1、材料科学基础,福州大学材料科学与工程学院 刘旭俐,College of Materials Science and Engineering, FZU,Fundament of Material Science,性质,成分,工艺,图1. 材料科学与工程四要素,结构,按物质形态：气态、液态和固态 按原子排列：晶体、非晶体 按结合键性质：金属材料、无机非金属材料 高分子材料 按材料功能：结构材料、功能材料,材料分类,1.1 材料的结合方式,1.1.1 化学键,组成物质整体的质点(原子、分子或离子）间的 相互作用力叫化学键。,由于质点相互作用时的吸引和排斥情况不同， 化学键可分共价键、离子键和金属键。
2、,1.1.1 化学键, 共价健具有方向性； 在外力作用下，原子发生相对位移时键会被破坏， 故共价键材料是脆性的； 共价键结合非常牢固，故共价键材料熔点高、 硬度高； 为使电子运动产生电流，必须破坏共价键，故 共价键材料具有良好的绝缘性。,共价键 电负性相差不大的原子相互接近时，原子之间 不产生电子的转移，借共用电子对所产生的力 结合，形成共价键。, 离子电荷分布球形对称，故离子健没有方向性； 离子键无饱和性，故离子晶体可在三维空间形成 巨大的晶体结构； 离子晶体中的离子发生相对移动，会失去电荷平 衡，使离子键被破坏， 故离子键材料是脆性的； 离子晶体中正负离子间有很强的吸引力，故离子 键材料熔
3、点高、硬度高； 离子的运动不像电子那么容易，故固态时离子键 材料具有良好的绝缘性。,离子键 电负性相差大的两种原子相互接近时，电负性 小的失去电子成为正离子，电负性大的原子获得 电子成为负离子，两种离子靠静电引力结合， 形成离子键。, 金属健无方向性和饱和性，故金属晶体结构具有 高对称性； 金属内原子面之间相对位移金属键仍保持， 故金属键材料具有良好的延展性； 在一定电位差下，自由电子可在金属中定向运动 形成电流，故金属键材料具有良好的导电性； 温度升高，正离子本身振幅增大，阻碍电子通过， 使电阻升高，故金属键材料具有正电阻温度系数；,金属键 金属原子相互靠近时，其外层的价电子脱离原子 成为自
4、由电子，为整个金属所共有，它们在整个金属 内部运动，金属正离子和自由电子相互作用而结合 形成金属键。, 固态金属中正离子振动和电子运动均能传递热能， 故金属键材料具有良好的导热性； 金属中的自由电子可吸收可见光的能量，被激发 跃迁到较高能级，故金属键材料不透明； 当它跳回原来能级时将所吸收的能量重新辐射出 来，使金属 材料具有金属光泽。,范德瓦尔键 许多物质的分子具有永久极性，分子的一部分带正电荷，另一部分带负电荷，一个分子的正电荷部位和另一分子的负电荷部位间以微弱静电力相吸引，使两分子结合在一起，称为范德瓦尔键，也叫分子键。, 范德瓦尔键结合能很低，故分子键晶体熔点很低； 聚合物通常链内是共
5、价键，链与链间是分子键,1.1.2 工程材料的键性,图1-5 工程材料键性,金属材料的基本属性 黑色金属（钢和铸铁）和有色金属(非铁材料); 结合健为金属健； 熔点较高； 具有金属光泽； 范性、展性、延性大； 强度较高； 结构中存在自由电子，导热和导电性好； 在空气中易被氧化。,无机非金属材料的基本属性 主要包括陶瓷、玻璃、水泥和耐火材料等。 化学健主要是离于键、共价健以及它们的混合键； 硬而脆、韧性低、抗压不抗拉、对缺陷敏感； 熔点高，具有优良的耐高温和化学稳定性； 一般自由电子数目少、导热性和导电性较小； 耐化学腐蚀性好； 耐磨损。,高分子材料的基本属性 以C、H、N、O元素为基础，由大量结构相同的小单元 聚合组成，分子量大，并在某一范围内变化。 结合健主要为共价健，部分范德华键； 分子量大； 无明显的熔点，有玻璃化转变温度、粘流温度； 力学状态有玻璃态、高弹态和粘流态； 强度较高； 质量轻； 良好的绝缘性； 优越的化学稳定性。,
