材料科学和工程导论(ppt 16页)
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材料科学与工程导论
(16.15)
Ect=EmEf/(VmEf+VfEm)
=EmEf/[(1-Vf)Ef+VfEm] 例题16.2
(16.16)
假设例题16.1中，应力变为轴向加载，计 算复合材料轴向弹性模量
材料科学与工程导论
轴向拉伸强度：
连续、取向纤维-增强复合材料轴向加载， 强度是应力-应变曲线上最大应力（图 16.9b）,对应于纤维断裂，而且标志着复 合材料失效的起始点。表17.1 列出了三种 普通纤维复合材料的轴向和横向拉伸强度 值。这种类型复合材料的失效是一个相对 复杂的过程，而且几种失效模式都有可能。 对一种具体的复合材料，起用那种模式由 纤维和基体的特性以及纤维-基体界面键 合的本质和强度决定。
材料科学与工程导论
图16.9 (a) 脆性纤维和延性基体材料的应力-应 变曲线；(b)取向排列增强复合材料的应力应变 曲线，单轴应力沿取材向料科学排与工程列导论方向施加。
当纤维开始断裂时，复合材料失效开始 启动，这对应于图16.9b 中应变大约为εf* 点。由于下面几个原因，复合材料失效 不是灾难性的。首先并不是所有的纤维 同时断裂，因为脆性纤维材料的断裂强 度总有差别。其次，即使纤维断裂后， 基体仍然完整，因为εf*<εm*（图16.9a）。 因此这些断裂的纤维比原来的长度短， 仍然镶嵌在完整的基体内，因而当基体 继续塑性变形时，能够承受减弱的载荷。
材料科学与工程导论
如果我们假设εf*<εm*图16.9a （这是通常的 情形），那么纤维先于基体失效。一旦纤
维断裂后，纤维承受的绝大部分载荷将传
递给基体，如果这种情形属实，可以将这
种类型复合材料的应力表达式16.7 改编成下
面的复合材料轴向强度表达式，σcl* ：
材料科学与工程学导论
材料科学与工程学导论
复合材料的基本理论
复合原理
1。纤维增强复合材料的复合原理
外载荷与纤维方向垂直
σc= σf = σm。 εc = εfVf＋εmVm。 1/Ec = Vf/Ef＋Vm/Em。
材料科学与工程学导论
复合材料的基本理论
复合原理
2。颗粒增强复合材料的复合原理 ρc = ρpVp＋ρmVm。
复合材料的基本理论
复合原理
1。纤维增强复合材料的复合原理
外载荷与纤维方向一致
Fc=σcAc = σfAf ＋σmAm。
σc = σfVf＋σmVm。
Ec = EfVf＋EmVm。
条件是复合材料中基体是连续的、均匀的，纤维的性质和 直径都是均匀的，且平行连续排列，同时纤维与基体间的 结合为理想结合，在界面上不产生滑移。
材料科学与工程学导论
复合材料的基本理论
颗粒增强复合材料的机理：
弥散分布在金属或合金中基体中的硬颗粒可以有效地阻止 位错运动，产生显著的强化作用。这种复合强化机制类似 与合金的析出强化机理，基体乃是承受载荷的主体。 不同的是，这些细小弥散的硬颗粒并非借助于相变产生的 硬颗粒，他们在温度升高时仍保持其原有尺寸，因而，增 强效果可在高温下持续较长时间，使复合材料的抗蠕变性 能明显优于金属或合金基体。
复合材料的基本理论
增强机理
颗粒增强
颗粒增强复合材料是指由高强度、高弹性模量的脆性颗粒 作增强体与韧性基体或脆性基体经一定工艺复合而成的多 相材料。 颗粒增强复合材料的种类： 纳米微细硬颗粒弥散增强，微米颗粒增强。
材料科学与工程学导论
