第01章材料科學(xué)基礎(chǔ)緒論課件

第0章材料科學(xué)基礎(chǔ)緒論第0章材料科學(xué)基礎(chǔ)緒論1什么是材料世界萬物，凡于我有用者，皆謂之材料。抽象的材料(Substance)與具體的材料(Materials)材料是具有一定性能，可以用來制作器件、構(gòu)件、工具、裝置等物品的物質(zhì)。材料存在于我們的周圍，與我們的生活、我們的生命息息相關(guān)。材料是人類文明、社會(huì)進(jìn)步、科技發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。什么是材料世界萬物，凡于我有用者，皆謂之材料。2第01章材料科學(xué)基礎(chǔ)緒論課件3第01章材料科學(xué)基礎(chǔ)緒論課件4材料分類2023/1/4按特性可分為：金屬材料、無機(jī)非金屬材料、有機(jī)高分子材料，復(fù)合材料按用途可分為：結(jié)構(gòu)材料和功能材料兩大類。按來源可分為：天然材料和人工合成材料。按制備可分為：傳統(tǒng)材料(基礎(chǔ)材料)和先進(jìn)材料。材料分類2022/12/20按特性可分為：5三種基本類型材料中：金屬有好的導(dǎo)電性，有高的塑性和韌性；陶瓷材料則有高的硬度但很脆，且大多是電的絕緣材料；而高分子材料的彈性模量，強(qiáng)度，塑性都很低，多數(shù)也是不導(dǎo)電的。這些材料的不同都是由其內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定的。即：原子結(jié)構(gòu)，結(jié)合鍵，原子的排列方式（晶體和非晶體）以及顯微組織。2023/1/4三種基本類型材料中：2022/12/206結(jié)構(gòu)材料用于制造各種結(jié)構(gòu)，通俗地說就是要受力，因此對它的要求主要是力學(xué)性能，如強(qiáng)度、延伸率(達(dá)到極限強(qiáng)度斷裂時(shí)伸長了多少，延伸率小的材料便容易脆斷)、硬度、韌性(受沖擊力時(shí)容不容易斷裂)、剛性(容不容易保持形狀不變)等等。有時(shí)不要求其能經(jīng)受住嚴(yán)峻的環(huán)境條件，如要求耐熱性、抗腐蝕性等等。2023/1/4功能材料主要用于完成某種特殊功能，如液晶材料用于顯示，但有時(shí)也要求有一定機(jī)械強(qiáng)度，如光導(dǎo)纖維主要用于傳輸光線，同時(shí)也要求有一定機(jī)械強(qiáng)度，否則連自己的重量都承受不了，也就無法構(gòu)成長的通信線路。結(jié)構(gòu)材料2022/12/20功能材料7材料性能---成分---結(jié)構(gòu)---制備、加工工藝材料的性能與它們的化學(xué)成分和組織結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。成分一樣，具有不同的內(nèi)部結(jié)構(gòu)時(shí)，材料也有著不同的性能。材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可分為不同層次，包括原子結(jié)構(gòu)，原子的排列方式，以及顯微組織和結(jié)構(gòu)缺陷。同樣的材料，只要把它的晶?；蚴恰跋唷钡男螒B(tài)和分布加以改變，就可以大大地改善它的性質(zhì)。只有理解和控制材料的結(jié)構(gòu)，才能得到人們所追求的材料性能。2023/1/4材料性能---成分---結(jié)構(gòu)---制備、加工工藝材料的性能與8舉例1金剛石（鉆石）和石墨，都是由碳原子組成，但前者是自然界中最堅(jiān)硬的固體，而后者卻很軟（因晶體結(jié)構(gòu)不同，見下圖）2023/1/4舉例2同樣長的一段鐵絲和鋼絲，經(jīng)彎曲后發(fā)現(xiàn)鐵絲易彎曲，而鋼絲不易彎曲，即塑性不同（因兩者成分不同）。舉例1金剛石（鉆石）和石墨，都是由碳原子組成，但前者是自然9舉例3兩根鋸條，同時(shí)加熱（800℃），然后一根水冷，一根空冷，用手折時(shí)，發(fā)現(xiàn)前者很脆，后者很韌（因組織不同，見下圖）2023/1/4舉例4若斷開一根鐵絲，可反復(fù)彎曲，在應(yīng)變處發(fā)熱→變硬（脆）→斷（因塑性變形）。舉例3兩根鋸條，同時(shí)加熱（800℃），然后一根水冷，一根空10“材料科學(xué)”研究材料的成分、組織結(jié)構(gòu)、制備工藝與材料性能與應(yīng)用之間關(guān)系的科學(xué)本著這一關(guān)系可用一四面體表示2023/1/4材料固有性能制備合成與/加工工藝材料使用性能成分/組織結(jié)構(gòu)材料科學(xué)與工程四要素關(guān)系圖“材料科學(xué)”研究材料的成分、組織結(jié)構(gòu)、制備工藝與材料性11一級學(xué)科：材料科學(xué)與工程二級學(xué)科：

