材料科学与工程的内涵及发展历程(ppt 33页)
材料科学与工程的科学内涵
材料科学与工程的科学内涵首先，材料科学与工程研究的对象是材料。
材料是构成各种物体的基本元素，它们的性质直接影响着材料的应用。
材料科学与工程致力于研究不同材料的性质和行为，并通过调整材料的组织结构和配方，以实现对材料性能的改善和优化。
其次，材料科学与工程研究的目的是揭示材料的本质规律。
通过对材料的性质、结构和制备工艺的研究，揭示材料与其性能之间的关系，为合理设计和选择材料提供科学依据。
同时，材料科学与工程也探索材料的微观世界，揭示材料的基本单位（如原子、分子、晶体等）的结构和性质，从而深入理解材料的本质规律。
第三，材料科学与工程的研究方法多样。
材料的性质和行为涉及到多个层次和尺度，包括从宏观到微观的各个层面。
因此，材料科学与工程采用了多种不同的研究手段和方法，如物理实验、化学合成、计算模拟、力学测试等。
这些研究方法相互结合，形成了一个较为完整的材料研究体系。
第四，材料科学与工程的应用广泛。
材料是现代科技的基础和支撑，几乎涉及到所有领域，如能源、环境、医疗、交通、通信等。
材料科学与工程研究的成果广泛应用于制造业和相关领域，为社会经济的发展和人类文明的进步提供重要支撑。
最后，材料科学与工程是一个不断发展的学科。
随着科学技术的不断进步和人类社会的不断需求，材料科学与工程一直处于不断探索和创新的过程中。
新材料的出现和应用，新制备工艺的开发，材料性能的优化等都需要不断地进行研究和探索，以满足社会的需求。
总之，材料科学与工程的科学内涵是通过对材料性质、结构、制备和应用的研究，揭示材料的规律，实现材料性能的优化和应用的创新。
它是以材料为研究对象的一门交叉学科，具有广泛的应用前景和深入研究的需要。
材料科学和工程导论PPT(16张)
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8、世上的事，只要肯用心去学，没有一件是太晚的。要始终保持敬畏之心，对阳光，对美，对痛楚。
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9、别再去抱怨身边人善变，多懂一些道理，明白一些事理，毕竟每个人都是越活越现实。
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10、山有封顶，还有彼岸，慢慢长途，终有回转，余味苦涩，终有回甘。
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11、人生就像是一个马尔可夫链，你的未来取决于你当下正在做的事，而无关于过去做完的事。
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4、世界上只有想不通的人，没有走不通的路。将帅的坚强意志，就像城市主要街道汇集点上的方尖碑一样，在军事艺术中占有十分突出的地位。
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5、世上最美好的事是：我已经长大，父母还未老;我有能力报答，父母仍然健康。
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6、没什么可怕的，大家都一样，在试探中不断前行。
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7、时间就像一张网，你撒在哪里，你的收获就在哪里。纽扣第一颗就扣错了，可你扣到最后一颗才发现。有些事一开始就是错的，可只有到最后才不得不承认。
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18、无论是对事还是对人，我们只需要做好自己的本分，不与过多人建立亲密的关系，也不要因为关系亲密便掏心掏肺，切莫交浅言深，应适可而止。
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19、大家常说一句话，认真你就输了，可是不认真的话，这辈子你就废了，自己的人生都不认真面对的话，那谁要认真对待你。
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20、没有收拾残局的能力，就别放纵善变的情绪。
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15、如果没有人为你遮风挡雨，那就学会自己披荆斩棘，面对一切，用倔强的骄傲，活出无人能及的精彩。
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16、成功的秘诀在于永不改变既定的目标。若不给自己设限，则人生中就没有限制你发挥的藩篱。幸福不会遗漏任何人，迟早有一天它会找到你。
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17、一个人只要强烈地坚持不懈地追求，他就能达到目的。你在希望中享受到的乐趣，比将来实际享受的乐趣要大得多。
材料科学与工程学科的发展历程和趋势
材料科学与工程学科的发展历程和趋势本页仅作为文档页封面，使用时可以删除This document is for reference only-rar21year.March材料科学与工程学科发展历程和趋势摘要：本文结合国内几所高校材料学科的具体实例，综述了材料科学与工程学科的国内外发展的历史进程，讨论了材料科学与工程学科的发展趋势，同时展望了材料科学与工程学科在未来的发展前景。
