材料科学与工程学
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织物等的整体或部分）的基本物质（如金属、木料、 塑料、纤维等）
• 迈尔《新百科全书》中材料的含义：材料是从原材料 中取得的，为生产半成品、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。
• 材料是指具有满足指定工作条件下使用要求的形态和 物理性状的物质。
• 2. 原料与材料 • 原料（ ） • 由原料到材料。 • 原料一般不是为获得产品，而是生产材料，往往伴随
屋） 半导体(晶体管） 集成电路（芯片） 液晶显示器、分子器件、
计算机（） 手提电脑，掌上电脑
绝缘瓷瓶。
功能陶瓷：磁性、导电。
3. 高分子材料 , (1) 分类 碳链 –C–C–C 按主链结构 杂链 –C–N– –C–O–C– 元素 、P、B
性 按使用性质
塑料 通用塑料、工程塑料； 热塑性、热固
橡胶 天然、合成
纤维
人造、合成
粘合剂
涂料
(2) 基本性质 a. 共价键，部分范氏键 b. 分子量大，无明显容点，有玻璃化转变温 度和粘流温度；
材料科学与工程基础
第一章
绪论
1
1
材料
•
材料科学与工程
•
金属材料
无机非金属材料
•
高分子材料
•
复合材料
•
•
• 1-1 材料的定义和分类( )
• 1-1-1定义
• 1. 材料
• ：材料科学 （工科）
•
物质科学 （理科）
• 编者“ （1971年）”中关于材料（）的定义为：材料是 指用来制造某些有形物体（如：机械、工具、建材、
化学变化。 • 材料的特点往往是为获得产品，一般从材料到产品的
转变过程不发生化学变化。
• 3. 材料与物质( ) • 材料可由一种或多种物质组成。 • 同一物质由于制备方法或加工方法不同可以得到用途
各异、类型不同的材料。
• 1-1-2类别
• 材料可以根据化学组成、状态、作用和使用领 域分类。
•
金属材料
无机高分子 玻璃纤维增强塑料(玻璃钢)——汽车,游 艇，
尔夫
碳纤维增强塑料——飞机机翼、高
球棍、 撑杆
跳杆
金属—陶瓷 飞机螺旋桨叶 综合金属韧性，陶瓷
1-2 材料科学与工程概述 1-2-1材料的重要作用
材料是人类社会发展的巨大推动力，生产工 具制造的物质基础是材料。
石器时代——陶器时代—— 青铜时代 —— 铁期时代——复合材料
• 化学组成分类
无机非金属材料
•
有机高分子材料
•
气态
• 状态分类
液态
单晶
•
固态
多晶
•
非晶
•
复晶
• 作用分类
功能
•
结构（工程）
•
应用领域分类
建筑、仪表、电子、
1. 金属材料
(1) 黑色金属材料 化学成分——碳素钢、合金钢 品质——普通、优质、高级优质钢
钢 金相组织或组织结构——珠光体、贝氏体、马氏体和奥 氏体 用途——建筑工程、结构、工具、特殊性能、专业用钢 冶炼方法——平炉、转炉、电炉、沸腾炉钢
抗氧化性。
(4) 用途 a. 结构材料:如机床,建筑机械设备、工程交通工 具；
2 无机非金属材料
(1) 分类（按成分，化学结构和用途分四大类） 混凝土（水泥） 玻璃 硅及耐火材料 陶瓷（器） 传统陶瓷（天然硅酸盐矿）：各中粘土烧 制而成。( ) 特种陶瓷（人工化合物：氧化物、氮化物、 硼化物、碳化物）。
c. 力学状态有三态 玻璃态、高弹态、粘流态 d. 比重小 e. 绝缘性好 f. 优越的化学稳定性 g. 成型方法多 (3) 用途
结构材料：电视机壳体、冰箱壳体、轴 承、机械零件
绝缘材料：漆包线、电缆、绝缘版、电 器零件
4. 复合材料 定义：由两种以上组分组成，并且具有与其组 成不同的新的性能的材料 (1) 分类
材料的使用和发展，与生产力和科学技术的 水平密切相关
举例： (1) 1764年工业革命，第一部机器（手摇）
• 瓦特发动机、传动机、工作机—来自百度文库机器系列 机器制造
•
• 业
铁 —— 冶炼
•
• 木炭——大量砍伐；水土流失—— 煤 采矿业
•
•
搅炼法（鼓风）
•
• 业
炼钢 交通运输
• 1945年 电子管计算机
几间大屋
