的温度下保温，钢丝将发生回复、再结晶和晶粒长大过程，组织和结构恢复软化状态。在这一系列变化中，冷拉钢丝的加工硬化效果将消失，强度下降，在再次起吊时，钢丝将被拉长，发生塑性变形，横截面积减小，强度将比保温前低，所以发生断裂。 4细化晶粒方法 1.在浇注过程中： 1）增大过冷度； 2）加入变质剂； 3）进行搅拌和振动等。 2. 在热轧或锻造过程中： 1)控制变形度； 2)控制热轧或锻造温度。 3. 在热处理过程中：控制加热和冷却工艺参数利用相变重结晶来细化晶粒。 4. 对冷变形后退火态使用的合金： 1)控制变形度； 2)控制再结晶退火温度和时间 5、试说明滑移，攀移及交滑移的条件，过程和结果，并阐述如何确定位错滑移运动的方向。 解答：滑移：切应力作用、切应力大于临界分切应力；台阶 攀移：纯刃位错、正应力、热激活原子扩散；多余半原子面的扩大与缩小 交滑移：纯螺位错、相交位错线的多个滑移面；位错增殖 位错滑移运动的方向，外力方向与b一致时从已滑移区→未滑移区。相反，从未滑移区→已滑移区。 6．将经过大量冷塑性变形（>70%以上）的纯金属长棒一端浸入冷水中，另一端加热至接近熔点的高温（如），过程持续一小时，然后完全冷却，作出沿棒长度的硬度分布曲线（示意图），并作简要说明。如果此金属为纯铁时，又会有何情况出现 例题解答：（I） T 专业介绍与概论 作业 题目：我对材料科学与工程专业的了解和认识班级： 学号： 姓名： 我对材料科学与工程专业的认识和了解 在上大学之前，我无意中就了解到当今世界的三的经济支柱是材料，信息，能源。又发现材料在我们的生活中无处不在，并且在高中通过对物理化学的不断学习，才使我在高三毕业后毫不犹豫地选择了材料科学工程专业，相信我的选择没有错。 上大学后，我对本专业有了更多的了解。在咱们学校材料科学与工程分金属材料及热处理，建筑材料工程，表面工程三个方向。下面是我分别对这三个方向的了解。 1.金属材料及热处理： 金属材料这好理解，就是金属做的材料，一般以铁为主，钢一类，使用很广。热处理可以简单的分为组织结构控制和表面处理。组织控制就是：淬火、正火、回火、退火，通过控制钢铁的加温温度，将金属原本的缺陷得以弥补，也可以将原来比较软的钢变硬，原来很脆的便的柔韧，这要看具体的工件的工作要求。在当今社会生产中，金属材料的应用是十分广泛的，尤其是钢铁材料，在工业。农业。交通运输。建筑以及国防等各方面都离不开他。随着现代化工农业以及科学技术的发展，人们对金属材料的性能要求越来越高。为满足这一点，一般可以采取两种方法：研制新材料和对金属材料进行热处理。后者是最广泛，最常用的方法。热处理是一种综合工艺。热处理工艺学就是研究这种综合工艺的原理及规律的一门学科。 业务培养目标：培养从事金属材料的设计、使用、质量控制 和检验，热处理，研究发展新材料、新工艺以及管理的高级工程 技术人才。 业务培养要求：本专业学生主要学习材料科学的基础理论， 掌握金属材料的成份、组织结构、生产工艺、环境与性能之间关 系的基本规律，研究钢铁材料、有色金属合金、功能材料及特殊 性能合金，通过合金设计和工艺设计，提高材料的性能和质量， 并开发新材料、新工艺。 毕业生应获掌握物理化学、金用学、金属材料学等材料科学的理论；掌握金属材料的冶炼、铸造、冷热加工和热处理等生产 工艺的基本知识和技术经济管理知识;具有材料的基本检测技术和计算机应用等基本技能；具有正确选择、合理使用金民材料。质量控制与实验分析以及合金设计的初步能力；具有制定合理的热处理工艺，分析热处理质量问题以及正确选用热处理设备的能力；具有研究开发新材料、热处理新工艺和新设备的初步能力。 主要实践环节：金工实习、认识实习、生产实习、课程设计、专业实验、计算机应用及上机实践、热处理车间设计、毕业论文（设计）。毕业生可从事材料科学与工程的教学与科研工作，可在机械、电子、冶金、石化、交通、轻纺等工厂的理化检验部门，从事材 《3.7给身边的材料分类》教案 科学概念： 物体是由一种或多种材料做成的，我们的周围存在着许多不同种类的材料。 