郑州大学材料科学与工程学院

单击此处编辑母版标题样式,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,材,材,料,料,科,科,学,学,基,基,础,础,FoundationsofMaterialsScience,主,讲,讲:,刘,刘,先,先,兰,兰,Copyright1996-98,DaleCarnegie&Associates,Inc.,11/10/2022,1,绪,论,论,一.,材,材,料,料,科,科,学,学,基,基,础,础,的,的,基,基,本,本,概,概,念,念,二.,材,材,料,料,科,科,学,学,基,基,础,础,的,的,地,地,位,位,三.,学,学,习,习,材,材,料,料,科,科,学,学,基,基,础,础,的,的,意,意,义,义,四.,材,材,料,料,科,科,学,学,基,基,础,础,的,的,内,内,容,容,五.如,何,何学好,材料,科,科学基,础,础,11/10/2022,2,1、什,么,么是材,料,料,材料是,指,指人类,社,社会能,接,接受的,，,，经济,地,地制造,有,有用物,品,品的物,质,质（世,界,界万物,，,，凡于,我,我有用,者,者，皆,谓,谓之材,料,料。材,料,料是具,有,有一定,性,性能，,可,可以用,来,来制作,器,器件、,构,构件、,工,工具、,装,装置等,物,物品的,物,物质。,材,材料存,在,在于我,们,们的周,围,围，与,我,我们的,生,生活、,我,我们的,生,生命息,息,息相关,）,） 。卫星发,射,射，节,省,省1公,斤,斤重量,将,将降低,费,费用$20000。,一,一次发,射,射节约,费,费用20%。,铝合金,的,的主要,应,应用领,域,域如下,：,：,一.,材料,科,科学基,础,础的,基,基本概,念,念,11/10/2022,3,铝合金,的,的,主要应,用,用领域,战机,舰船,导弹,火箭,人造卫星,战车,高速列车,汽车,高层,建筑,11/10/2022,4,塑料水管,电线被覆,塑料膜,汽车侧板,日常用品,主机外壳,塑料的应用,11/10/2022,5,2、什么是,材,材料科学,材料科学是,一,一门以固体,材,材料为研究,对,对象，以固,体,体物理、热,力,力学、动力,学,学、量子力,学,学、冶金、,化,化工为理论,基,基础的边缘,交,交叉基础应,用,用学科，它,运,运用电子显,微,微镜、X-,射,射线衍射、,热,热谱、电子,离,离子探针等,各,各种精密仪,器,器和技术，,探,探讨材料的,组,组成、结构,、,、制备工艺,和,和加工使用,过,过程与其机,械,械（力学性能）、物理、,化,化学性能之,间,间的规律的,一,一门基础应,用,用学科，是,研,研究材料共,性,性的一门学,科,科。,材料科学是,研,研究材料的,成,成分、组织,结,结构、制备,工,工艺、加工,工,工艺、材料,的,的性能与材,料,料应用之间,的,的相互关系,的,的科学。材,料,料科学是当,代,代科学技术,发,发展的基础,、,、工业生产,的,的支柱，是,当,当今世界的,带,带头学科之,一,一。纳米材,料,料科学与技,术,术是20世,纪,纪80年代,发,发展起来的,新,新兴学科，,成,成为21世,纪,纪新技术的,主,主导中心。,11/10/2022,6,3、什么是,材,材料科学基,础,础,材料科学基,础,础是进行材,料,料科学研究,的,的基础理论,，,，它将各种,材,材料（包括,金,金属、陶瓷,、,、高分子材,料,料）的微观,结,结构和宏观,结,结构规律建,立,立在共同的,理,理论基础上,，,，用于指导,材,材料的研究,、,、生产、应,用,用和发展。,它,它涵盖了材,料,料科学和材,料,料,工,工,程,程的,基,基,础,础,理,理,论,论,。,。,材,料,料,工,工,程,程是,研,研,究,究,、,、,开,开,发,发,、,、,生,生,产,产,和,和,应,应,用,用,金,金,属,属,材,材,料,料,、,、,无,无,机,机,非,非,金,金,属,属,材,材,料,料,、,、,高,高,分,分,子,子,材,材,料,料,和,和,复,复,合,合,材,材,料,料,的,的,工,工,程,程,领,领,域,域,。