材料科学与工程基础-绪论

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,*,材料科学与工程基础,(Fundamentals of materials science and Engineering),胥钧耀,材料科学与工程学院,重要提示,一、关于课程,1,、本课程是材料类专业的专业基础课；,2,、本课程的先修课程是大学物理、大学化学、材料力学；,3,、本课程总学时,80,学时，其中理论教学,64,学时，实验（,8,次）,16,学时。,二、关于纪律,1,、旷课,3,次及以上，取消考试资格；,2,、缺实验,1,次及以上，课程成绩以,0,分计。,三、关于成绩评定,1,、课程成绩由平时成绩和考试成绩组成；,2,、平时成绩,(,含出勤、实验报告和作业,),占,15,30%,，考试成绩占,70,85%,。,绪 论,Introduction,主要内容：,材料与材料学,材料的分类,材料科学与工程基础,的性质和任务,课程的主题：,材料,（,Materials,）,一、材料与材料学,1.,材料的定义,2.,材料的历史,3.,材料学的主要研究内容,二、材料的分类,三、,材料科学与工程基础,的性质和任务,绪论,1.,材料的定义,材料,：,自然科学范畴的材料，是指具有一定的,种类、数量和性能,，能够,制造有用构件,、器件或物品的,固体物质。,航天飞机 里根号航母 核聚变装置 集结着数以亿计的,原子纳米晶体管,晶体管、电阻、电,容的奔腾芯片！,绪论,材料的定义,材料是人类赖以生存和发展的物质基础。,2.,材料的历史,材料是人类社会文明程度的标志。,石器时代,绪论,材料的历史,陶器时代,绪论,材料的历史,青铜器时代、铁器时代,绪论,材料的历史,上海磁悬浮列车 空客,A380,中国最新式,99G,主战坦克 最新型导弹驱逐舰广州号,新材料的使用对人类社会经济和科技的发展起着重要的推动作用：,钢铁材料孕育了产业革命；,半导体材料促进了现代信息技术的建立和发展；,复合材料及新型超合金材料为空间技术的发展奠定了物质基础；,光导纤维的出现又为现代数字信息技术及网络技术带来了无限美好的前景。,人类社会进步与发展中的每一个重大突破，都是因为有了先进的新材料而得以实现。,绪论,材料的历史,功能材料,（,Functional materials,）,绪论,材料的分类,材料,材料的分类,按材料的性能特征和用途分类：,结构材料：,具有较高力学（机械）性能并主要用来制造机械产品结构件的材料。,功能材料：,具有特殊物理、化学等性能并主要用来制造具有特定功能的元、器件和产品的材料。,结构材料,（,Structural materials,）,金属材料,（,Metallic Materials,）,材料,非金属材料,（,Nonmetallic Materials,）,复合材料,（,Compound Materials,）,按材料的化学组成分类：,绪论,材料的分类,无机非金属材料,（陶瓷材料）,有机高分子材料,复合材料：,由两种或两种以上的不同性质或不同组织结构的材料以微观或宏观的形式组合而成的材料。,金属材料,黑色金属,（,Ferrous Metal,）,有色金属,（,Nonferrous Metal,）,钢铁、锰、铬及其合金,铝、铜、镁、钛等及其合金,绪论,材料的分类,金属材料的结合键主要是金属键。,金属材料是工程领域内应用最广泛的工程材料。,无机非金属材料,（陶瓷材料）,陶瓷、玻璃、水泥等,陶瓷材料是包含金属和非金属元素的化合物，其结合键主要是离子键和共价键。,有机高分子材料,塑料、橡胶、涂料、纤维等,高分子材料的结合键主要是共价键、氢键和分子键。,三大类材料：,绪论,课程的主要任务,3.,材料,学,的主要任务：,研究金属与合金的,化学成分,、,加工工艺,、,组织结构,和,性能四要素,及四要素之间的关系与变化规律。,此亦为材料科学的研究内容,实际中我们最关心的是,性能,使用表现,性能,/,性质,成分,/,结构,制备,/,加工,3.,材料,学,的主要研究内容,MSE,的四个组成要素：,MSE,Materials Science and Engineering,绪论,课程的主要任务,举例：,b,(MPa),铝合金,400,600,铜合金,600,700,40,钢,(,退火态,)500,40,钢,(,调质态,)800,性能取决于什么因素呢？,化学成分不同，性能不同,纯铝,40,纯铜,60,纯铁,200,化学成分相同，,处理方式,不同，性能不同,0.8,C,的钢锯条,800,，冷却方式不同,一根出炉后,水冷,，性,硬而脆,，一弯就断；,另一根随炉,缓慢冷却,，,性软,，弯曲,90,不断。,又如：,石墨和金刚石均由碳原子构成，,但性能迥异。,原因：碳原子的空间排列方式不同,即内部组织结构不同,提高材料性能的主要途径,：,一方面改变材料的,化学成分,，另一方面改进材料的,生产工艺,，进而改变材料内部的组织结构与性能。,*,材料科学研究的,四要素,及相互关系线：,性 能,Performance,加工工艺,Process,化学成分,Composition,组织结构,Construction,内因,外因,（,1,）原子结构,：,取决于,原子种类,什么是组织结构？,材料不同层次的结构,（,2,）晶体结构,：,原子在空间的排列方式,（,3,）组织结构（显微组织）,：,在不同放大倍数放大镜、显微镜下观察到的金属的内部形貌,原子种类,;,内部原子排列的方式,;,合金元素的存在方式,;,内部不同尺度的各种结构缺陷,材料的组织结构取决于,:,3,课程的学习目的：,利用上述四要素关系和规律：,（,1,）进行科学研究；,（,2,）指导生产实践；,（,3,）研制新合金材料。,绪论,课程的性质和任务,课程的性质：,材料科学与工程基础,课程是材料类、机械类和近机类各专业的专业基础课。,课程的主要任务：,从材料微观组织结构的角度，学习有关,金属材料科学,的基本概念、基本现象、基本规律和基本方法，并建立起材料的成分、内部组织结构、生产工艺与性能之间的关系，从而使学生掌握通过控制材料的成分和加工工艺过程，来控制其组织结构、提高材料的性能的基础理论和工艺方法。,：,服役条件,性能要求,选材,制定工艺路线,获得使用性能,教学参考书：,1,石德坷编，材料科学基础，机械工业出版社，,2003,2,W.F.Smith,编,.Foundations of Materials Science and Engineering.McGraw Hill,出版社，,2003,