《材料结构与性能》绪论.pptx

材料结构与性能绪 论材料科学的重要地位材料的分类材料基本用途材料技术的发展趋势材料性能与结构的关系本课程的教学内容一 材料科学的重要地位——材料是是人类进步的象征人类历史阶段是根据使用材料划分的。从过去到现在共经历了七个时代 1石器时代 公元前10万年2青铜时代 公元前3000年3铁器时代 公元前1000年4水泥时代 公元0年5钢时代1800年6硅时代1950年7新材料时代1990年石器时代青铜时代铁器时代硅时代铁制车轮 现代社会使用的材料种类繁多，无法简单地用某一种甚至某一类材料来象征社会的发展水平、技术水平，但材料是一切东西的物质基础仍然没有改变，而且今后也永远不会改变。正是因为有千姿百态、数不清的材料，世界才会如此丰富多彩。新材料时代现代文明生物技术信息技术能源技术材料科学与工程——材料是现代文明的基石支撑人类现代文明大厦的四大支柱技术材料科学的重要地位1 崭新技术的实现需要崭新材料的支持例如，人们早就知道了喷气航空发动机比螺旋桨航空发动机有很多优点，但由于没有材料能承受喷射出燃气的高温，使这种理想只能是空中楼阁。直到1942年制成了镍基耐热合金这种新材料、才使喷气发动机的制造得以实现。 同样，如果没有1970年制成的使光强度衰减降低到可以实用的光导纤维，也不会有现代的光通信； 如果不能制成高纯度大直径的硅单晶，就不会有高度发展的集成电路，也不会有今天如此先进的计算机和一切电子设备。这样的例子可以说举不胜举。材料科学的重要地位建筑、交通、能源、计算机、通信、多媒体、生物医学工程无一不依赖材料科学与技术的发展来实现和突破。没有钢铁材料，就没有今天的高楼大厦；没有专门为喷气发动机设计的材料，就没有靠飞机旅行的今天；没有耐高温复合涂层材料，就没有人类探索外空的飞船；没有固体微电子电路，就没有计算机。建筑交通超级钢一百多年来，钢铁一直是汽车工业的基础。你也许会说这已经没什么好发展的了，不过，你错了！图片是几卷高强钢。这类金属将是未来汽车的中坚力量。近来，钢铁工业已经开发出一种汽车用钢，比原先的轻24%，而强度高34%。新型钢材的优点是：高撞击能量吸收率；高强度-质量比；实用新型制造工艺；可以有多种不同性能(寿命、防锈等)。 轮胎 取代传统轮胎，一家制造公司开发出一种经久耐用的新型轮胎，可以和钢或铝制轮胎一决高下。 这种轮胎的优点可不仅仅是时髦漂亮，聚酯材料提供了优良的抗腐耐磨性能，可以有效的抑制化学物对轮胎的侵蚀。当为飞机部件选择材料时，设计师要时时考虑“权衡”，也就是要选择重量最轻而强度也要满足一定要求。航天飞机 在美国卡拉维纳尔角航天基地待升空的（穿梭机）。它是人类高技术的结晶。它应用了成千上万种材料，特别是一些高技术的新型材料（本照片选自美国Kennedy Space Center 的Tourbook）。超导磁悬浮列车”超导磁悬浮列车，这种高温超导磁悬浮列车最大特点就是乘坐平稳、安全和快捷。和世界上最先进的轻轨列车比较，它没有一点轰隆隆的噪声，十分安静。2 先进的技术又促使了新材料的诞生 例如，利用巨型计算机可以计算出要求什么样的性能便应该有什么样的成分组成，甚至还没有制造出来便可以先用虚拟现实技术观看所制成的零件在工作时的表现如何。这就使得在研制新材料时，具有更大的主动性、预见性，避免盲目地作大量无益的探索。 更进一步，还可以算出原子之间应该怎样排列才能具有所需要的性能，并利用可以操作单个原子层的技术将其制造出来。所以，现代的材料技术正同其他高技术互相支持、共同发展。 1981年，瑞士苏黎世的IBM实验室，德国博士生比尼格（Binnig）和罗勒尔(Rohrer)教授发明扫描隧道显微镜（STM）。实现了人类直接“看”到单个原子的愿望！这是迈向纳米技术重要里程碑。比尼格和罗勒尔也因此获得了1986年的诺贝尔物理奖。扫描隧道显微镜工作原理示意图 1989年在美国加州的IBM实验内，依格勒博士（D.Eigler）采用低温、超高真空条件下的STM操纵着一个个氙原子，在一个位置上抓起一个原子，移动到另一个预先设计好的位置上，再放下该原子。重复这样的步骤，依格勒将35个氙原子排布成了世界上最小的IBM商标，实现了人类另一个幻想——直接操纵单个原子。原理上这也是实现了费曼的设想：按人的意愿排布一个个原子来构建纳米器件。依格勒博士进一步操纵单个铁原子排布成一个圆圈——量子栅。 在原子操纵研究领域 1993年，中国科学院北京真空物理实验室用扫描隧道显微镜实现了原子的操纵。尽管此工作比国际上晚了数年，但却标志着我国纳米技术基础研究的开始。 新材料时代特征 1 不象以前的各个材料时代，它是一个由多种材料决定社会和经济发展的时代； 2 新材料科学根据我们对材料的物理和化学