,11/10/2022,7,二,、,、,材,材,料,料,科,科,学,学,基,基,础,础,的,的,地,地,位,位,1,、,、,材,材,料,料,的,的,发,发,展,展,史,史,，,，,就,就,是,是,人,人,类,类,社,社,会,会,的,的,发,发,展,展,史,史,人,类,类,社,社,会,会,发,发,展,展,的,的,历,历,史,史,阶,阶,段,段,常,常,常,常,用,用,当,当,时,时,主,主,要,要,使,使,用,用,的,的,材,材,料,料,来,来,划,划,分,分,。,。,从,从,古,古,代,代,到,到,现,现,在,在,人,人,类,类,使,使,用,用,材,材,料,料,的,的,历,历,史,史,共,共,经,经,历,历,了,了,七,七,个,个,时,时,代,代,，,，,各,各,时,时,代,代,的,的,开,开,始,始,时,时,间,间,：,：,石,器,器,时,时,代,代（,公,公,元,元,前,前10,万,万,年,年,）,）,青,铜,铜,器,器,时,时,代,代（,公,公,元,元,前,前3000,年,年,）,）(,炉,炉,火,火,纯,纯,青,青),铁,器,器,时,时,代,代（,公,公,元,元,前,前1000,年,年,）,）,水,泥,泥,时,时,代,代,（,（,公,公,元,元0,年,年,）,）,钢,时,时,代,代,（,（1800,年,年,）,）,硅,时,时,代,代,（,（1950,年,年,）,）,新,材,材,料,料,时,时,代,代,（,（1990,年,年,）,）,11/10/2022,8,石,器,器,时,时,代,代,（,（StoneAge）,：,：,石斧、凿、,刀,刀、铲、箭,头,头,纺轮、钵等,（西安半坡,遗,遗址）,11/10/2022,9,湖北,江,江陵,楚,楚墓,出,出土,越王,勾,勾践,宝,宝剑,青铜,器,器时,代,代（公,元,元前3000,年,年）,巨型,司,司母,戊,戊大,方,方鼎,（,（河,南,南安,阳,阳晚,商,商遗,址,址）,11/10/2022,10,考工,记,记,成,书,书于,春,春秋,时,时期,，,，,作,作为,我,我国,第,第一,部,部手,工,工业,工,工艺,技,技术,典,典籍,，,，包,含,含着,大,大量,的,的手,工,工制,作,作技,术,术、,工,工艺,过,过程,及,及丰,富,富的,科,科技,思,思想,。,。,考工,记,记的,精,精彩,、,、经,典,典之,处,处在,“,“金,有,有六,齐,齐”,。,。,“,“六,分,分其,金,金而,锡,锡居,一,一，,谓,谓之,钟,钟鼎,之,之齐,；,；五,分,分其,金,金而,锡,锡居,一,一，,谓,谓之,斧,斧斤,之,之齐,；,；四,分,分其,金,金而,锡,锡居,一,一，,谓,谓之,戈,戈戟,之,之齐,；,；三,分,分其,金,金而,锡,锡居,一,一，,谓,谓之,大,大刃,之,之齐,；,；五,分,分其,金,金而,锡,锡居,二,二，,谓,谓之,削,削杀,矢,矢之,齐,齐；,金,金、,锡,锡半,，,，谓,之,之鉴,（,（意,为,为镜,）,）燧,之,之齐,。,。,成,成分,凡铸,金,金之,状,状，,金,金与,锡,锡，,黑,黑浊,之,之气,竭,竭，,黄,黄白,次,次之,；,；,黄,黄白,之,之气,竭,竭，,青,青白,次,次之,；,；,青,青白,之,之气,竭,竭，,青,青气,次,次之,；,；,然,然后,可,可铸,也,也。,（,（炉,火,火纯,青,青）,准确,地,地记,述,述了,冶,冶铜,过,过程,中,中颜,色,色随,炉,炉温,变,变化,的,的规,律,律。,这,这种,用,用肉,眼,眼来,观,观测,的,的光,测,测高,温,温技,术,术，,只,只有,在,在青,铜,铜技,术,术相,当,当成,熟,熟的,情,情况,下,下，,才,才有,可,可能,办,办到,。,。,11/10/2022,11,中国古代铁器的金相组织,湖南长沙,砂,砂子塘战,国,国凹形铁,锄,锄,铁器时代,（,（Iron Age）,11/10/2022,12,长征三号,运,运载火箭,在,在发射架,上,上,11/10/2022,13,新材料阶,段,段的特征,是一个由,多,多种材料,决,决定社会,和,和经济发,展,展的时代,；,；,新材料以,人,人造为特,征,征，非自,然,然界中现,成,成有的;,新材料是,根,根据我们,对,对材料的,物,物理和化,学,学性能的,了,了解，为,了,了特定的,需,需要设计,和,和加工而,成,成的；,这些新材,料,料使新技,术,术得以产,生,生和应用,，,，而新技,术,术又促进,了,了新工业,的,的出现和,发,发展，从,而,而使国家,财,财富和就,业,业增加。