材料科学基础PPT详解.ppt

* 材料科学与工程学院材料学教研室 * * 材料科学与工程学院材料学教研室 * * 材料科学与工程学院材料学教研室 * 轧态与铸态组织的比较 * * * * * * * * * * 材料科学与工程基础(配光盘)(国外大学优秀教材——材料科学与工程系列(影印版)) ISBN 7302099812 * 材料科学与工程学院材料学教研室 * 材料科学 工艺 结构 性能 材料工程 设备 构件行为 结构 工艺 性能 材料工程：是工程的一个领域，其目的在于经济地，而又为社会所能接受地控制材料的结构、性能和形状。它包括五个环节。 材料科学 ：是一门科学，它从事与材料本质的发现、分析、认识、分析和控制方面的理论体系，其目的在于揭示材料的行为，提供材料结构的统一描绘或模型，以及解释这种结构与性能之间的关系。它包括下面的三个环节，核心是结构和性能。 （三）材料科学的历史基础● 18世纪蒸汽机的发明和19世纪电动机的发明，使材料在新品种开发和规模生产等方面发生了飞跃。● 金属材料：1856年-转炉钢；1864年-平炉钢；1887年-高锰钢、1903年-硅钢；1910年-镍铬不锈钢。铜、铅、锌、铝、 镁、钛和稀有金属相继问世，世界钢产量从1850年的6万吨突增到1900年的2800万吨，使人类进人了辉煌的钢铁时代。● 无机非金属材料：主要包括晶体、陶瓷、水泥、玻璃、耐火材料等，资源丰富，性能价格比高。20世纪中后期，通过合成原料和新的制备技术，出现了一系列特殊功能的先进陶瓷。● 高分子材料：20世纪初，人工合成高分子材料问世，1909年-酚醛树脂(胶木)；1925年-聚苯乙烯；1931年-聚氯乙烯；1941年-尼龙，如今世界年产量在1亿吨以上。 1. 基础学科发展奠定材料科学的基础● 量子力学、固体物理、无机化学、有机化学、物理化学等基础学科的发展为材料科学奠定了重要基础。● 现代分析技术和设备的更新，加深了对物质结构和物理化学性质的理解。● 冶金学、金属学、陶瓷学、高分子科学等自身的发展也使对材料的本质认识大大系统化（组成-制备-结构-性能的关系），为学科发展打下坚实的基础。 2. 材料科学范畴下不同材料应用理论的交叉融合● 作为钢热处理的马氏体相变理论由金属学科建立，后来氧化锆增韧陶瓷中同样发现了马氏体相变现象，并用来解释相变增韧机理。● 缺陷行为、平衡热力学、扩散、塑性变形和断裂机理、界面的精细结构与行为、晶体和玻璃的结构以及它们之间的关系、材料中电子的迁移与约束、原子聚集体的统计力学等概念，在材料中得到应用。 3. 材料测试技术及工艺技术的交叉融合● 材料结构与性能的表征参数相通，如显微镜、电子显微镜、表面测试及物理性能测试等。● 材料制备与加工中，许多工艺相通，如挤压对金属材料用于成型或冷加工硬化；对高分子材料，通过挤压成丝可使有机纤维的比强度和比刚度大幅度提高。● 粉末冶金和现代陶瓷制造已经很难找出明显的区别。● 溶胶—凝胶法应用于各种材料的制备，这是利用金属有机化合物的水解而得到纳米高纯氧化物粒子的方法。 4. 现代材料技术从多样化、单一化走向一体化、复合化● 打破了单一材料间的界限，许多不同类型材料相互代替和补充，充分发挥各种材料的优越性。● 复合材料在多数情况下是不同类型材料的组合。● 如果对不同类型材料没有一个较全面的认识，对复合材料的设计及性质的理解必然受到影响。 （四）材料科学的发展的动力（四个方面）1.应用需求牵引的推动力● 信息技术: 从电子信息处理到光电子信息处理，以至于光子信息处理，需要电子材料、光电子材料、非线性光学材料、波导纤维、薄膜与器件等。● 能源工程技术: 要求耐高温、耐磨损、耐腐蚀、高可靠以及寿命可预测的结构材料。2.多学科交叉的推动力● 材料科学具有多学科交叉渗透的特征，包含着丰富的内涵。● 材料的组分设计与合成，涉及化学学科的各分支－高温过程的热力学、动力学以至在温和条件下的仿生合成等。 3.基础学科发展的推动力● 研究微观结构与性能的关系，涉及物理学、凝聚态物理及非连续介质微观力学等。4.科技与经济发展的推动力● 信息功能材料、高温结构材料、复合材料、生物材料、智能材料和纳米材料等是新技术革命的先导材料。● 毫米时代发明了拖拉机，微米时代发明了计算机，纳米时代，人类将会创造出更大的辉煌。● 21世纪的科技发展，将以先进材料技术、先进能源技术、信息技术和生物技术等四大学科为中心，通过其相互交叉发展，为人类创造出完全不同的生态环境。● 新型材料将是与生物和自然具有更好的适应性、相容性和环境友好的材料。 * 材料科学与工程学院材料学教研室 * 五.本课程的主要内容 本课程的主要内容： 1. 材料结构学