1、Specialized English for Material chemistry,专业英语（材料）,CONTENTS,第一章 专业英语的特点（4）第二章 专业英语翻译（2）第三章 材料专业英语文献选读(24）第四章 专业英语写作（2）,3,第三章 材料专业英语文献选读(22学时),Part I Introduction to Materials Science and Engineering 4篇 Part II Metallic Materials and Alloys 1篇 Part III Ceramics 3篇 Part IV Polymers 2篇 Part V Composit
2、es 3篇,4,Unit 1 Materials Science and Engineering Unit 2 Chemical Banding and Solid Materials Unit 3 Classification of Materials Unit 4 Structure-Property Relationships of Materials,Part I Introduction to Materials Science and Engineering,5,材料的地位和作用 Definition of Materials Science and Engineering Why
3、 Study Materials Science and Engineering ?,Unit 1 Materials Science and Engineering,6,1、材料的地位和作用,材料是人类进步的里程碑,7,总结,电子管 钨、钼,材料是一切科学技术的物质基础与先导,8,Research and production materials, Materials Science ,理论角度,研究“Why”, Materials Engineering ,制造角度,解决“how to do”,提供理论依据奠定工艺基础 basic science,提供技术 奠定工业基础 applied s
4、cience,内容,2、Definition of Materials Science and Engineering,研究材料组成、结构、性能、制备工艺和使用效能以及它们之间关系的科学。,9,材料：研究材料组成、结构、性能、制备工艺和使用效能以及它们之间关系的科学，更加关注宏观性能macroscopic properties 。物理、化学：基础学科，研究原子和分子的微观结构micro-structure of atoms and molecules , 解释纯物质的性质。,3、The difference between Materials, chemistry and physics su
5、bject,二者关系,10,Performance使用性能,Synthyses and processing 合成与加工,Properties性质,Compositions and structure 成分与结构,4、Four components of materials,11,Four components of materials,1. synthesize and processing,mechanicalload or force opticalelectromagnetic or light radiation electricalelectric field thermal te
6、mperature difference magneticmagnetic field deteriorative O2, H2O,subatomic structure 亚原子结构 atomic structure 原子结构 microscopic structure 微观结构 macroscopic structure 宏观结构,2. Compositions and structure,3. properties,4. performance,structure,12,subatomic,atomic,microscopic,macroscopic,13,performance性能 折中
7、原则(compromise) reliability可靠性 Excellent deterioration 化学稳定性好 price价格经济原则(economics) ,5：Material selection criteria材料选择的标准,14,15,Unit 2 Chemical Bonding and Solid Materials,1、bonds 2、classification of materials based on the interatomic bonding 3、structure of metals 4、polymers,16,1、bonds,17,金属键,18,离子键
8、,19,共价键,20,干冰,取向力,诱导力,色散力,范德华力,21,水,氢键,22,晶体中的键型,23,2、classification of materials based on the interatomic bonding,24,四种材料的性能比较,25,3、structure of metals,26,4、polymers,reticular structure,linear structure,27,28,Unit 3 Classification of Materials,1、Composition and chemical bonding 2、performance 3、purp