,1986,年,年科学,的,的美国人,杂志指,出,出“先进,材,材料对未,来,来的宇航,、,、电子设,备,备、汽车,以,以及其他,工,工业的发,展,展是必要,的,的，材料,科,科学的进,步,步决定了,经,经济关键,部,部门增长,速,速率的极,限,限范围。,”,”,1990,年,年美国总,统,统的科学,顾,顾问Allany.Bromley,明,明确指出,“,“材料科,学,学在美国,是,是最重要,的,的学科”,。,。,1991,年,年日本为,未,未来工业,规,规划技术,列,列举的11项主要,项,项目中有7项是基,于,于先进材,料,料之上。,可见，材,料,料科学历,来,来是技术,进,进步的支,柱,柱.,11/10/2022,14,2、材,料,料的发,展,展史，,就,就是科,学,学技术,的,的发展,史,史,原理成品 发展时间,电机18211886 65,真空管 18821915 33,无线电18871922 35,X光18951913 18,雷达19351940 5,原子堆19391942 3,半导体19481951 3,激光19581960 2,表1 科学原理的发现时间与其产业化时间的对照,中国的,四,四大发,明,明：纸,、,、火药,、,、指南,针,针、活,字,字印刷,11/10/2022,15,1）逻,辑,辑推理(古代,哲,哲学家,，,，432 BC.),2）宏,观,观形貌,观,观察、,观,观测（byeye, 1669,）,）,3）数,学,学理论,计,计算,4）科,学,学测定,（,（X-raydiffraction, electron diffraction,等,）,）,古代中,国,国有：,“日取,其,其半，,万,万世不,竭,竭”,“道生,一,一，一,生,生二，,二,二生三,，,，三生,万,万物”,（,（老,子,子）,；,；,“以土,与,与金、,木,木、水,、,、火杂,以,以成百,物,物”（,国语,正语,）；,“太极,生,生两仪,，,，两仪,生,生四象,，,，四象,生,生八卦,，,，八卦,交,交而生,万,万物”,（,（,易,易经,）,）,人类对,材,材料微,观,观结构,认,认识的,发,发展过,程,程,11/10/2022,16,宋（960-1279 A.D.,）,）楼,钥,钥,谢,谢林景,思,思和韵,黄昏门,外,外六花,飞,飞，因,倚,倚胡床,醉,醉不知,。,。,南朝,陈,陈（557-589A.D.）,徐陵,，,，咏,雪,雪,岂苦天,庭,庭瑞，,轻,轻雪带,风,风斜。,三,三农喜,盈,盈尺，,六,六出舞,崇,崇花。,雪花 “,六,六出”,、,、“六,花,花”,西汉（206B.C.-24A.D.）,韩诗,外,外传,：,：,凡草木,花,花五出,，,，独雪,花,花六出,1 mm,11/10/2022,17,2、Europe:,Plato(428-348B.C.)andEuclid (330-275? B.C.),5 regularpolyhedrons stand for 5 original elements (fire, air, earth,water, ether) whichwereusedfor describingeverything inthe world.,Fire- tetrahedron,Air -octahedron,Ether- dodecahedron,Earth- cube,Water-icosahedron,11/10/2022,18,1669,N.Steno,晶,晶,面,面,角,角,守,守,恒,恒,定,定,律,律,材,料,料,科,科,学,学,的,的,发,发,展,展,过,过,程,程,1885,A.Bravais,晶,晶,体,体,空,空,间,间,点,点,阵,阵,学,学,说,说,1912,M.Laue*,晶,晶,体,体,的,的X,射,射,线,线,衍,衍,射,射,1915,W.H.BraggandW.L.Bragg*,X,射,射,线,线,晶,晶,体,体,结,结,构,构,分,分,析,析,方,方,法,法,电,子,子,显,显,微,微,镜,镜,（,（SEM,、,、TEM,）,）,扫,描,描,探,探,针,针,显,显,微,微,术,术*,（,（STM,、,、AFM,）,）,11/10/2022,19,三,、,、,学,学,习,习,料,料,料,料,科,科,学,学,基,基,础,础,的,的,意,意,义,义,材,料,料,科,科,学,学,是,是,一,一,个,个,跨,跨,物,物,理,理,、,、,化,化,学,学,等,等,的,的,学,学,科,科,。