塑料流变成型原理塑料流变成型原理第第 1 章章 材料科学概述材料科学概述第第 2 章章 高分子材料的制备反应高分子材料的制备反应第第 3 章章 高分子材料的结构与性能高分子材料的结构与性能第第 4 章章 通用高分子材料通用高分子材料塑料流变成型原理塑料流变成型原理（一）材料的单向循环模式（一）材料的单向循环模式（一）材料的单向循环模式（一）材料的单向循环模式二二. 材料循环材料循环材料、能源与环境材料、能源与环境地球地球原材料原材料工业原料工业原料资源开采资源开采冶金等初加工冶金等初加工工程材料工程材料产品产品废料废料组合加工制造组合加工制造人类使用后失效人类使用后失效进一步加工进一步加工 资源开采生产加工消费使用废物丢弃 这种单向循环模式必然造成资源紧缺能源浪费环境污染的严重后果。（二）材料的双向循环（二）材料的双向循环（二）材料的双向循环（二）材料的双向循环 目前人们开始认识到现有的“消耗资源能源制造产品排放废物”这一单向生产模式已经无法持续下去，而应当以仿效自然生态过程物质循环的模式取而代之，建立起废物能在不同生产过程中循环、多产品共生的工业模式，即所谓的双向循环模式。 循环经济与知识经济并称为世界未来经济发展的两模式。地球地球综合利用变为无害废物综合利用变为无害废物工业用原料工业用原料工程材料工程材料产品产品废料废料综合利用变为无害废物综合利用变为无害废物原材料原材料经过人类处理重新经过人类处理重新利用后的无害废物利用后的无害废物（三）材料的可持续发展战略与生态环境材料（三）材料的可持续发展战略与生态环境材料（三）材料的可持续发展战略与生态环境材料（三）材料的可持续发展战略与生态环境材料1. 1. 材料的可持续发展战略材料的可持续发展战略材料的可持续发展战略材料的可持续发展战略（1 1）尽可能节约资源与能源，尽可能减少对环）尽可能节约资源与能源，尽可能减少对环）尽可能节约资源与能源，尽可能减少对环）尽可能节约资源与能源，尽可能减少对环境的污染。境的污染。境的污染。境的污染。（2 2）把材料及产品整个寿命周期对环境的协调）把材料及产品整个寿命周期对环境的协调）把材料及产品整个寿命周期对环境的协调）把材料及产品整个寿命周期对环境的协调性作为重要的评价指标。性作为重要的评价指标。性作为重要的评价指标。性作为重要的评价指标。（3 3）把材料科技与产业的具体发展目标和各国、）把材料科技与产业的具体发展目标和各国、）把材料科技与产业的具体发展目标和各国、）把材料科技与产业的具体发展目标和各国、各地区可持续发展的大目标结合起来。各地区可持续发展的大目标结合起来。各地区可持续发展的大目标结合起来。各地区可持续发展的大目标结合起来。2. 2. 生态环境材料研究与开发的兴起生态环境材料研究与开发的兴起生态环境材料研究与开发的兴起生态环境材料研究与开发的兴起 生态环境材料是指：同时具有优良的使用性能和最佳环境协调性能的一大类材料。 这类材料对资源和能源消耗少，对生态和环境污染小，再生利用率高或可降解和可循环利用，而且要求在制造、使用、废弃直到再生利用的整个寿命周期中，都必须具有与环境的协调共存性。 大力提倡和积极支持开发新型的环境材料，取代那些资源和能源消耗高、污染严重的传统材料。（一）材料科学与工程的组成要素（一）材料科学与工程的组成要素（一）材料科学与工程的组成要素（一）材料科学与工程的组成要素三三. 材料成分结构合成与加工性能使用效能材料成分结构合成与加工性能使用效能材料成分结构合成与加工性能使用效能材料成分结构合成与加工性能使用效能 五要素：成分、合成与加工、结构、性能、使用效能。金属材料：铸造、成型、连接、机加工、粉末冶金陶瓷材料：铸造、压制、烧结聚合物：模制、压制复合材料：铸造、成型、连接（二）材料加工工艺方法（二）材料加工工艺方法（二）材料加工工艺方法（二）材料加工工艺方法（三）性能与使用效能（三）性能与使用效能（三）性能与使用效能（三）性能与使用效能 成品状态的材料具有一整套满足实际设计要求的性能强度、硬度、导电性、密度、色彩等。