(2) 基本特性，以陶瓷为例，其它有较大差别 a. 离子键、共价键及其混合键； b. 硬而脆； c. 熔点高、耐高温抗氧化 d. 导热、导电性差； e. 耐化学腐蚀性性好； f. 耐磨； g. 成型方式为粉末制坏、烧制成型
(3) 用途 建筑卫生陶瓷：瓷砖、浴缸。
工程陶瓷 工程结构陶瓷：反应釜（耐酸、耐腐 蚀）
纳米材料
举例： (1) 1764年工业革命，第一部机器（手摇）
1769年 水力纺纱机 1782年 蒸汽机为动力的纺纱机，
纺织业 （动力）
• 瓦特发动机、传动机、工作机——机器系列 机器制造
•
•
铁 —— 冶炼业
•
• 木炭——大量砍伐；水土流失—— 煤
采矿业
•
•
搅炼法（鼓风）
•
•
炼钢 交通运输业
举例： (2) 计算机 电子管（1945年，几间大
•
半导体——集成电路——小型芯片、液晶、分子
器
•
件、计算机（）
(2) 目前 材料品种几十万种（手册中） 科学技术发展的三大支柱：
80年代 能源、材料、信息 90年代 信息技术、新材料、生物技 术
高速民航客机使用的复合材料，高比强、代替金 属、重量轻
耐摩擦、热氧稳定、力学性能 生物降解材料（环境保护） 计算机、液晶显示屏（低电压） 信息社会要术各种各样光、电、磁、声材料 (3) 各种材料相互替换、复合、共性、特性
灰铸铁 可锻铸铁
铸铁 — 球墨铸铁 蠕墨铸铁 特殊性能铸铁
(2) 有色金属
五大类
轻金属 （<4.52）铝、镁、纳、钙
重金属 (>4.582) 铜、镍、铅、锌
贵金属
金、银、铂、铑
类金属（半）
硅、硒、绅、硼
稀有金属
钛、锂、钨、钼、镭
常用的稀有金属材料 有：、 、、 、 、 、 ……
(3) 基本特性 a. 金属键，常规法生产的为晶体结构； b. 常温下固体熔点较高； c. 金属光泽； d. 纯金属范性大、展性、延性大； e. 强度较高； f. 导热、导电性好； g. 空气中移氧化，如钢、铁等生成氧化膜，合金 可改性
按性能： 结构复合材料 功能复合材料
按增强剂形状及增强机理： 粒子增强 纤维增强
基体
属、无机非金
金属
按复合方式 无机非金属
增强体 金
金属、无
(2) 基本性质
a. 抗疲劳性能良好；
b. 结构件减震性好；
c. 比强度和比量高；
d. 耐烧能性和耐高温性能好
e. 具有良好的减摩、耐摩和耐润滑性能
(3) 用途
• 迈尔《新百科全书》中材料的含义：材料是从原材料 中取得的，为生产半成品、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。
• 材料是指具有满足指定工作条件下使用要求的形态和 物理性状的物质。
• 2. 原料与材料 • 原料（ ） • 由原料到材料。 • 原料一般不是为获得产品，而是生产材料，往往伴随
屋） 半导体(晶体管） 集成电路（芯片） 液晶显示器、分子器件、
计算机（） 手提电脑，掌上电脑
绝缘瓷瓶。
功能陶瓷：磁性、导电。
3. 高分子材料 , (1) 分类 碳链 –C–C–C 按主链结构 杂链 –C–N– –C–O–C– 元素 、P、B
性 按使用性质
塑料 通用塑料、工程塑料； 热塑性、热固
橡胶 天然、合成
纤维
人造、合成
粘合剂
涂料
(2) 基本性质 a. 共价键，部分范氏键 b. 分子量大，无明显容点，有玻璃化转变温 度和粘流温度；
材料科学与工程基础
第一章
绪论
1
1
材料
•
材料科学与工程
•
金属材料
无机非金属材料
•
高分子材料
•
复合材料
•
•
• 1-1 材料的定义和分类( )
• 1-1-1定义
• 1. 材料
• ：材料科学 （工科）
•
物质科学 （理科）
• 编者“ （1971年）”中关于材料（）的定义为：材料是 指用来制造某些有形物体（如：机械、工具、建材、
化学变化。 • 材料的特点往往是为获得产品，一般从材料到产品的
转变过程不发生化学变化。
• 3. 材料与物质( ) • 材料可由一种或多种物质组成。 • 同一物质由于制备方法或加工方法不同可以得到用途
各异、类型不同的材料。
• 1-1-2类别
• 材料可以根据化学组成、状态、作用和使用领 域分类。
•
金属材料
无机高分子 玻璃纤维增强塑料(玻璃钢)——汽车,游 艇，
尔夫
碳纤维增强塑料——飞机机翼、高
球棍、 撑杆
跳杆
金属—陶瓷 飞机螺旋桨叶 综合金属韧性，陶瓷
