材料导论材料科学与工程的四个基本要素
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1966年，美国麻省理工学院将“冶金系”改为“冶金 与材料科学系”，1975年又将其更名为“材料科学与工程 系”。这标志着人们开始把材料的研究作为自然科学的一 个分支，从此“材料科学”学科开始兴起。
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§2.1 材料科学与工程的形成与内涵
科技发展的必然结果
1） 20世纪上半叶基础学科的发展奠定了材料科学的基础 量子力学、固体物理、无机化学、有机化学、物理化学
在“材料科学”概念出现以前，金属、陶瓷和高分子都 已自成体系，但它们之间存在颇多相似之处，不同材料之间 可以相互借鉴，促使了该学科的发展。
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§2.1 材料科学与工程的形成与内涵
3）不同材料测试技术及工艺技术的交叉融合也促进了材料 科学的形成
虽然不同类Байду номын сангаас的材料各有其专用的生产设备和测试手段， 但它们在许多方面是相同或相近的。
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§2.1 材料科学与工程的形成与内涵 2.1.4 材料科学与工程的四要素
(性质）
材料的化学成分、组织结构是影响其各种性质的直接因 素，加工过程通过改变材料的组织结构而影响其性质。另一 方面，改变化学成分会改变材料的组织结构，从而影响其性 质。
组织结构是核心，性能是研究工作的落脚点。
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§2.1 材料科学与工程的形成与内涵
新技术、新方法和新工艺；或者提高已有材料的性能和质量， 降低成本和减少污染，以更好地使用已有材料，充分发挥其 作用。材料科学与工程在这一点上与材料物理、材料化学有 重要区别。 3）材料科学与材料工程是相辅相成、密不可分的
在材料科学与工程中，材料科学侧重于发现和揭示材料 四要素之间的关系，以提出新概念和新理论；材料工程则侧 重于寻求新手段以实现新材料的设计思想并使之投入应用。 两者是相辅相成、密不可分的。
材料的品种及其应用多种多样，材料的问题涉及到许 多科学与工程学科，因此，人们一直关心各种材料的统一 性和相关性。
材料科学与工程四个基本要素的提出，才使得在貌似 不相关的材料之间找到了共同点，即无论哪种材料都包括 以下四个基本要素：
– 成分与结构 – 合成与加工 – 性能（性质或固有属性） – 使用性能
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§2.1 材料科学与工程的形成与内涵
材料科学的形成
■ 材料科学的提出－20世纪60年代初 “材料”早以存在 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，“材料科学”一 词广泛应用。 ■ 材料科学的形成是科学技术发展的结果 ■ 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
等基础学科的发展为材料科学的形成奠定了重要的理论基础； 而各种现代分析技术的进步，加深了人们对物质结构和材料 的物理化学性质的理解；同时，冶金学、金属学、陶瓷学、 高分子科学等应用科学的发展也使人们对材料本身的研究大 大加强。这使人们对材料的制备、结构、性能以及它们之间 的相互关系的研究也越来越深入。 2）不同材料应用理论的交叉融合促进了材料科学的形成
1）材料科学与工程具有鲜明的工程性 材料科学与工程具有物理学、化学、冶金学、陶瓷学、
高分子学等多学科相互融合、相互交叉的特点，并且与实际 应用的关系非常密切，具有鲜明的工程性。
实验室的研究成果必须经过工程研究与开发，以确定合理的工艺 流程，并通过中试试验后才能生产出符合要求的材料；此外，各种材 料在使用中，还会暴露出一些问题，需要反馈到研究与开发环节，进 行改进后再回到应用领域。
一方面，不同材料的结构与性能表征方法大体上是相通 的。
例如，光学显微镜、电子显微镜、表面测试设备、力学性能及其他物 理性能测试设备等，对不同类型的材料而言是通用的。
另一方面，在材料的制备与加工中，有许多工艺也是通 用的。
例如，挤压工艺常用于金属材料的成形加工以提高强度，而某些高 分子材料通过挤压法形成纤维同样能使其比强度和比刚度大幅度提高。
■ 材料学的三个重要特性
□ 多学科交叉 □ 密切结合实际应用 □ 发展中的学科
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§2.1 材料科学与工程的形成与内涵
