Галерея диаграмм связей Очерк материаловедения и инженерии(1)(1)
Это интеллектуальная карта, посвященная Очерку материаловедения и инженерии (1) (1), включая историю и развитие материалов, классификацию материалов, четыре основных элемента материаловедения и инженерии, синтез и обработку материалов и т. Д.
Отредактировано в 2024-03-10 19:32:59Краткое описание материаловедения и инженерии
История материала и развитие
Материал
Материалы являются веществами, но не все вещества являются материалами.
Определение: Относится к веществам, которые приемлемы для человеческого общества и могут быть использованы для экономичного производства полезных устройств.
эффект
Материалы являются важной вехой в прогрессе человеческого общества.
Человеческое общество
Научная технология
Материалы являются основой и предшественником экономического и социального развития.
1. Это предшественник промышленной революции и промышленного развития.
2. Это основа различных отраслей промышленности.
3. Это основа развития высоких технологий.
Семь эпох материального развития
Каменный век (керамика)
Бронзовый век (первым сплавом в истории человечества был сплав меди с оловом)
Железный век
цементная эпоха
стальной век
кремниевый век
новая материальная эра
Классификация материалов
Классифицируется по составу и строению
металлический материал
Связующие связи простых металлов являются металлическими связями.
Неорганические неметаллические материалы (керамика)
Керамические материалы в основном основаны на ионных связях.
Полимерные материалы
Атомы в макромолекулах удерживаются вместе прочными ковалентными связями.
композитные материалы
Соединение очень сложное
Классификация по производительности
Конструкционные материалы - материалы для машиностроения, материалы для машиностроения и т.д.
Акцент на механических свойствах
Функциональные материалы – электронные материалы, полупроводниковые материалы, магнитные материалы, энергетические материалы, биологические материалы и т. д.
Акцент на физических и химических свойствах
Классифицируется по применению и развитию
традиционные материалы
новый материал
Четыре основных элемента материаловедения и инженерии
производительность
Отправная точка и цель (опорная точка) материалов исследования.
Синтетическая обработка
организационная структура
основной
химический состав
Выход из строя конструкционных материалов
Отказ происходит, когда материал теряет свои первоначальные характеристики под совместным действием внешних нагрузок и окружающей среды до тех пор, пока он больше не может продолжать служить.
Формы материального отказа
Чрезмерная деформация
Чрезмерная упругая деформация → Недостаточная жесткость является первопричиной чрезмерной упругой деформации деталей (самый высокий модуль упругости имеет керамика)
Чрезмерная пластическая деформация → низкий предел текучести является основной причиной чрезмерной пластической деформации деталей.
Между ними нет очевидной разницы
разрушение перелома
Существует три процесса: зарождение трещины, распространение и окончательное разрушение.
Классификация переломов
Величина пластической деформации: вязкое разрушение. хрупкий перелом
Путь распространения трещины: транскристаллитный перелом. межкристаллитный перелом
Разрушение деталей при статических и ударных нагрузках
Усталостное разрушение деталей при знакопеременных нагрузках.
Напряжение, вызывающее усталостное разрушение, часто ниже, чем предел текучести при статической нагрузке.
При разрушении нет явной макроскопической пластической деформации, которая является хрупким разрушением.
Усталостное разрушение может четко показать образование, распространение и окончательное разрушение трещин.
усталость от растяжения
Усталость при растяжении и сжатии
усталость при изгибе
Обратная усталость
Усталость от различных режимов смешанного стресса
Разрушение деталей при статических и ударных нагрузках
Ползучесть
прочная сила
Неисправность повреждения поверхности
Классификация
поверхностный износ
контактная усталость
поверхностная коррозия
износ
Адгезионный износ, абразивный износ, коррозионный износ, усталостный износ.
Повышение твердости поверхности материала является ключом к повышению износостойкости в различных условиях износа.
коррозия
Коррозионные свойства
Химическая коррозия
Электрохимическая коррозия
Корродированные детали
равномерная коррозия
Питтинговая коррозия (прошивная)
межкристаллитная коррозия
Свойства и производительность материала
Классификация недвижимости
Магнитные свойства
тепловые свойства
Тепловые эффекты: поглощение тепла, теплопередача и расширение.
Электрические свойства
Диэлектричество
Диэлектрическая постоянная
Диэлектрические потери (небольшие диэлектрические потери, хорошие изоляционные характеристики)
Диэлектрическая прочность (высокая диэлектрическая прочность означает хорошее качество изолятора)
Чем хуже диэлектрик, тем лучше изоляция.
Оптические свойства (флуоресценция)
Механические свойства материалов
Определение: Деформация и разрушение материалов при различных нагрузках и условиях окружающей среды.
Категория: упругая деформация Пластическая деформация
Прочность (внешняя сила): растяжение, сжатие, сдвиг, усталостная прочность. Предел ползучести и прочность являются мерами способности материала сопротивляться деформации и разрушению при высоких температурах.
