1、Foundations of Materials ScienceFoundations of Materials Science2022-6-26材料科學(xué)與工程學(xué)院材料學(xué)教研室21.1.掌握材料科學(xué)研究的內(nèi)容及其要素之間的邏輯關(guān)系掌握材料科學(xué)研究的內(nèi)容及其要素之間的邏輯關(guān)系. .2.2.了解材料發(fā)展的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)了解材料發(fā)展的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì). .3.3.了解本課程的主要內(nèi)容和學(xué)習(xí)方法了解本課程的主要內(nèi)容和學(xué)習(xí)方法. .緒緒 論論2022-6-26材料科學(xué)與工程學(xué)院材料學(xué)教研室3 一一. . 什么是材料和材料科學(xué)基礎(chǔ)什么是材料和材料科學(xué)基礎(chǔ)? ? 二二. . 材料科學(xué)的地位和作用。材料科學(xué)的地

2、位和作用。 三三. . 材料的分類。材料的分類。 四四. . 為什么要學(xué)習(xí)為什么要學(xué)習(xí)材料科學(xué)基礎(chǔ)材料科學(xué)基礎(chǔ)? ? 五五. .材料科學(xué)基礎(chǔ)材料科學(xué)基礎(chǔ)課程的主要內(nèi)容。課程的主要內(nèi)容。 六六. .材料科學(xué)基礎(chǔ)材料科學(xué)基礎(chǔ)課程的特點(diǎn)、學(xué)習(xí)方法和安排。課程的特點(diǎn)、學(xué)習(xí)方法和安排。2022-6-26材料科學(xué)與工程學(xué)院材料學(xué)教研室4 請(qǐng)同學(xué)們能不能根據(jù)材料的發(fā)展來(lái)劃分歷史？如請(qǐng)同學(xué)們能不能根據(jù)材料的發(fā)展來(lái)劃分歷史？如果能，是怎樣劃分的？果能，是怎樣劃分的？提到提到“材料材料”，同學(xué)們會(huì)想到什么？列舉一下現(xiàn)，同學(xué)們會(huì)想到什么？列舉一下現(xiàn)代生活中用到了哪些材料？給材料下個(gè)定義。代生活中用到了哪些材料？給材

3、料下個(gè)定義。 材料科學(xué)與材料工程有什么區(qū)別？材料科學(xué)與材料工程有什么區(qū)別？ 請(qǐng)問(wèn)同學(xué)們材料是怎樣分類的？請(qǐng)問(wèn)同學(xué)們材料是怎樣分類的？ 如何認(rèn)識(shí)材料的科學(xué)問(wèn)題？如何認(rèn)識(shí)材料的科學(xué)問(wèn)題？ （鏈接）2022-6-26材料科學(xué)與工程學(xué)院材料學(xué)教研室5 （MaterialsMaterials）是指人類社會(huì)能接受地，經(jīng)濟(jì)地的制）是指人類社會(huì)能接受地，經(jīng)濟(jì)地的制造有用物品的物質(zhì)。是具有滿足指定工作條件下使用要求的造有用物品的物質(zhì)。是具有滿足指定工作條件下使用要求的形態(tài)和物理性狀的物質(zhì)。形態(tài)和物理性狀的物質(zhì)。包括人們的思想意識(shí)之外的所有物質(zhì)包括人們的思想意識(shí)之外的所有物質(zhì)(substance)(substan

4、ce)。材料是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的物質(zhì)基礎(chǔ)。材料是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的物質(zhì)基礎(chǔ)。：天然材料和人工材料。：天然材料和人工材料。 ：工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國(guó)防、科學(xué)技：工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國(guó)防、科學(xué)技術(shù)、人民生活。術(shù)、人民生活。 、能源和信息是現(xiàn)代技術(shù)的三大支柱、能源和信息是現(xiàn)代技術(shù)的三大支柱(1998)(1998)。 生物工程、信息技術(shù)和生物工程、信息技術(shù)和是現(xiàn)代技術(shù)的三大支柱。是現(xiàn)代技術(shù)的三大支柱。 材料品種、數(shù)量和質(zhì)量是國(guó)家現(xiàn)代化程度標(biāo)志之一。材料品種、數(shù)量和質(zhì)量是國(guó)家現(xiàn)代化程度標(biāo)志之一。2022-6-26材料科學(xué)與工程學(xué)院材料學(xué)教研室6（Materials ScienceMaterials Science）是研究）是研究、與與

5、之間的之間的相互關(guān)系的科學(xué)。材料科學(xué)是當(dāng)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)、工業(yè)相互關(guān)系的科學(xué)。材料科學(xué)是當(dāng)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)、工業(yè)生產(chǎn)的支柱，是當(dāng)今世界的帶頭學(xué)科之一。生產(chǎn)的支柱，是當(dāng)今世界的帶頭學(xué)科之一。(Foundations of Materials Science(Foundations of Materials Science）是）是進(jìn)行材料科學(xué)研究的基礎(chǔ)理論，它將各種材料（包括金屬、陶進(jìn)行材料科學(xué)研究的基礎(chǔ)理論，它將各種材料（包括金屬、陶瓷、高分子材料等）的瓷、高分子材料等）的和和建立在共同的建立在共同的理論基礎(chǔ)上，用于指導(dǎo)材料的研究、生產(chǎn)、應(yīng)用和發(fā)展。它涵理論基礎(chǔ)上，用于指導(dǎo)材料的研究、生

6、產(chǎn)、應(yīng)用和發(fā)展。它涵蓋了材料科學(xué)和材料工程的基礎(chǔ)理論。蓋了材料科學(xué)和材料工程的基礎(chǔ)理論。2022-6-26材料科學(xué)與工程學(xué)院材料學(xué)教研室7 每一種新材料的應(yīng)用是人類進(jìn)化和發(fā)展的里程碑。每一種新材料的應(yīng)用是人類進(jìn)化和發(fā)展的里程碑。材料是人類社會(huì)發(fā)展的巨大推動(dòng)力，生產(chǎn)工具制造材料是人類社會(huì)發(fā)展的巨大推動(dòng)力，生產(chǎn)工具制造的物質(zhì)基礎(chǔ)是材料的物質(zhì)基礎(chǔ)是材料 材料的發(fā)展史就是材料的發(fā)展史就是人類社會(huì)的發(fā)展史人類社會(huì)的發(fā)展史。 材料的發(fā)展史就是材料的發(fā)展史就是科學(xué)技術(shù)的發(fā)展史科學(xué)技術(shù)的發(fā)展史。2022-6-26材料科學(xué)與工程學(xué)院材料學(xué)教研室8 由于材料的重要性，歷史學(xué)家由于材料的重要性，歷史學(xué)家常常常常根據(jù)

7、人類使用的材料來(lái)劃分根據(jù)人類使用的材料來(lái)劃分人類社會(huì)發(fā)展的歷史階段人類社會(huì)發(fā)展的歷史階段。從古代到現(xiàn)在人類使用材料的歷史共經(jīng)從古代到現(xiàn)在人類使用材料的歷史共經(jīng)歷了七個(gè)時(shí)代，歷了七個(gè)時(shí)代，其中的有些時(shí)代持續(xù)了幾個(gè)世紀(jì)，其中的有些時(shí)代持續(xù)了幾個(gè)世紀(jì)，各時(shí)代的開(kāi)始時(shí)各時(shí)代的開(kāi)始時(shí)間：間：舊、新石器時(shí)代（公元前舊、新石器時(shí)代（公元前1010萬(wàn)年）萬(wàn)年）陶器時(shí)代陶器時(shí)代青銅器時(shí)代（公元前青銅器時(shí)代（公元前30003000年）年）鐵器時(shí)代（公元前鐵器時(shí)代（公元前10001000年年水泥時(shí)代（公元水泥時(shí)代（公元0 0年）年）鋼時(shí)代（鋼時(shí)代（18001800年）年）硅時(shí)代（硅時(shí)代（19501950年）年）新材

