材料科学基础绪论和发展特点

1、材料科学基础绪论和发展特点 一、什么是材料？ What is the Materials?Webster编者“New International Dictionary（1971年）”中关于材料（Materials）的定义为：材料是指用来制造某些有形物体（如：机械、工具、建材、织物等的整体或部分）的基本物质（如金属、木料、塑料、纤维等）。迈尔新百科全书中材料的含义：材料是从原材料中取得的，为生产半成品、工件、部件和成品的初始物料，如金属、石块、木料、皮革、塑料、纸、天然纤维和化学纤维等等。 材料是指具有满足指定工作条件下使用要求的形态和物理性状的物质。二、材料在人类历史的发展和科学 技术中的重要

2、作用 Importance of Materials for the Development of Humen History and Science &Technology 材料是人类社会发展的巨大推动力，生产工具制造的物质基础是材料。石器时代陶器时代 青铜时代 铁器时代复合材料材料的使用和发展，与生产力和科学技术的水平密切相关三、我国材料的历史进程 (Historical perspective) 漫长而又曲折的历程：石斧1.石器时代 Stone age BRONZE AGE湖北江陵楚墓出土越王勾践宝剑中国古代铁器的金相组织湖南长沙砂子塘战国凹形铁锄3. 铁器时代 iron age长征三号

3、运载火箭在发射架上的图片宝钢高炉4.明代后及解放后 古代科技名著考工记（先秦）梦溪笔谈（宋代 沈括）天工开物（明代 宋应星）古代科技名著- 梦溪笔谈（宋代 沈括） 梦溪笔谈是我国北宋大科学家沈括的传世 著作。沈括在晚年用笔记文学体裁写成梦溪笔谈二十六卷，再加上补笔谈三卷和续笔谈，共列有条文六百零九条，遍及天文、数学、物理、化学、地学、生物以及冶金、机械、营造、造纸技术等各个方面，内容十分广泛、丰富，是中国科学史的重要著作。梦溪笔谈中所记述的许多科学成就均达到了当时世界的最高水平。英国著名科学史专家李约瑟称梦溪笔谈是“中国科学史上的坐标”。沈括，生于公元1031年，为官多年。他晚年居住在润州(今

4、镇江市)的梦溪园，专门从事著述，为后人留下了一部三十卷的科学巨著梦溪笔谈。四、材料分类IV Classification of Materials五、什么是材料科学？ What is Materials Science ？PerformancePropertiesSynthesis and ProcessingCompositions and Structures什么是材料科学？ What is Materials Science ？材料科学是一门以固体材料为研究对象，以固体物理、热力学、动力学、量子力学、冶金、化工为理论基础的边缘交叉基础应用学科，它运用电子显微镜、X-射线衍射、热谱、电子离

5、子探针等各种精密仪器和技术，探讨材料的组成、结构、制备工艺和加工使用过程与其机械、物理、化学性能之间的规律的一门基础应用学科，是研究材料共性的一门学科。1. 材料科学与工程的范畴和任务学科建立 Establishment of Materials Scienceand Engineering IN 1960s金属材料金相学金属学无机材料无机化学陶瓷学 高分子材料高分子化学高分子物理 1. 材料科学与工程的范畴和任务(2) 内容和任务 Contents and Objective 材料科学：从理论上研究金属、无机非金属和有机高分子等材料的成分、结构、 加工工艺同材料性能及材料应用之间的相互关系。

6、 材料科学与工程：关于材料组成、结构、制备工艺与其性能及使用过程间相互关系的知识开发及应用 的科学。 学科性质：是介于基础科学与应用科 学之间的应用基础科学（边缘学科）。 研究内容：reaserch contents科学性 a. 从化学角度出发，研究材料的化学组成、键性、 结构与性能的关系 b. 从物理角度，阐述材料的组成原子、分子及其运 动状态与各物性之间的关系 c. 材料的制备工艺技术性 d. 材料的性能表征 e. 材料的应用六、学习方法 study methodsTHE FIRST，INTRESTING IS THE MOST IMPORTANT.卢柯:材料科学研究的动力与乐趣 WEB

7、六、学习方法 通过物质结构与组成的基本理论的学习，掌握材料的结构性能内在关系； 通过对比，了解高分子材料与金属和无机非金属材料在材料结构和性能特点上的主要异同点； 运用结构性能关系的原理，了解主要材料品种的制备和应用的特点，具有一定材料设计的基础知识。参考文献Fundamentals of Materials Science and Engineering（英文资料） 材料科学与工程基础 （美） L、H 范弗莱克材料科学与工程系列教材 哈尔滨工业大学出版社（1999）材料科学基础.谢希文，北京航空航天大学出版社，1999年。材料科学基础.刘智恩，西北工业大学出版社，2001年Special m

