金屬物理綜覽

金屬物理綜覽2023/6/251第一頁，共十八頁，編輯于2023年，星期五主要內(nèi)容綜覽材料的結(jié)構(gòu)材料的物性-在下學(xué)期《功能材料》課程中講授-覃作祥教授材料力學(xué)性質(zhì)將在下學(xué)期講授-丁志敏教授第一章結(jié)構(gòu)問題的不同側(cè)面第二章晶態(tài)第三章非晶態(tài)與準(zhǔn)晶態(tài)第四章點(diǎn)缺陷第五章位錯(cuò)與向錯(cuò)第六章表面與界面第七章多層次與非均質(zhì)材料2023/6/252第二頁，共十八頁，編輯于2023年，星期五綜覽-師昌緒材料的定義：用于制造物品、器件、構(gòu)件、機(jī)器或其他產(chǎn)品的物質(zhì)。材料的重要性：人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，上世紀(jì)70年代信息、材料和能源被稱為人類文明的三大支柱；80年代末新技術(shù)革命中，新材料與信息技術(shù)、生物技術(shù)并列為其重要標(biāo)志。2023/6/253第三頁，共十八頁，編輯于2023年，星期五材料是人類社會(huì)進(jìn)步的里程碑新石器時(shí)代-一萬年前青銅器時(shí)代-公元前3000年鐵器時(shí)代-公元前1300年2023/6/254第四頁，共十八頁，編輯于2023年，星期五Broze:thefirstalloy3000BCNativegoldandcopper5500BCFlint:TheMagicStone300000BCIntroductionoffireandhammeringofcoppertochangeproperties–5000BCTheEgyptiantombpaintingisoneoftheearliestrecordsofmetalworking3500BCIronwheels1450BC2023/6/255第五頁，共十八頁，編輯于2023年，星期五2023/6/256第六頁，共十八頁，編輯于2023年，星期五有機(jī)化學(xué)的發(fā)展-高分子材料：19世紀(jì)末人造絲，1909年酚醛樹脂，1920年聚苯乙烯，1931年聚氯乙烯，1941年尼龍。大量進(jìn)入金屬材料的傳統(tǒng)領(lǐng)域現(xiàn)代材料的發(fā)展1850年鋼產(chǎn)量6萬噸，1854年發(fā)明轉(zhuǎn)爐煉鋼，1864年發(fā)明平爐煉鋼，1890年2800萬噸。電爐煉鋼：1887年高錳鋼，1900年W18Cr4V高速鋼，1903年硅鋼，1910年鎳鉻不銹鋼。鋁、銅、鎂、鈦有色金屬。陶瓷材料-建筑材料、容器或裝飾品。各種先進(jìn)陶瓷的發(fā)展。但還沒有發(fā)展到金屬與高分子的程度復(fù)合材料-天然材料大多是復(fù)合材料。金屬基與樹脂基復(fù)合材料19世紀(jì)電動(dòng)機(jī)18世紀(jì)蒸汽機(jī)2023/6/257第七頁，共十八頁，編輯于2023年，星期五材料科學(xué)的形成與內(nèi)涵-從煉丹術(shù)到科學(xué)固體物理、無機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)的發(fā)展金屬材料、高分子材料與陶瓷材料的制備與研究方法的相似性各種材料性能的相互補(bǔ)充與競爭材料服役性能Performance材料制備與成分Composition材料微觀組織結(jié)構(gòu)microstructure材料的性能Properties材料科學(xué)的特性：多學(xué)科交叉與應(yīng)用聯(lián)系密切發(fā)展中的科學(xué)2023/6/258第八頁，共十八頁，編輯于2023年，星期五先進(jìn)材料是社會(huì)現(xiàn)代化的先導(dǎo)