材料物理與化學(xué) 材料學(xué) 材料加工工程自主設(shè)立二級學(xué)科：粉體材料科學(xué)與工程一級學(xué)科：材料科學(xué)與工程12材料物理與化學(xué)在分子、原子、電子層次上研究材料的物理、化學(xué)行為規(guī)律。通過材料的結(jié)構(gòu)和功能設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)材料的制備與合成，探索材料的主要性能及其與成份、結(jié)構(gòu)的關(guān)系，研究和發(fā)展新型先進(jìn)材料和相關(guān)器件。2023/1/4《材料物理與化學(xué)》研究材料的微觀本質(zhì)，《材料學(xué)》研究材料性能與服役條件的關(guān)系，《材料加工工程》則是將材料開發(fā)成應(yīng)用所需要的組織、形狀。相對而言，材料物理與化學(xué)、材料學(xué)是材料加工工程的基礎(chǔ)學(xué)科。材料物理與化學(xué)在分子、原子、電子層次上研究材料的物理、化學(xué)13材料的制備、合成和加工賦予材料一定的尺寸和形狀是控制材料成分和結(jié)構(gòu)的必要手段。鋼材通過熱處理來改變它們內(nèi)部的結(jié)構(gòu)而達(dá)到預(yù)期的性能冷軋硅鋼片經(jīng)過復(fù)雜的加工工序能使晶粒按一定取向排列而大大減少鐵損飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的葉片可以通過鑄造的凝固控制做成單晶體葉片，使之沒有晶粒邊界，大大提高它的使用溫度和性能光纖，不僅要拉成微米級的細(xì)絲，而且要控制光纖從內(nèi)到外的折射率的分布……..

可以說沒有一種合成加工上的新的突破，就沒有某一種新材料。如快速冷卻的加工方法，才有了非晶態(tài)的金屬合金。2023/1/4材料的制備、合成和加工賦予材料一定的尺寸和形狀2022/1214材料化學(xué)專業(yè)定位材料學(xué)與化學(xué)的交叉學(xué)科，研究材料的組成、加工、結(jié)構(gòu)性能與應(yīng)用的學(xué)科，要求掌握材料和化學(xué)相關(guān)專業(yè)的基礎(chǔ)，掌握數(shù)學(xué)、物理等基礎(chǔ)知識(shí)，掌握材料科學(xué)發(fā)展方向的前沿知識(shí)，可以服務(wù)于教學(xué)、科研、產(chǎn)業(yè)開發(fā)、管理等行業(yè)。我院材料化學(xué)的特色----主要以金屬材料和粉末冶金材料為對象2023/1/4材料化學(xué)專業(yè)定位材料學(xué)與化學(xué)的交叉學(xué)科，研究材料的組成、加工152023/1/4金屬材料的分類3種黑色金屬：鐵、錳與鉻“黑色金屬”的由來常說的“黑色冶金工業(yè)”，主要是指鋼鐵工業(yè)。有色金屬：如銅、鋁、鈦、鋅等；輕有色金屬、重有色金屬、貴有色金屬、半金屬、稀有金屬2022/12/20金屬材料的分類3種黑色金屬：鐵、錳與鉻162023/1/4金屬分類表金

屬

材

料

有色金屬

輕有色金屬

4.5g/cm3以下的有色金屬；包括鋁(AL)鎂(Mg)鈉(Na)

鉀(K)鈣(Ca)

鍶(Sr)鋇(Ba)；特點(diǎn)：比重小，化學(xué)活性大，與氧、硫、碳和鹵素的化合物都相當(dāng)穩(wěn)定重有色金屬

密度4.5g/cm3以上的有色金屬；如銅(Cu)鎳(Ni)鉛(Pb)鋅(Zn)錫(Sn)等；在國民經(jīng)濟(jì)各部門中，每種重有色金屬根據(jù)其特性都有特殊的應(yīng)用范圍和用途。貴有色金屬

