工程材料基础课件：(绪论)
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《材料工程基础》课件
03
无机非金属材料工程
无机非金属材料的性质
硬度
无机非金属材料的硬度通常较高，具有较好的耐 磨性和耐久性。
电绝缘性
部分无机非金属材料具有较好的电绝缘性能，常 用于电子、电气等领域。
ABCD
化学稳定性
无机非金属材料具有良好的耐腐蚀性和化学稳定 性，能够在恶劣环境下保持稳定。
热稳定性
无机非金属材料具有良好的热稳定性和隔热性能 ，能够在高温环境下保持性能稳定。
展。
04
复合化与多功能化
通过材料复合和多功能化设计， 实现材料的多重性能和功能，满
足复杂的应用需求。
材料工程的未来展望
新材料的不断涌现
随着科技的不断进步，将会有更多新 型材料不断涌现，为各领域的发展提 供更多选择和可能性。
绿色环保成为主流
随着人们对环境保护意识的不断提高 ，未来的材料工程将更加注重绿色环 保材料的研发和应用，减少对环境的 负面影响。
包括反应釜、搅拌器、管 道等。
01 03
缩聚反应
包括酯化缩聚、醚化缩聚 、缩聚反应等。
02
高分子合成方法
包括乳液聚合、悬浮聚合 、本体聚合等。
有机高分子材料的加工
加工工艺
包括压延、挤出、注射、吹塑等。
加工设备
包括混炼机、压延机、注塑机等。
加工条件
包括温度、压力、时间等。
加工助剂
包括增塑剂、润滑剂、抗氧剂等。
02
金属材料工程
金属材料的性质
金属材料的物理性质
金属材料的力学性质
包括密度、热膨胀系数、热导率等， 这些性质决定了金属材料在不同环境 下的性能表现。
包括硬度、强度、韧性、疲劳强度等 ，这些性质决定了金属材料在不同受 力条件下的行为。
材料科学基础 绪论和第一章
11924B
一、材料科学的重要地位
表0-1 人类使用材料的
11924B
二、各种材料概况
1.金属材料 2.陶瓷材料 3.电子材料、光电子材料和超导材料
11924B
1.金属材料
图0-1 汽车中各种材料的大致比例
11924B
1.金属材料
图0-2 波音767飞机所用的各种材料比例
11924B
2.陶瓷材料
第二节 原子结合键
三、混合键 解：(1) MgO 据表1-2得电负性数据XMg=1.31；XO= 3.44，代入式(1-1)得： (2) GaAs 1)得 据表1-2得XGa=1.81；XAs=2.18，代入式(1表1-3 某些陶瓷化合物的混合键特征
11924B
第二节 原子结合键
图1-8 原子间结合力 a)原子间吸引力、排斥力、合力 b)原子间 作用位能与原子间距的关系
115.tif
图1-15 利用显微镜观察材料的 组织
11924B
第四节 晶体材料的组织
图1-16 单相组织的两种晶粒形状 a)等轴晶 b)柱状晶
11924B
第四节 晶体材料的组织
二、单相组织 三、多相组织
图1-17 两相组织的一些基本组织形态
11924B
第五节
材料的稳态结构与亚稳态结构
图1-18 激活能的物理意义
11924B
第三节 原子排列方式
二、原子排列的研究方法
图1-13 X射线在原子面AA′和BB′上的衍射
11924B
第三节 原子排列方式
图1-14 X射线衍射分析示意及衍射分布图 a) X射线衍射分析示意图 b) SiO2晶体及非晶体的衍射分布图
11924B
第四节 晶体材料的组织
材料工程《材料工程基础-绪论》课件
材料工程基础多媒体课件
8
课程的主要内容
6.3 燃烧计算 6.4 燃料的燃烧理论及过程 6.5 洁净燃烧技术
材料工程基础多媒体课件
9
课程的参考资料
教 材：《材料工程基础》，徐德龙 谢峻林 主编， 武汉理工大学出版社，2008年
参考书目：《材料工程基础》，冯晓云 童树庭 袁 华 主编，化学工业出版社，2007年
《工程研究方法与测试技术》，曲祖 源 主编，武汉工业大学出版社，2005年
《流体力学泵与风机》，周谟仁 主编， 中国建筑工业出版社，1998年
《硅酸盐工业热工基础》，孙晋涛 主 编，武汉工业大学出版社，2000年
材料工程基础多媒体课件
10
课程的学时安排
材料工程基础多媒体课件
11
课程的实践教学任务
13
材料工程基础及设备多媒体课件
4 质量传递基础 4.1 传质基本概念 4.2 分子扩散传质
材料工程基础多媒体课件
7
课程的主要内容
4.3 对流传质 4.4 传质与化学反应 5 物料干燥 5.1 概述 5.2 干燥静力学 5.3 干燥速率和干燥过程 5.4 干燥技术 6 燃料及其燃烧 6.1 燃料的种类及其组成 6.2 燃料的性质
材料工程基础
绪论
一、《材料工程基础》课程的性质与任 务 二、课程的主要内容 三、课程的参考资料、学时安排 四、课程的实践教学任务 五、课程的考核方式
材料工程基础多媒体课件
《材料工程基础》课程性质与任务
材料工程基础课程是学科基础课，围绕材料 生产过程主要涉及到的工程理论，本课程主 要介绍与之相关的基本理论和基础研究方法。 通过本课程的学习，要使学生获得： 1. 工程流体力学， 2. 传热与传质基础， 3. 燃料及燃烧， 4. 工程研究基本理论与测试技术。
材料科学基础绪论PPT课件
• 材料的结构包括不同晶体结构和非晶体，以及显微镜下的微 观结构，哪些主要因素能够影响和改变结构？只有了解了这 些才能实现控制结构的目的。
• 材料的性能包括物理性能、化学性能、力学性能。 • 其内部结构包括