8、料時(shí)代（新材料時(shí)代（19901990年、特征是多種材料并存）年、特征是多種材料并存）1.1.材料的發(fā)展史，就是人類社會(huì)的發(fā)展史材料的發(fā)展史，就是人類社會(huì)的發(fā)展史v 材料發(fā)展動(dòng)力：材料發(fā)展動(dòng)力： 社會(huì)需求社會(huì)需求（市場(chǎng)拉動(dòng)）（市場(chǎng)拉動(dòng)） 技術(shù)發(fā)展技術(shù)發(fā)展（技術(shù)推動(dòng)）（技術(shù)推動(dòng)） 科學(xué)發(fā)展科學(xué)發(fā)展（對(duì)物質(zhì)的了（對(duì)物質(zhì)的了 解，是創(chuàng)新的源泉）解，是創(chuàng)新的源泉） 2022-6-26材料科學(xué)與工程學(xué)院材料學(xué)教研室92022-6-26材料科學(xué)與工程學(xué)院材料學(xué)教研室10 ，這種容易制成工具，這種容易制成工具的石頭，開(kāi)始了制陶業(yè)的發(fā)展的石頭，開(kāi)始了制陶業(yè)的發(fā)展（300000BC)300000BC)。 被用作工

9、具與武器，開(kāi)始了被用作工具與武器，開(kāi)始了人類金屬的使用（人類金屬的使用（5500 BC5500 BC） 改變了銅的性能改變了銅的性能- -材料開(kāi)始發(fā)材料開(kāi)始發(fā)展展 （5000 BC5000 BC）石斧、鑿、刀、鏟、箭頭、紡石斧、鑿、刀、鏟、箭頭、紡輪、缽等（西安半坡遺址）輪、缽等（西安半坡遺址）2022-6-26材料科學(xué)與工程學(xué)院材料學(xué)教研室11 金屬鑄造工藝金屬鑄造工藝-人們得到了他們需要的形狀人們得到了他們需要的形狀 (4000BC、最早、最早的模鑄件：一個(gè)的模鑄件：一個(gè)銅制杖頭銅制杖頭) 從礦石中提煉銅從礦石中提煉銅-冶金業(yè)的黎明冶金業(yè)的黎明 （3500BC、埃及古墓壁畫(huà)埃及古墓壁畫(huà)是是

10、人類冶金業(yè)的最早紀(jì)錄之一人類冶金業(yè)的最早紀(jì)錄之一 ） 青銅的使用青銅的使用-制造合金制造合金 （ 3000BC、青銅：第一種合金青銅：第一種合金）2022-6-26材料科學(xué)與工程學(xué)院材料學(xué)教研室12 （Bronze Age)（Bronze Age)巨型司母戊鼎巨型司母戊鼎（河南安陽(yáng)晚商遺址）（河南安陽(yáng)晚商遺址）青銅器時(shí)代: 青銅器時(shí)代: 湖北江陵楚墓出土越王勾踐寶劍2022-6-26材料科學(xué)與工程學(xué)院材料學(xué)教研室131986年四川廣漢三星堆 青銅立青銅立人像：人像：商代晚期，人像人像高172厘米，底座高90厘米，通高261,厘米, 整體由立人像和臺(tái)座兩大部分接鑄而成。 青銅辮索冠人頭像：青銅辮

11、索冠人頭像：高13.7厘米祭祀坑出土圓頭頂，頭戴辮索狀帽箍，耳較圓，兩耳各有三個(gè)穿孔，耳上端的鬢發(fā)清晰可 見(jiàn)。頗具土著風(fēng)格 青銅鷹形鈴青銅鷹形鈴: :高14.24厘米，寬6.5厘米，厚3.55厘米, 鈴呈鷹蹲棲狀，兩側(cè)有翼狀扉棱，兩面有羽翅狀陰紋。2022-6-26材料科學(xué)與工程學(xué)院材料學(xué)教研室14神獸神獸: :春秋時(shí)期，高48厘米，1990年河南省淅川徐家?guī)X楚墓出土。龍首、虎頸、虎身、虎尾、龜足，張口吐舌，牙齒犀利。龍首上附六條蛇形龍。脊背上有有一方座，座上有一神獸也為龍首，口銜一條龍，龍 首。通身飾動(dòng)物紋和云紋，滿嵌綠松石編鐘編鐘：春秋中期，1978年河南淅川出土，最大鐘通高120.4厘米

12、，舞修52.3厘米，銑間59.7厘米。該鐘一組26件，形制相同，大小依次遞減。2022-6-26材料科學(xué)與工程學(xué)院材料學(xué)教研室15：春秋，1923年河南新鄭李家園出土。高117厘米，口長(zhǎng)30.5厘米，口寬24.9厘米。春秋中期，1978年河南淅川下寺出土。高28.8厘米，器身長(zhǎng)103厘米，寬46厘米，禁為承置酒器的案，其器身以粗細(xì)不同的銅梗支撐多層鏤空云紋，十二只龍形異獸攀緣于禁的四周，另十二只蹲于禁下為足。這是我國(guó)迄今發(fā)現(xiàn)用失蠟法鑄造的時(shí)代最早的銅器，其工藝精湛復(fù)雜，令人嘆為觀止。2022-6-26材料科學(xué)與工程學(xué)院材料學(xué)教研室162022-6-26材料科學(xué)與工程學(xué)院材料學(xué)教研室17中國(guó)古代

13、鐵器的金相組織中國(guó)古代鐵器的金相組織湖南長(zhǎng)沙砂子塘戰(zhàn)國(guó)凹形鐵鋤湖南長(zhǎng)沙砂子塘戰(zhàn)國(guó)凹形鐵鋤ron Age（I）鐵時(shí) 器代器代2022-6-26材料科學(xué)與工程學(xué)院材料學(xué)教研室182022-6-26材料科學(xué)與工程學(xué)院材料學(xué)教研室192022-6-26材料科學(xué)與工程學(xué)院材料學(xué)教研室20 鐵的發(fā)現(xiàn)鐵的發(fā)現(xiàn) （1450BC、鐵制車輪鐵制車輪）煉鐵煉鐵的需要促使了鼓風(fēng)機(jī)與熔爐的發(fā)明（的需要促使了鼓風(fēng)機(jī)與熔爐的發(fā)明（1500AD、廉價(jià)的冶鐵業(yè)）、廉價(jià)的冶鐵業(yè)）Henry Bessemer(1813-1898)擁有鋼鐵冶煉的專利擁有鋼鐵冶煉的專利-當(dāng)代鋼鐵冶煉的當(dāng)代鋼鐵冶煉的出現(xiàn)。他的方法是鋼鐵制品信能大大改觀

14、而成本也降低不少。出現(xiàn)。他的方法是鋼鐵制品信能大大改觀而成本也降低不少。（1855AD） 2022-6-26材料科學(xué)與工程學(xué)院材料學(xué)教研室212022-6-26材料科學(xué)與工程學(xué)院材料學(xué)教研室22 ：使鋁成為一種常用金屬：使鋁成為一種常用金屬 （1866）的商業(yè)發(fā)展，高分子材料發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期的商業(yè)發(fā)展，高分子材料發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期 （1939、尼龍、尼龍的發(fā)明）的發(fā)明）：摻鎳合金促進(jìn)了噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展（：摻鎳合金促進(jìn)了噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展（1950s)2022-6-26材料科學(xué)與工程學(xué)院材料學(xué)教研室232022-6-26材料科學(xué)與工程學(xué)院材料學(xué)教研室24 制作越來(lái)越小的硅芯片制作越來(lái)越小的硅芯片 (19

15、60S、硅芯片變得更小了）、硅芯片變得更小了） 高溫超導(dǎo)體，高溫超導(dǎo)的革命時(shí)代高溫超導(dǎo)體，高溫超導(dǎo)的革命時(shí)代 (1980S、高溫超導(dǎo)體）、高溫超導(dǎo)體）2022-6-26材料科學(xué)與工程學(xué)院材料學(xué)教研室25簡(jiǎn)單復(fù)雜簡(jiǎn)單復(fù)雜單一性能綜合性能單一性能綜合性能結(jié)構(gòu)材料功能材料結(jié)構(gòu)材料功能材料單一材料復(fù)合材料單一材料復(fù)合材料總之，材料發(fā)展是：2022-6-26材料科學(xué)與工程學(xué)院材料學(xué)教研室26 讓我們回顧幾項(xiàng)有影響的事例，以便加深理解材讓我們回顧幾項(xiàng)有影響的事例，以便加深理解材料的發(fā)展在人類社會(huì)發(fā)展中起了舉足輕重的作用。料的發(fā)展在人類社會(huì)發(fā)展中起了舉足輕重的作用。2.2.材料的發(fā)展史，就是科學(xué)技術(shù)的發(fā)展史

