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1、无机材料物理性能无机材料物理性能 第一讲第一讲 绪论绪论材料l定义：是人类用来制造物品、器件、构件、机器或其它产品的那些物质。l作用：是人类赖以生存和发展的物质基础。绪绪 论论材料性能的定义材料性能的定义 材料性能是一种用于表征材料在材料性能是一种用于表征材料在 给定的外界条件下的行为的参量给定的外界条件下的行为的参量 有多少行为，就对应地有多少性能。有多少行为，就对应地有多少性能。外外界界条条件件不不同同，相相同同的的材材料料也也会会有有不不同同的性能。的性能。性能必须量化，多数的性能都有量纲。性能必须量化，多数的性能都有量纲。从定义可以看出：从定义可以看出：n物物理理性性能能n力力学学性性
2、能能n化化学学性性能能 n复复杂杂性性能能 材料性能的划分材料性能的划分复合性能工艺性能使用性能 抗氧化性耐腐蚀性抗渗入性 强 度 延 性 韧 性 刚 性热学性能声学性能光学性能电学性能磁学性能辐照性能 按材料性能（功能）分类按材料性能（功能）分类 l机械性能：高强材料、超硬材料、耐磨材料、韧性材料、摩擦材料等 l热学性能：耐火材料、绝热材料（保温材料）、传热材料、防火材料等 l化学性能：耐腐蚀材料、防水材料、吸附材料、离子交换材料、催化剂载体、胶凝材料等 l光学性能：电光材料、导光材料、透光材料、荧光材料、发光材料、感光材料、分光材料等 按材料性能（功能）分类按材料性能（功能）分类l电学性能
3、：绝缘材料、介电材料、压电材料、铁电材料、超导材料、半导体材料等 l磁学性能：磁性材料 l声学性能：隔声材料、吸音材料等 l核物理性能：放射性材料、反应材料等 l生物性能：骨科材料、齿科材料、生物陶瓷等 l复合性能：智能材料、梯度功能材料等 为什么要研究材为什么要研究材料的性能料的性能？材料性能研究的重要性材料性能研究的重要性 1.1.材料性能的研究，贯穿于整个人类的文明史材料性能的研究，贯穿于整个人类的文明史 此此图图片片说说明明人人类类使使用用的的材材料料，决决定定了了人人类类的的文明程序，实质上，这里谈的主要是材料的性能。文明程序，实质上，这里谈的主要是材料的性能。材料性能研究的重要性材
4、料性能研究的重要性 2.材料性能决定了材料用途材料性能决定了材料用途如如：绝缘基板材料，首先必须要具有一定的强度，以便能绝缘基板材料，首先必须要具有一定的强度，以便能够承载起安装在其上的集成电路元件及布在其上的电够承载起安装在其上的集成电路元件及布在其上的电路线，要有均匀而平滑的表面，以便进行穿孔、开槽路线，要有均匀而平滑的表面，以便进行穿孔、开槽等精密加工，从而能够构成细微而精密的图形，应有等精密加工，从而能够构成细微而精密的图形，应有优良的绝缘性能优良的绝缘性能(尤其是在高频下尤其是在高频下)，要有充分的导热性，要有充分的导热性，以迅速散发电路上因电流产生的热，硅与基片的热膨以迅速散发电路
5、上因电流产生的热，硅与基片的热膨胀系数之差应较小，从而保证基片与电路间良好的匹胀系数之差应较小，从而保证基片与电路间良好的匹配性，电路与基片就不会剥离配性，电路与基片就不会剥离 3.3.材料性能的研究，有助于研究材料的内部结构材料性能的研究，有助于研究材料的内部结构 如如：根根据据布布拉拉格格公公式式n=2dsin（X射射线线在在晶晶体体中中的的衍衍射射现现象象必必须须满满足足布布拉拉格格(Bragg)公公式式)，利利用用晶晶体体对对X-ray的的衍衍射射图图象象，就就可可以以推推知知晶晶体体中中面面网网间间距距d，进进而而就就可可以以分分析析晶晶体体的结构。的结构。结构决定了性能，而性能则是
6、内部结构某些方面的体现。结构决定了性能，而性能则是内部结构某些方面的体现。材料性能研究的重要性材料性能研究的重要性 材料性能研究的重要性材料性能研究的重要性 4.4.对材料性能的要求，决定了材料生产的工艺对材料性能的要求，决定了材料生产的工艺过程过程 如：如：金属：坚韧，但不耐高温金属：坚韧，但不耐高温 陶瓷：耐高温，但易碎陶瓷：耐高温，但易碎目标是：既要坚韧，又要具有耐高温的特征目标是：既要坚韧，又要具有耐高温的特征 提高质量，这就是矛盾的统一体。解决改进的提高质量，这就是矛盾的统一体。解决改进的途径，由所要求的性能来决定。途径，由所要求的性能来决定。材材料料性性能能的的研研究究，既既是是材