倘若在使用过程中，材料的内部结构没有变化，那么它将永远保持这些性能。 如果产品遇到使材料内部结构发生变化的使用情况，那么，材料的性能与行为也会发生相应的变化。 因此，不仅要考虑初始条件，而且要考虑那些将使材料内部结构发生变化，因而也导致材料性能发生变化的使用条件。（四）材料设计和选用材料（四）材料设计和选用材料（四）材料设计和选用材料（四）材料设计和选用材料 依据产品所需材料的各项性能指标，利用各种有用信息，建立相关模型，制定具有预想的微观结构和性能的材料及材料生产工艺方法，以满足特定产品对新材料的需求。1. 1. 材料设计材料设计材料设计材料设计2. 2. 选用材料选用材料选用材料选用材料 选材的基本原则：胜任某一特定功能；综合性能比较好；材料性能差异定量化；成本、经济与社会效益；与环境保护尽可能一致。 一个好的材料的选用，应是设计一个好的材料的选用，应是设计一个好的材料的选用，应是设计一个好的材料的选用，应是设计工艺工艺工艺工艺材料材料材料材料用户最佳组合的结果。用户最佳组合的结果。用户最佳组合的结果。用户最佳组合的结果。 材料具有满足指定工作条件下使用要求的形态和物理性质的物质。1.1.1 1.1.1 材料及材料化过程材料及材料化过程材料及材料化过程材料及材料化过程( (材料工艺过程材料工艺过程材料工艺过程材料工艺过程) ) 由化学物质或原料转变成适用于一定用场的材料，其转变过程称为材料化过程材料化过程材料化过程材料化过程或材料工艺过材料工艺过材料工艺过材料工艺过程程程程。或者说，为适应某种使用目的，而对物质体系某种物性、强度、形状所进行的种种操作或加工就是材料化过程即材料工艺过程。1.1 材料与材料科学材料与材料科学1.1.2 1.1.2 材料的类别材料的类别材料的类别材料的类别按化学组成分类按化学组成分类按化学组成分类按化学组成分类金属材料金属材料金属材料金属材料无机材料无机材料无机材料无机材料 有机材料有机材料有机材料有机材料 （高分子材料）（高分子材料）（高分子材料）（高分子材料）按状态分类按状态分类按状态分类按状态分类气态气态气态气态液态液态液态液态 固态固态固态固态单晶单晶单晶单晶多晶多晶多晶多晶非晶非晶非晶非晶复合材料复合材料复合材料复合材料按材料作用分类按材料作用分类按材料作用分类按材料作用分类结构材料结构材料结构材料结构材料功能材料功能材料功能材料功能材料 按使用领域分类按使用领域分类按使用领域分类按使用领域分类电子材料电子材料电子材料电子材料耐火材料耐火材料耐火材料耐火材料 医用材料医用材料医用材料医用材料耐蚀材料耐蚀材料耐蚀材料耐蚀材料建筑材料建筑材料建筑材料建筑材料 金属材料有两种。一种是利用其固有特性以纯金属状态使用的；另一种是由几种金属组成或加入适当的杂质成分以改善其原有的特性而使用的。1.1.2.1 1.1.2.1 金属材料金属材料金属材料金属材料 金属材料富于展性和延性，有良好的导电及导热性、较高的强度及耐冲击性。 在工业上，通常将金属材料分成黑色金属（铁基合金）和有色金属两种类型。 黑色金属黑色金属黑色金属黑色金属主要是以铁碳为基的合金，包括普通碳钢、合金钢、不锈钢和铸铁。钢的性能主要由渗碳体的数量、尺寸、形状及分布决定。 有色金属有色金属有色金属有色金属是除铁之外的纯金属或以其为基的合金。常用的由铝合金、镁合金、铜合金、钛合金等。 金属材料富于展性和延性，具有良好的导电及导热性、较高的强度及耐冲击性。