Галерея диаграмм связей Краткое описание материаловедения и инженерии
Это интеллектуальная карта, описывающая материаловедение и инженерию. Основное содержание включает в себя: состав и организационную структуру материалов, синтез и обработку материалов, четыре основных элемента материаловедения и инженерии, классификацию материалов, история и развитие.
Отредактировано в 2024-03-09 12:07:41Краткое 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
Синтез и обработка материалов
Выбор сырья
Природные минеральные материалы (железная руда, галенит и др.)
Неорганическое химическое сырье
Оксидное сырье
неоксидное сырье
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 являются хорошими изоляторами.
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
Это твердое вещество между кристаллическим 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 дальноупорядочено, тогда как расположение аморфных атомов не имеет дальнего порядка. 2. Кристаллы имеют аккуратную и правильную геометрическую форму, а аморфные формы являются твердыми телами. с неправильными свойствами. 3. Кристаллы имеют фиксированную температуру плавления аморфных кристаллов. 4. Монокристаллы обладают также анизотропией, а аморфные кристаллы - изотропией.