金属物理综览

金属物理综览2023/5/81第1页，共18页，2023年，2月20日，星期四主要内容综览材料的结构材料的物性-在下学期《功能材料》课程中讲授-覃作祥教授材料力学性质将在下学期讲授-丁志敏教授第一章结构问题的不同侧面第二章晶态第三章非晶态与准晶态第四章点缺陷第五章位错与向错第六章表面与界面第七章多层次与非均质材料2023/5/82第2页，共18页，2023年，2月20日，星期四综览-师昌绪材料的定义：用于制造物品、器件、构件、机器或其他产品的物质。材料的重要性：人类赖以生存和发展的物质基础，上世纪70年代信息、材料和能源被称为人类文明的三大支柱；80年代末新技术革命中，新材料与信息技术、生物技术并列为其重要标志。2023/5/83第3页，共18页，2023年，2月20日，星期四材料是人类社会进步的里程碑新石器时代-一万年前青铜器时代-公元前3000年铁器时代-公元前1300年2023/5/84第4页，共18页，2023年，2月20日，星期四Broze:thefirstalloy3000BCNativegoldandcopper5500BCFlint:TheMagicStone300000BCIntroductionoffireandhammeringofcoppertochangeproperties–5000BCTheEgyptiantombpaintingisoneoftheearliestrecordsofmetalworking3500BCIronwheels1450BC2023/5/85第5页，共18页，2023年，2月20日，星期四2023/5/86第6页，共18页，2023年，2月20日，星期四有机化学的发展-高分子材料：19世纪末人造丝，1909年酚醛树脂，1920年聚苯乙烯，1931年聚氯乙烯，1941年尼龙。大量进入金属材料的传统领域现代材料的发展1850年钢产量6万吨，1854年发明转炉炼钢，1864年发明平炉炼钢，1890年2800万吨。电炉炼钢：1887年高锰钢，1900年W18Cr4V高速钢，1903年硅钢，1910年镍铬不锈钢。铝、铜、镁、钛有色金属。陶瓷材料-建筑材料、容器或装饰品。各种先进陶瓷的发展。但还没有发展到金属与高分子的程度复合材料-天然材料大多是复合材料。金属基与树脂基复合材料19世纪电动机18世纪蒸汽机2023/5/87第7页，共18页，2023年，2月20日，星期四材料科学的形成与内涵-从炼丹术到科学固体物理、无机化学、有机化学、物理化学的发展金属材料、高分子材料与陶瓷材料的制备与研究方法的相似性各种材料性能的相互补充与竞争材料服役性能Performance材料制备与成分Composition材料微观组织结构microstructure材料的性能Properties材料科学的特性：多学科交叉与应用联系密切发展中的科学2023/5/88第8页，共18页，2023年，2月20日，星期四先进材料是社会现代化的先导

电子技术的发展2023/5/89第9页，共18页，2023年，2月20日，星期四2023/5/810第10页，共18页，2023年，2月20日，星期四航空航天技术www.wingweb.co.uk/engines/Rolls-Royce_Avon_turbojet.html喷气技术是以高温合金和高性能结构材料为基础的。高温合金的发展提高了涡轮发动机的温度；高比强度和比刚度材料的不断进步，使今天大型客机的安全性和有效载荷大为提高，续航时间延长。航天飞行器每减重1公斤，可使运载火箭减轻几百公斤。2023/5/811第11页，共18页，2023年，2月20日，星期四传统材料在国民经济中的地位与可持续发展钢铁、水泥、玻璃、木材、合成纤维、树脂、橡胶、塑料等传统材料是国民经济的基础量大面广——矿产资源消耗大户环境污染大户开发新的生产流程，发展环境友好材料，开发高性能、长寿命材料2023/5/812第12页，共18页，2023年，2月20日，星期四材料科学发展的重点材料制备工艺与技术的开发材料的应用研究与开发开发先进材料，发展高技术产业材料设计科学仪器与检测装置2023/5/813第13页，共18页，2023年，2月20日，星期四材料制备工艺与技术的开发适宜的制备工艺是材料能够应用的必要条件—反例：高温氧化物超导；正例：分子束外延技术、快冷技术极端条件下的材料制备问题——强磁场、强冲击波、超高压、空间失重、超高真空、强制快速冷却工艺流程的智能化实现原子或分子加工2023/5/814第14页，共18页，2023年，2月20日，星期四材料的应用研究与开发材料应用的考虑因素使用性能Performance使用寿命Durability与可靠性Reliability环境适应性Environmentalcompliance价格扩大应用范围失效分析2023/5/815第15页，共18页，2023年，2月20日，星期四开发先进材料，发展高技术产业信息功能材料将得到更高的重视先进结构材料的研究与开发是永恒的主题能源材料的开发有广阔的前景有机高分子材料将有更大发展生物材料将受更大重视纳米材料及制备技术的研究与开发迫在眉睫2023/5/816第16页，共18页，2023年，2月20日，星期四材料设计-材料科学工作者的梦想量子设计（Quantumdesign)，电子运动原子设计(Atomicdesign)，nm，原子排列微观设计(Micro-design)，m，相变、晶界控制宏观设计(Macro-design)，mm，铸造时的结构与偏析，锻造时流线变化2023/5/817第17页，共18页，2023年，2月20日，星期四科学仪器与检测装置材料科学的发展与科学仪器的进步紧密相关！光学显微镜——金相组织电子显微镜(TEM)——微观组织和晶体结构扫描电镜(SEM)——微观组织，微区成分和结构高分辨电镜(HREM)——原子像，晶体结构扫描透射电镜(STEM)——微观组织，微区成分与结构扫描隧道显微镜(STM)——原子观察与加工原子力显微镜(AFM)——表面图像红外原子力显微镜(infrar