金属材料金属材料金属材料金属材料黑色金属黑色金属黑色金属黑色金属有色金属有色金属有色金属有色金属碳钢碳钢碳钢碳钢常用合金钢常用合金钢常用合金钢常用合金钢不锈钢不锈钢不锈钢不锈钢铸铁铸铁铸铁铸铁普通碳素钢普通碳素钢普通碳素钢普通碳素钢优质碳素结构钢优质碳素结构钢优质碳素结构钢优质碳素结构钢碳素工具钢碳素工具钢碳素工具钢碳素工具钢铝及铝合金铝及铝合金铝及铝合金铝及铝合金铜及铜合金铜及铜合金铜及铜合金铜及铜合金钛及钛合金钛及钛合金钛及钛合金钛及钛合金新型金属材料新型金属材料新型金属材料新型金属材料超高强度钢超高强度钢超高强度钢超高强度钢低温合金低温合金低温合金低温合金形状记忆合金形状记忆合金形状记忆合金形状记忆合金环境材料环境材料环境材料环境材料纳米材料纳米材料纳米材料纳米材料超导新材料超导新材料超导新材料超导新材料 无机材料是由无机化合物构成的材料，其中包括诸如锗、硅、碳之类的单质所构成的材料。硅和锗是主要的半导体材料，由于其重要性，已独立成为材料的一个分支。1.1.2.2 1.1.2.2 无机材料无机材料无机材料无机材料 主要的无机材料是硅酸盐材料。主要有玻璃玻璃玻璃玻璃、陶瓷陶瓷陶瓷陶瓷和水泥水泥水泥水泥三大类。 无机材料一般硬度大、性脆、强度高、抗化学腐蚀、对电和热的绝缘性好。无机材料无机材料无机材料无机材料玻璃玻璃玻璃玻璃水泥水泥水泥水泥传统陶瓷传统陶瓷传统陶瓷传统陶瓷结构陶瓷结构陶瓷结构陶瓷结构陶瓷工具陶瓷工具陶瓷工具陶瓷工具陶瓷功能陶瓷功能陶瓷功能陶瓷功能陶瓷陶瓷陶瓷陶瓷陶瓷现代陶瓷现代陶瓷现代陶瓷现代陶瓷日用陶瓷日用陶瓷日用陶瓷日用陶瓷建筑陶瓷建筑陶瓷建筑陶瓷建筑陶瓷 高分子材料是由脂肪族和芳香族的C-C共价键为基本结构的高分子构成，也称为有机材料。1.1.2.3 1.1.2.3 高分子材料高分子材料高分子材料高分子材料 高分子材料的一般特点是质轻、耐腐蚀、绝缘性好、易于成型加工，但强度、耐磨性及使用寿命较差。按来源可分为按来源可分为按来源可分为按来源可分为天然高分子材料天然高分子材料天然高分子材料天然高分子材料合成高分子材料合成高分子材料合成高分子材料合成高分子材料按主链结构可分为按主链结构可分为按主链结构可分为按主链结构可分为碳链高分子材料碳链高分子材料碳链高分子材料碳链高分子材料杂链高分子材料杂链高分子材料杂链高分子材料杂链高分子材料元素有机高分子材料元素有机高分子材料元素有机高分子材料元素有机高分子材料按性能和用途可分为按性能和用途可分为按性能和用途可分为按性能和用途可分为橡胶橡胶橡胶橡胶塑料塑料塑料塑料纤维纤维纤维纤维粘合剂粘合剂粘合剂粘合剂涂料涂料涂料涂料功能高分子材料功能高分子材料功能高分子材料功能高分子材料聚合物基复合材料聚合物基复合材料聚合物基复合材料聚合物基复合材料 复合材料是由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质用适当的工艺方法组合起来，具有复合效应的多相固体材料。1.1.2.4 1.1.2.4 复合材料复合材料复合材料复合材料 复合效应是指通过复合所得的产物性能要优于组成它的材料或具有新的性能特点。 复合材料应满足以下几个条件：由两种或两种以上化学、物理性质不同的材料组成；复合材料是用人工方法制造的；复合材料增加了各个组分材料所不具备的性能。(1) (1) 按构成的原料分类按构成的原料分类按构成的原料分类按构成的原料分类 根据构成原料在复合材料中的形态，可分成基体材料和分散材料。 复合材料有三种命名方法：一是以基体为主；二是以分散材料为主；三是基体和分散材料并用。(2) (2) 按复合材料的形态和形状分类按复合材料的形态和形状分类按复合材料的形态和形状分类按复合材料的形态和形状分类颗粒状颗粒状颗粒状颗粒状纤维状纤维状纤维状纤维状层状层状层状层状(3) (3) 按复合性质分类按复合性质分类按复合性质分类按复合性质分类合体复合（物理复合）合体复合（物理复合）合体复合（物理复合）合体复合（物理复合）生成复合（化学复合）生成复合（化学复合）生成复合（化学复合）生成复合（化学复合）(4) (4) 按复合效果分类按复合效果分类按复合效果分类按复合效果分类结构复合材料结构复合材料结构复合材料结构复合材料功能复合材料功能复合材料功能复合材料功能复合材料1.1.3 1.1.3 材料科学的范畴及任务材料科学的范畴及任务材料科学的范畴及任务材料科学的范畴及任务 人类历史可以说是按使用的材料种类来划分的，一个国家使用的材料品种和数量是衡量这个国家科学和经济发展水平的重要标志。 