材料工程导论
材料科学与工程导论
材料科学与工程导论
材料科学与工程是一门研究材料的性能、结构、制备和应用的学科，它涉及到各种材料，包括金属、陶瓷、高分子材料和复合材料等。
材料科学与工程的发展对于现代工业、能源、医疗、环境等领域都具有重要意义。
首先，材料科学与工程的研究对象是各种材料的性能和结构。
通过对材料的组成、微观结构和宏观性能进行研究，可以揭示材料的内在规律，为材料的设计、制备和应用提供科学依据。
其次，材料科学与工程的研究内容包括材料的制备和加工技术。
材料的制备和加工技术直接影响到材料的性能和应用范围，因此对于材料的制备和加工技术的研究具有重要意义。
另外，材料科学与工程还涉及到材料的应用和性能调控。
通过对材料的应用和性能进行研究，可以开发出具有特定功能和性能的材料，满足不同领域的需求。
总的来说，材料科学与工程是一门重要的交叉学科，它涉及到多个领域，对于现代社会的发展具有重要意义。
随着科学技术的不断发展，材料科学与工程也在不断取得新的进展，为人类社会的发展做出了重要贡献。
在材料科学与工程领域，我们需要不断深化对材料的认识，推动材料科学与工程的发展，为人类社会的可持续发展做出更大的贡献。
希望通过我们的努力，能够推动材料科学与工程领域的发展，为人类社会的进步做出更大的贡献。
材料科学与工程专业导论课程学生学习感悟
材料科学与工程专业导论课程学生学习感悟第一篇：材料科学与工程专业导论课程学生学习感悟专业导论课程学生学习感悟--2011级材料科学与工程全体学生对于一名材料科学与工程专业的本科生来说，材料科学导论是学习材料专业的学生最先接触的一门专业知识课。
材料科学与工程导论不仅可以整体的向我们概述本专业所要学习的内容，而且还能在一定程度上激发我们对本专业的学习兴趣，它的关键在于课业比较系统的了解材料科学领域的研究方向和研究内容，同时，这门课还有着培养学生学习材料科学相关知识的兴趣的作用。
很显然，此门课的重要性不言而喻。
进入材料科学与工程专业导论的学习已经有一段时间了，经历这个阶段，有了对这个专业知之甚少到现在有所了解的转变。
通过杨文斌教授第一节专业导论课对于本专业的引入，更结合材料在于美国苹果公司手机上的运用，让我们颇为真实地感受了材料的魅力，引起我们的广泛兴趣。
最初，对于材料的学习、将来的就业方向等等问题，我很是疑惑。
杨教授就国内外材料领域发展的新动向切入主题，带领我们见识了当下国内外社会、经济发展为材料科学的发展所创造的机遇，这让我对于本专业的前景信心满满。
杨教授再对材料科学与工程“四要素”进行深入浅出的讲解，激发了我们学习的好奇心，对于本专业的课程学习也有了一定理解。
杨教授还带着我们观看了本学院在材料研究方面的一些科研成果，我们看得不亦乐乎。
紧接着，观看了在将来学习中要用的一些机器，再加之杨教授的讲解，对于这个专业有了更进一步的认识。
在听了邱仁辉副院长对材料科学与工程简介的解说之后，我更了解了材料在于生活中的广泛利用，对材料所起的作用想要更加深入的学习。
他所安排的课程学习让我们更加全面地认识了材料这个专业，并且就我们这个专业在国际领域的发展进行讲解，融入邱副院长自己所研究的科研内容，这都令我们耳目一新。
在谈到材料的研究应用时，邱副院长很是高兴，因为本专业开办以来我们学院取得了10多项国家科研基金，在科学研究方面也是硕果累累。
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
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。
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
外载荷与纤维方向一致
Fc=σcAc = σfAf ＋σmAm。
σc = σfVf＋σmVm。
Ec = EfVf＋EmVm。
条件是复合材料中基体是连续的、均匀的，纤维的性质和 直径都是均匀的，且平行连续排列，同时纤维与基体间的 结合为理想结合，在界面上不产生滑移。
材料科学与工程学导论
复合材料的基本理论
颗粒增强复合材料的机理：
