昆明理工大学 材料科学与工程 专业英语要点.pdfVIP

第一单元：材料科学与工程

历史看法

材料可能比我们意识的还要根深蒂固的占据在历史中。运输、房屋、衣

服、通讯、娱乐以及食物产品事实上我们生活中的每一个部分都或

多或少受材料的影响。历史上，社会的发展与前进和那些能满足社会需

求的材料的生产及操作能力密切相关。实际上，早起的文明就以材料的

发展程度来命名，如石器时代，青铜器时代，铁器时代。

早期人们能得到的只有一些很有限的天然材料：石头、木材、粘土以及

动物皮毛等。渐渐地，他们通过技术来生产优于自然材料的新材料，这

些新材料包括陶器和金属。进一步地，人们发现材料的性质可以通过热

处理或加入其他物质来改变。由此看来，材料的应用完全是一个选择的

过程，且此过程又是根据材料的性能从许多的而不是有限的材料中选择

一种最适于某种用途的材料。直到最近，科学家才终于了解材料的结构

要素与其特性之间的关系。在跨越将近100年的时间获得的知识被大范

围的赋予符合当代的材料特性。因此，成千上万的材料通过其特殊的性

质来满足我们现代及复杂的社会需要；它们包括金属，塑料，玻璃和纤

维。

很多使我们生活舒适的技术的发展与适宜材料的获得密切相关。一种认

识的材料的先进程度通常是一种连续技术进步的预兆。比如，没有便宜

的钢制品或其他替代品就没有汽车。在现代，精密的电子器件取决于所

谓的半导体材料。

材料科学与工程

材料科学作为一个学科而言,涉及到材料的结构和性质的关系。相比之

下，材料工程是根据材料的结构和性质的关系,来设计或操纵材料的结构

以求制造出一系列可预定的性质。

“structure”一词是个值得解释的模糊的术语。简单地说，材料的结构通

常与其内在成分的排列有关。亚原子结构包括介于单个原子内部的电子

以及相互作用的原子核。在原子水平上，结构围绕着原子或分子与其他

相关的原子或分子的组织。在更大的结构领域上，其包括大的原子团，

这些原子团通常聚集在一起，称为“微观”结构，意思是可以使用某种显

微镜直接观察得到的结构。最后，结构成分可以通过肉眼看到的称为宏

观结构。“Property”一词的概念值得详细阐述。在使用中，所有材料

对外部的刺激都表现出某种反应。比如，样品受到压力作用会引起形变，

或者抛光金属表面会反射光。材料的特征取决于其对明确的外部刺激的

反应程度。通常，材料的性质与其形状及大小无关。

实际上，所有固体材料的重要性质可以概括分为六类：机械、电学、热

学、磁学、光学和腐蚀性。对于每一种都有一种对特定刺激引起不同反

应的能力。如机械性能与施加负载或压力下引起的形变有关，包括弹性

和强度。对于电性能，如电导性和介电系数，这种刺激物是电场。固

体的热学行为则可用热容和热导率来表示。磁学性质表示一种材料在磁

场中的反应。对于光学性质，刺激物是电磁或光照。用折射和反射来表

示光学性质。最后，腐蚀性质是表示材料的化学反应能力。

除了结构和性质，材料科学和工程还有其他两个重要的组成部分，即加

工和性能。材料的结构取决于其如何加工并涉及这四个要素的关系。另

外，材料的性能是其性质的功能。

在图1.1中，我们现在介绍样品从加工--结构--性质--性能的原则，这个

图中展示了3个薄的圆盘样品放在一些印刷品上。这证明了这3种材料

的光学性能（即在同一光线下）是不一样的；在左边的一个是透明的（即

实际是所有的反射光通过它），然而在中心以及右边的圆盘分别是半透

明和不透明。

这些所有的样品都是相同的氧化铝材料，但是最左边的我们称之为单晶

体，这个高的纯度，他可以提高透明度。中心的样品由无数相连的微小

单晶体所组成，这些微小晶体之间的界面散射了一部分从纸面折射来的

光，从而致使材料变为光学半透明。最后，在右边的样品不仅由许多微

小相连的晶体组成，也由大量小的气孔或者空位组成。这些气孔也显著

的分散反射光并形成不透明的材料。

因此，这三个样品的结构在晶界与气孔方面是不同的，这两方面影响视

觉的透视性能。进一步证明，其他材料通过不同的性能技术生产。当然，

如果视觉投射性能是最终应用产品的一个重要部分，则材料的性能将会

不同。

为什么研究材料科学与工程？为什么研究材料？许多应用科学家或工

程师，不管他们是机械的、土木的、化学的或电子领域的，都将在某个

时候面临材料的设计问题。如用具的传动齿轮，上层的建筑、油的精

炼成分、或集成电路芯片。当然，材料科学家和工程师是从事材料研究

和设计的专家。

很多时候，材料的问题就是从上千个材料中选择出一个合适的材料。对

材料的最终选择有几个原则。首先，现场工作条件基本特征，这个将决

定材料的性能需求。只有在少数情况下材