16、材料的發(fā)展史，就是科學(xué)技術(shù)的發(fā)展史2022-6-26材料科學(xué)與工程學(xué)院材料學(xué)教研室27 1.計(jì)算機(jī)經(jīng)歷：電子管計(jì)算機(jī)經(jīng)歷：電子管1906年年晶體管晶體管1948年年集集成電路時(shí)代成電路時(shí)代 1958年年 2.個(gè)人電腦移動(dòng)存儲(chǔ)器的比較。材料科學(xué)的發(fā)展是個(gè)人電腦移動(dòng)存儲(chǔ)器的比較。材料科學(xué)的發(fā)展是計(jì)算機(jī)飛速發(fā)展的基礎(chǔ)。計(jì)算機(jī)飛速發(fā)展的基礎(chǔ)。 種類種類使用的材料使用的材料存儲(chǔ)容量存儲(chǔ)容量特點(diǎn)特點(diǎn)軟盤(pán)軟盤(pán)氧化鐵氧化鐵1.44 Mb1.44 Mb容量小，文本文件存儲(chǔ)容量小，文本文件存儲(chǔ)CDCDRWRW以以ZnSZnS等為主的陶等為主的陶瓷材料瓷材料650 Mb650 MbCDCD光盤(pán)，價(jià)低，用量大光盤(pán)，價(jià)

17、低，用量大MO(MO(磁光盤(pán)磁光盤(pán)) )TbFeCoTbFeCo合金磁光合金磁光材料材料650 Mb650 Mb，1.3G1.3G需專用驅(qū)動(dòng)器，價(jià)格高，局限需專用驅(qū)動(dòng)器，價(jià)格高，局限在廣告圖形用戶在廣告圖形用戶DVDDVDRWRWZnSZnS等為主的陶瓷等為主的陶瓷材料材料單面單層為單面單層為4.7 4.7 GbGbCDCDRWRW和和CDCD光盤(pán)，用量大光盤(pán)，用量大2022-6-26材料科學(xué)與工程學(xué)院材料學(xué)教研室28集成電路發(fā)展歷程集成電路發(fā)展歷程2022-6-26材料科學(xué)與工程學(xué)院材料學(xué)教研室292010年年11月，月，NVIDIA發(fā)布全新含發(fā)布全新含30億晶體管的億晶體管的GF110核心

18、核心 晶體管之父晶體管之父,william shockle2022-6-26材料科學(xué)與工程學(xué)院材料學(xué)教研室30器件縮小器件縮小100100萬(wàn)倍，單價(jià)下降萬(wàn)倍，單價(jià)下降100100萬(wàn)倍萬(wàn)倍。： 信息獲?。▊鞲衅鳎夯衔铮┬畔鬟f（光纖：無(wú)機(jī)、有機(jī)信息獲?。▊鞲衅鳎夯衔铮┬畔鬟f（光纖：無(wú)機(jī)、有機(jī)材料）信息貯存（金屬與合金）信息顯示（用于液晶顯示的非材料）信息貯存（金屬與合金）信息顯示（用于液晶顯示的非晶硅、有機(jī)液晶材料）信息處理（處理器芯片硅鍺）晶硅、有機(jī)液晶材料）信息處理（處理器芯片硅鍺）。 ： (hydrogen storage material)(hydrogen storage mat

19、erial)：鎂系貯氫合金鎂系貯氫合金，主要有鎂鎳、鎂銅、鎂鐵、鎂鈦等合金；主要有鎂鎳、鎂銅、鎂鐵、鎂鈦等合金；稀土系貯氫合金稀土系貯氫合金，主，主要是鑭鎳合金要是鑭鎳合金; ;鈦系貯氫合金鈦系貯氫合金，有鈦錳、鈦鉻、鈦鎳、鈦鈮、，有鈦錳、鈦鉻、鈦鎳、鈦鈮、鈦鋯、鈦銅及鈦錳氮、鈦錳鉻、鈦鋯鉻錳等合金鈦鋯、鈦銅及鈦錳氮、鈦錳鉻、鈦鋯鉻錳等合金; ;鋯系貯氫合鋯系貯氫合金金，有鋯鉻、鋯錳等二元合金和鋯鉻鐵錳、鋯鉻鐵鎳等多元合，有鋯鉻、鋯錳等二元合金和鋯鉻鐵錳、鋯鉻鐵鎳等多元合金金; ;鐵系貯氫合金鐵系貯氫合金，主要有鐵鈦和鐵鈦錳等合金。，主要有鐵鈦和鐵鈦錳等合金。 （硅、合金、化合物半導(dǎo)體（硅、合

20、金、化合物半導(dǎo)體GaAs,InPGaAs,InP，CdsCds系，系，ZnZn3 3P P2 2等）等） （鋯合金等）。（鋯合金等）。2022-6-26材料科學(xué)與工程學(xué)院材料學(xué)教研室33 從從實(shí)現(xiàn)飛行的夢(mèng)想以來(lái)，航空和航天器發(fā)生了巨變。實(shí)現(xiàn)飛行的夢(mèng)想以來(lái)，航空和航天器發(fā)生了巨變。為了飛得快和遠(yuǎn)，就要采用強(qiáng)度高和比重小的材料，重視材料的比為了飛得快和遠(yuǎn)，就要采用強(qiáng)度高和比重小的材料，重視材料的比強(qiáng)度，即強(qiáng)度強(qiáng)度，即強(qiáng)度/ /比重之比。隨著航空技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，輕質(zhì)鋁、鎂比重之比。隨著航空技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，輕質(zhì)鋁、鎂合金和高比強(qiáng)度的鈦合金、碳纖維高分子復(fù)合材料、硼纖維金屬?gòu)?fù)合金和高比強(qiáng)度的鈦合金、

21、碳纖維高分子復(fù)合材料、硼纖維金屬?gòu)?fù)合材料等得到愈來(lái)愈多的采用。合材料等得到愈來(lái)愈多的采用。 發(fā)動(dòng)機(jī)（高溫合金，金屬基復(fù)合材料，陶瓷與陶瓷基復(fù)合材發(fā)動(dòng)機(jī)（高溫合金，金屬基復(fù)合材料，陶瓷與陶瓷基復(fù)合材料）、汽輪機(jī)部件（纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料）、料）、汽輪機(jī)部件（纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料）、火箭噴嘴（難熔金屬）等?；鸺龂娮欤y熔金屬）等。實(shí)例實(shí)例壓氣機(jī)葉片壓氣機(jī)葉片壓氣機(jī)機(jī)匣壓氣機(jī)機(jī)匣飛機(jī)尾翼飛機(jī)尾翼硼纖維鋁合金板和管硼纖維鋁合金板和管材料材料鋁合金鋁合金鈦合金鈦合金碳纖維復(fù)合材料碳纖維復(fù)合材料硼纖維增強(qiáng)鋁合金硼纖維增強(qiáng)鋁合金強(qiáng)度范圍強(qiáng)度范圍MPaMPa15015045

22、045035035011001100100010001200 1200 （順（順纖維方向）纖維方向） 15001500（順纖維方向）（順纖維方向） 比強(qiáng)度比強(qiáng)度MPaMPa555516016080802452456256257507505705702022-6-26材料科學(xué)與工程學(xué)院材料學(xué)教研室34 高溫材料的選用高溫材料的選用 ：固定式或移動(dòng)式發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率都隨介質(zhì)工：固定式或移動(dòng)式發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率都隨介質(zhì)工作溫度的提高而提高。作溫度的提高而提高。3030多年來(lái)，大型噴氣式飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)推力提多年來(lái)，大型噴氣式飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)推力提高了高了5 5倍多，而發(fā)動(dòng)機(jī)的重量只增加倍多，而發(fā)動(dòng)機(jī)的重量只增加1

23、 12 2倍，這主要靠高溫合金的采倍，這主要靠高溫合金的采用。下圖是不同時(shí)期飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作溫度。用。下圖是不同時(shí)期飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作溫度。 v 噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)起源于上世紀(jì)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)起源于上世紀(jì)40年代初，當(dāng)時(shí)的工作溫年代初，當(dāng)時(shí)的工作溫度在度在700 左右，而今民左右，而今民用機(jī)接近用機(jī)接近1500，而軍用，而軍用機(jī)在機(jī)在2000左右。這左右。這 就要就要求發(fā)展耐高溫材料，稱之求發(fā)展耐高溫材料，稱之為高溫合金。為高溫合金。2022-6-26材料科學(xué)與工程學(xué)院材料學(xué)教研室35 材料的主要性能取決于母體，加入合金元素成分將改善金屬材料的主要性能取決于母體，加入合金元素成分將改善金屬的物理及機(jī)械性能的物

