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マインドマップギャラリー材料科学と工学の概要

材料科学と工学の概要

材料科学と材料工学の概要をまとめたマインドマップです。主な内容は、材料の組成と組織構造、材料の合成と加工、材料科学と材料工学の4つの基本要素、材料の分類、および材料の分類です。歴史と発展。

2024-03-09 12:07:41 に編集されました

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材料科学と工学の概要

材料の歴史と開発

材料

物質は物質ですが、すべての物質が物質であるわけではありません

定義: 人間社会に受け入れられ、有用なデバイスを経済的に製造するために使用できる物質を指します。

効果

素材は人類社会の進歩のマイルストーンです

人間社会

科学技術

素材は経済的および社会的発展の基礎であり、先駆者です

1. 産業革命と産業発展の先駆けである。

2. さまざまな産業の基盤となる

3. ハイテク開発の基盤です

材料開発の 7 つの時代

石器時代（陶器）

青銅器時代（人類史上最初の合金は銅と錫の合金）

鉄器時代

セメントの時代

鋼鉄時代

シリコン時代

新素材の時代

材質の分類

組成と構造による分類

金属素材

単純な金属の結合は金属結合です

無機非金属材料（セラミックス）

セラミックス材料は主にイオン結合に基づいています

ポリマー材料

高分子内の原子は強い共有結合によって結合されています

複合材料

結合は非常に複雑です

性能別に分類

構造材料 - エンジニアリング部品材料、機械製造材料など

機械的特性の重視

機能性材料 - 電子材料、半導体材料、磁性材料、エネルギー材料、生体材料など

物理的および化学的特性の重視

用途と開発ごとに分類

伝統的な素材

新しい素材

材料科学と工学の4つの基本要素

パフォーマンス

研究資料の出発点と目標（足場）

合成処理

組織構造

芯

化学組成

材料の合成と加工

原材料の選択

天然鉱物原料（鉄鉱石、方鉛鉱など）

無機化学原料

酸化物原料

非酸化物原料

材料構成と組織構造

構成: 材料を構成する要素の種類と内容を指し、通常は (w) と (x) で表されます。

成分: 材料を構成する最も基本的な独立した物質を指します。純粋な元素または安定した化合物です。

相: 同じ化学組成と同じ構造を持つ材料の均質な部分を指します。

構造: 材料内部の微細な形態を指し、各成分相の形状、サイズ、分布を反映します。

構造: 材料の構成単位 (原子、イオン、分子など) 間の相互引力と反発力の空間配置。

構造のレベル

マクロレベル

顕微鏡レベル

ミクロレベル

物質的な組織構造

イオン結合とイオン結晶

1. イオン結合の強い結合力により、イオン結晶は一般に融点、沸点が高く、硬度も高くなります。

2. 典型的なイオン結晶は無色透明です。

3.イオン結晶は優れた絶縁体です

共有結合と共有結合結晶

指向性と飽和性

金属結合と金属結晶

分子結合と分子結晶

分子結晶の硬度は非常に低く、融点と沸点も非常に低いです。

水素結合と水素結合結晶

指向性と飽和性

固体材料の3つの構造

準結晶

結晶と非晶質の間の固体です

まとまりのない

粒子内部の三次元空間が周期的な繰り返し配列を示さない固体であり、短距離では規則的な配列を有するが、長距離では規則的な配列を持たない。

結晶

原子や原子団、イオンや分子が三次元空間に周期的かつ繰り返し規則正しく配置されて形成される固体を指します。

構造的基礎

空間格子と単位格子

単位セルは隙間なく並べられており、完全に同一です。

その他の概念

(1) 単位格子内の原子数：単位格子に含まれる原子の数を指します。 (2) 原子半径：単位格子内の最も近い 2 つの原子間の距離の半分を指します。 (3) 配位数：結晶を指します。格子単位格子内の原子に同じ距離にあり、最も近い原子の数 (4) 密度: 単位格子内の原子自体が占める体積分率を指し、最密充填係数としても知られています。結晶格子

結晶欠陥

点欠陥

本質的欠陥（空孔、ギャップ）

不純物欠陥（置換原子は不純物欠陥である必要があります）

電子的欠陥 (非化学量論的構造欠陥)

線欠陥（転位）

表面欠陥

結晶とアモルファス結晶の違い: 1. 結晶の原子配列は長距離秩序を持っていますが、アモルファス原子の配列は長距離秩序を持っていません。結晶は整然とした規則的な幾何学的形状をしていますが、アモルファス形状は固体です。 3. 結晶が固定されている非晶質結晶の融点は明確ではありません。 4. 単結晶にも異方性がありますが、非晶質結晶にも等方性があります。