材料科学与工程的内涵及发展历程.pptx

材料科学基础结束语;;1 材料科学与工程的兴起和发展历程;二、材料科学与工程的兴起是历史的必然 材料科学这一名词出现之前，金属材料、陶瓷材料高分子材料包括后来出现的复合材料的发展是分别进行的，彼此之间互不相关，自成体系。但到了20世纪60～70年代，为满足科学研究和生产对高性能材料的需要，人们发现如果在把眼光只局限在“小材料”的区域内，思路难以开阔。不同类型材料，无论是理论基础、研究方法还是生产手段，都存在一些相似之处，它们可以互相借鉴、互相补充，取长补短，从而促使“小材料”领域的发展，于是到了20 世纪80 年代诞生了材料科学与工程学科。;例1 马氏体相变最先是金属学家提出的，是钢热处理的理论基础。后来在氧化锆陶瓷中也发现了这一现象，现已被成功的用于陶瓷增韧。;2 材料科学与工程的内涵与特点; 因此材料科学与工程是密不可分的两个学科，是一个整体。偏重于基础理论方面的就称为材料科学、偏重于工艺方面的的就称为材料工艺（铸、锻、焊、热处理）。 世界上第一部《材料科学与工程百科全书》是在1986年由英国Pergamon出版社陆续出版，该书对材料科学与工程下的定义是： 研究有关材料组织、结构、制备工艺流程与材料性能和用途关系的生产及其应用。; 材料科学是科学技术中的重要学科，是一门影响国民经济全局的综合科学技术，主要研究各种材料结构与性能之间的关系，即集中了解材料的本质、提出相关的理论和描述，说明材料结构是如何与其成分、性能以及行为相联系的。 近年来，国内外材料界把材料的组成与结构、合成与生产过程、性质（或性能）以及使用性能称为材料科学的四个基本要素，把它们连接在一起，便形成一个四面体。;Materials Tetrahedron;1 Composition/Microstructure 从不同层次（尺度）上对材料的成分、结构进行深入了解，这是材料科学的基础部分。;3 Properties 性质也称为材料的固有性能，它赋予材料的价值和可应用性，包括材料本身具有的力学性能、物理性能和化学性能。; 这四个要素密切相关，对它们的研究特别是研究它们之间的相互关系??就构成了材料科学与工程的核心。材料科学工作者的任务就是研究这四个要素以及它们之间的相互关系，在此基础上进一步改善现有材料的性能，提高质量，挖掘它们的潜力，并根据生产实际的需要研制新材料。;3 新世纪材料科学工作者面临的任务和挑战; 长期以来，人们形成了传统的材料生产使用的固定模式，即资源开采→生产加工→消费使用→报废丢弃的单向循环模式。; 这种模式对资源和环境造成了极大的破坏和浪费，因为材料的生产和加工既是资源消耗大户，又是能源消耗大户，同时也是环境污染的主要来源。1994年以来，我国工业固体废弃物年排放量达6.17亿吨，并以年8％的速率增长，2000年，已达10亿吨。其中主要有冶炼渣、矿渣、废钢铁、废有色金属、废玻璃、废旧建筑材料、废塑料、废汽车等，化学燃料燃烧过程中排放的SO2、NO和CO2分别达到2000余万、1000余万和20余亿吨。 材料生产使用的这种单向循环模式必然造成资源紧缺→能源浪费→环境污染的严重后果，是一种恶性循环。;材料消费使用的双向循环模式。; 长期以来，材料科学与工程界是以追求最大限度发挥材料的性能和功能为目标，一切研究和工艺都是围绕如何提高材料的性能而展开的，对于资源、环境问题考虑很少或是根本没有考虑，更不用说考虑材料的环境协调性问题了。在面临全球经济必须可持续发展的今天，这一传统观念必须彻底改变。;材料的可持续发展战略 1 在满足对材料性能要求的同时，必须考虑尽可能节约资源与能源，尽可能减少对环境的破坏和污染，特别是要改变片面追求性能的观点。 2 改变过去那种只管制备生产、不顾使用和废弃后资源再利用及环境污染的观点，在研究、设计、制备材料以及使用、废弃材料产品时，一定要把材料及其产品整个寿命周期对环境的协调性作为重要的评价指标。;3 材料发展应当放在地区、国家甚至全球的可持续发展这一大目标下进行综合考虑。材料学科的发展将涉及多学科的交叉，不仅是理工交叉，还要与文科、经济、社会学科交叉，材料的生产使用不但要讲科学技术效益、经济效益，更要讲社会效益。;5 材料的生命周期评价法（LCA) Life Cycle Assessment 是评价某种材料在生产制备、使用和废弃整个过程中对环境所造成的和潜在的影响的一种客观的方法。我国从1998年开始了这项研究，对钢铁、铝、水泥、塑料、陶瓷、建筑涂料等量大面广的几大类基础材料作了初步的LCA，到目前为