9、ose 4、source 5、structure,based on,29,1、Classification based on the make up and bonding,30,材料按物理化学属性分类的性能比较,31,structure materials,半导体 Semiconductor 超导体 Superconductor 磁性材料 Magnetic materials 光电材料 Optoelectronic Materials 生物材料 Biomaterials 智能材料 Smart Materials 纳米材料 Nanomaterials ,超硬材料 Super-hard Mate
10、rials 高温结构材料 High-Temperature Structural Materials 高强高韧材料 High strength and high toughness material ,2、classification based on the performance,functional materials,32,能源材料 Energy Materials 环境材料 Environmental Materials 信息和通信材料 Information and Communication Materials 包装材料 Packaging Materials 航空航天材料Aer
11、ospace Materials 生物医用材料Bio-Medical Materials ,3、classification based on the purpose,33,natural materials man-made materials,single crystal polycrystal,4、classification based on the source,5、classification based on the structure,6、customary classification,crystal materials amorphous liquid crystal,tr
12、aditional materials advanced materials,34,35,（Mechanical properties of metallic materials）,Unit 4 Structure-Property Relationships of Materials,1、应力-应变曲线 stress-strain curves 2、刚度 stiffness 3、强度 strength 4、延展性 ductility 5、硬度 hardness 6、韧性 toughness 7、疲劳强度fatigue strength 8、高温力学性能（蠕变creep）,36,(a) bri
13、ttle materials 脆性材料 (b) ductile materials 延性材料 (c) elastic materials 弹性材料,1、stress-strain curves,37,拉伸试验,38,弹性变形阶段elastic deformation 塑性变形阶段plastic deformation 屈服阶段yield 强化阶段harden 颈缩阶段neck down 断裂break,屈服强度 yield stress ：是指材料产生明显塑性变形时的应力 抗拉强度 tensile stress b ：是指材料拉伸时所能承受的最大应力,应力-应变曲线（-曲线）,刚度stiffn
14、ess,强度strength,39,材料在载荷作用下抵抗弹性变形的能力。 反映材料刚度的指标是弹性模量。 E=/,材料在载荷作用下抵抗明显的塑性变形或破坏的最大能 力。,抗拉强度 抗压强度 抗弯强度 冲击强度 疲劳强度,按作用力方式不同,2、刚度 stiffness,3、强度strength：,40,塑性：断裂前发生永久变形的能力。 延展性: 在捶击或拉引下易已形成薄片和细丝的性质。 一般用伸长率()或断面收缩率()来反映材料塑性的好坏。,3、塑性plastic (延展性ductility),伸长率： =(L1-L0)/L0,断面收缩率：=(S0-S1)/S0,a.材料可通过局部塑性变形来削减
15、应力峰，缓解应力集中，从而防止突然破坏。b.通过发生塑性变形和因此引起的形变强化，可提高抵抗过载的能力。c.如果零件失效前产生塑性变形，由于塑性变形可吸收大量能量，可使失效的破坏性降到最小。d.好的塑性有利于压力加工成型工艺。,41,抵抗其他较硬物体压入表面的能力。 常用的硬度试验方法有布氏、维氏和洛氏试验。,布氏硬度,洛氏硬度,维氏硬度,4、硬度hardness,42,洛氏硬度计,布氏硬度计,43,指材料在塑性变形和断裂的全过程中吸收能量的能力，是材料强度和塑性的综合表现。 材料抵抗裂纹萌生与扩展的能力。 度量韧性的指标有冲击韧性、 断裂韧性。,5、 韧性toughness,44,疲劳断裂的
16、概念零件在交变载荷作用下经较长时间工作而发生突然断裂的现象(交变载荷是指大小、方向随时间发生周期性循环变化的载荷),疲劳断裂的特点 断裂时的应力远低于材料静载下的抗拉强度，甚至屈服强度, 疲劳断裂属低应力脆断。 断裂前无论是韧性材料还是脆性材料均无明显的塑性变形，是一种无预兆、突然发生的断裂，因此危险性极大。,6、疲劳强度fatigue strength,45,46,Part II Metallic Materials and Alloys,Unit 5 An Introduction to Metallic Materials,47,1、classification of metals 2、
