工程材料概論精品課件

1、工程材料概論第1頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)6分，星期三課程性質(zhì)： 面向全校非機(jī)械專業(yè)本科生開設(shè)的通識(shí)教育選修課開設(shè)目的及內(nèi)容：建立材料科學(xué)與工程的基本概念，了解其在經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展中的作用；了解材料的共性規(guī)律與特點(diǎn)，建立從材料設(shè)計(jì)、組織控制、制備加工到性能評(píng)價(jià)與工程應(yīng)用的概念體系；基本掌握工程材料的基本分類方法及常用工程材料的性能和用途；進(jìn)度與安排：共16學(xué)時(shí)（18周）課 程 簡(jiǎn) 介第2頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)6分，星期三第一講 材料科學(xué)與材料世界材料的定義與分類材料的地位和作用材料科學(xué)與工程的形成和發(fā)展材料的發(fā)展趨勢(shì)第3頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，

2、20點(diǎn)6分，星期三 材料的定義與分類定義：宇宙間可用于制造有用物品的固態(tài)物質(zhì)統(tǒng)稱為材料物質(zhì)材料材料的判據(jù)1資源2能源3環(huán)保4質(zhì)量5經(jīng)濟(jì) 有用的、并能用來(lái)制造物品（件）的物質(zhì) 一般指固態(tài)的，可用于工程上的物質(zhì)工程材料 作為材料科學(xué)研究對(duì)象的材料則主要是那些制造器件或物品的人造物質(zhì)第4頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)6分，星期三礦業(yè)及農(nóng)業(yè)科技與工程范疇材料科學(xué)與工程范疇 材料的地位和作用第5頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)6分，星期三 材料的定義與分類定義：宇宙間可用于制造有用物品的固態(tài)物質(zhì)統(tǒng)稱為材料物質(zhì)材料材料的判據(jù)1資源2能源3環(huán)保4質(zhì)量5經(jīng)濟(jì) 有用的、并能用來(lái)制造物品

3、（件）的物質(zhì) 一般指固態(tài)的，可用于工程上的物質(zhì)工程材料 作為材料科學(xué)研究對(duì)象的材料則主要是那些制造器件或物品的人造物質(zhì)第6頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)6分，星期三 材料的定義與分類材料無(wú)處不在人類已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的材料：“800 ”萬(wàn)種每年新增：“25 ”萬(wàn)種具有實(shí)際工業(yè)價(jià)值的有：“8 ”萬(wàn)種第7頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)6分，星期三 材料的定義與分類第8頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)6分，星期三鐵器時(shí)代信息時(shí)代（新材料時(shí)代）石器時(shí)代（石器、陶器 、瓷器)青銅器時(shí)代 材料的地位和作用第9頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)6分，星期三 材料的地位

4、和作用石器時(shí)代青銅時(shí)代新材料時(shí)代鐵器時(shí)代鋼鐵時(shí)代人類利用材料的歷史，就是一部人類進(jìn)化和進(jìn)步的歷史第10頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)6分，星期三第一次工業(yè)革命（18世紀(jì)）制鋼工業(yè)的發(fā)展為蒸汽機(jī)的發(fā)明和應(yīng)用奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)以蒸汽機(jī)和紡織機(jī)的發(fā)明和使用為主要標(biāo)志工業(yè)革命使工廠制代替了手工工場(chǎng)，用機(jī)器代替了手工勞動(dòng) 人類社會(huì)從農(nóng)業(yè)文明轉(zhuǎn)向工業(yè)文明第11頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)6分，星期三 以電力和內(nèi)燃機(jī)的發(fā)明和使用為主要標(biāo)志,以石油開發(fā)和新能源為突破口，大力推進(jìn)了汽車、飛機(jī)等其他工業(yè)。第二次工業(yè)革命（19世紀(jì)中葉到20世紀(jì)中葉） 世界由“蒸汽時(shí)代”進(jìn)入“電氣時(shí)代”莫爾

5、斯電報(bào)機(jī)發(fā)報(bào)第12頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)6分，星期三第三次工業(yè)革命（20世紀(jì)40年代起） 以核能、電子計(jì)算機(jī)、空間技術(shù)和生物工程的發(fā)明和使用為主要標(biāo)志，涉及信息技術(shù)、新能源技術(shù)、新材料技術(shù)、生物技術(shù)、空間技術(shù)和海洋技術(shù)等諸多領(lǐng)域的一場(chǎng)信息控制技術(shù)革命。 是迄今為止人類歷史上規(guī)模最大、影響最為深遠(yuǎn)的一次科技革命第13頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)6分，星期三 材料的地位和作用發(fā)電機(jī)1820年蒸氣機(jī)1763年計(jì)算機(jī)1946年第一次工業(yè)革命 制鋼工業(yè)的發(fā)展為蒸汽機(jī)的發(fā)明和應(yīng)用奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)第二次工業(yè)革命 合金鋼、鋁合金及其他非金屬材料的發(fā)展是此次工業(yè)革命的支撐第三

