材料導論課程

1、會計學1材料導論課程材料導論課程教材：勵杭泉編 “材料導論”, 輕工業(yè)出版社, 2000參考書：任選一、什么是材料？一、什么是材料？ Materials are the matter of the universe. These substances have properties that make them useful in structures, machines, devices, products, and systems. 材料是宇宙間可用于制造用品材料是宇宙間可用于制造用品的物質。的物質。鐵路二、材料發(fā)展史二、材料發(fā)展史材料的發(fā)展史材料的發(fā)展史=人類的文明史人類的文明史石器時代

2、石器時代- N萬年前萬年前 2000BC青銅時代青銅時代- 2000BC 500BC 鐵器時代鐵器時代- 500BC 19世紀世紀高分子時代高分子時代 - 20世紀世紀 非理性階段（主要依靠工匠、藝人的經驗技術）石石器器陶 器 陶 器陶陶 器器銅 器大 方 鼎青青 銅銅 器器越 王 寶 劍 編編 鐘鐘鐵鐵 器器鐵鐵 器器理性化階段 18世紀后，工業(yè)迅速發(fā)展，在物理學、化學、材料力學等學科的基礎上，金屬學、陶瓷學、高分子材料學應運而生。蒸汽機1839年，美國人Goodyear 發(fā)現(xiàn)天然橡膠與硫磺共熱后呈現(xiàn)奇特性能。1887 年，Count Hilaire de Chardonnet用硝化纖維素的

3、溶液進行紡絲，制得了第一種人造絲。 合成纖維合成纖維鋼筋混凝土鋼筋混凝土計算機設計計算機設計三、材料家族三、材料家族金屬材料高分子材料鋼鐵塑料橡膠粘合劑涂料纖維復合材料陶瓷材料玻璃結晶陶瓷碳材料半導體good conductors of electricity and heatnot transparent to visible lightpolished metal surface has a lustrous appearancequite strong, yet deformable金屬金屬強度高、延展性好強度高、延展性好良導體良導體不透明不透明光滑表面有光澤光滑表面有光澤The ele

4、ments inherently metallic in nature 103Lw97Bk95Am94Pu93Np92U91Pa67Ho65Tb1H3Li4Be11Na12Mg5B6C7N8O9F10Ne13Al14Si15P16S17Cl18Ar19K20Ca21Sc22Ti23V24Cr25Mn26Fe27Co28Ni29Cr30Zn102No101Md100Fm71Lu70Yb69Tm68Er66Dy90Th99Es96Cm98Cf31Ga32Ge33As34Se35Br36Kr37Rb38Sr39Y40Zr41Nb42Mo43Tc44Ru45Rb46Pd47Ag48Cd49In50Sn

5、51Sb52Te53I54Xe55Cs56Ba57La72Hf73Ta74W75Re76Os77Ir78Pt79Au80Hg81Tl82Pb83Bi84Po85At86Rn87Fr88Ra89Ac58Ce59Pr60Nd61Pm62Sm63Eu64Gd1AIIAIIIA IVA VA VIA VIIAOVIIIBIIIB IVB VB VIB VIIB IB IIB2Hecompounds between metallic and nonmetallic elements金屬與非金屬元素的金屬與非金屬元素的化合物化合物typically insulative to the passage of

6、 electricity and heat不良導體不良導體more resistant to high temperatures and harsh environments耐高溫、耐嚴酷環(huán)境耐高溫、耐嚴酷環(huán)境hard but very brittle硬而脆硬而脆陶瓷陶瓷Electrical insulationThermal insulationChemical resistanceMagnetic inertnessExtremely light weightToughnessTransparencyColorability電絕緣電絕緣熱絕緣熱絕緣磁惰性磁惰性化學惰性化學惰性重量輕重量輕透

7、明透明韌性好韌性好可染色可染色A composite material is a combination of two or more chemically different materials, having a distinct interface between them, which act together to produce a desired (tailored) set of properties. 不同材料的組合不同材料的組合EXAMPLES OF COMPOSITESSemiconductors have electrical properties that are i

8、ntermediate between the electrical conductors and insulators. 電性能介于導體與絕電性能介于導體與絕緣體之間緣體之間Furthermore, the electrical characteristics of these materials are extremely sensitive to the presence of minute concentrations of impurity atoms.電性能對雜質含量極為敏感電性能對雜質含量極為敏感半導體半導體Biomaterials arc employed in compone

9、nts implanted into the human body for replacement of diseased or damaged body parts. 生物材料生物材料用于制造人體植入物以取代染病或壞損部件的材料用于制造人體植入物以取代染病或壞損部件的材料ADVANCED MATERIALS先進材料先進材料Materials that are utilized in high-technology applications are sometimes termed advanced materials.在高技術中應用的材料在高技術中應用的材料Lasers, integrate