复合材料的基本理论
弥散强化复合材料中弥散颗粒种类 金属氧化物 碳化物 硼化物
4。由被动复合向主动复合材料发展
复合材料的基本理论
复合原理
1。纤维增强复合材料的复合原理
外载荷与纤维方向垂直
σc= σf = σm。 εc = εfVf＋εmVm。 1/Ec = Vf/Ef＋Vm/Em。
材料科学与工程学导论
复合材料的基本理论
复合原理
2。颗粒增强复合材料的复合原理 ρc = ρpVp＋ρmVm。
复合材料的基本理论
复合原理
1。纤维增强复合材料的复合原理
外载荷与纤维方向一致
Fc=σcAc = σfAf ＋σmAm。
σc = σfVf＋σmVm。
Ec = EfVf＋EmVm。
条件是复合材料中基体是连续的、均匀的，纤维的性质和 直径都是均匀的，且平行连续排列，同时纤维与基体间的 结合为理想结合，在界面上不产生滑移。
材料科学与工程学导论
复合材料的基本理论
颗粒增强复合材料的机理：
弥散分布在金属或合金中基体中的硬颗粒可以有效地阻止 位错运动，产生显著的强化作用。这种复合强化机制类似 与合金的析出强化机理，基体乃是承受载荷的主体。 不同的是，这些细小弥散的硬颗粒并非借助于相变产生的 硬颗粒，他们在温度升高时仍保持其原有尺寸，因而，增 强效果可在高温下持续较长时间，使复合材料的抗蠕变性 能明显优于金属或合金基体。
复合材料的基本理论
增强机理
颗粒增强
颗粒增强复合材料是指由高强度、高弹性模量的脆性颗粒 作增强体与韧性基体或脆性基体经一定工艺复合而成的多 相材料。 颗粒增强复合材料的种类： 纳米微细硬颗粒弥散增强，微米颗粒增强。
材料科学与工程学导论
复合材料的基本理论
弥散强化复合材料中弥散颗粒种类 金属氧化物 碳化物 硼化物
4。由被动复合向主动复合材料发展
材料科学与工程导论
材料科学与工程导论材料科学与工程导论1 本课程的基本概念：材料科学虽然是一门基础科学，但是它涉及到诸如本课程的基本概念：表面物理学、表面化学、金属学、陶瓷学、高分子学、传热学、传质学等多个学科的理论；同时也与信息科学、生命科学、深海和深空科学等现代科学技术紧密相连。
1.1材料与人类文明一、材料与人类文明发展（历史贡献）--石器时代、铜器时代、铁器时代、钢铁时代、合成材料时代、复合材料时代……陶器（china） 1.陶器出現是人类跨入新石器时代的重要标志之一，2.据目前已知的考古资料，中国的陶器制作至少已8000年以上的历史。
青铜：第一种合金1.青铜，古称金或吉金，是红铜与其它化学元素（锡、镍、铅、磷等）的合金。
2.史学上所称的“青铜时代”是指大量使用青铜工具及青铜礼器的时期。
3.到春秋战国時期，齐国工匠总结科技经验写成的《考工记》一书中，提出了「金有六齐」，这是世界科技史上最早的冶铜经验总结。
二、材料与人类现代文明－－材料是发展高科技的先导和基石（一）支撑人类现代文明大厦的四大支柱技术1.材料科学与技术2.生物科学与技术3.能源科学与技术4.信息科学与技术* 其中材料是基础！材料的应用：计算机与材料；飞机和材料;复合科学材料能源。
（二）新能源材料则是指实现新能源的转化和利用以及发展新能源技术中所要用到的关键材料。
1.主要包括储氢电极合金材料为代表的镍氢电池材料；2.嵌锂碳负极和LiCoO2正极为代表的锂离子电池材料、燃料电池材料；3.Si半导体材料为代表的太阳能电池材料；4.铀、氘、氚为代表的反应堆核能材料等。
1.2材料科学概论化学成分不同的材料其性能也不相同。