2.1.2 材料科学与工程的形成
材料科学的核心内容，在于研究材料的成分、组织结构与 性能的关系，具有科学的性质，其目的是解决“为什么”。
材料工程的核心内容，在于研究材料在制备、成形、处理 和加工过程中的工艺技术问题，其目的是解决“怎样做”。
只有经过多次反复的应用与改进，才能成为成熟的材料。即便是成 熟的材料，随着科技的发展与需求的推动，还要不断加以改进。因此， 在材料研究中，将会涉及到材料研究、工艺改进、试验测试、中试试 验、推广应用和完善改进等各阶段的研究工作。
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§2.1 材料科学与工程的形成与内涵
2）材料科学与工程有明确的应用背景和应用目的 发展材料科学与工程的目的是开发新材料，并为之提供
把“材料科学”与“材料工程”两者有机结合起来，就形 成了“材料科学与工程”。
材料科学为材料工程提供设计依据，为更好地选择、使 用和发展新材料提供理论基础；材料工程又为材料科学提供 丰富的研究课题和物质基础。可见，材料科学与材料工程是 紧密联系的。
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§2.1 材料科学与工程的形成与内涵
2.1.3 材料科学与工程的特点
第二章 材料科学与工程的四个基本要素
§2.1 材料科学与工程的形成与内涵
2.1.1 材料科学的形成
“材料科学”概念的提出只是20世纪50 年代末到60年代初的事情。
卫星上天引发的震动
1957年，前苏联人造卫星首先上天，
对美国人触动很大。1957年10月和11月，
苏联先后发射了两颗重量分别为80kg和
把四大要素连接在一起，就形成一个四面体。该四面体模型较好 地描述了作为一个整体的材料科学与工程的内涵和特点，反映了材料 科学与工程研究中的共性问题。因此，抓住了材料科学与工程的四个 要素，就抓住了材料科学与工程的本质。
500kg的人造卫星。直到第二年的1月底，
美国才发射了一个重量仅8kg的人造卫星。
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§2.1 材料科学与工程的形成与内涵
由于当时正是苏美两国争夺世界霸权的冷战时代，这 件事在美国朝野引起很大震动。各有关部门联合向总统提 出报告，认为美国落后于苏联的原因主要在于先进材料的 研究开发方面。
1958年3月，美国总统发布了“全国材料规划”，决 定由12所大学成立材料科学研究中心，采用先进的科学理 论和实验方法对材料进行深入研究，从此出现了“材料科 学”一词。
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§2.1 材料科学与工程的形成与内涵
科技发展的必然结果
1） 20世纪上半叶基础学科的发展奠定了材料科学的基础 量子力学、固体物理、无机化学、有机化学、物理化学
在“材料科学”概念出现以前，金属、陶瓷和高分子都 已自成体系，但它们之间存在颇多相似之处，不同材料之间 可以相互借鉴，促使了该学科的发展。
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§2.1 材料科学与工程的形成与内涵
3）不同材料测试技术及工艺技术的交叉融合也促进了材料 科学的形成
虽然不同类Байду номын сангаас的材料各有其专用的生产设备和测试手段， 但它们在许多方面是相同或相近的。
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§2.1 材料科学与工程的形成与内涵 2.1.4 材料科学与工程的四要素
(性质）
材料的化学成分、组织结构是影响其各种性质的直接因 素，加工过程通过改变材料的组织结构而影响其性质。另一 方面，改变化学成分会改变材料的组织结构，从而影响其性 质。
组织结构是核心，性能是研究工作的落脚点。
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§2.1 材料科学与工程的形成与内涵
新技术、新方法和新工艺；或者提高已有材料的性能和质量， 降低成本和减少污染，以更好地使用已有材料，充分发挥其 作用。材料科学与工程在这一点上与材料物理、材料化学有 重要区别。 3）材料科学与材料工程是相辅相成、密不可分的
在材料科学与工程中，材料科学侧重于发现和揭示材料 四要素之间的关系，以提出新概念和新理论；材料工程则侧 重于寻求新手段以实现新材料的设计思想并使之投入应用。 两者是相辅相成、密不可分的。
材料的品种及其应用多种多样，材料的问题涉及到许 多科学与工程学科，因此，人们一直关心各种材料的统一 性和相关性。
材料科学与工程四个基本要素的提出，才使得在貌似 不相关的材料之间找到了共同点，即无论哪种材料都包括 以下四个基本要素：