эластичность и пластичность
Обратимый (эластичность) и необратимый (пластичность)
прочность и хрупкость
Показатели, измеряющие ударную вязкость, включают ударную вязкость и вязкость разрушения.
Твердость: относится к способности материала сопротивляться местной деформации.
Синтез и обработка материалов
Выбор сырья
Природные минеральные материалы (железная руда, галенит и др.)
Неорганическое химическое сырье
Оксидное сырье (глинозем, оксид магния, шпинель, муллит и др.)
неоксидное сырье
Органическое химическое сырье (натуральные и синтетические материалы)
Подготовка материалов
Газофазный метод (с использованием газа напрямую или превращением веществ в газ различными способами)
Метод PVD (метод физического осаждения из паровой фазы)
Метод CVD (метод химического осаждения из паровой фазы)
метод жидкой фазы
Метод плавления, метод раствора, межфазный метод, метод осаждения жидкой фазы, золь-гель метод, гидротермальный метод (высокая температура и высокое давление или высокая температура и нормальное давление), метод распыления, метод выращивания из раствора,
твердофазный метод
Метод высокотемпературного спекания
порошковая металлургия
метод твердофазной поликонденсации
Метод самораспространяющегося высокотемпературного синтеза
Обработка формования материала
Классификация методов формования
свободное формование
Формирование принудительного потока
Принудительное формование пластика
Прочее молдинг
Свойства формования
Металлическое литье формируется за счет сыпучести материала.
Текучесть и пластическая деформируемость
Методы формовки и обработки металлических материалов.
Кастинг
пластиковое литье
Соединительный молдинг
материальный дизайн
Материалы должны иметь хорошую экологическую совместимость при производстве, использовании, утилизации и переработке.
Материальный состав и организационная структура
Состав: относится к типу и содержанию элементов, составляющих материал, обычно обозначаемых (w) и (x). Компонент: относится к самому основному независимому веществу, составляющему материал. Это может быть чистый элемент или стабильное соединение. Фаза: относится к однородной части материала, имеющей одинаковый химический состав и одинаковую структуру. Структура: относится к микроскопической морфологии внутри материала, которая отражает форму, размер и распределение каждой составляющей фазы.
Структура: пространственное расположение взаимного притяжения и отталкивания между составными частями материала (атомами, ионами, молекулами и т. д.).
уровень структуры
макроуровень
микроскопический уровень
микроуровень
Структура организации материала
Ионные связи и ионные кристаллы
1. Из-за сильной связывающей силы ионных связей ионные кристаллы обычно имеют более высокие температуры плавления, температуры кипения и более высокую твердость.
2. Типичные ионные кристаллы бесцветны и прозрачны.
3. Ионные кристаллы — хорошие изоляторы.
Ковалентные связи и ковалентные кристаллы
направленный и насыщающий
Металлические связи и металлические кристаллы
Молекулярные связи и молекулярные кристаллы
Твердость молекулярных кристаллов очень низкая, а температуры плавления и кипения также очень низкие.
Водородная связь и кристаллы с водородной связью
направленный и насыщающий
Три структуры твердых материалов
квазикристалл
Разновидность кристалла между кристаллом и аморфным
Аморфный
Это твердое тело, в котором внутреннее трехмерное пространство частиц не имеет периодического повторяющегося расположения. Оно имеет упорядоченное расположение на ближнем расстоянии, но не имеет упорядоченного расположения на дальнем расстоянии.
кристалл
Это относится к твердому телу, образованному регулярным расположением атомов или атомных групп, ионов или молекул в трехмерном пространстве периодическим и повторяющимся образом.
структурная основа
Пространственная решетка и элементарная ячейка
Элементарные ячейки расположены рядом друг с другом без зазоров и полностью идентичны.
Другие концепции
(1) Число атомов в элементарной ячейке: относится к числу атомов, содержащихся в элементарной ячейке (2) Атомный радиус: половина расстояния между двумя ближайшими атомами в элементарной ячейке (3) Координационное число: относится к кристаллу Решетка Число атомов, находящихся на одном и том же расстоянии и ближе всего к любому атому в элементарной ячейке. (4) Плотность: относится к объемной доле, занимаемой самими атомами в элементарной ячейке, также известной как коэффициент плотной упаковки кристаллическая решетка
дефекты кристалла
точечный дефект
Внутренние дефекты (вакансии, зазоры)
Примесные дефекты (замещающие атомы должны быть примесными дефектами)
Электронные дефекты (нестехиометрические структурные дефекты)
Линейные дефекты (дислокации)
дефекты поверхности
Отличие кристаллов от аморфных кристаллов: 1. Атомное расположение кристаллов имеет дальний порядок, тогда как расположение аморфных атомов не имеет дальнего порядка. 2. Кристаллы имеют аккуратную и правильную геометрическую форму, а аморфные формы – неправильную. твердые тела 3. Кристаллы фиксированы. Температура плавления аморфных кристаллов не ясна. 4. Монокристаллы также обладают анизотропией, а аморфные кристаллы - изотропией.