第1章新材料概論

1、新材料概論新材料概論課程設置的指導思想：課程設置的指導思想： 材料是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎，是所有科技進步的核心，是高材料是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎，是所有科技進步的核心，是高新技術(shù)發(fā)展和社會現(xiàn)代化的先導，是一個國家科學技術(shù)和工業(yè)水平的反映和新技術(shù)發(fā)展和社會現(xiàn)代化的先導，是一個國家科學技術(shù)和工業(yè)水平的反映和標志。新材料的出現(xiàn)和使用往往會給技術(shù)進步、新產(chǎn)業(yè)的形成，乃至整個經(jīng)標志。新材料的出現(xiàn)和使用往往會給技術(shù)進步、新產(chǎn)業(yè)的形成，乃至整個經(jīng)濟和社會的發(fā)展帶來重大影響。不斷開發(fā)和有效使用材料的能力是衡量社會濟和社會的發(fā)展帶來重大影響。不斷開發(fā)和有效使用材料的能力是衡量社會技術(shù)水平和未來技術(shù)

2、發(fā)展的重要尺度。技術(shù)水平和未來技術(shù)發(fā)展的重要尺度。著名材料學家、兩院院士著名材料學家、兩院院士師昌緒師昌緒現(xiàn)代科技與現(xiàn)代文明現(xiàn)代科技與現(xiàn)代文明信信息息材材料料能能源源新技術(shù)革命新技術(shù)革命信信息息新新材材料料生生物物美國國家研究委員會一份提交美國國會的題為美國國家研究委員會一份提交美國國會的題為“2020世紀世紀9090年代年代的材料科學技術(shù)：在材料的時代里保持競爭力的材料科學技術(shù)：在材料的時代里保持競爭力”的研究報告指的研究報告指出：先進材料和先進材料工藝對國家的生活水平、安全及經(jīng)濟出：先進材料和先進材料工藝對國家的生活水平、安全及經(jīng)濟實力起著關(guān)鍵性的作用。先進材料是先進技術(shù)的奠基石。材料實力

3、起著關(guān)鍵性的作用。先進材料是先進技術(shù)的奠基石。材料的影響不僅限于具體的產(chǎn)品，千千萬萬的就業(yè)機會就依賴于我的影響不僅限于具體的產(chǎn)品，千千萬萬的就業(yè)機會就依賴于我們所擁有的高質(zhì)量特殊材料。材料也是處理諸如環(huán)境污染、自們所擁有的高質(zhì)量特殊材料。材料也是處理諸如環(huán)境污染、自然資源的不斷減少及其價格膨脹等一些緊迫問題的工具。材料然資源的不斷減少及其價格膨脹等一些緊迫問題的工具。材料科學與工程對影響美國經(jīng)濟及國防力量的重要工業(yè)部門的興旺科學與工程對影響美國經(jīng)濟及國防力量的重要工業(yè)部門的興旺發(fā)展是至關(guān)重要的。發(fā)展是至關(guān)重要的。 但是，新材料和新材料技術(shù)能夠切實充分發(fā)揮推但是，新材料和新材料技術(shù)能夠切實充分發(fā)

4、揮推動社會和科技進步的作用，就不僅僅是材料科技工作動社會和科技進步的作用，就不僅僅是材料科技工作者所能完成的，開發(fā)和使用材料的能力是衡量社會技者所能完成的，開發(fā)和使用材料的能力是衡量社會技術(shù)水平和未來技術(shù)發(fā)展的尺度。術(shù)水平和未來技術(shù)發(fā)展的尺度。 開發(fā)新材料是材料科技工作者的任務，但僅僅研開發(fā)新材料是材料科技工作者的任務，但僅僅研制出具有優(yōu)異性能的材料還遠遠不夠，只有當新材料制出具有優(yōu)異性能的材料還遠遠不夠，只有當新材料被廣泛應用，才能真正發(fā)揮其應有的作用。被廣泛應用，才能真正發(fā)揮其應有的作用。 因為，合理選擇和使用材料是所有工程的各個領(lǐng)因為，合理選擇和使用材料是所有工程的各個領(lǐng)域及其設計部門的