,。,材,材,料,料,科,科,学,学,的,的,核,核,心,心,问,问,题,题,是,是,材,材,料,料,的,的,组,组,织,织,结,结,构,构,（,（Structure,）,）,和,和,性,性,能,能,（,（Property,）,）,以,以,及,及,它,它,们,们,之,之,间,间,的,的,关,关,系,系,。,。,右,右,图,图,为,为,材,材,料,料,科,科,学,学,与,与,工,工,程,程,四,四,要,要,素,素,。,。,所,所,以,以,，,，,先,先,要,要,了,了,解,解,材,材,料,料,的,的,结,结,构,构,是,是,什,什,么,么,？,？,合成与制备过程,使用性能,性质,组成与结构,（化学）,（工程）,（物理学）,1、,材,材料,科,科学,的,的内,涵,涵,11/10/2022,20,材料,结,结构,关,关系,材料,的,的结,构,构包,括,括不,同,同晶,体,体结,构,构和,非,非晶,体,体，,以,以及,显,显微,镜,镜下,的,的微,观,观结,构,构，,哪,哪些,主,主要,因,因素,能,能够,影,影响,和,和改,变,变结,构,构？,只,只有,了,了解,了,了这,些,些才,能,能实,现,现控,制,制结,构,构的,目,目的,。,。,材料,的,的性,能,能包,括,括物,理,理性,能,能、,化,化学,性,性能,、,、力,学,学性,能,能。,其内,部,部结,构,构包,括,括四,个,个层,次,次：,原,子,子结,构,构；,结,合,合键,；,；,原,原子,的,的排,列,列方,式,式；,显,微,微组,织,织,11/10/2022,21,微,观,观,(Micro-),介,观,观,(Meso-),宏,观,观,(Macro-),10,-9,10,-8,10,-7,10,-6,10,-5,10,-4,10,-3,10,-2,10,-1,10,0,m,10,-10,10,-11,10,-12,10,1,纳,米,米,(Nano-),11/10/2022,22,材料科,学,学的形,成,成：,“,“材料,”,”早存,在,在，“材料,科,科学”提出于20世,纪,纪60,年,年代，1957年苏,联,联卫星,上,上天，,美,美国震,动,动很大,，,，在大,学,学相继,建,建立十,余,余个材,料,料科学,研,研究中,心,心，自,此,此开始,，,，“材料,科,科学”一词广,泛,泛应用,。,一般来,讲,讲，科学是,研,研究“,为,为什么,”,”的学,问,问，而,工,工程是,解,解决“,怎,怎么做,”,”的学,问,问,。,材料科,学,学的基,础,础理论,，,，为材,料,料工程,指,指明方,向,向，为,更,更好地,选,选择、,使,使用材,料,料，发,挥,挥现有,材,材料的,潜,潜力、,发,发展新,材,材料提,供,供理论,基,基础。,材料科,学,学和材,料,料工程,之,之间的,区,区别主,要,要在于,着,着眼点,的,的不同,或,或者说,各,各自强,调,调的中,心,心不同,，,，它们,之,之间并,没,没有一,条,条明确,的,的界线,，,，因此,，,，后来,人,人们常,常,常将二,者,者放在,一,一起，,采,采用一,个,个复合,名,名词材料科,学,学与工,程,程（MSE，MaterialScience andEngineering）,2、材料科,学,学与材料工,程,程的关系,11/10/2022,23,材料科学,工艺,结构,性能,材料工程,设备,构件行为,结构,工艺,性能,材料工程,：是工程的,一,一个领域，,其,其目的在于,经,经济地，而,又,又为社会所,能,能接受地控,制,制材料的结,构,构、性能和,形,形状。它包,括,括下面的五,个,个环节。,材料科学,：是一门科,学,学，它从事,与,与材料本质,的,的发现、分,析,析和了解方,面,面的研究，,其,其目的在于,提,提供材料结,构,构的统一描,绘,绘或模型，,以,以及解释这,种,种结构与性,能,能之间的关,系,系。