1、单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,返回,返回,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,2026/5/3 周日,材料科学基础,张亚非 83884742,zyafei11,1/25,2026/5/3 周日,绪 论,0.1 材料定义,0.2 材料学发展史,0.3 研究内容及方法,0.4 材料科学研究意义,0.5 本课程特点和学习方法,2/25,2026/5/3 周日,0.1 材料定义,广义:人们思想意识之外全部物质。,结构物质世界基础要素,材料,狭义:当人们注意到物质含有特征,并试图将这些
2、特征加以利用时,才把,“,物质,”,看作,“,材料,”,。,有用物质,材料,通常意义材料:在工业和尖端技术中广泛而着重应,用物质。,含有主要用途物质,材料,3/25,2026/5/3 周日,基础材料,无机非金属 (玻璃、陶瓷)氧化物及硅酸盐等,金属 (各种金属及合金)矿石,高分子(塑料、纤维、橡胶)石油、天燃气等,复合材料:由上述三种,基础材料合理组合而成。,分 类,4/25,2026/5/3 周日,材料特征,性能,材料对外部刺激抵抗能力。,如:外力、环境温度、腐蚀性物质刺激。,强度、硬度、塑性、韧性、耐热性、耐腐蚀性,功效,材料对外部刺激特异反应能力。,对材料输入信号时,物质因发生质或量改
3、变,,所产生输出效应。,如:,热电、光电、压电、分离吸附、催化,材料,减震、导热、导电、导磁,也归入功效范围,5/25,2026/5/3 周日,功 能 材 料 举 例,材料,信号转换,应用,液晶,热或电,颜色,测温、液晶显示,热电,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 固定频率振荡,石英钟,6/25,2026/5/3 周日,按 用 途 分 类,结构材料,利用材料良好力学、热学、化学,性能,。,制备工程构件、机械零件等。,功效材料,利用材料特殊,功效,性。,制备含有特殊电、磁、声、光等器件,,及各种传感器等。,材料是制造业基础,,在工业链中处于上游产业
4、7/25,2026/5/3 周日,0.,2,材料学发展史,一门古老而又新兴学科。,材料应用可追溯到数千年以前。,陶瓷、金属、羊毛、兽皮、木材等。,材料使用可作为,人类历史时期划分标志:,石器青铜器铁器时代。,当代技术三大支柱:材料、信息、能源。,新技术革命标志:新材料、信息技术、生物技术。,8/25,2026/5/3 周日,金属材料,19,世纪以前,不论从材料制备工艺水平、生产规模,还是在产品数量上都非常低下。材料学完全处于原始,“,技艺,”,状态,根本谈不上科学。,因为当初科技水平限制,人们只能依据经验,对材料加工制造工艺 与性能之间关系进行粗浅探索归纳。,在工业上应用进行了半个世纪,历
5、史上曾出现过,“,工程材料,”,、,“,材料工学,”,等科目,但未能在理论上说明材料科学规律。,制备工艺,性能,9/25,2026/5/3 周日,19,世纪以后,反射式金相显微镜诞生,矿物学家索拜拍下了第一张钢显微组织照片,随即各种金属材料,显微组织得以一一显示。,从此人们开始对材料微观及宏观组织,加工制造工艺与性能之间关系进行归纳总结,于是,诞生,了“,金相学,”,。,亚共析钢组织金相图,工艺,性能,组织,10/25,2026/5/3 周日,金相学诞生,使人们从中得到了不少好处,开发了一批更高性能金属材料,同时也刺激了人们了解探索材料精细结构欲望。,19世纪后期到20世纪中期:伦琴发觉了,X
6、射线,劳埃和布拉格创建了晶体,X,射线衍射分析方法。,尤其近几十年来,其它近代试验伎俩如: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结构认识。,11/25,2026/5/3 周日,伴随当代科学技术和工业生产快速发展,,学科间相,互渗透:从热力学、金属物理、弹塑性理论等学科中,吸收了必要理论基础。,使人们对金属材料化学成份、加工过程与组织结构,和性能之间关系有了深入了解,形成了完整学,科体系。,此时,“,金相学,”,远远不能囊括本,学科研究内容,于是诞生了,“,金属学,”,。,制备加工,性能,成份组织结构,12/25,2026/5/3 周日,无机非金