弥散分布在金属或合金中基体中的硬颗粒可以有效地阻止 位错运动，产生显著的强化作用。这种复合强化机制类似 与合金的析出强化机理，基体乃是承受载荷的主体。 不同的是，这些细小弥散的硬颗粒并非借助于相变产生的 硬颗粒，他们在温度升高时仍保持其原有尺寸，因而，增 强效果可在高温下持续较长时间，使复合材料的抗蠕变性 能明显优于金属或合金基体。
复合材料的基本理论
增强机理
颗粒增强
颗粒增强复合材料是指由高强度、高弹性模量的脆性颗粒 作增强体与韧性基体或脆性基体经一定工艺复合而成的多 相材料。 颗粒增强复合材料的种类： 纳米微细硬颗粒弥散增强，微米颗粒增强。
材料科学与工程学导论
复合材料的基本理论
弥散强化复合材料中弥散颗粒种类 金属氧化物 碳化物 硼化物
4。由被动复合向主动复合材料发展
材料科学与工程导论及总结
材料科学与工程导论及总结内容：学习材料学的基本知识；主要涉及到各种材料的组成、结构、性能、应用以及它们之间的关系。
目的：材料类专业的入门课及专业基础课之一。
了解材料的基本知识，逐步扩大材料的专业知识面，培养分析和解决有关材料问题的初步能力。
1、材料的定义与分类材料是人类用来制造有用的构件、器件或物品的物质。
材料与物质的区别：①对材料而言，可采用“好”或“不好”等字眼加以评价，对物质则不能这样；②材料总是和一定的用途相的；③材料可由一种物质或若干种物质构成；④同一种物质，由于制备方法或加工方法的不同，可成为用途各异的不同类型的材料。
按化学组成和结构特点：金属材料、无机非金属材料、高分子材料、复合材料按材料性能：结构材料、功能材料按使用领域：建筑材料、电子材料、耐火材料、医用材料……2、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、能源、信息被称为人类社会的“三大支柱”。
纵观人类利用材料的历史，可以清楚地看到，每一种重要新材料的发现和应用，都把人类支配自然的能力提高到一个新的水平。
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革命，大大地加速社会发展的进程，从而把人类物质文明推向前进。
人类文明的发展史就是材料的发展史材料的发展史就是人类文明的发展史石器时代、青铜器时代、铁器时代、• • •、半导体时代新材料是高技术发展的基础，是工业革命和产业发展的先导3、材料的性质材料性质：是材料的功能特性和效应的描述，是材料对电.磁.光.热.机械载荷的反应。
材料性质描述：力学性质：强度、硬度、刚度、塑性、韧性材料在力的作用下所表现出的特性即为材料的力学性质。
（1）弹性模量弹性模量是指材料在弹性极限范围内，应力与应变（即与应力相对应的单位变形量）的比值，用E表示，即：（2）强度在外力作用下，材料抵抗变形和断裂的能力称为强度。
(有多种强度类型）材料在外力作用下发生塑性变形的最小应力叫屈服强度，用σs表示。
材料科学与工程导论PPT课件
太空行走
可编辑课件PP火T 星探测
太空攻19 防
世界前沿科技领域的发展动向
航空技术发展面临历史性机遇，应用前景广阔
高超声速导弹、飞机有望在2020年左右进入实际应用 高效、环保发动机的研制倍受关注 智能结构技术开始得到应用，如智能蒙皮、变形飞机等 无人驾驶飞机称为研究热点
航空发动机 可编辑课件PPT
卫星
经济和社会发展对材料科技的重大需求
信息
基础及支柱产业的发展
机械计算机 电子计算机 晶体管计算机 当代计算机
电子管
晶体管 计算机的发展
集成电路
可编电辑课话件PP的T 演变历史
9
经济和社会发展对材料科技的重大需求
能源
基础及支柱产业的发展
铅酸电池 镍镉电池 镍氢电池
锂
电 池
锂离子电池 燃料电池 太阳能电池
可编辑课件PPT
3
经济和社会发展对材料科技的重大需求
基础及支柱产业的发展
材料 科技
重大 前沿科技的发展 需求 生活质量的提高
外 力
材料科学自身的发展
可编辑课件PPT
4
经济和社会发展对材料科技的重大需求
制备
工业原料
制备
开采
原材料
矿产
再生循环
工程材料 分类/再制造
产品设计 制造装配
废料
农业、建筑、环境
无人机20