但对于同一成分的材料，通过不同的加工工艺也可以使其性能发生极大的变化。
*可见，除化学成分外，材料内部的结构和组织状态也是决定材料性能的重要因素。
*材料科学与工程（ MSE ）四要素:材料的合成与制备;成分与组织结构;材料特性;服役行为与使用寿命。
材料科学与工程导论PPT课件
太空行走
可编辑课件PP火T 星探测
太空攻19 防
世界前沿科技领域的发展动向
航空技术发展面临历史性机遇，应用前景广阔
高超声速导弹、飞机有望在2020年左右进入实际应用 高效、环保发动机的研制倍受关注 智能结构技术开始得到应用，如智能蒙皮、变形飞机等 无人驾驶飞机称为研究热点
航空发动机 可编辑课件PPT
卫星
经济和社会发展对材料科技的重大需求
信息
基础及支柱产业的发展
机械计算机 电子计算机 晶体管计算机 当代计算机
电子管
晶体管 计算机的发展
集成电路
可编电辑课话件PP的T 演变历史
9
经济和社会发展对材料科技的重大需求
能源
基础及支柱产业的发展
铅酸电池 镍镉电池 镍氢电池
锂
电 池
锂离子电池 燃料电池 太阳能电池
可编辑课件PPT
3
经济和社会发展对材料科技的重大需求
基础及支柱产业的发展
材料 科技
重大 前沿科技的发展 需求 生活质量的提高
外 力
材料科学自身的发展
可编辑课件PPT
4
经济和社会发展对材料科技的重大需求
制备
工业原料
制备
开采
原材料
矿产
再生循环
工程材料 分类/再制造
产品设计 制造装配
废料
农业、建筑、环境
无人机20
世界前沿科技领域的发展动向
能源技术将变革未来社会的动力基础，促进人类实 现可持续发展
煤炭的高效清洁利用成为化石能源技术研发热点 核能技术酝酿新的突破 氢能技术研发和商业应用加速 新能源和可再生能源技术展现良好前景
核电站
可编辑课件PP燃T 料电池车
材料科学与工程课件PPT
• 供能方式有：（1）光频发射（光致发光）； （2）阴极射线、X-射线及其它高能粒子的
辐射；（3）电场引发的场致发光（材料？）
• 家用日光灯的玻璃管内涂有卤磷酸钙 [Ca5(PO4)3(F,Cl): Sb3+,Mn2+]萤光粉，在汞蒸 汽机辉光放电产生的紫外线照射下放出较
宽波长的可见光。（早期）彩色电视显象
路漫漫其修远兮，吾将上下而求索！
Side chain LEPs with light-emitting groups in the side chains
Advantages A variety of possible pendant molecules Chemical stability Ease of processability
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单线态与三线态
如图所示的（2），此 时分子的电子排布违反 了两条排布原则，处于 单线激发态。
如图所示的（3），此 时分子的电子排布违反 了一条排布原则，处于 三线激发态。
电致发光材料中的能量传输
单线 激发 态
激发
荧光
非光 耗散
三线激发态 磷光
基态
磷光及荧光
物质受到外来光线、电子、高能粒子的照射 时，就会发光．如果照射引起物质原子外层 电子扰动，电子受激后向低能级跃迁，就可 发射包括红外线、紫外线和可见光。
1. 载流子的注入从阴极和阳极注入 2. 载流子的迁移电子和空穴分别向发光层迁移 3. 载流子的空穴和迁移电子在发光层中相遇复合并产生
辐射；（3）电场引发的场致发光（材料？）