它包括,下,下面的三个,环,环节，核心,是,是结构和性,能,能。,11/10/2022,24,材料按化学,组,组成（或基,本,本组成）分,类,类,根据材料的,性,性能分类,材料按服役,的,的领域来分,类,类,材料按结晶,状,状态分类,材料按材料,的,的尺寸分类,3、 材料,的,的分类,11/10/2022,25,按化学组成,（,（或基本组,成,成）分类,金属材料是由化学元,素,素周期表中,的,的金属元素,组,组成的材料,。,。可分为纯,金,金属，由两,种,种或两种以,上,上的金属元,素,素或金属与,非,非金属元素,构,构成的合金,。,。,无机非金属,材,材料,是由硅酸盐,、,、铝酸盐、,硼,硼酸盐、磷,酸,酸盐、锗酸,盐,盐等原料和,（,（或）氧化,物,物、氮化物,、,、碳化物、,硼,硼化物、硫,化,化物、硅化,物,物、卤化物,等,等原料经一,定,定的工艺制,备,备而成的材,料,料。它与广,义,义的陶瓷材,料,料有等同的,含,含义。一般,将,将其分为传,统,统的（普通,的,的）和新型,的,的（先进的,）,）无机非金,属,属材料两大,类,类。,有机高分,子,子材料（,高,高聚物）,是由一种,或,或几种简,单,单低分子,化,化合物经,聚,聚合而组,成,成的分子,量,量很大的,化,化合物。,按,按材料的,性,性能和用,途,途可将高,聚,聚物分为,橡,橡胶、纤,维,维、塑料,和,和胶粘剂,等,等。,复合材料,是由两种,或,或两种以,上,上化学性,质,质或组织,结,结构不同,的,的材料组,合,合而成。,由,由一种连,续,续相（基,体,体相）和,增,增强相复,合,合而成，,既,既能保持,原,原组成材,料,料的重要,特,特色，又,通,通过复合,效,效应使各,组,组分的性,能,能互相补,充,充，获得,原,原组分不,具,具备的许,多,多优良性,能,能。,11/10/2022,26,根据材料,的,的性能分,类,类,根据材料,在,在外场作,用,用下其性,质,质或性能,对,对外场的,响,响应不同,，,，材料可,分,分为结构材料和功能材料。,结构材料是以强度,，,，刚度，,韧,韧性，耐,劳,劳性，硬,度,度，疲劳,强,强度等力,学,学性能为,特,特征的材,料,料。这种,材,材料通常用来制造工具、机,械,械、车辆,和,和修建房,屋,屋、桥梁,、,、铁路等,。,。是人们,熟,熟悉的机,械,械制造材,料,料、建筑,材,材料，包,括,括结构钢,、,、工具钢,、,、铸铁、,普,普通陶瓷,、,、耐火材,料,料、工程,塑,塑料等传,统,统的结构,材,材料（一,般,般结构材,料,料）以及,高,高温合金,、,、结构陶,瓷,瓷等高级,结,结构材料,。,。,功能材料是以声，,光,光，电，,磁,磁，热等,物,物理性能,为,为特征的,材,材料。被,用,用于非结,构,构目的的,高,高技术材,料,料。,11/10/2022,27,材料按服,役,役的领域,来,来分类,根据材料,服,服役的技,术,术领域可,分,分为信息材料、航空航天,材,材料、能源材料、生物医用,材,材料等。,信息材料是指用于,信,信息的探,测,测、传输,、,、显示、,运,运算和处,理,理的光电,信,信息材料,。,。,航空航天,材,材料主要包括,新,新型金属,材,材料（如,先,先进铝合,金,金、超高,强,强度钢、,高,高温合金,、,、高熔点,合,合金、铍,及,及其合金,）,）、烧蚀,防,防热材料,和,和新型复,合,合材料。,还,还包括一,些,些功能材,料,料，如涂,层,层材料、,隔,隔热材料,、,、透明材,料,料、阻尼,材,材料、密,封,封材料、,润,润滑材料,、,、粘合剂,材,材料等。,能源材料是指能源,工,工业和能,源,源技术所,使,使用的材,料,料，按使,用,用目的不,同,同分为新,能,能源材料,、,、节能材,料,料和储氢,材,材料等。,生物医用,材,材料是一类合,成,成物质或,天,天然物质,或,或这些物,质,质的复合,，,，它能作,用,用一个系,统,统的整体,或,或部分，,在,在一定时,期,期内治疗,、,、增强或,替,替换机体,的,的组织、,器,器官或功,能,能。