四个层次：①原 子结构；②结合 键；③原子的排 列方式；④显微 组织
第4页/共26页
（二）材料科学与材料工程的关系
第2页/共26页
学习料料科学基础的意义 （一）材料科学的内涵
材料科学是一个跨物理、化学等 的学科。材料科学的核心问题是材 料的组织结构（Structure）和性 能（Property）以及它们之间的关 系。右图为材料科学与工程四要素。 所以，先要了解材料的结构是什么？
第3页/共26页
材料结构关系
第24页/共26页
• 1990年美国总统的科学顾问Allany Bromley明确指出“材料科学在美 国是最重要的学科”。
• 1991年日本为未来工业规划技术列举的11项主要项目中有7项是基于先 进材料之上。
• 1986年《科学的美国人》杂志指出“先进材料对未来的宇航、电子设备、 汽车以及其他工业的发展是必要的，材料科学的进步决定了经济关键部 门增长速率的极限范围。”
• 材料科学的形成：“材料”早存在，“材料科学”提出于 20世纪60年代，1957年苏联卫星上天，美国震动很大， 在大学相继建立十余个材料科学研究中心，自此开始， “材料科学”一词广泛应用。
• 一般来讲，科学是研究“为什么”的学问，而工程是解决 “怎么做”的学问。材料科学的基础理论，为材料工程指 明方向，为更好地选择、使用材料，发挥现有材料的潜力、 发展新材料提供理论基础。
《济地的制造有用物品的物质。 材料科学是研究材料的成分、组织结构、制备工艺、加工工艺、材料 的性能与材料应用之间的相互关系的科学。材料科学是当代科学技术发展 的基础、工业生产的支柱，是当今世界的带头学科之一。纳米材料科学与 技术是20世纪80年代发展起来的新兴学科，成为21世纪新技术的主导中 心。 材料科学基础是进行材料科学研究的基础理论，它将各种材料（包括 金属、陶瓷、高分子材料）的微观结构和宏观结构规律建立在共同的理论 基础上，用于指导材料的研究、生产、应用和发展。它涵盖了材料科学和 材料工程的基础理论。
• 材料的性能包括物理性能、化学性能、力学性能。 • 其内部结构包括
四个层次：①原 子结构；②结合 键；③原子的排 列方式；④显微 组织
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（二）材料科学与材料工程的关系
第2页/共26页
学习料料科学基础的意义 （一）材料科学的内涵
材料科学是一个跨物理、化学等 的学科。材料科学的核心问题是材 料的组织结构（Structure）和性 能（Property）以及它们之间的关 系。右图为材料科学与工程四要素。 所以，先要了解材料的结构是什么？
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材料结构关系
第24页/共26页
• 1990年美国总统的科学顾问Allany Bromley明确指出“材料科学在美 国是最重要的学科”。
• 1991年日本为未来工业规划技术列举的11项主要项目中有7项是基于先 进材料之上。
• 1986年《科学的美国人》杂志指出“先进材料对未来的宇航、电子设备、 汽车以及其他工业的发展是必要的，材料科学的进步决定了经济关键部 门增长速率的极限范围。”
• 材料科学的形成：“材料”早存在，“材料科学”提出于 20世纪60年代，1957年苏联卫星上天，美国震动很大， 在大学相继建立十余个材料科学研究中心，自此开始， “材料科学”一词广泛应用。
• 一般来讲，科学是研究“为什么”的学问，而工程是解决 “怎么做”的学问。材料科学的基础理论，为材料工程指 明方向，为更好地选择、使用材料，发挥现有材料的潜力、 发展新材料提供理论基础。
《济地的制造有用物品的物质。 材料科学是研究材料的成分、组织结构、制备工艺、加工工艺、材料 的性能与材料应用之间的相互关系的科学。材料科学是当代科学技术发展 的基础、工业生产的支柱，是当今世界的带头学科之一。纳米材料科学与 技术是20世纪80年代发展起来的新兴学科，成为21世纪新技术的主导中 心。 材料科学基础是进行材料科学研究的基础理论，它将各种材料（包括 金属、陶瓷、高分子材料）的微观结构和宏观结构规律建立在共同的理论 基础上，用于指导材料的研究、生产、应用和发展。它涵盖了材料科学和 材料工程的基础理论。
材料工程基础-材料工程基础-绪论
改变材料表面的化学成分 --- 化学渗入
C+ N+ Me+
2021/3/18
浓 度
C0
表面
温
AB C
度
α α+β
心部
成分
24
表面淬火 高频淬火
材料工程基础的主要内容
三．材料表面工程 表面防护
电磁能 集肤电流 表面热能
火焰淬火
热处理
气体化学反应
表面热能
性能改变
组织改变
2021/3/18
25
表面防护
2021/3/18
22
三束表面改性
材料工程基础的主要内容
三．材料表面工程 表面改性
合 金
金 激光束 --- 组织变化
属 元
素 电子束 ---组织变化
非均细 晶匀晶 化化化
化
离子束 --- 成分、组织变化
2021/3/18
23
材料工程基础的主要内容
三．材料表面工程
化学表面改性（化学热处理）
表面改性
一．材料的制备
不同的材料制备方法分别具有不 同的材料科学基础内容，即：
冶金过程 熔炼与凝固 粉末烧结 高分子聚合
冶金物理化学 凝固学理论 烧结原理 聚合反应
2021/3/18
10
二．材料的加工
材料工程基础的主要内容
二．材料的加工