5、任務，而準確判斷與資助優(yōu)先發(fā)展域及其設計部門的任務，而準確判斷與資助優(yōu)先發(fā)展方向又是政府的職能。所有這些，都應建立在相關(guān)人方向又是政府的職能。所有這些，都應建立在相關(guān)人員對材料的總體把握與正確認識的基礎上。顯然，這員對材料的總體把握與正確認識的基礎上。顯然，這就要求從所有工程領(lǐng)域的專業(yè)人員到政府官員都要對就要求從所有工程領(lǐng)域的專業(yè)人員到政府官員都要對材料全貌有比較正確的了解。材料全貌有比較正確的了解。進而拓寬知識結(jié)構(gòu)，提高自進而拓寬知識結(jié)構(gòu)，提高自身的綜合素質(zhì)。身的綜合素質(zhì)。 1、物理化學屬性：物理化學屬性：金屬材料、無機非金屬材料、金屬材料、無機非金屬材料、有機高分子材料和復合材料。有機高分

6、子材料和復合材料。材料的分類方法材料的分類方法o 金屬金屬原子間以金屬鍵結(jié)合，由于金屬鍵無方向性，因而原子間以金屬鍵結(jié)合，由于金屬鍵無方向性，因而金屬材料具有良好的延展性、導熱性、導電性并具有金金屬材料具有良好的延展性、導熱性、導電性并具有金屬光澤等特點，此外，金屬材料資源豐富，生產(chǎn)工藝成屬光澤等特點，此外，金屬材料資源豐富，生產(chǎn)工藝成熟，工藝性能好，價格便宜，因此按使用重量熟，工藝性能好，價格便宜，因此按使用重量來說，在工程材料中仍來說，在工程材料中仍占主導地位，而且預計占主導地位，而且預計在相當長的歷史時期內(nèi)，在相當長的歷史時期內(nèi)，金屬材料的主導地位是金屬材料的主導地位是不會改變的。不會改

7、變的。 o 無機非金屬材料無機非金屬材料即陶瓷材料，多是由兼有離子鍵和共價即陶瓷材料，多是由兼有離子鍵和共價鍵的結(jié)晶體構(gòu)成的，具有質(zhì)地脆、硬度高、強度高、抗鍵的結(jié)晶體構(gòu)成的，具有質(zhì)地脆、硬度高、強度高、抗化學腐蝕性強、對電和熱的絕緣性良好等特點。陶瓷材化學腐蝕性強、對電和熱的絕緣性良好等特點。陶瓷材料發(fā)展很快，其成分已由以硅酸鹽為主發(fā)展為不含硅酸料發(fā)展很快，其成分已由以硅酸鹽為主發(fā)展為不含硅酸鹽的新型陶瓷材料。作為區(qū)別，歐美各國將硅酸鹽材料鹽的新型陶瓷材料。作為區(qū)別，歐美各國將硅酸鹽材料稱為稱為“陶瓷陶瓷”，而將新型無機材料稱為，而將新型無機材料稱為“新型陶瓷新型陶瓷”或或“精細陶瓷精細陶瓷”

8、。o 高分子聚合物材料高分子聚合物材料即有機材料是以碳即有機材料是以碳- -碳共價鍵為其基本碳共價鍵為其基本結(jié)構(gòu)，具有重量輕、耐腐蝕、絕緣性良好、易于加工成結(jié)構(gòu)，具有重量輕、耐腐蝕、絕緣性良好、易于加工成型等特點。其體積用量已超過金屬材料。型等特點。其體積用量已超過金屬材料。 C C C C C C Co 復合材料復合材料是由兩種或兩種以上是由兩種或兩種以上化學性質(zhì)或組織結(jié)構(gòu)不同的材化學性質(zhì)或組織結(jié)構(gòu)不同的材料組合而成的材料。復合材料料組合而成的材料。復合材料綜合了上述材料的某些特點，綜合了上述材料的某些特點，具有廣泛應用前景。具有廣泛應用前景。2、按使用性能分、按使用性能分 可分為可分為結(jié)構(gòu)