材料科学是一门以材料为研究对象，介于基础科学和应用科学之间的应用基础科学应用基础科学应用基础科学应用基础科学，是一门多学科的综合性应用基础科学。 材料科学的内容：一是从化学的角度出发，研究材料的化学组成、键性、结构与性能的关系规律；二是从物理学角度出发，阐述材料的组成原子、分子及其运动状态与各种物性之间的关系。 材料科学的主要任务就是以现代物理学、化学等基础学科理论为基础，从电子、原子、分子间结合力、晶体及晶体结构、显微组织、结构缺陷等观点研究材料的各种性能以及材料在制造和应用过程中的行为，了解结构性能应用结构性能应用结构性能应用结构性能应用之间的规律关系，提高现有材料的性能、发挥材料的潜力，并能动地探索和发展新型材料，以满足工农业生产、国防建设和现代技术发展对材料日益增长的需求。 宏观组织结构是用肉眼或放大镜能观察到的晶粒、相的集合状态。 显微组织结构或称亚微观结构是借助光学显微镜、电子显微镜可观察到的晶粒、相的集合状态或材料内部的微观区结构。 比显微组织结构更细的一层结构即微观结构包括原子和分子的排列结构。因为一般分子的尺寸很小，故把分子结构列为微观结构。1.2 材料结构简述材料结构简述材料结构材料结构材料结构材料结构宏观组织结构宏观组织结构宏观组织结构宏观组织结构显微组织结构显微组织结构显微组织结构显微组织结构微观组织结构微观组织结构微观组织结构微观组织结构 原子是由原子核及围绕原子核的电子组成。原子核由中子及带正电的质子组成，因此原子核带正电。电子通过静电吸引被束缚于原子核周围。1.2.1 1.2.1 原子结构原子结构原子结构原子结构 电子、质子和中子都是基本粒子。因为原子中电子和原子核的数目相等，所以原子是电中性的。 当众多相同或不相同的原子结合在一起构成聚集状态的材料时，材料内部的电子结构决定于原子之间的结合键及材料的组织结构。 由金属键金属键金属键金属键结合起来的金属材料，其内部有可自由流动的电子，因此称为导体导体导体导体。由共价键共价键共价键共价键结合起来的材料则一般是绝缘体绝缘体绝缘体绝缘体。具有不同缺陷结构的硅和锗，具有不同的半导体半导体半导体半导体性能。 原子之间或分子之间结合力称为结合键或价键。原子间结合力的大小对材料的性质有显著影响。根据结合力的强弱，可把结合键分成主价键和次价键两大类。1.2.2 1.2.2 结合键结合键结合键结合键结合键结合键结合键结合键化学键（主价键、一次键）化学键（主价键、一次键）化学键（主价键、一次键）化学键（主价键、一次键）物理键（次价键、二次键）物理键（次价键、二次键）物理键（次价键、二次键）物理键（次价键、二次键）离子键离子键离子键离子键共价键共价键共价键共价键金属键金属键金属键金属键氢键氢键氢键氢键 当一种材料含有两种或两种以上原子时，一种原子将其价电子贡献给另一种原子从而填满这种原子的外层能壳层，所产生相反电荷的离子相互吸引形成离子键。1. 1. 离子键离子键离子键离子键 离子键无方向性无方向性无方向性无方向性，键能较大。由离子键构成的材料具有结构稳定、熔点高、硬度大、膨胀系数小的特点。一般离子晶体无自由电子，故为电和热的绝缘体。但高温下可使离子本身运动而导电。 原子之间通过共用电子对而产生的结合作用称为共价结合即共价键。2. 2. 共价键共价键共价键共价键 共价键具有方向性方向性方向性方向性和饱和性饱和性饱和性饱和性两个基本特点。键能较大，由共价结合而形成的材料一般都是绝缘体。除高分子材料外，大多数共价结合的材料其延性和展性都比较差。 