物体可以根据构成它的材料的性质来描述，也可以根据这些性质来区分一组物体或材料。 过程与方法： 根据可观察到的特性和性质，对物体和材料进行描述和分类。 将学习到的知识和解决问题的方法运用到新的情境中去。 通过回顾和反思，不断完善自己的原有认识。 情感、态度、价值观： 发展探究物质世界的兴趣。 教学重点：根据所学知识给材料分类，会辨别材料的性质。 教学难点：材料的分类，多种材料制作而成的物体的归类。 教学准备： 各种用不同材料制成的物品实物和生活场景图片。 教学过程： 一、给物品分类 1.复习导入 师：这个单元即将结束，今天是最后一课了，你在这个单元的前几节课里都学会了什么呢？知道有哪些材料吗？它们又有什么样的特点呢？ 生一一做答。 2.给材料分类 根据所学的知识能给这些物品分类吗？（教师课件出示图片：图片以具体的某一个物品比较好，书本上的图片有许多物品，让学生难以判断。课件里的图片最好有多种材料制作而成的。） 根据所用的材料不同，给这些物品分类，每类至少写出3个。 材料物品 师：为什么要用不同的材料做不同的物品呢？（材料根据自己的特性来做物品）能否用不同的材料做同一件物品？(也有这种可能，会用不同的材料做同样的物品) 师：图片里还有几件物品没有归纳到表格里，怎么回事啊？ 总结：同一物品的不同部位可能由不同的材料制成。 3.对所学的材料按物理性质进行总结归纳 师：我们一起来完成书本62页的一张表格。提醒：在水中沉还是浮用“↓”或“↑”来表示，其它的特点用“√”或“×”表示。 师生共同完成表格。 师：从表格中你有新发现吗？ 总结归纳从不同的特性描述6种材料的特性。并指导学生完成总结6种材料的不同之处。 二、材料和环境 1.材料的使用过程和材料的来源。 播放短片，内容是材料的来源和使用过程。 师：看了短片之后你有什么感想吗？ 生一一列举。教师做适当的评价。 2.环境的污染 师：举例说说材料在使用过程中与环境的关系? 生一一列举。 师：那我们应该怎么样合理使用材料，才能减少对环境的破坏呢？你有好点子吗？ 三、复合材料的认识 教师讲解复合材料的用处。（因为学生对“复合”这个词不能理解，更谈不上让学生去研究了，所以，在这里只有通过教师的讲解来完成。）现在化的设备越来越多，高科技日新月异的在发展，科技的进步为什么会如此之快呢。如果没有一定的材料，再好的想法也会变成泡影。所以人们就在制造新型的材料，就是复合材料。复合材料越来越多地被应用到各个领域，复合材料有着强大的功能是单一材料无法比拟的，这是科技发展的一个重要标志。例如：宇宙飞船或卫星返回地面若不控制，外表温度可达4000℃。合金钢2000℃也熔化了。目前没有任一种单一材料可抵挡这个温度。飞船宇宙飞行时，外壁温度为零下110℃，返回地面，高温冲击下外壁温度为1250℃。如此反差的温度，单一材料无法承受，只有用一种可以重复使用的聚合物基复合材料隔热瓦片才能抵挡这么高的温度。所以，复合材料可以说是科技的一种进步。 总结：教师总结本课内容和单元内容。 一、/ 二、名词解释或填空： 刃型位错:晶体内有一原子平面中断于晶体内部，这一原子平面中断处的边沿及其周围区域就是一个刃型位错 螺型位错：滑移方向与位错线方向互相平行的位错称为螺型位错。 肖脱基空位：脱位原子一般进入其他空位或者逐渐迁移到晶界或表面，这样的空位称为肖脱基空位。 弗兰克空位：晶体中的原子挤入节点的间隙，形成间隙原子，同时原来的结点位置也空缺，产生了一个空位，通常把这一对点缺陷（空位和间隙原子）称为弗兰克尔空位。 科垂尔气团：通常把溶质原子与位错交互作用后，在位错周围偏聚的现象称为柯垂尔气团。 铃木气团：溶质原子在层错区偏聚，由于形成化学交互作用使金属强度升高。 层错：如果堆垛顺序与正常堆垛顺序有差异，即堆垛层之间发生错排，则此处产生了晶体缺陷，称为层错或堆垛层错。 《 不全位错：柏氏矢量不等于单位点阵矢量或其整数倍的称为不全位错或部分位错。 