材料化学第讲概述.ppt

1.1基本概念Chapter1Introduction(1)什么是材料？水是材料？冰是材料？材料是可以用来制造有用的构件、器件或物品的物质材料=物质Materials=Matter第18页,共49页，星期六，2024年，5月1.1基本概念Chapter1Introduction(2)材料科学20世纪对于材料的发展历史来说是一个值得大书特书的时期。20世纪科学技术领域一系列惊人的重大发现导致了原子能、航空航天、激光、信息、能源等领域的巨大变化，而这些巨大变化则有力地促进了材料的发展，使得材料在20世纪中叶发生了一次“革命性”的飞跃，这个飞跃的标志就是“材料科学”的形成。20世纪中叶的几项成果：超音速飞机(镍基超级合金)计算机(晶体管、半导体)航天飞机(高温结构陶瓷)第19页,共49页，星期六，2024年，5月一个示例：哥伦比亚空难与材料“哥伦比亚号”是航天飞机第一次在即将着陆时发生的灾难。空难发生后，由美国宇航局（NASA）组成了由材料和工艺工程师及科学家组成的调查组对飞机残骸进行了重组、残骸材料的冶金分析以及模拟试验，分析了航天飞机爆炸的原因。“哥伦比亚号”航天飞机的爆炸，震惊了世人，同时也引起了人们对材料的关注，材料分析揭开了哥伦比亚空难之谜。第20页,共49页，星期六，2024年，5月一个示例：哥伦比亚空难与材料这张照片是在哥伦比亚号返回地球的11天前拍摄并传回的，通过哥伦比亚号上随机安装的一架照相机拍摄。升空时，从燃料箱脚架处掉下的一块隔热泡沫砸到左翼碳／碳复合材料面板下半部附近造成裂缝。而后高温热离子流穿过此处，使机翼铝合金、铁基合金、钠基合金结构熔化，导致航天飞机失控、机翼破坏和机体解体。第21页,共49页，星期六，2024年，5月1.1基本概念Chapter1Introduction材料科学研究的内容合成与制备SynthesisandFabrication结构Structures性能Properties效能与功能Performance第22页,共49页，星期六，2024年，5月1.1基本概念Chapter1Introduction简而言之，材料科学就是研究各种材料的成分与结构、合成与制备加工工艺、性能以及材料在服役过程中的表现这四个方面之间相互关系的科学。成分与结构、合成与制备加工工艺、性能以及材料在服役过程中的表现是材料科学的四个基本要素。材料科学研究的目的则是在这四个基本要素方面进行不懈地努力，以期使材料的发展更好地为人类社会的进步服务。新方法、新结构、新性能、新应用是发展新材料以及材料科学研究的永恒主题。第23页,共49页，星期六，2024年，5月1.1基本概念Chapter1Introduction(3)材料化学材料中原子、离子或分子的排列方式、不同组成间的化学反应等材料制备工艺过程中的化学问题材料的化学性质以及其他各类性质中的化学因素环境对材料的影响(例如腐蚀)材料化学是材料科学的一个重要组成部分，在化学学科中通常也称为“固体化学”。材料化学介绍的是从化学角度来进行材料科学研究所需要的基本知识。第24页,共49页，星期六，2024年，5月1.1基本概念Chapter1Introduction化学与材料亲密接触的历史人类第一个化学上的发现是火，这是公元前50万年左右的事情。而人类第一次真正有意识地创造发明的自然界并不存在的“新材料”??陶器就是在火的帮助下制造出来的。在烧制陶器的过程中人类又还原出了金属铜和锡，发明了炼铜技术，从而把历史推进了青铜器时代。第25页,共49页，星期六，2024年，5月1.1基本概念Chapter1Introduction我国的四大发明中至少有两项是化学和材料的结合体通过蒸煮草木灰把植物中的纤维物质提炼出来制成了纸浆；一磺二硝三木炭的组合则生成了火药。S+2KNO3+3C=N2↑+3CO2↑+K2S+169千卡第26页,共49页，星期六，2024年，5月1.1基本概念Chapter1Introduction现代的材料科学就是一种“炼金术”，它能变魔术般地以90多种元素为原料，从理论研究、应用，到制造成虽然不是金子但是却有可能比金子更为人类所需、更有价值、更加珍贵的新物质。18世纪末分析化学的发展使得人们第一次认识到钢中存在有碳原子，而且碳原子在决定钢的性质方面起着十分关键的作用，从而促使人们