共价键的结合形式在材料中很普遍。高分子聚合物中的长链分子本身也是由共价键结合而成。当然，在聚合物中还含有大量结合力很弱的次价键。 例如，在甲烷分子中，碳原子分别与四个氢原子结合，碳原子最外层有四个价电子，氢原子最外层有一个价电子，碳原子分别与四个氢原子通过电子对共用形成具有八个电子的稳定结构，同时，共用电子对还与两个成键原子的原子核互相吸引，构成了甲烷分子中的共价键。 低价的金属元素往往失掉外层的价电子，从而剩下只有原子核和内层电子组成的核心，成为带正电荷的离子。这时价电子不再与任何一个特定的原子有特殊的关系，而是在金属正离子之间自由地运动，成为与若干个离子相关的电子，从而把金属原子结合起来。通过这种相互作用而产生的结合称为金属键。3. 3. 金属键金属键金属键金属键 金属键无饱和性无饱和性无饱和性无饱和性和方向性方向性方向性方向性。具有良好的延展性，并且由于自由电子的存在，金属一般都具有良好的导电、导热性能。 虽然一种材料的原子可以由单一的键结合而成，但更多的则是由两种以上的键力结合而成，我们称之为混合键混合键混合键混合键。事实上，很少有化合物呈现纯离子键和共价键。 许多材料，甚至某些金属材料，都是以三种主要键合机制的复杂混合方式结合的。4. 4. 物理键物理键物理键物理键 惰性气体的原子和某些饱和分子在一定条件下可以形成固体，在它们的固体中其原子或分子是借范德华力相互结合起来的，这种结合键也称为分子键。 物理键又称二次键或次价键，要比一次键弱得多。 分子间的引力永远存在于分子之间，与分子内部原子间化学键相比是较弱的。事实上，这种键在所有原子与分子中均存在，但当有任何一次键存在时，它的存在就会被遮盖忽略了。 分子键对于许多聚合物的结构是相当重要的因素，它使聚合物的大分子结合起来成为固态，这正是聚乙烯具有良好可塑性的内部原因。若没有二次键，水在-80就会沸腾，地球上所有生命也就不再存在了。 二次键的作用对于具有稳定电子结构的惰性气体，以及以共价键结合的分子结构中的分子间的结合是很明显的。它是气体在很低温度下能凝聚成液体和固体的原因。 物理键一般具有加和性，故高聚物大分子之间具有较强的整体作用。物理键可在很大程度上改变材料的性质。不同的高聚物之所以具有不同的性能，分子间的次价键力不同是一个很重要的因素。 物理键有三个来源，即偶极之间的静电力、诱导力和弥散力。这三种力的比例取决于结构。 氢键是一种特殊的分子间的作用力。它是由氢原子同时与两个电负性很大而原子半径较小的原子相结合而产生的具有比一般次价键大得多的键力。5. 5. 氢键氢键氢键氢键 氢键具有饱和性饱和性饱和性饱和性。氢键在高分子材料中特别重要，它是使尼龙这样的聚合物具有较大的分子间力的主要因素。 氢键比范德华键强，氢键实质上是极性分子的一种特殊情况，它是这些次价键中最强的，而且比较普遍。 金属、陶瓷及高分子材料的一系列特性都和原子的排列密切相关。1.2.3 1.2.3 原子排列原子排列原子排列原子排列原子排列可分为三个等级原子排列可分为三个等级原子排列可分为三个等级原子排列可分为三个等级无序排列无序排列无序排列无序排列短程有序，长程无序短程有序，长程无序短程有序，长程无序短程有序，长程无序长程有序长程有序长程有序长程有序 材料一般是以固体状态使用的。按固体中原子排列的有序程度，固体有非晶态结构、结晶态结构两种基本类型。惰性气体原子的无规则排列惰性气体原子的无规则排列惰性气体原子的无规则排列惰性气体原子的无规则排列水蒸气短距离内有序水蒸气短距离内有序水蒸气短距离内有序水蒸气短距离内有序玻璃短距离内有序玻璃短距离内有序玻璃短距离内有序玻璃短距离内有序金属等固体材料的原子有序性遍及整个材料金属等固体材料的原子有序性遍及整个材料金属等固体材料的原子有序性遍及整个材料金属等固体材料的原子有序性遍及整个材料 原子排列近程有序而远程无序的结构称为非非非非晶态结构晶态结构晶态结构晶态结构或无定形结构无定形结构无定形结构无定形结构，非晶态结构又称玻璃态玻璃态玻璃态玻璃态结构结构结构结构。