17、structure of Alloy phase,Unit 5 An Introduction to Metallic Materials,48,pure metals,alloys: 由两种或两种以上的金属或金属与非金属，经过 熔炼、烧结或其他方法组合而成并具有金属特性 的物质。,1、 classification of metals,49,超强塑性的钛合金,硬而轻的铝合金,不锈钢,航空航天材料,50,高熔点的铂铹合金,低熔点的保险丝,耐磨合金,高硬度刀具,51,形状记忆合金,（a）没放入热水前 (b) 放入热水后,52,固溶体solid solution,2、structure of Al
18、loy phase,Hume-Rothery规则 ：结构相同、原子尺寸、电化学特征相近，才能 形成无限固溶体,金属间化合物intermetallic compounds,电负性electronegativity 正常价化合物: normal valence compound eg: Mg2Sn、Mg2Pb 原子尺寸atomic size 间隙化合物: gap compounds eg: Fe3C 电子浓度electron concentration 电子化合物: electron compound 休姆-罗塞里相(HumeRothery) eg: Cu5Sn，CuZn C3/2,53,54,5
19、5,Part III Ceramics,Unit 6 Introduction to Ceramics () Unit 7 Introduction to Ceramics () Unit 8 Ceramic Processing Methods,56,Definition History and impact on society,Unit 6 Introduction to Ceramics (),1、classification of ceramics 2、 Application of ceramics 3、 Professional Phrase,57,Traditional cer
20、amics (silicate -based)Advanced ceramics (oxide, nitride, carbide, boride),ceramics glass refractory cement,based on structurebased on form,single crystal polycrystal amorphous,powder fiber coating block,ceramics,1、 classification of ceramics,58,按用途的不同分类 日用陶瓷 艺术陶瓷 工业陶瓷 建筑卫生陶瓷 化工陶瓷 电瓷 特种陶瓷： 甩于各种现代工业和
21、尖端科学技术的特种陶瓷制品，有高铝氧质瓷、镁石质瓷、钛镁石质瓷、锆英石质瓷、锂质瓷、以及磁性瓷、陶瓷基金属陶瓷等。,59,按所用原料及坯体的致密程度分类可分为：粗陶（brickware or terra-cotta）细陶 （potttery）炻器 （stone Ware）半瓷器 （semivitreous china）瓷器（porcelain）原料是从粗到精，坯体是从粗松多孔，逐步到达致密，烧结，烧成温度也是逐渐从低趋高。,60,耐火材料 refractory,2、 Application of ceramics,61,建 筑 卫 生 陶 瓷,constrution industry,62,灯
22、light,light emitting diode 发光二极管,High intensity Discharge 高压气体放电灯,荧光灯 fluorescent,白炽灯 incandescent,HID灯,LED灯,63,玻璃光纤,通信telecomunication,64,电子工业electronic industry,硅芯片集成电路板,火花塞(spark plugs),65,催化转换器(Catalytic Converter) 铂催化剂-HC与CO氧化生成水蒸汽和二氧化碳； 铑催化剂- NOx还原为氮气和氧气,environmental needs,高温结构陶瓷零部件,66,绝热瓦,航空
23、航天,67,non-metallic materials earthy materials clay-like materials steel reinforced concrete steel belted tyres silicate- based non-ferrous metal light-emitting diode,ceramic spark plugs amorphous materials electrical insulator thermal barrier title refractory materials silica fibre carbon fibre high
24、 temperature furnaces,3、 Professional Phrase,68,NASA (美国)国家航空和航天管理局 National Aeronautics and Space AdministrationBC.公元前Before Christ,* abbreviation,69,70,advanced ceramics what the future may hold for advanced ceramics？,Unit 7 Introduction to Ceramics (),1、synonym近义词 2、classification of advanced cer