关键词：材料科学与工程，发展历程，趋势AbstractIn this paper,on the basis of practice of materials science and engineering discipline in several domestic universities, the development process of materials science and engineering at home and abroad were reviewed, and the development trend of this discipline were discussed. Meanwhile, the prospect of this subject in the future were prospected.Keywords:materials science and engineering,development process,trend1 引言上个世纪70年代以来，人们把信息、材料和能源作为社会文明的支柱。
80年代又把新材料、信息技术和生物技术并列为新技术革命的重要标志。
随着科学技术的高速发展，新技术、新产品及新工艺对新材料的要求越来越强烈，也促进了当代材料科学技术的飞速发展。
现在，材料学科及教育的重要性已被人们认识，国内外许多工科院校及综合性大学都相继成立了材料科学与工程学院（系）。
2 材料科学与工程学科发展历程“材料科学”这个名词在20世纪60年代由美国学者首先提出。
材料科学与工程专业介绍ppt【精品-ppt】(共48张PPT)
0713 材料科学类
(注:可授理学或工学学士学位)
071301 材料物理
071302 材料化学
0802 材料类
教授 1
博士
教授
博士
教授
博士
副教授
博士
副教授
博士
副材料科学与工程对社会发展的影响
1、“四要素”与结构 071302 材料化学
军事、体育类课程（教育部要求——健康保障）
（2） 电子衍射分析 ；
充分利用课堂时间
社出会的对 第材一料条科S-学N曲与线工，程开人辟才了的材要料求、组织与性成能分间（关系组的成）
新结构转化为材料与结构的演化过程
1.主要基础、公共课程设置
2.1、“材料科学基础”课程简介
2.2、材料工艺学
该课程目前是材料科学以及其它材料学 相关专业的专业基础课程，其教学内容包括 ：工艺技术、基础原理和环境保护三部分， 涉及传统材料和新型材料。有大量的实验内 容。是各种专业课的基础课程。
080201 冶金工程
080202 金属材料工程
080202 无机非金属材料 工程
080204 高分子材料与工程
本科新旧专业对照
071301 材料物理
071303W 矿物岩石材料
071302 材料化学
080201 钢铁冶金 080202 有色金属冶金
080203 冶金物理化学 080213W 冶金
提纲
工业的迅猛发展要求与之相适应的科学技术与专门人才：十七 世纪中叶英国成立了皇家学会，之后又在大学设立工程学科，大大 促进了科技人才的培养和发展。在冶金/材料领域：
材料科学与工程学科的发展历程和趋势
材料科学与工程学科的发展历程和趋势材料科学与工程学科是一门研究材料的结构、性能、制备与应用的学科，它在现代工业、技术和经济中具有重要作用。
在过去的几十年里，材料科学与工程学科经历了快速发展，取得了许多重要的成果。
本文将介绍材料科学与工程学科的发展历程和当前的趋势。
在材料科学与工程学科的早期发展阶段，主要关注材料的基本特性和性能。
材料科学家们研究不同材料的化学成分和晶体结构，理解它们与其他物质的相互作用和反应机制。
研究人员利用实验和计算方法来研究材料的性能，包括力学性能、电学性能、热学性能等。
这种材料基础研究的发展为后续的应用研究奠定了基础。
随着科学技术的发展，材料科学与工程学科逐渐从基础研究转向应用研究。
材料科学家们开始开发新的材料，以满足不同领域的需求。
例如，在航空航天领域，需要耐高温、高强度和轻质的材料；而在能源领域，需要高效率、环保的材料；在生物医学领域，需要生物相容性的材料等。
为了满足这些需求，研究人员发展了许多新的制备方法和加工工艺，例如熔融法、溶液法和固相反应法等。
材料科学与工程学科逐渐从单一材料研究向多功能材料研究转变。
近年来，材料科学与工程学科的发展进入了一个全新的阶段，主要集中在新型材料的研究和应用。
新型材料包括纳米材料、生物材料、高分子材料等。
纳米材料具有特殊的物理和化学性质，广泛应用于电子、光电子、信息存储和传感等领域。
生物材料被广泛应用于医疗健康领域，如人工器官、组织工程和药物输送系统。
高分子材料有很强的可塑性和导电性，被广泛应用于塑料、橡胶和纤维等领域。
此外，材料科学与工程学科还开始关注可再生材料、智能材料和环境友好材料等方向的研究。
随着科技的进步，材料科学与工程学科还面临许多挑战。
首先是确保材料的可持续发展。
由于人口增长和资源短缺等问题，材料科学家们需要寻找可替代的材料，以减少资源的消耗和环境的污染。
其次，材料科学与工程学科需要与其他学科进行跨学科合作，以实现更快速、高效的材料研发与创新。
材料科学与工程ppt课件
整理ppt
6
Mechanical property of materials
Stress and strain Elastic deformation Modulus Viscoelasticity Permanent deformation Strength Fracture
true stress and strain should be computed from actual load, cross-sectional area,
and gauge len整gt理hpmpt easurements.