世界前沿科技领域的发展动向
能源技术将变革未来社会的动力基础，促进人类实 现可持续发展
煤炭的高效清洁利用成为化石能源技术研发热点 核能技术酝酿新的突破 氢能技术研发和商业应用加速 新能源和可再生能源技术展现良好前景
核电站
可编辑课件PP燃T 料电池车
材料科学与工程导论 第6章 高分子材料
聚酰胺（PA） 聚碳酸酯（PC） 聚甲醛（POM） 聚对苯二甲酸丁二醇酯 （PBT） 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯 （ABS） PC
挡 风 板
6.1.3 高分子材料简介
ABS树脂（丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物，ABS是 Acrylonitrile Butadiene Styrene的首字母缩写）是一 种强度高、韧性好、易于加工成型的热塑型高分子材料。
有机玻璃顶棚
29
6.1.3 高分子材料简介
▲工程塑料
热稳定性高是其最突出 的特点。使用温度 150~174℃。 用于机械设备等工业。
聚砜（PSU） 聚醚砜（PES） 聚醚醚酮（PEEK） 聚苯硫醚（PPS） 聚四氟乙烯 （PTFE）
30
又称尼龙。强 度较高，耐磨、 自润滑性好， 广泛用作机械、 化工及电气零 件。 优良的机械性能， 透明无毒，应用 广泛。
初～40年代末）。
●现代高分子科学阶段（20世纪50年代初～20世纪末）。 ●21世纪的高分子科学—分子设计。
——高分子的概念始于20世纪20年代，但应用更早。1920年， 德国人Staudinger (施陶丁格)发表了“论聚合”的论文，提 出了高分子的概念。
9
6.1.1 高分子材料科学发展简史
高分子科学既是一门应用学科，也是一门基础学科，它
▲单体 用来制备高分子的小分子物质称单体。 高分子的单体： 通过聚合反应能制备高分
子化合物的物质称做单体。
例如乙烯是单体，能聚合 生成聚乙烯。
[ CH2–CH2 ]n
13
6.1.2 高分子材料基本概念
▲结构单元 构成大分子的最小重复结构单元，简称结构 单元，或称链节。
[ CH2–CH2 ]n
▲聚合度
材料科学和工程导论(ppt 16页)
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。
7
材料科学与工程的形成和发展
地质
1879
矿
1888
1888
矿冶
1937
化工
采矿
1937
冶金
1966
陶瓷
社会科学
物理 物冶
物冶
化冶
力冶
1986
材 料 学
1989
M S E
1975
高分子
化学
力学
材料学科的分合图
8
材料科学与工程的形成和发展
美国 MIT 矿冶及材料系名称的演变
年
系名称
1865~1879
地质与采矿工程
1879~1884
采矿工程
1884~1888 采矿工程（地质、采矿、冶金）
1888~1890
采矿与冶金
1890~1927
采矿工程与冶金
1927~1937
采矿与冶金
1937~1966
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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”。
5
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。
冶金
1966~1975
冶金与材料科学
1975~现在
材料科学与工程
9
材料科学与工程的形成与发展
美国大学有关材料专业的变化趋势
材料工程专业本科课程
材料工程专业本科课程材料工程专业是一门研究材料的结构、性能和制备工艺的学科，本科课程涵盖了材料科学与工程的基础理论和实践技能。
一、材料工程导论材料工程导论是材料工程专业的入门课程，旨在引导学生了解材料工程的基本概念、发展历程、研究方法和学科前沿。
通过该课程的学习，学生将对材料的定义、分类、性能以及材料选择与设计等方面有一个初步的认识。
二、材料结构与性能材料结构与性能是材料工程专业的核心课程之一。