传统意义上，材料的加工范畴包括四个方面：
材料的切削：车、铣、刨、磨、切、钻
2021/3/18
20
表面改性
材料工程基础的主要内容
三．材料表面工程 表面改性
----改变材料表面的性质
➢ 三束表面改性 ➢ 化学表面改性（化学热处理） ➢ 表面淬火
机械工程材料课件绪论ppt
一、材料科学与社会发展
2. 材料科学发展与现代文明的联系
➢ 18世纪世界工业迅速发展，对材料提出了更高要求。 ➢ 1863年光学显微镜，1912年X射线衍射技术和1932年 电子显微镜等仪器出现 ➢ 金属学日趋完善，大大推动了金属材料的发展
➢
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
一、材料科学与社会发展
➢ 旧石器时代（250万年前） ➢ 人类在地球上出现之后，最早使用的工具是石头。
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
一、材料科学与社会发展
➢ 旧石器时代（250万年前） ➢ 石头——石器
第一章 机械零件（或器件）的失效分析
本章主要内容
• 过量变形 • 断裂 • 疲劳断裂 • 磨损失效 • 腐蚀失效 • 蠕变变形和断裂失效
第一章 机械零件（或器件）的失效分析
失效的基本概念
1. 零件（构件）的功能：
（1）在一定的载荷、介质、温度作用下保持一定几何形状和尺寸； （2）实现规定的机械运动； （3）传递力和能量。
2. 失效的定义和形式：
定义：零件失去设计所要求的效能即为失效。
应用前、应用中、突发
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
➢ 产业结构从劳动密集型、资金密集型向技术密集 型和知识密集型发展 ➢ 劳动对象的结构中金属材料比重下降、而无机非 金属材料、有机合成材料的比重越来越大。
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
2. 材料科学发展与现代文明的联系
➢ 18世纪世界工业迅速发展，对材料提出了更高要求。 ➢ 1863年光学显微镜，1912年X射线衍射技术和1932年 电子显微镜等仪器出现 ➢ 金属学日趋完善，大大推动了金属材料的发展
➢
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
一、材料科学与社会发展
➢ 旧石器时代（250万年前） ➢ 人类在地球上出现之后，最早使用的工具是石头。
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
一、材料科学与社会发展
➢ 旧石器时代（250万年前） ➢ 石头——石器
第一章 机械零件（或器件）的失效分析
本章主要内容
• 过量变形 • 断裂 • 疲劳断裂 • 磨损失效 • 腐蚀失效 • 蠕变变形和断裂失效
第一章 机械零件（或器件）的失效分析
失效的基本概念
1. 零件（构件）的功能：
（1）在一定的载荷、介质、温度作用下保持一定几何形状和尺寸； （2）实现规定的机械运动； （3）传递力和能量。
2. 失效的定义和形式：
定义：零件失去设计所要求的效能即为失效。
应用前、应用中、突发
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
➢ 产业结构从劳动密集型、资金密集型向技术密集 型和知识密集型发展 ➢ 劳动对象的结构中金属材料比重下降、而无机非 金属材料、有机合成材料的比重越来越大。
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
材料工程基础绪论
六、材料工程基础课程安排 第一篇 金属材料及制备加工工艺 第二篇 陶瓷材料及其制备和加工工艺
第三篇 高分子材料与复合材料的制备和加 工工艺 第四篇 材料的失效与防护
第五篇 材料工程新技术
七、材料工程基础课程的意义 1了解材料工程技术及装备 2 以教学大纲内容为基础
3 结合材料学院特色方向
4 结合地区优势资源
四、材料工程基础所涉及的三大种类
金属材料 • 优点：综合力学性能好 ；耐热，耐寒；工艺性能 好；导电、导热、磁性好。 • 缺点：能源、资源、环境问题。价格相对较高。 陶瓷材料 • 优点：硬度高，弹性模量大；耐热，绝缘性好； 电阻率高，介电损耗低。 • 缺点：脆性问题。 高分子材料 • 优点：轻、柔韧、加工方便。 • 缺点：不耐热
八、本课程的性质与特点 本课程特点 概念术语多 需要学习的知识点多 涉及相关学科多（物理学、化学、热力学 、矿物学、金属学、陶瓷学以及高分子学 等） 需要系统性化了解工艺流程
八、本课程的性质与特点
本课程性质 讲授金属材料和非金属材料的零件及毛坯的成形 过程、原理及特点的学科专业基础课程。 包括材料成形主要工艺方法中的铸造、锻压、粉 末成形、焊接和塑料、橡胶、陶瓷的成形方法以 及有关模具设计、加工、制造方面的专业知识， 并介绍国内外正在发展的成形新技术、新工艺、 新方法。 通过本课程的学习，拓宽知识面。使学生掌握各 种材料成形的基本理论和基本方法，使学生能够 根据产品的形状、结构、尺寸以及生产实际情况 ，确定合理的成形过程及方法。
提出新概念、新理论。
材料工程侧重于寻求新手段实现新材料的设计思想
并使之投入应用，二者相辅相成。