電子技術(shù)的發(fā)展2023/6/259第九頁，共十八頁，編輯于2023年，星期五2023/6/2510第十頁，共十八頁，編輯于2023年，星期五航空航天技術(shù)www.wingweb.co.uk/engines/Rolls-Royce_Avon_turbojet.html噴氣技術(shù)是以高溫合金和高性能結(jié)構(gòu)材料為基礎(chǔ)的。高溫合金的發(fā)展提高了渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的溫度；高比強(qiáng)度和比剛度材料的不斷進(jìn)步，使今天大型客機(jī)的安全性和有效載荷大為提高，續(xù)航時(shí)間延長。航天飛行器每減重1公斤，可使運(yùn)載火箭減輕幾百公斤。2023/6/2511第十一頁，共十八頁，編輯于2023年，星期五傳統(tǒng)材料在國民經(jīng)濟(jì)中的地位與可持續(xù)發(fā)展鋼鐵、水泥、玻璃、木材、合成纖維、樹脂、橡膠、塑料等傳統(tǒng)材料是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)量大面廣——礦產(chǎn)資源消耗大戶環(huán)境污染大戶開發(fā)新的生產(chǎn)流程，發(fā)展環(huán)境友好材料，開發(fā)高性能、長壽命材料2023/6/2512第十二頁，共十八頁，編輯于2023年，星期五材料科學(xué)發(fā)展的重點(diǎn)材料制備工藝與技術(shù)的開發(fā)材料的應(yīng)用研究與開發(fā)開發(fā)先進(jìn)材料，發(fā)展高技術(shù)產(chǎn)業(yè)材料設(shè)計(jì)科學(xué)儀器與檢測裝置2023/6/2513第十三頁，共十八頁，編輯于2023年，星期五材料制備工藝與技術(shù)的開發(fā)適宜的制備工藝是材料能夠應(yīng)用的必要條件—反例：高溫氧化物超導(dǎo)；正例：分子束外延技術(shù)、快冷技術(shù)極端條件下的材料制備問題——強(qiáng)磁場、強(qiáng)沖擊波、超高壓、空間失重、超高真空、強(qiáng)制快速冷卻工藝流程的智能化實(shí)現(xiàn)原子或分子加工2023/6/2514第十四頁，共十八頁，編輯于2023年，星期五材料的應(yīng)用研究與開發(fā)材料應(yīng)用的考慮因素使用性能Performance使用壽命Durability與可靠性Reliability環(huán)境適應(yīng)性Environmentalcompliance價(jià)格擴(kuò)大應(yīng)用范圍失效分析2023/6/2515第十五頁，共十八頁，編輯于2023年，星期五開發(fā)先進(jìn)材料，發(fā)展高技術(shù)產(chǎn)業(yè)信息功能材料將得到更高的重視先進(jìn)結(jié)構(gòu)材料的研究與開發(fā)是永恒的主題能源材料的開發(fā)有廣闊的前景有機(jī)高分子材料將有更大發(fā)展生物材料將受更大重視納米材料及制備技術(shù)的研究與開發(fā)迫在眉睫2023/6/2516第十六頁，共十八頁，編輯于2023年，星期五材料設(shè)計(jì)-材料科學(xué)工作者的夢想量子設(shè)計(jì)（Quantumdesign)，電子運(yùn)動(dòng)原子設(shè)計(jì)(Atomicdesign)，nm，原子排列微觀設(shè)計(jì)(Micro-design)，m，相變、晶界控制宏觀設(shè)計(jì)(Macro-design)，mm，鑄造時(shí)的結(jié)構(gòu)與偏析，鍛造時(shí)流線變化2023/6/2517第十七頁，共十八頁，編輯于2023年，星期五科學(xué)儀器與檢測裝置材料科學(xué)的發(fā)展與科學(xué)儀器的進(jìn)步緊密相關(guān)！光學(xué)顯微鏡——金相組織電子顯微鏡(TEM)——微觀組織和晶體結(jié)構(gòu)掃描電鏡(SEM)——微觀組織，微區(qū)成分和結(jié)構(gòu)高分辨電鏡(HREM)——原子像，晶體結(jié)構(gòu)掃描透射電鏡(STEM)——微觀組織，微區(qū)成分與結(jié)構(gòu)掃描隧道顯微鏡(STM)——原子觀察與加工原子力顯微鏡(AFM)——表面圖像紅外原子力顯微鏡(infrar