医用,高,高分子材,料,料包括合,成,成和天然,高,高分子，,已,已被广泛,用,用于韧带,、,、肌腱、,皮,皮肤、血,管,管、角膜,、,、人工脏,器,器、骨和,牙,牙等人体,软,软、硬组,织,织及器官,的,的修复和,制,制造。,11/10/2022,28,材料按结,晶,晶状态分,类,类,单晶材料是由一个,比,比较完整,的,的晶粒构,成,成的材料,，,，如单晶,纤,纤维、单,晶,晶硅。,多晶材料是由许多,晶,晶粒组成,的,的材料，,其,其性能与,晶,晶粒大小,、,、晶界的,性,性质有密,切,切的关系,。,。,非晶态材,料,料是,由,由,原,原,子,子,或,或,分,分,子,子,排,排,列,列,无,无,明,明,显,显,规,规,律,律,的,的,固,固,体,体,材,材,料,料,，,，,如,如,玻,玻,璃,璃,、,、,高,高,分,分,子,子,材,材,料,料,。,。,准,晶,晶,材,材,料,料是,指,指,准,准,周,周,期,期,性,性,晶,晶,体,体,材,材,料,料,的,的,简,简,称,称,，,，,准,准,晶,晶,仍,仍,然,然,是,是,晶,晶,体,体,，,，,准,准,晶,晶,中,中,的,的,原,原,子,子,分,分,布,布,有,有,严,严,格,格,的,的,位,位,置,置,序,序,，,，,但,但,位,位,置,置,序,序,无,无,周,周,期,期,性,性,，,，,即,即,没,没,有,有,周,周,期,期,性,性,平,平,移,移,对,对,称,称,关,关,系,系,，,，,在,在,准,准,晶,晶,材,材,料,料,中,中,存,存,在,在,不,不,符,符,合,合,传,传,统,统,晶,晶,体,体,学,学,的,的,五,五,次,次,、,、,八,八,次,次,、,、,十,十,二,二,次,次,对,对,称,称,轴,轴,。,。,准,晶,晶,从,从,结,结,构,构,角,角,度,度,看,看,是,是,一,一,种,种,新,新,的,的,物,物,质,质,形,形,态,态,，,，,但,但,实,实,际,际,上,上,它,它,们,们,仅,仅,在,在,特,特,定,定,的,的,金,金,属,属,合,合,金,金,中,中,形,形,成,成,，,，,是,是,成,成,分,分,范,范,围,围,较,较,窄,窄,的,的,金,金,属,属,间,间,化,化,合,合,物,物,。,。,（,（,如,如,：,：Mg-Zn-Y,）,）,11/10/2022,29,材,料,料,按,按,材,材,料,料,的,的,尺,尺,寸,寸,分,分,类,类,按,材,材,料,料,的,的,尺,尺,寸,寸,可,可,分,分,为,为零,维,维,材,材,料,料,、,、,一,一,维,维,材,材,料,料,、,、,二,二,维,维,材,材,料,料,、,、,三,三,维,维,材,材,料,料。,零,维,维,材,材,料,料即,超,超,微,微,粒,粒,子,子,，,，,通,通,过,过Sol-gel,法,法,、,、,多,多,相,相,沉,沉,积,积,或,或,激,激,光,光,等,等,方,方,法,法,，,，,可,可,以,以,制,制,备,备,出,出,亚,亚,微,微,米,米,级,级,的,的,陶,陶,瓷,瓷,或,或,金,金,属,属,粉,粉,末,末,，,，,大,大,小,小1,100nm,的,的,超,超,微,微,粒,粒,。,。,一,维,维,材,材,料,料：,如,如,光,光,导,导,纤,纤,维,维,由,由,于,于,其,其,信,信,息,息,传,传,输,输,量,量,远,远,比,比,铜,铜,、,、,铅,铅,的,的,同,同,轴,轴,电,电,缆,缆,大,大,，,，,而,而,且,且,光,光,纤,纤,有,有,很,很,强,强,的,的,保,保,密,密,性,性,，,，,所,所,以,以,发,发,展,展,很,很,快,快,。,。,实,实,用,用,纤,纤,维,维,为,为,碳,碳,纤,纤,维,维,、,、,硼,硼,纤,纤,维,维,、,、,陶,陶,瓷,瓷,纤,纤,维,维,。,。,纤,纤,维,维,中,中,强,强,度,度,和,和,刚,刚,度,度,最,最,高,高,的,的,要,要,算,算,晶,晶,须,须,。,。,二,维,维,材,材,料,料,（,（,薄,薄,膜,膜,）,）,：,：如,金,金,刚,刚,石,石,薄,薄,膜,膜,、,、,高,高,温,温,超,超,导,导,薄,薄,膜,膜,、,、,半,半,导,导,体,体,薄,薄,膜,膜,。,。