该课程主要介绍了材料的晶体结构、晶体缺陷、晶体生长和晶体结构分析等内容。
同时，还涉及到材料的力学性能、热学性能、电学性能、光学性能等方面的基本理论和测试方法。
通过学习该课程，学生将能够深入了解材料的组织结构与性能之间的关系，为材料的设计和应用提供理论依据。
三、材料制备与加工工艺材料制备与加工工艺是材料工程专业的实践性课程。
该课程主要介绍了材料的制备方法、加工工艺和工艺参数的选择等内容。
学生通过实验和实习，掌握了金属、陶瓷、高分子材料等主要材料的制备与加工技术，并了解了材料在不同工艺条件下的特性变化。
这些实践经验对学生未来从事材料工程相关工作具有重要的指导意义。
四、材料分析与测试技术材料分析与测试技术是材料工程专业的实验课程。
该课程通过实验室实践，介绍了常用的材料分析与测试方法，如扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、热分析(TGA/DSC)等。
学生通过实验，掌握了材料的表面形貌分析、组织结构分析、化学成分分析等技术，为材料的性能评价和质量控制提供了重要的手段。
五、材料设计与应用材料设计与应用是材料工程专业的综合实践课程。
该课程通过案例分析和项目实践，培养学生的综合素质和创新能力。
学生将学习材料的选择与设计原则，了解材料在不同工程领域的应用，如航空航天、能源、电子等。
通过实践项目，学生将综合运用所学知识，解决实际工程问题，培养了解决问题的能力和团队合作精神。
六、材料科学与工程前沿材料科学与工程前沿是材料工程专业的拓展课程。
材料科学与工程专业导论心得体会
材料科学与工程专业导论心得体会作为一名热爱学习和追求知识的大学生，我对【材料科学与工程】专业导论课程充满了期待。
在这门课程中，我对材料科学的基本概念、研究方法、应用领域以及未来发展方向有了更深入的了解。
以下是我在这门课程中获得的一些心得体会。
1. 材料科学的重要性与广泛应用材料是现代社会的基石，几乎涉及到我们生活中的方方面面。
从日常用品到高科技产业，材料的选择、性能和处理都对产品的品质和功能有着决定性影响。
在课程中，我了解到材料科学与工程的研究与应用涉及金属、陶瓷、高分子、半导体等各种材料类别，且在电子、航空航天、医疗、能源等领域都有广泛的应用。
对于我作为材料科学与工程专业的学生而言，我深感责任重大，将来的学习和研究将直接关系到社会进步与人民生活的改善。
2. 材料科学研究的方法与技术课程中，老师向我们介绍了一系列材料科学研究的方法与技术，包括材料成分分析、结构表征、性能测试等。
在实验室实践中，我有幸接触到了一些常用的材料分析仪器，例如扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）和热分析仪器等。
通过这些实验操作，我深刻认识到科学研究的细致与耐心。
只有通过精确的实验与数据分析，我们才能真正了解材料的性质和行为规律，进而实现对材料的优化和改进。
3. 了解材料性能与结构之间的关系在课程中，我了解到材料的性能与其微观结构之间存在着密切的关联。
不同材料的微观结构决定了它们的性能表现，而我们通过调控材料的结构，可以实现对其性能的改善。
例如，通过合理的热处理，我们可以使金属材料获得更好的机械性能；通过控制高分子材料的聚合方式，可以改善其耐热性和耐腐蚀性。
这种深入了解材料结构与性能之间关系的能力，对于我们未来从事材料工程研究与应用工作非常重要。
4. 环保与可持续发展的挑战随着社会的发展和科技的进步，材料科学与工程也面临着更大的挑战。
其中之一便是环保与可持续发展。
我们必须面对资源日益稀缺的现实，通过循环利用、绿色合成等手段，开发环保型材料和工艺，以减少对自然环境的影响。
材料科学与工程导论论文
材料科学与工程论文材料科学与工程是研究有关金属、无机非金属、有机高分子等材料的组成/结构、测试/表征、制备/合成、性能/应用四要素及其关系的科学技术与应用。
材料是人类用于制造物品、器件、构件、机器或其他产品的那些物质。
材料是物质，但不是所有物质都可以称为材料。
如燃料和化学原料、工业化学品、食物和药物，一般都不算是材料。
