材料科学与工程学导论
材料科学与工程导论
材料科学与工程导论
材料科学与工程是一门研究材料的性能、结构、制备和应用的学科，它涉及到各种材料，包括金属、陶瓷、高分子材料和复合材料等。
材料科学与工程的发展对于现代工业、能源、医疗、环境等领域都具有重要意义。
首先，材料科学与工程的研究对象是各种材料的性能和结构。
通过对材料的组成、微观结构和宏观性能进行研究，可以揭示材料的内在规律，为材料的设计、制备和应用提供科学依据。
其次，材料科学与工程的研究内容包括材料的制备和加工技术。
材料的制备和加工技术直接影响到材料的性能和应用范围，因此对于材料的制备和加工技术的研究具有重要意义。
另外，材料科学与工程还涉及到材料的应用和性能调控。
通过对材料的应用和性能进行研究，可以开发出具有特定功能和性能的材料，满足不同领域的需求。
总的来说，材料科学与工程是一门重要的交叉学科，它涉及到多个领域，对于现代社会的发展具有重要意义。
随着科学技术的不断发展，材料科学与工程也在不断取得新的进展，为人类社会的发展做出了重要贡献。
在材料科学与工程领域，我们需要不断深化对材料的认识，推动材料科学与工程的发展，为人类社会的可持续发展做出更大的贡献。
希望通过我们的努力，能够推动材料科学与工程领域的发展，为人类社会的进步做出更大的贡献。
材料科学与工程学导论4
陶瓷材料的性能特点
力学性能
硬度
陶瓷的硬度很高，多为 陶瓷的硬度很高，多为1000Hv～1500Hv ～ 普通淬火钢的硬度500～800Hv）。陶瓷 ）。陶瓷 （普通淬火钢的硬度 ～ ）。 硬度高的原因是离子晶体中离子堆积密度大、 硬度高的原因是离子晶体中离子堆积密度大、 以及共价晶体中电子云的重叠程度高引起的。 以及共价晶体中电子云的重叠程度高引起的。 陶瓷的刚度很高。刚度是由弹性模量衡量的， 陶瓷的刚度很高。刚度是由弹性模量衡量的，而 弹性模量又反映其化学键的键能。 弹性模量又反映其化学键的键能。离子键和共价 键的键能都要高于金属键， 键的键能都要高于金属键，因此陶瓷材料的弹性 模量要高于金属材料。 模量要高于金属材料。
陶瓷材料的性能特点
电学性能
陶瓷材料是良好的绝缘体。可用于隔电的绝缘材料； 陶瓷材料是良好的绝缘体。可用于隔电的绝缘材料；陶 瓷还具有介电特性，可作为电器的介质。 瓷还具有介电特性，可作为电器的介质。陶瓷材料的介 电损耗很小，可大量制造高频、高温下工作的器件。 电损耗很小，可大量制造高频、高温下工作的器件。
陶瓷材料的物质结构
陶瓷材料的晶体缺陷
点缺陷
陶瓷材料晶体中存在的置换原子、 陶瓷材料晶体中存在的置换原子、间隙原子和空位等缺陷 称之为点缺陷。 称之为点缺陷。陶瓷材料的很多性质如导电性与点缺陷有 直接关系。此外，陶瓷材料的烧结、 直接关系。此外，陶瓷材料的烧结、扩散等物理化学过程 也与点缺陷有关。 也与点缺陷有关。
陶瓷材料的性能特点
热学性能
熔点 热容
陶瓷材料由离子键和共价键结合， 陶瓷材料由离子键和共价键结合，因此具有较 高的熔点。 高的熔点。 陶瓷材料在低温下热容小，在高温下热容增大。 陶瓷材料在低温下热容小，在高温下热容增大。
“材料科学与工程导论”——课程教学大纲
“材料科学与工程导论”——课程教学大纲课程名称：材料科学与工程导论
课程学分：3学分
课程类型：必修课
先修课程：无
一、课程目标
本课程旨在向学生介绍材料科学与工程的基本概念和原理，培养学生
对材料研究的兴趣和基本研究能力，为学生今后深入学习和开展相关研究
奠定坚实的基础。
二、教学内容
1.材料科学与工程的基本概念和发展历史
2.材料的分类和特性
3.材料结构与性能关系
4.材料的制备与加工技术
5.材料测试与表征方法
6.材料应用与发展前景
三、教学方法
本课程采用理论授课、实验操作、案例分析等教学方法相结合。
在课
堂上，教师将讲解材料科学与工程的基本概念和原理，引导学生进行讨论
和思考，并通过实验操作和案例分析培养学生的实践能力和问题解决能力。
四、教学评估与考核
1.平时成绩占总评成绩的30%，包括课堂表现、作业完成情况等。
2.期中考试占总评成绩的30%，考查学生对课程内容的理解和应用能力。
3.期末考试占总评成绩的40%，考查学生对整个课程的掌握程度。
