北航材料工程基礎(chǔ)課件有限公司匯報(bào)人：xx目錄第一章材料工程概述第二章材料的分類與性質(zhì)第四章材料的性能測試第三章材料的制備技術(shù)第六章材料工程的前沿技術(shù)第五章材料的加工與成型材料工程概述第一章材料工程定義材料工程的學(xué)科范疇材料工程是研究材料的制備、結(jié)構(gòu)、性能及其應(yīng)用的工程學(xué)科，涉及物理、化學(xué)、機(jī)械等多個領(lǐng)域。0102材料工程的應(yīng)用領(lǐng)域材料工程廣泛應(yīng)用于航空航天、電子、生物醫(yī)學(xué)等行業(yè)，是推動科技進(jìn)步和工業(yè)發(fā)展的重要力量。發(fā)展歷程從石器時代到青銅器，古代文明的發(fā)展離不開材料技術(shù)的進(jìn)步，如鐵器的使用極大推動了社會變革。01古代材料的應(yīng)用18世紀(jì)工業(yè)革命期間，鋼鐵和合金的廣泛應(yīng)用標(biāo)志著材料工程的飛躍，為現(xiàn)代工業(yè)奠定了基礎(chǔ)。02工業(yè)革命與材料創(chuàng)新發(fā)展歷程20世紀(jì)中葉，復(fù)合材料的出現(xiàn)和應(yīng)用推動了航空航天、汽車等行業(yè)的技術(shù)革新，如碳纖維增強(qiáng)塑料?，F(xiàn)代復(fù)合材料的興起納米技術(shù)的發(fā)展為材料工程帶來了新的突破，納米材料在電子、醫(yī)藥等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力。納米技術(shù)與材料科學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域航空航天材料北航作為航空航天領(lǐng)域的名校，其材料工程課程強(qiáng)調(diào)高性能合金、復(fù)合材料在航空航天器中的應(yīng)用。能源材料課程內(nèi)容涵蓋鋰離子電池、太陽能電池等能源轉(zhuǎn)換與存儲材料的研究與開發(fā)進(jìn)展。生物醫(yī)用材料電子信息技術(shù)材料課程中會介紹鈦合金、生物陶瓷等材料在人工關(guān)節(jié)、心臟瓣膜等生物醫(yī)用領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用。北航材料工程課程會探討半導(dǎo)體材料、納米材料在芯片制造、光電子器件中的應(yīng)用。材料的分類與性質(zhì)第二章金屬材料金屬材料的性質(zhì)與其晶體結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，如面心立方結(jié)構(gòu)的銅具有良好的導(dǎo)電性。金屬的晶體結(jié)構(gòu)熱處理是通過加熱和冷卻改變金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從而提高其機(jī)械性能，例如淬火和回火過程。金屬的熱處理通過合金化，可以改善金屬的硬度、強(qiáng)度和耐腐蝕性，如不銹鋼就是鐵與鉻、鎳的合金。合金的性能優(yōu)化010203陶瓷材料陶瓷是由無機(jī)非金屬材料經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)而成，具有耐高溫、耐腐蝕等特性。陶瓷材料的定義按照成分和用途，陶瓷材料可分為傳統(tǒng)陶瓷、先進(jìn)陶瓷和特種陶瓷等類型。陶瓷材料的分類陶瓷材料通常具有高硬度、低密度、良好的化學(xué)穩(wěn)定性和電絕緣性等物理化學(xué)性質(zhì)。陶瓷材料的性質(zhì)陶瓷材料廣泛應(yīng)用于航空航天、電子、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，如航天器的熱防護(hù)系統(tǒng)。陶瓷材料的應(yīng)用高分子材料高分子材料由長鏈分子組成，其結(jié)構(gòu)決定了材料的物理和化學(xué)性質(zhì)。聚合物的結(jié)構(gòu)01熱塑性高分子如聚乙烯可反復(fù)加熱塑形，而熱固性高分子如環(huán)氧樹脂則在固化后不可逆。熱塑性與熱固性02高分子復(fù)合材料如碳纖維增強(qiáng)塑料，廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域，提升材料性能。復(fù)合材料的應(yīng)用03材料的制備技術(shù)第三章冶金與鑄造01冶金過程涉及金屬的提煉和純化，如電解精煉和氧化還原反應(yīng)，是材料制備的關(guān)鍵步驟。02鑄造技術(shù)包括砂型鑄造、壓力鑄造等，每種方法適用于不同形狀和尺寸的零件生產(chǎn)。03介紹各種熔煉爐，如感應(yīng)爐、電弧爐等，它們在金屬熔煉過程中發(fā)揮著重要作用。04鑄造過程中可能出現(xiàn)氣孔、縮孔等缺陷，通過優(yōu)化工藝參數(shù)和使用輔助技術(shù)可以有效預(yù)防。冶金過程的基本原理鑄造技術(shù)的分類熔煉金屬的設(shè)備鑄造缺陷的預(yù)防與控制粉末冶金粉末冶金的第一步是制備粉末，通常采用機(jī)械粉碎、化學(xué)還原等方法獲得所需粉末。粉末制備將粉末放入模具中，通過高壓壓制成所需形狀的坯體，為后續(xù)燒結(jié)過程做準(zhǔn)備。壓制成型將成型后的坯體在高溫下進(jìn)行燒結(jié)，粉末顆粒間發(fā)生擴(kuò)散和結(jié)合，形成致密的材料。