工程材料與機(jī)械制造基礎(chǔ) 第一章 工程材料概論

1、一、材料科學(xué)與工程材料一、材料科學(xué)與工程材料第第1 1章章 工程材料概論工程材料概論 二、材料科學(xué)的發(fā)展與展望二、材料科學(xué)的發(fā)展與展望1、材料科學(xué)概況、材料科學(xué)概況2、工程材料的分類(lèi)、工程材料的分類(lèi)1、材料科學(xué)的發(fā)展歷史、材料科學(xué)的發(fā)展歷史2、材料科學(xué)的展望、材料科學(xué)的展望 材料是指人類(lèi)用以制造機(jī)器材料是指人類(lèi)用以制造機(jī)器零件、工程構(gòu)件及日常生活用零件、工程構(gòu)件及日常生活用品等各種有用器件的物質(zhì)。品等各種有用器件的物質(zhì)。一、材料科學(xué)與工程材料一、材料科學(xué)與工程材料1、材料科學(xué)概況、材料科學(xué)概況 材料科學(xué)是一門(mén)研究材料成材料科學(xué)是一門(mén)研究材料成分、微觀組織與結(jié)構(gòu)、加工工分、微觀組織與結(jié)構(gòu)、加工工

2、藝、性能與應(yīng)用之間內(nèi)在相互藝、性能與應(yīng)用之間內(nèi)在相互關(guān)系及其變化規(guī)律的科學(xué)。關(guān)系及其變化規(guī)律的科學(xué)。 材料是人類(lèi)生產(chǎn)和生活所必材料是人類(lèi)生產(chǎn)和生活所必須的物質(zhì)基礎(chǔ)。須的物質(zhì)基礎(chǔ)。一、材料科學(xué)與工程材料一、材料科學(xué)與工程材料1、材料科學(xué)概況、材料科學(xué)概況手手錘錘銼刀銼刀國(guó)產(chǎn)渦噴國(guó)產(chǎn)渦噴-7渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)二十世紀(jì)七十年代，人們把材料與能源和信息材料與能源和信息并列，稱(chēng)作現(xiàn)代文明的三大支柱之一。一、材料科學(xué)與工程材料一、材料科學(xué)與工程材料1、材料科學(xué)概況、材料科學(xué)概況 沒(méi)有低消耗的光導(dǎo)纖維，也就沒(méi)有現(xiàn)代的光纖通訊。沒(méi)有低消耗的光導(dǎo)纖維，也就沒(méi)有現(xiàn)代的光纖通訊。龍芯龍芯 沒(méi)有半導(dǎo)體材料的

3、工業(yè)化生產(chǎn)，就不可能有目前的計(jì)算機(jī)技術(shù)。聯(lián)想計(jì)算機(jī)聯(lián)想計(jì)算機(jī) 芯芯 片片一、材料科學(xué)與工程材料一、材料科學(xué)與工程材料1、材料科學(xué)概況、材料科學(xué)概況前蘇聯(lián)在1957年首次把人造衛(wèi)星送入太空，令美國(guó)人震驚不已，認(rèn)識(shí)到在火箭技術(shù)上落后。此后，在十多所大學(xué)中陸續(xù)建立了材料科學(xué)研究中心，并把約2/3大學(xué)的冶金系或礦冶系改建成材料科學(xué)與工程系。其涉及的材料由金屬擴(kuò)展到了陶瓷和高分子材料?？梢?jiàn)，高技術(shù)需要先進(jìn)材料的支持。 前蘇聯(lián)第一顆人造衛(wèi)星及其運(yùn)載火箭前蘇聯(lián)第一顆人造衛(wèi)星及其運(yùn)載火箭一、材料科學(xué)與工程材料一、材料科學(xué)與工程材料1、材料科學(xué)概況、材料科學(xué)概況一、材料科學(xué)與工程材料一、材料科學(xué)與工程材料2、工

