材料科学基础第一章

1、材料科学基础第一章绪论第二章怎么做：从原料到产品第三章怎么样：从结构到功能第四章是什么：从宏观到微观第五章纳米材料第一章绪论1、什么是材料2、材料的地位3、材料的分类4、常见材料的用途5、 材料研究的内涵-四要素6、 材料研究的外延-相关学科7、材料的学科定位材料是用来制造器件的物质人类文明的发展依赖于材料的进步旧石器时代：约170万年前约公元前8000年新石器时代：约公元前 8000年约公元前3000年青铜器时代：约公元前 3000年约公元前1000年铁器时代：约公元前1000以后钢铁时代：1850年以后钢铁时代1854和1864年发明了转炉和平炉炼钢。新材料时代半导体材料的发展制作越来越小

2、的硅芯片新材料时代，这一时代的特征是：不像以前的各个材料时代，它是一个由多种材料决定社会新材料以人造为特征，而不是在自然界中有现成的。和经济发展的时代高温合金的 发展，掺镍合 金促进了喷气 发动机的发展咼温超导体，咼温 超导的革命时代。尼龙的商业发展是高 分子材料发展的关键 时期人类文明社会的先导-新材料、材料的发展史，就是 人类社会的发展史、材料的发展史，就是科 学技术的发展史材料的分类从化学组成和原子结构角度分类 金属材料无机非金属材料(Metals)(Ceramics)(Polymers)(Composites)咼分子材料复合材料从特性和性质角度分类结构材料(力学性能)功能材料(化学性能

3、和物理性能) 从应用角度分类航空材料建筑材料电子材料半导体材料生物材料智能材料纳米材料主要材料的特性和用途金属材料化学组成和原子结构金属材料是由一种或几种金属元素以及少量的非金属元素的无机物。 合金是由两种或两种以上的金属元素和非金属元素构成的，其中至少一种是金属元素。金属元素：iron(Fe), copper (Cu), aluminum (Al),magn esium(Mg), ni ckel(Ni), tita niu m(Ti)非金属元素：Carbon(C), nitrogen (N), oxygen (0), 晶体结构是原子定向排列。具有大量的自由电子。金属的性质具有一定的强度塑性，

4、好的延展性，电和热的良导体，对可见光不透明， 表面有金属光泽。金属的分类黑色金属金属铁、铬、锰及其合金。有色金属其他金属及合金。又分为重金属、轻金属、贵金属和稀有金属等。例如：铜、铅、锌、镍；铝、镁、钛；金、银、铂；钨、钼、钽、铌、铀、铟、错及稀土金属等。碳素钢合金钢（含特殊合金钢;厂生铁（含碳§>2%）黑色金屈疽色金図钢（含嶺量0.044%工业蛇铁（含碳量<0 04站） p蛋金属；铜.铅、锌、做寻一轻金屈；铝、鎂、铁尊贵金属：金、駄钳缚一稀漕金属：亂祖、鼠馭铁、卷、a.错及稀土金瞩尊特竦金属材料：非晶态金啟 髙强髙棋钙俚合金*形状记忆合金、 减腔合釦 超as金兄 榴氢合

5、釘 超导合金零竽典型金属材料品种 ：低碳钢、高碳钢、合金钢、不锈钢、工具钢、耐热钢、弹簧钢铸铁 铝合金 镁合金 铜合金 锌合金 镍合金 硬质合金无机非金属材料化学组成和原子结构无机非金属材料是由金属元素和非金属元素的化合物组成的。氧化物，氮化物，碳化物等等晶体，非晶体和它们的混合物。例如：粘土砖，玻璃，氧化铝陶瓷等等。无机非金属材料的性质重量轻 硬度高 抗磨损 强度高 可塑性差 高的化学和高温稳定性 电和热的不良导体热膨胀率低 无机非金属材料的分类 水泥 玻璃 传统陶瓷 特种陶瓷 耐火材料 人工晶体蛊酸盐材料玻璃；石英玻璃、硅殘盐玻璃、非硅酸社氧化物械璃、非氧化物玻璃等陶資：土器、陶器*衍界.