25Βιβλιοθήκη 同一拉伸实验中，工程应力（或名义 应力）与真实应力比较哪个数值大？
Compression stress-stain tests may be conducted when in-service forces are of this type. A com-pression test is conducted in a manner similar to the tension test, except that the force is compressive and the specimen contrasts along the direction of the stress.
整理ppt
7
第四章 内容
4-1 固体材料的机械性能
4-2 材料的热性能
4-3 材料的电学性能 4-4 材料的磁学性能 4-5 材料的光学性能
4-6 材料的耐腐蚀性
4-7 复合材料的性能
4-8 纳米材料整理及ppt效应
材料科学与工程的内涵及发展历程
因此材料科学与工程是密不可分的两个学科， 是一个整体。偏重于基础理论方面的就称为材料 科学、偏重于工艺方面的的就称为材料工艺（铸、 锻、焊、热处理）。
世界上第一部《材料科学与工程百科全书》 是在1986年由英国Pergamon出版社陆续出版，该 书对材料科学与工程下的定义是：
研究有关材料组织、结构、制备工艺流程与 材料性能和用途关系的生产及其应用。
材料科学的四要素与四面体
材料科学是科学技术中的重要学科，是一门影 响国民经济全局的综合科学技术，主要研究各种材 料结构与性能之间的关系，即集中了解材料的本质、 提出相关的理论和描述，说明材料结构是如何与其 成分、性能以及行为相联系的。
近年来，国内外材料界把材料的组成与结构、 合成与生产过程、性质（或性能）以及使用性能称 为材料科学的四个基本要素，把它们连接在一起， 便形成一个四面体。
材料科学这一名词出现之前，金属材料、陶 瓷材料高分子材料包括后来出现的复合材料的发 展是分别进行的，彼此之间互不相关，自成体系。 但到了20世纪60～70年代，为满足科学研究和生 产对高性能材料的需要，人们发现如果在把眼光 只局限在“小材料”的区域内，思路难以开阔。 不同类型材料，无论是理论基础、研究方法还是 生产手段，都存在一些相似之处，它们可以互相 借鉴、互相补充，取长补短，从而促使“小材料” 领域的发展，于是到了20 世纪80 年代诞生了材料 科学与工程学科。
Materials Tetrahedron
Properties
Performance
Composition/ Microstructure
Synthesis/ Processing
1 Composition/Microstructure
从不同层次（尺度）上对材料的成分、结构进 行深入了解，这是材料科学的基础部分。
材料科学与工程的四个基本要素 教学PPT课件
显微结构
• 大部分金属和合金的力学性能受晶粒大小的影响很大， 晶粒和晶界是晶态材料显微结构特征的一部分。
• 通常，室温下，较细的晶粒具有较高的强度。材料很多 重要的性质也受到显微结构显著的影响。
• 10-8 ～10-6 m (10～1000 nm)。
材料原子间结合能与热膨胀系数之间的关系
• 材料的热膨胀系数（CTE）定义为 =(1/L)(dL/dT), 即材料在给定方向上的尺度L 随温度T 的升高而增加，其反映了材料尺寸随温度的变化。该宏观性质也与材料原 子间的键强有关。
• 材料中原子间结合能和原子间距的曲线形状反映了化学键的强度，进而反映了材料 热膨胀系数的大小。曲线越陡峭，最小值越低，其线性热膨胀系数越小。
范德华键 －分子之间的作用力
由于极化所产生的分子之间的静电作用力，较弱，作 用能在几十kJ/mol以下。
特征： 1. 由于极化，分子之间产生微量静电荷 2. 无方向性，但受分子大小的影响 3. 弱键 (是强键的1/100; <10 kcal/mol) 4. 氢键是范德华键的一种
氢键——范德华键的一种
纳米结构
• 纳米氧化铁(5～10 nm) 颗粒分散在液体中，制备铁磁流体和液态磁体， 用于扩音器的传热冷却。
• 10-9 ～ 10-7 m (1～100 nm)。
显微结构
• 大部分金属和合金的力学性能受晶粒大小的影响很大，晶粒和晶界是晶 态材料显微结构特征的一部分。
• 通常，室温下，较细的晶粒具有较高的强度。材料很多重要的性质也受 到显微结构显著的影响。
• 材料的结构决定材料的性能。 材料结构的描述：
1. 宏观组织结构: 1000,000 nm 2. 微观显微结构: 10 ～1000 nm 3. 纳米结构: 100nm 4. 键合结构: 原子/离子间的化学键 5. 原子结构: 原子的电子结构
【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
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•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.