25、amics 3、 Professional Phrase,71,Composition and chemical bonding performance purpose source structure customary classification,based on,回顾,Classification of Materials,72,Traditional ceramics (silicate -based)Advanced ceramics (oxide, nitride, carbide, boride),ceramics glass refractory cement,based o
26、n structurebased on form,single crystal polycrystal amorphous,powder 粉末 fiber 纤维 coating 薄膜 block 块体,ceramics,classification of ceramics,73,advanced ceramics 先进陶瓷 fine ceramics 精细陶瓷 new ceramics 新型陶瓷 high-tech ceramics 高科技陶瓷 special ceramics 特种陶瓷,1、近义词synonym,特种陶瓷-用于各种现代工业和尖端科学技术的特种陶瓷制品。 类型：高铝氧质瓷、镁石
27、质瓷、锆英石质瓷、锂质瓷 制造工艺与性能要求：更高,74,structural ceramics electrical and electronic ceramics 电器陶瓷 、电子陶瓷 ceramics coating chemical processing and environmental ceramics 化学处理和环境陶瓷,2、classification of advanced ceramics,“发现号”航天飞机腹部的绝热瓦,高温结构陶瓷零部件,耐高温陶刀具,76,压电陶瓷,77,Bayer process “拜耳法”,铝土矿（Al2O3H2O和Al2O33H2O）是铝在自然界
28、存在的主要矿物，将其粉碎后用高温氢氧化钠溶液浸渍，获得铝酸钠溶液；过滤去掉残渣，将滤液降温并加入氢氧化铝晶体，经长时间搅拌，铝酸钠溶液会分解析出氢氧化铝沉淀；将沉淀分离出来洗净，再在950-1200的温度下煅烧，就得到型氧化铝粉末，母液可循环利用此法由奥地利科学家拜耳（KJBayer）在1888年发明，时至今日仍是工业生产氧化铝的主要方法，人称“拜耳法”,3、 Professional Phrase,78,“near net shape” forming method近净成形,gelcasting 凝胶注模成型 freezecasting 冷冻铸造 ingection mouding 注射成型
29、 rapid prototyping 快速原型技术,79,fuel cell燃料电池,燃料电池-是一种将氢和氧的化学能通过电极反应直接转换 成电能的装置。,80,electrochromic glass电致变色玻璃 electrochromic windows电致变色窗,压电陶瓷,piezoelectricity压电效应 electrostriction电致伸缩,82,超导体,磁悬浮列车,83,核磁共振成像(MRI),Magnetic Resonance Imaging (MRI) 磁共振成像 Nuclear magnetic resonance imaging (NMRI) 核磁共振成像,8
30、4,bioceramics 生物陶瓷,85,86,Unit 8 Ceramic Processing Methods,1、prosessing 成型加工 2、ceramic processing methods 3、Professional Phrase,Ceramic Molding Process陶瓷成型工艺 Ceramic forming techniques陶瓷成型技术,87,将各种状态的原料转变成具有固定形状制品的各种工艺过程。,成型mouding-将材料转变成一定形状的半成品（毛坯）或成品 加工maching-成型后的后加工（机械加工、修饰、装配）,eg:,1、成型加工proses
31、sing,2、Ceramic processing methods,胶态成型技术colloidal processing方面,89,干压成形的密度梯度 density gradients associated with dry pressing,压制成型pressure casting,冷等静压成形 cold isostatic pressing（CIP）,90,冷等静压机,温等静压机,91,旋压成型（拉 坯）,可塑成型plastic-working,92,塑压陶瓷成型机,碟子,93,陶瓷专用立式注塑机,94,注浆成型slip casting,95,a)实心注浆 b)空心注浆 c)离心注浆注浆
32、成形,96,流延成形（带式成形、刮刀法）,97,98,PART IV Polymers,Unit 9 Polymer Synthesis Unit 10 Polymer structure,99,Unit 9 Polymer Synthesis P97,1、 Condensation and addition polymerization 2、 three elementary reaction of free radical polymerization 3、 Living polymerization,Addition Polymerization Initiation Reaction（
33、 birth ） Propagation Reaction （ growth ） Termination Reaction （ death ） Living Polymerization,100,缩聚（缩合聚合）：具有两个或两个以上反应官能团的低分子化合物相互作用而生成大分子化合物，同时生成小分子化合物（如H2O、HCl）的反应。 酸+醇脂+H2O 酸+氨酰胺+H2O加聚（加成聚合）：由不饱和低分子化合物（绝大多数为烯 类单体）相互加成或由环状化合物开环连结成大分子的反应。 nCH2=CH2 -CH2-CH2-n,1、Condensation and addition polymerizati
