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緒論,一、《材料科學基礎》的基本概念 二、《材料科學基礎》的地位 三、學習《材料科學基礎》的意義 四、《材料科學基礎》的內容 五、如何學好《材料科學基礎》,1,《材料科學基礎》的基本概念,材料是指人類社會能接受地，經(jīng)濟地的制造有用物品的物質。 材料科學是研究材料的成分、組織結構、制備工藝、加工工藝、材料的性能與材料應用之間的相互關系的科學。材料科學是當代科學技術發(fā)展的基礎、工業(yè)生產(chǎn)的支柱，是當今世界的帶頭學科之一。納米材料科學與技術是20世紀80年代發(fā)展起來的新興學科，成為21世紀新技術的主導中心。 材料科學基礎是進行材料科學研究的基礎理論，它將各種材料（包括金屬、陶瓷、高分子材料）的微觀結構和宏觀結構規(guī)律建立在共同的理論基礎上，用于指導材料的研究、生產(chǎn)、應用和發(fā)展。它涵蓋了材料科學和材料工程的基礎理論。,2,材料科學基礎的地位,人類社會發(fā)展的歷史階段常常用當時主要使用的材料來劃分。從古代到現(xiàn)在人類使用材料的歷史共經(jīng)歷了七個時代，各時代的開始時間： 石器時代（公元前10萬年） 青銅器時代（公元前3000年） 鐵器時代（公元前1000年） 水泥時代（公元0年） 鋼時代（1800年） 硅時代（1950年） 新材料時代（1990年）,3,學習料料科學基礎的意義,（一）材料科學的內涵 材料科學是一個跨物理、化學等的學科。材料科學的核心問題是材料的組織結構（Structure）和性能（Property）以及它們之間的關系。右圖為材料科學與工程四要素。所以，先要了解材料的結構是什么？,4,材料結構關系,材料的結構包括不同晶體結構和非晶體，以及顯微鏡下的微觀結構，哪些主要因素能夠影響和改變結構？只有了解了這些才能實現(xiàn)控制結構的目的。 材料的性能包括物理性能、化學性能、力學性能。,其內部結構包括四個層次：①原子結構；②結合鍵；③原子的排列方式；④顯微組織,5,（二）材料科學與材料工程的關系 材料科學的形成：“材料”早存在，“材料科學”提出于20世紀60年代，1957年蘇聯(lián)衛(wèi)星上天，美國震動很大，在大學相繼建立十余個材料科學研究中心，自此開始，“材料科學”一詞廣泛應用。 一般來講，科學是研究“為什么”的學問，而工程是解決“怎么做”的學問。材料科學的基礎理論，為材料工程指明方向，為更好地選擇、使用材料，發(fā)揮現(xiàn)有材料的潛力、發(fā)展新材料提供理論基礎。 材料科學和材料工程之間的區(qū)別主要在于著眼點的不同或者說各自強調的中心不同，它們之間并沒有一條明確的界線，因此，后來人們常常將二者放在一起，采用一個復合名詞－材料科學與工程（MSE，Material Science and Engineering）,6,材料科學 ：是一門科學，它從事與材料本質的發(fā)現(xiàn)、分析和了解方面的研究，其目的在于提供材料結構的統(tǒng)一描繪或模型，以及解釋這種結構與性能之間的關系。它包括下面的三個環(huán)節(jié)，核心是結構和性能。 材料工程：是工程的一個領域，其目的在于經(jīng)濟地，而又為社會所能接受地控制材料的結構、性能和形狀。它包括下面的五個環(huán)節(jié)。,,,,工藝,結構,性能,,材料工程,,設備,,構件行為,7,（三） 材料的分類 通常根據(jù)材料的結構和用途來分類。結構材料是以強度，剛度，韌性，耐勞性，硬度，疲勞強度等力學性能為特征的材料。功能材料是以聲，光，電，磁，熱等物理性能為特征的材料。 本課程是按金屬、陶瓷、高分子和它們的復合材料來組織教材的內容的。,8,結構材料實際上是一種按結合鍵種類來分類的方法。由此可將材料分為金屬、陶瓷、高分子和由金屬、陶瓷和高分子分別組合成的各種復合材料材料。