材料科学和工程基础PPT课件市公开课一等奖百校联赛获奖课件.pptx

材料科学与工程基础材料科学与工程基础FUNDAMENTALSOFMATERIALSSCIENCEANDENGINEERING第1页第一章第一章绪论绪论Chapter1IntroductionWhatisMaterialsClassficationofMaterialsWhatisMaterialsScienceWhatisMaterialsEngineeringImportanceofMaterialsonProgressofHumenHistoryandModernScienceandTechnologyObjectiveandMethodsofLearningthisCourseChapter1第2页1-1材料定义和分类材料定义和分类(DefinitionandClassfication)1-1-1定义定义1.材料材料MaterialsMaterial：材料科学（工科）物质科学（理科）Webster编者“NewInternationalDictionary（1971年）”中关于材料（Materials）定义为：材料是指用来制造一些有形物体（如：机械、工具、建材、织物等整体或部分）基本物质（如金属、木料、塑料、纤维等）迈尔新百科全书迈尔新百科全书中材料含义：材料是从原材料中取得，为生产半成品、工件、部件和成品初始物料，如金属、石块、木料、皮革、塑料、纸、天然纤维和化学纤维等等。材材料料是是指指含含有有满满足足指指定定工工作作条条件件下下使使用用要要求求形形态态和和物物理性状物质。理性状物质。第3页2.原料与材料原料与材料原料（RawMaterials）由原料到材料。原料普通不是为取得产品，而是生产材料，往往伴随化学改变。材料特点往往是为取得产品，普通从材料到产品转变过程不发生化学改变。3.材料与物质材料与物质(MaterialsandMatter)材料可由一个或各种物质组成。同一物质因为制备方法或加工方法不一样能够得到用途各异、类型不一样材料。第4页1-1-2类别类别classfication材料能够依据化学组成、状态、作用和使用领域分类。金属材料化学组成份类化学组成份类无机非金属材料components有机高分子材料气态状态分类状态分类液态单晶state固态多晶非晶复晶作用分类作用分类功效function结构（工程）应用领域分类应用领域分类建筑、仪表、电子、医用application包装、耐火能源等等。第5页1.金属材料金属材料metals(1)黑色金属材料黑色金属材料化学成份碳素钢、合金钢品质普通、优质、高级优质钢钢钢-金相组织或组织结构珠光体、贝氏体、马氏体和奥氏体Stell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、沸腾炉钢灰铸铁可锻铸铁铸铁铸铁球墨铸铁蠕墨铸铁特殊性能铸铁第6页(2)有色金属有色金属五大类五大类轻金属（4.58/cm2)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、镭惯用稀有金属材料有：Al、Cu、Zn、Sn、Pb、Mg、Ni第7页(3)基本特征基本特征PrincipalPropertiesa.金属键，常规法生产为晶体结构；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，合金可改性抗氧化性。(4)用途用途Applicationa.结构材料:如机床,建筑机械设备、工程交通工具；b.导体材料，电线芯（铜）c.工具第8页2无机非金属材料无机非金属材料Inorganicnonmetals(1)分类分类（按成份，化学结构和用途分四大类）混凝土混凝土（水泥）玻璃玻璃Glass硅及耐火材料硅及耐火材料Silane陶瓷（器）陶瓷（器）Ceramics传传统统陶陶瓷瓷（天然硅硅酸酸盐盐矿）：各中粘土烧制而成。(SilicateCeramics)特种陶瓷特种陶瓷（人工化合物：氧化物、氮化物、硼化物、碳化物）。第9页(2)基本特征基本特征，以陶瓷陶瓷为例，其它有较大差异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）绝缘瓷瓶。功效陶瓷：磁性、导电。第10页3.高分子材料高分子材料polymers,Marcomolecules(1)分类分类碳链CCC按主链结构按主链结构杂链CNC=OCOCbackebone元素Si、P、B塑料Plastics通用塑料、工程塑料；热塑性、热固性橡胶Ruber天然、合成按使用性质按使用性质纤维Fiber人造、合成粘合剂Adhesive涂料Coating第11页(2)基本性质基本性质a.共价键，部分范氏键b.分子量大，无显著容点，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.优越化学稳定性g.成型方法多(3)用途用途结构材料：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、电器零件建筑材料：贴面板、地贴包装材料：塑料袋、薄膜、泡沫塑料涂装：涂料粘合剂：粘合剂日用：织物（衣服）胶鞋运输：轮胎，传送带第12页4.