2024年材料科學培訓資料匯報人：XX2024-01-11材料科學基礎金屬材料無機非金屬材料有機高分子材料復合材料材料科學研究方法與技術材料科學基礎01金屬材料、無機非金屬材料、有機高分子材料和復合材料等。材料分類包括物理特性（如密度、硬度、熔點等）、化學特性（如耐腐蝕性、氧化性等）和機械特性（如強度、韌性等）。材料特性材料分類與特性晶體結構晶體是由原子、離子或分子按一定規律排列而成的固體，其結構可用晶格來描述。常見的晶體結構有立方晶系、四方晶系、正交晶系等。晶體缺陷晶體中原子排列的偏離完美結構的現象。點缺陷（如空位、間隙原子等）、線缺陷（如位錯等）和面缺陷（如晶界、孿晶界等）是常見的晶體缺陷。晶體結構與缺陷描述物質相態與溫度、壓力等參數之間關系的圖形。二元相圖、三元相圖等是常見的相圖類型。物質從一種相態轉變為另一種相態的過程。常見的相變類型包括凝固、熔化、升華、凝華以及固態相變等。相圖與相變相變相圖通過拉伸試驗、壓縮試驗、硬度試驗等手段，測定材料的強度、塑性、韌性等力學性能指標。力學性能表征物理性能表征化學性能表征利用熱學、光學、電學等手段，測定材料的導熱性、導電性、光學性能等物理性能指標。通過腐蝕試驗、氧化試驗等手段，測定材料的耐腐蝕性、抗氧化性等化學性能指標。030201材料性能表征金屬材料02金屬晶體主要由金屬原子和自由電子構成，常見的金屬晶體結構有面心立方、體心立方和密排六方等。晶體結構金屬具有良好的導電性、導熱性和延展性，這些性質與金屬晶體中的自由電子密切相關。物理性質金屬易失去電子形成陽離子，具有較強的還原性。不同金屬的活動性不同，可通過金屬活動性順序表進行判斷。化學性質金屬晶體結構與性質金屬在受到外力作用時，可發生塑性變形，如拉伸、壓縮、彎曲等。塑性變形過程中，金屬內部的晶粒會發生滑移和轉動。塑性變形金屬可通過冷加工、熱處理等工藝進行強化。冷加工可使金屬內部的晶粒細化，提高強度和硬度；熱處理可通過改變金屬的微觀組織，調整其力學性能。強化機制金屬塑性變形與強化機制合金化原理通過向金屬中添加其他元素，可形成合金。合金化可改善金屬的力學性能、耐蝕性、耐磨性等。合金元素的種類和含量對合金的性能具有重要影響。合金應用合金在各個領域具有廣泛應用，如鋼鐵、鋁合金、銅合金、鈦合金等。不同種類的合金具有不同的特性和應用范圍。金屬合金化原理及應用研發具有更高強度、更好耐蝕性、更高溫耐性的金屬材料，以滿足高端制造領域的需求。高性能金屬材料發展密度更低、比強度更高的輕質金屬材料，如鎂合金、鋁合金等，以實現輕量化設計。輕質金屬材料開發具有特殊功能的金屬材料，如超導材料、形狀記憶合金等，拓展金屬材料的應用領域。功能金屬材料推動環保型金屬材料的研發和應用，如無鉛焊料、生物可降解金屬等，降低金屬材料對環境的影響。環保金屬材料新型金屬材料發展趨勢無機非金屬材料03陶瓷材料制備工藝及性能特點制備工藝包括原料制備、成型、燒結等步驟，其中原料的純度和粒度對陶瓷性能有重要影響。性能特點具有高硬度、高耐磨、高耐腐蝕、高溫穩定性等優良性能，但韌性較差。包括硅酸鹽玻璃、硼酸鹽玻璃、磷酸鹽玻璃等，不同種類的玻璃具有不同的性能特點。種類廣泛應用于建筑、家居、電子、光學等領域，如建筑中的窗玻璃、家居中的餐具、電子產品中的顯示屏等。應用領域玻璃材料種類與應用領域

水泥混凝土組成、結構及性能組成由水泥、水、骨料（沙、石）等組成，其中水泥是膠凝材料，骨料起到骨架作用。結構水泥混凝土的結構包括宏觀結構和微觀結構，宏觀結構指混凝土中骨料、水泥石和界面過渡區的分布，微觀結構指水泥石的內部結構。性能具有良好的抗壓強度、耐久性、耐火性等性能，但抗拉強度較低。如納米陶瓷、生物陶瓷等，具有更高的力學性能和特殊功能。新型陶瓷材料新型玻璃材料新型水泥混凝土材料無機非金屬復合材料如光纖玻璃、超導玻璃等，具有優異的光學、電學等性能。如高性能混凝土、纖維增強混凝土等，具有更高的強度和耐久性。通過復合技術將不同性質的無機非金屬材料組合在一起，形成具有優異綜合性能的新材料。先進無機非金屬材料研究進展有機高分子材料04合成方法包括加聚反應、縮聚反應、開環聚合等多種合成方法，其中加聚反應和縮聚反應是應用最廣泛的合成方法。