材料科学与工程导论样本
材料科学和工程导论(ppt 16页)
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”。
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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
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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。
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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
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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。
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材料科学与工程的形成和发展
材料科学与工程概论1导论_
在工业革命时期，人类掌握了更多的科学技术，铁中 的碳氧化可以得到钢，钢铁时代来临了。
混凝土的广泛使用完全改变了土木工程，人类的建筑 结构发生了革命性的改变。
， 铝材料的广泛使用 使人们迎来了航空时代。
硅的半导体特性的发现，使计算机大量普及，这是信 息时代来临的基础。材料的进步，带动了人类社会的 进步。
7、材料主要发展趋势
（1）材料科学技术更加注重多学科的交叉与综合； （2）材料的合成及制备科学技术已经并将进一步得
到人们的高度重视； （3）材料表征和评价科学技术是新材料发展的重要
基础； （4）材料设计与性能预测科学技术发展迅速； （5）纳米材料科学技术的发展特别引人关注；
（6）新材料向高性能、低成本和复合化、集成化、低 维化、智能化方向发展；一大批重大的、影响深远的 新材料相继涌现，对社会发展和人们生活水平的提高 发挥重要作用；
镍氢电池
出于镉有毒，镍镉高容量可再充式电池因 废电池处理复杂已处于被淘汰的阶段。因此金 属氢化物镍氢电池发展迅速，基本化学过程是：
NiOH
1 2
H2
放电
充电
Ni(OH )2
纳米材料
纳米是长度单位，大小为十亿分之一米 （10-9m），当材料的微粒小到纳米尺寸时，材料的性能就会
发生显著变化。
多样的碳纳米材料
材料科学与工程概论
材料专业导论 材料科学与工程导论
材料科学与 工程概论
高分子材料
材料之美~~
硼氮共掺杂石墨纳米管封装中空过渡 金属氧化物(tmo)纳米
绪论
1 、 什么是材料？ 2 、 材料科学与工程（MSE） 3、材料科学与工程的研究内容 4 材料的分类 5、MSE的研究方法 6 、材料科学研究现状 7、材料科学技术的主要发展趋势
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
材料专业导论作文范文模板
材料专业导论作文范文模板英文回答：Materials Science and Engineering Introduction (MS&E)。
Materials science and engineering (MS&E) is adiscipline that combines the study of the properties and behavior of materials with the skills to design and manufacture new materials for specific applications. MS&E professionals are involved in a wide range of industries, including aerospace, automotive, electronics, and healthcare.The study of materials science and engineering begins with an understanding of the atomic and molecular structure of materials. This knowledge is used to explain the physical and chemical properties of materials, as well as their behavior under different conditions of temperature, stress, and strain. MS&E professionals also learn about the principles of materials processing, which are used tocreate new materials with specific properties.MS&E is a challenging but rewarding field that offers a wide range of career opportunities. Graduates with a degree in MS&E can work in a variety of roles, including research and development, design, manufacturing, and sales. They can also find employment in a variety of industries, from aerospace to healthcare.中文回答：材料学和工程导论。