9、材料結(jié)構(gòu)材料和和功能材料功能材料兩大類。兩大類。o 結(jié)構(gòu)材料結(jié)構(gòu)材料是是以力學性能為基礎，制造受力構(gòu)件所用的以力學性能為基礎，制造受力構(gòu)件所用的一類材料一類材料，即利用材料的力學性能，所制備的各類器，即利用材料的力學性能，所制備的各類器件或構(gòu)件是為了承受各種形式的載荷。件或構(gòu)件是為了承受各種形式的載荷。陶瓷軸承陶瓷軸承o 功能材料功能材料，即利用物質(zhì)的獨特物理和化學性質(zhì)或生，即利用物質(zhì)的獨特物理和化學性質(zhì)或生物功能，如聲、光、電、磁、熱及化學反應特征。物功能，如聲、光、電、磁、熱及化學反應特征。 光學元件光學元件軟磁鐵氧體軟磁鐵氧體3、從發(fā)展觀點區(qū)分、從發(fā)展觀點區(qū)分 可分為可分為傳統(tǒng)材料傳統(tǒng)材

10、料和和新型材料新型材料。o 傳統(tǒng)材料傳統(tǒng)材料是指那些已經(jīng)成熟且在工業(yè)中已批量生產(chǎn)并是指那些已經(jīng)成熟且在工業(yè)中已批量生產(chǎn)并大量應用的材料，如鋼鐵、水泥、普通陶瓷、磚瓦、大量應用的材料，如鋼鐵、水泥、普通陶瓷、磚瓦、塑料等，也稱基礎材料。塑料等，也稱基礎材料。o 新型材料新型材料正在發(fā)展、具有優(yōu)異性能和應用前景正在發(fā)展、具有優(yōu)異性能和應用前景的一類材料。的一類材料。 人造軟骨人造軟骨 新型材料新型材料與與傳統(tǒng)材料傳統(tǒng)材料之間沒有明顯的界限。傳之間沒有明顯的界限。傳統(tǒng)材料通過采用新技術(shù)，提高技術(shù)含量，提高性能，統(tǒng)材料通過采用新技術(shù)，提高技術(shù)含量，提高性能，大幅度增加附加值而成為新型材料；新材料在經(jīng)過

11、大幅度增加附加值而成為新型材料；新材料在經(jīng)過長期生產(chǎn)與應用之后也就成為傳統(tǒng)材料。傳統(tǒng)材料長期生產(chǎn)與應用之后也就成為傳統(tǒng)材料。傳統(tǒng)材料是發(fā)展新材料和高技術(shù)的基礎，而新型材料又往往是發(fā)展新材料和高技術(shù)的基礎，而新型材料又往往能推動傳統(tǒng)材料的進一步發(fā)展。能推動傳統(tǒng)材料的進一步發(fā)展。（超級鋼、塊體納米）（超級鋼、塊體納米） 材料是人類文明的物質(zhì)基礎材料是人類文明的物質(zhì)基礎 ，從遠古的石器時，從遠古的石器時代到青銅器時代，然后再進入鐵器時代，每一代到青銅器時代，然后再進入鐵器時代，每一種新材料的出現(xiàn)和使用，都伴隨著生產(chǎn)力和科種新材料的出現(xiàn)和使用，都伴隨著生產(chǎn)力和科學技術(shù)的發(fā)展，標志著人類文明的進步。學技

12、術(shù)的發(fā)展，標志著人類文明的進步。人類、材料和技術(shù)的演變史人類、材料和技術(shù)的演變史人類社會的幾個時代人類社會的幾個時代 1 1石器時代：公元前石器時代：公元前100100萬年萬年2 2青銅器時代：公元前青銅器時代：公元前50005000年年3 3鐵器時代：公元前鐵器時代：公元前30003000年年 4 4鋼時代：鋼時代：18001800年年5 5硅時代：硅時代：19501950年年 6 6新材料時代：新材料時代：19901990年年 綜觀人類發(fā)現(xiàn)材料和利用材料的歷史，綜觀人類發(fā)現(xiàn)材料和利用材料的歷史，每一種重要材料的發(fā)現(xiàn)和廣泛利用，都會每一種重要材料的發(fā)現(xiàn)和廣泛利用，都會把人類支配和改造自然的能