– 成分与结构 – 合成与加工 – 性能（性质或固有属性） – 使用性能
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§2.1 材料科学与工程的形成与内涵
材料科学的形成
■ 材料科学的提出－20世纪60年代初 “材料”早以存在 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，“材料科学”一 词广泛应用。 ■ 材料科学的形成是科学技术发展的结果 ■ 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
等基础学科的发展为材料科学的形成奠定了重要的理论基础； 而各种现代分析技术的进步，加深了人们对物质结构和材料 的物理化学性质的理解；同时，冶金学、金属学、陶瓷学、 高分子科学等应用科学的发展也使人们对材料本身的研究大 大加强。这使人们对材料的制备、结构、性能以及它们之间 的相互关系的研究也越来越深入。 2）不同材料应用理论的交叉融合促进了材料科学的形成
1）材料科学与工程具有鲜明的工程性 材料科学与工程具有物理学、化学、冶金学、陶瓷学、
高分子学等多学科相互融合、相互交叉的特点，并且与实际 应用的关系非常密切，具有鲜明的工程性。
实验室的研究成果必须经过工程研究与开发，以确定合理的工艺 流程，并通过中试试验后才能生产出符合要求的材料；此外，各种材 料在使用中，还会暴露出一些问题，需要反馈到研究与开发环节，进 行改进后再回到应用领域。
一方面，不同材料的结构与性能表征方法大体上是相通 的。
例如，光学显微镜、电子显微镜、表面测试设备、力学性能及其他物 理性能测试设备等，对不同类型的材料而言是通用的。
另一方面，在材料的制备与加工中，有许多工艺也是通 用的。
例如，挤压工艺常用于金属材料的成形加工以提高强度，而某些高 分子材料通过挤压法形成纤维同样能使其比强度和比刚度大幅度提高。
■ 材料学的三个重要特性
□ 多学科交叉 □ 密切结合实际应用 □ 发展中的学科
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§2.1 材料科学与工程的形成与内涵
2.1.2 材料科学与工程的形成
材料科学的核心内容，在于研究材料的成分、组织结构与 性能的关系，具有科学的性质，其目的是解决“为什么”。
材料工程的核心内容，在于研究材料在制备、成形、处理 和加工过程中的工艺技术问题，其目的是解决“怎样做”。
只有经过多次反复的应用与改进，才能成为成熟的材料。即便是成 熟的材料，随着科技的发展与需求的推动，还要不断加以改进。因此， 在材料研究中，将会涉及到材料研究、工艺改进、试验测试、中试试 验、推广应用和完善改进等各阶段的研究工作。
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§2.1 材料科学与工程的形成与内涵
2）材料科学与工程有明确的应用背景和应用目的 发展材料科学与工程的目的是开发新材料，并为之提供
把“材料科学”与“材料工程”两者有机结合起来，就形 成了“材料科学与工程”。
材料科学为材料工程提供设计依据，为更好地选择、使 用和发展新材料提供理论基础；材料工程又为材料科学提供 丰富的研究课题和物质基础。可见，材料科学与材料工程是 紧密联系的。
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§2.1 材料科学与工程的形成与内涵
2.1.3 材料科学与工程的特点
第二章 材料科学与工程的四个基本要素
§2.1 材料科学与工程的形成与内涵
2.1.1 材料科学的形成
“材料科学”概念的提出只是20世纪50 年代末到60年代初的事情。
卫星上天引发的震动
1957年，前苏联人造卫星首先上天，
对美国人触动很大。1957年10月和11月，
苏联先后发射了两颗重量分别为80kg和
把四大要素连接在一起，就形成一个四面体。该四面体模型较好 地描述了作为一个整体的材料科学与工程的内涵和特点，反映了材料 科学与工程研究中的共性问题。因此，抓住了材料科学与工程的四个 要素，就抓住了材料科学与工程的本质。
500kg的人造卫星。直到第二年的1月底，
美国才发射了一个重量仅8kg的人造卫星。
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§2.1 材料科学与工程的形成与内涵
由于当时正是苏美两国争夺世界霸权的冷战时代，这 件事在美国朝野引起很大震动。各有关部门联合向总统提 出报告，认为美国落后于苏联的原因主要在于先进材料的 研究开发方面。
1958年3月，美国总统发布了“全国材料规划”，决 定由12所大学成立材料科学研究中心，采用先进的科学理 论和实验方法对材料进行深入研究，从此出现了“材料科 学”一词。