相平衡与相图-湖南工学院.PDF

湖南工学院 绪 论 材料科学是研究材料的组分、结构与性能之间相互关系和变化规律的一门应 用基础科学。它所包含的内容组成了一以固体的“结构”、“化学反应”、“物 理性能”及“材料工艺”为顶点的四面体，因而它是具有立体性质的一个科学领 域。材料科学的发展对金属、有机高分子和无机非金属材料的研制与生产起了巨 大的推进作用。它是研究材料共性规律的一门学科。 一、无机非金属材料 各种非金属无机物固体材料的统称。类别繁多、品种复杂，性能涉及面甚宽， 应用领域广阔。 传统无机非金属材料（硅酸盐制品）：陶瓷、玻璃、水泥和耐火材料。 新型无机非金属材料：新型无机非金属材料的发展主要集中在以下四个方 面。 ⑴结构陶瓷：目前高温结构陶瓷的主要目标仍然是燃气轮机、活塞发动机和 磁流体发电机用材料。我国于80 年代末制成了陶瓷发动机，在一辆大客车上进 行行车实验,迄今为止已安全运行15000km 以上，随后又经过改进,将无水冷陶瓷 发动机安装成沙漠用车，在高温和多尘埃的气候条件下考验,现该车已在中国南 疆油田用作救援车，安全运行了2000km ，使我国成为世界上少数几个进行陶瓷 发动机行车实验的国家之一。虽然结构陶瓷的研究取得了飞速发展，但全陶瓷发 动机和磁流体发电机离真正意义上的工业应用，还有很大距离。 ⑵功能陶瓷：功能陶瓷种类繁多,在现代科学技术和经济建设中发挥着特别 重要的作用，这类材料具有电、声、磁、光、机械、生物及化学等多种功能，用 途十分广泛。以 与传统陶瓷相比，一般具有投资少，原材料、能源消耗少，劳动强度低，产 值高，经济和社会效益显著，应用范围广等优点。另外，功能陶瓷研究还和结构 陶瓷一样，有制造条件要求高、难度大、获取技术和情报困难的特点。 ⑶复合材料：不同材料的复合是改善性能, 节约资源的有效途径。先进的复 合材料包括: (1) 树脂基复合材料; (2) 金属基复合材料; (3) 陶瓷基复合材料; (4) 碳- 碳复合材料; (5) 表面涂层与表面改性。 ⑷无机非金属材料科学的新兴领域。①生物材料和器材，包括生物医用材料、 仿生材料、生物体系模拟等。②智能材料，即能感知环境的变化并作出相应反应 的材料。③环境材料，指那些能直接或间接地减少污染和危害的材料。④纳米材 材料物理化学 湖南工学院 料。⑤碳纤维、石墨、金刚石与C6 。⑥计算机模拟与材料设计。⑦用新材料科 学技术武装改造传统材料产业。 GRM—巨磁电阻（Giant Magnetoresistance ），通常作传感器使用，主要应 用于探测磁场、电流、位移、角速度等领域。探测微弱磁场的GM R 传感器最早 被商业化应用在磁记录领域, 作为硬盘的读出磁头。薄膜集成的GMR磁头体积变 小, 磁记录介质的存储单元也随之变小, 这样存储密度就大大提高了。至2000年， 存储密度为56. 3Gb/in2 的GMR 的磁头已经在日本的富士通制作所研制出来。 在21世纪初，我国的水泥产量就已跃居世界第一，但是，水泥工业的结构优 化和产品升级是当前要务。大量利用废弃的粉煤灰、矿渣、钢渣、硫酸铁渣、废 石膏、污泥等作为水泥的原料和掺合料是我国的特色，几乎占水泥产量的1/3， 这是“资源循环利用”的重大举措。研制的抗氯盐腐蚀、水化热低、抗微收缩和 后期强度高的水泥，已成功应用于我国几个超大型的海工工程中。在混凝土中， 除水泥、黄沙、石子、水和添加剂（如减水剂）的5组分外，为获得更为优异的 性能，第六组分的研究也是一个研究热点。 黄伯云：粉末冶金专家，中南大学校长，中国工程院院士。1945年11月生于 湖南益阳南县，1969年毕业于中南矿冶学院特种冶金系，1980年至1986年在美国 依阿华州立大学获硕士、博士学位，随后进入美国田纳西大学和橡树岭国家实验 室从事博士后研究工作。1988年回国，1997年任中南工业大学校长，2001年任中 南大学校长，1999年当选为中国工程院院士。黄伯云是我国材料科学领域的战