6、次工業(yè)革命 航空材料不斷進(jìn)步；塑料、合成橡膠、合成纖維的相繼問(wèn)世；單晶硅材料對(duì)電子技術(shù)的發(fā)明和應(yīng)用起到了核心的作用第14頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)6分，星期三 材料的地位和作用 縱觀人類利用材料的歷史可以清楚地看到，每一種重要新材料的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用，都把人類支配自然的能力提高到一個(gè)新的水平。材料科學(xué)技術(shù)的每一次重大突破都會(huì)引起生產(chǎn)技術(shù)的重大變革，甚至引起一次世界性的技術(shù)革命，大大地加速社會(huì)發(fā)展的進(jìn)程，給社會(huì)生產(chǎn)力和人類生活帶來(lái)巨大變革，把人類物質(zhì)文明推向前進(jìn)。第15頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)6分，星期三 材料的地位和作用圖 例所用材料特 點(diǎn) 世界杯 足球賽 指定

7、用球用32片復(fù)合泡沫材料縫制而成反彈力大，球速快而穩(wěn)定，耐磨。 大屏幕 液晶投 影電視面板用晶體硅制成。 對(duì)比度和清晰度高， 顯示速度快，體積小。DVD錄像機(jī)用DVDRW盤片存儲(chǔ)節(jié)目體積小，重量輕。仿真手臂用高強(qiáng)度碳纖維復(fù)合材料作手臂骨骼，陶瓷作感知元件碳纖維復(fù)合材料強(qiáng)度高，重量輕，可旋轉(zhuǎn)的腕和手指以及微電機(jī)等安裝在它上面。第16頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)6分，星期三 材料的地位和作用第17頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)6分，星期三 材料的地位和作用種 類使用的主要材料存儲(chǔ)容量特 點(diǎn) 軟盤氧化鐵磁性材料 1.44 Mb容量小，主要是文本文件的存儲(chǔ)。 CDRW多元

8、合金和以ZnS等為主的陶瓷材料 650 Mb驅(qū)動(dòng)器兼容CD光盤，光盤價(jià)低，用量高速增長(zhǎng)。 MO (磁光盤)TbFeCo合金磁光材料 650Mb 1.3G需用專用驅(qū)動(dòng)器，價(jià)格高，局限在廣告、圖形用戶。 VDRW多元合金和以ZnS等為主的陶瓷材料單面單層為4.7 Gb驅(qū)動(dòng)器兼容CDRW和CD光盤集成芯片1G、16G、32G小巧便于攜帶、存儲(chǔ)容量大、價(jià)格便宜、性能可靠。幾種可反復(fù)讀寫的移動(dòng)存儲(chǔ)器的比較U盤第18頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)6分，星期三 材料的地位和作用實(shí) 例材 料強(qiáng)度范圍 MPa比強(qiáng)度MPa 壓氣機(jī) 葉片鋁合鈦合金 壓氣機(jī) 機(jī)匣鈦合金3501

9、10080245 飛機(jī) 尾翼碳纖維復(fù)合材料10001200（順纖維方向） 625750 硼纖維 鋁合金 板和管硼纖維增強(qiáng)鋁合金1500（順纖維方向）570幾種航空材料的比強(qiáng)度第19頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)6分，星期三 材料的地位和作用不同時(shí)期航空發(fā)動(dòng)機(jī)的工作溫度第20頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)6分，星期三 在美國(guó)卡拉維納爾角航天基地待升空的航天飛機(jī)（穿梭機(jī)）。它是人類高技術(shù)的結(jié)晶。它應(yīng)用了成千上萬(wàn)種材料，特別是一些高技術(shù)的新型材料 材料的地位和作用第21頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)6分，星期三挑戰(zhàn)者號(hào)失事 失事原因右側(cè)固體火箭助推器連接處因

10、設(shè)計(jì)上的缺陷和氣溫過(guò)低、密封墊圈失效引起的。 第22頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)6分，星期三材料是現(xiàn)代文明的基石 材料的地位和作用第23頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)6分，星期三一、材料科學(xué)與工程（MSE）的定義材料科學(xué)：研究各種材料的成分、結(jié)構(gòu)、制備加工 工藝與性能之間的關(guān)系材料工程：研究材料在制備、處理加工過(guò)程中的 工藝和各種工程問(wèn)題 材料科學(xué)與工程的形成和發(fā)展第24頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)6分，星期三一、材料科學(xué)與材料工程的關(guān)系 材料科學(xué)與工程的形成和發(fā)展第25頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)6分，星期三 材料科學(xué)與工程的形成

