材料科学基础课程

欢迎进入材料科学基础课程材料科学与工程学院章为夷绪论一、材料在人类社会发展中的作用和地位二、材料分类三、这门课的任务、内容和特点、学习方法一、材料在人类社会发展中的作用和地位1材料是划分人类历史阶段的标志1、100万年前旧石器时代，以石头做工具；2、1万年前新石器时代，对石头进行加工，发明了用黏土烧制陶器；会使用天然的金和铜；3、6000年～5000年前青铜器时代、铁器时代和瓷器时代；4、19世纪初期发明了水泥，紧接着就进入钢铁材料时代；5、20世纪初期人工合成高分子材料问世；6、1950年硅时代、半导体时代；7、当代社会使用的材料已多样化，可称为多元材料时代或新材料时代、纳米材料，复合材料，功能材料，智能材料等等。目前人类发现的材料据称已达800余万种，每年还以25万种的速度增长，具有实际应用价值的也有8万余种。2材料的发展和进步推动了社会不断向前发展。

第一次工业革命：

从19世纪初期开始后短短的近100年的时间里，人类创造的物质财富就已超过了在这之前几千年内人类所创造的物质财富的总合，这与钢铁材料的兴起是密不可分的，没有钢铁工业的发展和崛起，要完成第一次工业革命是无法想象的。

1856年和1864年先后发明了转炉和平炉炼钢，使世界钢产量从1850年的6万吨猛增到2800万吨，为钢铁材料的普及应用奠定了基础，促进了机械、建筑、造船、铁路的大发展，世界上第一艘钢板制造的轮船、第一座钢铁桥梁，第一座钢架结构摩天大楼相继问世。没有钢铁材料就没有铁路的发展，机械工业也无从谈起，其他工业也不可能建立和发展。可以毫不夸张的说，从19世纪起，人类文明进入了鼎盛的钢铁时代，就是在现代社会，人类文明的大厦依然是建立在钢铁基础之上的。第二次工业革命：19世纪后期开始，是以电力、石油开发为突破口，推动了汽车、飞机等工业的发展，其支撑依然是新材料的开发，如高强合金钢、铝合金、有色金属、高分子材料、非金属材料等。第三次工业革命：20世纪后开始，以工业生产由机械化向自动化发展为标志。该阶段人类社会的进步与材料开发间的关系比历史上任何一个时期都更加密切。20世纪50年代镍基高温材料的出现，导致超音速飞机问世，钛合金、纤维增强复合材料和高温陶瓷的出现，促进了航天工业的发展。60年代高分子材料（塑料、合成橡胶、合成纤维）的问世，使人们的日常生活发生了翻天覆地的变化。半导体材料的问世和发展和光缆的使用，为人类社会步入信息时代奠定了基础。

当今世界正面临又一场技术革命(第四次工业革命)，它是以信息科学、材料科学和生物科学为代表。世界权威人士认为，这场技术革命所带来的影响和创造的社会财富将超过历次工业革命，其中材料技术是基础，没有相应新材料的开发成功，任何科学技术开发便成为无米之炊，离开新材料来发展高新技术是无法想象的。例如电子计算机的发展，电子管，单晶硅，集成电路，目前正在开发的第二代半导体材料砷化镓，其集成度比现在的单晶硅还要高150倍，一旦开发成功，将给计算机带来一场新的革命。3新材料的开发与生产本身已成为一门新兴的产业，在国民经济中具有十分重要的地位。90年代日本一家公司发明了能发蓝光的半导体材料GaN，带来了几十亿美元的市场，形成了高额的垄断利润。