• 家用日光灯的玻璃管内涂有卤磷酸钙 [Ca5(PO4)3(F,Cl): Sb3+,Mn2+]萤光粉，在汞蒸 汽机辉光放电产生的紫外线照射下放出较
宽波长的可见光。（早期）彩色电视显象
路漫漫其修远兮，吾将上下而求索！
Side chain LEPs with light-emitting groups in the side chains
Advantages A variety of possible pendant molecules Chemical stability Ease of processability
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单线态与三线态
如图所示的（2），此 时分子的电子排布违反 了两条排布原则，处于 单线激发态。
如图所示的（3），此 时分子的电子排布违反 了一条排布原则，处于 三线激发态。
电致发光材料中的能量传输
单线 激发 态
激发
荧光
非光 耗散
三线激发态 磷光
基态
磷光及荧光
物质受到外来光线、电子、高能粒子的照射 时，就会发光．如果照射引起物质原子外层 电子扰动，电子受激后向低能级跃迁，就可 发射包括红外线、紫外线和可见光。
1. 载流子的注入从阴极和阳极注入 2. 载流子的迁移电子和空穴分别向发光层迁移 3. 载流子的空穴和迁移电子在发光层中相遇复合并产生
材料科学与工程导论_第1章_材料与社会(3)
新材料
高新技术产品的出现
推动社会进步
62
§1.3 材料与生态环境
概述
长期以来，人们主要是依据应用对象对材料提出的力学 性能和功能要求对材料进行开发，而很少顾及材料对生态环 境的影响。
材料对生态环境的影响涉及如下三个方面： 1）生产—传统材料在生产过程中不仅要消耗大量资源和能
源，还向环境中排放大量有害气体、固体废弃物 和污水等； 2）使用—有些材料在使用过程中会释放有毒有害的物质； 3）废弃—废弃后的材料被随地堆放，又成为环境污染源。
先进的航天飞行器离不开耐高温、耐低温、耐辐射、耐 腐蚀、耐烧蚀的轻质高强结构材料；
新能源的开发离不开实现能源转换的各种功能材料。
各种材料的制备、加工和应用，无一例外地都需要依赖 适当的手段才能实现。可见，新材料的开发与应用，对人类 社会文明与经济发展，有着不可估量的作用。
55
1.2.2 材料与新技术革命
56
1.2.2 材料与新技术革命
中国：我国政府同样高度重视新材料的研发和应用。 1986年，我国提出了“高技术研究发展计划（863计
划）”，即把新材料技术、生物技术、信息技术、激光技 术、航天技术、自动化技术、新能源技术等八大高科技技 术作为重点发展的领域。
1997年，我国又制定了“国家重点基础研究发展计划 （973计划）”，其中同样把新材料的研发放在突出位置。 在各级各类的科技计划中，新材料都是重点支持的领域。
稀释及转化； 第三，环境为人类的生产和生活提供精神享受。
67
§1.3 材料与生态环境
由于资源过度消耗、人口激增以及环境污染等影响， 目前全球有十大环境污染问题，包括：
– 生物多样性日益减少； – 全球气候持续变暖； – 森林面积锐减； – 大气污染状况持续恶化； – 水体污染日趋严重； – 固体废弃物污染不断增加； – 酸雨蔓延； – 海洋污染日益严重； – 臭氧层不断破坏； – 土地荒漠化趋势加剧。
材料科学与工程学导论—第四章—功能材料
学
Cd，Pb
……
……
Cu-O
组
……
……
成
功能材料
超导材料
?