1-2 材料科学与工程概述 1-2-1材料的重要作用
材料是人类社会发展的巨大推动力，生产工 具制造的物质基础是材料。
石器时代——陶器时代—— 青铜时代 —— 铁期时代——复合材料
• 化学组成分类
无机非金属材料
•
有机高分子材料
•
气态
• 状态分类
液态
单晶
•
固态
多晶
•
非晶
•
复晶
• 作用分类
功能
•
结构（工程）
•
应用领域分类
建筑、仪表、电子、
1. 金属材料
(1) 黑色金属材料 化学成分——碳素钢、合金钢 品质——普通、优质、高级优质钢
钢 金相组织或组织结构——珠光体、贝氏体、马氏体和奥 氏体 用途——建筑工程、结构、工具、特殊性能、专业用钢 冶炼方法——平炉、转炉、电炉、沸腾炉钢
抗氧化性。
(4) 用途 a. 结构材料:如机床,建筑机械设备、工程交通工 具；
2 无机非金属材料
(1) 分类（按成分，化学结构和用途分四大类） 混凝土（水泥） 玻璃 硅及耐火材料 陶瓷（器） 传统陶瓷（天然硅酸盐矿）：各中粘土烧 制而成。( ) 特种陶瓷（人工化合物：氧化物、氮化物、 硼化物、碳化物）。
c. 力学状态有三态 玻璃态、高弹态、粘流态 d. 比重小 e. 绝缘性好 f. 优越的化学稳定性 g. 成型方法多 (3) 用途
结构材料：电视机壳体、冰箱壳体、轴 承、机械零件
绝缘材料：漆包线、电缆、绝缘版、电 器零件
4. 复合材料 定义：由两种以上组分组成，并且具有与其组 成不同的新的性能的材料 (1) 分类
材料的使用和发展，与生产力和科学技术的 水平密切相关
举例： (1) 1764年工业革命，第一部机器（手摇）
• 瓦特发动机、传动机、工作机—来自百度文库机器系列 机器制造
•
• 业
铁 —— 冶炼
•
• 木炭——大量砍伐；水土流失—— 煤 采矿业
•
•
搅炼法（鼓风）
•
• 业
炼钢 交通运输
• 1945年 电子管计算机
几间大屋
(2) 基本特性，以陶瓷为例，其它有较大差别 a. 离子键、共价键及其混合键； b. 硬而脆； c. 熔点高、耐高温抗氧化 d. 导热、导电性差； e. 耐化学腐蚀性性好； f. 耐磨； g. 成型方式为粉末制坏、烧制成型
(3) 用途 建筑卫生陶瓷：瓷砖、浴缸。
工程陶瓷 工程结构陶瓷：反应釜（耐酸、耐腐 蚀）
纳米材料
举例： (1) 1764年工业革命，第一部机器（手摇）
1769年 水力纺纱机 1782年 蒸汽机为动力的纺纱机，
纺织业 （动力）
• 瓦特发动机、传动机、工作机——机器系列 机器制造
•
•
铁 —— 冶炼业
•
• 木炭——大量砍伐；水土流失—— 煤
采矿业
•
•
搅炼法（鼓风）
•
•
炼钢 交通运输业
举例： (2) 计算机 电子管（1945年，几间大
•
半导体——集成电路——小型芯片、液晶、分子
器
•
件、计算机（）
(2) 目前 材料品种几十万种（手册中） 科学技术发展的三大支柱：
80年代 能源、材料、信息 90年代 信息技术、新材料、生物技 术
高速民航客机使用的复合材料，高比强、代替金 属、重量轻
耐摩擦、热氧稳定、力学性能 生物降解材料（环境保护） 计算机、液晶显示屏（低电压） 信息社会要术各种各样光、电、磁、声材料 (3) 各种材料相互替换、复合、共性、特性
灰铸铁 可锻铸铁
铸铁 — 球墨铸铁 蠕墨铸铁 特殊性能铸铁
(2) 有色金属
五大类
轻金属 （<4.52）铝、镁、纳、钙
重金属 (>4.582) 铜、镍、铅、锌
贵金属
金、银、铂、铑
类金属（半）
硅、硒、绅、硼
稀有金属
钛、锂、钨、钼、镭
常用的稀有金属材料 有：、 、、 、 、 、 ……
(3) 基本特性 a. 金属键，常规法生产的为晶体结构； b. 常温下固体熔点较高； c. 金属光泽； d. 纯金属范性大、展性、延性大； e. 强度较高； f. 导热、导电性好； g. 空气中移氧化，如钢、铁等生成氧化膜，合金 可改性
按性能： 结构复合材料 功能复合材料
按增强剂形状及增强机理： 粒子增强 纤维增强
基体
属、无机非金
金属
按复合方式 无机非金属
增强体 金
金属、无
(2) 基本性质
a. 抗疲劳性能良好；
b. 结构件减震性好；
c. 比强度和比量高；
d. 耐烧能性和耐高温性能好
e. 具有良好的减摩、耐摩和耐润滑性能
(3) 用途