13、力提高到一個把人類支配和改造自然的能力提高到一個新水平，給社會生產(chǎn)力和人類生活水平帶新水平，給社會生產(chǎn)力和人類生活水平帶來巨大變化，把人類的物質(zhì)文明和精神文來巨大變化，把人類的物質(zhì)文明和精神文明向前推進一步。明向前推進一步。公元前公元前10100 0萬年左右萬年左右舊石器時代：人類為了生存、抵御猛獸襲擊和獵取食舊石器時代：人類為了生存、抵御猛獸襲擊和獵取食物開始用石頭做工具，如石刀、石鏟、石斧、石球等，物開始用石頭做工具，如石刀、石鏟、石斧、石球等，工具制作粗糙，用途尚未分化。工具制作粗糙，用途尚未分化。新石器時代：主要標志是出現(xiàn)經(jīng)過加工的刀口鋒利的新石器時代：主要標志是出現(xiàn)經(jīng)過加工的刀口鋒利

14、的石器及陶器（黏土成型），并伴隨著人類開始應用磚石器及陶器（黏土成型），并伴隨著人類開始應用磚瓦等建筑材料（石頭、土瓦、植物枯桿等），以及出瓦等建筑材料（石頭、土瓦、植物枯桿等），以及出現(xiàn)了紡織品、絲織品（皮毛、棉花、蠶絲等）?，F(xiàn)了紡織品、絲織品（皮毛、棉花、蠶絲等）。1.1.石器時代石器時代原始人打制的石器原始人打制的石器用于碾磨谷物的石盤用于碾磨谷物的石盤石斧石斧舊石器時代各種石制品舊石器時代各種石制品 2.2.青銅器時代青銅器時代公元前公元前50005000年左右年左右這是人類較大量利用金屬的開始，青銅這是人類較大量利用金屬的開始，青銅銅錫合金，這是銅錫合金，這是最原始的合金，而且添加錫

15、、鉛的銅合金熔點低，鑄造性最原始的合金，而且添加錫、鉛的銅合金熔點低，鑄造性能良好，主要用作武器、生活用具、生產(chǎn)工具等能良好，主要用作武器、生活用具、生產(chǎn)工具等 。世界各地開始青銅器時代的時間各不相同，希臘在公元前世界各地開始青銅器時代的時間各不相同，希臘在公元前30003000年前；埃及在公元前年前；埃及在公元前25002500年前；巴比倫在公元前年前；巴比倫在公元前1919世紀中葉；印度大約在公元前世紀中葉；印度大約在公元前30003000年已廣泛使用青銅器；年已廣泛使用青銅器；中國在公元前中國在公元前27002700年已經(jīng)使用青銅器了，到商周進入了鼎年已經(jīng)使用青銅器了，到商周進入了鼎盛時

16、期，并將青銅器的冶煉和鑄造技術(shù)推向了世界頂峰。盛時期，并將青銅器的冶煉和鑄造技術(shù)推向了世界頂峰。溫文爾雅的四羊方尊溫文爾雅的四羊方尊青銅樂器青銅樂器秦劍秦劍越王勾踐劍的主要的成越王勾踐劍的主要的成份是青銅和錫，還含有份是青銅和錫，還含有少量的鉛、鐵、鎳和硫少量的鉛、鐵、鎳和硫等，劍身的黑色菱形花等，劍身的黑色菱形花紋是經(jīng)過硫化處理的，紋是經(jīng)過硫化處理的，劍刃精磨技藝水平可同劍刃精磨技藝水平可同現(xiàn)在精密磨床生產(chǎn)的產(chǎn)現(xiàn)在精密磨床生產(chǎn)的產(chǎn)品相媲美，充分顯示了品相媲美，充分顯示了當時越國鑄劍工匠的高當時越國鑄劍工匠的高超的技藝。超的技藝。 舉世聞名的越王勾踐青銅劍，舉世聞名的越王勾踐青銅劍，19651

