材料导论课程教案PPT.ppt

,材料导论,教材：励杭泉编“材料导论”,轻工业出版社,2000参考书：任选,一、什么是材料？,Whatarematerials?,Materialsarethematteroftheuniverse.Thesesubstanceshavepropertiesthatmakethemusefulinstructures,machines,devices,products,andsystems.,材料是宇宙间可用于制造用品的物质。,聚丙烯短纤维,塑料布,门窗玻璃,汽车与高速公路,铁路,二、材料发展史,材料的发展史=人类的文明史,石器时代-N万年前2000BC青铜时代-2000BC500BC铁器时代-500BC19世纪高分子时代-20世纪,非理性阶段（主要依靠工匠、艺人的经验技术）,石器,陶器,陶器,陶器,铜器,大方鼎,青铜器,越王宝剑,编钟,铁器,铁器,理性化阶段,18世纪后，工业迅速发展，在物理学、化学、材料力学等学科的基础上，金属学、陶瓷学、高分子材料学应运而生。,蒸汽机,1839年，美国人Goodyear发现天然橡胶与硫磺共热后呈现奇特性能。,1887年，CountHilairedeChardonnet用硝化纤维素的溶液进行纺丝，制得了第一种人造丝。,2019/12/12,43,可编辑,合成纤维,钢筋混凝土,材料设计阶段,计算机设计,三、材料家族,粉末金属,有色金属,钢铁,塑料,橡胶,粘合剂,涂料,纤维,陶瓷材料,玻璃,结晶陶瓷,碳材料,半导体,材料家族,goodconductorsofelectricityandheat,nottransparenttovisiblelight,polishedmetalsurfacehasalustrousappearance,quitestrong,yetdeformable,金属,强度高、延展性好,良导体,不透明,光滑表面有光泽,METALS,Theelementsinherentlymetallicinnature,103Lw,97Bk,95Am,94Pu,93Np,92U,91Pa,67Ho,65Tb,1H,3Li,4Be,11Na,12Mg,5B,6C,7N,8O,9F,10Ne,13Al,14Si,15P,16S,17Cl,18Ar,19K,20Ca,21Sc,22Ti,23V,24Cr,25Mn,26Fe,27Co,28Ni,29Cr,30Zn,102No,101Md,100Fm,71Lu,70Yb,69Tm,68Er,66Dy,90Th,99Es,96Cm,98Cf,31Ga,32Ge,33As,34Se,35Br,36Kr,37Rb,38Sr,39Y,40Zr,41Nb,42Mo,43Tc,44Ru,45Rb,46Pd,47Ag,48Cd,49In,50Sn,51Sb,52Te,53I,54Xe,55Cs,56Ba,57La,72Hf,73Ta,74W,75Re,76Os,77Ir,78Pt,79Au,80Hg,81Tl,82Pb,83Bi,84Po,85At,86Rn,87Fr,88Ra,89Ac,58Ce,59Pr,60Nd,61Pm,62Sm,63Eu,64Gd,1A,IIA,IIIAIVAVAVIAVIIA,O,VIIIB,IIIBIVBVBVIBVIIBIBIIB,2He,compoundsbetweenmetallicandnonmetallicelements金属与非金属元素的化合物,typicallyinsulativetothepassageofelectricityandheat不良导体,moreresistanttohightemperaturesandharshenvironments耐高温、耐严酷环境,hardbutverybrittle硬而脆,Ceramics,陶瓷,Electricalinsulation,Thermalinsulation,Chemicalresistance,Magneticinertness,Extremelylightweight,Toughness,Transparency,Colorability,Polymers,电绝缘,热绝缘,磁惰性,化学惰性,重量轻,透明,韧性好,可染色,Acompositematerialisacombinationoftwoormorechemicallydifferentmaterials,havingadistinctinterfacebetweenthem,whichacttogethertoproduceadesired(tailored)setofproperties.不同材料的组合,Composites,EXAMPLESOFCOMPOSITES,Semiconductorshaveelectricalpropertiesthatareintermediatebetweentheelectricalconductorsandinsulators.电性能介于导体与绝缘体之间,Furthermore,theelectricalcharacteristicsofthesematerialsareextremelysensitivetothepresenceofminuteconcentrationsofimpurityatoms.