7、材料料开开发发的的出出发发点点，也也是是其重要归属其重要归属 材料性能的研究，有助于研究材料的内部结构材料性能的研究，有助于研究材料的内部结构 对材料性能的要求，决定了材料生产工艺对材料性能的要求，决定了材料生产工艺 材料性能研究目的材料性能研究目的 现现象象与与本本质质 同同一一材材料料不不同同性性能能，只只是是相相同同的的内内部部结结构构在在不不同同的的外外界界条条件件下下所所表表现现出出的的不同行为。不同行为。这这也也说说明明，不不同同的的外外界界条条件件下下，材材料料的性能是不同的，即一种材料有多种性能。的性能是不同的，即一种材料有多种性能。材料性能研究注意问题材料性能研究注意问题 材
8、材料料性性能能的的划划分分只只是是为为了了学学习习和和研研究究的的方便。方便。要要注注意意材材料料间间的的各各种种性性能能既既有有区区别别，又有联系。又有联系。材料性能研究注意问题材料性能研究注意问题 研究材料性能，要注意性能的复合与转换。研究材料性能，要注意性能的复合与转换。材料性能研究注意问题材料性能研究注意问题 研究材料性能，要注意性能的发展与改造研究材料性能，要注意性能的发展与改造。材料性能研究注意问题材料性能研究注意问题 材料科学与工程是研究无机非金属材料合成与制备、组成与结构、性能与使用效果四者关系的科学。使用效能性能组成与结构合成与制备工艺材料科学与工程研究对象间的关系材料科学与
9、工程研究对象间的关系材料科学偏重于研究材料的合成与制备、组成与结构、性能及使用效能各组元本身及其相互关系，材料工程则着重于研究如何利用这些规律性的研究成果去研制、开发生产新材料、新产品。无机非金属材料的特点：塑性差、硬度高、加工性能差制备特点：生产大量不同品种与规格的原料材料，直接生产成产品走向市场。要求更高：具备材料的知识，还要具备材料设计与材料加工的知识。要强调跨学科、综合性的科学与工程方面的研究。无机非金属材料在工程应用中应注意的问题：脆性大、塑韧性低：要注意低应力下的失效，注意安全性与可靠性。成本与应用：仅数千元的铁质柴油机，若用全陶瓷，其价格要提高23个数量级。强度设计与材料的合理使
10、用：抗拉强度差，但抗压强度却很高。要尽可能地用其长处。我国陶瓷发展简史陶器陶器瓷器 经经验验方方法法在在大大量量占占有有实实验验数数据据的的基基础础上上，对对数数据据的的分分析析处处理理，整整理理为为经经验验方方程程，用以表示它们的函数关系。用以表示它们的函数关系。学习研究方法学习研究方法 理理论论方方法法从从机机理理着着手手，即即从从反反映映本本质质的的 基基本本关关系系出出发发，按按照照性性能能的的有有关关规规律律、建建立立物物理理模模型型，用用数数学学方方法法求求解解，得得到到有关理论方程式。有关理论方程式。学习研究方法学习研究方法1.课前预习，包括一些普通物理知识；课前预习，包括一些普
11、通物理知识；2.要认真作笔记这也是一种能力；要认真作笔记这也是一种能力；3.及时复习、归纳，掌握科学真谛；及时复习、归纳，掌握科学真谛；4.4.自己完成作业，检验学习的效果。自己完成作业，检验学习的效果。5.注意复习，温故而知新。注意复习，温故而知新。要求：要求：1.1.力学性能：受力形变与脆性断裂理论。力学性能：受力形变与脆性断裂理论。2.2.热学性能：热容、热膨胀、热传导、热稳热学性能：热容、热膨胀、热传导、热稳 定性等。定性等。3.3.光学性能：透光性、反射性、颜色等。光学性能：透光性、反射性、颜色等。4.4.电学性能：导电性和介电性。电学性能：导电性和介电性。5.5.磁学性能：磁性理论
12、和铁氧体的磁性与结构。磁学性能：磁性理论和铁氧体的磁性与结构。学习内容学习内容 该课共该课共5050个学时个学时 上课上课2222次课次课 习题习题2 2次课次课 复习复习1 1次课次课课程安排课程安排 我我 的的 希希 望望我希望我希望：你能喜欢我的课；你能喜欢我的课；我希望我希望：你能勇于回答我的问题；你能勇于回答我的问题；我希望我希望：你能积极向我提出问题；你能积极向我提出问题；我希望我希望：你能通过我的课程，你能通过我的课程，培养创新精神，增强能力。培养创新精神，增强能力。我我 的的 希希 望望本章主要参考书目1.无机非金属材料工学林宗寿，武汉工业大学出版社（所用教材，主要参考书目）2.陶瓷材料学,周玉，哈尔滨工业大学出版社3.工程陶瓷材料金志浩 西安交通大学出版社4.陶瓷导论,W D 金格瑞中国建筑工业出版社5.工程结构陶瓷郭瑞松 天津大学出版社6.粉体工程导论 陆耶根 同济大学出版社7.新型陶瓷材料手册钦征骑 江苏科学技术出版社8.现代工程陶瓷戴维 W 里彻辛 建筑出版社9.精细陶瓷技术徐维新 上海交大出版社10.陶瓷工艺学宜兴陶校 中国建筑工业出版社l谢谢大家来听课。