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1、材料科学基础FUNDAMENTALSOFMATERIALSSCIENCE李玉香 105-1-4马 雪 101-1-311Email:,专业基础课程,西南科技大学,课程性质与教学目的,课程性质：专业基础课(学位课)。教学目的：使学生掌握材料组成结构性能材料用途之间相互关系及制约规律的基本理论。通过本课程的学习，学生可以得到应用所学理论分析实际问题的方法和思路的训练，为按预定性能设计材料奠定基础，在一定层次上研制开发新材料及为后续课程的学习打下理论基础。,特点：具有较强的理论性，又与生产实际有紧密的联系。,课程内容,学习方法,本杰明福兰克林:,诚实和勤勉，应该成为你永久的伴侣,主要参考资料,课程考
2、核方式,本课程主要采用期末考试，结合平时上课出勤及完成作业情况综合考评。,4、关于重修学生：原则上要求必须到课，所有成绩评定与12级学生相同。如有特殊情况，需在本周5上课前与老师书面说明情况，经批准后酌情决定）,1材料引言,1.1材料的概念、发展与分类,1.2材料类型,1.3材料科学的形成与内涵,1.4材料组成、结构、性质、工艺及其与环境的关系,1.5材料的选择,1.1材料的概念、发展与分类,定义1：材料是人类用于制造物品、器件、构件、机器或其它产品的那些物质（师昌旭院士，材料科学导论）。,定义2：材料是指人类社会可接受、能经济地制造有用器件(或物品)的固体物质。,（1）概念：,中国古代的四大
3、发明纸、火药、指南针、活字印刷 现代社会的三大支柱：材料、信息和能源，其中，材料是人类生产和生活的物质基础。材料的使用和发展与生产力及科学技术密切相关。全球新技术革命的四大标志（新材料技术、新能源技术、信息技术、生物技术）,材料的重要性：,（2）材料的发展史人类文明史,9000,石镞（z）,石斧,商代司母戊鼎,公园前16-11世纪，青铜方鼎用于王室祭祀。,青铜：铜、锡、铅合金。,唐三彩：马,釉色为：黄、白、绿三色。,（以铜、铁、钴、锰、锑等为着色剂，经过焙烧形成）,沧州铁狮子,硅芯片,集成电路,石器时代：公元前10万年青铜器时代：公元前6000年铁器时代：大约在公元前1500年 水泥时代：公元
4、前80006000年、新石器时代早期开始制作陶器；公元元年左右，瓷器。钢时代：17世纪 硅时代：20世纪中叶 新材料时代：进入20世纪90年代,材料具有重要性、普遍性和多样性。,目前，世界上传统材料已有几十万种，而新材料的品种正在以每年大约5%的速度增长；世界上现有800多万种人工合成的化合物，而且还在以每年25万种的速度增长，其中相当一部分将成为工业化生产的新材料。,（3）分类：,按物理化学属性：,金属材料无机非金属材料有机高分子材料由不同类型材料所组成的复合材料。,按用途：,电子材料航空航天材料核材料建筑材料能源材料生物材料等。,（四大家族）,金属材料金属材料是由元素周期表中的金属元素组成
5、的材料。可分为一种金属元素构成的单质；由两种或两种以上的金属元素或金属与非金属元素构成的合金。合金又称可分为固溶体和金属间化合物。,合金：由两种或两种以上的金属元素，或金属元素与非金属元素形成的具有金属特性的新物质。,金属间化合物：是指金属和金属之间，类金属和金属原子之间以共价键形式结合生成的化合物。,1.2材料类型,（略讲）,无机非金属材料,无机非金属材料：由硅酸盐、铝酸盐、硼酸盐、磷酸盐、锗酸盐等原料和（或）氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硫化物、硅化物、卤化物等原料经一定的工艺制备而成的材料，是除金属材料、高分子材料以外所有材料的总称。,（1）传统无机非金属材料：（由SiO2及其硅酸盐化
6、合物为主要成分制成的材料）,a、陶瓷：以粘土为主要原料与其他天然矿物原料经过粉碎、混练、成型、煅烧等过程制成的各种制品。b、玻璃：由熔体过冷所制得的非晶态材料。c、水泥：是指加入适量水后可成塑性浆体，既能在空气中硬化又能在水中硬化，并能够将砂、石等材料牢固地胶结在一起的细粉状水硬性材料。d、耐火材料：指耐火度不低于1580的无机非金属材料。,（2）新型无机非金属材料：是用氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硫化物、硅化物以及各种无机非金属化合物经特殊的先进工艺制成的材料。如：先进陶瓷、非晶态材料、人工晶体、无机涂层、无机纤维等。,1.2.3 有机高分子材料(聚合物),(1)概念有机高分子材料(聚合
7、物)由一种或几种简单低分子化合物经聚合面组成的分子量很大的化合物。,(2)分类,按来源：天然高分子材料、合成高分子材料按性能和用途：橡胶、纤维、塑料、胶粘剂,复合材料,按基材分类：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。按增强剂形状：粒子、纤维及层状复合材料。按功能：结构复合材料、功能复合材料。,1.3材料科学的形成与内涵,“材料科学”是20世纪60年代初提出的。,背景：1957年前苏联卫星上天。,三属性：多学科交叉、与实际应用关系密切、发展中的科学。,1.4材料组成、结构、性质、工艺及其与环境的关系,材料的结构决定材料的性质，性质是结构的外在反
8、映，对材料的使用性能有决定性的影响，而使用性能又与材料的使用环境密切相关。,组成（化学、矿物、相）,使用环境,性能,性质,结构,制备与加工,这是材料科学与工程工作者追求的目标！,新技术的成熟与应用依赖于：新材料的探索、发展和研制，并对新材料性能、结构提出要求；新材料的发展则要求：新技术的推动；制作技术的发展创新；基础学科的研究进展，从而具有相应的理论指导；材料的应用取决于：材料性能、材料结构与制备。,时代的发展，技术的进步探索新材料,制约因素,（美）“哥伦比亚号”三次推迟升空，2003年失事,“泰坦尼克号”：钢中硫磷含量,重庆綦江大桥：伪劣钢材,哥伦比亚号爆炸解体后,1981年发射,材料选择的
9、核心：在技术、经济合理以及环境协调的前提下，使材料的使用性能与产品的设计功能相适应。,1.5材料的选择,（自学）,使用性能原则使用性能是材料在使用过程中，能够安全可靠地工作所必需具备的性能。（力学、物理和化学性能）工艺性能原则工艺性能是指材料在不同的制造工艺条件下所表现出的承受加工的能力。经济性选材原则在满足器件性能要求前提下，选材时应考虑材料的价格、加工费用和国家资源等情况，以降低产品成本。环境协调性原则地球是所有材料的来源和最终归宿。原矿原材料工业用材料产品废弃物。尽量做到再循环利用。目前，循环经济强调的就是这一点。,本章小结及要求,1、了解材料的概念、类型2、掌握“材料科学与工程的内涵”，了解材料的组成、结构、性质、制备与加工、使用性能之间的关系。3、了解材料的选用原则。,