三、材料科学与材料工程的关系 材料科学基础: 将各种材料（包括金属、 陶瓷、高分子材料）的微观特性和宏观规 律建立在共同的理论基础上，用于指导材 料的研究、生产、应用和发展。它涵盖了 材料科学和材料工程的基础理论。 材料科学的基础理论，为材料工程指明方 向，为更好地选择、使用材料，发挥现有 材料的潜力、发展新材料提供理论基础。
第1章 工程材料基础
0 6）晶格常数。 晶胞中各棱边的长度，单位为A1A 1010 m 0
7）金属中常见的晶体结构 体心立方晶格：晶胞是一个正六方体，立方体的八 个角上和立方体的中心各有一个原子，如图1-2a。其原 子个数为：1 / 8 8 1 2 ，如铬、钠等。
图1-2a 体心立方晶格
面心立方晶格：晶胞是一个正六方体，立方体的八个 角上和立方体的六个面的中心各有一个原子，如图1-2b。 其原子个数为： 1 / 8 8 1 / 2 6 4，如铝，铜等。
图1-2b ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ心立方晶格
密排六方晶格：晶胞是一个正六方柱体，在六方柱体 的十二个角上和上、下底面的中心各有一个原子，在上、 下底面之间还均匀分布着三个原子如图1-2c。其原子个数 1 / 6 12 1 / 2 2 3 6 ，如镁、锌等。 为：
4）结晶过程。 晶体形核和成长过程。如图1-7所示，在 液体金属开始结晶时，在液体中某些区域形成一些有规则 排列的原子团，成为结晶的核心，即晶核 （形核过程）。 然后原子按一定规律向这些晶核聚集，而不断长大，形成 晶粒（成长过程）。在晶体长大的同时，新的晶核又继续 产生并长大。当全部长大的晶体都互相接触，液态金属完 全消失，结晶完成。由于各个晶粒成长时的方向不一，大 小不等，在晶粒和晶粒之间形成界面，称为晶界。
图1-7 结晶过程示意图
5）单晶体。 结晶后，每个晶核长成为一个晶体，称为 单晶体。
6）多晶体。 由许多外形不规则、大小不等、排列位向 不同的小颗粒晶体组成。在多晶体中，这些小颗粒晶体 叫晶粒；晶粒与晶粒之间的界面叫晶界。晶粒的大小影 响材料的力学、物理、化学性能，一般情况下，晶粒越 细，强度和硬度越高，塑性和韧性越好。因为晶粒越细 小，晶界就多，晶界处的晶体排列极不规则，界面犬牙 交错，互相咬合，因而加强了金属之间的结合力。 7 ）细晶强化。 用细化晶粒的方法来提高金属材料的力 学性能。金属凝固后的晶粒大小与凝固过程中形核的多 少和晶核长大速度有关，晶核越多，长大速度越慢，晶 粒越细。而过冷度越大，产生的晶核越多，晶核多，每 个晶核长大受到制约，形成的晶粒就越细小。
工程材料性能及应用简介绪论
变形程度。
21
材料的性能 工艺性能
5. 切削加工性：材料进行切削加工的难易程度。它与材料的
种类、成分、硬度、韧性、导热性等有关。
切削抗力 加工表面质量 排屑难易程度 切削刀具的使用寿命
6. 热处理性能：可以实施的热处理方法和材料在热处理时性
能改变的程度。
随着科技进步的发展，对材料工艺性能的评价标准也在 不断发展和变化。
• 现代国家的实力与水平主要取决于他的能源、材料、信 息的发展。
3
材料 工程技术人员学习材料科学知识的意义
评价一个设备、部件、零件的优劣或质量：①必需 保证使用的基本性能（力学、物理），具有一定的寿命 （耐 疲劳、磨损、腐蚀）；②便于制造，即可以生产出来；③ 可接受的成本。
这几点要求是相互矛盾的，但是应利用各种专业知识，从中 找到一个合理的配合，可见其中材料起到相当重要的决定性作用。
材料的工艺性能是材料力学、物理、化学性能 的综合表现。主要反映材料生产或零部件加工过程 的可能性或难易程度。
1. 材料可生产性：得到材料可能性和制备方法。 2. 铸造性：将材料加热得到熔体，注入较复杂的型腔后冷却凝
固，获得零件的方法。 流动性：充满型腔能力 收缩率：缩孔数量的多少和分布特征 偏析倾向：材料成分的均匀性
磨损的后果可能因零件尺寸变化，轻则降低传动质量， 影响部件的使用性能；重则因尺寸变小造成零件断裂。
磨损主要有磨粒磨损(切削)、粘着磨损(分子作用力)； 此外接触疲劳有人归类为磨损，也有人归为另一类损伤形式。
测定方法让两试样组成摩擦副，在设定条件(力、润滑 剂)进行一定时间的摩擦运动后，测定试样的尺寸减小值/质 量的损失值/摩擦表面外观形貌来比较不同材料的耐磨性。
在机械产品的设计和维护中，不要单看材料仅仅是图纸标 题栏中诸多内容中的一项，用的得当可以反映设计的先进性， 达到价廉物美的效果；否则，可能是一个落后的设计，或者是 闭门造车，根本上没法制造出来，甚至会隐藏祸根，导致使用 中酿成事故和灾难。
21
材料的性能 工艺性能
5. 切削加工性：材料进行切削加工的难易程度。它与材料的
种类、成分、硬度、韧性、导热性等有关。
切削抗力 加工表面质量 排屑难易程度 切削刀具的使用寿命
6. 热处理性能：可以实施的热处理方法和材料在热处理时性
能改变的程度。
随着科技进步的发展，对材料工艺性能的评价标准也在 不断发展和变化。
• 现代国家的实力与水平主要取决于他的能源、材料、信 息的发展。
3
材料 工程技术人员学习材料科学知识的意义
评价一个设备、部件、零件的优劣或质量：①必需 保证使用的基本性能（力学、物理），具有一定的寿命 （耐 疲劳、磨损、腐蚀）；②便于制造，即可以生产出来；③ 可接受的成本。
这几点要求是相互矛盾的，但是应利用各种专业知识，从中 找到一个合理的配合，可见其中材料起到相当重要的决定性作用。