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
无机非金属材料的磁学性能
磁性无机材料一般是含铁及其它元素的复合氧化物，通常称为铁氧体 亚铁磁性
高分子材料的磁学性能 1、大多数体系为抗磁性材料 2、顺磁性仅存在于两类有机物 含有过渡金属 含有属于定域态或较少离域的未成对电子 （不饱和键、自由基等）
材料科学与工程的内涵
组成要素： 成分 结构 合成加工 使用效能
是各学科综合发展的必然结果
固体物理、无机有机化学、物理化学
物质结构 和性质
冶金学、金属学陶瓷学、高分子学
材料的制备 结构与性能
金属材料、高分子材料与陶瓷材料之间的共性规律
材 料 科 学
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。
韧性表征和意义
断裂韧性：抵抗裂纹失稳扩展而断裂的能力。 断裂：裂纹产生，扩展超过临界尺寸，失稳快速扩展断裂。
KI 应力场强因子 KIC 临界应力场强因子 裂纹扩展的临界状态对应的场强因子，代表材料的断裂韧性。
KI 应力场强因子 外加应力
决定电导率的基本参数 parameters 载流子类型 charge carrier—— 电子、空穴、正离子、负离子 载流子数 charge carrier density----n, 个/m3 载流子迁移率 electron mobility
导电聚合物的应用
理想情况下，导电聚合物具有金属导电性，且重量轻、易加工、材料来源广等特点 。 用作电极、电磁波屏蔽、抗静电材料等 半导体器件和发光器件方面得应用 聚合物电池、电致变色显示器、 电化学传感器、场效应管、 聚合物发光二极管（LED）
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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
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–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。
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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
材料科学与工程学导论 (4)
加强交通建设管理，确保工程建设质 量。14: 12:0614:12:0614:12Sunday, October 25, 2020
安全在于心细，事故出在麻痹。20.10.2520.10.2514: 12:0614:12:06October 25, 2020
踏实肯干，努力奋斗。2020年10月25日下午2时12分 20.10.2520.10.25
碳钢的分类
1。按碳的质量百分数分：低碳钢（C：≤0.25％） 中碳钢（C：0.25％≤ C ≤ 0.6％） 高碳钢（C：＞0.6％）
含碳量越高，硬度、强度越大，但塑性降低
2。按钢的质量分（主要是杂质硫、磷的含量）： 普通碳素钢（S ≤0.055％，P ≤0.045％) 优质碳素钢（S ≤0.040％，P ≤0.040％) 高级优质碳素钢（S ≤0.030％，P ≤0.035％)
铁及铁基合金
铁碳合金中碳的存在形式
间隙固溶与铁 化合态的渗碳体 游离态的石墨
亚稳态，在一定条件下分解 为铁和石墨
稳定态，可以从铸铁溶液中 析出，也可以从奥氏体中析出
铁及铁基合金
铸铁的种类 根据石墨化程度的不同，铸铁的类型和组织也不同。
灰口铸铁 白口铸铁
各种铸铁的力学性能 见表3－4，P43
麻口铸铁
合金元素的作用
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。
铁及铁基合金
3。按用途分：碳素结构钢：主要用于桥梁、船舶、建筑构件、机器零件等 碳素工具钢：主要用于刀具、模具、量具等
材料科学与工程学导论 (6)
专注今天，好好努力，剩下的交给时 间。20.12.2720.12.2703:0303:03:4903:03:49Dec-20
牢记安全之责，善谋安全之策，力务 安全之 实。2020年12月27日 星期日3时3分49秒Sunday, December 27, 2020
聚乙烯生产线
聚氯乙烯（PVC）
聚苯乙烯（PS）
PS保温板
PS光纤
氟塑料
是各种含氟塑料的总称。
聚四氟乙烯（PTFE）。1950年首先由杜邦公 司投产。有“塑料王”之称。
是高结晶度聚合物，无熔融态，分解温度400 ℃ ，可 在260 ℃以下长期下使用，耐低温达-200 ℃ ，力学 性能优异。光滑不粘，摩擦系数极小，具有自润滑性。 耐化学腐蚀性极强，耐强酸、强碱、有机溶剂，能耐 王水及沸腾的氢氟酸。具有塑料中最好的电绝缘性能。
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
聚氯乙烯（PVC）保鲜膜存在的问题
聚合物盘基片
性能要求
高的透光率、光学纯度、尺寸稳定性和热变 形温度，较好的机械性能和加工性能、低的 双折射和成本等。
主要材料：
聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、 改性双酚A环氧树脂、非晶态聚烯烃等
功能高分子材料
医用高分子 导电高聚物 液晶高分子 智能聚合物 高吸水性树脂等等