4、程材料的分類(lèi)、工程材料的分類(lèi)工程材料按組成與結(jié)合鍵分類(lèi)： 1 1、金屬材料、金屬材料 2 2、陶瓷材料、陶瓷材料 3 3、高分子材料、高分子材料 4 4、復(fù)合材料、復(fù)合材料 材料按照用途可分為工程材料和功能材料。材料按照用途可分為工程材料和功能材料。 以金屬鍵結(jié)合為主,具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、延展性和金屬光澤，用量最大、應(yīng)用最廣泛。黑色金屬黑色金屬有色金屬有色金屬輕金屬輕金屬, ,重金屬重金屬, ,貴金屬貴金屬, ,稀有金屬稀有金屬 一、材料科學(xué)與工程材料一、材料科學(xué)與工程材料2、工程材料的分類(lèi)、工程材料的分類(lèi)一、材料科學(xué)與工程材料一、材料科學(xué)與工程材料2、工程材料的分類(lèi)、工程材料的分類(lèi)一、

5、材料科學(xué)與工程材料一、材料科學(xué)與工程材料2、工程材料的分類(lèi)、工程材料的分類(lèi)以共價(jià)鍵和離子鍵為主。熔點(diǎn)高、硬度高、耐腐蝕、脆性大。分為傳統(tǒng)陶瓷、特種陶瓷和金屬陶瓷三類(lèi) 。一、材料科學(xué)與工程材料一、材料科學(xué)與工程材料2、工程材料的分類(lèi)、工程材料的分類(lèi)陶瓷制品陶瓷制品陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)一、材料科學(xué)與工程材料一、材料科學(xué)與工程材料2、工程材料的分類(lèi)、工程材料的分類(lèi)一、材料科學(xué)與工程材料一、材料科學(xué)與工程材料2、工程材料的分類(lèi)、工程材料的分類(lèi) 金屬陶瓷是由陶瓷硬質(zhì)相與金屬陶瓷是由陶瓷硬質(zhì)相與金屬或合金粘結(jié)相組成的結(jié)構(gòu)材金屬或合金粘結(jié)相組成的結(jié)構(gòu)材料。料。 金屬陶瓷兼有金屬和陶瓷的優(yōu)金屬陶瓷兼有金屬和陶

6、瓷的優(yōu)點(diǎn)，它密度小、硬度高、耐磨、點(diǎn)，它密度小、硬度高、耐磨、導(dǎo)熱性好，不會(huì)因?yàn)轶E冷或驟熱導(dǎo)熱性好，不會(huì)因?yàn)轶E冷或驟熱而脆裂。而脆裂。 金屬陶瓷廣泛地應(yīng)用于火箭、金屬陶瓷廣泛地應(yīng)用于火箭、導(dǎo)彈、超音速飛機(jī)的外殼、燃燒導(dǎo)彈、超音速飛機(jī)的外殼、燃燒室的火焰噴口等地方。室的火焰噴口等地方。以分子鍵和共價(jià)鍵為主。塑性、耐蝕性、電絕緣性、減振性好，密度小。 包括塑料、橡膠及合成纖維等。 分子鍵分子鍵共價(jià)鍵共價(jià)鍵一、材料科學(xué)與工程材料一、材料科學(xué)與工程材料2、工程材料的分類(lèi)、工程材料的分類(lèi)烯丙酰氯烯丙酰氯- -苯乙烯苯乙烯一、材料科學(xué)與工程材料一、材料科學(xué)與工程材料2、工程材料的分類(lèi)、工程材料的分類(lèi) 包括