24、理及機(jī)械性能強(qiáng)度、耐力、使用壽命。在飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)度、耐力、使用壽命。在飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)中一種摻鎳化合物制成稱作中一種摻鎳化合物制成稱作718718合金被廣泛的用于制造波音合金被廣泛的用于制造波音777777客機(jī)上的發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮機(jī)、葉片及緊固件?？蜋C(jī)上的發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮機(jī)、葉片及緊固件。航航空空發(fā)發(fā)動(dòng)動(dòng)機(jī)機(jī)示示意意圖圖 2022-6-26材料科學(xué)與工程學(xué)院材料學(xué)教研室36神州飛船及運(yùn)載火箭神州飛船及運(yùn)載火箭2022-6-26材料科學(xué)與工程學(xué)院材料學(xué)教研室372022-6-26材料科學(xué)與工程學(xué)院材料學(xué)教研室38：“自行車發(fā)燒友自行車發(fā)燒友” 選擇鈦合金制自行車。鈦選擇鈦合金制自行車。鈦合金的應(yīng)用場(chǎng)合很特殊。

25、通常用于需要抗腐蝕，耐疲勞，高合金的應(yīng)用場(chǎng)合很特殊。通常用于需要抗腐蝕，耐疲勞，高彈性的場(chǎng)合彈性的場(chǎng)合 2022-6-26材料科學(xué)與工程學(xué)院材料學(xué)教研室39原來(lái)使用專用的汞合金，原來(lái)使用專用的汞合金，為防止金屬合金的分解已經(jīng)開(kāi)為防止金屬合金的分解已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種可以滿足口腔中特殊發(fā)出一種可以滿足口腔中特殊的物理及化學(xué)環(huán)境的新型陶瓷。的物理及化學(xué)環(huán)境的新型陶瓷。具體來(lái)講，它需要滿足下列要具體來(lái)講，它需要滿足下列要求：耐口腔中的酸；低熱導(dǎo)率求：耐口腔中的酸；低熱導(dǎo)率（這對(duì)你吃冷飲有好處）；盡（這對(duì)你吃冷飲有好處）；盡得住數(shù)年的咀嚼力；耐驟冷驟得住數(shù)年的咀嚼力；耐驟冷驟熱；當(dāng)然還要口感舒適。熱；當(dāng)然還

26、要口感舒適。2022-6-26材料科學(xué)與工程學(xué)院材料學(xué)教研室40 碳、硼纖維及環(huán)氧化合物復(fù)合材料非常輕，可以在某碳、硼纖維及環(huán)氧化合物復(fù)合材料非常輕，可以在某特定方向上增加強(qiáng)度（用于特殊目的）特定方向上增加強(qiáng)度（用于特殊目的）。 2022-6-26材料科學(xué)與工程學(xué)院材料學(xué)教研室41近來(lái)，鋼鐵工業(yè)已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種汽車用鋼，比原先的輕近來(lái)，鋼鐵工業(yè)已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種汽車用鋼，比原先的輕24%24%，而強(qiáng)度高，而強(qiáng)度高34%34%，稱為，稱為。 優(yōu)點(diǎn)：高撞擊能量吸收率；高強(qiáng)度優(yōu)點(diǎn)：高撞擊能量吸收率；高強(qiáng)度- -質(zhì)量比；實(shí)用新型質(zhì)量比；實(shí)用新型制造工藝；可以有多種不同性能制造工藝；可以有多種不同性能( (壽

27、命、防銹等）。壽命、防銹等）。國(guó)家大劇院設(shè)計(jì)圖國(guó)家大劇院設(shè)計(jì)圖(頂部采用納米材料制造頂部采用納米材料制造)通向月球的碳納米管天梯想象圖通向月球的碳納米管天梯想象圖 納米原子像納米原子像納米泵納米泵納米紅血球納米紅血球納米探針納米探針2022-6-26材料科學(xué)與工程學(xué)院材料學(xué)教研室44 1990年美國(guó)總統(tǒng)的科學(xué)顧問(wèn)年美國(guó)總統(tǒng)的科學(xué)顧問(wèn)Allany.Bromley明確指出：明確指出：“”。 1986年年雜志指出：雜志指出：“先進(jìn)材料對(duì)未來(lái)的宇航、電子先進(jìn)材料對(duì)未來(lái)的宇航、電子設(shè)備、汽車以及其他工業(yè)的發(fā)展是必要的，材料科學(xué)的進(jìn)步?jīng)Q定了經(jīng)濟(jì)關(guān)設(shè)備、汽車以及其他工業(yè)的發(fā)展是必要的，材料科學(xué)的進(jìn)步?jīng)Q定了經(jīng)

28、濟(jì)關(guān)鍵部門(mén)增長(zhǎng)速率的極限范圍。鍵部門(mén)增長(zhǎng)速率的極限范圍?！辈牧峡茖W(xué)家材料科學(xué)家“發(fā)展高技術(shù)新材料要十分重視應(yīng)用的開(kāi)發(fā)，從發(fā)展高技術(shù)新材料要十分重視應(yīng)用的開(kāi)發(fā)，從而促進(jìn)材料的產(chǎn)業(yè)化。而促進(jìn)材料的產(chǎn)業(yè)化?！?材料科學(xué)家材料科學(xué)家“科技創(chuàng)新推動(dòng)材料科學(xué)進(jìn)步。科技創(chuàng)新推動(dòng)材料科學(xué)進(jìn)步?！?指出：指出：“材料科學(xué)是何等的重要，它可以使飛材料科學(xué)是何等的重要，它可以使飛機(jī)重返藍(lán)天，可以讓許多科技設(shè)想變成現(xiàn)實(shí)，它與國(guó)民經(jīng)濟(jì)、國(guó)防工業(yè)、機(jī)重返藍(lán)天，可以讓許多科技設(shè)想變成現(xiàn)實(shí)，它與國(guó)民經(jīng)濟(jì)、國(guó)防工業(yè)、人民生活密切相關(guān)，它必將為人類進(jìn)步作出重要貢獻(xiàn)。人民生活密切相關(guān)，它必將為人類進(jìn)步作出重要貢獻(xiàn)。” 不過(guò)現(xiàn)在無(wú)論

29、是主要材料的種類還是性能都發(fā)展的越來(lái)越快?，F(xiàn)在每月不過(guò)現(xiàn)在無(wú)論是主要材料的種類還是性能都發(fā)展的越來(lái)越快。現(xiàn)在每月都有新概念產(chǎn)生，而不是每個(gè)年代或每個(gè)世紀(jì)。都有新概念產(chǎn)生，而不是每個(gè)年代或每個(gè)世紀(jì)。3.3.中外有關(guān)材料的評(píng)論中外有關(guān)材料的評(píng)論2022-6-26材料科學(xué)與工程學(xué)院材料學(xué)教研室45 新材料階段是一個(gè)由新材料階段是一個(gè)由決定社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)決定社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的時(shí)代；展的時(shí)代； 新材料以新材料以為特征，非自然界中現(xiàn)成有的為特征，非自然界中現(xiàn)成有的; ; 新材料是根據(jù)我們對(duì)材料的物理和化學(xué)性能的了新材料是根據(jù)我們對(duì)材料的物理和化學(xué)性能的了解，為了解，為了設(shè)計(jì)和加工而成的；設(shè)計(jì)和加工而成的； 這

30、些新材料使新技術(shù)得以產(chǎn)生和應(yīng)用，而新技術(shù)這些新材料使新技術(shù)得以產(chǎn)生和應(yīng)用，而新技術(shù)又促進(jìn)了新工業(yè)的出現(xiàn)和發(fā)展，從而使國(guó)家財(cái)富和又促進(jìn)了新工業(yè)的出現(xiàn)和發(fā)展，從而使國(guó)家財(cái)富和就業(yè)增加。就業(yè)增加。4. 4. 新材料階段的特征新材料階段的特征2022-6-26材料科學(xué)與工程學(xué)院材料學(xué)教研室46 按物態(tài)劃分按物態(tài)劃分：氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)。：氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)。 按使用領(lǐng)域按使用領(lǐng)域：建筑材料、電子材料、醫(yī)用材料、儀表材料、能源材料等。：建筑材料、電子材料、醫(yī)用材料、儀表材料、能源材料等。 根據(jù)材料的結(jié)構(gòu)和用途來(lái)分類根據(jù)材料的結(jié)構(gòu)和用途來(lái)分類。是以強(qiáng)度，剛度，韌性，耐勞性，是以強(qiáng)度，剛度，韌性，耐勞性，硬度，

