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EdrawMindEsquema de ciencia e ingeniería de materiales (1) (1)
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Esquema de ciencia e ingeniería de materiales (1) (1)
Este es un mapa mental sobre el Esquema de la ciencia e ingeniería de materiales (1)(1), que incluye la historia y el desarrollo de los materiales, la clasificación de los materiales, los cuatro elementos básicos de la ciencia e ingeniería de los materiales, la síntesis y el procesamiento de materiales, etc.
Editado a las 2024-03-10 19:32:59,Esquema de ciencia e ingeniería de materiales (1) (1)
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Esquema de ingeniería y ciencia de materiales
Historia y desarrollo del material.
Material
Los materiales son sustancias, pero no todas las sustancias son materiales.
Definición: Se refiere a sustancias que son aceptables para la sociedad humana y que pueden usarse para fabricar dispositivos útiles de manera económica.
efecto
Los materiales son un hito en el progreso de la sociedad humana
La sociedad humana
Tecnología científica
Los materiales son la base y el precursor del desarrollo económico y social.
1. Es el precursor de la revolución industrial y el desarrollo industrial.
2. Es la base de diversas industrias.
3. Es la base para el desarrollo de alta tecnología.
Siete eras de desarrollo material
Edad de Piedra (cerámica)
Edad del Bronce (la primera aleación de la historia de la humanidad fue la aleación de cobre y estaño)
edad de Hierro
era del cemento
edad del acero
edad del silicio
nueva era material
Clasificación de materiales
Clasificados por composición y estructura
material metalico
Los enlaces de enlace de metales simples son enlaces metálicos.
Materiales inorgánicos no metálicos (cerámicas)
Los materiales cerámicos se basan principalmente en enlaces iónicos.
Materiales poliméricos
Los átomos de las macromoléculas se mantienen unidos mediante fuertes enlaces covalentes.
materiales compuestos
La vinculación es muy compleja.
Clasificados por desempeño
Materiales estructurales: materiales de componentes de ingeniería, materiales de fabricación de maquinaria, etc.
Énfasis en las propiedades mecánicas.
Materiales funcionales: materiales electrónicos, materiales semiconductores, materiales magnéticos, materiales energéticos, materiales biológicos, etc.
Énfasis en propiedades físicas y químicas.
Clasificados por aplicación y desarrollo
materiales tradicionales
nuevo material
Cuatro elementos básicos de la ciencia e ingeniería de materiales.
actuación
El punto de partida y el objetivo (punto de apoyo) de los materiales de investigación.
Procesamiento sintético
estructura organizativa
centro
composición química
Fallo de materiales estructurales.
La falla ocurre cuando un material pierde su desempeño original bajo la acción combinada de cargas externas y el medio ambiente hasta que ya no puede seguir funcionando.
Formas de fracaso material
Deformación excesiva
Deformación elástica excesiva → La rigidez insuficiente es la causa fundamental de la deformación elástica excesiva de las piezas (las cerámicas tienen el módulo elástico más alto)
Deformación plástica excesiva → el bajo límite elástico es la causa principal de la deformación plástica excesiva de las piezas
No hay una diferencia obvia entre los dos.
fracaso de la fractura
Hay tres procesos: iniciación de grieta, propagación y fractura final.
Clasificación de fracturas.
Cantidad de deformación plástica: fractura dúctil fractura por fragilidad
Ruta de propagación de la grieta: fractura transgranular fractura intergranular
Fractura de piezas bajo cargas estáticas y de impacto.
Fractura por fatiga de piezas bajo cargas alternas.
La tensión que causa la fractura por fatiga es a menudo menor que el límite elástico bajo carga estática.
No hay deformación plástica macroscópica obvia durante la fractura, que es una fractura frágil.
La fractura por fatiga puede mostrar claramente la formación, propagación y fractura final de las grietas.
fatiga por estiramiento
Fatiga por tracción y compresión.
fatiga por flexión
Fatiga inversa
Fatiga por varios modos de estrés mixto.
Fractura de piezas bajo cargas estáticas y de impacto.
Fuerza de fluencia
fuerza duradera
Fallo por daño superficial
Clasificación
desgaste superficial
fatiga de contacto
corrosión superficial
úsese y tírese
Desgaste adhesivo, desgaste abrasivo, desgaste corrosivo, desgaste por fatiga
Mejorar la dureza de la superficie del material es la clave para mejorar la resistencia al desgaste en diversas condiciones de desgaste.
corrosión
Propiedades de corrosión
Corrosión química
Corrosión electroquímica
Piezas corroídas
corrosión uniforme
Corrosión por picaduras (perforación)
corrosión intergranular
Propiedades y rendimiento del material.
Clasificación de propiedad
Propiedades magnéticas
propiedades termales
Efectos térmicos: absorción de calor, transferencia de calor y expansión.
Propiedades electricas
dielectricidad
Constante dieléctrica
Pérdida dieléctrica (pequeña pérdida dieléctrica, buen rendimiento de aislamiento)
Rigidez dieléctrica (una rigidez dieléctrica alta significa una buena calidad del aislante)
Cuanto peor sea el dieléctrico, mejor será el aislamiento.
Propiedades ópticas (fluorescencia)
Propiedades mecánicas de los materiales.
Definición: El comportamiento de deformación y fractura de materiales bajo diferentes cargas y entornos.