材料的工艺性能是材料力学、物理、化学性能 的综合表现。主要反映材料生产或零部件加工过程 的可能性或难易程度。
1. 材料可生产性：得到材料可能性和制备方法。 2. 铸造性：将材料加热得到熔体，注入较复杂的型腔后冷却凝
固，获得零件的方法。 流动性：充满型腔能力 收缩率：缩孔数量的多少和分布特征 偏析倾向：材料成分的均匀性
磨损的后果可能因零件尺寸变化，轻则降低传动质量， 影响部件的使用性能；重则因尺寸变小造成零件断裂。
磨损主要有磨粒磨损(切削)、粘着磨损(分子作用力)； 此外接触疲劳有人归类为磨损，也有人归为另一类损伤形式。
测定方法让两试样组成摩擦副，在设定条件(力、润滑 剂)进行一定时间的摩擦运动后，测定试样的尺寸减小值/质 量的损失值/摩擦表面外观形貌来比较不同材料的耐磨性。
在机械产品的设计和维护中，不要单看材料仅仅是图纸标 题栏中诸多内容中的一项，用的得当可以反映设计的先进性， 达到价廉物美的效果；否则，可能是一个落后的设计，或者是 闭门造车，根本上没法制造出来，甚至会隐藏祸根，导致使用 中酿成事故和灾难。
大学《工程材料》课件PPT(九大章节完整版)
金属与金属、金属与非金属、非金属与非 金属都可以组成复合材料。当前主要研究 和应用的是以树脂、橡胶、陶瓷或金属为 基体，以各种纤维、粒子、片状物为增强 体组成的复合材料。
如果材料选择不当或加工不合理会给国民经 济造成重大损失，下面给大家介绍几个具体 事例：
1943年1月美国t-2型油船破断的实例属低应力脆断，类似 事件1962年澳大利亚金斯桥建成仅一年就突然断裂。
3、良好加工性能，如铸造，塑性变形，焊 接，机械加工等性能。并且通过热处理可以改变其 性能。
有机高分子材料：该类材料正以前所未有 的速度发展着。工程塑料世界年产量超过 150万吨，通过各种合成或制备技术，性 能不断提高，应用日广。有人预测，汽车 的车身不久将大部分采用塑料，每公斤工 程塑料可代替4-5公斤钢铁，而且可整体 成型，因而成本和油耗将进一步降低；有 机高分子功能材料发展更快，由于它是人 工合成的，且原料充足，可以设计出无穷 的新品种，前景十分广阔 。
青铜器时代 石器时代
复合材料时代 铁器时代
机敏/智能 材料时代
材料的分类：
按原子结构分： 1、金属材料（黑色金属，有色金属） 2、 非金属材料（有机，无机） 3、 复合材料（金属基、塑料基、陶瓷基） 按应用角度分：
1、结构材料，机械性能为主要使用性能兼 具一定物理和化 学性能，如制造机器零件的 钢材。 2、功能材料，具有特异的物理和化学功能， 如超导材料，形状记忆材料，储氢材料，激 光材料，半导体材料，纳米材料等 。
本课程基本由两部分组成
第一部分是金属学的理论基础。主要探讨 金属及合金的晶体结构和结晶过程，金属 在固态下的转变过程以及金属的塑性变形 等。这些基础知识是掌握工程材料内部结 构的变化规律和理解各类材料之间性能差 异的钥匙。
如果材料选择不当或加工不合理会给国民经 济造成重大损失，下面给大家介绍几个具体 事例：
1943年1月美国t-2型油船破断的实例属低应力脆断，类似 事件1962年澳大利亚金斯桥建成仅一年就突然断裂。
3、良好加工性能，如铸造，塑性变形，焊 接，机械加工等性能。并且通过热处理可以改变其 性能。
有机高分子材料：该类材料正以前所未有 的速度发展着。工程塑料世界年产量超过 150万吨，通过各种合成或制备技术，性 能不断提高，应用日广。有人预测，汽车 的车身不久将大部分采用塑料，每公斤工 程塑料可代替4-5公斤钢铁，而且可整体 成型，因而成本和油耗将进一步降低；有 机高分子功能材料发展更快，由于它是人 工合成的，且原料充足，可以设计出无穷 的新品种，前景十分广阔 。
青铜器时代 石器时代
复合材料时代 铁器时代
机敏/智能 材料时代
材料的分类：
按原子结构分： 1、金属材料（黑色金属，有色金属） 2、 非金属材料（有机，无机） 3、 复合材料（金属基、塑料基、陶瓷基） 按应用角度分：
1、结构材料，机械性能为主要使用性能兼 具一定物理和化 学性能，如制造机器零件的 钢材。 2、功能材料，具有特异的物理和化学功能， 如超导材料，形状记忆材料，储氢材料，激 光材料，半导体材料，纳米材料等 。
本课程基本由两部分组成
第一部分是金属学的理论基础。主要探讨 金属及合金的晶体结构和结晶过程，金属 在固态下的转变过程以及金属的塑性变形 等。这些基础知识是掌握工程材料内部结 构的变化规律和理解各类材料之间性能差 异的钥匙。
完整课件-材料科学与工程基础
目录
第一章 绪论 (Introduction) 第二章 物质结构基础 (Structure of Matter) 第三章 材料组成和结构 (Compositions and
Structures of Materials )
第四章 材料的性能 (Material Properties) 第五章 材料的制备和成型加工
1.1Definition of Materials and Historical Perspective ----Definition
• The matter (substance)，not spiritly • Webster “New International Dictionary
（1971）”:The substance or matter of which anything is made or may be made.