1.2.4 1.2.4 非晶态结构非晶态结构非晶态结构非晶态结构 玻璃态结构的形成主要决定于熔体的粘度。粘度大，冷却时难以实现分子或离子长程有序的排列而形成玻璃态结构。 多数聚合物，由于有长链状大分子，一般容易生成玻璃态结构。玻璃化的难易除粘度因素外，还与冷却速度密切相关。冷却速度越快，越易形成玻璃态结构。 具有非晶态结构材料的共同特点共同特点共同特点共同特点是：结构长程无序，物理性质一般是各向同性的；没有固定的熔点，而是一个依冷却速度而改变的转变温度范围；塑性形变一般较大，导热率和热膨胀性都比较小。 工程材料之所以能够在机械、车辆、船舶、建筑、化工、能源、仪器仪表、航天工业等工程领域中得到广泛应用，是因为它具有良好的工艺性能和优良的使用性能。 所谓工艺性能工艺性能工艺性能工艺性能是指制造工艺过程中材料适应加工的性能，金属材料的工艺性能包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性能和热处理工艺性能等。1.3 材料的性能材料的性能 所谓使用性能使用性能使用性能使用性能是指材料制成零件或产品后，在使用过程中能适应或抵抗外界对它的力、化学、电磁、温度等作用而必须具有的能力。 使用性能又可分为：力学性能力学性能力学性能力学性能，包括各种强度、塑性、韧性、硬度以及断裂韧性等；物理性物理性物理性物理性能能能能，包括密度、熔点、导电、导热、磁性以及膨胀系数等；化学性能化学性能化学性能化学性能，包括抗氧化、耐腐蚀性能等。材料的性能材料的性能材料的性能材料的性能可分为两类：可分为两类：可分为两类：可分为两类： 一种称之为特征性能特征性能特征性能特征性能（使用性能），包括热学、力学、电学、磁学、光学等性能，是属于材料本身所固有的性质。 另一种称为功能物性功能物性功能物性功能物性，是指在一定条件下和一定限度内对材料施加某种作用时，通过材料将这种作用转换为另一形式功能的性质。材料特征性能有以下几种：材料特征性能有以下几种：材料特征性能有以下几种：材料特征性能有以下几种：1.3.1 1.3.1 特征性能特征性能特征性能特征性能（1 1）热学性能）热学性能）热学性能）热学性能（2 2）力学性能）力学性能）力学性能）力学性能（3 3）电学性能）电学性能）电学性能）电学性能（4 4）磁学性能）磁学性能）磁学性能）磁学性能（5 5）光学性能）光学性能）光学性能）光学性能（6 6）化学性能）化学性能）化学性能）化学性能 固体材料加热的时候，有三个重要的热效应，即吸热、热膨胀和传热。这三个热效应可用三个参数分别予以描述，即热容、线膨胀系数和热导率。（1 1）热学性能）热学性能）热学性能）热学性能 摩尔热容是1mol的材料温度升高1或1K所需的热量。在工程计算时，通常采用比热容（或称比热），即单位质量物质的热容（Jkg-1K-1）。材料的结构对比热容的影响不大。 热膨胀，大多数固体材料都会随着环境温度的升高而发生膨胀。膨胀的原因是原子受热后其能量增大，发生了偏离平衡位置的振动，导致了原子间距离的增加，从而使材料在宏观上表现出体积或线性尺寸的增大。 材料的热膨胀性常用其线性膨胀系数（）表示，其含义是温度上升1时，单位长度的伸长量（单位为 -1）。 热导率，一个物体各部分温度不均匀或两个温度不同的物体相接触，就会发生热能从高温区向低温区的传输，这种现象叫做导热。 比例系数k称为热导率热导率，单位为W/(mK)，负号表示热能从高温向低温传输。热导率是表征材料传输热量的能力，k值越大，材料的导热性越好。在固体材料中，金属导热系数最大，陶瓷和高聚物等非金属材料，都是热的不良导体。 所谓材料的力学性能是指在外加载荷（外力）作用下或载荷与环境因素联合作用下所表现的行为。强度、硬度、塑性、韧性等都属于材料的力学性能。