材料科學與工程的內(nèi)涵及發(fā)展歷程課件

材料科學與工程的內(nèi)涵及發(fā)展歷程課件引言材料科學與工程基礎材料性能與表征方法金屬材料及其制備工藝非金屬材料及其制備工藝材料加工成型技術材料科學與工程發(fā)展趨勢與挑戰(zhàn)contents目錄CHAPTER01引言材料科學與工程是一門研究材料結構、性能、制備與應用的學科。它涉及材料的成分、組織結構、性能及其之間的關系，以及材料的制備、加工和改性等方面。材料科學與工程定義材料科學與工程重要性材料是人類文明和社會進步的物質(zhì)基礎，對經(jīng)濟發(fā)展、國防建設和人民生活水平的提高具有重要意義。材料科學與工程的發(fā)展推動了人類社會的科技進步和產(chǎn)業(yè)升級，為人類社會可持續(xù)發(fā)展提供了重要支撐。課程目標與要求01掌握材料科學與工程的基本概念、基本原理和基本方法。02了解材料科學與工程的歷史、現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。03培養(yǎng)運用材料科學與工程知識解決實際問題的能力，具備從事材料科學與工程相關工作的基本素質(zhì)。CHAPTER02材料科學與工程基礎原子由原子核和電子組成，原子核包含質(zhì)子和中子，電子在核外運動形成電子云。原子結構原子之間通過化學鍵相互連接，形成分子或晶體。常見的鍵合方式有離子鍵、共價鍵、金屬鍵和范德華力。鍵合方式原子結構與鍵合方式晶體是由原子、離子或分子按一定規(guī)律排列而成的固體物質(zhì)。常見的晶體結構有立方晶系、六方晶系和三方晶系等。晶體中常見的缺陷有點缺陷、線缺陷和面缺陷。點缺陷包括空位、間隙原子和置換原子；線缺陷主要是位錯；面缺陷包括晶界和相界。晶體結構與缺陷類型缺陷類型晶體結構相圖相圖是研究材料相平衡關系的圖形表示，可以反映材料在不同溫度和壓力下的相組成和相變規(guī)律。相變原理相變是指材料在溫度、壓力等外界條件改變時，從一種結構轉變?yōu)榱硪环N結構的過程。常見的相變有固態(tài)相變、液態(tài)相變和氣態(tài)相變。其中，固態(tài)相變包括擴散型相變、切變型相變和馬氏體相變等。相圖及相變原理CHAPTER03材料性能與表征方法通過拉伸試驗機對材料進行拉伸，測定其彈性模量、屈服強度、抗拉強度等力學性能指標。拉伸測試硬度測試沖擊測試采用硬度計對材料進行壓痕或劃痕試驗，以測定材料的硬度值，如布氏硬度、洛氏硬度等。利用沖擊試驗機對材料進行沖擊試驗，以測定材料的韌性、沖擊強度等指標。030201力學性能及測試技術電學性能測試采用電阻率儀、霍爾效應測試儀等儀器測定材料的電阻率、載流子濃度、遷移率等電學性能指標。光學性能測試利用光譜儀、分光光度計等儀器測定材料的光學性能，如反射率、透過率、吸收率等。熱學性能測試通過熱導率儀、熱膨脹儀等儀器測定材料的熱導率、熱膨脹系數(shù)等熱學性能指標。物理性能及測試技術采用光譜分析、化學滴定等方法對材料成分進行定性和定量分析，以確定材料的化學組成。成分分析通過鹽霧試驗、電化學腐蝕試驗等方法測定材料在不同環(huán)境中的耐腐蝕性能。耐腐蝕性能測試利用熱重分析儀、差熱分析儀等儀器研究材料在加熱或冷卻過程中的熱學行為及化學變化。熱分析技術化學性能及測試技術CHAPTER04金屬材料及其制備工藝01金屬原子排列方式及其特點，如面心立方、體心立方等。