11、和發(fā)展二、材料科學(xué)與工程（MSE）的興起第26頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)6分，星期三1、需求牽引利用新材料和材料改進(jìn)飛機(jī)汽車減輕自重節(jié)約能源保護(hù)環(huán)境汽車用高強(qiáng)鋼，可減重24%，強(qiáng)度增加34%第27頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)6分，星期三1、需求牽引第28頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)6分，星期三1、需求牽引長(zhǎng)征火箭殼體： 鋁合金744Kg；碳纖維401Kg；兩者相比: 碳纖維減重343Kg；射程增加1476Km各種材料在波音787飛機(jī)上的應(yīng)用第29頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)6分，星期三2、科學(xué)驅(qū)動(dòng)固體物理、無(wú)機(jī)化學(xué)有機(jī)化學(xué)、物理

12、化學(xué)材料本身的研究大大加強(qiáng)材料科學(xué)冶金學(xué)、金屬學(xué)、陶瓷學(xué)、高分子學(xué)等物資結(jié)構(gòu)和物性金屬材料、高分子材料、陶瓷材料亦自成體系；復(fù)合材料的學(xué)科體系正在形成各類材料的研究設(shè)備與生產(chǎn)手段有頗多共同之處許多不同類型的材料可以相互代替和補(bǔ)充；復(fù)合材料在多數(shù)情況下是不同類型材料的組合第30頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)6分，星期三 材料科學(xué)與工程的形成和發(fā)展三、材料科學(xué)與工程（MSE）的特點(diǎn)是多學(xué)科交叉，包括物理學(xué)、化學(xué)、冶金學(xué)、金屬學(xué)、 陶瓷學(xué)、高分子化學(xué)及計(jì)算科學(xué)等是一種與實(shí)際使用結(jié)合非常緊密的科學(xué)是一個(gè)正在發(fā)展中的科學(xué)第31頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)6分，星期三 材料科

13、學(xué)與工程的形成和發(fā)展四、材料科學(xué)與工程的組成要素合成/制備結(jié)構(gòu)/成分性質(zhì)（性能）使用性能（效能）第32頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)6分，星期三 材料的發(fā)展趨勢(shì)“9.11”事件與材料紐約世貿(mào)大廈1973年竣工，110層、411m主體鋼架結(jié)構(gòu)(用鋼7.8萬(wàn)噸)墻面由鋁板和玻璃磚組成塔樓坍塌原因:高溫下材料強(qiáng)度迅速降低9.11之后大樓怎么建材結(jié)實(shí)？采用高強(qiáng)、輕質(zhì)材料如何對(duì)付有毒煙霧？用環(huán)保防火材料如何有利逃生？用自發(fā)光材料蓄光型自發(fā)光夜光粉第33頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)6分，星期三可以連續(xù)12年自發(fā)光的材料自發(fā)光樓梯扶手 材料的發(fā)展趨勢(shì)自已會(huì)發(fā)亮的燈第34頁(yè)，共4

14、0頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)6分，星期三 材料的發(fā)展趨勢(shì)現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)武器與材料之一B-2隱形戰(zhàn)略轟炸機(jī)隱身性能源于： 特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 隱身材料的充分利用B-2使用的主要材料： 主梁和發(fā)動(dòng)機(jī)艙輕金屬、復(fù)合材料 其他部分碳纖維和石墨纖維的復(fù)合材料機(jī)翼前緣包覆吸波材料整個(gè)機(jī)體噴涂吸波油漆（XKuP-4）吸波材料第35頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)6分，星期三 材料的發(fā)展趨勢(shì)現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)武器與材料之二航天飛機(jī)美國(guó)“戰(zhàn)斧”式巡航導(dǎo)彈 燒蝕防熱材料為航天器提供隔熱屏障神州飛船第36頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)6分，星期三99式坦克具備優(yōu)異的防彈外型，其炮塔和車體均采用復(fù)合裝甲，抗彈能力成倍提高99式坦克 材料的發(fā)展趨勢(shì)現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)武器與材料之三裝甲材料的變遷：厚鋼板合金鋼復(fù)合裝甲英國(guó)“挑戰(zhàn)者”坦克戰(zhàn)車全重62.54噸，最大速度56千米時(shí)，車體和炮塔采用“ 喬巴姆”復(fù)合裝甲英國(guó)“挑戰(zhàn)者”坦克第37頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)6分，星期三 材料的發(fā)展趨勢(shì)金屬、陶瓷、聚合物和復(fù)合材料將平分秋色新材料技術(shù)出現(xiàn)群體性突破納米技術(shù)是前沿技術(shù)中最具前瞻性和帶動(dòng)性的領(lǐng)域之一光電子材料、光子材料將成為發(fā)展最快和最有前途的電子信息材料新型功能材料（超導(dǎo)材料、智能材料、生物醫(yī)