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材料科学基础 上课班级：物理学2008级 主讲教师： 卢 志 华 E-mail: zlh_jeeps@163.com 2010-2011学年第二学期 （72学时，4学分） 课程性质：技术基础课 0.1 材料科学的含义 世界万物，凡于我有用者，皆谓之材料。材料是具有一定性能，可以用来制作器件、构件、工具、装置等物品的物质。材料存在于我们的周围，与我们的生活、我们的生命息息相关。材料是人类文明、社会进步、科技发展的物质基础。 材料科学就是研究各种材料的成分、工艺、组织和性能之间相互关系的科学。 材料科学是一门以固体材料为研究对象，以固体物理、热力学、动力学、量子力学、冶金、化工为理论基础的边缘交叉基础应用学科，它运用电子显微镜、X-射线衍射、热谱、电子离子探针等各种精密仪器和技术，探讨材料的组成、结构、制备工艺和加工使用过程与其机械、物理、化学性能之间的规律的一门基础应用学科，是研究材料共性的一门学科。 0.2 材料对人类文明进步的意义 材料是人类文明、社会进步、科学技术发展的物质基础和技术先导。在历史上，人们将石器、青铜器、铁器等当时的主导材料作为时代的标志，称其为石器时代、青铜器时代和铁器时代。在近代，材料的种类及其繁多，各种新材料不断涌现，很难用一种材料来代表当今时代的特征。 材料是当代文明的三大支柱之一 材料、能源、信息是当代社会文明和国民经济的三大支柱，是人类社会进步和科学技术发展的物质基础和技术先导 材料是全球新技术革命的四大标志之一（新材料技术、新能源技术、信息技术、生物技术） 新材料在高技术中的作用 新材料既是当代高新技术的重要组成部分，又是发展高新技术的重要支柱和突破口。 正是因为有了高强度的合金，新的能源材料及各种非金属材料，才 会有航空和汽车工业； 正是因为有了光纤，才会有今天的光纤通讯； 正是因为有 了半导体工业化生产，才有今天高速发展计算机技术和信息技术。 当今世界各 国在高技术领域的竞争，在很大程度上是新材料水平的较量。 材料科学与经济发展 由于材料科学的发展水平与高新技术的发展是相互依存的，因此新材料发 展与应用水平直接决定着经济发展的水平。 有人曾作过粗略计算，以每公斤产品的出厂价格计算，把原材料比作1，那么小轿车为5，家电为30，飞机为200，计算机为1000，集成电路芯片则为10000 。 1980年，美国的电子工业产值已经超过了钢铁和纺织工业，仅次于化工和汽车工业 。 日本通过冶炼等技术的改进来大幅度提高传统金属材料性能，如超级钢计划就是要在本世纪末将钢的性能提高一倍，实质上就是节约了一倍的资源，使得产品更具竞争力，保持日本经济的持续发展。 Titanic的沉没是必然还是偶然？ 0.3 材料分类 0.3.1 材料按化学组成（或基本组成）分类 0.3.2 根据材料的性能分类 0.3.3 材料按服役的领域来分类 0.3.4 材料按结晶状态分类 0.3.5 材料按材料的尺寸分类 0.3.1 按化学组成（或基本组成）分类： 1. 金属材料 2. 无机非金属材料 3. 高分子材料（聚合物） 4. 复合材料 1.金属材料 金属材料是由化学元素周期表中的金属元素组成的材料。可分为由一种金属元素构成的单质（纯金属）；由两种或两种以上的金属元素或金属与非金属元素构成的合金。合金又可分为固溶体和金属间化合物。 在103种元素中，除He,Ne,Ar等6种惰性元素和C、Si、N等16种非金属元素外，其余81种为金属元素。除Hg之外，单质金属在常温下呈现固体形态，外观不透明，具有特殊的金属光泽及良好的导电性和导热性。在力学性质方面，具有较高的强度、刚度、延展性及耐冲击性。 合金是由两种或两种以上的金属元素，或金属元素与非金属元素熔合在一起形成的具有金属特性的新物质。合金的性质与组成合金的各个相的性质有关，同时也与这些相在合金中的数量、形状及分布有关。 2. 无机非金属材料 无机非金属材料是由硅酸盐、铝酸盐、硼酸盐、磷酸盐、锗酸盐等原料和（或）氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硫化物、硅化物、卤化物等原料经一定的工艺制备而成的材料。是除金属材料、高分子材料以外所有材料的总称。它与广义的陶瓷材料有等同的含义。无机非金属材料种类繁多，用途各异，目前还没有统一完善的分类方法。一般将其分为传统的（普通的）和新型的（先进的）无机非金属材料两大类。 传统的无机非金属材料主要是指由SiO2及其硅酸盐化合物为主要成分制成的材料，包括陶瓷、玻璃、水泥和耐火材料等。此外，搪瓷、磨**料、铸石（辉绿岩、玄武岩等）、碳素材料、非金属矿（石棉、云母、大理石等）也属于传统的无机非金属材料。 先进（或新型）无机非金属材料是用氧化物、