五、教材与参考书目
教材：。
材料科学与工程导论及总结
材料科学与工程导论及总结内容：学习材料学的基本知识；主要涉及到各种材料的组成、结构、性能、应用以及它们之间的关系。
目的：材料类专业的入门课及专业基础课之一。
了解材料的基本知识，逐步扩大材料的专业知识面，培养分析和解决有关材料问题的初步能力。
1、材料的定义与分类材料是人类用来制造有用的构件、器件或物品的物质。
材料与物质的区别：①对材料而言，可采用“好”或“不好”等字眼加以评价，对物质则不能这样；②材料总是和一定的用途相的；③材料可由一种物质或若干种物质构成；④同一种物质，由于制备方法或加工方法的不同，可成为用途各异的不同类型的材料。
按化学组成和结构特点：金属材料、无机非金属材料、高分子材料、复合材料按材料性能：结构材料、功能材料按使用领域：建筑材料、电子材料、耐火材料、医用材料……2、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、能源、信息被称为人类社会的“三大支柱”。
纵观人类利用材料的历史，可以清楚地看到，每一种重要新材料的发现和应用，都把人类支配自然的能力提高到一个新的水平。
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革命，大大地加速社会发展的进程，从而把人类物质文明推向前进。
人类文明的发展史就是材料的发展史材料的发展史就是人类文明的发展史石器时代、青铜器时代、铁器时代、• • •、半导体时代新材料是高技术发展的基础，是工业革命和产业发展的先导3、材料的性质材料性质：是材料的功能特性和效应的描述，是材料对电.磁.光.热.机械载荷的反应。
材料性质描述：力学性质：强度、硬度、刚度、塑性、韧性材料在力的作用下所表现出的特性即为材料的力学性质。
（1）弹性模量弹性模量是指材料在弹性极限范围内，应力与应变（即与应力相对应的单位变形量）的比值，用E表示，即：（2）强度在外力作用下，材料抵抗变形和断裂的能力称为强度。
(有多种强度类型）材料在外力作用下发生塑性变形的最小应力叫屈服强度，用σs表示。
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。
材料科学与工程学导论—第三章—结构材料
结构材料
不锈钢中合金元素的作用
钢铁材料
合金钢
4。加入合金元素Mo、Cu等：提高钢在非氧化性酸中的 耐腐蚀能力。 5。加入合金元素Ti、Nb等：能优先同C形成稳定的碳化 物，使Cr保留在基体中，避免晶界贫Cr，提高钢的耐腐 蚀性。
6。加入合金元素Mn、N等：部分替代Ni以获得奥氏体
组织，并能提高铬不锈钢在有机酸中的耐腐蚀性。
将钢加热到适当温度，保温一定时间，然后缓慢冷却（随 炉冷却），以获得接近于平衡状态组织的热处理工艺。
结构材料
碳钢的常规热处理
温
钢铁材料
碳钢
正火
将钢件加热到AC3 和Acm以上30－50 度，保持适当时间 正火 淬火 后，在空气中冷却， 得到珠光体类组织的 热处理工艺。
度
时
间
在奥氏体状态下，空气或保护气体冷却获得珠光体均匀组 织，提高强度，改善韧性。
铝及铝合金
时效强化
l Cu在Al中的固溶度随温
α
400
温度/℃
200
5.7 α＋θ（Al2Cu） GP区固溶线
度降低而降低。500℃时 将有4％的Cu固溶在Al
中，将含4％的Al冷却到
室温，绝大部分的Cu将 以GP区和过渡相等形式
4 6
2
Cu/%
析出。
结构材料
合金元素的作用
温 度
有色金属材料
铝及铝合金
结构材料
牌号及用途
钢铁材料
碳钢
铸 钢
铸钢牌号是在数字前冠以ZG，数字代表钢中平均质量
分数（以万分数表示）。如ZG25，表示含C：0.25%。
主要用于制造形状复杂并需要一定强度、塑性和韧性的
零件，如齿轮、联轴器等。
材料科学与工程学导论 (6)
创立高分子化学的施陶丁格 Hermann Staudinger 1881一1965
The Nobel Prize in Chemistry 1953
“for his discoveries in the field of macromolecular chemistry”