金屬晶體結構02金屬的機械、物理和化學性能與其晶體結構之間的關系。金屬性能與結構關系03根據(jù)金屬的性質(zhì)和應用領域進行分類，如鋼鐵、有色金屬等。金屬分類金屬結構特點與分類礦石選礦與冶煉金屬礦石的選礦方法、冶煉原理及設備介紹。金屬熱處理退火、正火、淬火等熱處理工藝對金屬性能的影響及原理。金屬成型工藝鑄造、鍛造、焊接等成型工藝的原理、特點及應用范圍。金屬制備工藝及原理合金化通過添加合金元素改善金屬的機械性能和化學性能，如強度、耐腐蝕性等。微觀組織調(diào)控通過控制金屬的晶體結構、晶粒大小、相組成等優(yōu)化其性能。表面處理技術電鍍、噴涂等表面處理技術提升金屬的耐腐蝕性、美觀度等。金屬性能優(yōu)化途徑CHAPTER05非金屬材料及其制備工藝陶瓷材料特點高硬度、高強度、高熔點、耐腐蝕、絕緣性好等。陶瓷材料分類結構陶瓷、功能陶瓷、陶瓷基復合材料等。陶瓷材料特點及分類高分子材料特點良好的可塑性、韌性、絕緣性、耐腐蝕性等。高分子材料分類塑料、橡膠、纖維、高分子膠粘劑、高分子涂料等。高分子材料特點及分類VS層疊法、注塑法、浸漬法、壓制法等。復合材料制備原理通過物理或化學方法將兩種或兩種以上的材料結合在一起，形成具有優(yōu)異性能的新材料。例如，碳纖維增強復合材料具有高強度、高剛度、輕質(zhì)化等特點，被廣泛應用于航空航天、汽車、體育器材等領域。復合材料制備工藝復合材料制備工藝及原理CHAPTER06材料加工成型技術鍛造加熱金屬坯料至適當溫度，利用沖擊力或壓力改變其形狀和尺寸，提高材料的力學性能和內(nèi)部組織。焊接通過加熱或加壓，使兩個或多個金屬工件在界面處達到原子間的結合，實現(xiàn)永久性連接。鑄造通過熔融金屬或合金，將其倒入模具中冷卻凝固，得到所需形狀的零件或構件。液態(tài)成型技術粉末冶金將金屬或非金屬粉末通過壓制、燒結等工藝制成所需形狀和性能的材料或制品。塑料成型利用塑料的可塑性和流動性，通過注塑、擠出、壓延等工藝制成各種塑料制品。陶瓷成型將陶瓷粉末或漿料通過成型、干燥、燒結等工藝制成具有特定形狀和性能的陶瓷制品。固態(tài)成型技術030201通過螺栓、螺母、鉚釘?shù)染o固件將兩個或多個零件連接在一起，實現(xiàn)機械傳動或固定作用。機械連接利用膠粘劑將兩個或多個材料表面粘合在一起，形成牢固的連接。粘接通過焊接或切割工藝實現(xiàn)金屬材料的連接或分離，滿足不同的工程需求。焊接與切割連接與組裝技術CHAPTER07材料科學與工程發(fā)展趨勢與挑戰(zhàn)具有自適應、自修復和自感知等特性，能在不同環(huán)境下改變自身性質(zhì)和功能。智能材料在納米尺度下具有獨特的光、電、磁等性質(zhì)，有望應用于電子、生物醫(yī)學等領域。納米材料如高效太陽能電池材料、儲能材料和燃料電池材料等，對解決能源問題具有重要意義。能源材料010203新型功能材料研究進展環(huán)境友好材料研究開發(fā)可降解、低污染的材料，減少對環(huán)境的負面影響。綠色制備技術采用環(huán)保工藝和綠色溶劑，降低材料生產(chǎn)過程中的能耗和排放。資源循環(huán)利用提高材料回收利用率，降低對自然資源的依賴，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。綠色環(huán)保與可持續(xù)發(fā)展理念在材料科學中應用化學與材料科學借助化學合成方法制備新材料