《材料结构与性能》全套教学课件.pptx

材料结构与性能;绪 论;——材料是是人类进步的象征;石器时代; 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。 ;;;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。;建筑;交通;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%。 ;轮胎;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。; 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，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。; 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。; 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性能的了解，为了特定的需要设计和加工而成的。;二 材料的分类;结构材料;功能材料;三、材料基本用途;四 材料技术的发展趋势; 第二、由结构材料为方往向功能材料、多功能材 料并重的方向发展 以前讲材料，实际上都是指结构材料。但是随着高技术的发展，其他高技术要求材料技术为它们提供更多更好的功能材料，而材料技术也越来越有能力满足这一要求。所以现在各种功能材料越来越多。; 第三、材料结构的尺度向越来越小的方向发展 如以前组成材料的颗粒，尺寸都在微米，现在向纳米尺度方向发展。由于颗粒极度细化，使有些性能发生了截然不同的变化。; 第四、由被动性材料向具有主动性的智能材料方 向发展 过去的材料不会对外界环境的作用作出反应，完全是被动的。新的智能材料能够感知外界条件变化、进行判断并主动作出反应。 ;　第五、通过仿生途径来发展新材料 生物通过千百万年的进化，在严峻的自然界环境中经过优胜劣汰，适者生存而发展到今天，自有其独特之处。为开发新材料又提供了一条广阔的途径。;五 材料性能与结构的关系;“材料科学”至今无明确定义。 有人认为材料科学是研究各种材料的结构、制备加工工艺、性能和使用状况之间的关系的科学。;结构－－包括用肉眼或低倍放大镜观察到的宏观组织，用光学或电子显微镜观察到的微观组织，用场离子显微镜观察到的原子象，以及原子的电子结构。 性能－－包括力学性能、物理性能、化学性能，以及冶金和加工性能等工艺性能。 加工－－是指包括材料的制备、加工、后处理（再循环处理）在内的各种生产工艺。 使用－－是指材料的应用效果和反响。 材料的结构、性能、加工和使用状况这四个