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【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
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•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」）
材料科学与工程的发展
材料科学与工程的发展材料科学与工程是一门研究材料结构、性能、制备和应用的跨学科领域。
随着科技的不断进步和社会的不断发展，材料科学与工程在各个领域都扮演着重要的角色。
本文将从材料科学与工程的发展历程、当前的研究热点以及未来的发展趋势等几个方面进行论述。
一、发展历程材料科学与工程的起源可以追溯到人类最早的使用和加工材料的时期。
随着人类文明的进步，人们对材料的需求也越来越高。
在古代，人们主要使用天然材料，如石头、木材等。
随着冶金技术的发展，金属材料得到了广泛应用。
到了现代，随着科学技术的突飞猛进，材料科学与工程逐渐成为一个独立的学科。
从传统材料研究到新材料的开发，材料科学与工程的领域不断拓展，取得了众多的科研成果。
二、当前研究热点目前，材料科学与工程的研究热点主要包括新材料的研发、功能材料的应用以及材料性能的改进等方面。
首先，新材料的研发是当前的研究重点之一。
随着科技的进步，人们对材料性能的要求越来越高，因此需要不断开发出具有新特性和多功能性的材料。
比如，高温超导材料、光电材料、纳米材料等都是当前研究的热点领域。
其次，功能材料的应用也是一个重要的方向。
功能材料是指具有特殊功能或特点的材料，如智能材料、光伏材料等。
这些材料在电子、光电、能源等领域有着广泛的应用前景。
此外，材料性能的改进也是当前研究的热点之一。
通过改变材料的微观结构和组织，可以提高材料的力学性能、耐磨性、导电性等。
三、未来发展趋势材料科学与工程在未来将继续迎来新的发展机遇和挑战。
首先，材料的多样化和功能化将成为一个重要的方向。
随着科技的进步和社会的需求变化，人们对材料的要求将更加多样化。
未来的材料不仅需要具备传统的基本性能，还需要具备更多的特殊功能，如可再生能源材料、智能感知材料等。
其次，材料的可持续发展将成为一个重要的发展方向。
随着资源的日益紧张和环境污染的加重，绿色环保的材料制备和利用将成为未来的重点。
此外，材料的跨学科研究也将越来越受重视。
材料科学与工程概述
材料科学与工程概述第1节材料科学与工程概述1.1.1材料科学的内涵材料科学就是从事对材料本质的发现、分析认识、设计及控制等方面研究的一门科学。
其目的在于揭示材料的行为，给予材料结构的统一描绘或建立模型，以及解释结构与性能之间的内在关系。
材料科学的内涵可以认为是由五大要素组成，他们之间的关联可以用一个多面体来描述（图1-1）。
其中使用效能是材料性能在工作状态（受力、气氛、温度）下的表现，材料性能可以视为材料的固有性能，而使用效能则随工作环境不同而异，但它与材料的固有性能密切相关。
理论及材料与工艺设计位于多面体的中心，它直接和其它5个要素相连，表明它在材料科学中的特殊地位。
材料科学的核心内容是结构与性能。
为了深入理解和有效控制性能和结构，人们常常需要了解各种过程的现象，如屈服过程、断裂过程、导电过程、磁化过程、相变过程等。
材料中各种结构的形成都涉及能量的变化，因此外界条件的改变也将会引起结构的改变，从而导致性能的改变。
因此可以说，过程是理解性能和结构的重要环节，结构是深入理解性能的核心，外界条件控制着结构的形成和过程的进行。
材料的性能是由材料的内部结构决定的，材料的结构反映了材料的组成基元及其排列和运动的方式。
材料的组成基元一般为原子、离子和分子等，材料的排列方式在很大程度上受组元间结合类型的影响，如金属键、离子键、共价键、分子键等。
组元在结构中不是静止不动的，是在不断的运动中，如电子的运动、原子的热运动等。