树脂基复合材料近年来以年增长率16%的速率高速增长，全球市场规模已达120亿美元。

大连路明集团依托自主开发的自发光稀土材料，产品出口到世界20多个国家，年产值达几十亿人民币。二、材料分分类什么是材料料？用来制造生生产和生活活物品的原原料。用来制造各各种工程设设备的原料料称为工程程材料。按组成分：：1）金属材材料：钢铁铁和有色金金属。2）无机非非金属材料料（陶瓷材材料，硅酸酸盐材料））：玻璃、、水泥、普普通陶瓷、、特种陶瓷瓷（先进陶陶瓷和精细细陶瓷）。。3）高分子子材料（有有机非金属属材料）：：塑料、合合成橡胶、、各种人造造纤维。4）复合材材料：由两两种或两种种以上不同同性质的原原料通过一一定的工艺艺方法组成成的多相固固体材料。。按用途分：：1）结构材材料强强调力力学性能，，使用时以以承受载荷荷为主，用用来制造各各种工程构构件、机器器设备、生生活用具等等。以金属属材料和高高分子材料料为主，陶陶瓷材料也也有使用。。从重量上上看，是用用量最大的的一类材料料。2）功能材材料强强调光学学、电学和和热学性能能，使用时时承受载荷荷较小，主主要是利用用它们的物物理化学性性能，以陶陶瓷材料为为主（各种种金属氧化化物），如如气敏陶瓷瓷、热敏陶陶瓷、压电电陶瓷、半半导体、超超导体、磁磁性记录粉粉等。在微微电子技术术、通信、、光电子、、传感器、、医疗设备备等高科技技领域有着着广泛的用用途。三、这门课课的任务、、内容和特特点、学习习方法1任务从事材料的的生产、加加工、开发发、研究需需具备什么么条件？●扎实的的材料科学学基础知识识●掌握现有的的材料制备备技术●创新思想具体任务：：●学习材料科科学基础知知识，为后后续课程和和今后的工工作奠定良良好的基础础；●学习材料科科学的研究究方法，从从实验结果果中归纳、、总结，上上升为理论论，掌握专专业课的学学习方法；；●为继续深造造作准备。。是报考材料料专业硕士士生的必考考科目。是报考材料料专业博士士生的必考考内容。2内容和特点点课程内容：：不同的材料料性能各异异，决定材材料性能的的因素？研究这些因因素构成了了本课程的的主要内容容。重点围绕材料的化学学成分→材材料的组织织、结构→→加工工艺艺→性能→→应用这条主线进进行讲述。。三大模块知知识结构1材料的组织织与结构（（金属中的的固态相变变）2材料的变形形与强化3材料中物质质的输运1材料的组织织与结构模模块知识主要包括下下列知识点点：材料的原子子结构、晶晶体结构、、相结构、、相和组织织的关系、、金属的结结晶（凝固固）、二元元合金相图图、铁碳合合金相图、、三元相图图。主干知识是是材料的组组织结构和和影响因素素结构：材料料内部质点点（原子、、分子、原原子团）的排列方式式。组织：肉眼眼或显微镜镜下观察到到材料中具具有特定形貌的区域域。宏观组织：：肉眼或放放大镜观察察到的组织织。微观组织：：显微镜观观察到的组组织。通孔泡沫铝铝宏观组织织Nimonic105镍基超合金金1000X

(可以看到氮氮化钛和晶晶界沉淀)微观组织丰丰富多彩SiC颗粒增强铝铝基复合材材料球墨铸铁400X玻璃基复合合材料250XChinese-stylelandscapepaintinginmicroscopemonodispersesilicacolloidsassembledonglassNanoTeddyBearThescanningelectronmicroscopicimageshowstheZnOnanostructuresonanindiumoxidecoatedglasssubstrate2材料的变形形与强化模模块知识主要包括下下列知识点点：晶体缺陷，，弹性变形形，塑性变变形，强化化理论和方方法，再结结晶。主干知识是是塑性变形形基本规律律、位错与与塑性变形形、位错与与强度之间间的关系。。3材料中物质质的输运模模块知识主要包括下下列知识点点：扩散，扩散散宏观规律律，微观机机制，扩散散热力学，，扩散动力力学。主干知识是是扩散方程程误差函数数解的应用用、扩散发发生的条件件和影响扩扩散快慢的的因素。3课程特点：：材料科学是是一门实验验科学，理理论、定理理是大量实实验结果的的归纳总结结，与公共共基础课完完全不同。。课程内容庞庞杂、概念念抽象、定定性叙述多多，定量计计算少，基基本上无理理论推导（（多为半定定量的经验验式）。4学习方法1主干学习法法；2在理解的基基础上记忆忆；3前后对照法法学习（温温故知新））；4小结式学习习；5自我提问法法学习；6独立完成课课后作业；；7注重基本概概念、基本本原理的灵灵活应用。。5学习窍门只有勤劳的的人才会捡捡到。1.天上上不不会会掉掉2.如果果天上上掉掉，（（要学学习习）（要努努力力学学习习）成绩绩考考核核平时时成成绩绩：：20%（出出勤勤10%、作作业业10%）在在随随机机抽抽查