,由,由,于,于,薄,薄,膜,膜,的,的,电,电,子,子,所,所,处,处,状,状,态,态,和,和,外,外,界,界,环,环,境,境,的,的,影,影,响,响,，,，,可,可,表,表,现,现,出,出,不,不,同,同,的,的,电,电,子,子,迁,迁,移,移,规,规,律,律,，,，,完,完,成,成,特,特,定,定,的,的,电,电,学,学,、,、,光,光,学,学,或,或,电,电,子,子,学,学,功,功,能,能,。,。,三,维,维,材,材,料,料即,块,块,状,状,材,材,料,料,。,。,（,（,等,径,径,角,角,挤,挤,压,压,法,法,制,制,备,备,块,块,体,体,超,超,细,细,晶,晶,材,材,料,料,的,的,工,工,艺,艺,研,研,究,究,）,11/10/2022,30,4,、,、,材,材,料,料,的,的,应,应,用,用,让,我,我,们,们,回,回,顾,顾,几,几,项,项,有,有,影,影,响,响,的,的,事,事,例,例,，,，,以,以,便,便,加,加,深,深,理,理,解,解,材,材,料,料,的,的,发,发,展,展,在,在,人,人,类,类,社,社,会,会,发,发,展,展,中,中,起,起,了,了,举,举,足,足,轻,轻,重,重,的,的,作,作,用,用,。,。,计算,机,机与,材,材料,1、,计,计算,机,机经,历,历：,电,电子,管,管,晶,晶体,管,管,集,集成,电,电路,时,时代,2、,个,个人,电,电脑,移,移动,存,存储,器,器的,比,比较,材料,科,科学,的,的发,展,展是,计,计算,机,机飞,速,速发,展,展的,基,基础,。,。,种类,使用的材料,存储容量,特点,软盘,氧化铁,1.44 Mb,容量小，文本文件存储,CDRW,以ZnS等为主的陶瓷材料,650 Mb,CD光盘，价低，用量大,MO(磁光盘),TbFeCo合金磁光材料,650 Mb，1.3G,需专用驱动器，价格高，局限在广告图形用户,DVDRW,ZnS等为主的陶瓷材料,单面单层为4.7 Gb,CDRW和CD光盘，用量大,11/10/2022,31,11/10/2022,32,11/10/2022,33,飞机和,材,材料,从莱特,兄,兄弟实,现,现飞行,的,的梦想,以,以来，,航,航空和,航,航天器,发,发生了,巨,巨变。,为,为了飞,得,得快和,远,远，就,要,要采用,强,强度高,和,和比重,小,小的材,料,料，重,视,视材料,的,的比强,度,度，即,强,强度/,比,比重之,比,比。因,此,此，航,空,空和航,天,天器中,铝,铝、镁,合,合金用,量,量大。,随,随着航,空,空技术,的,的进一,步,步发展,，,，轻质,和,和高比,强,强度的,钛,钛合金,、,、碳纤,维,维高分,子,子复合,材,材料、,硼,硼纤维,金,金属复,合,合材料,等,等得到,愈,愈来愈,多,多的采,用,用。,实例,压气机叶片,压气机机匣,飞机尾翼,硼纤维铝合金板和管,材料,铝合金,钛合金,碳纤维复合材料,硼纤维增强铝合金,强度范围 MPa,150450,3501100,10001200 （顺纤维方向）,1500（顺纤维方向）,比强度,MPa,55160,80245,625750,570,11/10/2022,34,美国,的,的航,天,天飞,机,机,11/10/2022,35,材料,和,和生,活,活用,品,品,钛,结,结,构,构,自,自,行,行,车,车,：,“,“,自,自,行,行,车,车,发,发,烧,烧,友,友,”,”,选,选,择,择,钛,钛,合,合,金,金,制,制,自,自,行,行,车,车,。,。,钛,钛,合,合,金,金,的,的,应,应,用,用,场,场,合,合,很,很,特,特,殊,殊,。,。,通,通,常,常,用,用,于,于,需,需,要,要,抗,抗,腐,腐,蚀,蚀,，,，,耐,耐,疲,疲,劳,劳,，,，,高,高,弹,弹,性,性,的,的,场,场,合,合,11/10/2022,36,生,命,命,科,科,学,学,材,材,料,料,原,来,来,使,使,用,用,专,专,用,用,的,的,汞,汞,合,合,金,金,，,，,为,为,防,防,止,止,金,金,属,属,合,合,金,金,的,的,分,分,解,解,已,已,经,经,开,开,发,发,出,出,一,一,种,种,可,可,以,以,满,满,足,足,口,口,腔,腔,中,中,特,特,殊,殊,的,的,物,物,理,理,及,及,化,化,学,学,环,环,境,境,的,的,新,新,型,型,陶,陶,瓷,瓷,。