南京工业大学-材料概论-第一章-绪论.ppt

材料概论的主要任务 材料科学与工程专业的重要基础课、第一门专业课； 着重介绍材料科学与工程学科的内涵、基本问题和共性问题； 介绍无机非金属、高分子、金属、复合材料的个性和特点，对材料科学与工程建立整体而又具体的认识； 介绍材料学科前沿领域和新材料的发展趋势。 1.什么是材料? 材料是由一定配比的若干相互作用的元素组成、具有一定结构层次和确定性能，并能用于制造物品、器件、构件、机器或其他产品的物质。 注意: 材料是物质，但不是所有物质都可以称为材料. 大多数的物质需通过一定的工艺过程才能转化为材料. 材料可由一种物质或若干种物质构成. 同一种物质,由于制备或加工方法不同,可成为用途不同—不同类型的材料. 人类的文明史—— 材料发展近现代史 1712年—— 4次技术革命 蒸汽机 → 电 → 原子能 → 计算机、生 物、空间技术 现代高新技术的发展更离不开材料的发展, 只有开发制备出满足性能需要的新材料后, 技术创新才可能实现, 我们的生活才会更加丰富多彩. 材料是人类生存、社会发展、科技进步的物质基础，是现代科技发展的先导。 材料在当今国民经济中的地位 材料是当代文明的三大支柱之一 材料、能源、信息是当代社会文明和国民经济的三大支柱，是人类社会进步和科学技术发展的物质基础和技术先导。 1946年世界第一台计算机占地面积为170平方米左右，重量30吨。运算速度5000次/秒; 经过了电子管、晶体管、集成电路和超大规模集成电路四个阶段。 现:几百亿次/秒。 钛合金自行车 航空材料  责任重大 大有作为 3.材料的分类 按化学组成分类 按材料的性能分类 按材料的应用分类 按材料结晶状态分类 按材料的尺寸分类 金属材料  纯金属(单质)、合金 黑色、有色、特殊金属材料 无机非金属材料  水泥、陶瓷、玻璃、耐火材料…… 高分子材料  塑料、橡胶、纤维、涂料、粘合剂 复合材料  金属基、陶瓷基、树脂基、C/C 四大类传统材料 复合材料 2) 根据材料的性能分类 结构材料 功能材料 结构材料 具有抵抗外场作用而保持自己的形状、结构不变的优良力学性能（强度和韧性等），用于结构目的的材料。 功能材料 具有优良的电学、磁学、光学、热学、声学、化学和生物学功能及其相互转化的功能，被用于非结构目的的高技术材料。 按材料的性能分类 3）按材料的应用分类 电子材料、电工材料、信息材料、航空航天材料、 能源材料、生物医用材料、建筑材料 、 光学材料、感光材料、耐蚀材料、研磨材料、 耐火材料、结构材料、包装材料等。 4）按材料的结晶状态分类 单晶材料：由一个比较完整的晶粒构成的材料， 如金刚石、单晶硅、单晶纤维； 5）按材料的尺寸分类 零维材料 超微粒子(大小1—100nm的超微粒) 一维材料 光导纤维、碳纤维、硼纤维、陶瓷纤维; 晶须强度和刚度最高。 二维材料 金刚石薄膜、高温超导薄膜、半导体薄膜 三维材料 块状材料。 材料科学与工程的定义 材料科学与工程：是关于材料成分、结构、工艺和它们性能与应用之间有关知识开发和应用的科学。它是一个多学科的交叉领域，是从科学到工程的一个专业连续领域。 材料科学的形成 社会经济需求 科学技术发展的持续推动 不同材料的诸多共性 材料科学与工程的形成 材料科学与工程是多学科性的交叉学科。 材料学科的交叉和渗透 三大材料的交叉，衍生出许多复合材料。 基础学科向各材料学科的交叉和渗透。 各材料学科之间的相互渗透、移植与借鉴。 在制造技术上也是互相渗透和借鉴。 新技术在各类材料中得到广泛应用。 Materials Science and Engineering 材料科学与工程的四要素 例一、汽车底盘材料 制备汽车底盘的材料要求： 具有极高的强度，但易于成型，以制造出满足空气动力学要求的外形轮廓； 考虑到能耗，钢板必须薄而轻； 为增加汽车的安全性，在撞车情况下钢板还必须能够吸收大量的能量。 需考虑：成分、强度、重量、能量吸收性能以及延展性 材料科学家需从显微结构上检验钢材，以确定该材料是否满足上述要求；他们还需采用低成本的制造方式。 在材料选择和设计过程中还必须考虑：成型过程是否影响钢材的力学性能？采用何种涂层可更好地提高钢的抗腐蚀性能？这种钢材是否易于焊接？等等。