17、965年年1212月出土于湖北省江陵望山的一號楚國貴族墓（距春秋月出土于湖北省江陵望山的一號楚國貴族墓（距春秋時代楚國別都紀南城故址七公里）?？脊殴ぷ髡咴谀怪魅松眢w的左手邊，發(fā)現(xiàn)一柄裝在黑色漆時代楚國別都紀南城故址七公里）?？脊殴ぷ髡咴谀怪魅松眢w的左手邊，發(fā)現(xiàn)一柄裝在黑色漆木箱鞘內(nèi)的名貴青銅劍。青銅劍與劍鞘吻合得十分緊密。拔劍出鞘寒光耀目，而且毫無銹蝕，木箱鞘內(nèi)的名貴青銅劍。青銅劍與劍鞘吻合得十分緊密。拔劍出鞘寒光耀目，而且毫無銹蝕，刃薄鋒利。試之以紙，刃薄鋒利。試之以紙，2020余層一劃而破。劍全長為余層一劃而破。劍全長為55.655.6厘米，其中劍身長厘米，其中劍身長45.645.6厘米，

18、劍格寬厘米，劍格寬5 5厘米。劍身滿飾黑色菱形幾何暗花紋，劍格正面和反面還分別用藍色琉璃和綠松石鑲嵌成美麗厘米。劍身滿飾黑色菱形幾何暗花紋，劍格正面和反面還分別用藍色琉璃和綠松石鑲嵌成美麗的紋飾，劍柄以絲繩纏縛，劍首向外形翻作圓箍，內(nèi)鑄有極其精細的的紋飾，劍柄以絲繩纏縛，劍首向外形翻作圓箍，內(nèi)鑄有極其精細的1111道同心圓圈道同心圓圈 四川三星堆青銅器四川三星堆青銅器3.3.鐵器時代鐵器時代 公元前公元前30003000年左右年左右人類開始進入了鐵器時代，中國最早出土的人工冶煉人類開始進入了鐵器時代，中國最早出土的人工冶煉鐵制品約在公元前鐵制品約在公元前9 9世紀。世紀。高溫下用木炭還原鐵礦石

19、生產(chǎn)的鐵，具有較高的強度，高溫下用木炭還原鐵礦石生產(chǎn)的鐵，具有較高的強度，可加工性能良好，用作武器和器件等?？杉庸ば阅芰己?，用作武器和器件等。中國是世界上最早發(fā)明并使用生鐵的國家，始于公元中國是世界上最早發(fā)明并使用生鐵的國家，始于公元前前8 8世紀，到春秋末期，生鐵技術(shù)有較大的突破，遙世紀，到春秋末期，生鐵技術(shù)有較大的突破，遙遙領(lǐng)先于世界其它地區(qū)。鐵器的推廣與使用，是古代遙領(lǐng)先于世界其它地區(qū)。鐵器的推廣與使用，是古代歷史上一件大事。鐵作為耕器使用，提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)歷史上一件大事。鐵作為耕器使用，提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力，促進了井田制的崩潰，從而加速了奴隸制的崩潰，力，促進了井田制的崩潰，從而加速了奴隸制

20、的崩潰，對當時的社會經(jīng)濟具有重要意義。對當時的社會經(jīng)濟具有重要意義。鐵器時代鐵器時代戰(zhàn)國鐵犁頭戰(zhàn)國鐵犁頭戰(zhàn)國鐵鋤戰(zhàn)國鐵鋤4.4.鋼時代鋼時代 18001800年左右鋼的性能及利用有了飛速發(fā)展。年左右鋼的性能及利用有了飛速發(fā)展。鋼：含碳量鋼：含碳量0.2% - 2.11%0.2% - 2.11%，高溫下具有高強度的蒸汽機的發(fā)明高溫下具有高強度的蒸汽機的發(fā)明農(nóng)業(yè)經(jīng)濟社會進入工業(yè)經(jīng)濟社會農(nóng)業(yè)經(jīng)濟社會進入工業(yè)經(jīng)濟社會 導致了大規(guī)模的機械化生產(chǎn)，引起了第一次產(chǎn)導致了大規(guī)模的機械化生產(chǎn)，引起了第一次產(chǎn) 業(yè)革命，即工業(yè)革命業(yè)革命，即工業(yè)革命 。 5.5.硅時代硅時代 19501950年年 二極管、三極管的發(fā)

