材料与人类文明.ppt

Zhiming YU, Dept. of MSE, CSU * Time: 16 hrs The course of 材料科学与工程学院 人类文明社会的先导--新材料 一、材料的发展史，就是人类社会的发展史 二、材料的发展史，就是科学技术的发展史 第一、二讲 材料科学与工程学院 什么是材料(materials)? Materials is the stuff from which a thing is made for using. 材料是人类社会所能接受的、可经济地制造有用物品的物质。 天然材料 人工材料 人工材料 材料科学与工程学院 材料的分类 用途：结构材料（受力，承载） 功能材料（半导体，超导体，以及光、电、声、磁、应力转换，等） 物理形态：晶体材料、非晶态材料和纳米材料 属性：金属材料、无机非金属材料和有机高分子材料 几何形态：三维材料、二维材料、一维材料和零维材料 材料科学与工程学院 发展：传统材料（钢铁，铜，铝，水泥，塑料，陶瓷，... ） 新材料（金属间化合物，高温超导材料，非晶态合金，纳米材料, ...） The broad field of materials science and engineering seeks to explain and control one or more of the four basic elements: The structure and composition of a material, including the type of atoms and their arrangement as viewed over the range of length scales (nano-, meso-, micro-, macro-scale). The synthesis and processing by which the particular arrangement of atoms achieved. The properties of the material resulting from the atoms and their arrangement, that make material interesting or useful. The performance of the material, that is, the measurement of its usefulness in actual conditions, taking account of economic and social costs and benefits. Man made materials Materials Science and Engineering 材料科学与工程学院 一、材料的发展史，就是人类社会的发展史。 人类历史的划分 石器时代?陶器时代?青铜器时代?铁器时代。 现代社会 三 大 支 柱 能源、信息和材料（1998） 生物工程，信息技术和新材料 Aluminum in 19th century. Computer 材料科学与工程学院 * 航空航天的物质基础 三高一低的结构材料（高强度、高模量、耐高温、低密度) ?b(MPa) ?0.2(MPa) ?(%) 382 310 6 488 478 12 360 280 4 482 472 9 330 250 2 440 290 6 纵向 横向 高 鍛铝2014（LD10）的力学性能 卫星发射，节省1公斤重量将降低费用$20000。一次发射节约费用20%。 铝的理论强度为4700MPa，当今高强铝合金的最高强度没有超过1000MPa。 s d Fig. 1. Relation between s and d. 材料科学与工程学院 铝合金的 主要应用领域 战机 舰船 导弹 火箭 人造卫星 战车 高速列车 汽车 高层 建筑 材料科学与工程学院 f 导弹头罩 窗口 窗口材料： 蓝宝石 金刚石 ZnS/金刚石 材料科学与工程学院 导弹的眼睛 —— 窗口材料 （ZnS, ZnSe, Al2O3, diamond, …） 二、材料的发展史，就是科学技术的发展史。 原理 成品 发展时间 电机 1821 1886 65 真空管 1882 1915 33 无线电 1887 1922 35 X光 1895 1913 18 雷达 1935 1940