超
(K)
导
180
材
160
料
140
Ba-Ca-Cu-O# Hg-Ba-Ca-Cu-O
Hg-Ba-Ca-Cu-O 甲烷
Tc
120
Tl-Ba-Ca-Cu-O
Ba-Ca-Cu-O
提
100
Bi-Sr-Ca-Cu-O
高
转变温度,TC
年
80
Y-Ba-Cu-O
功能材料
纳 米 材 料 的 应 用
纳米材料
纳米TiO2光催化 纳米Ag的消毒杀菌
功能材料
约200年
约25 年 约50年
石油 天然气
煤炭
按2000年需求，主要 能源预计可开采年限
能源材料
能源危机
新能源
功能材料
能源材料
材料在新能源发展中的作用
把习用已久的能源变为新能源； 提高储能和能量转化效果； 确保新能源系统运行的安全和环境保 护，尤指核反应堆的安全和废料处理； 决定新能源的投资和运行成本；
制
备
方
球磨法
法
球磨法可以降低粉粒尺寸，固态合金化、混合或
融合，以及改变粉粒的形状。球磨法可以制备纳
米晶纯金属、不互溶体系的固溶体纳米晶、纳米
非晶、纳米金属间化合物以及纳米金属－陶瓷复
合材料等。
功能材料
纳米材料
纳 非晶晶化法
米
材
先将原料用急冷技术制成非晶薄带或薄膜，控
料
制晶化退火时间和温度，使非晶全部或部分晶
材
材料科学导论ppt课件
➢ 20世纪70年代，人们把材料科学与能源科学和 信息科学并列，称作现代文明的三大支柱
➢ 20世纪80年代，又把新材料技术、信息技术、 生物技术作为新技术革命的主要标志
9
二、材料的分类
❖ 用 途：结构材料、功能材料 ❖ 结晶状态：单晶材料、多晶材料、非晶态材料 ❖ 几何形态：三维材料、二维材料、一维材料和
11
普通陶瓷的分类
12
三、材料与人类文明
➢ 材料的发展史，就是人类社会的发展史 ➢ 材料的发展史，就是科学技术的发展史 ➢ 历史学家根据当时所使用的最重要材料来命名
早期人类时代（如：石器、青铜、铁器时代）
13
材料的发展水平和利用程度已成为人类文明 进步的标志。
14
1. 石器时代（Stone Age） （1）天然材料
31
后周（953年）沧州铁狮 （中国现存最早的大型铸件艺术品，重约40吨）
32
湖北当阳宋代铁塔 （不用砖石木料，完全用生铁铸成，重53吨，不 加焊接；形体瘦削挺拔，稳健玲珑；塔身向北倾
斜，以抵御北风）
33
钢
❖ 含碳量在0.0218~2.11%之间的铁碳合金称为钢 ❖ 冶炼温度更高，强度更高，用途更广 ❖ 距今1800年前出现了两步炼钢技术，即先炼成
材料科学和材料工程紧密联系，它们之间没 有明显的界线；在解决实际问题中，不能将科学 因素和工程因素独立考虑。
6
材料科学
设备 工艺
结构
性能 构件行为
材料工程 材料科学与工程是研究有关材料的成分、结 构和制造工艺与其性能和使用性能间相互关系的 知识及这些知识的应用，是一门应用基础科学。
7
材料科学与工程的四要素
从兴隆战国铁器遗址中发掘出了浇铸农具用 的铁模，冶铸技术已由泥砂造型水平进入铁模铸 造的高级阶段。
➢ 20世纪80年代，又把新材料技术、信息技术、 生物技术作为新技术革命的主要标志
9
二、材料的分类
❖ 用 途：结构材料、功能材料 ❖ 结晶状态：单晶材料、多晶材料、非晶态材料 ❖ 几何形态：三维材料、二维材料、一维材料和
11
普通陶瓷的分类
12
三、材料与人类文明
➢ 材料的发展史，就是人类社会的发展史 ➢ 材料的发展史，就是科学技术的发展史 ➢ 历史学家根据当时所使用的最重要材料来命名
早期人类时代（如：石器、青铜、铁器时代）
13
材料的发展水平和利用程度已成为人类文明 进步的标志。
14
1. 石器时代（Stone Age） （1）天然材料
31
后周（953年）沧州铁狮 （中国现存最早的大型铸件艺术品，重约40吨）
32
湖北当阳宋代铁塔 （不用砖石木料，完全用生铁铸成，重53吨，不 加焊接；形体瘦削挺拔，稳健玲珑；塔身向北倾
斜，以抵御北风）
33
钢
❖ 含碳量在0.0218~2.11%之间的铁碳合金称为钢 ❖ 冶炼温度更高，强度更高，用途更广 ❖ 距今1800年前出现了两步炼钢技术，即先炼成
材料科学和材料工程紧密联系，它们之间没 有明显的界线；在解决实际问题中，不能将科学 因素和工程因素独立考虑。
6
材料科学
设备 工艺
结构
性能 构件行为
材料工程 材料科学与工程是研究有关材料的成分、结 构和制造工艺与其性能和使用性能间相互关系的 知识及这些知识的应用，是一门应用基础科学。
7