面角位错：在fcc晶体中形成两个面的面角上，由三个不完全位错和两个层错构成的不能运动的位错组态。 扩展位错与位错束集：由一个全位错分解成两个不全位错，中间夹杂着一个堆垛层错的整个位错组态称为扩展位错，扩展位错所形成的两个不全位错重新合并成一个全位错的过程称为位错束集。 奥罗万机制：合金相中与基体非共格的较硬第二相粒子与位错线作用时不变形，位错绕过粒子，在粒子周围留下一个位错环使材料得到强化的机制。（位错绕过机制） 晶界：晶粒与晶粒的交界区 相界：各相之间的交界面 晶界偏聚：由于晶内和晶界的畸变能差别或空位的存在使得溶质原子或杂质原子在晶界上的富集现象。 非平衡偏析：实际上，表面区成分的偏析主要发生在几十纳米到几个微米的范围，这种偏析称为非平衡偏析 # 滑移系：滑移面以及该面上的一个滑移方向的组合称为一个滑移系 交滑移：两个或多个滑移面共同沿着一个滑移方向的滑移。实质是螺位错在不该表滑移方向的情况下，从一个滑移面滑到与另外一个滑移面的交线处，转移到另一个滑移面的过程。 织构：多晶体中位向不同的晶粒取向变得大体一致，就称择优取向，简称织构。 再结晶温度：经过严重冷变形的金属保温1h再结晶完成95%对应的温度。 再结晶全图：表示冷变形程度、退火温度、再结晶晶粒大小关系的立体图。 动态回复、动态再结晶：热变形时由温度和外力联合作用下发生的回复和再结晶过程称为动态回复和动态再结晶 冷加工、温加工、热加工：与再结晶温度以及室温比较 加工硬化：金属冷变形过程中，流变应力随应变的增加而增加的现象称为加工硬化 ; 应变时效：第一次拉伸后，马上进行第二次拉伸，拉伸曲线上不会出现屈服阶段。但第一次拉伸后的低碳钢试样在室温下放置一段时间后，再进行第二次拉伸，拉伸曲线又出现屈服阶段，且屈服强度比第一次要高的现象称为应变时效。 上坡扩散:低浓度向高浓度的扩散过程，扩散结果会使固溶体合金分解为合金元素含量高和合金元素含量低的两种成分不同、结构相同的组织状态 柯肯达尔效应：两种扩散速率不同的金属在扩散过程中会形成缺陷P315（无明确定义） 反应扩散：通过扩散而形成新相的现象。 二、简答或问答 1.刃型位错和螺型位错的特点。 教材P81 P82 2.。 3.割阶和扭折的特点；位错的滑移和攀移的特点。 教材P99-100；P87-88 3.层错能与扩展位错和交滑移的关系。 层错能较大，不易形成扩展位错，较小，则易形成扩展位错 在金属中，层错能越低，层错宽度越大，就越不容易产生束集，越难产生交滑移。 4.大角晶界、晶界非平衡偏聚、晶界能对材料性能的影响。 5.滑移与孪生的相同点与不同点。 教材P339-340 6.( 7.BCC和FCC单晶体的主要滑移系有哪些 BCC {110}<111> FCC{111}<110> 7.多相固溶体合金中弥散第二相对材料的性能有何影响 这类合金中均匀、弥散分布的第二相通过与位错的作用等机制能够产生显著的强化作用，使合金获得良好的综合力学性能，强度很高，塑性也好。P348 8.冷变形金属在加热时进行回复与再结晶的驱动力是什么随后的晶粒长大的驱动力是什么 回复和再结晶的驱动力：畸变能(冷变形时的储能) 长大的驱动力：界面能和界面曲率 9.户外用的架空铜导线（要求一定的强度）和户内电灯用花线，加工之后它们的最终热处理工艺是什么 户外用：回复退火，消除应力，保留强度户内用：再结晶退火，软化金属，降低电阻率。 10.~ 11.金属和合金在冷塑性变形过程中组织和性能的变化。 金属和合金在冷塑性变形过程中发生的组织和性能的变化主要有晶粒被拉长，形成纤维组织，冷变形程度很高时，位错密度增高，形成位错缠结和胞状组织，发生加工硬化，变形金属中出现残余应力，金属在单向塑性变形时出现变形织构。 11.什么是屈服，产生的原因是什么 屈服：材料在拉伸或压缩过程中，应力超过弹性极限后，变形增加较快，材料失去抵抗变形的能力，当应力增加到一定值时，应力虽不增加（微小范围内波动），而变形却急速增加的现象，称为屈服。 