但是这个定义并不那么严格，如炸药、固体火箭推进剂，一般称之为“含能材料”，因为它属于火炮或火箭的组成部分。
材料是人类赖以生存和发展的物质基础。
20世纪70年代人们把信息、材料和能源誉为当代文明的三大支柱。
80年代以高技术群为代表的新技术革命，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。
这主要是因为材料与国民经济建设、国防建设和人民生活密切相关。
材料除了具有重要性和普遍性以外，还具有多样性。
由于多种多样，分类方法也就没有一个统一标准。
从物理化学属性来分，可分为金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料和不同类型材料所组成的复合材料。
从用途来分，又分为电子材料、航空航天材料、核材料、建筑材料、能源材料、生物材料等。
更常见的两种分类方法则是结构材料与功能材料；传统材料与新型材料。
结构材料是以力学性能为基础，以制造受力构件所用材料，当然，结构材料对物理或化学性能也有一定要求，如光泽、热导率、抗辐照、抗腐蚀、抗氧化等。
功能材料则主要是利用物质的独特物理、化学性质或生物功能等而形成的一类材料。
一种材料往往既是结构材料又是功能材料，如铁、铜、铝等。
传统材料是指那些已经成熟且在工业中已批量生产并大量应用的材料，如钢铁、水泥、塑料等。
这类材料由于其量大、产值高、涉及面广泛，又是很多支柱产业的基础，所以又称为基础材料。
新型材料(先进材料)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。
新型材料与传统材料之间并没有明显的界限，传统材料通过采用新技术，提高技术含量，提高性能，大幅度增加附加值而成为新型材料；新材料在经过长期生产与应用之后也就成为传统材料。
材料科学与工程导论1.0
材料科学与工程导论复习题——2013年一、名词解释1、材料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。
2、新材料新材料，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。
3、结构材料结构材料是主要利用材料的强度、韧性、弹性等力学性能，用于制造在不同环境下工作时承受载荷的各种结构件和零部件的一类材料，即机械结构材料和建筑结构材料。
4、功能材料具有某种优良的电学、磁学、热学、声学、光学、化学和生物学功能及其相互转化的功能，被用于非结构目的高技术材料。
5、复合材料复合材料是由两种或两种以上物理、化学力学性能不同的物质，经人工组合而成的多相固体材料。
6、弹性模量一般地讲，对弹性体施加一个外界作用（称为“应力”）后，弹性体会发生形状的改变（称为“应变”），“弹性模量”的一般定义是：应力除以应变。
7、抗拉强度抗拉强度是金属由均匀塑性变形向局部集中塑性变形过渡的临界值，也是金属在静拉伸条件下的最大承载能力。
8、屈服强度是金属材料发生屈服现象时的屈服极限，亦即抵抗微量塑性变形的应力。
9、延伸率材料在拉伸断裂后总伸长与原始标距长度的百分比。
10、塑性外力作用下，材料发生不可逆的永久性变形而不破坏的能力。
11、韧性材料从塑性变形到断裂全过程吸收能量的能力。
12、硬度材料在表面上的小体积内抵抗变形或破裂的。
13、蠕变极限表示材料抵抗蠕变能力大小的指标，一般用规定温度下和规定时间内达到一定总变形量的应力值表示。
14、疲劳极限材料能经受“无限”次循环而不发生疲劳破坏的最大应力值，称为材料的疲劳极限或持久极限。
15、退火通过缓慢冷却，获得接近平衡态的组织，达到均匀化、消除内应力的目的。
16、淬火快速冷却，获得远离平衡态的不稳定组织，达到强化材料的目的。
17、回火淬火或正火的材料重新加热，可以松懈淬火应力和使组织向稳定态过度，改善材料的延展性和韧性。
18、正火在奥氏体状态下，空气或保护气体冷却获得珠光体均匀组织，提高强度，改善韧性。
材料科学与工程学导论—第四章—功能材料
学
Cd，Pb
……
……
Cu-O
组
……
……
成
功能材料
超导材料
?