21、明，進入電子二極管、三極管的發(fā)明，進入電子管時代管時代 。硅、鍺半導體材硅、鍺半導體材 料的出現(xiàn)，使晶體料的出現(xiàn)，使晶體管取代電子管，進入硅時代管取代電子管，進入硅時代 。單晶硅生產(chǎn)集成電路，開始向微型單晶硅生產(chǎn)集成電路，開始向微型化方向發(fā)展化方向發(fā)展 。6.6.新材料時代新材料時代 19901990年年新材料是指那些正在發(fā)展，且具有一般傳新材料是指那些正在發(fā)展，且具有一般傳統(tǒng)材料所不可比擬的優(yōu)異性能或特定功能、統(tǒng)材料所不可比擬的優(yōu)異性能或特定功能、應用前景良好的一類材料。應用前景良好的一類材料。時代特征：時代特征：由多種材料決定社會和經(jīng)濟發(fā)展由多種材料決定社會和經(jīng)濟發(fā)展以人造為特征以人造為特

22、征為了特定的需要可設計和加工而成為了特定的需要可設計和加工而成氮化硅結(jié)構(gòu)陶瓷被用作航天飛機的防熱瓦氮化硅結(jié)構(gòu)陶瓷被用作航天飛機的防熱瓦多元材料時代多元材料時代美國美國B-2B-2隱形轟炸機表面為具有良好吸波性能的隱形轟炸機表面為具有良好吸波性能的碳纖維復合材料碳纖維復合材料由光導纖維構(gòu)成的光纜由光導纖維構(gòu)成的光纜紅寶石激光器紅寶石激光器半導體激光器半導體激光器全固態(tài)三基色激光器全固態(tài)三基色激光器先進橡膠輪胎使汽車成為交通主宰先進橡膠輪胎使汽車成為交通主宰一級方程式賽車上使用的一級方程式賽車上使用的特殊輪胎特殊輪胎人工腎臟人工腎臟生物陶瓷人造關(guān)節(jié)生物陶瓷人造關(guān)節(jié)聲光材料做成的各種功能器件聲光材料

23、做成的各種功能器件磁懸浮列車磁懸浮列車1.3 1.3 先進材料是高新技術(shù)發(fā)展和社會現(xiàn)代化先進材料是高新技術(shù)發(fā)展和社會現(xiàn)代化的基礎和先導的基礎和先導 材料既是人類社會進步的里程碑，也是社會現(xiàn)代化的物材料既是人類社會進步的里程碑，也是社會現(xiàn)代化的物質(zhì)基礎和先導。特別是先進材料的研究、開發(fā)與應用質(zhì)基礎和先導。特別是先進材料的研究、開發(fā)與應用反映著一個國家科學技術(shù)與工業(yè)水平以及國防實力。反映著一個國家科學技術(shù)與工業(yè)水平以及國防實力。1.3.11.3.1 電子技術(shù)的發(fā)展電子技術(shù)的發(fā)展19061906年發(fā)明了電子管年發(fā)明了電子管無線電技術(shù)、電視機、電無線電技術(shù)、電視機、電子計算機；子計算機；1948194