31、疲勞強(qiáng)度等力學(xué)性能為特征的材料。硬度，疲勞強(qiáng)度等力學(xué)性能為特征的材料。是以聲，光，電，磁，是以聲，光，電，磁，熱等物理性能為特征的材料。熱等物理性能為特征的材料。 按組成和結(jié)合健性質(zhì)按組成和結(jié)合健性質(zhì)( (屬性屬性) )：金屬材料、陶瓷（無(wú)機(jī)非金屬）材料、有機(jī)：金屬材料、陶瓷（無(wú)機(jī)非金屬）材料、有機(jī)高分子材料以及它們分別組合成的復(fù)合材料，還有半導(dǎo)體材料。高分子材料以及它們分別組合成的復(fù)合材料，還有半導(dǎo)體材料。 按物理形態(tài)按物理形態(tài)：晶體材料、非晶態(tài)材料和納米材料。：晶體材料、非晶態(tài)材料和納米材料。 按幾何形態(tài)按幾何形態(tài)：三維材料、二維材料、一維材料和零維材料。：三維材料、二維材料、一維材料和零

32、維材料。 按材料的發(fā)展按材料的發(fā)展：傳統(tǒng)材料（鋼鐵，銅，鋁，水泥，塑料，陶瓷，：傳統(tǒng)材料（鋼鐵，銅，鋁，水泥，塑料，陶瓷，. . ）和）和新材料（金屬間化合物，高溫超導(dǎo)材料，非晶態(tài)合金，納米材料新材料（金屬間化合物，高溫超導(dǎo)材料，非晶態(tài)合金，納米材料, ., .） 本課程按金屬、陶瓷、高分子和它們的復(fù)合材料來(lái)組織教材的內(nèi)容的。本課程按金屬、陶瓷、高分子和它們的復(fù)合材料來(lái)組織教材的內(nèi)容的。2022-6-26材料科學(xué)與工程學(xué)院材料學(xué)教研室47：黑色金屬材料、有色金屬材料：黑色金屬材料、有色金屬材料：氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷：氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷：塑料、橡膠合成纖維：塑料、橡膠合成纖維：金屬基復(fù)

33、合材料、陶瓷基復(fù)合材料、樹(shù)脂基復(fù)合材料：金屬基復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料、樹(shù)脂基復(fù)合材料：電子材料、光電子材料、超導(dǎo)材料：電子材料、光電子材料、超導(dǎo)材料 價(jià)鍵四面體價(jià)鍵四面體 鋼：鋼：碳素鋼和合金鋼（按成分）；普通鋼、優(yōu)質(zhì)鋼和高級(jí)優(yōu)碳素鋼和合金鋼（按成分）；普通鋼、優(yōu)質(zhì)鋼和高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼（按品質(zhì)）；平爐鋼、轉(zhuǎn)爐鋼、電爐鋼和奧氏體鋼（按冶質(zhì)鋼（按品質(zhì)）；平爐鋼、轉(zhuǎn)爐鋼、電爐鋼和奧氏體鋼（按冶煉法）；結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、特殊鋼及專用鋼（按用途）煉法）；結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、特殊鋼及專用鋼（按用途）。 鑄鐵：鑄鐵：灰鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵和特殊性能灰鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵和特殊性能鑄鐵等。鑄

34、鐵等。 輕金屬輕金屬( (密度密度5)5)、重金屬、重金屬( (密度密度5)5)、貴金屬、類金屬和稀、貴金屬、類金屬和稀有金屬，如有金屬，如A1A1、CuCu、ZnZn、SnSn、PbPb、MgMg、NiNi、TiTi及其合金。在工及其合金。在工程上占有重要地位。程上占有重要地位。 結(jié)合健為金屬健，熔點(diǎn)較高，具有金屬光澤，范性、展性、結(jié)合健為金屬健，熔點(diǎn)較高，具有金屬光澤，范性、展性、延性大，強(qiáng)度較高，結(jié)構(gòu)中存在自由電子，導(dǎo)熱和導(dǎo)電性好，延性大，強(qiáng)度較高，結(jié)構(gòu)中存在自由電子，導(dǎo)熱和導(dǎo)電性好，在空氣中易被氧化。在空氣中易被氧化。 2022-6-26材料科學(xué)與工程學(xué)院材料學(xué)教研室49鋁合金的鋁合金

35、的主要應(yīng)用領(lǐng)域主要應(yīng)用領(lǐng)域戰(zhàn)機(jī)艦船導(dǎo)彈火箭人造衛(wèi)星戰(zhàn)車高速列車汽車高層建筑 主要包括陶瓷、玻璃、水泥和耐火材料等。主要包括陶瓷、玻璃、水泥和耐火材料等。 按性能和用途：傳統(tǒng)陶瓷和特種陶瓷。按性能和用途：傳統(tǒng)陶瓷和特種陶瓷。 特種陶瓷也稱精細(xì)陶瓷、高技術(shù)陶瓷、先進(jìn)陶瓷特種陶瓷也稱精細(xì)陶瓷、高技術(shù)陶瓷、先進(jìn)陶瓷。特種陶瓷特種陶瓷是以人工合成化合物為原料制備，用于技術(shù)和工程領(lǐng)域，如電是以人工合成化合物為原料制備，用于技術(shù)和工程領(lǐng)域，如電子信息、能源、生物、航天航空和其它高新技術(shù)領(lǐng)域。子信息、能源、生物、航天航空和其它高新技術(shù)領(lǐng)域。 化學(xué)健主要是離于鍵、共價(jià)健以及它們的混合鍵；化學(xué)健主要是離于鍵、共價(jià)

36、健以及它們的混合鍵； 硬而脆、硬而脆、韌性低、抗壓不抗拉、對(duì)缺陷敏感；熔點(diǎn)高，具有優(yōu)良的耐高韌性低、抗壓不抗拉、對(duì)缺陷敏感；熔點(diǎn)高，具有優(yōu)良的耐高溫和化學(xué)穩(wěn)定性；一般自由電子數(shù)目少、導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性較??；溫和化學(xué)穩(wěn)定性；一般自由電子數(shù)目少、導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性較?。荒突瘜W(xué)腐蝕性好；耐磨損。耐化學(xué)腐蝕性好；耐磨損。2022-6-26材料科學(xué)與工程學(xué)院材料學(xué)教研室51窗口窗口陶瓷材料應(yīng)用陶瓷材料應(yīng)用2022-6-26材料科學(xué)與工程學(xué)院材料學(xué)教研室52f導(dǎo)彈頭罩窗口窗口導(dǎo)彈的眼睛導(dǎo)彈的眼睛 窗口材料窗口材料 （ZnS, ZnSe, Al2O3, diamond, ） 以以C C、H H、N N、O O元素為

37、基礎(chǔ)，元素為基礎(chǔ)，由大量結(jié)構(gòu)相同的小單元聚合由大量結(jié)構(gòu)相同的小單元聚合組成，分子量大，并在某一范組成，分子量大，并在某一范圍內(nèi)變化。圍內(nèi)變化。 結(jié)合健主要為共價(jià)健，部分結(jié)合健主要為共價(jià)健，部分范德華鍵；分子量大，無(wú)明顯范德華鍵；分子量大，無(wú)明顯的熔點(diǎn)，有玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、的熔點(diǎn)，有玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、粘流溫度；力學(xué)狀態(tài)有玻璃態(tài)、粘流溫度；力學(xué)狀態(tài)有玻璃態(tài)、高彈態(tài)和粘流態(tài)；強(qiáng)度較高；高彈態(tài)和粘流態(tài)；強(qiáng)度較高；質(zhì)量輕；良好的絕緣性；優(yōu)越質(zhì)量輕；良好的絕緣性；優(yōu)越的化學(xué)穩(wěn)定性。的化學(xué)穩(wěn)定性。 高分子材料分類高分子材料分類 按來(lái)源按來(lái)源一般分為天然高分子材料一般分為天然高分子材料( (蛋白、淀粉、纖維素等蛋