复合材料复合材料composites定定义义：由两种以上组分组成，而且含有与其组成不一样新性能材料(1)分类分类按性能：按性能：结构复合材料功效复合材料按增强剂形状及增强机理按增强剂形状及增强机理：粒子增强纤维增强基体基体Matrix增强体增强体Reinforcement金属金属、无机非金按复合方式按复合方式无机非金属金属、无机非金属高分子（塑料，橡胶）金属、无机非金、高分子第13页(2)基本性质基本性质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.含有良好减摩、耐摩和耐润滑性能(3)用途用途无机-高分子玻璃纤维增强塑料(玻璃钢)汽车,游艇，碳纤维增强塑料飞机机翼、高尔夫球棍、撑杆跳杆金属陶瓷飞机螺旋桨叶综合金属韧性，陶瓷耐高温性高分子-高分子橡胶增韧塑料抗冲PSABS树脂减震材料第14页1-2材料科学与工程概述材料科学与工程概述BriefIntroduction1-2-1材料主要作用材料主要作用ImportanceofMaterialsfortheDevelomentofHumenHistoryandScience&Technology材料是人类社会发展巨大推进力，生产工具制造物质基础是材料。石器时代陶器时代青铜时代铁期时代复合材料材料使用和发展，与生产力和科学技术水平亲密相关举例举例：(1)1764年工业革命，第一部机器（手摇）1769年水力纺纱机1782年蒸汽机为动力纺纱机，纺织业（动力）第15页瓦特发动机、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1945年电子管计算机几间大屋半导体集成电路小型芯片、液晶、分子器件、计算机（PC）手提电脑，掌上电脑第16页(2)当前当前材料品种几十万种（手册中）科学技术发展三大支柱：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、液晶显示器（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、特征各种材料相互替换、复合、共性、特征纳米材料第17页第18页第19页第20页第21页第22页第23页第24页1-2-2材料科学与工程范围和任务材料科学与工程范围和任务(1)学科建立学科建立EstablishmentofMaerialsScienceandEngineering1960s金属材料金相学金属学无机材料无机化学陶瓷学高分子材料高分子化学高分子物理(2)内容和任务内容和任务ContentsandObjective材材料料科科学学：从理论上研究金属、无机非金属和有机高分子等材料成份、结构、加工工艺同材料性能及材料应用之间相互关系。材材料料科科学学与与工工程程：关于材料组成、结构、制备工艺与其性能及使用过程间相互关系知识开发及应用科学学学科科性性质质：是介于基础科学与应用科学之间应用基础科学，（边缘学科）。第25页PerformancePropertiesSynthesisandProcessingCompositionsandStructures第26页第27页研究内容：研究内容：科学性a.从化学角度出发，研究材料化学组成、键性、结构与性能关系b.从物理角度，阐述材料组成原子、分子及其运动状态与各物性之间关系c.材料制备工艺技术性d.材料性能表征e.材料应用(3)材料工程材料工程MaterialsEngineering对于工程技术人员：怎样选择特定应用环境下需要材料，来满足使用要求，怎样按实际要求设计新材料，须搞清以下三个关系（材质）材料内部结构与性能（内部形态）加工工艺与性能（使用环境，耐久性）材料性能与使用过程第28页1-3本课程内容和学习方法本课程内容和学习方法1-3-1内容内容第一章第一章绪论绪论Introduction材料定义、分类及基本内容第二章第二章物质结构基础物质结构基础FundamentalsofMaterialStructure各类材料结构上共性基础、原子分子、聚集态、表面、转变第三章第三章材料组成及结构材料组成及结构CompositionsandStructuresofMaterials从材料组成入手，阐述各种材料聚集态结构和宏观组织结构。第29页第四章第四章材料性能材料性能PropertiesofMaterials说明在应力、热、光、电、声、化学介质等各种外界原因下，各类材料所表现宏观性质、破坏形式及其内部结构改变规律。第五章第五章材料制备和成型加工材料制备和成型加工PreparationandManufacturingofMaterials从不一样种类材料出发，说明材料制备原理和方法。第30页1-3-2学习方法和要求学习方法和要求汉字教材和英文教材相结合，电子课件上网，中英文习题课堂讲授、课堂讨论和课外作业、课前预习相结合经过物质结构与组成基本理论学习，掌握材料结构性能内在关系；经过对比，了解高分子材料与金属和无机非金属材料在材料结构和性能特点上主要异同点；利用结构性能关系原理，了解主要材料品种制备和应用特点，含有一定材料设计基础知识。第31页主要参考书主要参考书Fundamentals of Materials Science andEngineering（英文资料）材料科学与工程基础（美）L、H范弗莱克材料科学与工程系列教材哈尔滨工业大学出版社（1999）材料科学基础.谢希文，北京航空航天大学出版社，1999年。第32页