2000年化学奖授予了黑格(A. J. Heeger，美国)、 马克迪尔米德(A. G. MacDiarmid，美国)和白 川英树(H. ShiraKawa，日本) 三人，他们发现 了导电聚合物。
表 三大高分子材料的比较
纤维
塑料
橡胶
分子量 加工方法
一般 1~7 万 熔融纺丝
一般 6~30 万 一般 15~30 万
挤出、注塑、 硫化交联
吹塑成型等
机械性能
高强度
介于两者之
（>35000N/cm2）
间
高模量
(>35000N/cm2)低
伸长率（<5~50%）
初始模量 很低，高弹
性形变 （500-100
高分子材料形成过程
简单流程如下：
石油、天然气、煤炭等 裂解 单体
聚合
加工
高分子聚合物
高分子材料
热塑性与热固性
热塑性塑料：受热后软化，冷却后又变硬，可重复
循环。
热固性塑料：由单体直接形成网状聚合物或通过交
联线型预聚体而形成，一旦形成交联聚合物，受热后 不能再回到可塑状态。制品不溶不熔。
优点：质轻、电绝缘、耐化学腐蚀、容易成形 加工等；
A stealth ship
A stealth ship
液晶高分子材料
强度和模量极高 液晶概念
既具有液体的流动性，又有晶体的各向异性。
材料科学与工程导论 第1章 材料与社会(1)
• 第二篇 传统材料
–第四章 金属材料 –第五章 无机非金属材料 –第六章 高分子材料 –第七章 复合材料
10
–第十二章 纳米材料
–第十三章 智能材料 • 第四篇 材料专业的设置 –第十四章 材料类专业设置
主要参考书目
许并社. 材料概论[M]. 北京: 机械工业出版社, 2012 (￥29.0元). 施惠生. 材料概论[M]. 上海: 同济大学出版社, 2009 (￥26.0元). 杜双明, 王晓刚. 材料科学与工程概论[M]. 西安: 西安电子科技大学出版 社, 2011 (￥30.0元). 郑子樵, 封孝信,方鹏飞. 新材料概论[M]. 长沙: 中南大学出版社, 2009 (￥38.0元). 徐晓虹, 等. 材料概论[M]. 北京: 高等教育出版社, 2006 (￥28.4元). 顾家琳, 等. 材料科学与工程概论[M]. 北京: 清华大学出版社, 2005 (￥32.0元). 杜彦良, 张光磊. 现代材料概论[M]. 重庆: 重庆大学出版社, 2009 (￥45.0 元). 许并社. 材料科学概论[M]. 北京: 北京工业大学出版社, 2002 (￥19.0元) .
总之，"导论"的作用已由概要介绍一篇文章或一
本书，发展到用一本书来介绍一门学科专业了。
9
本课程的主要内容
• 第一篇 概论
–第一章 材料与社会 –第二章 材料科学与工程 纲要 –第三章 材料工艺
• 第三篇 新材料
–第八章 高性能结构材料 –第九章 新能源材料 –第十章 信息功能材料 –第十一章 生物医用材料什么是“ Nhomakorabea能材料” ？
以特殊的电学性能或各种电效应作为主要性能指标的一 类材料。
1.1.2 材料的分类
材料科学与工程导论课程论文
材料科学与工程导论课程论文第一篇：材料科学与工程导论课程论文材料科学与工程导论课程论文——功能材料的发展方向通过一周紧张而又充实的导论课的学习，我对材料科学与工程专业有了一个清晰的认识，并且了解了材料领域里各个专业的方向。
材料，一个通俗的解释就是，可以用来制造有用的构件、器件或物品等的物质。
看似一个短短的解释，它却是我们日常生活密不可分。
从小的方面来说，买衣服的时候我们要仔细看看衣服的质料；身上戴的饰品的材质也是身份的象征。
从大的方面来说，火箭升空，潜艇入水，各种军事武器等等，都离不开材料的加工制备。
在20世纪人们就把信息、材料和能源誉为当代文明的三大支柱，而信息和能源是看不见摸不着的，只有材料是确确实实就在我们眼前的东西，所以说材料是人类社会赖以发展的物质基础。
而材料科学与工程是以材料、化学、物理学为基础，系统学习材料科学与工程专业的基础理论和实验技能，并将其应用于材料的合成、制备、结构、性能、应用等方面的学科。
作为一级学科的材料科学与工程，还下设三个二级学科分别是：材料物理和化学、材料学、材料加工工程。