超
(K)
导
180
材
160
料
140
Ba-Ca-Cu-O# Hg-Ba-Ca-Cu-O
Hg-Ba-Ca-Cu-O 甲烷
Tc
120
Tl-Ba-Ca-Cu-O
Ba-Ca-Cu-O
提
100
Bi-Sr-Ca-Cu-O
高
转变温度,TC
年
80
Y-Ba-Cu-O
功能材料
纳 米 材 料 的 应 用
纳米材料
纳米TiO2光催化 纳米Ag的消毒杀菌
功能材料
约200年
约25 年 约50年
石油 天然气
煤炭
按2000年需求，主要 能源预计可开采年限
能源材料
能源危机
新能源
功能材料
能源材料
材料在新能源发展中的作用
把习用已久的能源变为新能源； 提高储能和能量转化效果； 确保新能源系统运行的安全和环境保 护，尤指核反应堆的安全和废料处理； 决定新能源的投资和运行成本；
制
备
方
球磨法
法
球磨法可以降低粉粒尺寸，固态合金化、混合或
融合，以及改变粉粒的形状。球磨法可以制备纳
米晶纯金属、不互溶体系的固溶体纳米晶、纳米
非晶、纳米金属间化合物以及纳米金属－陶瓷复
合材料等。
功能材料
纳米材料
纳 非晶晶化法
米
材
先将原料用急冷技术制成非晶薄带或薄膜，控
料
制晶化退火时间和温度，使非晶全部或部分晶
材
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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1、金属材料、无机非金属材料、有机材料和复合材料的基本性能？（1）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. 空气中易氧化，如钢、铁等生成氧化膜，合金可改性抗氧化性；h.高温强度差。
（2）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. 耐化学腐蚀性好；f. 耐磨；g. 成型方式为粉末制坏、烧制成型但是成型加工困难。
（3）a. 共价键，部分范氏键；b. 分子量大，无明显熔点，有玻璃化转变温度Tg 和粘流温度Tf；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. 成型方法多但是耐热性差，易老化。
（4）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。
2、现代材料观的四面体和六面体是什么？将使用效能、性能、成分、合成/制备连接在一起组成一个四面体。
将成分、结构、合成与加工、性能及使用性能连接在一起组成一个六面体。
3、材料科学与工程研究内容的科学性和技术性？科学性：a. 从化学角度出发，研究材料的化学组成、键性、结构与性能的关系.b. 从物理角度，阐述材料的组成原子、分子及其运动状态与各物性之间的关系.c. 材料的制备工艺.技术性：d. 材料的性能表征。
e. 材料的应用。
4、何谓材料的工艺性能和使用性能？（1）工艺性能是指制造工艺过程中材料适应加工的性能。
（2）使用性能是指材料制成零件或产品后，在使用过程中能适应或抵抗外界对它的力、化学、电磁、温度等作用而必须具有的能力。
5、符号HBS或HBW之前的符号后面的数字按顺序分别什么？如120HBS10/1000/30表示什么？符号HBS或HBW之前的数字表示硬度值，符号后面的数字按顺序分别表示球体直径、载荷及载荷保持时间。
如:120HBS10/1000/30表示直径为10mm的钢球在1000kgf（9.807kN）载荷作用下保持30s测得的布氏硬度值为120。
6、何谓疲劳和疲劳极限？（1）零件在循环应力的作用，即使工作时承受的应力低于材料的屈服点或规定残余伸长应力，在经受一定的应力循环后也会发生突然断裂，这种现象称为疲劳。
（2）当应力低于某值时，应力循环到无数次也不会发生疲劳断裂，此应力值称为材料的疲劳极限。
即表示材料在无数次交变载荷作用而不破坏的最大应力。
7、疲劳失效的特点？(1) 疲劳断裂表现为低应力下的破坏断裂。
疲劳失效在远低于材料的静载极限强度甚至远低于材料屈服强度下发生。
