材料科学-课件

的“技艺”状态，根本谈不上科学。
• 由于当时科技水平的限制，人们只能根据经验，对材料 的加工制造工艺 与性能之间的关系进行粗浅的探索归纳。
• 在工业上的应用进行了半个世纪，历史上曾出现过“工
程材料”、“材料工学”等科目，但未能在理论上阐明
材料的科学规律。
2021/2/23
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• 19世纪以后，反射式金相显微 镜的诞生，矿物学家索拜拍下了 第一张钢的显微组织照片，随后 各种金属材料的显微组织得以一 一显示。
2021/2/23
被誉为二十一世纪的材料
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高分子材料方面
• “高分子化学”、“高分子物理”脱颖而出。
• 尼龙66、聚脂、丙烯酸类三大合成纤维问世。
• 齐格勒—纳塔催化剂发明。
• DSC和DTA热分析法的发展。
• 聚合物“分子设计”和“材料设计”，达到相当成熟的水 平。
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新时代的诞生
和性能之间的关系有了深入的了解，形成了完整的学
科体系。
成分组织结构
• 此时“金相学”远远不能囊括本
学科的研究内容，于是诞生了
——“金属学”。
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制备加工
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性能
无机材料方面
• 20世纪后期，“陶瓷工学”、“陶瓷化学”应运而生。 • 现代陶瓷的概念远远超出了传统陶与瓷的范畴。 • 人工合成原料，精确计量，品种繁多，功能强大。 • 在高技术领域占有不可替代的核心地位。
• 应用方面：各种材料相互配合、替用日渐广泛。 如：聚合物或金属 + 无机纤维组成高性能的复合材料； 陶瓷替代金属作高温材料； 塑料替代金属作轻型材料； —— 迎来了灵活应用的新时代
• 学科间的相互渗透与依赖，促使“材料科学”的诞生。 —— 研究材料共性规律的学科
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材料学
材料科学
• 电能损耗小: 磁场强度为17.5万高斯,常规电磁铁耗电 7兆瓦,而超导体仅需15千瓦。
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0.5 本课程的特点和学习方法
• 本专业最重要的专业基础课程。 • 理论与实际相结合，承上启下。 • 实践性不如材料工艺课程。 • 理论性、逻辑性不如数、理、化，多数概论是定性的。 • 三大材料的基本理论难以系统柔和。 • 以金属学为主，剥离有关高分子个性知识。
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0.4 材料科学的研究意义
• 材料是国民经济的基础，现代化的标致。 • 现代技术的三大支柱：材料、能源、信息。 • 新技术革命标志：新材料、信息技术、生物技术。 • 重大技术革命的产生，依赖于新材料的突破。
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历史的见证
• 半导体材料 --- 集成电路、计算机技术。跨入现代化 的门槛。
• 光导纤维 --- 光通讯。步入了高信息时代。
• 高强度复合材料 --- 太空探测器、宇宙飞船。冲出地 球在太空遨游。
• 超导材料 --- 超高速计算机、低能耗超导电机、磁悬 浮列车。
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超导体的优势:
• 载流能力高: 比Cu、Al线高2-3个数量级。
• 重量轻: 5万高斯中型磁体,常规电磁铁重达20吨,超导 体仅几公斤。
• 材料的使用可作为人类历史时期划分的标志： 石器→青铜器→铁器时代。
• 现代技术的三大支柱：材料、信息、能源。
• 新技术革命标志：新材料、信息技术、生物技术。
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金属材料方面
制备工艺
性能
• 19世纪以前，无论从材料制备的工艺水平、生产规模， 还是在产品的数量上都非常低下。材料学完全处于原始
• 结构材料 — 利用材料良好的力学、热学、化学性能。 制备工程构件、机械零件等。
• 功能材料 — 利用材料特殊的功能性。 制备具有特殊的电、磁、声、光等器件， 及各种传感器等。
材料是制造业的基础， 在工业链中处于上游产业。
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0.2 材料学的发展史
• 一门古老而又新兴的学科。
• 材料的应用可追溯到数千年以前。 陶瓷、金属、羊毛、兽皮、木材等。
• 从此人们开始对材料的微观及 宏观组织，加工制造工艺与性能 之间的关系进行归纳总结，于是 诞生了“金相学” 。
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亚共析钢组织金相图
性能
工艺
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组织
• 金相学的诞生，使人们从中得到了不少好处，开发了 一批更高性能的金属材料，同时也刺激了人们了解探 索材料精细结构的欲望。
• 19世纪后期到20世纪中期：伦琴发现了X射线，劳埃 和布拉格创立了晶体X射线衍射分析方法。
• 通常意义的材料：在工业和尖端技术中广泛而着重应
用的物质。
具有重要用途的物质——材料
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功能材料举例
材料 液晶 热电
信号转换
应用
Fra Baidu bibliotek
热或电
颜色
测温、液晶显示
温度
热电势或电流 热电偶（阻）
光电 光照
电势或电流
光电管
石英振子 电流
固定频率的振荡
石英钟
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按用途分类
材料科学-课件
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绪论
0.1 材料的定义
0.2 材料学的发展史
0.3 研究内容及方法
0.4 材料科学研究的意义
0.5 本课程的特点和学习方法
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0.1 材料的定义
• 广义：人们思想意识之外的所有物质。 构造物质世界的基础要素——材料
• 狭义：当人们注意到物质具有的特性，并试图将这些 特性加以利用时，才把“物质”看作“材料”。 有用的物质——材料
• 尤其近几十年来，其他近代实验手段如：透射、扫描 电子显微镜，电子衍射和电子探针等得到发展与应用。 大大加深了人们对材料内部精细构造的认识。
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• 随着现代科学技术和工业生产的迅速发展，学科间相 互渗透：从热力学、金属物理、弹塑性理论等学科中 吸取了必要的理论基础。
• 使人们对金属材料的化学成分、加工过程与组织结构
成分结构
材料设计，制定加工工艺路线 和参数。
材料的四要素
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2.方法
• 材料科学 研究材料共性规律，创造性地制做新材料，将其性
能（功能）的评价作为研究成果。 特点：不确定性，重大成果常常是“意外收获”。
• 材料工程 从事材料的开发应用，寻求更加合理的新工艺，完
善现有工艺。
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金属学 陶瓷（结构、化学） 高分子（物理、化学）
材料工程 — 工艺学（加工与制造）
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0.3 研究内容及方法
1、内容
• 材料科学：（回答为什么）
使用性能
研究成分/组织结构 — 加
工工艺 — 性能之间的关系； 加
材
具有一定的可预见性。
工
料
工
性
艺
能
• 材料工程：（该如何做）
重点关注使用性能，进行
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Optical
SEM
5 nm
TEM
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