高分子化合物定義由大量重復結構單元組成，分子量高達數千至數百萬的化合物，分為天然高分子和合成高分子兩大類。高分子結構包括線型、支鏈型、交聯型等不同的結構類型，結構對性能具有決定性影響。高分子化合物基本概念及合成方法塑料生產工藝01主要包括注塑、擠出、吹塑、壓延等成型方法，以及增塑、填充、共混等改性技術。橡膠生產工藝02天然橡膠主要通過凝固、干燥、煙熏等工序生產；合成橡膠則通過聚合反應得到。加工過程包括塑煉、混煉、壓延、壓出、成型、硫化等步驟。纖維生產工藝03主要包括熔融紡絲、濕法紡絲、干法紡絲等方法。纖維性能可通過拉伸、熱定形等后處理工藝進行改善。塑料、橡膠、纖維等制品生產工藝簡介導電高分子具有導電性能的高分子材料，廣泛應用于電子、電磁屏蔽等領域。主要類型包括復合型導電高分子和結構型導電高分子。生物醫用高分子用于醫療器械、藥物載體、生物組織工程等領域的高分子材料。如醫用塑料、醫用橡膠、可生物降解高分子材料等。功能高分子材料（如導電高分子、生物醫用高分子）環保可降解高分子材料發展趨勢能在自然環境中通過微生物作用而降解的塑料，主要類型包括光降解塑料、生物降解塑料等。可降解塑料隨著環保意識的提高，可降解高分子材料的應用范圍將不斷擴大。未來發展方向包括提高降解效率、降低成本、拓展應用領域等。同時，政策支持和市場需求也將推動該領域的快速發展。發展趨勢復合材料05VS由兩種或兩種以上不同性質的材料，通過物理或化學的方法，在宏觀上組成具有新性能的材料。分類方法按基體材料類型可分為聚合物基復合材料、金屬基復合材料和陶瓷基復合材料等；按增強體形態可分為顆粒增強復合材料、纖維增強復合材料和層狀復合材料等。復合材料定義復合材料基本概念及分類方法具有高比強度、高比模量、耐磨損、耐腐蝕等優異性能，且與基體材料具有良好的相容性和潤濕性。優化增強體與基體之間的界面結構和性能，提高界面結合強度，改善應力傳遞和分散效果，從而提高復合材料的整體性能。增強體選擇原則界面設計思路增強體選擇原則及界面設計思路金屬基復合材料制備工藝包括粉末冶金、攪拌鑄造、噴射成形等工藝，具有高比強度、高耐磨損等優異性能，應用于航空航天、軍事等領域。陶瓷基復合材料制備工藝包括溶膠-凝膠法、化學氣相沉積等工藝，具有高溫穩定性、耐腐蝕等優異性能，應用于航空航天、能源等領域。聚合物基復合材料制備工藝包括溶液共混、熔融共混、原位聚合等工藝，具有工藝簡單、成本低廉等優點，廣泛應用于汽車、電子等領域。典型復合材料制備工藝實例分析先進復合材料具有輕質高強、耐高溫等優異性能，可應用于飛機機身、發動機部件等關鍵部位，提高飛行器的性能和安全性。航空航天領域先進復合材料可應用于車身結構件、輕量化零部件等部位，降低汽車質量，提高燃油經濟性和安全性。汽車領域先進復合材料可應用于風力發電機葉片、太陽能電池板支架等部位，提高能源利用效率和環保性能。新能源領域先進復合材料在航空航天等領域應用前景材料科學研究方法與技術06掌握實驗設計的基本原則和方法，如隨機化、重復、區組化等，以確保實驗結果的可靠性和準確性。實驗設計方法學習數據處理和分析的基本方法，如描述性統計、假設檢驗、方差分析等，以便對實驗數據進行有效的解讀和挖掘。數據處理技巧實驗設計方法和數據處理技巧03透射電子顯微鏡（TEM）掌握TEM的基本原理、操作技巧和樣品制備方法，熟悉其在材料微觀結構研究中的應用。01X射線衍射（XRD）了解XRD的基本原理和實驗方法，掌握物相分析、晶體結構測定等應用。02掃描電子顯微鏡（SEM）學習SEM的工作原理和樣品制備方法，了解其在材料形貌觀察、成分分析等方面的應用。材料結構表征手段（XRD,SEM,TEM等）了解拉伸、壓縮、彎曲等力學性能測試方法，掌握硬度、韌性、疲勞等力學性能指標的評定。力學性能測試學習熱導率、熱膨脹系數、比熱容等熱學性能測試方法，了解其在材料熱性能研究中的應用。熱學性能測試掌握電阻率、介電常數、擊穿電壓等電學性能測試方法，熟悉其在材料電性能研究中的應用。電學性能測試材料性能測試方法（力學、熱學、電學等）123了解第一性原理計算的基本