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。
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。
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材料科学与工程导论图片分享材料科学与工程导论论文预览通过一周密集充实的入门课程，对材料科学与工程专业有了清晰的认识，了解了材料领域各专业的方向。
一个流行的解释是，材料可以用来制造有用的组件、设备或物品。
看似很短的解释，却和我们的日常生活密不可分。
从小的角度来说，买衣服的时候要仔细看衣服的材质:我们佩戴的首饰的材质也是一种身份的象征。
从大的方面来说，火箭发射、潜艇发射、各种军事武器等等都离不开材料的加工和准备。
20世纪，人们把信息、材料、能源作为当代文明的三大支柱，但信息和能源是无形的，只有材料才是真正摆在我们面前的，所以材料是人类社会发展的物质基础。
材料科学与工程是以材料、化学、物理为基础，系统研究材料科学与工程的基础理论和实验技能，并应用于材料的合成、制备、结构、性能和应用的学科。
材料科学与工程作为一级学科，也有材料物理与化学、材料科学和材料加工工程三个二级学科。
老师主要讲了先进粉末冶金材料与技术，粉末注射成型技术，生物材料与仿生材料，功能材料等等。
我最感兴趣的领域之一是功能材料。
专业介绍材料科学与工程专业专业简介：*材料科学与工程属于工学里材料类之中的一个一级学科，材料科学与工程专业是研究材料成分、结构、加工工艺与其性能和应用的学科。
在现代科学技术中，材料科学是国民经济发展的三大支柱之一。
主要专业方向有金属材料、无机非金属材料、高分子材料、耐磨材料、表面强化、材料加工工程等。
专业课程：*物理化学、材料物理化学、量子与统计力学、固体物理、材料学导论、材料科学基础、材料物理、材料化学、材料力学、材料工艺与设备、钢的热处理等。
学科要求：*该专业对化学科目要求较高。
该专业适合对材料研究感兴趣的学生就读。
考研方向：*材料科学与工程、材料工程、材料学、材料加工工程、材料物理与化学就业方向：*本专业学生毕业后可以到材料及高分子复合材料成型加工、高分子合成、化学纤维、新型建筑装饰材料、现代喷涂与包装材料、陶瓷、水泥、家用电器、电子电气、汽车厂、钢铁企业、石油化工、制造企业、航天航空等企业从事设计、新产品开发、生产管理、市场经营及贸易部门工作，也可以到高等学校、科研单位从事科学研究与教学工作，还可以到政府部门从事行政管理、质量监督等工作。
(建筑工程管理)材料科学与工程导论
（建筑工程管理）材料科学与工程导论材料科学和工程导论壹、材料的定义和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壹类材料。
为了规范新材料的含义，壹般把具备以下三个条件之壹的材料称为新(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：C602.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）分类壹：按组成和结构划分（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：按应用和发展分（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新材料技术是工业革命和产业发展的先导俩次工业革命都是以新材料的发明和广泛应用为先导第壹次工业革命（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。
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和趋势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和趋势环境科学技术：探求人类和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壹代航天飞行器、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）新能源和再生能源：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。
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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, 可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.据当前已知的考古资料, 中国的陶器制作至少已80 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, 经过不同的加工工艺也能够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。
* 性能: 工程材料的性能主要是指材料的使用性能和工艺性能。
一使用性能: 材料的使用性能是指在服役条件下, 能保证安全可靠工作所必备的性能, 其中包括材料的力学性能、物理性能和化学性能。
①力学性能:主要包括工程材料的强度、硬度、塑性、韧性、蠕变和疲劳性能。
②物理性能:主要包括工程材料的熔点、密度以及电、磁、光和热性能。
③化学性能:是指工程材料在环境作用下的耐腐蚀和抗老化性能。
( 一) 、力学性能——材料在外加载荷( 外力或能量) 作用下或载荷环境因素( 温度、介质和加载速率) 联合作用下表现出来的行为。
－主要是指材料在力的作用下抵抗变形和开裂的性能。