包括金(Au)銀(Ag)鉑(Pt)族元素，它們在地殼中含量少，開采和提取比較困難；共同特點(diǎn)：比重大熔點(diǎn)高化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定能抵抗酸腐蝕(銀和鈀除外)，價(jià)格都很昂貴。半金屬一般指硅(Si)硒(Se)碲(Te)砷(As)硼(B)等，此類金屬的物理性能介于金屬與非金屬之間，如砷是非金屬，但能傳熱導(dǎo)電。稀有金屬通常是指那些在自然界中含量少，分布稀散或難從原料中提取的金屬。如鎢鈦等。黑色金屬錳(Mn)鐵(Fe)鐵元素大約占地殼之元素總量的5.5%，全世界金屬總產(chǎn)量中鋼鐵占99.5%。鉻(Cr)2022/12/20金屬分類表金輕有色金屬4.5g/cm317決定金屬材料性能的基本因素金屬材料在性能方面所表現(xiàn)出的多樣性、多變性和特殊性，使它有比其它材料優(yōu)越的性能。內(nèi)在因素：原子結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)以及原子間的相互作用內(nèi)部原子總體的組合狀態(tài)-即內(nèi)部原子總體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)?；瘜W(xué)成分、原子集合體的結(jié)構(gòu)以及內(nèi)部組織是決定金屬材料性能的內(nèi)在基本因素，金屬材料性能方面的多變性，也正是通過這3個(gè)因素的多變性而表現(xiàn)出來的。對結(jié)構(gòu)敏感性性能和對結(jié)構(gòu)不敏感性性能。2023/1/4決定金屬材料性能的基本因素金屬材料在性能方面所表現(xiàn)出的多樣性18金屬材料的一般特性金屬材料：由金屬元素或以金屬元素為主而形成的，并具有一般金屬特性。1 良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性2 正的電阻溫度系數(shù)3 不透明、金屬光澤4 良好的延展性2023/1/4金屬材料的一般特性金屬材料：由金屬元素或以金屬元素為主而形成19金屬材料的優(yōu)點(diǎn)1)多樣性、多變性、特殊性綜合性能好2)性能有提高的巨大潛力。材料的性能：1)工藝性能適應(yīng)實(shí)際生產(chǎn)工藝的能力2)使用性能適應(yīng)或抵抗作用到它上面的各種外界作用的能力工藝性能和使用性能是既有聯(lián)系又不相同的兩類性能，盡管它們都是金屬材料本身蘊(yùn)藏著的，但由于目的的不同，這兩類性能上的好與壞或高與低，有時(shí)是一致的，有時(shí)卻是互相矛盾的。2023/1/4金屬材料的優(yōu)點(diǎn)1)多樣性、多變性、特殊性綜合性能好220材料科學(xué)在現(xiàn)代科學(xué)體系中的地位先進(jìn)材料的發(fā)展促使了新技術(shù)的實(shí)現(xiàn)1942年，鎳基高溫合金的研制成功，促使了航空發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)步。1970年，使光強(qiáng)度衰減降低到可以實(shí)用的光導(dǎo)纖維的研制成功，促使了現(xiàn)代的光通信的技術(shù)進(jìn)步。高純度大直徑的硅單晶的研制成功，促使了集成電路和計(jì)算機(jī)及其它電子設(shè)備的進(jìn)步。碳/碳復(fù)合材料的發(fā)展促進(jìn)了航空航天技術(shù)的進(jìn)步。2023/1/4材料科學(xué)在現(xiàn)代科學(xué)體系中的地位先進(jìn)材料的發(fā)展促使了新技術(shù)的實(shí)21材料科學(xué)在現(xiàn)代科學(xué)體系中的地位2023/1/4先進(jìn)的技術(shù)又促使了新材料的誕生

先進(jìn)的技術(shù)又促使了具有前所未有性能的新材料的誕生，現(xiàn)代的材料技術(shù)正同其他高技術(shù)互相支持、共同發(fā)展。

利用巨型計(jì)算機(jī)可以計(jì)算出要求什么樣的性能便應(yīng)該有什么樣的成分組成（合金設(shè)計(jì)），甚至還沒有制造出來便可以先用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)觀看所制成的零件在工作時(shí)的表現(xiàn)如何（計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)）。更進(jìn)一步，還可以算出原子之間應(yīng)該怎樣排列才能具有所需要的性能，并利用可以操作單個(gè)原子層的技術(shù)將其制造出來。這就體現(xiàn)在處于電子器件制造技術(shù)最前沿的超晶格材料。材料科學(xué)在現(xiàn)代科學(xué)體系中的地位2022/12/20先進(jìn)的技術(shù)22新材料時(shí)代特征由多種材料決定社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的時(shí)代新材料以人造為特征新材料是根據(jù)我們對材料的物理和化學(xué)性能的了解，為了特定的需要設(shè)計(jì)和加工而成的2023/1/4新材料時(shí)代特征由多種材料決定社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的時(shí)代202223材料技術(shù)的發(fā)展趨勢(一)