34、on,101,addition polymerization,ion polymerizationfree radical polymerization,cation (positive ion) anion (negative ion) complex- ion,condensation polymerization,102,initiation reaction链引发：引发剂分解产生初级自由基，初级自由基与单体 加成生成单体自由基的反应过程。 I R* (引发活性中心或引发活性种）R* + M RM* (单体活性中心) propagation reaction链增长:单体自由基与单体加成生
35、产新的自由基，如此 反复生成增长链自由基的过程。 RM* + M RM2* RM2* + M RM3* RMn-1* + M RMn* (链增长活性中心或增长链）termination reaction链终止:增长链自由基失去活性生成聚合物分子的过程。 RMn* “死”大分子 （聚合物链）,2、three elementary reaction of free radical polymerization,Combination termination双击偶合终止,Disproportionate termination双基岐化终止,Chain transfer reaction 链转移反应,
36、chain termination method,104,不存在链转移和链终止的聚合称为活性聚合。为了保证所有的活性中心同步进行链增长反应而获得窄分子量分布的聚合物，活性聚合一般还要求链引发速率大于链增长速率。由于不存在链转移和链终止等副反应，通过活性聚合可以有效地控制聚合物的分子量、分子量分布和结构。,3、Living polymerization活性/计量/可控聚合,105,106,Unit 10 Polymer structureP106,1.链节的化学组成chemical composition of chain segments 2.链节的连接顺序connection sequenc
37、e of chain segments 3. 链的结构 molecular structure of polymer chain 4. 链的构型 Configuration of polymer chain 5. 链的构象conformation of polymer chain 6. 聚集态结构 aggregation structure,Configuration Conformation Other chain structure Cross-linking,chain structure,107,一级结构,1.链节的化学组成 2.链节的连接顺序 3.高分子结构 4.高分子链的构型,二级
38、结构,5.高分子链的构象,链结构 （分子内结构）,聚集态结构 (分子间结构),晶态结构crystal structure 非晶态结构amorphous structure 取向态结构orientation structure 液晶态结构liquid-crystal structure 织态结构weaving structure,高聚物的结构,三级结构,近程结构,远程结构,108,碳链高分子： 聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚甲基丙稀酸甲酯等 杂链高分子： 聚对苯二甲酸乙二脂（涤纶）、聚酯聚胺、聚甲醛、聚苯醚、聚酚等 元素有机高分子： 聚硅氧烷、聚钛氧烷等 无机高分子： 聚二氧化硅、聚二氟磷氮等,1
39、.链节的化学组成chemical composition of chain segments,109,均聚物homopolyer重复结构单元的连接方式,头头（少量）,头尾（居多）,尾尾（少量）,2.链节的连接顺序connection sequence of chain segments,110,双组分共聚物Copolyer单体链节的连接方式,无规共聚物（Random copolymer）,交替共聚物（ alteranting copolymer）,嵌段共聚物（ block copolymer）,接枝共聚物（graft copolymer）,111,3. 链的结构 molecular struc
40、ture of polymer chain,112,构型(Configurationof polymer chain ) ： 分子中由化学键所固定的原子在空间的几何排列。这种排列是稳定的，要改变构型必须经过化学键的断裂和重组。,高分子的立体异构Stereoisomerism,光学异构,几何异构,反式构型 顺式构型,具有相同原子序列但原子空间排列不同的高分子,4. 链的构型 Configuration of polymer chain,113,光学异构体enantiomer如果高分子链的结构单元中有不对称碳原子，就可能存在光学异构。,S-L-,114,在有双键或环状结构的分子中，由于分子中与双键