描述材料的结构可以有不同层次，包括原子结构、原子的排列、相结构、显微结构、结构缺陷等，每个层次的结构特征都以不同的方式决定着材料的性能。
物质结构是理解和控制性能的中心环节。
组成材料的原子结构，电子围绕着原子核的运动情况对材料的物理性能有重要影响，尤其是电子结构会影响原子的键合，使材料表现出金属、无机非金属或高分子的固有属性。
金属、无机非金属和某些高分子材料在空间均具有规则的原子排列，或者说具有晶体的格子构造。
材料科学与工程
材料科学与工程材料科学与工程是一门研究各种材料性能和应用的学科，其涉及的领域广泛且具有重要意义。
本文将对材料科学与工程的基本概念、发展历程以及应用前景进行探讨。
1.引言材料科学与工程是一门跨学科的学科，涉及物理学、化学、工程学等多个领域。
其研究目的是发现新材料、改进已有材料，并将其应用于实际生产和生活中。
2.材料科学的基本概念材料科学是研究材料的组成、结构、性质以及其与环境和应力相互作用的学科。
其主要任务是通过对材料进行实验和理论研究，揭示材料的微观结构与宏观性能之间的关系。
3.材料工程的基本概念材料工程是将材料科学的研究成果应用于工程实践中的学科。
它涉及材料的设计、制备、加工和性能测试等方面，旨在开发出具有特定性能和功能的材料，满足工程领域的需求。
4.材料科学与工程的发展历程材料科学与工程的发展历程可以追溯到人类最早使用和加工材料的时代。
从最早的石器时代，到金属时代的到来，再到现代的复合材料和纳米材料的发展，材料科学与工程经历了长期的积累和演进。
5.材料科学与工程的应用领域材料科学与工程在众多领域中发挥着重要作用。
例如，微电子领域的集成电路、光电子领域的光纤通信、能源领域的太阳能电池等，都依赖于材料科学与工程的发展。
6.材料科学与工程的未来发展随着科技的不断进步，材料科学与工程的前景也越发广阔。
人们对功能性材料、可持续发展材料等的需求不断增加，这将进一步推动材料科学与工程的研究与应用。
7.结论材料科学与工程作为一门重要的学科，对于推动社会经济发展具有不可替代的作用。
通过不断的研究和创新，我们可以期待在材料领域取得更多的突破和进展。
在本文中，我们对材料科学与工程的基本概念进行了介绍，并对其发展历程以及未来的应用前景进行了分析。
通过深入了解材料科学与工程的重要性和研究方向，我们可以更好地把握未来的发展趋势，并为实践中的材料应用提供创新和支持。
材料科学与工程专业介绍-PPT课件
材料，微晶玻璃、激光晶体等先进晶体材料。 五、高性能复合材料，如碳纤维、玄武岩纤维等高性能纤维及 可用于飞机结构、人工韧带以及用于火箭外壳等碳纤维增强复 合材料。 六、前沿新材料，如纳米粉体材料、石墨烯、超导材料及原料 、智能材料等。
信息材料 新能源材料
新材料
生物医用材料
纳米材料 超导材料 智能材料
B787 共用复合材料50%左 右,其密度仅为116g/cm3, 全 机主要结构均将采用复合 材料制成, 除机翼、尾翼前 缘(防鸟撞) ,发动机挂架(防 高温) 外几乎看不到金属。 其他如机翼、机身、垂尾 发房、地板梁、部分舱门、 整流罩等。甚至还包括了 起落架后撑杆、发动机机 匣、叶片等部位。较B767 降低成本30% 。
纳米技术应用：
纳米材料添加到聚合物基体中可提高 其拉伸强度、抗冲强度、模量等力学 性能。 如在尼龙6中加入4.2％的MMT，拉 伸强度提高6倍，弹性模量提高1倍。 硅酸盐-环氧树脂纳米复合材料的
贮能模量在玻璃化区提高了360%，
在橡胶化区提高了450%。
碳纳米管
纳米管强化的陶瓷材料的断裂韧度是常规氧化铝的5倍，
信息材料
微电子材料 光电子材料 信息材料 存储和显示材料
光纤传输材料 传感材料
磁性材料
这些材料及其产品支撑着通信、计算机、家电与网络技术等现 代信息产业的发展。我国的信息材料和产业在无机非线性人工 晶体方面研究水平一直保持国际领先地位，激光晶体材料接近 世界先进水平，介质陶瓷材料也与世界先进水平相当。
新材料发展状况 学科状况 专业培养目标 课程设置 学制、学位、毕业去向 人才引进 实验室建设
一、新材料发展状况