Categoría: deformación elástica deformación plastica
Resistencia (fuerza externa): tracción, compresión, cizallamiento, resistencia a la fatiga La resistencia a la fluencia y la resistencia a la durabilidad son medidas de la capacidad de un material para resistir la deformación y la fractura a altas temperaturas.
elasticidad y plasticidad
Reversible (elasticidad) e irreversible (plasticidad)
dureza y fragilidad
Los indicadores que miden la tenacidad incluyen la tenacidad al impacto y la tenacidad a la fractura.
Dureza: se refiere a la capacidad de un material para resistir la deformación local.
Síntesis y procesamiento de materiales.
Selección de materias primas.
Materiales minerales naturales (mineral de hierro, galena, etc.)
Materias primas químicas inorgánicas.
Materias primas de óxido (alúmina, óxido de magnesio, espinela, mullita, etc.)
materias primas sin óxido
Materias primas químicas orgánicas (materias naturales y sintéticas)
Preparación de materiales
Método en fase gaseosa (utilizando gas directamente o convirtiendo sustancias en gas por diversos medios)
Método PVD (método físico de deposición de vapor)
Método CVD (método de deposición química de vapor)
método de fase líquida
Método de fusión, método de solución, método interfacial, método de precipitación en fase líquida, método sol-gel, método hidrotermal (alta temperatura y alta presión o alta temperatura y presión normal), método de pulverización, método de crecimiento en solución,
método de fase sólida
Método de sinterización a alta temperatura
metalurgia de polvos
método de policondensación en fase sólida
Método de síntesis autopropagante a alta temperatura.
Procesamiento de formación de materiales.
Clasificación del método de formación.
moldeo de flujo libre
Formación de flujo forzado
Moldeo de plástico forzado
Otras molduras
Propiedades de moldeo
La fundición de metal se forma aprovechando la fluidez del material.
Fluidez y deformabilidad plástica.
Métodos de formación y procesamiento de materiales metálicos.
Fundición
moldeo plástico
Moldura de conexión
diseño de materiales
Los materiales deben tener una buena compatibilidad medioambiental durante la fabricación, uso, eliminación y reciclaje.
Composición material y estructura organizativa.
Composición: se refiere al tipo y contenido de los elementos que componen el material, generalmente representado por (w) y (x) Componente: se refiere a la sustancia independiente más básica que constituye un material. Puede ser un elemento puro o un compuesto estable. Fase: se refiere a una parte homogénea de un material que tiene la misma composición química y la misma estructura. Estructura: se refiere a la morfología microscópica dentro del material, que refleja la forma, el tamaño y la distribución de cada fase componente.
Estructura: la disposición espacial de la atracción y repulsión mutua entre las unidades constituyentes de un material (átomos, iones, moléculas, etc.)
nivel de estructura
nivel macro
nivel microscópico
micro nivel
Estructura de organización de materiales
Enlaces iónicos y cristales iónicos.
1. Debido a la fuerte fuerza de unión de los enlaces iónicos, los cristales iónicos generalmente tienen puntos de fusión y ebullición más altos y una mayor dureza.
2. Los cristales iónicos típicos son incoloros y transparentes.
3. Los cristales iónicos son buenos aislantes.
Enlaces covalentes y cristales covalentes.
direccional y saturante
Enlaces metálicos y cristales metálicos.
Enlaces moleculares y cristales moleculares
La dureza del cristal molecular es muy baja y los puntos de fusión y ebullición también son muy bajos.
Enlaces de hidrógeno y cristales de enlaces de hidrógeno
direccional y saturante
Tres estructuras de materiales sólidos.
cuasicristal
Una especie de cristal entre cristal y amorfo.
Amorfo
Es un sólido en el que el espacio tridimensional de partículas internas no muestra una disposición repetitiva periódica. Tiene una disposición ordenada de corto alcance pero no una disposición ordenada de largo alcance.
cristal
Se refiere a un sólido formado por la disposición regular de átomos o grupos atómicos, iones o moléculas en un espacio tridimensional de manera periódica y repetida.
base estructural
Red espacial y celda unitaria.
Las celdas unitarias están yuxtapuestas sin espacios y son completamente idénticas.
Otros conceptos
(1) Número de átomos en una celda unitaria: se refiere al número de átomos contenidos en una celda unitaria (2) Radio atómico: la mitad de la distancia entre los dos átomos más cercanos en la celda unitaria (3) Número de coordinación: se refiere al cristal red Número de átomos que están a la misma distancia y más cerca de cualquier átomo en la celda unitaria (4) Densidad: se refiere a la fracción de volumen ocupada por los propios átomos en la celda unitaria, también conocida como coeficiente de empaquetamiento cercano de la celda unitaria. red cristalina
defectos de cristal
defecto puntual
Defectos intrínsecos (vacantes, huecos)
Defectos de impureza (los átomos de reemplazo deben ser defectos de impureza)
Defectos electrónicos (defectos estructurales no estequiométricos)
Defectos de línea (dislocaciones)
defectos superficiales
La diferencia entre cristales y cristales amorfos: 1. La disposición atómica de los cristales tiene un orden de largo alcance, mientras que la disposición de los átomos amorfos no tiene un orden de largo alcance. 2. Los cristales tienen formas geométricas ordenadas y regulares, mientras que las formas amorfas son irregulares. sólidos 3. Los cristales se han fijado El punto de fusión de los cristales amorfos no está claro 4. Los cristales individuales también tienen anisotropía, mientras que los cristales amorfos tienen isotropía.