24、8年發(fā)明了晶體管年發(fā)明了晶體管電子設備小型、輕量、節(jié)電子設備小型、輕量、節(jié)能、長壽、可靠、低成本；能、長壽、可靠、低成本；19581958年集成電路年集成電路計算機及各種電子設備發(fā)生再計算機及各種電子設備發(fā)生再一次飛躍。一次飛躍。 4646年的電子管計算機與年的電子管計算機與7676年的微機比，體積小年的微機比，體積小3030萬倍，功耗低萬倍，功耗低5 5萬倍，重量降萬倍，重量降6 6萬倍。萬倍。集成電路發(fā)展歷程集成電路發(fā)展歷程 目前硅單晶制備技術(shù)可使晶體徑向參數(shù)均勻，體目前硅單晶制備技術(shù)可使晶體徑向參數(shù)均勻，體內(nèi)微缺陷減少，內(nèi)微缺陷減少，0.10.3um0.10.3um大小的缺陷平均可以少于

25、大小的缺陷平均可以少于0.050.05個個/cm/cm2 2。微缺陷的減少使芯片成品率增加，。微缺陷的減少使芯片成品率增加，0.020.02個個/cm/cm2 2缺陷的硅片可使缺陷的硅片可使256MB DRAM256MB DRAM的成品率的成品率達到達到8090%8090%。 生產(chǎn)電路用的硅片直徑的不斷增大，導致生產(chǎn)效生產(chǎn)電路用的硅片直徑的不斷增大，導致生產(chǎn)效率大幅度提高，現(xiàn)在硅片的直徑尺寸已達到率大幅度提高，現(xiàn)在硅片的直徑尺寸已達到1212英寸。英寸。1.3.2 1.3.2 光纖通信的誕生光纖通信的誕生 19661966年提出光纖傳輸損耗年提出光纖傳輸損耗20dB/km10km10km，同軸

26、電纜，同軸電纜1.5km1.5km；保密性強。保密性強。1.3.3 航空航天技術(shù)的進步航空航天技術(shù)的進步飛機性能飛機性能2/32/3靠材料（高溫合金、高比強度、靠材料（高溫合金、高比強度、高比剛度結(jié)構(gòu)材料）；高比剛度結(jié)構(gòu)材料）；航天與衛(wèi)星需要耐超高溫、抗輻射、耐粒子航天與衛(wèi)星需要耐超高溫、抗輻射、耐粒子云以及原子氧侵蝕的材料，對比強度和比剛云以及原子氧侵蝕的材料，對比強度和比剛度的要求更為苛刻，因為航天飛行器每減重度的要求更為苛刻，因為航天飛行器每減重1kg1kg，可使運載火箭減輕幾百，可使運載火箭減輕幾百kgkg；導彈減輕；導彈減輕1kg1kg，射程增加，射程增加1km1km。 可以說，沒有

27、半導體和其它功能材可以說，沒有半導體和其它功能材料的發(fā)現(xiàn)和發(fā)展，就不會有今天的計料的發(fā)現(xiàn)和發(fā)展，就不會有今天的計算機技術(shù)和今天的信息社會；沒有高算機技術(shù)和今天的信息社會；沒有高強度、耐高溫的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，就不強度、耐高溫的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，就不會有今天的航空、航天技術(shù)。會有今天的航空、航天技術(shù)。新材料：新材料： 國家國家“863”863”高技術(shù)計劃高技術(shù)計劃7 7個主要領(lǐng)個主要領(lǐng)域之一；域之一； “ “973”973”計劃計劃6 6個領(lǐng)域之一。個領(lǐng)域之一。1.4 1.4 材料科學與工程學科的形成與內(nèi)涵材料科學與工程學科的形成與內(nèi)涵 “材料材料”是早已存在的名詞，但是早已存在的名詞，但“材料科學材料

28、科學”的提出的提出只是只是2020世紀世紀6060年代初的事。年代初的事。19571957年前蘇聯(lián)人造衛(wèi)星年前蘇聯(lián)人造衛(wèi)星首先上天，美國朝野上下為之震驚，認為自己落后的首先上天，美國朝野上下為之震驚，認為自己落后的主要原因之一是先進材料落后，于是在一些大學相繼主要原因之一是先進材料落后，于是在一些大學相繼成立了十余個材料研究中心。采用先進的科學理論與成立了十余個材料研究中心。采用先進的科學理論與實驗方法對材料進行深入的研究，取得重要成果。從實驗方法對材料進行深入的研究，取得重要成果。從此，此，“材料科學材料科學”這個名詞便開始流行。這個名詞便開始流行。 實際上，材料是面向?qū)嶋H的一門應用科學，研