從均質(zhì)材料向復(fù)合材料發(fā)展。以前人們只使用金屬材料、高分子材料等均質(zhì)材料，現(xiàn)在人們開始越來越多地使用諸如把金屬材料和高分子材料結(jié)合在一起的復(fù)合材料。優(yōu)點(diǎn)：性能可以將組成材料的性能進(jìn)行加和，性能可設(shè)計(jì)。缺點(diǎn)：不利于回收，不利于環(huán)境，綜合成本較高。2023/1/4材料技術(shù)的發(fā)展趨勢(一)從均質(zhì)材料向復(fù)合材料發(fā)展。202224材料技術(shù)的發(fā)展趨勢(二)由結(jié)構(gòu)材料為方往向功能材料、多功能材料并重的方向發(fā)展。以前講材料，實(shí)際上都是指結(jié)構(gòu)材料。但是隨著高技術(shù)的發(fā)展，其他高技術(shù)要求材料技術(shù)為它們提供更多更好的功能材料，而材料技術(shù)也越來越有能力滿足這一要求。所以現(xiàn)在各種功能材料越來越多，終會(huì)有一天功能材料將同結(jié)構(gòu)材料在材料領(lǐng)域平分秋色。2023/1/4材料技術(shù)的發(fā)展趨勢(二)由結(jié)構(gòu)材料為方往向功能材料、多功能材25材料技術(shù)的發(fā)展趨勢(三)材料結(jié)構(gòu)的尺度向越來越小的方向發(fā)展。如以前組成材料的顆粒，其顆徑都在微米(100萬分之一米)尺度的范疇。新材料的顆粒由于尺度極度細(xì)化，使有些性能發(fā)生了截然不同的變化。如以前給人以極脆印象的陶瓷，居然可以用來制造發(fā)動(dòng)機(jī)零件。各種納米材料的性能與表現(xiàn)更是顛覆了人們對傳統(tǒng)材料的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)。

2023/1/4納米直升機(jī)材料技術(shù)的發(fā)展趨勢(三)材料結(jié)構(gòu)的尺度向越來越小的方向發(fā)展。26材料技術(shù)的發(fā)展趨勢之(四)由被動(dòng)性材料向具有主動(dòng)性的智能材料方向發(fā)展過去的材料不會(huì)對外界環(huán)境的作用作出反應(yīng)，完全是被動(dòng)的。新的智能材料能夠感知外界條件變化、進(jìn)行判斷并主動(dòng)作出反應(yīng)形狀記憶合金用于衛(wèi)星天線、空調(diào)開關(guān)、礦業(yè)上的采石等行業(yè)。2023/1/4材料技術(shù)的發(fā)展趨勢之(四)由被動(dòng)性材料向具有主動(dòng)性的智能材料27材料技術(shù)的發(fā)展趨勢之(五)

通過仿生途徑來發(fā)展新材料生物通過千百萬年的進(jìn)化，在嚴(yán)峻的自然界環(huán)境中經(jīng)過優(yōu)勝劣汰，適者生存而發(fā)展到今天，自有其獨(dú)特之處。通過“師法自然”并揭開其奧秘，會(huì)給我們以無窮的啟發(fā)，為開發(fā)新材料又提供了一條廣闊的途徑。2023/1/4材料技術(shù)的發(fā)展趨勢之(五)通過仿生途徑來發(fā)展新材料202228課程介紹金屬學(xué)金屬學(xué)原理物理冶金學(xué)物理冶金學(xué)原理材料科學(xué)基礎(chǔ)課程性質(zhì)：專業(yè)基礎(chǔ)課(考研需要)研究對象：金屬材料先修課程要求：