材料科学与工程的四要素
从兴隆战国铁器遗址中发掘出了浇铸农具用 的铁模，冶铸技术已由泥砂造型水平进入铁模铸 造的高级阶段。
材工导论课件
steel1530kgcastiron350kgaluminum150kgzinc26kgcopper16kglead15kgmagnesium20kgrubber60kgplastic55kgglass52kg讨论汽车的材料组成采用全铝车身框架结构的奥迪a8轿车铝合金轿车车身质量占整车的50全铝车身研发和应用需求迫切与钢质车身相比铝车身还有很多技术有待发展包括成形焊接表面处理修复等国内铝材的物理力学性能与国外有差距尚无法满足冲压成形要求summaryengineeredmaterialsdependuponcompositionstructuresynthesisalloysceramicsglassescompositespolymersmaterialscanalsoamorphouscrystallinematerialsmaysinglecrystalmaterialhavingneededpropertiesmanufacturedeconomicallyusefulproductcomplicatedprocessrequiringstructurepropertyprocessingcompositionrelationships
Three chains model for material science and engineering
Goal/means (materials engineering)
Processing
Structure
Property Performance
Cause and effect (materials science)
The knowledge of principles of materials science and engineering will empower you with the fundamental concepts. These will allow you to make technically sound decisions in designing with engineered materials.
Three chains model for material science and engineering
Goal/means (materials engineering)
Processing
Structure
Property Performance
Cause and effect (materials science)
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【精品课件】材料工程与科学
•• 熱處理：在鹽水中可降低裂紋速率
•裂 •10•-8 紋 速 率 •10•-10
•m/s
•無熱處理狀態 •160ºC-1小時
•7178鋁合金在 •23ºC飽和鹽水中試驗
•增加荷重
•Adapted from Fig. 11.20(b), R.W. Hertzberg, "Deformation and Fracture Mechanics of Engineering Materials" (4th ed.), p. 505, John Wiley and Sons, 1996. (Original source: Markus O. Speidel, Brown Boveri Co.)
•-- 7150-T651 鋁合金
• (Zn,Cu,Mg,Zr)
•4 mm
PPT文档演模板
•Adapted from Fig. 11.26,
•Callister 7e. (Fig. 11.26 provided courtesy of G.H.
•Narayanan and A.G. Miller, Boeing Commercial
• 奈米材料(Nano):奈米單位10-9 m,其中奈米碳管是一項 新的發現,探具有相當高的強度與極佳的性質.
PPT文档演模板
【精品课件】材料工程与科学
實例 –人工髖關節 (Hip)移植
• 隨著年齡增長關節逐漸老化以致毀損，尤其是受荷重 較大的關節如髖關節
PPT文档演模板
•Adapted from Fig. 22.25, Callister 7e.