38、白、淀粉、纖維素等) )和和人工合成高分子材料人工合成高分子材料( (合成塑料、合成橡膠、合成纖維合成塑料、合成橡膠、合成纖維) )兩大類；兩大類； 按性能和使用性質(zhì)按性能和使用性質(zhì)：塑料、橡膠、纖維、粘合劑、涂料等；：塑料、橡膠、纖維、粘合劑、涂料等； 按鏈結(jié)構(gòu)按鏈結(jié)構(gòu)：碳鏈、雜鏈、元素高聚物；：碳鏈、雜鏈、元素高聚物； 按熱性質(zhì)按熱性質(zhì)：熱塑性、熱固性及熱穩(wěn)定性高聚物；：熱塑性、熱固性及熱穩(wěn)定性高聚物； 按用途按用途：結(jié)構(gòu)材料、電絕緣材料、耐高溫材料、導(dǎo)電高分子、：結(jié)構(gòu)材料、電絕緣材料、耐高溫材料、導(dǎo)電高分子、高分子建筑材料、生物醫(yī)用高分子材料、高分子催化劑、包裝材高分子建筑材料、生物醫(yī)用

39、高分子材料、高分子催化劑、包裝材料等。料等。 塑料是重要的高分子材料，分為通用塑料和工程塑料。塑料是重要的高分子材料，分為通用塑料和工程塑料。 通用塑料包括：聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、酚通用塑料包括：聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、酚醛塑料和氨基塑料。工程塑料：醛塑料和氨基塑料。工程塑料：ABS(ABS(丙烯腈丙烯腈- -丁二烯丁二烯- -苯乙烯苯乙烯) )、聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯、聚砜、聚苯硫醚、聚酰亞胺和氟塑聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯、聚砜、聚苯硫醚、聚酰亞胺和氟塑料等。料等。2022-6-26材料科學(xué)與工程學(xué)院材料學(xué)教研室55 由基體材料增強(qiáng)材料由基體材料增強(qiáng)材料復(fù)合而成。

40、基體材料復(fù)合而成?；w材料有金屬、陶瓷、塑料有金屬、陶瓷、塑料等，增強(qiáng)材料有各種等，增強(qiáng)材料有各種纖維和無(wú)機(jī)化合物等。纖維和無(wú)機(jī)化合物等。2022-6-26材料科學(xué)與工程學(xué)院材料學(xué)教研室56 是以光、聲、電、是以光、聲、電、磁、熱等物理性能為指磁、熱等物理性能為指標(biāo)，用來(lái)制造特殊性能標(biāo)，用來(lái)制造特殊性能的元件的材料。有電子的元件的材料。有電子材料、光電子材料、超材料、光電子材料、超導(dǎo)材料。導(dǎo)材料。2022-6-26材料科學(xué)與工程學(xué)院材料學(xué)教研室57 材料科學(xué)是一個(gè)跨物理、材料科學(xué)是一個(gè)跨物理、化學(xué)等的學(xué)科?；瘜W(xué)等的學(xué)科。的的核心問(wèn)題是材料的組織結(jié)構(gòu)核心問(wèn)題是材料的組織結(jié)構(gòu)（StructureS

41、tructure）和性能）和性能（PropertyProperty）以及它們之間以及它們之間的關(guān)系。右圖為的關(guān)系。右圖為材料科學(xué)與材料科學(xué)與工程四要素。工程四要素。所以，先要了所以，先要了解材料的結(jié)構(gòu)是什么？解材料的結(jié)構(gòu)是什么？ 2022-6-26材料科學(xué)與工程學(xué)院材料學(xué)教研室58材料科學(xué)的核心材料科學(xué)的核心 通過(guò)過(guò)程現(xiàn)象揭示材料通過(guò)過(guò)程現(xiàn)象揭示材料組成組成- -工藝工藝- -結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)- -性能性能的關(guān)聯(lián)的關(guān)聯(lián)。 過(guò)程過(guò)程是理解結(jié)構(gòu)和性能的重要環(huán)節(jié)。是理解結(jié)構(gòu)和性能的重要環(huán)節(jié)。 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)決定性能，組成與工藝決定結(jié)構(gòu)的形成。決定性能，組成與工藝決定結(jié)構(gòu)的形成。 結(jié)構(gòu)因素包括結(jié)構(gòu)因素包括：組成基元

42、、排列、結(jié)合類型和運(yùn)動(dòng)方式。組成基元、排列、結(jié)合類型和運(yùn)動(dòng)方式。 結(jié)構(gòu)的層次結(jié)構(gòu)的層次：原子結(jié)構(gòu)、原子排列、相結(jié)構(gòu)、顯微組織、結(jié)構(gòu)缺陷原子結(jié)構(gòu)、原子排列、相結(jié)構(gòu)、顯微組織、結(jié)構(gòu)缺陷等。等。材材料料結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)關(guān)關(guān)系系2022-6-26材料科學(xué)與工程學(xué)院材料學(xué)教研室59 微 觀 (Micro-) 介 觀 (Meso-) 宏 觀 (Macro-)10-910-810-710-610-510-410-310-210-1100m10-1010-1110-12101納 米 (Nano-)2022-6-26材料科學(xué)與工程學(xué)院材料學(xué)教研室602022-6-26材料科學(xué)與工程學(xué)院材料學(xué)教研室611669, N.

43、Steno, 晶面角守恒定律 材料科學(xué)的發(fā)展過(guò)程材料科學(xué)的發(fā)展過(guò)程 1885, A. Bravais, 晶體空間點(diǎn)陣學(xué)說(shuō) 1912, M. Laue*, 晶體的X射線衍射 1915, W. H. Bragg and W. L. Bragg*X射線晶體結(jié)構(gòu)分析方法 * 1914s Nobel prize; *1915s, *1987s.電子顯微鏡（SEM、TEM）掃描探針顯微術(shù)*（STM、AFM）2022-6-26材料科學(xué)與工程學(xué)院材料學(xué)教研室62材料科學(xué)的形成材料科學(xué)的形成：“材料材料”一詞早存在，一詞早存在，“材料科學(xué)材料科學(xué)”提提出于出于2020世紀(jì)世紀(jì)6060年代，年代，19571957

44、年年1010月月4 4日和日和1111月月3 3日蘇聯(lián)兩顆人造日蘇聯(lián)兩顆人造衛(wèi)星上天，分別重衛(wèi)星上天，分別重8080千克和千克和500500千克。千克。 美國(guó)震動(dòng)很大，美國(guó)震動(dòng)很大，19581958年年1 1月月3131日美國(guó)發(fā)射日美國(guó)發(fā)射“探測(cè)者探測(cè)者1 1號(hào)號(hào)”人造衛(wèi)星僅人造衛(wèi)星僅8 8千克。美國(guó)有關(guān)部門(mén)聯(lián)合向總統(tǒng)提出報(bào)告認(rèn)為美千克。美國(guó)有關(guān)部門(mén)聯(lián)合向總統(tǒng)提出報(bào)告認(rèn)為美國(guó)在先進(jìn)材料的研究方面落后于蘇聯(lián)是關(guān)鍵。對(duì)此國(guó)在先進(jìn)材料的研究方面落后于蘇聯(lián)是關(guān)鍵。對(duì)此5858年年3 3月月1818日總統(tǒng)通過(guò)科學(xué)顧問(wèn)委員會(huì)發(fā)布日總統(tǒng)通過(guò)科學(xué)顧問(wèn)委員會(huì)發(fā)布“全國(guó)材料規(guī)劃全國(guó)材料規(guī)劃”，決定在，決定在大學(xué)相

