材料導(dǎo)論課程

1、會(huì)計(jì)學(xué)1材料導(dǎo)論課程材料導(dǎo)論課程教材：勵(lì)杭泉編 “材料導(dǎo)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(zhì)。的物質(zhì)。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(shí)代

2、石器時(shí)代- N萬(wàn)年前萬(wàn)年前 2000BC青銅時(shí)代青銅時(shí)代- 2000BC 500BC 鐵器時(shí)代鐵器時(shí)代- 500BC 19世紀(jì)世紀(jì)高分子時(shí)代高分子時(shí)代 - 20世紀(jì)世紀(jì) 非理性階段（主要依靠工匠、藝人的經(jīng)驗(yàn)技術(shù)）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(jì)后，工業(yè)迅速發(fā)展，在物理學(xué)、化學(xué)、材料力學(xué)等學(xué)科的基礎(chǔ)上，金屬學(xué)、陶瓷學(xué)、高分子材料學(xué)應(yīng)運(yùn)而生。蒸汽機(jī)1839年，美國(guó)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(jìn)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(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)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(fù)合材料陶瓷材料玻璃結(jié)晶陶瓷碳材料半導(dǎo)體good conductors of electricity and heatnot transparent to visible lightpolished metal surface has a lustrous appearancequite strong, yet deformable金屬金屬?gòu)?qiáng)度高、延展性好強(qiáng)度高、延展性好良導(dǎo)體良導(dǎo)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(dǎo)體不良導(dǎo)體more resistant to high temperatures and harsh environments耐高溫、耐嚴(yán)酷環(huán)境耐高溫、耐嚴(yán)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(xué)惰性化學(xué)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(dǎo)體與絕電性能介于導(dǎo)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(duì)雜質(zhì)含量極為敏感電性能對(duì)雜質(zhì)含量極為敏感半導(dǎo)體半導(dǎo)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(jìn)材料先進(jìn)材料Materials that are utilized in high-technology applications are sometimes termed advanced materials.在高技術(shù)中應(yīng)用的材料在高技術(shù)中應(yīng)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(shù)示高技術(shù)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(dǎo)纖維、宇宙飛船、導(dǎo)彈、航天飛機(jī)光導(dǎo)纖維、宇宙飛船、導(dǎo)彈、航天飛機(jī)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(chǔ)存：顆粒小解離吸附：消毒太陽(yáng)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(jié)構(gòu)、加工與材料材料組成、結(jié)構(gòu)、加工與材料性質(zhì)、使用之間關(guān)系的發(fā)現(xiàn)與應(yīng)用性質(zhì)、使用之間關(guān)系的發(fā)現(xiàn)與應(yīng)用材料科學(xué)與工程是在金屬學(xué)、陶瓷學(xué)和高分子科學(xué)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的綜合性學(xué)科綜合性學(xué)科不論什么材料，盡管種類不同，各有特點(diǎn)，但卻具有很多相通的原理、共性和相似的研究、生產(chǎn)方法很多相通的原理、共性和相似

13、的研究、生產(chǎn)方法材料科學(xué)強(qiáng)調(diào)共性，強(qiáng)調(diào)各種材料之間的內(nèi)在聯(lián)系和相互借鑒。材料科學(xué)與工程的學(xué)科性質(zhì)有別于物理學(xué)、化學(xué)、數(shù)學(xué)和力學(xué)等基礎(chǔ)科學(xué)，是一門應(yīng)用科學(xué)WHY STUDY MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING學(xué)習(xí)的目的學(xué)習(xí)的目的研究材料研究材料設(shè)計(jì)材料設(shè)計(jì)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(jī)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(shí)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(duì)材料是否有不利影響？Will the material be acceptable on aesthetic grounds?是否符合風(fēng)俗習(xí)慣？Will the material gi

15、ve sufficient degree of reliability and quality?質(zhì)量是否可靠？Can the product be made at an acceptable cost?價(jià)格是否合適？Can the product be recycled?能否回收利用？Processing加工加工 Structure結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) Properties性質(zhì)性質(zhì) Performance性能性能PropertiesMechanicalElectrical ThermalMagneticOpticalDeteriorativePhysical性質(zhì)性質(zhì)機(jī)械（力學(xué)）機(jī)械（力學(xué)）熱熱電電磁磁光光

16、劣化（化學(xué)）劣化（化學(xué)）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(shí)內(nèi)涵：真實(shí)內(nèi)涵：滿足性能要求的用品中的物質(zhì)滿足性能要求的用品中的物質(zhì)材料的無(wú)限循環(huán)體系材料的無(wú)限循環(huán)體系原材料制取預(yù)加工生產(chǎn)制品服務(wù)期丟棄/回收工程化材料科學(xué)與工程的任務(wù)主要任務(wù)是揭示材料成分、結(jié)構(gòu)、制造工藝和性能之間的關(guān)系，并以此指導(dǎo)研制具有新性質(zhì)、新功

17、能的新材料極其應(yīng)用。材料科學(xué)與材料工程的區(qū)別材料科學(xué)：集中于認(rèn)識(shí)材料的本質(zhì)，提出有關(guān)的理論和描述，說(shuō)明材料結(jié)構(gòu)是如何與其成分、性能及行為相聯(lián)系的。材料工程：瞄準(zhǔn)基礎(chǔ)科學(xué)和經(jīng)驗(yàn)知識(shí)的綜合和運(yùn)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(diǎn)的不同或者說(shuō)各自強(qiáng)調(diào)的中心不同。阻隔奇妙的碳納米管碳納米管 最近，科學(xué)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(nèi)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(jié)實(shí)。它的密度是鋼的1/6，而強(qiáng)度卻是鋼的100倍。用這樣輕而柔軟、又非常結(jié)實(shí)的材料做防彈背心是最好不過(guò)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?cè)谠虑蚨ň泳秃苋菀琢恕＜{米碳管的細(xì)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(jīng)驗(yàn)技術(shù)）Biomaterials arc em