聚丙烯 Polypropylene 聚苯乙烯 Polystyrene（發泡聚苯乙烯即為俗稱之「保麗龍」）
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4
材料的地位和作用
材料是人类社会发展的基础和先 导，是人类社会进步的里程碑和划 时代的标志。材料和能源、信息被 称为人类社会的“三大支柱”。
5
材料的地位和作用
一种重要新材料的发现和使用， 都把人类支配自然的能力提高到一 个新水平，材料科学技术的每一次 重大突破都会引起生产技术的重大 变革，甚至引起一次世界性的技术 变革，从而把人类物质文明和精神 文明推向前进。
学 与 工
程
结构
陶瓷 电子材料 金属 高分子材料
材料科学与工程的纵向或横向分类方法
15
快乐总和宽厚的人相伴，财富总与诚信的人 伴，聪明总与高尚的人相伴，魅力总与幽默 人相伴，健康总与阔达的人相伴。人生就有 多这样的奇迹，看似比登天还难的事，有时 而易举就可以做到，其中的差别就在于非凡 信念。影响我们人生的绝不仅仅是环境，其 是心态在控制个人的行动和思想。同时，心 也决定了一个人的视野和成就，甚至一生无 你觉得自己多么了不起，也永远有人比更强
进行改革；
• 按照“四要素”原则重新构建材料科学与
工程的大材料学科。
13
基本性能效能
ba
受环境影响 （气氛 温度
受力状态）
成合分成/制备
组织结构
制备与 加工
结构效/能成分 (使用性能)
性质
理论及材料 与工艺设计
材料科学与工程的内涵
14
材料科学与工程的形成和发展 材料科学与工程
使用
材
料
四 加工
科
要 素 性能
6
材料科学与工程的形成和发展
材料科学与工程的形成与发 展，反映了学科发展从细分 到整合（综合）的基本规律。
7
材料科学与工程的形成和发展
地质
1879
矿
1888
1888
矿冶
1937
化工
采矿
1937
冶金
1966
陶瓷
社会科学
物理 物冶
物冶
化冶
力冶
1986
材 料 学
1989
M S E
1975
高分子
化学
力学
材料科学与工程的形成和发展
材料 类金 属
社
功
社
社会科学
会
会
需
陶瓷
高分子
能
型复 合
性
层 金相组织
相
能
现 象
自 然 现 象
材宏 料观 学微
观
要
成 果 反
次 分子原子
自然科学 馈
电子
输
系统
输
现
学科
入
出
象
材料和材料学
12
பைடு நூலகம்
结论：
• 不同的材料二级学科曾为社会培养了大量
的专业人才；
• 已不能满足21世纪人才培养的需求，必须
材料科学与工程导论
1
绪论
1.课程设置的意义和目的
–材料的定义与分类 –材料的地位和作用 –材料科学与工程的形成和发展 –本课程设置和北工大材料科学与工程学科改革
2.课程的内容和讲法
2
材料的定义
材料是人类用于制造机器、构
件和产品的物质，是人类赖以 生存和发展的物质基础。
3
材料的分类
金属材料 无机非金属材料 高分子材料 复合材料
材料学科的分合图
8
材料科学与工程的形成和发展
美国 MIT 矿冶及材料系名称的演变
年
系名称
1865~1879
地质与采矿工程
1879~1884
采矿工程
1884~1888 采矿工程（地质、采矿、冶金）
1888~1890
采矿与冶金
1890~1927
采矿工程与冶金
1927~1937
采矿与冶金
1937~1966
论你觉得自己多么不幸，永远有人比你更不 也许有些路好走是条捷径，也许有些路可以 你风光无限，也许有些路安稳又有后路，可
冶金
1966~1975
冶金与材料科学
1975~现在
材料科学与工程
9
材料科学与工程的形成与发展
美国大学有关材料专业的变化趋势
系 名 称 1964
1970
1985
矿物与采矿 9
7
5
冶
金 31
21
17
材
料 11
29
51
其
它 18
21
17
合
计 69
78
90
10
材料科学与工程的形成和发展
材 料 学 科 二 级 学 科 分 类 表
材料学科
钢 有 冶 金 金 无 硅高 粉 复 腐 材 复 铸 焊 铁 色 金 属 属 机 酸分 末 合 蚀 料 合 造 接
冶 金 物 材 压 非 盐子 冶 材 与 科 材
金 属 理 料 力 金 工材 金 料 防 学 料