（2 2）力学性能）力学性能）力学性能）力学性能 材料的力学性能决定于材料的化学成分、组织结构、冶金质量等内在因素，但外在因素，如载荷性质、应力状态、温度、环境介质等对材料的力学性能也有很大影响。 （1）强度。强度是指材料抵抗变形和断裂的能力。工程上衡量材料强度的指标有：弹性极限、屈服极限、抗拉强度、断裂强度等，它们可以在应力-应变曲线上测得。 （2）塑性。工程材料根据断裂前是否发生塑性变形，可将它们分成两大类：脆性材料和塑性材料。陶瓷、玻璃、普通灰铸铁等属于脆性材料，大多数金属及聚合物属于塑性材料。 （3）硬度。硬度是材料表面局部抵抗变形的能力。硬度实验通常采用压痕法，压痕面积越大、越深，材料的硬度就越低。 （4）韧性。材料的韧性是材料断裂时所需要能量的度量。能量是力和距离的乘积，是材料的强度与塑性高低的综合反映。用焦耳表示。在强度相等的情况下，延性材料断裂时所需要的能量比脆性材料多，因此它的韧性也比脆性材料高。当需要考虑材料在承受冲击载荷而不发生断裂的能力时，韧性就具有工程重要性。 （5）疲劳强度。评定材料疲劳抗力的指标是疲劳强度，即表示材料经受无限多次循环而不断裂的最大应力。 （6）磨损与耐磨性。零件之间摩擦会引起摩擦表面有微小颗粒分离出来，使接触表面尺寸变化、质量损失，这种现象称为磨损。材料对磨损的抗力即为材料的耐磨性。 （7）蠕变现象。材料在高温下受到外加应力的作用以后，会随着时间的延长逐渐发生缓慢的塑性变形直至断裂。材料的这种高温塑性变形的现象称为蠕变。1.3.2 1.3.2 功能物性功能物性功能物性功能物性（1 1）热电转换性能）热电转换性能）热电转换性能）热电转换性能（2 2）光热转换性能）光热转换性能）光热转换性能）光热转换性能（3 3）光电转换性能）光电转换性能）光电转换性能）光电转换性能（4 4）力电转换性能）力电转换性能）力电转换性能）力电转换性能（5 5）磁光转换性能）磁光转换性能）磁光转换性能）磁光转换性能（6 6）电光转换性能）电光转换性能）电光转换性能）电光转换性能（7 7）声光转换性能）声光转换性能）声光转换性能）声光转换性能1.4.1 1.4.1 材料工艺过程（材料化过程）材料工艺过程（材料化过程）材料工艺过程（材料化过程）材料工艺过程（材料化过程）材料工艺过程材料工艺过程材料工艺过程材料工艺过程材料制备工艺材料制备工艺材料制备工艺材料制备工艺材料加工工艺材料加工工艺材料加工工艺材料加工工艺聚合工艺聚合工艺聚合工艺聚合工艺缩聚工艺缩聚工艺缩聚工艺缩聚工艺注射注射注射注射挤出挤出挤出挤出压延压延压延压延吹塑吹塑吹塑吹塑纺丝纺丝纺丝纺丝1.4 材料工艺及其与结构和性能的关系材料工艺及其与结构和性能的关系 研究这些不同的化学、物理过程可从热力学和动力学两个基本点出发。 热力学是解决过程进行的可能性、方向及限度。 动力学是解决过程进行的速度，这涉及过程进行的推动力和阻力。1.4.2 1.4.2 材料工艺与材料结构及性能的关系材料工艺与材料结构及性能的关系材料工艺与材料结构及性能的关系材料工艺与材料结构及性能的关系 材料工艺，包括材料合成工艺及材料加工工艺，影响材料的组织结构，因而对材料的性能有显著的影响。 材料的原始组织结构及性能又常常决定着采用何种方法将材料加工成所需要的形状。 所以，材料工艺、材料结构及材料性能之间具有相互依赖、相互制约的密切关系，了解并利用这种关系是材料科学的关键问题之一。第第1章章 思考题思考题1 1试从不同角度把材料进行分类，并阐述三大材料的特性。 3 3原子之间或分子之间的结合键一般有哪些形式？试论述各种结合键的特点。 2 2说出材料、材料工艺过程的定义。 4 4何为非晶态结构？非晶态结构材料有何共同特点？ 5 5材料的特征性能主要哪些方面？ 7 7材料工艺与材料结构及性能有何关系？ 6 6什么是材料的功能物性？材料的功能物性包括哪些方面？