现代材料发展的特点,
明显地超出了传统组成和工艺范围；
创造出具有各种性能的新材料；
在现代工业和科学技术上获得广泛的应用。
现代材料科学的重要研究内容：
在严格控制材料组成和结构的基础上，深入了解和研究各
项物理化学性能。也是发展材料的主要途径。
工程学看材料：
首先注意材料的物性，然后考虑它与外界条件相互作用出
现的各种现象，最后联系到用途，作为制品出售。
绪 论
材料与物性、现象、用途间的关系：
具体化 现象
经济性
材料
作用
改善
原料
工艺
条件
物性
用途
以材料为中心，
从物性 ?现象 ?
用途周转循环，
巧妙地应用此表
征方法能容易做
到逐步地改进材
料，不断创造出
性能更好、更稳
定的制品。
需了解以下内容：
一、无机非金属的材料的特性与应用
二、材料的性能本质
三、材料的制备过程
四、材料设计的工作思路
五、无机材料物理性能课程研究的内容
六、相关课程
七、本课程的理论与知识体系
一、无机非金属的材料的特性与应用
不同的化学组成和材料结构决定其具有不同的
特殊性质和功能。
例如：如高强，高硬，耐温，耐腐，绝缘和各
种电，磁，光及生物相容性等，材料的这些性能，
可以广泛应用于机械，电子，宇航，医学工程等各
个方面，成为近代尖端科学技术的重要组成部分。
材料的结构包括,原子结构、原子间的结合状态、键型或电
子结构、晶体结构、相的体系及其结合，它们尺寸 因素各
类缺陷的存在及分布等。
领域 特 性 应 用
光
、
电
、
磁
学
功
能
领
域
电
子
材
料
高绝缘性 集成电路基片,封装材料,高频绝缘材料
铁电,介电性 图像存储元件，电光偏振光元件，电容器
压电性 点火元件，电子钟表，超声 波元件，滤波器
热电性 红外检测元件，探测器，温度计，武器
电子放射性 阴极射线管电子枪热阴极，电子显微镜
半导,传感性 电子发热体，湿度传感器，热敏电阻，压力传感器，
稳压电源，自控系统电阻发热元件（恒温器），气
体传感器
离子导电性 氧量传感器，高炉的控制，钠硫电池
无机材料的特性与应用
光
、
电
、
磁
学
功
能
领
域
光
电
陶
瓷
荧光性 荧光体，彩色电视显象管材料
偏振光性 电光偏振光元件
光电性 光电变换元件
光
陶
瓷
透光性 耐高温耐蚀透光性，窑炉观察窗，半导性透可
见光性
光反射性 耐高温金属特性
反射红外性 透过可见光，反射红外线特性（节能型窗玻璃）
导光性 通信用光纤，光通信光缆，胃摄象机
磁性
陶瓷
软，硬磁性 电脑存储元件，变压器磁芯，磁带，磁盘，磁
头，信用卡，冷 藏库气密磁门
热学功
能领域
传热性 集成电路绝缘（散热）基板
绝热性 耐热绝热体，轻质绝热体，节能型炉
耐高温性 耐高温结构材料，高温炉，原子能反应堆材料
生物化
学功能
领域
骨亲和性 人工骨，人造牙根，人造关节
载体性 固定酶载体，催化剂载体，生物化学反应控制器
耐蚀性 理化仪器，化工材料，化工装置内衬，原子能有关
材料
催化性 水煤气反应催化剂，耐热催化剂，化学用催化剂
机
械
功
能
领
域
高强度，耐磨性，
非膨胀收缩性
超高精度全陶瓷车床，机床，测量机械，拉丝
模
高强度，耐高温性 高性能高效汽车发动机，燃气轮机叶片
高比强度性 汽车零件，人造卫星机体，火箭机体，飞机机
体
高模量 高尔夫球棒，网球拍，撑杆跳高撑杆，钓鱼杆，
各种弹簧材料
超硬性 研磨材料，切削工具，磨削材料
润滑性 轴承材料，高温润滑材料
性能本质：
外界因素（作用物理量）作用于某一物体，如：外
力、温度梯度、外加电场磁场、光照等，引起原子、
分子或离子及电子的微观运动，在宏观上表现为感
应物理量,感应物理量与作用物理量呈一定的关系，
其中有一与材料本质有关的常数 —— 材料的性能。
二、材料的性能本质
作用
物理
量
感应
物理量
公式 材料内部的
变化
材料
性 能
性能的
种类
应力
?