29、實際上，材料是面向?qū)嶋H的一門應用科學，研究與發(fā)展材料的目的在于應用，而材料又必須通過究與發(fā)展材料的目的在于應用，而材料又必須通過合理的工藝流程才能制備出具有實用價值的材料，合理的工藝流程才能制備出具有實用價值的材料，通過批量生產(chǎn)才能成為工程材料。所以，在通過批量生產(chǎn)才能成為工程材料。所以，在“材料材料科學科學”這個名詞出現(xiàn)后不久，就提出了這個名詞出現(xiàn)后不久，就提出了“材料科學材料科學與工程與工程”。工程是指研究材料在制備過程中的工藝。工程是指研究材料在制備過程中的工藝和工程技術(shù)問題。和工程技術(shù)問題。 材料科學與工程材料科學與工程 美國材料科學與工程調(diào)查委員會的定義為：美國材料科學與工程調(diào)查委員

30、會的定義為： “材料科學與工程是關(guān)于材料科學與工程是關(guān)于材料成分與制備工藝材料成分與制備工藝，組織結(jié)構(gòu)組織結(jié)構(gòu)，材料性能材料性能和和使用性能使用性能這四個要素這四個要素以及它們之間相互關(guān)系的有關(guān)知識的開發(fā)和以及它們之間相互關(guān)系的有關(guān)知識的開發(fā)和應用的科學應用的科學”. 材料科學與工程的四要素材料科學與工程的四要素 1 1）成分）成分/ /結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)(Composition/Structure)(Composition/Structure)：影響其性能的直接因素：影響其性能的直接因素成分成分/結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)合成合成/加工加工性質(zhì)性質(zhì)效能效能4 4）效能）效能(Performance)(Performan

31、ce)（使用性能或效果）：是指材料在使用條件下（使用性能或效果）：是指材料在使用條件下的表現(xiàn)，包括環(huán)境影響、受力狀態(tài)、材料特征曲線，乃至壽命估計等。的表現(xiàn)，包括環(huán)境影響、受力狀態(tài)、材料特征曲線，乃至壽命估計等。 3 3）性質(zhì)）性質(zhì)(Properties) (Properties) （性能）：力學性質(zhì)、物理性質(zhì)和化學性質(zhì)（性能）：力學性質(zhì)、物理性質(zhì)和化學性質(zhì)2 2）合成）合成/ /加工加工(Synthesis/Processing)(Synthesis/Processing)：改變材料的組織結(jié)構(gòu)而影響：改變材料的組織結(jié)構(gòu)而影響其性能其性能 考慮到相同組分通過不同的合成或加工方法，可以得出不考慮到

32、相同組分通過不同的合成或加工方法，可以得出不同結(jié)構(gòu)，從而材料的性質(zhì)或使用效能都不會相同。因此，我國有同結(jié)構(gòu)，從而材料的性質(zhì)或使用效能都不會相同。因此，我國有人提出一個人提出一個五個基本要素五個基本要素的模型，即的模型，即 成分成分（compositioncomposition） 合成合成/ /加工加工（synthesissynthesisprocessingprocessing） 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)（structurestructure） 性質(zhì)性質(zhì)（propertiesproperties） 使用效能使用效能（performanceperformance）圖圖1-3 1-3 材料科學與工程要素圖材料科學與工程要素圖(a)(a)材料科學與工程四要素；材料科學與工程四要素；(b)(b)材料科學與工程五要素材料科學與工程五要素材料科學與工程有三個重要屬性：材料科學與工程有三個重要屬性： 一是一是多學科交叉多學科交叉，它是物理學、化學、冶金學、金屬學、陶它是物理學、化學、冶金學、金屬學、陶瓷、高分子化學及計算科學