燒結(jié)過程燒結(jié)后的材料可能需要進(jìn)行熱處理、機(jī)械加工等后處理步驟，以達(dá)到所需的性能標(biāo)準(zhǔn)。后處理技術(shù)材料合成固相合成法是通過固體原料間的化學(xué)反應(yīng)來制備材料，如陶瓷的燒結(jié)過程。固相合成法氣相合成法包括化學(xué)氣相沉積(CVD)等技術(shù)，用于制備薄膜和納米結(jié)構(gòu)材料。氣相合成法液相合成法涉及在溶液中進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)，例如通過溶膠-凝膠過程制備納米材料。液相合成法材料的性能測試第四章力學(xué)性能測試通過拉伸試驗(yàn)機(jī)對材料施加拉力，測量其抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和延伸率等參數(shù)。拉伸測試?yán)脡嚎s試驗(yàn)機(jī)對材料施加壓力，評估其在壓縮狀態(tài)下的力學(xué)行為和承載能力。壓縮測試使用沖擊試驗(yàn)機(jī)對材料進(jìn)行沖擊，測定其在沖擊載荷下的韌性或脆性表現(xiàn)。沖擊測試熱學(xué)性能測試通過穩(wěn)態(tài)法或瞬態(tài)法測定材料的導(dǎo)熱系數(shù)，評估其在不同溫度下的熱傳導(dǎo)能力。導(dǎo)熱系數(shù)測定01使用熱機(jī)械分析儀(TMA)測量材料的線性或體積熱膨脹系數(shù)，了解溫度變化對材料尺寸的影響。熱膨脹系數(shù)測量02通過熱重分析(TGA)評估材料在高溫下的質(zhì)量變化，判斷其熱穩(wěn)定性及分解溫度。熱穩(wěn)定性測試03電學(xué)性能測試電阻率測量01通過四點(diǎn)探針法測量材料的電阻率，評估其導(dǎo)電性能，如在半導(dǎo)體材料的品質(zhì)控制中應(yīng)用。介電常數(shù)測試02使用介電譜儀測試材料的介電常數(shù)，了解其在不同頻率下的電容特性，常見于絕緣材料分析。擊穿電壓測試03通過施加逐漸增大的電壓直至材料發(fā)生擊穿，來確定材料的絕緣強(qiáng)度，例如在高壓電纜材料測試中使用。材料的加工與成型第五章塑性加工通過錘擊或壓力機(jī)使金屬在固態(tài)下塑性變形，如制造汽車零件和飛機(jī)結(jié)構(gòu)件。金屬鍛造利用軋輥對金屬施加壓力，使其通過兩個旋轉(zhuǎn)的軋輥之間，形成所需形狀的板材或型材。軋制工藝將金屬材料放入擠壓筒中，通過擠壓桿施加壓力，使材料從模具孔中擠出，形成特定截面的產(chǎn)品。擠壓成型熱處理工藝退火處理用于降低材料硬度，改善其塑性和韌性，通常包括加熱、保溫和緩慢冷卻三個步驟。時效硬化通過在較低溫度下長時間保溫，使合金中的析出相均勻分布，提高材料的硬度和強(qiáng)度。固溶處理是將合金加熱至適當(dāng)溫度，保持足夠時間后快速冷卻，以獲得均勻的固溶體。固溶處理時效硬化退火處理表面處理技術(shù)電鍍技術(shù)通過電解作用在材料表面形成金屬或合金鍍層，提高耐腐蝕性和外觀。01熱噴涂技術(shù)利用高溫將涂層材料熔化后噴射到基材表面，形成保護(hù)層或改善表面性能。02化學(xué)氣相沉積是一種在材料表面形成固態(tài)薄膜的技術(shù)，廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體和光學(xué)領(lǐng)域。03激光表面處理利用高能量密度的激光束對材料表面進(jìn)行快速加熱和冷卻，以改善其性能。04電鍍技術(shù)熱噴涂技術(shù)化學(xué)氣相沉積(CVD)激光表面處理材料工程的前沿技術(shù)第六章納米材料納米材料的定義與分類納米材料是指至少在一個維度上尺寸在1到100納米范圍內(nèi)的材料，包括納米粒子、納米管和納米纖維等。0102納米材料的應(yīng)用領(lǐng)域納米材料廣泛應(yīng)用于電子、能源、醫(yī)藥等領(lǐng)域，如納米銀粒子用于抗菌材料，碳納米管用于增強(qiáng)復(fù)合材料。納米材料納米材料的制備技術(shù)包括物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、溶膠-凝膠法等，每種方法都有其特定的應(yīng)用場景和優(yōu)勢。納米材料的制備技術(shù)納米材料展現(xiàn)出獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，如量子尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)，這些性質(zhì)使得它們在多個領(lǐng)域具有潛在應(yīng)用價值。納米材料的性能特點(diǎn)智能材料形狀記憶合金如鎳鈦合金，能在特定溫度下恢復(fù)到預(yù)設(shè)形狀，廣泛應(yīng)用于醫(yī)療器械和航空航天領(lǐng)域。形狀記憶合金01自修復(fù)材料能夠在受損后自動修復(fù)裂紋，如某些聚合物材料，有望用于延長建筑物和飛機(jī)的使用壽命。自修復(fù)材料02智能材料壓電材料光致變色材料01壓電材料如石英和某些陶瓷，在受到機(jī)械壓力時能產(chǎn)生電荷，常用于傳感器和能量收集裝置。02光致變色材料能在光照條件下改變顏色，應(yīng)用于智能窗戶和可變色顯示器，提高能效和視覺體驗(yàn)。生物醫(yī)用材料01生物