形变 ? ?=S ? 原子发生相
对位移
柔性系数 力学性能
表面电
荷密度
D
D=C ? 原子发生相
对位移引起
偶极矩的变
化
压电常数 压电性能
温差
?t
形变 ? ? = ??t 原子发生位
移
热膨胀系
数
热学性能
热量
Q
Q=C?t 原子振动加
强
热容 热学性能
温差电
动势
?V= ??t 载流子的定
向运动
温差电动
势系数
导电性能
温度
梯度
dt/dx
热流密
度 q
q=
kdt/dx
原子热振动
的相互作用
热导率 热学
性能
电
场
E
电流
密度
J
J=?E 荷电离子远
距离的移动
电导率 导电
性能
极化强
度 P
P= ??0E
宏观电场
荷电离子短
距离的移动
介质电
极化率
介电
性能
离子的
偶极矩
?
?=?E
局部电场
原子核与周
围电子发生
短距离的移
动
离子的
极化率
介电
性能
材料的
形变 ?
?=d E 偶极矩的变
化
压电常
数
压电
性能
预烧 不预烧
原料分析
回转窑
配料
造粒
氧化物
法
化学共沉淀
法
电解共沉淀
法
盐类分解
法
喷雾煅烧
法
低温化学
法
烘干
预烧
预压
球磨
三、材料的制备过程
铁
氧
体
生
产
工
艺
流
程
干压成型 热压铸 成型 冲压成型 挤压成型 注浆成型
和蜡
加热
熔化
注浆
成型
脱蜡
粘合剂
轧片
切割
冲压
粘合剂
练泥
挤压
切割
磨加工
制粉
加解胶剂
成悬浮液
注入
石膏模
成型
脱模
喷
雾
造
粒
烘干
过筛
粘合剂
造粒
压型
干燥
检验包装
生坯加工
烧结 热压烧结
机械加工
四、材料设计的工作思路
改
变
结
构
制备
观测
测试
实际使用
微
观
组
织
结
构
设
计
制
备
方
法
设
计 系
统
设
计
结
构
设
计
原料
材料试样
组织结构
特性
可否
评价
五、无机材料物理性能课程研究的内容
1, 研究的对象
晶体,陶瓷、玻璃、耐火材料、水泥等的各种物理
性能不涉及化学性能。
2, 研究的物理性能
机械性能、热学性能、电学性能、电到性能、介电
性能、压电性能、磁学性能、光学性能
3, 学习的内容
研究的性能基本上都是各个领域在研究和应用无机
材料中，对它们提出来的一系列技术要求，即材料
的本征参数。需了解以下内容：
首先,掌握上述各类参数的物理意义和单位以及这些参数在实
际问题中所处的地位。
其次,要搞懂这些性能参数的影响因素，即性能和材料组成、
结构的关系，性能参数的物理本质,物理模型、变化规律、以
及基本的性能测试方法,为判断材料优劣，正确选择和使用材
料，改变材料性能，探索新材料、新性能、新工艺打下理论基
础。
六,相关 课程
数学、物理、无机化学,材料力学、断裂力学、物
理化学、量子力学、固体物理、电路、半导体物理、
介电质物理、光学原理、材料化学、材料工艺等课
程。
第一章 物理基础
第二章 受力形变
第三章 脆性断裂与强度
第四章 热学性能
第五章 导电性能
第六章 介电性能
第七章 磁学性能
第八章 光学性能
七、本课程的理论与知识体系
要在科研工作中有所作为，真正做出
点有价值的研究成果，要做到三个
“善于”：
要 善于 发现和提出问题。尤其是要提
出在科学研究上有意义的问题。
善于 提出模型或方法去解决问题。
善于 做出最重要、最有意义的结论。
—— 黄昆