材料类影响因子 Abbreviated Journal Title ISSN Total Cites Impact Factor ACS APPL MATER INTER 1944-8244 8635 5.008 ACS CA TAL 2155-5435 1461 5.265 ACS COMB SCI 2156-8952 379 3.636 ACS NANO 1936-0851 38585 12.062 ACTA MA TER 1359-6454 34860 3.941 ADV ENERGY MA TER 1614-6832 1995 10.043 ADV FUNCT MATER 1616-301X 34758 9.765 ADV MATER 0935-9648 91952 14.829 ANGEW CHEM INT EDIT 1433-7851 229894 13.734 APPL PHYS A-MA TER 0947-8396 12172 1.545 APPL PHYS EXPRESS 1882-0778 4215 2.731 APPL PHYS LETT 0003-6951 212433 3.794 APPL SURF SCI 0169-4332 31193 2.112 BIOMA TERIALS 0142-9612 69792 7.604 CARBON 0008-6223 32742 5.868 CHEM COMMUN 1359-7345 122728 6.378 CHEM MATER 0897-4756 74651 8.238 CHEM PHYS LETT 0009-2614 55163 2.145 CHEM REV 0009-2665 112596 41.298 CHEM SOC REV 0306-0012 47646 24.892 CHEM-ASIAN J 1861-4728 6084 4.572 CRYST GROWTH DES 1528-7483 22310 4.689 CRYSTENGCOMM 1466-8033 12988 3.879 DALTON T 1477-9226 38660 3.806 DIAM RELAT MA TER 0925-9635 7407 1.709 ELECTROCHEM COMMUN 1388-2481 18364 4.425 ELECTROCHIM ACTA 0013-4686 46698 3.777 ELECTROPHORESIS 0173-0835 16985 3.261 FUEL 0016-2361 18943 3.357 IEEE ELECTR DEVICE L 0741-3106 9589 2.789 IEEE T NANOTECHNOL 1536-125X 1991 1.8 IEEE T PLASMA SCI 0093-3813 6665 0.868 INORG CHEM 0020-1669 85446 4.593 J ALLOY COMPD 0925-8388 39264 2.39 J AM CERAM SOC 0002-7820 30724 2.107 J AM CHEM SOC 0002-7863 431286 10.677 J APPL PHYS 0021-8979 136103 2.21 J CHEM PHYS 0021-9606 188038 3.164 J COLLOID INTERF SCI 0021-9797 44929 3.172 J NANOMATER 1687-4110 1112 1.547 J NANOPART RES 1388-0764 5724 2.175我对材料科学与工程的认识和了解
教科版小学科学三年级下册《给身边的材料分类》教案
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