物理化學(xué)；材料力學(xué)(固體力學(xué))；高等數(shù)學(xué)2023/1/4課程介紹金屬學(xué)2022/12/2029

教材與參考書

教材鄭子樵主編.材料科學(xué)基礎(chǔ)，長沙：中南大學(xué)出版社，2005年胡賡祥，蔡珣，主編.材料科學(xué)基礎(chǔ)，上海：上海交通大學(xué)出版社，2000年主要參考書趙品，謝輔洲，孫振國，主編.材料科學(xué)基礎(chǔ)，哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2002年宋維錫.金屬學(xué).北京：冶金工業(yè)出版社，2005余永寧.金屬學(xué)原理，北京：冶金工業(yè)出版社，2003年曹明盛，物理冶金基礎(chǔ)，冶金工業(yè)出版社，1985年2023/1/4教材與參考書教材2022/12/2030課程的含義2023/1/4《金屬學(xué)原理》是關(guān)于金屬材料方面的一門學(xué)科，是由早期的金相學(xué)與物理化學(xué)以及材料力學(xué)等學(xué)科相結(jié)合而發(fā)展起來的一門獨(dú)立學(xué)科?！督饘賹W(xué)原理》的應(yīng)用價(jià)值作為一個(gè)工程師學(xué)習(xí)如何選擇和應(yīng)用金屬材料的一般原理，即金屬材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及對性能的影響。只有掌握金屬材料科學(xué)的基礎(chǔ)理論和知識(shí)，才能對任一種(金屬)材料進(jìn)行研究和應(yīng)用。課程的主線(綱)金屬材料的性能與化學(xué)成分、相結(jié)構(gòu)、組織結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系及其在各種條件下的變化規(guī)律。性能相結(jié)構(gòu)、組織結(jié)構(gòu)成分課程的含義2022/12/20《金屬學(xué)原理》是關(guān)于金屬材料方31講課內(nèi)容第1章材料的結(jié)構(gòu)第2章空位與位錯(cuò)第3章材料的凝固第4章二元合金相圖及合金的凝固和組織第5章三元相圖及合金的凝固組織第7章固體材料中的擴(kuò)散第6章材料的表面與界面第8章材料塑性變形第9章冷變形金屬的回復(fù)、再結(jié)晶與熱加工2023/1/4講課內(nèi)容第1章材料的結(jié)構(gòu)2022/12/2032課程的特點(diǎn)、安排和學(xué)習(xí)方法2023/1/4課程的特點(diǎn)：理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的課程,與基礎(chǔ)課相比,有很大不同：概念多，術(shù)語多；公式、定律少，定性的描述多；內(nèi)容多，需要記憶和理解的知識(shí)多。學(xué)習(xí)方法：認(rèn)真聽講，勤看書，理解基本概念，掌握基本知識(shí)，通過例題和習(xí)題，舉一反三，加深理解。學(xué)時(shí)安排：

總學(xué)時(shí)：64實(shí)驗(yàn)：8？課程的特點(diǎn)、安排和學(xué)習(xí)方法2022/12/20課程的特點(diǎn)：33第0章材料科學(xué)基礎(chǔ)緒論第0章材料科學(xué)基礎(chǔ)緒論34什么是材料世界萬物，凡于我有用者，皆謂之材料。抽象的材料(Substance)與具體的材料(Materials)材料是具有一定性能，可以用來制作器件、構(gòu)件、工具、裝置等物品的物質(zhì)。材料存在于我們的周圍，與我們的生活、我們的生命息息相關(guān)。材料是人類文明、社會(huì)進(jìn)步、科技發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。什么是材料世界萬物，凡于我有用者，皆謂之材料。35第01章材料科學(xué)基礎(chǔ)緒論課件36第01章材料科學(xué)基礎(chǔ)緒論課件37材料分類2023/1/4按特性可分為：金屬材料、無機(jī)非金屬材料、有機(jī)高分子材料，復(fù)合材料按用途可分為：結(jié)構(gòu)材料和功能材料兩大類。按來源可分為：天然材料和人工合成材料。按制備可分為：傳統(tǒng)材料(基礎(chǔ)材料)和先進(jìn)材料。材料分類2022/12/20按特性可分為：38三種基本類型材料中：金屬有好的導(dǎo)電性，有高的塑性和韌性；陶瓷材料則有高的硬度但很脆，且大多是電的絕緣材料；而高分子材料的彈性模量，強(qiáng)度，塑性都很低，多數(shù)也是不導(dǎo)電的。這些材料的不同都是由其內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定的。即：原子結(jié)構(gòu)，結(jié)合鍵，原子的排列方式（晶體和非晶體）以及顯微組織。2023/1/4三種基本類型材料中：2022/12/2039結(jié)構(gòu)材料用于制造各種結(jié)構(gòu)，通俗地說就是要受力，因此對它的要求主要是力學(xué)性能，如強(qiáng)度、延伸率(達(dá)到極限強(qiáng)度斷裂時(shí)伸長了多少，延伸率小的材料便容易脆斷)、硬度、韌性(受沖擊力時(shí)容不容易斷裂)、剛性(容不容易保持形狀不變)等等。有時(shí)不要求其能經(jīng)受住嚴(yán)峻的環(huán)境條件，如要求耐熱性、抗腐蝕性等等。2023/1/4功能材料主要用于完成某種特殊功能，如液晶材料用于顯示，但有時(shí)也要求有一定機(jī)械強(qiáng)度，如光導(dǎo)纖維主要用于傳輸光線，同時(shí)也要求有一定機(jī)械強(qiáng)度，否則連自己的重量都承受不了，也就無法構(gòu)成長的通信線路。結(jié)構(gòu)材料2022/12/20功能材料40材料性能---成分---結(jié)構(gòu)---制備、加工工藝材料的性能與它們的化學(xué)成分和組織結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。成分一樣，具有不同的內(nèi)部結(jié)構(gòu)時(shí)，材料也有著不同的性能。材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可分為不同層次，包括原子結(jié)構(gòu)，原子的排列方式，以及顯微組織和結(jié)構(gòu)缺陷。同樣的材料，只要把它的晶?；蚴恰跋唷钡男螒B(tài)和分布加以改變，就可以大大地改善它的性質(zhì)。只有理解和控制材料的結(jié)構(gòu)，才能得到人們所追求的材料性能。2023/1/4材料性能---成分---結(jié)構(gòu)---制備、加工工藝材料的性能與41舉例1金剛石（鉆石）和石墨，都是由碳原子組成，但前者是自然界中最堅(jiān)硬的固體，而后者卻很軟（因晶體結(jié)構(gòu)不同，見下圖）2023/1/4舉例2同樣長的一段鐵絲和鋼絲，經(jīng)彎曲后發(fā)現(xiàn)鐵絲易彎曲，而鋼絲不易彎曲，即塑性不同（因兩者成分不同）。舉例1金剛石（鉆石）和石墨，都是由碳原子組成，但前者是自然42舉例3兩根鋸條，同時(shí)加熱（800℃），然后一根水冷，一根空冷，用手折時(shí)，發(fā)現(xiàn)前者很脆，后者很韌（因組織不同，見下圖）2023/1/4舉例4若斷開一根鐵絲，可反復(fù)彎曲，在應(yīng)變處發(fā)熱→變硬（脆）→斷（因塑性變形）。舉例3兩根鋸條，同時(shí)加熱（800℃），然后一根水冷，一根空43“材料科學(xué)”研究材料的成分、組織結(jié)構(gòu)、制備工藝與材料性能與應(yīng)用之間關(guān)系的科學(xué)本著這一關(guān)系可用一四面體表示2023/1/4材料固有性能制備合成與/加工工藝材料使用性能成分/組織結(jié)構(gòu)材料科學(xué)與工程四要素關(guān)系圖“材料科學(xué)”研究材料的成分、組織結(jié)構(gòu)、制備工藝與材料性44一級學(xué)科：材料科學(xué)與工程二級學(xué)科：

