上交材料科学基础-1绪论.ppt

材料科学基础 II 《 Fundamentals of Materials Science》 主讲教师：王晓东 戎咏华 Email：xdwang77@sjtu.edu.cn yhrong@sjtu.edu.cn 办公室：材料楼503 电 话绪论 材料科学的基本概念 材料的历史地位 材料科学与工程学科的建立 《材料科学基础》的内容 我国的发展情况 本课程的教学情况 “材料科学”的基本概念 材料是指人类社会能接受地，经济地制造有用物品的物质。 材料科学是研究材料的成分、组织结构、制备工艺、加工工艺、材料的性能与材料应用之间的相互关系的科学。材料科学是当代科学技术发展的基础、工业生产的支柱，是当今世界的带头学科之一。IT产业、生物技术和新材料并称为21世纪三大主导产业。 材料科学基础是进行材料科学研究的基础理论，它将各种材料（包括金属、陶瓷、高分子材料）的微观结构和宏观结构规律建立在共同的理论基础上，用于指导材料的研究、生产、应用和发展。它涵盖了材料科学和材料工程的基础理论。 材料的历史地位 人类社会发展的历史阶段常常用当时主要使用的材料来划分，材料是时代进步的标志。从古代到现代人类使用材料的历史共经历了七个时代，各时代的开始时间： 石器时代（公元前10万年） 青铜器时代（公元前3000年） 铁器时代（公元前1000年） 水泥时代（公元0年） 钢时代（1800年） 硅时代（1950年） 新材料时代（1990年） 铁 器 时 代 钢时代 新材料时代 材料科学与工程学科的建立 受1957年苏联人造卫星上天（半年后美国人造卫星也跃空巡视宇宙）的刺激，1959年美国成立委员会研究材料学科的设置。以MIT的Morris Cohen为主席的委员会认为，按材料需要的发展，应将当时冶金学科、陶瓷学科和高分子材料学科合并为材料科学与工程学科。 材料科学与工程学科的建立 20世纪60年代至90年代，美国多数拥有上列学科的学校，以设立《冶金及材料学系》为过渡，相继设立《材料科学与工程系》、《材料工程系》或《材料科学系》，其内容无甚差别。 材料科学与工程学科的建立 表1 经典学科和新拓学科一览 材料科学与材料工程的关系 一般来讲，科学是研究“为什么”的学问，而工程是解决“怎么做”的学问。材料科学的基础理论，为材料工程指明方向，为更好地选择、使用材料，发挥现有材料的潜力、发展新材料提供理论基础。 材料科学与材料工程的关系 材料科学 ：是一门科学，它从事与材料本质的实验揭示、理论分析方面的研究，以解释或预测材料微观结构（点阵结构和组织形态）与性能之间的关系。它包括下面的四个环节，微观组织的设计和控制取代传统“炒菜”方式，这是当前研究新材料的发展方向。 材料科学与材料工程的关系 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。它包括下面的五个环节。 材料科学与工程学科的内容 在Cohen的报告中，阐明材料科学与工程学科的重要内容为：“材料的成分、结构、组织以及加工制造工艺和性能之间的关系”，强调“材料科学与工程是一个整体”。 材料科学与工程学科的内容 材料科学与工程学科的内容 如何将繁多的研究领域归纳成几个方向，当可各抒己见。徐祖耀院士认为英国牛津大学材料系归纳得较为得体，他们将材料学科的内容归纳成： 加工（processing）； 表征（characterization）； 性质（property）； 理论和建模（theory and modeling）。 材料科学与工程学科的内容 材料科学与工程学科的内容 近年兴起材料成分和加工（工艺）设计、材料理论和建模以及组织演变的计算机模拟，推进材料科学与工程学科向新领域发展。关于材料成分和加工（工艺）设计的方法有： 1 CALPHAD 2 相场（Phase Field）方法 3 多层次设计 材料科学与工程学科的内容 材料理论与建模包括：材料热力学、动力学及其建模，根据所建模型作出材料显微组织演变的计算机模拟，有关的专业期刊有： CALPHAD Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering Computational Materials Science 相关材料计算软件 ThermoCalc Jmatpro Panda 材料科学与工程学科的内容 材料研究范围广宽，大致有下列几个方面。 传统材料性能改造 研究超高强度钢， 超级钢； 低晶界脆性铜，吸