2019年我国新材料产业总产值要达到2万亿元，年均 增长率超过25%。
材料科学与工程的内涵及发展历程课件
借助化学合成方法制备新材料，并研究其组成、结构和性能关系。
生物学与材料科学
利用生物学原理和方法，开发具有生物活性的医用材料和生物仿生 材料。
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CHAPTER 06
材料加工成型技术
液态成型技术
铸造
通过熔融金属或合金，将其倒入模具中冷却 凝固，得到所需形状的零件或构件。
锻造
加热金属坯料至适当温度，利用冲击力或压力改变 其形状和尺寸，提高材料的力学性能和内部组织。
焊接
通过加热或加压，使两个或多个金属工件在 界面处达到原子间的结合，实现永久性连接 。
01
掌握材料科学与工程的基本概念、基本原理和基本方
法。
02 了解材料科学与工程的历史、现状和发展趋势。
03
培养运用材料科学与工程知识解决实际问题的能力，
具备从事材料科学与工程相关工作的基本素质。
CHAPTER 02
材料科学与工程基础
原子结构与键合方式
原子结构
原子由原子核和电子组成，原子 核包含质子和中子，电子在核外 运动形成电子云。
高分子材料分类
塑料、橡胶、纤维、高分子胶粘剂、高分子涂料等。
复合材料制备工艺及原理
复合材料制备工艺
层叠法、注塑法、浸渍法、压制法等。
VS
复合材料制备原理
通过物理或化学方法将两种或两种以上的 材料结合在一起，形成具有优异性能的新 材料。例如，碳纤维增强复合材料具有高 强度、高刚度、轻质化等特点，被广泛应 用于航空航天、汽车、体育器材等领域。
电镀、喷涂等表面处理技术提升金属的耐腐蚀性、美 观度等。
CHAPTER 05
非金属材料及其制备工艺
绪论03材料科学与工程的内涵
材料科学基础第0 章0.3 材料科学与工程的内涵材料科学与工程的内涵一、材料科学的形成二、材料科学的特点与内涵三、材料科学与工程的内涵四、课程教学内容定义研究材料的组成、结构与性质的关系材料科学(Materials Science)的提出是20世纪60年代的事。
1957年苏联人造卫星上天，美国朝野上下为之震惊，认为自己落后的主要原因之一是先进材料落后，于是在一些大学相继成立了十余个材料科学研究中心。
从此材料科学这个名词便广泛使用了。
事实上，“材料科学”的形成也是科学技术发展的结果。
6•20世纪50年代产生于美国•1958年美国伊利诺伊州(Illinois)西北大学招收材料科学研究生•1957年Frankel教授开设《材料性能原理》(principles of the properties of materials)•1964年美国已有11所大学有材料科学系•20世纪60年代材料科学引入欧洲，1962年英国北威尔士大学•1978年浙江大学成立材料科学与工程系•1993年我校成立材料科学与工程系材料科学属于一门交叉学科•材料科学三个重要属性1. 多学科交叉，它是物理学、化学、冶金学、金属学、陶瓷、高分子化学、及计算科学相互融合与交叉的结果2.是一种与实际应用结合非常密切的科学3.是一个正在发展中的科学材料科学属于一门交叉学科•固体物理，无机化学，有机化学，物理化学等学科的发展，以及对材料结构的深入研究，推动了对材料本质的了解；•冶金学、金属学、陶瓷学、高分子科学等的发展也使得对材料本身的研究大大加强，从而对材料制备、结构和性能，以及它们之间的相互关系的研究也愈来愈深入，为材料科学的形成打下了比较坚实的基础。
9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研究材料的组成（composition）、结构(Structure)和性能(Property)以及它们之间的关系。
所以，先要了解组成、结构是什么？组成不同，性能不同组成影响性能举例合金类型性质工业纯铁性软、延性极好，不能作为机械材料使用钢随着碳含量增加，钢的强度硬度直线上升，但塑性、韧性急剧下降铸铁强度低、较好的切削、减磨、销震功能•材料中原子的排列方式，以及显微镜下的微观结构，即显微结构。