45、繼建立大學(xué)相繼建立1212材料科學(xué)研究中心（實(shí)驗(yàn)室）材料科學(xué)研究中心（實(shí)驗(yàn)室），自此開(kāi)始，自此開(kāi)始，“材料科學(xué)與工程材料科學(xué)與工程”一詞廣泛應(yīng)用一詞廣泛應(yīng)用。2022-6-26材料科學(xué)與工程學(xué)院材料學(xué)教研室63 一般一般。材料科學(xué)的基材料科學(xué)的基礎(chǔ)理論，為材料工程指明方向，為更好地選擇、使礎(chǔ)理論，為材料工程指明方向，為更好地選擇、使用材料，發(fā)揮現(xiàn)有材料的潛力、發(fā)展新材料提供理用材料，發(fā)揮現(xiàn)有材料的潛力、發(fā)展新材料提供理論基礎(chǔ)。論基礎(chǔ)。 材料科學(xué)和材料工程之間的區(qū)別主要在于著眼材料科學(xué)和材料工程之間的區(qū)別主要在于著眼點(diǎn)的不同或者說(shuō)各自強(qiáng)調(diào)的中心不同，點(diǎn)的不同或者說(shuō)各自強(qiáng)調(diào)的中心不同，因此，后來(lái)人

46、們將二者放在，因此，后來(lái)人們將二者放在一起形成復(fù)合名詞一起形成復(fù)合名詞材料科學(xué)與工程材料科學(xué)與工程（Material Material Science and EngineeringScience and Engineering）2022-6-26材料科學(xué)與工程學(xué)院材料學(xué)教研室64 ：是工程的一個(gè)領(lǐng)域，其目的在于經(jīng)濟(jì)地，而又為社是工程的一個(gè)領(lǐng)域，其目的在于經(jīng)濟(jì)地，而又為社會(huì)所能接受地控制材料的結(jié)構(gòu)、性能和形狀。它包括五個(gè)環(huán)節(jié)。會(huì)所能接受地控制材料的結(jié)構(gòu)、性能和形狀。它包括五個(gè)環(huán)節(jié)。 ：是一門(mén)科學(xué)，它從事與材料本質(zhì)的發(fā)現(xiàn)、分析、認(rèn)：是一門(mén)科學(xué)，它從事與材料本質(zhì)的發(fā)現(xiàn)、分析、認(rèn)識(shí)、分析和控制方面的

47、理論體系，其目的在于揭示材料的行為，提供識(shí)、分析和控制方面的理論體系，其目的在于揭示材料的行為，提供材料結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一描繪或模型，以及解釋這種結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系。材料結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一描繪或模型，以及解釋這種結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系。它包括下面的三個(gè)環(huán)節(jié)，核心是結(jié)構(gòu)和性能。它包括下面的三個(gè)環(huán)節(jié)，核心是結(jié)構(gòu)和性能。 1818世紀(jì)蒸汽機(jī)的發(fā)明和世紀(jì)蒸汽機(jī)的發(fā)明和1919世紀(jì)電動(dòng)機(jī)的發(fā)明，使材料在新品種開(kāi)世紀(jì)電動(dòng)機(jī)的發(fā)明，使材料在新品種開(kāi)發(fā)和規(guī)模生產(chǎn)等方面發(fā)生了飛躍。發(fā)和規(guī)模生產(chǎn)等方面發(fā)生了飛躍。 金屬材料：金屬材料：18561856年-轉(zhuǎn)爐鋼；18641864年-平爐鋼；18871887年-高錳鋼、190319

48、03年-硅鋼；19101910年-鎳鉻不銹鋼。銅、鉛、鋅、鋁、 鎂、鈦和稀有金屬相繼問(wèn)世，世界鋼產(chǎn)量從18501850年的6 6萬(wàn)噸突增到19001900年的28002800萬(wàn)噸，使人類進(jìn)人了輝煌的鋼鐵時(shí)代。 無(wú)機(jī)非金屬材料：無(wú)機(jī)非金屬材料：主要包括晶體、陶瓷、水泥、玻璃、耐火材料等，資源豐富，性能價(jià)格比高。2020世紀(jì)中后期，通過(guò)合成原料和新的制備技術(shù)，出現(xiàn)了一系列特殊功能的先進(jìn)陶瓷。 高分子材料：高分子材料：2020世紀(jì)初，人工合成高分子材料問(wèn)世，19091909年-酚醛樹(shù)脂(膠木)；19251925年-聚苯乙烯；19311931年-聚氯乙烯；19411941年-尼龍，如今世界年產(chǎn)量在1

49、1億噸以上。 量子力學(xué)、固體物理、無(wú)機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)量子力學(xué)、固體物理、無(wú)機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)等基等基礎(chǔ)學(xué)科的發(fā)展為材料科學(xué)奠定了重要基礎(chǔ)。礎(chǔ)學(xué)科的發(fā)展為材料科學(xué)奠定了重要基礎(chǔ)。 現(xiàn)代分析技術(shù)和設(shè)備的更新現(xiàn)代分析技術(shù)和設(shè)備的更新，加深了對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)，加深了對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性質(zhì)的理解。性質(zhì)的理解。 冶金學(xué)、金屬學(xué)、陶瓷學(xué)、高分子科學(xué)冶金學(xué)、金屬學(xué)、陶瓷學(xué)、高分子科學(xué)等自身的發(fā)展也使對(duì)等自身的發(fā)展也使對(duì)材料的本質(zhì)認(rèn)識(shí)大大系統(tǒng)化（材料的本質(zhì)認(rèn)識(shí)大大系統(tǒng)化（組成組成- -制備制備- -結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)- -性能性能的關(guān)系），的關(guān)系），為學(xué)科發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。為學(xué)科發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基

50、礎(chǔ)。 作為鋼熱處理的馬氏體相變理論由金屬學(xué)科建立，后來(lái)氧化作為鋼熱處理的馬氏體相變理論由金屬學(xué)科建立，后來(lái)氧化鋯增韌陶瓷中同樣發(fā)現(xiàn)了馬氏體相變現(xiàn)象，并用來(lái)解釋相變?cè)鲰g鋯增韌陶瓷中同樣發(fā)現(xiàn)了馬氏體相變現(xiàn)象，并用來(lái)解釋相變?cè)鲰g機(jī)理。機(jī)理。 缺陷行為、平衡熱力學(xué)、擴(kuò)散、塑性變形和斷裂機(jī)理、界面缺陷行為、平衡熱力學(xué)、擴(kuò)散、塑性變形和斷裂機(jī)理、界面的精細(xì)結(jié)構(gòu)與行為、晶體和玻璃的結(jié)構(gòu)以及它們之間的關(guān)系、材的精細(xì)結(jié)構(gòu)與行為、晶體和玻璃的結(jié)構(gòu)以及它們之間的關(guān)系、材料中電子的遷移與約束、原子聚集體的統(tǒng)計(jì)力學(xué)等概念，在材料料中電子的遷移與約束、原子聚集體的統(tǒng)計(jì)力學(xué)等概念，在材料中得到應(yīng)用。中得到應(yīng)用。 材料結(jié)構(gòu)與

51、性能的表征材料結(jié)構(gòu)與性能的表征參數(shù)相通，如顯微鏡、電子顯微鏡、參數(shù)相通，如顯微鏡、電子顯微鏡、表面測(cè)試及物理性能測(cè)試等。表面測(cè)試及物理性能測(cè)試等。 材料制備與加工材料制備與加工中，許多工藝相通，如擠壓對(duì)金屬材料用于中，許多工藝相通，如擠壓對(duì)金屬材料用于成型或冷加工硬化；對(duì)高分子材料，通過(guò)擠壓成絲可使有機(jī)纖成型或冷加工硬化；對(duì)高分子材料，通過(guò)擠壓成絲可使有機(jī)纖維的比強(qiáng)度和比剛度大幅度提高。維的比強(qiáng)度和比剛度大幅度提高。 粉末冶金和現(xiàn)代陶瓷粉末冶金和現(xiàn)代陶瓷制造已經(jīng)很難找出明顯的區(qū)別。制造已經(jīng)很難找出明顯的區(qū)別。 溶膠溶膠凝膠法凝膠法應(yīng)用于各種材料的制備，這是利用金屬有機(jī)化應(yīng)用于各種材料的制備，這

52、是利用金屬有機(jī)化合物的水解而得到納米高純氧化物粒子的方法。合物的水解而得到納米高純氧化物粒子的方法。 打破了單一材料間的界限，許多不同類型材料相互代替和補(bǔ)打破了單一材料間的界限，許多不同類型材料相互代替和補(bǔ)充，充分發(fā)揮各種材料的優(yōu)越性。充，充分發(fā)揮各種材料的優(yōu)越性。 復(fù)合材料在多數(shù)情況下是不同類型材料的組合。復(fù)合材料在多數(shù)情況下是不同類型材料的組合。 如果對(duì)不同類型材料沒(méi)有一個(gè)較全面的認(rèn)識(shí)，對(duì)復(fù)合材料的如果對(duì)不同類型材料沒(méi)有一個(gè)較全面的認(rèn)識(shí)，對(duì)復(fù)合材料的設(shè)計(jì)及性質(zhì)的理解必然受到影響。設(shè)計(jì)及性質(zhì)的理解必然受到影響。 信息技術(shù)信息技術(shù): : 從電子信息處理到光電子信息處理，以至于光子信息處理，需要