材料物理與化學(xué) 材料學(xué) 材料加工工程自主設(shè)立二級學(xué)科：粉體材料科學(xué)與工程一級學(xué)科：材料科學(xué)與工程45材料物理與化學(xué)在分子、原子、電子層次上研究材料的物理、化學(xué)行為規(guī)律。通過材料的結(jié)構(gòu)和功能設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)材料的制備與合成，探索材料的主要性能及其與成份、結(jié)構(gòu)的關(guān)系，研究和發(fā)展新型先進(jìn)材料和相關(guān)器件。2023/1/4《材料物理與化學(xué)》研究材料的微觀本質(zhì)，《材料學(xué)》研究材料性能與服役條件的關(guān)系，《材料加工工程》則是將材料開發(fā)成應(yīng)用所需要的組織、形狀。相對而言，材料物理與化學(xué)、材料學(xué)是材料加工工程的基礎(chǔ)學(xué)科。材料物理與化學(xué)在分子、原子、電子層次上研究材料的物理、化學(xué)46材料的制備、合成和加工賦予材料一定的尺寸和形狀是控制材料成分和結(jié)構(gòu)的必要手段。鋼材通過熱處理來改變它們內(nèi)部的結(jié)構(gòu)而達(dá)到預(yù)期的性能冷軋硅鋼片經(jīng)過復(fù)雜的加工工序能使晶粒按一定取向排列而大大減少鐵損飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的葉片可以通過鑄造的凝固控制做成單晶體葉片，使之沒有晶粒邊界，大大提高它的使用溫度和性能光纖，不僅要拉成微米級的細(xì)絲，而且要控制光纖從內(nèi)到外的折射率的分布……..