电性能对杂质含量极为敏感,Semiconductors,半导体,Biomaterialsarcemployedincomponentsimplantedintothehumanbodyforreplacementofdiseasedordamagedbodyparts.,生物材料,用于制造人体植入物以取代染病或坏损部件的材料,Biomaterials,ADVANCEDMATERIALS先进材料,Materialsthatareutilizedinhigh-technologyapplicationsaresometimestermedadvancedmaterials.,在高技术中应用的材料,Lasers,integratedcircuits,magneticinformationstorage,liquidcrystaldisplays(LCDs),fiberoptics,spacecraft,aircraft,andmilitaryrocketryandthethermalprotectionsystemforthespaceshuttleorbiter.,ExamplesofHigh-tech高技术示例,激光、集成电路、磁记录、液晶显示、光导纤维、宇宙飞船、导弹、航天飞机,Thepropertiesofmaterialscanbeengineeredbycontrollingthesizesofthesebuildingblocksinthe1-100nmsizerangeandtheirassembly.,纳米材料,Thebuildingblocksofthesematerials,beitmetal,ceramicorpolymers,arenanometersizeparticles.,NanostructuredMaterials,制药：大表面提高可溶性信息储存：颗粒小解离吸附：消毒太阳能电池：水解离纳米冰箱：绝热去磁,四、材料科学与工程学科,MATERIALSSCIENCE&ENGINEERING,involvesthegenerationandapplicationofknowledgerelatingthecomposition,structure,andtheprocessingofmaterialstotheirpropertiesanduses.,材料组成、结构、加工与材料性质、使用之间关系的发现与应用,材料科学与工程是在金属学、陶瓷学和高分子科学的基础上发展起来的,综合性学科不论什么材料，尽管种类不同，各有特点，但却具有很多相通的原理、共性和相似的研究、生产方法材料科学强调共性，强调各种材料之间的内在联系和相互借鉴。,材料科学与工程的学科性质,有别于物理学、化学、数学和力学等基础科学，是一门应用科学,WHYSTUDYMATERIALSSCIENCEANDENGINEERING学习的目的,研究材料,设计材料,选择材料,Doesthematerialpossessthenecessarymechanical,electrical,andthermalproperties?是否具有所需的物理机械性能？,Canthematerialbeformedtothedesiredshape?能否加工成型？,Willthepropertiesofthematerialalterwithtimeduringservice?性能是否随时间变化？,回答下列问题：,Willthematerialbeadverselyaffectedbytheenvironmentalconditionsandresistcorrosionandotherformsofattack?环境对材料是否有不利影响？,Willthematerialbeacceptableonaestheticgrounds?是否符合风俗习惯？,Willthematerialgivesufficientdegreeofreliabilityandquality?质量是否可靠？,Cantheproductbemadeatanacceptablecost?价格是否合适？,Cantheproductberecycled?能否回收利用？,Processing加工,Structure结构,Properties性质,Performance性能,Properties,Mechanical,Electrical,Thermal,Magnetic,Optical,Deteriorative,Physical,性质,机械（力学）,热,电,磁,光,劣化（化学）,物理,Materialsarethematteroftheuniverse.Thesesubstanceshavepropertiesthatmakethemusefulinstructures,machines,devices,products,andsystems.,真实内涵：满足性能要求的用品中的物质,完,材料的无限循环体系,原材料制取,材料环,材料科学与工程的任务,主要任务是揭示材料成分、结构、制造工艺和性能之间的关系，并以此指导研制具有新性质、新功能的新材料极其应用。,材料科学与材料工程的区别,材料科学：集中于认识材料的本质，提出有关的理论和描述，说明材料结构是如何与其成分、性能及行为相联系的。材料工程：瞄准基础科学和经验知识的综合和运用，以便发展、制备、改善和使用材料，满足具体需要。二者之间很难划出明确的界线，主要区别在于着眼点的不同或者说各自强调的中心不同。,阻隔,奇妙的碳纳米管,最近，科学家正在致力于一种新型纳米材料-碳纳米管的研究，这是一种非常奇特的材料，它是石墨中一层或若干层碳原子卷曲而成的笼状纤维，内部是空的，外部直径只有几到几十纳米。这样的材料很轻，但很结实。它的密度是钢的1/6，而强度却是钢的100倍。用这样轻而柔软、又非常结实的材料做防弹背心是最好不过