7、： 金屬基復(fù)合材料 陶瓷基復(fù)合材料 高分子復(fù)合材料 是把兩種或兩種以上不同性質(zhì)或不同結(jié)構(gòu)的材是把兩種或兩種以上不同性質(zhì)或不同結(jié)構(gòu)的材料以微觀或宏觀的形式組合在一起而形成的材料。料以微觀或宏觀的形式組合在一起而形成的材料。玻璃纖維增強(qiáng)高分子復(fù)合玻璃纖維增強(qiáng)高分子復(fù)合材料材料一、材料科學(xué)與工程材料一、材料科學(xué)與工程材料2、工程材料的分類(lèi)、工程材料的分類(lèi)現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室溫度最高的材料就是通過(guò)粉末冶金法制備的氧化物粒子彌散強(qiáng)化的鎳基合金復(fù)合材料。很多高級(jí)游艇、賽艇及體育器械等是由碳纖維復(fù)合材料制成的，它們具有重量輕，彈性好，強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)。 航空發(fā)動(dòng)機(jī)航空發(fā)動(dòng)機(jī)一、材料科學(xué)與工程材料一、材料科學(xué)與工

8、程材料2、工程材料的分類(lèi)、工程材料的分類(lèi)石器石器鐵鐵器器 石器時(shí)代石器時(shí)代 青銅器時(shí)青銅器時(shí)代代 鐵器時(shí)代鐵器時(shí)代由于材料的重要性，歷史由于材料的重要性，歷史學(xué)家根據(jù)人類(lèi)所使用的材料來(lái)劃分時(shí)代。學(xué)家根據(jù)人類(lèi)所使用的材料來(lái)劃分時(shí)代。 銅銅 車(chē)車(chē) 馬馬二、材料科學(xué)的發(fā)展與展望二、材料科學(xué)的發(fā)展與展望1、材料科學(xué)的發(fā)展歷史、材料科學(xué)的發(fā)展歷史二、材料科學(xué)的發(fā)展與展望二、材料科學(xué)的發(fā)展與展望1、材料科學(xué)的發(fā)展歷史、材料科學(xué)的發(fā)展歷史材料的發(fā)展與人類(lèi)社會(huì)簡(jiǎn)圖材料的發(fā)展與人類(lèi)社會(huì)簡(jiǎn)圖二、材料科學(xué)的發(fā)展與展望二、材料科學(xué)的發(fā)展與展望1、材料科學(xué)的發(fā)展歷史、材料科學(xué)的發(fā)展歷史 早在公元前60005000年的新

9、石器時(shí)代，中華民族的先人就能用黏土燒制成陶器，到東漢時(shí)期又出現(xiàn)了瓷器，并流傳海外。 二、材料科學(xué)的發(fā)展與展望二、材料科學(xué)的發(fā)展與展望1、材料科學(xué)的發(fā)展歷史、材料科學(xué)的發(fā)展歷史司母戊鼎河南安陽(yáng)晚商遺址出土青銅鑄造高133厘米 重875kg飾紋優(yōu)美二、材料科學(xué)的發(fā)展與展望二、材料科學(xué)的發(fā)展與展望1、材料科學(xué)的發(fā)展歷史、材料科學(xué)的發(fā)展歷史春秋晚期越國(guó)青銅兵器春秋晚期越國(guó)青銅兵器出土于湖北江陵楚墓出土于湖北江陵楚墓 長(zhǎng)長(zhǎng)55.7厘米厘米 劍鍔鋒芒犀利劍鍔鋒芒犀利鋒能割斷頭發(fā)鋒能割斷頭發(fā) 二、材料科學(xué)的發(fā)展與展望二、材料科學(xué)的發(fā)展與展望1、材料科學(xué)的發(fā)展歷史、材料科學(xué)的發(fā)展歷史春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)代的春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)代