钢塔
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汽车与高速公路
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大江截流
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汽车工业
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飞机 结束动画图片
火箭发射
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陶瓷艺术品
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Today
The history of materials is the history of
、工件、部件和成品的初始物料，如金属、石块、木料、皮革、塑料、纸、天然
纤维和化学纤维等等。
Materials and Raw Materials(原材料)
Raw Materials: any crude, unfinished, not to obtain products，but produce materials。（having chemical changes） Materials：to obtain products.
【同济大学】【材料学院】材料科学与工程基础-绪论
1 f (E) EEF
e kBT 1
式中f(E)称为费米分布函数，EF即是费米能量或 化学势
分布函数f具有下列性质： 当T=0K, 若E<EF，f（E）=1；
而E>EF，f（E）=0； 当T >0K，若E=EF，f（E）=1/2；
而E>EF，f（E） > 0； 若E<EF，f（E） < 1
可见，当T > 0K时，在EF附近的少量电子（比EF小kBT）因 吸收热能而跃迁到能量较高的状态。在室温下kBT ≈0.025ev, 而EF有几个电子伏特，即kBT ≈10-2 EF，因此只有少量和EF接 近的电子能跃迁。
形成库柏电子对的最佳状态是： K1+ K2= K1'+ K2'=0
5、极化子 在离子晶体中，电子的运动会影响离子的平
衡位置；它吸引正离子使之内移，排斥负离子 使之外移，从而产生离子的位移极化，导致所 在区域内电子静电势的下降，出现趋于束缚电 子的势阱，构成电子的束缚态——电子的自陷 态。这可以看成是一个准粒子（电子+晶格畸 变），称为极化子
杂化轨道：原子在化合成分子的过程中，原有（能量相近） 的原子轨道线性地组合成新的原子轨道，称为杂化轨道，但 轨道数目不变，轨道在空间的分布方向和分布情况发生改变。 原子轨道经杂化后，可使成键的相对强度加大。
分子轨道：分子中每个电子是在各个原子核和其余电子组成的 势能中运动，它的运动状态可用分子轨道描述（波函数）。 分子轨道可近似地用能量相近的原子轨道组合得到。轨道数 不变，能量改变。
晶向指数是从原点出发到达某一阵点，其方向
用该阵点的坐标来表示，并取互质的最小整数倍，
微观粒子的状态用波函数ψ（r，t）描述， 当时间改变时粒子状态（波函数）将按照薛定谔 （Schrodinger）方程进行变化.
e kBT 1
式中f(E)称为费米分布函数，EF即是费米能量或 化学势
分布函数f具有下列性质： 当T=0K, 若E<EF，f（E）=1；
而E>EF，f（E）=0； 当T >0K，若E=EF，f（E）=1/2；
而E>EF，f（E） > 0； 若E<EF，f（E） < 1
可见，当T > 0K时，在EF附近的少量电子（比EF小kBT）因 吸收热能而跃迁到能量较高的状态。在室温下kBT ≈0.025ev, 而EF有几个电子伏特，即kBT ≈10-2 EF，因此只有少量和EF接 近的电子能跃迁。
形成库柏电子对的最佳状态是： K1+ K2= K1'+ K2'=0
5、极化子 在离子晶体中，电子的运动会影响离子的平
衡位置；它吸引正离子使之内移，排斥负离子 使之外移，从而产生离子的位移极化，导致所 在区域内电子静电势的下降，出现趋于束缚电 子的势阱，构成电子的束缚态——电子的自陷 态。这可以看成是一个准粒子（电子+晶格畸 变），称为极化子
杂化轨道：原子在化合成分子的过程中，原有（能量相近） 的原子轨道线性地组合成新的原子轨道，称为杂化轨道，但 轨道数目不变，轨道在空间的分布方向和分布情况发生改变。 原子轨道经杂化后，可使成键的相对强度加大。
分子轨道：分子中每个电子是在各个原子核和其余电子组成的 势能中运动，它的运动状态可用分子轨道描述（波函数）。 分子轨道可近似地用能量相近的原子轨道组合得到。轨道数 不变，能量改变。
晶向指数是从原点出发到达某一阵点，其方向
用该阵点的坐标来表示，并取互质的最小整数倍，
微观粒子的状态用波函数ψ（r，t）描述， 当时间改变时粒子状态（波函数）将按照薛定谔 （Schrodinger）方程进行变化.