6、直器一耐火材料：普通耐火材料、特种耐火材料捕奇材料：耐酸擔瓷、低熔攜瓷、微晶攜瓷缚新型无机非金属材料:（特种陶瓷或称先进陶帥高分子材料高分子材料是由有机化合物构成。例如：聚乙烯，聚氯乙烯等等。 高分子材料的性质 大范围的延展性重量轻电和热的不良导体较低的软化和分解温度热膨胀率高通用高分子材料塑料：聚乙烯，聚丙烯，聚四氟乙烯 橡胶：丁苯橡胶纤维：尼龙特殊高分子材料满足特殊需求产量较小高附加值合成幽料热驱性驱料 一热1S性幽料高温给枸陶鬣、高频绝缘陶雹、导体 陶瓷，半导体陶晝.铁电陶奇、压电 陶査、磁性晦奇、生换陶脊尊天然撩胶合成橡胶高分子材料纤樂-涂料一粘合剂天然纤维化学軒雏合成树脂涂料一油脂、

7、天燃树脂涂料人造纤维牝学纤维复合材料 复合材料是两种或多种材料构成的，具有新结构或功能特性并且不再保留单个元素性 质的材料。它的性能每个组元所决定。复合材料的分类-按相的排列方式颗粒状的 纤维状的 层片状的两种优异的现代复合材料：玻璃钢碳纤维增强树脂基复合材料传感器：感知环境变化，信号输入。复合材料一口陶密基复合材料碳-碳复合材料半导体材料电阻率介于导体和绝缘体之间。电性能对化学组分极端敏感。智能材料智能材料是一类很有趣的材料，它们能感知环境的变化，并且能根据预先的设置作出相应的反应。智能材料的类型压电/铁电材料 各种传感器 形状记忆合金 形状记忆高分子 电流变体敏感材料光纤传感器压电材料驱动

8、器（执行器）：执行响应行为，结果输出。形状记忆合金压电材料电光材料磁致伸缩材料纳米材料：纳米材料、纳米结构指的是尺度在纳米（10-9m）范围内的材料或结构，一般 认为要小于100 nm。材料科学与工程研究的内涵:所有的器件都是由材料制成的材料的性质决定了它的用途。1. 材料科学与工程的四要素2. 材料科学与工程材料的性质依赖于材料的结构，而材料的结构有利赖于它的组成与合成制备工艺合成制备组成与结构O使用性能组成与结构 每个特定的材料都含有一个以原子和电子尺度到宏观尺度的结构体系;大多数材料结构尺度上的化学成分和分布是立体变化的；结构上几乎无限的变化同样会引起与此相应的一系列复杂的材料性质。性质

9、（Properties）:材料的功能特性和效用（力、电、热、磁、光等性质）。材料功能特性和效用（如电、磁、光、热、力学等性质）的定量度量和描述材料 对外界刺激（如电场、磁场、温度场、力场等）的整体响应是合成或加工后材料结构 和合成制备（Process in© :实现了特定的原子排列（微观），从微观尺度到宏观尺度的 所多有尺度上对结构进行控制以及高效而有竞争力地制造材料和零件的演变过程成分 所产生的结果。合成制备（Processing）：实现了特定的原子排列（微观），从微观尺度到宏观尺度 的所多有尺度上对结构进行控制以及高效而有竞争力地制造材料和零件的演变过程。合成和加工是指建立原子、

10、分子和分子聚集体的新排列，在从原子尺度到宏观尺度的所有尺度上对结构进行控制以及高效而有竞争力地制造材料和零件的演变过程。合成指原子和分子组合在一起制造新材料的物理和化学方法，包括合成新材料、用新技术合成已知的材料或将已知材料合成为新的形式、将已知材料按特殊用途的要 求来合成。加工除了上述三个方面外，还包括在较大尺度上的改变，有时也包括材料制造等工程问题。合成和加工的区别已变得模糊合成制备r手忙珥區复时间？§査瞬造冲压*显微分析：光学SEM, TEM .STM X-ray, neutron, ed iff r act ion光谱分St使用性能（Performanc :可靠性、安全性、有

11、效寿命等。材料在最终使用状态下的行为，是材料固有性质与产品设计、工程能力和人 类需要相融合的一个要素。使用性能包括可靠性、有效寿命、速度、能量利用率、安全性和寿命期费用等 材料在最终使用状态时的行为材料固有性质与产品设计、工程能力和人类需要相融合在一起的一个要素取决于材料的基本性能，也应注意加工工艺技术的影响3.为什么要研究材料科学与工程？材料研究的途径从研究微观结构入手，从最小的因素着手, 研究合成制备工艺对微观结构的影响， 研究微观结构与性质之间的关系。材料歼与工程材料貝学主要研究材料结构与性能的关系事材料工程主要设计材料结构、制备材料以莪得期望的性能罩材料科学与工程有机的结合了+1料科学与材料工程。材料科学材料科学与工程材料工程为什么要研究材料科学与工程把材料科学与材料工程两方面的知识结合起来，使工程师能够把材料制成社会需要的产品。 材料科学与工程建立起从基础科学到应用科学之间的知识桥梁