10、的青銅劍，劍身及青銅劍，劍身及劍鋒由不同成分劍鋒由不同成分的青銅組成，是的青銅組成，是復(fù)合材料很好的復(fù)合材料很好的例子例子梯度材料古已有之梯度材料古已有之這是古代劍刃截面圖這是古代劍刃截面圖二、材料科學(xué)的發(fā)展與展望二、材料科學(xué)的發(fā)展與展望1、材料科學(xué)的發(fā)展歷史、材料科學(xué)的發(fā)展歷史生鐵炒熟鐵圖生鐵炒熟鐵圖宋應(yīng)星宋應(yīng)星二、材料科學(xué)的發(fā)展與展望二、材料科學(xué)的發(fā)展與展望1、材料科學(xué)的發(fā)展歷史、材料科學(xué)的發(fā)展歷史我國(guó)建起了鞍山、寶鋼等大型鋼鐵基地，鋼產(chǎn)量由1949年的l5.8萬(wàn)t上升到5.5億t，已連續(xù)十三年成為世界上鋼產(chǎn)量第一大國(guó) 二、材料科學(xué)的發(fā)展與展望二、材料科學(xué)的發(fā)展與展望1、材料科學(xué)的發(fā)展歷史

11、、材料科學(xué)的發(fā)展歷史原子彈、氫彈的爆炸，衛(wèi)星、飛船的上天等都說(shuō)明了我國(guó)在材料的開(kāi)發(fā)、研究及應(yīng)用等方面有了飛躍的發(fā)展。 二、材料科學(xué)的發(fā)展與展望二、材料科學(xué)的發(fā)展與展望1、材料科學(xué)的發(fā)展歷史、材料科學(xué)的發(fā)展歷史二、材料科學(xué)的發(fā)展與展望二、材料科學(xué)的發(fā)展與展望1、材料科學(xué)的發(fā)展歷史、材料科學(xué)的發(fā)展歷史1863年1912年1932年第一臺(tái)光學(xué)顯微鏡問(wèn)世出現(xiàn)金相學(xué)對(duì)材料觀察進(jìn)入微觀領(lǐng)域X射線衍射技術(shù)研究材料晶體的微觀結(jié)構(gòu)電子顯微鏡問(wèn)世能譜儀出現(xiàn)隧道掃描電子顯微鏡對(duì)材料的研究進(jìn)入更深層次形成跨學(xué)科的材料科學(xué)人們對(duì)材料的研究人們對(duì)材料的研究 經(jīng)歷：經(jīng)歷： 宏觀宏觀微觀微觀定性討論定性討論半定量、定量分析半

12、定量、定量分析二、材料科學(xué)的發(fā)展與展望二、材料科學(xué)的發(fā)展與展望2、材料科學(xué)的展望、材料科學(xué)的展望隨原子能、航空航天、通信電子、海洋開(kāi)發(fā)等現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展對(duì)材料提出嚴(yán)格要求。滿(mǎn)足特殊性能要求新材料密度更小、強(qiáng)度更高、加工性能更好近年，非金屬材料用量，數(shù)倍于金屬材料的速度增長(zhǎng)。近年，非金屬材料用量，數(shù)倍于金屬材料的速度增長(zhǎng)。高純度原料代替天然材料制備現(xiàn)代陶瓷，許多優(yōu)異性能； 航天飛機(jī)外壁瓦片新型無(wú)機(jī)非金屬材料； 吸收電子波的隱射材料高分子復(fù)合材料。飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)葉片飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)葉片在航天飛機(jī)表面裝陶瓷防護(hù)瓦片在航天飛機(jī)表面裝陶瓷防護(hù)瓦片航空航天航空航天二、材料科學(xué)的發(fā)展與展望二、材料科學(xué)的發(fā)展與展望2、材料

13、科學(xué)的展望、材料科學(xué)的展望碳纖維聚碳纖維聚合物葉身，合物葉身，鈦合金葉鈦合金葉片邊緣片邊緣。二、材料科學(xué)的發(fā)展與展望二、材料科學(xué)的發(fā)展與展望2、材料科學(xué)的展望、材料科學(xué)的展望20世紀(jì)末，納米材料的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用世紀(jì)末，納米材料的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用 宏 觀 (Macro-)10-910-810-710-610-510-410-310-210-1100m10-1010-1110-12101納 米 (Nano-)10-910-810-710-610-510-410-310-210-1100m10-1010-1110-1210110-910-810-710-610-510-410-310-210-1100m10-101