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人类使用材料的七个时代的开始时间
公元前 10 万年 公元前 3000 年 公元前 1000 年
公元 0 年 公元 1800 年 公元 1950 年 公元 1990 年
石器时代 青铜时代 铁器时代 水泥时代 钢时代 硅时代 新材料时代
人类利用材料的历史，就是一部人类 进化和进步的历史。
1.2对人类社会进步的贡献
29% 42
13%
%
50
1950
1960
1970
1980
1990
2000
2010
年代
玻璃钢
芳纶
1.2对人类社会进步的贡献 复合材料
金属
射程(公里)
导弹壳体材料与射程的关系示意图
长征火箭壳体： 铝合金744Kg，碳纤维401Kg 减重343Kg，射程增加1476Km
1.3材料的发展前景
发展高技术新材料技 术及其产业化将是21世纪 经济发展的支柱性产业， 并对其它高技术起先导、 带动作用。
及其表面处理工艺；
4.了解 常用的工程材料性能与用途； 5.初步掌握 常用工程材料的选择及应用.
2课程设置的意义
课程性质重要性： 机械类工科学生必修课
机械产品的产生过程： 设计→选材→加工→装配
达到的目标：
1. 在机械产品生产设计时，初步学会材料 的选择方向及简单的材料选择；
2.在机械产品零件失效时，初步分析原因 及解决方法；
高分子材料 （聚合物）
塑料 合成纤维
橡胶
polymer materials
复合材料
• Composite Materials • 通常指二相或二相以上混合物构成
的非均匀固体材料，必须包括增强 相和基体相两种相，相和相之间靠 界面结合产生我们所需要的宏观性 能。复合材料是宇航工业部门最常 用的材料种类，它代表材料研究和 发展的方向。
两次工业革命都是以新材料 的发明和广泛应用为先导的
第一次工业革命（19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。
信息材料的发明和应用，才可能有当今的 “ 第三次革命 ”--- 信息革命的产生。现在
人类进入了一个新的时代 --- 信息时代。
1.2对人类社会进步的贡献
B-777上用的先进材料
1.2对人类社会进步的贡献
塑料10%--20% 铝合金5%--10%
其它
铁合金60%--75% 15%--20%低合金高强钢
1.2对人类社会进步的贡献
材料在战斗机减重中的比重
0
10
飞 先进的结构概念 机2040
有效载荷控制及机翼隐蔽
参考书: 金属机械性能, 金属工艺学, 加工工艺学, 工程材料学 等等。
3.学业安排及学习方法及考核
考核成绩构成
闭卷考试 平时成绩
80分 20分
（考勤、作业、实验等）
预祝大家顺利完成本课程的学习！
3.学业安排及学习方法及考核
学时： 27学时 （课内外学时比1：1） 实验：2×2学时
教 材：《工程材料》
实验报告及指导书：
《工程材料实验报告》 实验时间： 本学期等待通知
3.学业安排及学习方法及考核
教学方法：讲授(利用多媒体手段)、自学
(教材及参考书、录相片、实验课等) 。
学习方法：预习、听课、复习、作业、 整理学习笔记,自主学习。
A plate spring and a boat made from composite materials
1.2 对人类社会进步的贡献
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”。
1.2对人类社会进步的贡献
1.3材料的发展前景
21世纪重点发展的高技术领域的材料
1．信息科学技术
信息材料
2．新能源科学技术
新能源材料
3．生物科学技术
生物材料
4．空间科学技术
空间技术用材料
5．生态环境科学技术 环保材料
6．用高技术改造、更新现有材料，发展材料科学技术
2.课程设置的意义
教学内容： 研究材料内部成分、内部结构与 性能之间的关系。
陶瓷
普通陶瓷 工程陶瓷
Ceramics materials
The classification of ceramics materials
General ceramics
Special ceramics
高分子聚合物（塑料）
• Polymer是有机非金属材料，由C、 H、O等元素构成的大分子量，长分 子链化合物，为晶体或非晶体结构， 由结构决定的性能变化范围很大， 故易于受人工控制和分子水平的合 成。特点：绝缘性、耐温性低、防 腐性、易加工性、机械强度不如金 属材料。
• 特点：导电性、导热性、塑性 （延展性）、固态相变/性能。
金属材料
钢铁 有色金属
纯铁 钢 铸铁
铝合金 铜合金 镁合金
钛合金
有色金属
汽缸头
活塞(裙部为铝硅合金)
无机非金属材料（陶瓷）
Ceramic Materials 是由金属、非 金属元素通过化学键结合，属于 晶体或非晶体或两者兼有。特点： 高温性能、防腐性、高耐磨（硬 度），是本世纪材料研究开发的 重点内容。
工程材料的分类
金属材料 无机非金属材料 高分子材料 复合材料
• Materials in Manufacturing
•
1
Metals
•
2 Ceramics
•
3 Polymers
•
4 Composites
金属材料
• 金属材料(Metal Materials)通常 由一种或多种金属/非金属元素 组成，具有金属晶体结构。
绪论
1. 材料的科学地位和作用
• 材料的定义与分类 • 材料对人类社会进步的贡献 • 材料的发展前景
2.课程设置的意义
• 教学内容 • 教学目的 • 课程性质及重要性
3.学业安排、学习方法及考核
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。
1.1 材料的定义与分类
1. 工程材料各种性能指标； 2. 工程材料基础知识； 3. 常用的工程材料强化方式及其表面
处理工艺； 4. 常用的工程材料性能与用途； 5. 常用工程材料的选择及应用.