,。,具,具,体,体,来,来,讲,讲,，,，,它,它,需,需,要,要,满,满,足,足,下,下,列,列,要,要,求,求,：,：,耐,耐,口,口,腔,腔,中,中,的,的,酸,酸,；,；,低,低,热,热,导,导,率,率,（,（,这,这,对,对,你,你,吃,吃,冷,冷,饮,饮,有,有,好,好,处,处,）,）,；,；,尽,尽,得,得,住,住,数,数,年,年,的,的,咀,咀,嚼,嚼,力,力,；,；,耐,耐,骤,骤,冷,冷,骤,骤,热,热,；,；,当,当,然,然,还,还,要,要,口,口,感,感,舒,舒,适,适,。,。,11/10/2022,37,复,合,合,科,科,学,学,材,材,料,料,碳,、,、,硼,硼,纤,纤,维,维,及,及,环,环,氧,氧,化,化,合,合,物,物,复,复,合,合,材,材,料,料,非,非,常,常,轻,轻,，,，,可,可,以,以,在,在,某,某,特,特,定,定,方,方,向,向,上,上,增,增,加,加,强,强,度,度,（,（,用,用,于,于,特,特,殊,殊,目,目,的,的,）,）,。,11/10/2022,38,航空材,料,料,材料的,主,主要性,能,能取决,于,于母体,，,，加入,合,合金元,素,素成分,将,将改善,金,金属的,物,物理及,机,机械性,能,能,强,强度、,耐,耐力、,使,使用寿,命,命。在,飞,飞机发,动,动机中,一,一种掺,镍,镍化合,物,物制成,称,称作718合,金,金被广,泛,泛的用,于,于制造,波,波音777客,机,机上的,发,发动机,的,的压缩,机,机、叶,片,片及紧,固,固件。,11/10/2022,39,形状记,忆,忆合金,牙套,11/10/2022,40,超级钢,近来，,钢,钢铁工,业,业已经,开,开发出,一,一种汽,车,车用钢,，,，比原,先,先的轻24%,，,，而强,度,度高34%，,称,称为,超级钢,。其优,点,点是：,高,高撞击,能,能量吸,收,收率；,高,高强度-质量,比,比；实,用,用新型,制,制造工,艺,艺；可,以,以有多,种,种不同,性,性能(,寿,寿命、,防,防锈等,）,）。,11/10/2022,41,四、本,课,课程的,主,主要内,容,容,本课程的,主,主要内容：,1.材料的微,观,观结构，包括原,子,子的排列,方,方式，理,想,想的完整,结,结构、不,完,完整结构,（,（3晶体缺陷）、4固体中原,子,子和分子,的,的运动（扩散）,、,、5材料的形,变,变和再结,晶,晶。,2.材料组织,结,结构的变,化,化规律，包括6,单,单元系的,相,相变、7,二,二元合金,系,系的相变,规,规律、8,三,三元合金,系,系的相变,规,规律。,3.实际材料,的,的状态，包括晶,体,体、非晶,体,体、亚稳,态,态。,实验内容,：,：,1. 金,相,相显微镜,的,的构造与,使,使用,2. 金,相,相试样的,制,制备,3. 铁,碳,碳合金平,衡,衡组织的,观,观察,4. 材,料,料的硬度,试,试验,11/10/2022,42,五、本课,程,程的特点,及,及学习方,法,法,本课程特,点,点：,概念术语,多,多,死记硬背,多,多,相关学科,多,多（物理,学,学、化学,、,、热力学,、,、矿物学,、,、金属学,、,、陶瓷学,以,以及高分,子,子学等）,学习方法：,作为一门,应,应用学科,，,，基础理,论,论和基本概念要掌握，,注,注意重点,，,，做好笔,记,记；掌握,例,例题的解,题,题方法，,还,还要理论,联,联系实践,；,；要学以,致,致用，善,于,于归纳总结，实验加,以,以验证；独立完成,作,作业。,11/10/2022,43,教材：,胡赓祥主编 ,材,材料科学,基,基础上,海,海交通大,学,学出版社,11/10/2022,44,参考书目,材料科,学,学基础,徐恒钧,主编,北,北京工业,大,大学出版,社,社,材料科,学,学基础,刘智恩,主编,西,西北工业,大,大学出版,社,社,材料科,学,学基础,石德珂,主编,机,机械工业,出,出版社,材料科学,基,基础,潘金生,主编 清,华,华大学出版,社,社,金属材料,及,及热处理,崔忠圻,主编 机,械,械工业出版,社,社,11/10/2022,45,参考网址,11/10/2022,46,