可以說沒有一種合成加工上的新的突破，就沒有某一種新材料。如快速冷卻的加工方法，才有了非晶態(tài)的金屬合金。2023/1/4材料的制備、合成和加工賦予材料一定的尺寸和形狀2022/1247材料化學(xué)專業(yè)定位材料學(xué)與化學(xué)的交叉學(xué)科，研究材料的組成、加工、結(jié)構(gòu)性能與應(yīng)用的學(xué)科，要求掌握材料和化學(xué)相關(guān)專業(yè)的基礎(chǔ)，掌握數(shù)學(xué)、物理等基礎(chǔ)知識(shí)，掌握材料科學(xué)發(fā)展方向的前沿知識(shí)，可以服務(wù)于教學(xué)、科研、產(chǎn)業(yè)開發(fā)、管理等行業(yè)。我院材料化學(xué)的特色----主要以金屬材料和粉末冶金材料為對象2023/1/4材料化學(xué)專業(yè)定位材料學(xué)與化學(xué)的交叉學(xué)科，研究材料的組成、加工482023/1/4金屬材料的分類3種黑色金屬：鐵、錳與鉻“黑色金屬”的由來常說的“黑色冶金工業(yè)”，主要是指鋼鐵工業(yè)。有色金屬：如銅、鋁、鈦、鋅等；輕有色金屬、重有色金屬、貴有色金屬、半金屬、稀有金屬2022/12/20金屬材料的分類3種黑色金屬：鐵、錳與鉻492023/1/4金屬分類表金

屬

材

料

有色金屬

輕有色金屬

4.5g/cm3以下的有色金屬；包括鋁(AL)鎂(Mg)鈉(Na)

鉀(K)鈣(Ca)

鍶(Sr)鋇(Ba)；特點(diǎn)：比重小，化學(xué)活性大，與氧、硫、碳和鹵素的化合物都相當(dāng)穩(wěn)定重有色金屬

密度4.5g/cm3以上的有色金屬；如銅(Cu)鎳(Ni)鉛(Pb)鋅(Zn)錫(Sn)等；在國民經(jīng)濟(jì)各部門中，每種重有色金屬根據(jù)其特性都有特殊的應(yīng)用范圍和用途。貴有色金屬

包括金(Au)銀(Ag)鉑(Pt)族元素，它們在地殼中含量少，開采和提取比較困難；共同特點(diǎn)：比重大熔點(diǎn)高化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定能抵抗酸腐蝕(銀和鈀除外)，價(jià)格都很昂貴。半金屬一般指硅(Si)硒(Se)碲(Te)砷(As)硼(B)等，此類金屬的物理性能介于金屬與非金屬之間，如砷是非金屬，但能傳熱導(dǎo)電。稀有金屬通常是指那些在自然界中含量少，分布稀散或難從原料中提取的金屬。如鎢鈦等。黑色金屬錳(Mn)鐵(Fe)鐵元素大約占地殼之元素總量的5.5%，全世界金屬總產(chǎn)量中鋼鐵占99.5%。鉻(Cr)2022/12/20金屬分類表金輕有色金屬4.5g/cm350決定金屬材料性能的基本因素金屬材料在性能方面所表現(xiàn)出的多樣性、多變性和特殊性，使它有比其它材料優(yōu)越的性能。內(nèi)在因素：原子結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)以及原子間的相互作用內(nèi)部原子總體的組合狀態(tài)-即內(nèi)部原子總體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)?；瘜W(xué)成分、原子集合體的結(jié)構(gòu)以及內(nèi)部組織是決定金屬材料性能的內(nèi)在基本因素，金屬材料性能方面的多變性，也正是通過這3個(gè)因素的多變性而表現(xiàn)出來的。對結(jié)構(gòu)敏感性性能和對結(jié)構(gòu)不敏感性性能。2023/1/4決定金屬材料性能的基本因素金屬材料在性能方面所表現(xiàn)出的多樣性51金屬材料的一般特性金屬材料：由金屬元素或以金屬元素為主而形成的，并具有一般金屬特性。1 良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性2 正的電阻溫度系數(shù)3 不透明、金屬光澤4 良好的延展性2023/1/4金屬材料的一般特性金屬材料：由金屬元素或以金屬元素為主而形成52金屬材料的優(yōu)點(diǎn)1)多樣性、多變性、特殊性綜合性能好2)性能有提高的巨大潛力。材料的性能：1)工藝性能適應(yīng)實(shí)際生產(chǎn)工藝的能力2)使用性能適應(yīng)或抵抗作用到它上面的各種外界作用的能力工藝性能和使用性能是既有聯(lián)系又不相同的兩類性能，盡管它們都是金屬材料本身蘊(yùn)藏著的，但由于目的的不同，這兩類性能上的好與壞或高與低，有時(shí)是一致的，有時(shí)卻是互相矛盾的。2023/1/4金屬材料的優(yōu)點(diǎn)1)多樣性、多變性、特殊性綜合性能好253材料科學(xué)在現(xiàn)代科學(xué)體系中的地位先進(jìn)材料的發(fā)展促使了新技術(shù)的實(shí)現(xiàn)1942年，鎳基高溫合金的研制成功，促使了航空發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)步。1970年，使光強(qiáng)度衰減降低到可以實(shí)用的光導(dǎo)纖維的研制成功，促使了現(xiàn)代的光通信的技術(shù)進(jìn)步。高純度大直徑的硅單晶的研制成功，促使了集成電路和計(jì)算機(jī)及其它電子設(shè)備的進(jìn)步。碳/碳復(fù)合材料的發(fā)展促進(jìn)了航空航天技術(shù)的進(jìn)步。2023/1/4材料科學(xué)在現(xiàn)代科學(xué)體系中的地位先進(jìn)材料的發(fā)展促使了新技術(shù)的實(shí)54材料科學(xué)在現(xiàn)代科學(xué)體系中的地位2023/1/4先進(jìn)的技術(shù)又促使了新材料的誕生

