材料科学基础 顾宜版 第一章绪论.ppt

材料科学基础;绪 论;教学目标;0.1 什么是材料？;原料（Raw Materials）与材料 原料一般不是为获得产品，而是生产材料，由原料到材料的过程往往伴随化学变化。 材料的特点往往是为获得产品，一般从材料到产品的转变过程不发生化学变化。 材料与物质（Matter） 材料可由一种或多种物质组成。 同一物质由于制备方法或加工方法不同可以得到用途各异、类型不同的材料。 材料科学侧重于工程学（工科），物质科学侧重于基础科学（理科）。 ;材料与人类文明;中国古代许多宝刀、宝剑都是采用独特的加工方法制成的。三国时期曹操有“百炼利器”五把。孙权有三把宝刀，其中有一把也命名为“百炼”。刘备令蒲元造宝刀五千把，上刻有“七十二炼”。; 第一次工业革命（蒸汽时代）的突破口是推广应用蒸汽机 ，但只有在开发了铁和铜等新材料以后，蒸汽机才得以使用并逐步??广。 第二次工业革命（电气时代）一直延续到20世纪中叶，以石油开发和新能源广泛使用为突破口，大力发展飞机、汽车和其他工业，支持这个时期产业革命的仍然是新材料开发。如合金钢、铝合金以及各种非金属材料的发展。 ;材料是当代文明的三大支柱之一 材料、能源、信息是当代社会文明和国民经济的三大支柱，是人类社会进步和科学技术发展的物质基础和技术先导。 材料是全球新技术革命的四大标志之一（新材料技术、新能源技术、信息技术、生物技术）。 ;1、石墨烯 ;2、碳纳米管 ;3、3D打印材料 ;4、气凝胶 ;5、非晶合金 ;6、泡沫金属 ;7、离子液体 ;8、超材料 ;9、超导材料 ;10、形状记忆合金 ;什么是材料科学与工程？;概念区别;0.2.1 按化学组成分类（重点） 0.2.2 根据材料的性能分类 0.2.3 按服役的领域来分类 0.2.4 按结晶状态分类 0.2.5 按材料的维度分类 ;0.2.1 按化学组成分类（重点）;1. 金属材料; 在103种元素中，除He、Ne、Ar等6种惰性元素和C、Si、N等16种非金属元素外，其余81种为金属元素。除Hg之外，单质金属在常温下呈现固体形态，外观不透明，具有特殊的金属光泽及良好的导电性和导热性。在力学性质方面，具有较高的强度、刚度、延展性及耐冲击性。 合金是由两种或两种以上的金属元素，或金属元素与非金属元素熔合在一起形成的具有金属特性的新物质。合金的性质与组成合金的各个相的性质有关，同时也与这些相在合金中的数量、形状及分布有关。;2. 有机高分子材料（高聚物） ;室温弹性高，即使在很小的外力作用下，也能产生很大的形变（可达1000%），外力去除后，能迅速恢复原状。 其弹性模量小，约105~104 Pa。 常用的橡胶有天然橡胶（异戊橡胶）、丁苯橡胶、顺丁橡胶（聚丁二烯）、乙丙橡胶和硅橡胶等。;弹性模量较大，约109~1010 Pa。 受力时，形变不超过百分之二十。 纤维大分子沿轴向作规则排列，其长径比较大，在较广的温度范围（-50~150℃）内，机械性能变化不大。 常用的合成纤维有尼龙、涤纶、晴纶和维尼纶等。 ;弹性模量介于橡胶和纤维之间，约107~108 Pa。 受力形变可从百分之几至百分之几百。 有些塑料的形变是可逆的，有些塑料的形变是永久的。根据塑料受热时行为的不同，分为热塑性和热固性塑料两类。 热塑性塑料：受热时可以软化和塑化，冷却时则凝固成形，再加热又可软化塑化，如聚乙烯、聚氯乙烯和聚碳酸酯等。 热固性塑料：受热时软化和塑化，发生化学反应，并固化成型，冷却后不能再加热软化塑化，如环氧塑料、酚醛塑料（电木）和脲醛塑料等。 ;常温下处于粘流态，当受到外力作用时，会产生永久变形，外力撤去后又不能恢复原状的高聚物。 有时把聚合后未加工成型的高聚物称为树脂，以区分加工后的塑料或纤维制品，如电木固化前称酚醛树脂，涤纶纤维未纺织前称涤纶树脂。;3. 无机非金属材料;传统的无机非金属材料;新型（或先进）无机非金属材料;4. 复合材料 ;按基体材料分类：金属基复合材料，陶瓷基复合材料，水泥、混凝土基复合材料，塑料基复合材料，橡胶基复合材料等； 按增强体的维度可分为粒子、纤维及层状复合材料； ;0.2.2 按材料的性能分类 ;指具有抵抗外场作用而保持自己的形状、结构不变的优良力学性能（强度和韧性等），用于结构目的的材料。 这种材料通常用来制造工具、机械、车辆和修建房屋、桥梁、铁路等。 主要包括：机械制造材料、建筑材料，包括结构钢、工具钢、铸铁、普通陶瓷、耐火材料、工程塑料等传统结构材料，以及高温合金、结构陶瓷等先进结构材料。;指具有优良的电学、磁学、光学、热学、声学、力学、化学和生物学等功能及其相互转化的功能，用于非结构目的的高技术材料。;0.2.3 按服役的领域来分类 ;信息材料是指用于信息的探测、传输、显示、运算和处理的光电