机械设计中应首先考虑材料的力学性能。
通俗地讲力学性能决定了在多大和怎样形式的载荷条件下而不致于改变零件几何形状和尺寸的能力。
指标:弹性、塑性、韧性、强度、硬度和疲劳强度等。
1、材料的强度(strength)—材料所能承受的极限应力。
物理意义:材料在载荷作用下抵抗变形和破坏的能力。
抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度、抗扭强度等。
公式: σ=P/F
o 单
位: 单位: MPa(MN/mm 2 )
( 1)
屈服强度σs( yield strength) 和条件屈服强度σ0.02
a: σs=Ps/Fo ( σs代表材料开始明显塑性变形的抗力,是设计和选材的主要依据之一。
)
Ps-试样屈服时的载荷( N ) σs = ( M pa ) F0 - 试样原始横截面积( mm 2 )
b: σ0.2条件屈服强度 P0.2 - 试样产生0.2%残余塑性变形时的载荷(N) σ0.2 = ( M pa )
S0-试样原始横截面积( mm 2
) 脆性材料: σb=σs 灰口铸铁
( 2) ．抗拉强度( tensile strength )
σb=Pb/Fo 材料被拉断前所承受的最大应力值( 材料抵抗外力而不致断裂的极限应力值) 。
Pb - 试样断裂前的最大载荷(N) σb = ( M pa )
S0- 试样原始横截面积( mm 2 )
( 3) 疲劳强度σ-1 ( fatigue strength)
a: 疲劳现象: 承受载荷的大小和方同随时间作周期性变化, 交变应力作用下, 往往在远小于强度极限, 甚至小于屈服极限的应力下发生断裂。
b: 影响因素: 循环应力特征、温度、材料成分和组织、夹杂物、表面状态、残余应力
2、塑性 (plasticity):－材料在载荷作用下产生塑性变形而不被破坏的能力。
* 延伸率( specific elongation) : 指试样拉断后的标距伸长量Lk-L0
与原始标距L0之比。
( 二) 物理性能
1.热容: 材料在温度升高1℃时所吸收的热量叫做热容。
一克( g) 物质的热
容也叫比热容。
2.电磁学性能
( 1) 导电性R＝ρL／S( 电阻率: ρ 电导率: 1/ρ)
( 2) 磁性
a: 物质接磁性分类: 抗磁性物质顺磁性物质铁磁性物质
b: 磁化强度M＝X·H X: 磁化率( 或磁化系数)
c: 导磁率 B＝μ·H ( μ: 介质导磁率)
d: 磁弹回线和矫顽。
( 三) 化学性能
二．工艺性能:材料的工艺性能是指材料的可加工性。
利用材料的加工工艺能够将未经成型的坯料加工成要状和性能. 常见的加工工艺有: ①铸造②焊接和胶接③热处理④机械加工⑤粉末冶金⑥塑性加工。
1.3 材料的分类: 金属材料陶瓷材料高分子材料复合材料
1. 金属材料: 金属是具有正的电阻温度系数的物质, 一般具有良好的导电性、导热性、延展性、高的密度和高的光泽。
2. 陶瓷材料: 金属和非金属元素间的化合物。
具有很高的强度和硬度, 较低的导电、导热性, 延性、成型性及耐冲击性都很差。
极好的耐高温和耐腐蚀特性,还有一些独特的光学、电学。
3. 高分子材料: 非金属原子共有电子而构成大分子材料称为高分子材料。
每个大分子由许多结构相同的单元相互连接而成, 因此高分子材料又称为聚合物。
它具有较高的强度、良好的塑性、较强的耐腐蚀性、绝缘性和低密度等优良性能。
4. 复合材料:由两种或两种以上材料组成的, 其性能是它的组成材料所不具备的。
复合材料可能具有非同寻常的刚度、强度、高温性能和耐蚀性
第一章金属和合金的晶体结构
结构: 原子结构原子的空间排列显微组织
金属的定义:金属是具有正的电阻温度系数的物质, 一般具有良好的导电性、导热性、延展性、高的密度和高的光泽。
结合力:当原子靠近到一定程度时, 原子间会产生较强的作用力
§1.1 金属原子间的键合特点
金属键: 共有价电子→电子云→键无方向性和饱和性
性能特点:
1)良好的导电性及导热性;
2)正的电阻温度系数;
3)良好的强度及塑性;
4)特有的金属光泽;
结合力与结合能
吸引力: 正离子与负离子(电子云)间静电引力,长程力
排斥力:正离子间、电子间的作用力, 短程力
结合力＝吸引力＋排斥力;结合能＝吸引能＋排斥能
原子间必须保持一定的平衡距离, 这是固态金属中的原子趋于规则排列的重要原因。
§1.2 非晶体的特点是: ①结构无序; ②物理性质表现为各向同性; ③没有固定的熔点; ④热导率( 导热系数) 和膨胀性小;
晶体的主要特点是: ①结构有序; ②物理性质表现为各向异性; ③有固定的熔点; ④在一定条件下有规则的几何外形。
原子半径: 晶胞中原子密度最大方向相邻两原子之间距离的一半。
晶胞中所含原子数: 一个晶胞内真正包含的原子数目。
配位数: 晶体结构中与任一原子最近且等距的原子数。
致密度:晶胞中原子所占体积分数: K = n v/ V , n为晶胞所含原子数, v为单个原子体积, V为晶胞体积。
§1.3 合金相结构
合金;两种或两种以上金属元素, 或金属元素与非金属元素, 经熔炼、烧结或其它方法组合而成并具有金属特性的物质
组元;组成合金最基本的独立的物质, 一般组元就是组成合金的元素。
相;是合金中具有同一聚集状态、相同晶体结构, 成分和性能均一, 并以界面相互分开的组成部分
固溶体: 合金的组元经过溶解形成一种成分及性能均匀的、且结构与组元之一相同的固相, 称为固溶体。
与固溶体结构相同的组元为溶剂, 另一组元为溶质。
固溶体的分类:1.置换固溶体2.间隙固溶体
固溶体的性能:经过形成固溶体而产生晶格畸变, 使金属强度和硬度提高的现象称为固溶强化。
§1.4 金属晶体缺陷;点缺陷又称零维缺陷;线缺陷;面缺陷。
在多相组织中, 具有不同晶体结构的两相之间的分界面称为相界。