,金屬材料：黑色金屬材料（鋼鐵）、有色黑色金屬材料（除鋼鐵以外的） 陶瓷材料：氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷 高分子材料：塑料、橡膠合成纖維 復合材料：金屬基復合材料、陶瓷基復合材料、樹脂基復合材料 功能材料：電子材料、光電子材料、超導材料,9,（四）材料的應用 讓我們回顧幾項有影響的事例，以便加深理解材料的發(fā)展在人類社會發(fā)展中起了舉足輕重的作用。 計算機與材料 1、計算機經(jīng)歷：電子管→晶體管→集成電路時代 2、個人電腦移動存儲器的比較 材料科學的發(fā)展是計算機飛速發(fā)展的基礎,10,11,12,13,飛機和材料 從萊特兄弟實現(xiàn)飛行的夢想以來，航空和航天器發(fā)生了巨變。為了飛得快和遠，就要采用強度高和比重小的材料，重視材料的比強度，即強度/比重之比。因此，航空和航天器中鋁、鎂合金用量大。隨著航空技術的進一步發(fā)展，輕質和高比強度的鈦合金、碳纖維高分子復合材料、硼纖維金屬復合材料等得到愈來愈多的采用。,14,待升空的美國航天飛機,15,材料和生活用品,鈦結構自行車： “自行車發(fā)燒友” 選擇鈦合金制自行車。鈦合金的應用場合很特殊。通常用于需要抗腐蝕，耐疲勞，高彈性的場合。,16,,生命科學材料 原來使用專用的汞合金，為防止金屬合金的分解已經(jīng)開發(fā)出一種可以滿足口腔中特殊的物理及化學環(huán)境的新型陶瓷。具體來講，它需要滿足下列要求：耐口腔中的酸；低熱導率（這對你吃冷飲有好處）；盡得住數(shù)年的咀嚼力；耐驟冷驟熱；當然還要口感舒適。,17,復合科學材料 碳、硼纖維及環(huán)氧化合物復合材料非常輕，可以在某特定方向上增加強度（用于特殊目的）。,18,航空材料 材料的主要性能取決于母體，加入合金元素成分將改善金屬的物理及機械性能—強度、耐力、使用壽命。在飛機發(fā)動機中一種摻鎳化合物制成稱作718合金被廣泛的用于制造波音777客機上的發(fā)動機的壓縮機、葉片及緊固件。,19,形狀記憶合金,20,超級鋼 近來，鋼鐵工業(yè)已經(jīng)開發(fā)出一種汽車用鋼，比原先的輕24%，而強度高34%，稱為超級鋼。其優(yōu)點是：高撞擊能量吸收率；高強度-質量比；實用新型制造工藝；可以有多種不同性能(壽命、防銹等）。,21,本課程的主要內容,本課程的主要內容： 1. 材料的微觀結構，包括原子的排列方式，理想的完整結構、不完整結構（晶體缺陷）、固體中原子和分子的運動（擴散）、材料的變形和回復再結晶。 2. 材料組織結構的變化規(guī)律，包括單元系的相變、二元合金系的相變規(guī)律、三元合金系的相變規(guī)律。 3. 實際材料的狀態(tài)，包括晶體、非晶體、亞穩(wěn)態(tài)。 實驗內容： 1. 金相顯微鏡的構造與使用 2. 金相試樣的制備 3. 鐵碳合金平衡組織的觀察 4. 材料的硬度試驗,22,教材,胡賡祥主編 《材料科學基礎》上海交通大學出版社,23,參考書目,《材料科學基礎》 徐恒鈞主編 北京工業(yè)大學出版社 《材料科學基礎》 劉智恩主編 西北工業(yè)大學出版社 《材料科學基礎》 石德珂主編 機械工業(yè)出版社 《材料科學基礎》 潘金生主編 清華大學出版社 《金屬材料及熱處理》 崔忠圻主編 機械工業(yè)出版社,24,新材料階段的特征,是一個由多種材料決定社會和經(jīng)濟發(fā)展的時代； 新材料以人造為特征，非自然界中現(xiàn)成有的; 新材料是根據(jù)我們對材料的物理和化學性能的了解，為了特定的需要設計和加工而成的； 這些新材料使新技術得以產(chǎn)生和應用，而新技術又促進了新工業(yè)的出現(xiàn)和發(fā)展，從而使國家財富和就業(yè)增加。,25,1990年美國總統(tǒng)的科學顧問Allany Bromley明確指出“材料科學在美國是最重要的學科”。 1991年日本為未來工業(yè)規(guī)劃技術列舉的11項主要項目中有7項是基于先進材料之上。 1986年《科學的美國人》雜志指出“先進材料對未來的宇航、電子設備、汽車以及其他工業(yè)的發(fā)展是必要的，材料科學的進步?jīng)Q定了經(jīng)濟關鍵部門增長速率的極限范圍?！?可見，材料科學歷來是技術進步的支柱,26,