老师主要讲了先进粉末冶金材料与技术、粉末注射成形技术、生物材料和仿生材料、功能材料等。
其中我最感兴趣的一个领域就是功能材料。
功能材料是一类具有特殊电、磁、光、热、力、化学以及生物功能的新型材料，是信息技术、生物技术、能源技术等高技术领域和国防建设的重要材料，同时也对改造某些传统产业，如农业、化工、建材等起着重要作用。
而且，功能材料种类繁多，用途广泛，是新材料领域的核心，对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用。
在全国新材料研究领域中，功能材料约占85%，所以世界各国也都十分重视功能材料技术的研究。
功能材料主要包括金属功能材料、无机非金属材料、有机功能材料、复合功能材料等。
功能材料已不再是原来的单纯利用原材料，或者凭经验和技术改进和制造材料，或者设计材料的成分和性能，而是已经向设计新材料的阶段迈进。
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
材料科学与工程导论
材料科学与工程导论1. 引言材料科学与工程是研究材料的组成、结构、性能和制备工艺的学科。
它涉及到许多领域，如化学、物理、生物学和工程学等。
材料科学与工程的开展对现代社会的各个方面都具有重要的意义，包括能源、环境、医疗、电子等。
2. 材料的分类根据材料的性质和组成，可以将材料分为金属、陶瓷、聚合物和复合材料四大类。
金属材料具有良好的导电性和导热性，常见的金属材料有铁、铜、铝等。
陶瓷材料具有高的硬度和抗腐蚀能力，常见的陶瓷材料有瓷器、玻璃等。
聚合物材料具有良好的可塑性和绝缘性能，常见的聚合物材料有塑料、橡胶等。
复合材料是由两种或更多种材料组合而成，具有综合性能优于单一材料。
3. 材料的性能材料的性能是指材料在特定条件下所表现出的特性。
常见的材料性能包括力学性能、热性能、电性能、磁性能等。
力学性能包括强度、韧性、硬度等。
热性能包括热导率、热膨胀系数等。
电性能包括导电性、介电常数等。
磁性能包括磁导率、磁饱和磁感应强度等。
4. 材料的制备工艺材料的制备工艺是指将原始材料经过一系列加工和处理步骤转变为所需的最终产品的过程。
常见的材料制备工艺包括熔炼、成型、烧结、合成等。
熔炼是将固态材料加热至熔点并冷却固化的过程。
成型是将熔融或可塑性材料加工成所需形状的过程。
烧结是将粉末材料在高温条件下进行烧结以获得致密结构的过程。
合成是在化学反响条件下将原始物质转化为目标材料的过程。
5. 材料科学的应用材料科学的应用非常广泛，几乎涉及到所有的工业和技术领域。
在能源领域，材料科学的应用可以提高电池的储能密度和光伏电池的效率。
在汽车领域，材料科学的应用可以降低汽车的重量和提高汽车的平安性能。
在医疗领域，材料科学的应用可以改善医疗器械的生物相容性和可植入性。
在电子领域，材料科学的应用可以制备出更小、更快、更节能的电子设备。
6. 材料科学的开展趋势随着科学技术的不断开展，材料科学也在不断进步。
未来的材料科学开展将更加注重材料的可持续开展和综合性能的提升。
材料科学与工程导论复习提纲part 1 + part 3
材料科学与工程导论复习提纲《概论，金属材料部分》1.什么是材料？2.什么是材料科学与工程3.传统上材料科学与工程的基本要素4.画出两种扩展模型5.材料的分类标准哪些？6.材料在社会各方面的作用7.FCC BCC HCP 结构8.什么是相图，它在材料研究开发中的作用。
9.从化学键的角度说明为什么金属材料一般都具有良好的物理、力学性能？10.根据Fe-C相图对铁基材料进行分类11.什么是有色金属，写出15种有色金属的名字和元素符号。
12.什么是稀土元素，结合电子结构说明，为什么它在各行各业种都有广泛的应用。
13.高炉炼铁，转炉炼钢的基本物理化学原理14.铝冶金流程图，由铝土矿制备Al2O3，进一步制备Al板带箔材的基本物理化学原理。
15.金属材料制备加工的一般工艺流程16.铝合金的分类，依据是什么？17.航空航天用金属结构材料的发展趋势。
18.请说明集成电路引线框架对铜合金性能有何要求。
19.钕铁硼稀土永磁材料的现状，生产工艺和投资案例分析。
20.金属材料腐蚀的种类。