8、agazines材料研究导报金属学报（中、英文）腐蚀与防护学报腐蚀科学与防护技术CorrosionCorrosion science材料导报精品课程（MSE）网站：上海交通大学（国家级）西北工业大学（国家级）福州大学四川理工学院（省级）四川大学美国金属杂志评选出材料科学与工程领域历史上十个“最伟大事件”美国金属杂志评选出材料科学与工程领域历史上十个“最伟大事件”2006年9月，美国金属杂志（Journal of Metals, JOM）发起了评选材料科学与工程历史上“最伟大的材料事件”（Greatest Materials Moments）活动。JOM由美国矿物、金属与材料学会（The Min

9、erals, Metals & Materials Society, TMS）主办。TMS是一个涉及材料科学与工程所有领域的专业国际组织，总部设在美国，涵盖的学科方向从矿物工艺、基本金属制造到材料的基础研究和深入应用。TMS的会员来自世界6大洲70多个国家的冶金学与材料工程师、科学家、研究人员、教育家、管理人员和学生。美国金属杂志评选出材料科学与工程领域历史上十个“最伟大事件”JOM主办此次活动的目的旨在弘扬材料科学在人类历史发展进程中的影响力和庆祝TMS成立50周年。“最伟大的材料事件”被定义为：一项人类的观测或者介入，导致人类对材料行为的理解产生标志性进展的关键或决定性事件，它开辟了材料利

10、用的新纪元，或者产生了由材料引发的社会经济重大变化。美国金属杂志评选出材料科学与工程领域历史上十个“最伟大事件”首先，JOM 邀请众多材料领域的杰出专业人士评述他们关于“最伟大的材料事件”的观点。基于他们的评述，JOM 整理出一份超过650个候选者的详细目录，然后进一步遴选出100个正式的候选名单，并刊登于2006年11月份出版的JOM上。近千名来自材料科学领域的专业人员和普通公众参与了投票。美国金属杂志评选出材料科学与工程领域历史上十个“最伟大事件”2007年2月26日3月1日，TMS在美国弗洛里达州的奥兰多举行了2007年年会，共有来自68个国家的4200多名材料科学和工程专业人员参加了此

11、次会议。会上揭晓了JOM 评选的10项“最伟大的材料事件”（见） Journal of Metals No.1 元素周期表1864年门捷列（DmitriMendeleev）设计出元素周期表。成为材料科学家和工程师普遍使用的参考工具。 从元素周期表，我们能够能到什么信息，举例说明。 No.1 元素周期表 No.1 WebElements periodic table 元素周期律是元素随着元素的原子序数的增加呈周期性变化的规律。现代公认元素周期律是由俄国化学家门捷列夫在1869年第一次比较完整的提出来的。在周期律发现以前，人们发现元素是偶然的。在周期律的指导下，人们开始有计划、有目的的寻找化学元素

12、了。 它是把化学和原子物理学联系起来的纽带。元素周期律还在哲学上有着重大意义，它用科学事实证明了量变引起质变的客观规律。 No.2 炼铁公元前3500年（推测）埃及人首次熔炼铁（或许是作为铜精炼的一种副产品），微量的铁主要用于装饰或礼仪。揭开了将成为世界主导冶金材料的第一个制备秘密。Cast iron steel 钢产量2004年 亿吨2005年 3亿吨（日本 2亿吨）2006年 亿吨2006年世界排名前5位的产钢大国(粗钢产量)：中国：亿吨；日本：亿吨；美国：9860万吨；俄罗斯：7080万吨；韩国：4850万吨。安赛乐-米塔尔集团是世界超级钢铁巨头亿吨在企业排名中，宝钢位列第五。 NO.3

13、 晶体管的发明1948年巴丁（J. Bardeen）、布拉顿（W. H. Brattain）和肖克利（W. Shockley）发明晶体管。成为所有现代电子学的基石和微芯片与计算机技术的基础。 NO.4 玻璃的发明公元前2200年（推测）伊朗西北部人发明了玻璃。成为第二种伟大的非金属工程材料（继陶瓷之后）。玻璃属于哪一类材料，应用如何？ NO.5 光学显微镜的发明1668年（推测）列文虎克（Anton van Leeuwenhoek）制做出放大倍数超过200倍的光学显微镜。使人类能够研究肉眼无法看到的自然世界及其结构。NO.6 水泥的发明1755年斯米顿（John Smeaton）发明了现代混凝土（水凝水泥）。成为当代的主导建筑材料。水泥属于哪一类材料，应用如何？水泥回转窑/工业窑炉 5000吨新型干法水泥机械成套设备 NO.7 炼钢的出现公元前300年（推测）南印度的金属业劳动者发展了坩埚炼钢。生产出几百年后成为著名的“大马士革”剑钢的“伍兹钢”，激发了数代工匠、铁匠和冶金学家。钢和铁一样吗？最早出现的炼钢方法是1740年出现的坩埚法，它是将生铁和废铁装入由石墨和粘土制成的坩埚内，用火焰加热熔化炉料，之后将熔化的