(2) 疲劳破坏宏观上无塑性变形。
与静载荷作用下材料的破坏相比，具有更大的危险性。
(3) 疲劳是与时间有关的一种失效方式，具有多阶段性。
疲劳失效过程是累积损伤的过程。
由交变应力(应变)作用引起的损伤是随着载荷次数逐次增加的。
(4) 与单向静载断裂相比，疲劳失效对材料的微观组织和缺陷更加敏感。
这是因为疲劳有极大的选择性，几乎总是在构件材料表面的缺陷处发生。
(5)疲劳失效受载荷历程的影响。
过载损伤会导致疲劳强度的下降。
8、断裂韧度KlC？反应材料有裂纹存在时，抵抗脆性断裂的能力。
即Kl的临界值称为断裂韧度KlC。
是材料固有力学性能指标，是强度和韧度的总和体现。
9、蠕变和蠕变变形？蠕变：材料在较高的温度和恒定荷载的长时间作用下产生缓慢塑性变形的现象。
蠕变变形：有蠕变产生的塑性变形。
蠕变断裂：由蠕变变形导致的材料的断裂。
10、蠕变机理？（1）位错运动: 在蠕变的整个阶段都有位错滑移产生，它是蠕变过程中的重要机制。
（2）扩散性蠕变: 当温度很高，应力很低时，蠕变速率与应力成正比，这种蠕变与位错关系不大，蠕变主要是由应力作用下物质的定向流动造成（空位、原子的定向扩散），称为扩散蠕变。
包括晶内扩散（或Nabarro-Herring蠕变，较高温度）和沿晶扩散（或Coble蠕变，较低温度）。
晶粒减小，晶界滑动对蠕变的作用越大。
（3）晶界滑移:高温和应力的作用下，晶粒发生转动（晶界滑动和迁移）。
11、蠕变断裂机理？（1）裂纹萌生（2）裂纹扩展（3）断裂12、抗磁性与顺磁性？（1）材料被磁化后，磁化矢量与外加磁场方向相反，称为抗磁性。
（2）材料被磁化后，磁化矢量与外加磁场方向相同，称为顺磁性。
13、基本磁化曲线和起始磁化曲线？（1）在画磁滞回线时，如果对磁感应强度（或磁场强度）最大值取不同的数值，就得到一系列的磁滞回线，连接这些回线顶点的曲线叫基本磁化曲线,又称正常磁化曲线。
（2）起始磁化曲线：磁性材料由磁中性状态(B＝0,H＝0)在H 缓慢单调增大的情况下测得的磁化曲线B(H)或M(H)。
14、何谓趋肤效应？交变电流通过导体时，由于感应作用引起导体截面上电流分布不均匀，愈近导体表面电流密度越大。
这种现象称“趋肤效应”。
趋肤效应使导体的有效电阻增加。
频率越高，趋肤效应越显著。
15、材料的耐热性？耐热性：指在受负荷下，材料失去其物理机械性能而发生永久变形的温度。
材料的使用上限温度。
16、介电性、极化？介质极化包括哪3个部分？（1）介电性：在外加电场作用下，材料表面感生出电荷的性能。
（2）极化是指在外加电场作用下，介质内部质点（原子、离子、分子）或不同区域的正负电荷重心发生分离形成内部电偶极钜（偶极子）的过程。
（3）介质极化一般包括三个部分:电子极化、离子极化、偶极子极化.17、何谓材料的结构？材料结构包括的内容？材料结构是指组成材料的原子（或离子、分子）相互结合的方式或构成的形式（这些形式称为结构要素）以及结构要素按一定次序的组合、排列及相互间的各种关系。
（1）组成材料原子（或离子、分子）的构造。
（2）组成材料原子（或离子、分子）间的结合。
（3）组成材料原子（或离子、分子）的排列。
（4）材料内部存在的缺陷。
18、何谓电离能和亲和能？电离能：从孤立原子中，去除束缚最弱的电子所需的能量。
电子亲合能：原子接受一个额外的电子通常要释放能量，所放能量即电子亲合能。
19、键合的本质及其性能？（1）原子间的引力和斥力：均随原子间距增大而减小，但是排斥力更具短程力性质。
当原子距离很远时，排斥力很小，而当原子间接近轨道相互重叠时，由于太多的电子处于相互作用的区域，排斥力才明显增大，并超过吸引力。
(2)材料的结合能和性能：材料中原子结合能的大小就是把两个原子分开所需要做的功，因此结合能愈大，原子结合愈牢固，性能愈稳定。
20、晶列和晶面的特点？晶列:通过任意两个格点连一直线，则这一直线包含无限个相同格点，这样的直线称为晶列，也是晶体外表上所见的晶棱。
晶列的特点：（1）一族平行晶列把所有点包括无遗。
（2）在一平面中，同族的相邻晶列之间的距离相等。
