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United 1 材料科学与工程

材料在我们的文化中比我们认识到的还要根深蒂固。如交通、房子、衣物，通讯、娱乐和食物的生产，实际上，我们日常生活中的每一部分都或多或少地受到材料的影响。历史上社会的发展、先进与那些能满足社会需要的材料的生产及操作能力密切相关。实际上，早期的文明就以材料的发展程度来命名，如石器时代，铜器时代。早期人们能得到的只有一些很有限的天然材料，如石头、木材、粘土等。渐渐地，他们通过技术来生产优于自然材料的新材料，这些新材料包括陶器和金属。进一步地，人们发现材料的性质可以通过加热或加入其他物质来改变。在这点上，材料的应用完全是一个选择的过程。也就是说，在一系列非常有限的材料中，根据材料的优点选择一种最适合某种应用的材料。直到最近，科学家才终于了解材料的结构要素与其特性之间的关系。这个大约是过去的 60 年中获得的认识使得材料的性质研究成为时髦。因此，成千上万的材料通过其特殊的性质得以发展来满足我们现代及复杂的社会需要。很多使我们生活舒适的技术的发展与适宜材料的获得密切相关。一种材料的先进程度通常是一种技术进步的先兆。比如，没有便宜的钢制品或其他替代品就没有汽车。在现代，复杂的电子器件取决于所谓的半导体零件.

材料科学与工程有时把材料科学与工程细分成材料科学和材料工程学科是有用的。严格地说，材料科学涉及材料到研究材料的结构和性质的关系。相反，材料工程是根据材料的结构和性质的关系来设计或操纵材料的结构以求制造出一系列可预定的性质。从功能方面来说，材料科学家的作用是发展或合成新的材料，而材料工程师是利用已有的材料创造新的产品或体系，和/或发展材料加工新技术。多数材料专业的本科毕业生被同时训练成材料科学家和材料工程师。“structure”一词是个模糊的术语值得解释。简单地说，材料的结构通常与其内在成分的排列有关。原子内的结构包括介于单个原子间的电子和原子核的相互作用。在原子水平上，结构包括原子或分子与其他相关的原子或分子的组织。在更大的结构领域上，其包括大的原子团，这些原子团通常聚集在一起，称为“微观”结构，意思是可以使用某种显微镜直接观察得到的结构。最后，结构单元可以通过肉眼看到的称为宏观结构。

“Property”一词的概念值得详细阐述。在使用中，所有材料对外部的刺激都表现出某种反应。比如，材料受到力作用会引起形变，或者抛光金属表面会反射光。材料的特征取决于其对外部刺激的反应程度。通常，材料的性质与其形状及大小无关。实际上，所有固体材料的重要性质可以概括分为六类：机械、电学、热学、磁学、光学和腐蚀性。对于每一种性质，其都有一种对特定刺激引起反应的能

力。如机械性能与施加压力引起的形变有关，包括弹性和强度。对于电性能，如电导性和介电系数，特定的刺激物是电场。固体的热学行为则可用热容和热导率来表示。磁学性质

表示一种材料对施加的电场的感应能力。对于光学性质，刺激物是电磁或光照。用折射和反射来表示光学性质。最后，腐蚀性质表示材料的化学反应能力。除了结构和性质，材料科学和工程还有其他两个重要的组成部分，即加工和性能。如果考虑这四个要素的关系，材料的结构取决于其如何加工。另外，材料的性能是其性质的功能。因此，材料的加工、结构、性质和功能的关系可以用以下线性关系来表示：加工——结构——性质——性能。为什么研究材料科学与工程？为什么研究材料科学与工程？许多应用科学家或工程师，不管他们是机械的、民事的、化学的或电子的领域的，都将在某个时候面临材料的设计问题。如用具的运输、建筑的超级结构、油的精炼成分、或集成电路芯片。当然，材料科学家和工程师是从事材料研究和设计的专家。

很多时候，材料的问题就是从上千个材料中选择出一个合适的材料。对材料的最终选择有几个原则。首先，现场工作条件必须进行表征。只有在少数情况下材料在具有最优或理想的综合性质。因此，有必要对材料的性质进行平衡。典型的例子是当考虑材料的强度和延展性时，而通常材料具有高强度但却具有低的延展性。这时对这两种性质进行折中考虑很有必要。其次，选择的原则是要考虑材料的性质在使用中的磨损问题。如材料的机械性能在高温或腐蚀环境中会下降。最后，也许是最重要的原则是经济问题。最终产品的成本是多少？一种材料的可以有多种理想的优越性质，但不能太昂贵。这里对材料的价格进行折中选择也是可以的。产品的成本还包括组装中的费用。工程师与科学家越熟悉材料的各种性质、结构、功能之间的关系以及材料的加工技术，根据以上的几个原则，他或她对材料的明智选择将越来越熟练和精确。

Unit 2 Classification of Materials

Solid materials have been conveniently grouped into three basic

classifications: metals, ceramics, and polymers. This scheme is based

primarily on chemical makeup and atomic structure, and most materials fall into one distinct grou ping or another, although there are some intermediates. In addition, there are three other groups of important engineering materials—composites, semiconductors, and biomaterials.

译文：固体材料被便利的分为三个基本的类型：金属，陶瓷和聚合物。这个分类是首先基于化学组成和原子结构来分的，大多数材料落在明显的一个类别里面，尽管有许多中间品。除此之外，有三类其他重要的工程材料－复合材料，半导体材料和生物材料。

Composites consist of combinations of two or more different materials, whereas semiconductors a re utilized because of their unusual electrical characteristics; biomaterials are implanted into the h uman body. A brief explanation of the material types and representative characteristics is offered n ext.

译文：复合材料由两种或者两种以上不同的材料组成，然而半导体由于它们非同寻常的电学性质而得到使用；生物材料被移植进入人类的身体中。关于材料类型和他们特殊的特征的一个简单的解释将在后面给出。 METALS

Metallic materials are normally combinations of metallic elements. They have large numbers of no nlocalized electrons; that is, these electrons are not bound to particular atoms. Many properties of metals are directly able to these electrons.

be bound to 被约束于。be attribute to 归属于。。归因于。。

译文：金属材料通常由金属元素组成。它们有大量无规则运动的电子。也就是说，这些电子