2.课程设置的意义
教学目的：
1.了解 工程材料各种要求性能指标； 2.了解 工程材料基础知识； 3.了解 常用的工程材料强化方式
公元前 10 万年 公元前 3000 年 公元前 1000 年
公元 0 年 公元 1800 年 公元 1950 年 公元 1990 年
石器时代 青铜时代 铁器时代 水泥时代 钢时代 硅时代 新材料时代
人类利用材料的历史，就是一部人类 进化和进步的历史。
1.2对人类社会进步的贡献
29% 42
13%
%
50
1950
1960
1970
1980
1990
2000
2010
年代
玻璃钢
芳纶
1.2对人类社会进步的贡献 复合材料
金属
射程(公里)
导弹壳体材料与射程的关系示意图
长征火箭壳体： 铝合金744Kg，碳纤维401Kg 减重343Kg，射程增加1476Km
1.3材料的发展前景
发展高技术新材料技 术及其产业化将是21世纪 经济发展的支柱性产业， 并对其它高技术起先导、 带动作用。
及其表面处理工艺；
4.了解 常用的工程材料性能与用途； 5.初步掌握 常用工程材料的选择及应用.
2课程设置的意义
课程性质重要性： 机械类工科学生必修课
机械产品的产生过程： 设计→选材→加工→装配
达到的目标：
1. 在机械产品生产设计时，初步学会材料 的选择方向及简单的材料选择；
2.在机械产品零件失效时，初步分析原因 及解决方法；
高分子材料 （聚合物）
塑料 合成纤维
橡胶
polymer materials
复合材料
• Composite Materials • 通常指二相或二相以上混合物构成
的非均匀固体材料，必须包括增强 相和基体相两种相，相和相之间靠 界面结合产生我们所需要的宏观性 能。复合材料是宇航工业部门最常 用的材料种类，它代表材料研究和 发展的方向。
两次工业革命都是以新材料 的发明和广泛应用为先导的
第一次工业革命（19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。
信息材料的发明和应用，才可能有当今的 “ 第三次革命 ”--- 信息革命的产生。现在
人类进入了一个新的时代 --- 信息时代。
1.2对人类社会进步的贡献
B-777上用的先进材料
1.2对人类社会进步的贡献
塑料10%--20% 铝合金5%--10%
其它
铁合金60%--75% 15%--20%低合金高强钢
1.2对人类社会进步的贡献
材料在战斗机减重中的比重
0
10
飞 先进的结构概念 机2040
有效载荷控制及机翼隐蔽
参考书: 金属机械性能, 金属工艺学, 加工工艺学, 工程材料学 等等。
3.学业安排及学习方法及考核
考核成绩构成
闭卷考试 平时成绩
80分 20分
（考勤、作业、实验等）
预祝大家顺利完成本课程的学习！
3.学业安排及学习方法及考核
学时： 27学时 （课内外学时比1：1） 实验：2×2学时
教 材：《工程材料》
实验报告及指导书：
《工程材料实验报告》 实验时间： 本学期等待通知
3.学业安排及学习方法及考核
教学方法：讲授(利用多媒体手段)、自学
(教材及参考书、录相片、实验课等) 。
学习方法：预习、听课、复习、作业、 整理学习笔记,自主学习。
A plate spring and a boat made from composite materials
1.2 对人类社会进步的贡献
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”。
1.2对人类社会进步的贡献
1.3材料的发展前景
21世纪重点发展的高技术领域的材料
1．信息科学技术
信息材料
2．新能源科学技术
新能源材料
3．生物科学技术
生物材料
4．空间科学技术
空间技术用材料
5．生态环境科学技术 环保材料
6．用高技术改造、更新现有材料，发展材料科学技术
2.课程设置的意义
教学内容： 研究材料内部成分、内部结构与 性能之间的关系。
陶瓷
普通陶瓷 工程陶瓷
Ceramics materials
The classification of ceramics materials
General ceramics
Special ceramics
高分子聚合物（塑料）
• Polymer是有机非金属材料，由C、 H、O等元素构成的大分子量，长分 子链化合物，为晶体或非晶体结构， 由结构决定的性能变化范围很大， 故易于受人工控制和分子水平的合 成。特点：绝缘性、耐温性低、防 腐性、易加工性、机械强度不如金 属材料。
• 特点：导电性、导热性、塑性 （延展性）、固态相变/性能。
金属材料
钢铁 有色金属
纯铁 钢 铸铁
铝合金 铜合金 镁合金
钛合金
有色金属
汽缸头
活塞(裙部为铝硅合金)
无机非金属材料（陶瓷）
Ceramic Materials 是由金属、非 金属元素通过化学键结合，属于 晶体或非晶体或两者兼有。特点： 高温性能、防腐性、高耐磨（硬 度），是本世纪材料研究开发的 重点内容。
工程材料的分类
金属材料 无机非金属材料 高分子材料 复合材料
• Materials in Manufacturing
•
1
Metals
•
2 Ceramics
•
3 Polymers
•
4 Composites
金属材料
• 金属材料(Metal Materials)通常 由一种或多种金属/非金属元素 组成，具有金属晶体结构。
绪论
1. 材料的科学地位和作用
• 材料的定义与分类 • 材料对人类社会进步的贡献 • 材料的发展前景
2.课程设置的意义
• 教学内容 • 教学目的 • 课程性质及重要性
3.学业安排、学习方法及考核
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。
1.1 材料的定义与分类
1. 工程材料各种性能指标； 2. 工程材料基础知识； 3. 常用的工程材料强化方式及其表面
处理工艺； 4. 常用的工程材料性能与用途； 5. 常用工程材料的选择及应用.
2.课程设置的意义
教学目的：
1.了解 工程材料各种要求性能指标； 2.了解 工程材料基础知识； 3.了解 常用的工程材料强化方式