先進(jìn)的技術(shù)又促使了具有前所未有性能的新材料的誕生，現(xiàn)代的材料技術(shù)正同其他高技術(shù)互相支持、共同發(fā)展。

利用巨型計(jì)算機(jī)可以計(jì)算出要求什么樣的性能便應(yīng)該有什么樣的成分組成（合金設(shè)計(jì)），甚至還沒有制造出來便可以先用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)觀看所制成的零件在工作時(shí)的表現(xiàn)如何（計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)）。更進(jìn)一步，還可以算出原子之間應(yīng)該怎樣排列才能具有所需要的性能，并利用可以操作單個(gè)原子層的技術(shù)將其制造出來。這就體現(xiàn)在處于電子器件制造技術(shù)最前沿的超晶格材料。材料科學(xué)在現(xiàn)代科學(xué)體系中的地位2022/12/20先進(jìn)的技術(shù)55新材料時(shí)代特征由多種材料決定社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的時(shí)代新材料以人造為特征新材料是根據(jù)我們對材料的物理和化學(xué)性能的了解，為了特定的需要設(shè)計(jì)和加工而成的2023/1/4新材料時(shí)代特征由多種材料決定社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的時(shí)代202256材料技術(shù)的發(fā)展趨勢(一)

從均質(zhì)材料向復(fù)合材料發(fā)展。以前人們只使用金屬材料、高分子材料等均質(zhì)材料，現(xiàn)在人們開始越來越多地使用諸如把金屬材料和高分子材料結(jié)合在一起的復(fù)合材料。優(yōu)點(diǎn)：性能可以將組成材料的性能進(jìn)行加和，性能可設(shè)計(jì)。缺點(diǎn)：不利于回收，不利于環(huán)境，綜合成本較高。2023/1/4材料技術(shù)的發(fā)展趨勢(一)從均質(zhì)材料向復(fù)合材料發(fā)展。202257材料技術(shù)的發(fā)展趨勢(二)由結(jié)構(gòu)材料為方往向功能材料、多功能材料并重的方向發(fā)展。以前講材料，實(shí)際上都是指結(jié)構(gòu)材料。但是隨著高技術(shù)的發(fā)展，其他高技術(shù)要求材料技術(shù)為它們提供更多更好的功能材料，而材料技術(shù)也越來越有能力滿足這一要求。所以現(xiàn)在各種功能材料越來越多，終會(huì)有一天功能材料將同結(jié)構(gòu)材料在材料領(lǐng)域平分秋色。2023/1/4材料技術(shù)的發(fā)展趨勢(二)由結(jié)構(gòu)材料為方往向功能材料、多功能材58材料技術(shù)的發(fā)展趨勢(三)材料結(jié)構(gòu)的尺度向越來越小的方向發(fā)展。如以前組成材料的顆粒，其顆徑都在微米(100萬分之一米)尺度的范疇。新材料的顆粒由于尺度極度細(xì)化，使有些性能發(fā)生了截然不同的變化。如以前給人以極脆印象的陶瓷，居然可以用來制造發(fā)動(dòng)機(jī)零件。各種納米材料的性能與表現(xiàn)更是顛覆了人們對傳統(tǒng)材料的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)。

2023/1/4納米直升機(jī)材料技術(shù)的發(fā)展趨勢(三)材料結(jié)構(gòu)的尺度向越來越小的方向發(fā)展。59材料技術(shù)的發(fā)展趨勢之(四)由被動(dòng)性材料向具有主動(dòng)性的智能材料方向發(fā)展過去的材料不會(huì)對外界環(huán)境的作用作出反應(yīng)，完全是被動(dòng)的。新的智能材料能夠感知外界條件變化、進(jìn)行判斷并主動(dòng)作出反應(yīng)形狀記憶合金用于衛(wèi)星天線、空調(diào)開關(guān)、礦業(yè)上的采石等行業(yè)。2023/1/4材料技術(shù)的發(fā)展趨勢之(四)由被動(dòng)性材料向具有主動(dòng)性的智能