材料科学与工程的科学内涵
材料科学与工程的科学内涵材料0903 200922082 侯雪原材料科学与工程简称MSE是Materials Science And Technology的缩写,属于国家一级学科.提纲：1、社会经济的发展与材料科学与工程学科演变之间的关系2、材料科学与材料工程学科是伴随着社会发展对材料研究的需要而形成和发展的。
3、材料科学与工程科学内涵一,社会经济的发展与材料科学与工程学科演变之间的关系在人类社会的发展过程中,材料的发展水平始终是时代进步和社会文明的标志.人类和材料的关系不仅广泛密切，而且非常重要。
事实上,人类文明的发展史,就是一部如何更好地利用材料和创造材料的历史。
同时，材料的不断创新和发展，也极大地推动了社会经济的发展。
在当代，材料、能源、信息是构成社会文明和国民经济的三大支柱,其中材料更是科学技术发展的物质基础和技术先导.以下从三个方面来分析社会经济发展与材料科学与工程学科发展之间的密切关系。
1。
社会经济的发展对材料学科的发展始终发挥着巨大的推动作用材料是人类社会进步的象征，也是社会经济发展的结果。
传统材料不仅为现代社会大量使用，同时在高新技术的推动和社会经济发展的要求下，其性能不断提高,满足了不同层次的社会需求。
近代的两次工业革命，给社会创造出巨大的财富，促进了社会经济的巨大发展。
随着石油天然气的广泛应用，促进了高分子材料产品的石化工业迅速发展，于20世纪30年代形成了高分子学科，高分子材料发展至今，已经渗透到人类社会生活的方方面面。
进入21世纪以后，新时期国民经济可持续发展对高分子材料的发展提出了更高的要求.在材料科学与工程学科领域中，高分子学科与金属材料学科、无机非金属学科并列成为材料学科的重要分支。
传统材料不仅为现代社会大量使用，同时在高新技术的推动和社会经济发展的要求下，其性能不断提高，满足了不同层次的社会需求。
近代的两次工业革命，给社会创造出巨大的财富，促进了社会经济的巨大发展。
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例1 马氏体相变最先是金属学家提出的，是钢热 处理的理论基础。后来在氧化锆陶瓷中也发现了 这一现象，现已被成功的用于陶瓷增韧。
例2 溶胶－凝胶法，最早是一种玻璃制备工艺， 现已成为一种制备纳米陶瓷粉的主要工艺。
例3 挤压机，开始主要是用来对金属进行冷挤压 加工以强化金属，后来把该设备用来挤压某些高分 子材料，制成纤维材料，同样使强度得到大幅度的 提高。陶瓷材料的成型也可使用挤压的方法。研究 生产设备的通用性不但可节约资金，更重要的是能 得到相互启发和借鉴，加快新材料的研制步伐。
Materials Tetrahedron
Properties
Performance
Composition/ Microstructure
Synthesis/ Processing
1 Composition/Microstructure
从不同层次（尺度）上对材料的成分、结构进 行深入了解，这是材料科学的基础部分。
材料科学基础结束语
大连交通大连材料科学与工程学院
1 材料科学与工程的兴起和发展历程 2 材料科学与工程的内涵与特点 3 新世纪材料科学工作者面临的任务和挑战
1 材料科学与工程的兴起和发展历程
一、材料学科的发展
从历史上看，材料学科的金学→材料科学或材 料科学与工程（MSE）
因此材料科学与工程是密不可分的两个学科， 是一个整体。偏重于基础理论方面的就称为材料 科学、偏重于工艺方面的的就称为材料工艺（铸、 锻、焊、热处理）。
世界上第一部《材料科学与工程百科全书》 是在1986年由英国Pergamon出版社陆续出版，该 书对材料科学与工程下的定义是：
研究有关材料组织、结构、制备工艺流程与 材料性能和用途关系的生产及其应用。
2 材料科学与工程的内涵与特点
材料科学－－研究材料的组成、结构和性能之间 的关系。
材料工程－－研究材料在制备、处理加工过程中 的工艺和各种工程问题（包括加工设备）。