21.高性能炭/炭航空刹车材料的制备技术22.简述一下我国金属材料现状和对策。
(是金属材料的生产大国，钢4亿多吨，有色金属1200万吨以上，但还不是生产强国。
依靠科技创新，发展材料的深加工，发展循环经济，注意资源的综合利用。
)23.什么叫复合材料？它的复合原理包含哪些？24.什么叫纳米材料，由于哪些效应使得纳米材料可能具有特殊性能。
25.什么叫非晶态材料（Bulk metallic glasses），它可能具有哪些特殊性能？26.什么叫生物材料，它有什么发展前景？27.我们的海量硬盘得益于一项什么科学技术，简单叙述其基本构成和原理。
最近我国材料科学家（谁）在复合材料研究方面取得了显著成绩，获得国家技术发明一等奖，结束了该奖项空缺6年的历史，这些成功范例，给予我们材料科技工作者极大的鼓舞。
结合这些事例，谈谈您对材料科学促进社会进步的认识和体会。
材料科学与工程学导论—第二章—材料“四要素”是材料研究与应用的共性基础
4）材料成分结构数据库
Fe-C phase diagram
5）材料成分结构与其它要素的关系
是材料性能的原因
是合成加工的结果
5）材料成分结构与其它要素的关系
结构是材料性能的原因
1）按统计学原理计算单位面积上的位错缺陷数目，由于截面 减小而不能满足大样本空间时，这个数值不再恒定； 2）晶体结构越来越接近无缺陷理想晶体，强度值也就越接近 于理论强度值。
熔盐电冶金
湿法冶金
．．．．．．
铁的生产过程
炼铁高炉
铝的生产过程
3 材料的制备与加工
熔炼与凝固 目的: 1. 金属的精练提纯
材料制备
2. 材料的“合金化”
3. 晶体的生长 内容:
1. 平衡凝固
2. 快速凝固
4. 区域熔炼
5. 玻璃的熔炼
3. 定向凝固
6. 熔融法提拉单晶
快速凝固
单晶Si的提拉
a—起弧； b—穿井； c—主熔化； d—熔末升温； e—精炼期
材料科学与工程导论
Engineering Science
第二章
材料“四要素”是材料研究 与 应用的共性基础
本章主要内容： 什么是材料的“四要素”？ 材料研究手段和方法
材料“四要素” 的典型案例分析
讨论环节
§2.1 什么是材料的“四要素”
使用性能
制备/加工
性质
成分/结构
材料科学与工程“四要素”
1 材料的性质
材料性质：是功能特性和效用的描述符，是材料对 电、磁、光、热、机械载荷的反应。
材料性质描述 力学性质
物理性质
电学性质 磁学性质 光学性质 热学性质
化学性质
强 硬 刚 塑 韧
材料科学与工程导论第六版william
材料科学与工程导论第六版william摘要：一、材料科学与工程的概述1.材料科学与工程的定义2.材料科学与工程的学科体系二、材料科学与工程的历史发展1.古代材料的使用2.现代材料科学的发展3.我国材料科学与工程的发展三、材料的基本性能与分类1.材料的力学性能2.材料的物理性能3.材料的化学性能4.材料的分类四、材料制备与加工技术1.材料制备的基本过程2.常见材料加工技术五、材料的性能与应用1.结构材料2.功能材料3.复合材料4.超导材料六、材料科学与工程的展望1.新型材料的研发2.可持续发展与环保材料3.材料科学与工程的跨学科发展正文：材料科学与工程专业是一门研究材料的制备、性能、加工以及应用的基础理论与实践相结合的学科。
材料科学与工程专业涵盖了金属材料、无机非金属材料、高分子材料和复合材料等领域。
材料科学与工程专业有着悠久的历史，可以追溯到古代。
随着人类社会的发展，对材料的需求不断增加，推动了材料科学的发展。
在我国，材料科学与工程的发展始于上世纪50 年代，经过几十年的发展，已经在很多领域取得了显著的成果。
材料的基本性能主要包括力学性能、物理性能和化学性能。
力学性能主要包括强度、硬度、韧性等；物理性能主要包括导电性、导热性、磁性等；化学性能主要包括耐腐蚀性、抗氧化性等。
根据这些性能，材料可分为金属材料、无机非金属材料、高分子材料和复合材料等。
材料制备与加工技术是实现材料性能与应用的关键环节。
材料制备的基本过程包括原料选择、制备方法、成型与加工等。
常见的材料加工技术有冶炼、铸造、锻造、轧制、拉拔、焊接、切削等。
材料科学与工程专业的研究领域广泛，涉及结构材料、功能材料、复合材料和超导材料等。