（3）通过一格点可以有无限多个晶列，其中每一晶列都有一族平行的晶列与之对应。
（4 ）有无限多族平行晶列。
晶面的特点:（1）通过任一格点，可以作全同的晶面与一晶面平行，构成一族平行晶面；（2）所有的格点都在一族平行的晶面上而无遗漏；（3）一族晶面平行且等距，各晶面上格点分布情况相同；（4）晶格中有无限多族的平行晶面。
21、光电效应的两个典型特点的解释？1.临界频率v0 只有当光的频率大于某一定值v0 时，才有光电子发射出来。
若光频率小于该值时，则不论光强度多大，照射时间多长，都没有电子产生。
光的这一频率v0称为临界频率。
上式亦表明光电子的能量只与光的频率v 有关，光的强度只决定光子的数目，从而决定光电子的数目。
这样一来，经典理论不能解释的光电效应得到了正确的说明。
2.电子的能量只是与光的频率有关，与光强无关，光强只决定电子数目的多少。
光电效应的这些规律是经典理论无法解释的。
按照经典光的电磁理论，光的能量只决定于光的强度而与频率无关。
由上式明显看出，能打出电子的光子的最小能量是光电子V = 0 时由该式所决定，即:hv -A = 0，v0 = A / h ，可见，当v < v0 时，电子不能脱出金属表面，从而没有光电子产生。
22、炼钢的基本任务？如何完成这些基本任务？（1）.脱碳、脱磷、脱硫、脱氧；（2）.去除有害气体和夹杂；（3）.提高温度；（4）.调整成分。
完成：炼钢过程通过供氧、造渣、加合金、搅拌、升温等手段完成炼钢基本任务。
23、炼钢用的原材料？炼钢脱氧的两种方式？一般分为主原料、辅原料和各种铁合金。
脱氧的方法有扩散脱氧和沉淀脱氧.24、转炉炼钢的特点？效率高、成本低、投资小、质量好。
碳素钢和低合金钢多采用转炉冶炼。
25、电弧炉炼钢的特点？电弧炉炼钢可以最大限度地脱硫、脱磷，钢中夹杂物含量低（因为炉温较高，还原期大部分夹杂物能够上浮到钢渣中被排除，所以钢中夹杂物含量低）；炼钢的成分容易控制，适合冶炼高合金钢。
但是，能耗高，成本高。
26、钢材按照化学成分分哪几类？碳素钢合金钢27、何谓铸铁？铸铁含碳量大于2.11%的铁碳合金。
28、何谓液态金属的成型？有何特点？熔炼金属，制造铸型，并将熔融金属浇入铸型，凝固后获得一定形状和性能铸件的成形方法称为铸造。
（1）成形方便，工艺灵活性大。
（2）成本低廉，设备简单、周期短。
（3）铸件的力学性能较差，质量不够稳定。
（4）铸造生产劳动强度大，生产条件差。
29、按照焊接过程的特点，焊接方法分为哪几类？熔化焊、压力焊、钎焊。
30、何谓特种铸造？指砂型铸造以外的其它铸造方法。
如熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、离心铸造等，统称为特种铸造。
31、何谓金属型铸造？金属型铸造的特点？用重力浇注将熔融金属浇入金属铸型而获得铸件的方法称为金属型铸造。
①金属型复用性好，实现了“一型多铸”，可节省大量造型材料和工时，提高了劳动生产率。
②铸件力学性能高，由于金属导热性能好，散热快，使铸件结晶致密，提高了力学性能。
③铸件尺寸精确。
但金属型生产成本高，周期长，铸造工艺要求严格，不适于单件，小批量生产。
由于金属型的冷却速度快，不宜铸造形状复杂和大型薄壁件。
32、金属压力加工？金属压力加工的特点？金属压力加工是指借助外力的作用，使金属坯料产生塑性变形，从而获得一定的形状、尺寸和力学性能的加工方法。
金属压力加工的特点：（1）改善组织，细化晶粒，消除缺陷，提高力学性能；（2）减少加工损耗，省材省工，生产效率高；（3）加工零件的体积和质量适应范围大；（4）不能获得外形和内腔形状复杂的工件；（5）只能加工塑性材料，如钢和有色金属等，不能加工脆性材料，如铸铁等。
33、粉末冶金？粉末冶金是以金属粉末或金属化合物粉末为原料状和性能的材料或制品的工艺方法。
34、何谓陶瓷？陶瓷是用陶瓷生产方法制造的无机非金属材料和制品的通称。
35、陶瓷的特性？陶瓷是金属与与非金属的固体化合物，以离子键（如MgO、Al2O3）、共价键（金刚石、Si3N4、BN）以及离子键和共价键的混合键结合在一起。