41、或环相连接的原子或基团的自由旋转受阻碍,存在不同的空间排列而产生的立体异构现象，又称顺反异构，顺式Cis,反式trans。,对于大分子链而言就有,顺式 二甲基丁二烯,反式 二甲基丁二烯,几何异构体geometric isomer,115,间同立构 syndisotactic configurations,全同立构isotactic configurations,无规立构 atactic configuration,立构规整性Stereoregularity)如果高分子链的结构单元中有不对称碳原子，就可能存在光学异构。,116,117,高分子链的构象conformation of polymer
42、 chain ：构成高分子主链的单键旋转，使高分子链在空间的相对位置改变而出现的不同的几何形状。,5. 链的构象conformation of polymer chain,torsion angle,交叉式构象,重叠式构象,119,在1，3-丁二烯的构象中，两个双键是共平面的，以便使电子离域时作有效的轨道重叠。1，3-丁烯的两种共平面构象称为S-反式-S-顺式。S-反式构象是1，3-丁二烯的最稳定的构象。,顺式构象 Cis(eclipsed),反式构象 Trans,偏转式构象 gauche,120,构型：分子链中由化学键所固定的原子在空间的几何排列。 构型的转变须通过化学变化，改变化学键的立体
43、结构。,构象：C-C单键内旋转造成的各种立体形态。 构象的转变是物理现象，主要是热运动引起的。,*Configuration and conformation,121,单晶 折叠链片晶 球晶 其他,晶态结构 crystal structure,非晶态结构 amorphous structure,无规线团 链结 链球,取向态结构 orientation structure 液晶态结构 Liquid-crystal structure 织态结构 weaving structure,6. 聚集态结构 aggregation structure,122,123,Application of polym
44、ers （备用）,Elastomers Plastics Fibers,Paint Cement,124,glassy state,rubbery state,liquid,125,2.elastomer: 具有可逆形变的高弹性聚合物材料。,1.plastics: 以合成树脂为基础，加入各种助剂和填料，可塑制成型的材料。,3.fiber: 纤细而柔软的丝状物。,4.paint,5.cement,依据热性能可分为,thermoplastic 热塑性：线形或支链形聚合物 thermoset 热固性：成型后是体形高分子聚合物,依据来源可分为,natural fibers: cotton, wool,
45、man-made fibers,polyamides(nylon）聚酰胺, 锦纶（尼龙） polyester 聚酯，涤纶（伸缩尼龙） acrylic fibers 丙烯酸纤维，腈纶 rayon 粘胶纤维, 人造丝(长),人造棉、人造毛(短),一：Application of polymers,126,二：Processing Polymers,127,PART V Composites,Unit 11 Polymetric Composite Materials P127 Unit 12 Metal Matrix Composites P61 Unit 13 Ceramic Matrix Co
46、mposites P132,129,composite,matrix,reinforcement,polymer ceramic metal,discontinuouscontinuous: fiber yarns,particls whiskers flake chopped fibre,Constitution of composite,Interphase,130,131,132,Classification of composite,Based on the matrix,Based on the reinforcement,Based on the application,polym
47、er matrix composite ceramic matrix composite（CMC） metal matrix composite （ MMC ）,particls reinforcement composite fibre reinforcement composite flake reinforcement composite,structural composite functional composite,133,Unit 11 Polymetric Composite Materials P127,Introduction State of the art Trends
48、,134,Commercial Airplane,135,Military Aircraft,136,F117隐形战斗机用碳纤维增强复合材料做成骨架和外面蒙皮,137,碳纤维网球拍,表面膜 Surface Coat Carbon Hybrid Cloth 碳纖維編紗束 Carbon Roving 碳纖維布 Carbon Cloth 尿烷芯材 Urethane Core,138,Bulletproof Products,Military Kevlar Helmets,Ballistic Clothing,139,碳纤维自行车车架,140,civil engineering 土木工程 steel reinforcement 钢筋混凝土 corrosion resistance 抗腐蚀性 fatigue resistance 抗疲劳性 environmentally friendly biodegradable systems textile industry cost-efficient automated computer-controlled looms,