结构材料主要包括金属材料、陶瓷材料和塑料等，用于承载和传递力的部件；功能材料主要包括磁性材料、导电材料、光学材料等，用于实现特定功能的部件；复合材料是由两种或多种材料组合而成，兼具各种材料的优点；超导材料是指在低温下具有超导性的材料，具有很高的科研价值和应用前景。
材料科学与工程学导论
复合材料的基本理论
短纤维增韧机理
短纤维增韧复合材料的制备工艺比长纤维的简 便。通常是将长纤维剪断，再与基体粉体材料 混合、热压制得。在热压时，短纤维沿压力方 向择优取向，产生性能上的各向异性。当短纤 维的质量分数适当时，复合材料的断裂功显著 提高，从而使断裂韧性得到提高。
材料科学与工程学导论
材料科学与工程学导论
复合材料的界面
纤维增强金属基复合材料界面的类型 I。纤维与基体互不反应、互不溶解的界面。 II。纤维与基体不反应、但相互溶解的界面。 III。纤维与基体反应形成界面反应层。
材料科学与工程学导论
复合材料的界面
界面结合的类型
I。机械结合：借助增强纤维表面凹凸不平的形态而产生的
机械铰合和基体与纤维之间的摩擦阻力形成。
良好的高温性能
增强纤维的熔点都很高，并且在高温下仍具有较
高的强度
材料科学与工程学导论
纤维增强复合材料的纤维种类
纤维增强复合材料中主要的新型纤维与晶须有：
碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、氧化铝 纤维以及碳化硅晶须、氧化铝晶须等。
这些纤维与晶须的主要特点是：
密度低、强度高、弹性模量高、线膨胀系数小等 特点。
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。
材料科学与工程学导论
金属基复合材料
颗粒增强金属基复合材料
材料科学与工程导论
材料科学与工程导论一、材料的定义与分类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新材料，主要是指那些正在发展，且具有优异性能和应用前景的一类材料。
为了规范新材料的含义，一般把具备以下三个条件之一的材料称为新(1.新出现或正在发展中的具有传统材料所不具备的优良性能的材料。
如：C60 2.高技术发展需要，具有特殊性能的材料。
如：形状记忆合金 3.由于采用新技术（工艺、装备）明显提高了性能，或者出现了新的功能的材料。
如：超级钢、纳米、超导材料、智能材料、生物医用材料）分类一：按组成与结构划分（金属材料无机非金属材料高分子材料复合材料）分类二：按用途分（电子信息材料航空航天材料能源材料生物医用材料等）分类三：按性能分结构材料（高温合金、难熔金属、金属间化合物、金属基复合材料、高分子材料、钛合金、镁合金）功能材料（吸波材料、单晶硅、形状记忆材料）分类四：按应用与发展分（传统材料新材料如纳米铜、超导电缆）二、材料的地位和作用当代文明：能源材料信息新技术革命：信息技术新材料生物技术材料是人类社会发展的基础和先导1>新材料技术是工业革命和产业发展的先导两次工业革命都是以新材料的发明和广泛应用为先导第一次工业革命（18世纪）：制钢工业的发展为蒸汽机的发明和应用奠定了物质基础。
第二次工业革命（20世纪中叶以来）：单晶硅材料对电子技术的发明和应用起了核心作用。
2>新材料技术是社会现代化的先导21世纪重点发展的高技术领域的进展与趋势21世纪重点发展的高技术领域的材料选择新材料技术是高技术发展的基础21世纪重点发展的高技术领域的进展与趋势环境科学技术：探求人类与环境和谐共存方式空间科学技术：探索宇宙空间（多种用途的人货分离的新一代航天飞行器、小卫星技术、太空攻防技术）新材料科学技术：探索物质结构（纳米技术、光电子材料、光子材料、新型功能材料、新型结构材料）新能源与再生能源：实现人类可持续发展（化石能源高效清洁利用技术、新能源‘核能、氢能’和可再生能源技术、天然气水合物的开发）信息科学技术：信网络技术、宽带通信技术、半导体技术、计算机智能技术生物科学技术：探索生命本质（基因组学、蛋白质科学、干细胞及再生医学）海洋科学技术：探索海洋奥秘七大高新技术领域1.信息科学技术：正在发生结构性变革，仍然是经济持续增长的主导力量。