7、属材料,经历了长久寂静古老材料。直到20世纪后期,,伴随无机化学蓬勃发展,,“,陶瓷工学,”,、,“,陶瓷化学,”,应运而生。尤其在近几十年取得了惊人发展。,当代陶瓷概念已远远超出了传统陶与瓷范围。它主要采取人工精制高纯超细无机粉末为原料,经过准确化学计量来配制高性能硅酸盐、氧化物、碳化物和氮化物等新型陶瓷材料。,13/25,2026/5/3 周日,它以其卓越性能(功效)、繁多品种、强大功效和广泛用途进入国民经济各个领域,尤其在电子技术、核技术和空间技术中占有十分主要,甚至是关键不可替换地位。,依据日本通产省和美国商务部对新材料需求预测,在近几十年内,无机非金属材料增加率将是最快,,“,被誉为
8、二十一世纪材料,”,。,14/25,2026/5/3 周日,高分子材料,年轻新型材料,在有机化学基础上,,“,高分子化学,”,、,“,高分子物理,”,脱颖而出。经历了以下标志性里程碑式发展:,尼龙,66,、聚脂、丙烯酸类三大合成纤维问世。,一扫人们认为高聚物等于粗劣代用具坏印象。,齐格勒,纳塔催化剂创造。,确立了人工控制,“,立构规整性,”,及,“,分子量分布,”,合成方法。,15/25,2026/5/3 周日,差示扫描量热法,DSC,和,差热,分析,DTA,发展。,大幅提升了高分子检测技术速度和准确度。,近几十年来,可与金属挑战各种工程塑料制品已经普及。相关高聚物,“,分子设计,”,及,“,
9、材料设计,”,科学及关键技术,已到达了相当成熟水平。,16/25,2026/5/3 周日,新时代诞生,在应用方面: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复合材料;,陶瓷替换金属作高温材料;,塑料替换金属作轻型材料;,迎来了灵活应用新时代,17/25,2026/5/3 周日,材料科学,材料学,材料工程,工艺学(加工与制造),金属学,陶瓷(结构、化学),高分子(物理、化学,),学科间相互渗透,人们逐步发觉,金属学、陶瓷学 和高分子物理中一些规律能够相互借鉴,而且还 有许多共性。于是提出了,“,材料科学,”,作为研究材料共 性规律学科。这么有利于在工业各个领域中更
10、有效 施用材料,也有利于学科发展。,18/25,2026/5/3 周日,0.3 研究内容及方法,1、内容,材料科学:(回答为何),研究成份,加工工艺,组织,结构,性能之间关系。,含有一定可预见性。,材料工程:(该怎样做),依据使用性能要求,怎样科学设计,制订合理加工路线和工艺参数,制备高性价比材料。,成份,加工工艺,性能,材料四要素,组织结构,19/25,2026/5/3 周日,2.方法,材料科学,基础研究,以科学构想为基础,经试验研究,探索材料共性规律,创造性地制做新材料,将其性能(功效)评价作为研究结果。,特点:不确定性,重大结果经常是,“,意外收获,”,。,材料工程,应用研究,从事材料开
11、发应用。以材料科学结果为基础,经试验研究,寻求愈加合理新工艺,完善现有工艺。以,生产高性价比产品为目标。,20/25,2026/5/3 周日,0.,4,材料科学研究意义,材料是国民经济基础,当代化标致。,当代技术三大支柱:材料、能源、信息。,新技术革命标志:新材料、信息技术、生物技术。,重大技术革命产生,依赖于新材料突破。,21/25,2026/5/3 周日,历 史 见 证,半导体材料-集成电路、计算机技术。跨入当代化,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。,22/25,
12、2026/5/3 周日,超导体优势,:,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,超导体仅几千克。,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。,23/25,2026/5/3 周日,0.,5,本课程特点和学习方法,本专业最主要专业基础课程。,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。,三大材料基本理论难以系统柔和。,以金属学为主,剥离相关高分子个性知识。,24/25,25,SEM,TEM,Optical,5 nm,25/25,