冶 化 与 加 属 程料
护与
金 学热工材 与
工
处料工
程
理
程
11
环自
然
境
社 会
环境
材料的地位和作用
材料是人类社会发展的基础和先 导，是人类社会进步的里程碑和划 时代的标志。材料和能源、信息被 称为人类社会的“三大支柱”。
5
材料的地位和作用
一种重要新材料的发现和使用， 都把人类支配自然的能力提高到一 个新水平，材料科学技术的每一次 重大突破都会引起生产技术的重大 变革，甚至引起一次世界性的技术 变革，从而把人类物质文明和精神 文明推向前进。
学 与 工
程
结构
陶瓷 电子材料 金属 高分子材料
材料科学与工程的纵向或横向分类方法
15
快乐总和宽厚的人相伴，财富总与诚信的人 伴，聪明总与高尚的人相伴，魅力总与幽默 人相伴，健康总与阔达的人相伴。人生就有 多这样的奇迹，看似比登天还难的事，有时 而易举就可以做到，其中的差别就在于非凡 信念。影响我们人生的绝不仅仅是环境，其 是心态在控制个人的行动和思想。同时，心 也决定了一个人的视野和成就，甚至一生无 你觉得自己多么了不起，也永远有人比更强
进行改革；
• 按照“四要素”原则重新构建材料科学与
工程的大材料学科。
13
基本性能效能
ba
受环境影响 （气氛 温度
受力状态）
成合分成/制备
组织结构
制备与 加工
结构效/能成分 (使用性能)
性质
理论及材料 与工艺设计
材料科学与工程的内涵
14
材料科学与工程的形成和发展 材料科学与工程
使用
材
料
四 加工
科
要 素 性能
6
材料科学与工程的形成和发展
材料科学与工程的形成与发 展，反映了学科发展从细分 到整合（综合）的基本规律。
7
材料科学与工程的形成和发展
地质
1879
矿
1888
1888
矿冶
1937
化工
采矿
1937
冶金
1966
陶瓷
社会科学
物理 物冶
物冶
化冶
力冶
1986
材 料 学
1989
M S E
1975
高分子
化学
力学
材料科学与工程的形成和发展
材料 类金 属
社
功
社
社会科学
会
会
需
陶瓷
高分子
能
型复 合
性
层 金相组织
相
能
现 象
自 然 现 象
材宏 料观 学微
观
要
成 果 反
次 分子原子
自然科学 馈
电子
输
系统
输
现
学科
入
出
象
材料和材料学
12
பைடு நூலகம்
结论：
• 不同的材料二级学科曾为社会培养了大量
的专业人才；
• 已不能满足21世纪人才培养的需求，必须
材料科学与工程导论
1
绪论
1.课程设置的意义和目的
–材料的定义与分类 –材料的地位和作用 –材料科学与工程的形成和发展 –本课程设置和北工大材料科学与工程学科改革
2.课程的内容和讲法
2
材料的定义
材料是人类用于制造机器、构
件和产品的物质，是人类赖以 生存和发展的物质基础。
3
材料的分类
金属材料 无机非金属材料 高分子材料 复合材料
材料学科的分合图
8
材料科学与工程的形成和发展
美国 MIT 矿冶及材料系名称的演变
年
系名称
1865~1879
地质与采矿工程
1879~1884
采矿工程
1884~1888 采矿工程（地质、采矿、冶金）
1888~1890
采矿与冶金
1890~1927
采矿工程与冶金
1927~1937
采矿与冶金
1937~1966
论你觉得自己多么不幸，永远有人比你更不 也许有些路好走是条捷径，也许有些路可以 你风光无限，也许有些路安稳又有后路，可
冶金
1966~1975
冶金与材料科学
1975~现在
材料科学与工程
9
材料科学与工程的形成与发展
美国大学有关材料专业的变化趋势
系 名 称 1964
1970
1985
矿物与采矿 9
7
5
冶
金 31
21
17
材
料 11
29
51
其
它 18
21
17
合
计 69
78
90
10
材料科学与工程的形成和发展
材 料 学 科 二 级 学 科 分 类 表
材料学科
钢 有 冶 金 金 无 硅高 粉 复 腐 材 复 铸 焊 铁 色 金 属 属 机 酸分 末 合 蚀 料 合 造 接
冶 金 物 材 压 非 盐子 冶 材 与 科 材
金 属 理 料 力 金 工材 金 料 防 学 料
冶 化 与 加 属 程料
护与
金 学热工材 与
工
处料工
程
理
程
11
环自
然
境
社 会
环境