材料科学是一门面向生产实际、为经济建设 服务的应用科学，在掌握了材料组成、结构对性 能的影响规律的基础上，必需通过合理的工艺流 程，以最低的成本大批量的生产出质量稳定有实 用价值的材料来，这就是材料科学与工程的内涵。
4 Performance
使用性能又称服役性能，是指材料制成零件 或产品后在使用过程中所表现出的行为，通常以 有效寿命、安全可靠程度、成本、加工费用来衡 量。使用性能和材料的性能既紧密联系又相互区 别，材料的性能是使用性能的基础，材料的性能 是在实验室中按人为规定的条件测试出来的，和 零件的使用条件不一样，服役条件的改变会影响 到材料的性能。
这四个要素密切相关，对它们的研究特别是研
究它们之间的相互关系，就构成了材料科学与工程 的核心。材料科学工作者的任务就是研究这四个要 素以及它们之间的相互关系，在此基础上进一步改 善现有材料的性能，提高质量，挖掘它们的潜力， 并根据生产实际的需要研制新材料。
3 新世纪材料科学工作者面临的任务和挑战
材料科学的四要素与四面体
材料科学是科学技术中的重要学科，是一门影 响国民经济全局的综合科学技术，主要研究各种材 料结构与性能之间的关系，即集中了解材料的本质、 提出相关的理论和描述，说明材料结构是如何与其 成分、性能以及行为相联系的。
近年来，国内外材料界把材料的组成与结构、 合成与生产过程、性质（或性能）以及使用性能称 为材料科学的四个基本要素，把它们连接在一起， 便形成一个四面体。
2 Synthesis/Processing
制备从本质上讲，是用一定的手段将材料中的 原子、分子按照要求重新进行排列、组合，以达到 实际所需要的性能。加工则是指将原料变成所需要 的形状，即成型。不同的制备和加工工艺会改变材 料的性能。
3 Properties
性质也称为材料的固有性能，它赋予材料的 价值和可应用性，包括材料本身具有的力学性能、 物理性能和化学性能。
冶炼
工业原料
进一步加工
工程材料
制造加工
产品
使用失效
废料
这种模式对资源和环境造成了极大的破坏和 浪费，因为材料的生产和加工既是资源消耗大户， 又是能源消耗大户，同时也是环境污染的主要来 源。1994年以来，我国工业固体废弃物年排放量 达6.17亿吨，并以年8％的速率增长，2000年，已 达10亿吨。其中主要有冶炼渣、矿渣、废钢铁、 废有色金属、废玻璃、废旧建筑材料、废塑料、 废汽车等，化学燃料燃烧过程中排放的SO2、NO 和CO2分别达到2000余万、1000余万和20余亿吨。
材料生产使用的这种单向循环模式必然造成 资源紧缺→能源浪费→环境污染的严重后果，是 一种恶性循环。
材料消费使用的双向循环模式。
资源开采
冶炼
地球
原材料
工业原料
进一步加工
无害化处理或综合利用
工程材料
产品
废料
制造加工
使用失效
长期以来，材料科学与工程界是以追求最大
限度发挥材料的性能和功能为目标，一切研究和 工艺都是围绕如何提高材料的性能而展开的，对 于资源、环境问题考虑很少或是根本没有考虑， 更不用说考虑材料的环境协调性问题了。在面临 全球经济必须可持续发展的今天，这一传统观念 必须彻底改变。
二、材料科学与工程的兴起是历史的必然
材料科学这一名词出现之前，金属材料、陶 瓷材料高分子材料包括后来出现的复合材料的发 展是分别进行的，彼此之间互不相关，自成体系。 但到了20世纪60～70年代，为满足科学研究和生 产对高性能材料的需要，人们发现如果在把眼光 只局限在“小材料”的区域内，思路难以开阔。 不同类型材料，无论是理论基础、研究方法还是 生产手段，都存在一些相似之处，它们可以互相 借鉴、互相补充，取长补短，从而促使“小材料” 领域的发展，于是到了20 世纪80 年代诞生了材料 科学与工程学科。
一、 改进制备工艺，提高现有材料的质量（超级 钢）。
二、研制新材料。新材料技术已被世界各发达国 家列为三大高新技术之一，争相投入巨资研究。
三、材料的生产、使用与可持续发展。
长期以来，人们形成了传统的材料生产使 用的固定模式，即资源开采→生产加工→消费 使用→报废丢弃的单向循环模式。
地球
资源开采
原材料