53、電子材料、光電子材料、非線性光學(xué)材料、波導(dǎo)纖維、薄膜與器件等。 能源工程技術(shù)能源工程技術(shù): : 要求耐高溫、耐磨損、耐腐蝕、高可靠以及壽命可預(yù)測(cè)的結(jié)構(gòu)材料。 材料科學(xué)具有多學(xué)科交叉滲透的特征，包含著豐富的內(nèi)涵。材料科學(xué)具有多學(xué)科交叉滲透的特征，包含著豐富的內(nèi)涵。 材料的組分設(shè)計(jì)與合成，涉及化學(xué)學(xué)科的各分支材料的組分設(shè)計(jì)與合成，涉及化學(xué)學(xué)科的各分支高溫過(guò)程的熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)以至在溫和條件下的仿生合成等。 研究微觀結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系，涉及物理學(xué)、凝聚態(tài)物理及非研究微觀結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系，涉及物理學(xué)、凝聚態(tài)物理及非連續(xù)介質(zhì)微觀力學(xué)等。連續(xù)介質(zhì)微觀力學(xué)等。 信息功能材料、高溫結(jié)構(gòu)材料、復(fù)合材料、生物材料、智

54、能信息功能材料、高溫結(jié)構(gòu)材料、復(fù)合材料、生物材料、智能材料和納米材料材料和納米材料等是新技術(shù)革命的先導(dǎo)材料。 毫米時(shí)代發(fā)明了拖拉機(jī)，微米時(shí)代發(fā)明了計(jì)算機(jī)，納米時(shí)代，毫米時(shí)代發(fā)明了拖拉機(jī)，微米時(shí)代發(fā)明了計(jì)算機(jī)，納米時(shí)代，人類將會(huì)創(chuàng)造出更大的輝煌。人類將會(huì)創(chuàng)造出更大的輝煌。 21世紀(jì)的科技發(fā)展，將以先進(jìn)材料技術(shù)、先進(jìn)能源技術(shù)、信先進(jìn)材料技術(shù)、先進(jìn)能源技術(shù)、信息技術(shù)和生物技術(shù)息技術(shù)和生物技術(shù)等四大學(xué)科為中心，通過(guò)其相互交叉發(fā)展，為人類創(chuàng)造出完全不同的生態(tài)環(huán)境。 新型材料將是與生物和自然具有更好的適應(yīng)性、相容性和環(huán)適應(yīng)性、相容性和環(huán)境友好的材料。境友好的材料。2022-6-26材料科學(xué)與工程學(xué)院材料學(xué)

55、教研室72 ： 1. 1. ：主要是：主要是材料的微觀結(jié)構(gòu)材料的微觀結(jié)構(gòu)，包括原子的排，包括原子的排列方式列方式( (原子結(jié)構(gòu)與鍵合原子結(jié)構(gòu)與鍵合) )，理想的完整結(jié)構(gòu)，理想的完整結(jié)構(gòu)( (固體結(jié)構(gòu)固體結(jié)構(gòu)) )、不完、不完整結(jié)構(gòu)（整結(jié)構(gòu)（晶體缺陷晶體缺陷）、固體中原子和分子的運(yùn)動(dòng)（）、固體中原子和分子的運(yùn)動(dòng)（擴(kuò)散擴(kuò)散）。）。實(shí)實(shí)際材料的狀態(tài)際材料的狀態(tài)，包括晶體、非晶體、亞穩(wěn)態(tài)。，包括晶體、非晶體、亞穩(wěn)態(tài)。 2. 2. ：主要是：主要是材料組織結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律材料組織結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律，包括，包括凝固和相圖凝固和相圖( (單元系的相圖、二元合金系的相圖與凝固、三元單元系的相圖、二元合金系的相圖與凝

56、固、三元合金系的相圖和凝固合金系的相圖和凝固) )、熱處理、熱處理( (固態(tài)相變固態(tài)相變) )。 3. 3. ：材料的變形、回復(fù)與再結(jié)晶：材料的變形、回復(fù)與再結(jié)晶 4. 4. ：金屬材料、非金屬材料、復(fù)合材料等：金屬材料、非金屬材料、復(fù)合材料等 2022-6-26材料科學(xué)與工程學(xué)院材料學(xué)教研室73： 概念術(shù)語(yǔ)多。相關(guān)學(xué)科多（物理、化學(xué)、熱力學(xué)、礦物學(xué)、概念術(shù)語(yǔ)多。相關(guān)學(xué)科多（物理、化學(xué)、熱力學(xué)、礦物學(xué)、金屬學(xué)、陶瓷學(xué)以及高分子學(xué)等），如：金屬學(xué)、陶瓷學(xué)以及高分子學(xué)等），如： 金屬材料：金屬學(xué)金屬材料：金屬學(xué) 無(wú)機(jī)材料：陶瓷學(xué)無(wú)機(jī)材料：陶瓷學(xué) 高分子材料：高分子物理高分子材料：高分子物理材料科學(xué)

57、基礎(chǔ)材料科學(xué)基礎(chǔ)突出共性教學(xué)突出共性教學(xué)2022-6-26材料科學(xué)與工程學(xué)院材料學(xué)教研室74 作為專業(yè)基礎(chǔ)理論課程，注重培養(yǎng)能力和學(xué)習(xí)知識(shí)。作為專業(yè)基礎(chǔ)理論課程，注重培養(yǎng)能力和學(xué)習(xí)知識(shí)。 基礎(chǔ)理論和基本概念要掌握，注意重點(diǎn)；抓住主線條，不鉆?；A(chǔ)理論和基本概念要掌握，注意重點(diǎn)；抓住主線條，不鉆牛角尖。角尖。 掌握例題的解題方法；獨(dú)立完成作業(yè)。認(rèn)真記好筆記，課后短掌握例題的解題方法；獨(dú)立完成作業(yè)。認(rèn)真記好筆記，課后短時(shí)復(fù)習(xí)?？荚嚽凹霸鐝?fù)習(xí)，不要臨陣磨槍。時(shí)復(fù)習(xí)?？荚嚽凹霸鐝?fù)習(xí)，不要臨陣磨槍。 在深入學(xué)習(xí)和牢固掌握基礎(chǔ)知識(shí)、基礎(chǔ)理論的同時(shí)，要思考、在深入學(xué)習(xí)和牢固掌握基礎(chǔ)知識(shí)、基礎(chǔ)理論的同時(shí)，要思

58、考、探索它的應(yīng)用，要理論聯(lián)系實(shí)際；探索它的應(yīng)用，要理論聯(lián)系實(shí)際； 掌握正確的思維方式，不要死記硬背，要學(xué)以致用，善于歸納掌握正確的思維方式，不要死記硬背，要學(xué)以致用，善于歸納總結(jié)規(guī)律?？偨Y(jié)規(guī)律。 課堂演示實(shí)驗(yàn)、提問(wèn)、動(dòng)畫(huà)制作、案例設(shè)計(jì)、材料與生活、專課堂演示實(shí)驗(yàn)、提問(wèn)、動(dòng)畫(huà)制作、案例設(shè)計(jì)、材料與生活、專題討論。題討論。2022-6-26材料科學(xué)與工程學(xué)院材料學(xué)教研室75原始組織原始組織輕度過(guò)火組織輕度過(guò)火組織嚴(yán)重過(guò)火組織嚴(yán)重過(guò)火組織火燒熔痕組織火燒熔痕組織一次短路熔痕組織一次短路熔痕組織二次短路熔痕組織二次短路熔痕組織2022-6-26材料科學(xué)與工程學(xué)院材料學(xué)教研室762022-6-26材料科學(xué)與工程學(xué)院材料學(xué)教研室77：必修課，專業(yè)基礎(chǔ)課：必修課，專業(yè)基礎(chǔ)課：9696學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)：閉卷考試成績(jī)、適當(dāng)：閉卷考試成績(jī)、適當(dāng)考慮平時(shí)成績(jī)