10、d circuits, magnetic information storage, liquid crystal displays (LCDs), fiber optics, spacecraft, aircraft, and military rocketry and the thermal protection system for the space shuttle orbiter.Examples of High-tech 高技術示高技術示例例激光、集成電路、磁記錄、液晶顯示、激光、集成電路、磁記錄、液晶顯示、光導纖維、宇宙飛船、導彈、航天飛機光導纖維、宇宙飛船、導彈、航天飛機The

11、properties of materials can be engineered by controlling the sizes of these building blocks in the 1-100 nm size range and their assembly. 納米材料納米材料The building blocks of these materials, be it metal, ceramic or polymers, are nanometer size particles.制藥：大表面提高可溶性信息儲存：顆粒小解離吸附：消毒太陽能電池：水解離納米冰箱：絕熱去磁 invol

12、ves the generation and application of knowledge relating the composition, structure, and the processing of materials to their properties and uses.材料組成、結構、加工與材料材料組成、結構、加工與材料性質、使用之間關系的發(fā)現(xiàn)與應用性質、使用之間關系的發(fā)現(xiàn)與應用材料科學與工程是在金屬學、陶瓷學和高分子科學的基礎上發(fā)展起來的綜合性學科綜合性學科不論什么材料，盡管種類不同，各有特點，但卻具有很多相通的原理、共性和相似的研究、生產方法很多相通的原理、共性和相似

13、的研究、生產方法材料科學強調共性，強調各種材料之間的內在聯(lián)系和相互借鑒。材料科學與工程的學科性質有別于物理學、化學、數(shù)學和力學等基礎科學，是一門應用科學WHY STUDY MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING學習的目的學習的目的研究材料研究材料設計材料設計材料選擇材料選擇材料Does the material possess the necessary mechanical, electrical, and thermal properties?是否具有所需的物理機械性能？Can the material be formed to the desired shap

14、e?能否加工成型？Will the properties of the material alter with time during service?性能是否隨時間變化？Will the material be adversely affected by the environmental conditions and resist corrosion and other forms of attack?環(huán)境對材料是否有不利影響？Will the material be acceptable on aesthetic grounds?是否符合風俗習慣？Will the material gi

15、ve sufficient degree of reliability and quality?質量是否可靠？Can the product be made at an acceptable cost?價格是否合適？Can the product be recycled?能否回收利用？Processing加工加工 Structure結構結構 Properties性質性質 Performance性能性能PropertiesMechanicalElectrical ThermalMagneticOpticalDeteriorativePhysical性質性質機械（力學）機械（力學）熱熱電電磁磁光光

16、劣化（化學）劣化（化學）物理物理 Materials are the matter of the universe. These substances have properties that make them useful in structures, machines, devices, products, and systems.真實內涵：真實內涵：滿足性能要求的用品中的物質滿足性能要求的用品中的物質材料的無限循環(huán)體系材料的無限循環(huán)體系原材料制取預加工生產制品服務期丟棄/回收工程化材料科學與工程的任務主要任務是揭示材料成分、結構、制造工藝和性能之間的關系，并以此指導研制具有新性質、新功

17、能的新材料極其應用。材料科學與材料工程的區(qū)別材料科學：集中于認識材料的本質，提出有關的理論和描述，說明材料結構是如何與其成分、性能及行為相聯(lián)系的。材料工程：瞄準基礎科學和經驗知識的綜合和運用，以便發(fā)展、制備、改善和使用材料，滿足具體需要。二者之間很難劃出明確的界線，主要區(qū)別在于著眼點的不同或者說各自強調的中心不同。阻隔奇妙的碳納米管碳納米管 最近，科學家正在致力于一種新型納米材料-碳納米管碳納米管的研究，這是一種非常奇特的材料，它是石墨中一層或若干層碳原子卷曲而成的籠狀纖維，內部是空的，外部直徑只有幾到幾十納米。這樣的材料很輕，但很結實。它的密度是鋼的1/6，而強度卻是鋼的100倍。用這樣輕而柔軟、又非常結實的材料做防彈背心是最好不過的了。如果用碳納米管碳納米管做繩索，是唯一可以從月球掛到地球表面，而不被自身重量所拉斷的繩索。如果用它做成地球-月球乘人的電梯，人們在月球定居就很容易了。納米碳管的細尖極易發(fā)射電子。用于做電子槍，可做成幾厘米厚的壁掛式電視屏，這是電視制造業(yè)的發(fā)展方向。 一、什么是材料？一、什么是材料？非理性階段（主要依靠工匠、藝人的經驗技術）Biomaterials arc em