材料科學(xué)基礎(chǔ)緒論ppt課件

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緒論,一、《材料科學(xué)基礎(chǔ)》的基本概念 二、《材料科學(xué)基礎(chǔ)》的地位 三、學(xué)習(xí)《材料科學(xué)基礎(chǔ)》的意義 四、《材料科學(xué)基礎(chǔ)》的內(nèi)容 五、如何學(xué)好《材料科學(xué)基礎(chǔ)》,1,《材料科學(xué)基礎(chǔ)》的基本概念,材料是指人類社會(huì)能接受地，經(jīng)濟(jì)地的制造有用物品的物質(zhì)。 材料科學(xué)是研究材料的成分、組織結(jié)構(gòu)、制備工藝、加工工藝、材料的性能與材料應(yīng)用之間的相互關(guān)系的科學(xué)。材料科學(xué)是當(dāng)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)、工業(yè)生產(chǎn)的支柱，是當(dāng)今世界的帶頭學(xué)科之一。納米材料科學(xué)與技術(shù)是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來的新興學(xué)科，成為21世紀(jì)新技術(shù)的主導(dǎo)中心。 材料科學(xué)基礎(chǔ)是進(jìn)行材料科學(xué)研究的基礎(chǔ)理論，它將各種材料（包括金屬、陶瓷、高分子材料）的微觀結(jié)構(gòu)和宏觀結(jié)構(gòu)規(guī)律建立在共同的理論基礎(chǔ)上，用于指導(dǎo)材料的研究、生產(chǎn)、應(yīng)用和發(fā)展。它涵蓋了材料科學(xué)和材料工程的基礎(chǔ)理論。,2,材料科學(xué)基礎(chǔ)的地位,人類社會(huì)發(fā)展的歷史階段常常用當(dāng)時(shí)主要使用的材料來劃分。從古代到現(xiàn)在人類使用材料的歷史共經(jīng)歷了七個(gè)時(shí)代，各時(shí)代的開始時(shí)間： 石器時(shí)代（公元前10萬年） 青銅器時(shí)代（公元前3000年） 鐵器時(shí)代（公元前1000年） 水泥時(shí)代（公元0年） 鋼時(shí)代（1800年） 硅時(shí)代（1950年） 新材料時(shí)代（1990年）,3,學(xué)習(xí)料料科學(xué)基礎(chǔ)的意義,（一）材料科學(xué)的內(nèi)涵 材料科學(xué)是一個(gè)跨物理、化學(xué)等的學(xué)科。材料科學(xué)的核心問題是材料的組織結(jié)構(gòu)（Structure）和性能（Property）以及它們之間的關(guān)系。右圖為材料科學(xué)與工程四要素。所以，先要了解材料的結(jié)構(gòu)是什么？,4,材料結(jié)構(gòu)關(guān)系,材料的結(jié)構(gòu)包括不同晶體結(jié)構(gòu)和非晶體，以及顯微鏡下的微觀結(jié)構(gòu)，哪些主要因素能夠影響和改變結(jié)構(gòu)？只有了解了這些才能實(shí)現(xiàn)控制結(jié)構(gòu)的目的。 材料的性能包括物理性能、化學(xué)性能、力學(xué)性能。,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括四個(gè)層次：①原子結(jié)構(gòu)；②結(jié)合鍵；③原子的排列方式；④顯微組織,5,（二）材料科學(xué)與材料工程的關(guān)系 材料科學(xué)的形成：“材料”早存在，“材料科學(xué)”提出于20世紀(jì)60年代，1957年蘇聯(lián)衛(wèi)星上天，美國震動(dòng)很大，在大學(xué)相繼建立十余個(gè)材料科學(xué)研究中心，自此開始，“材料科學(xué)”一詞廣泛應(yīng)用。 一般來講，科學(xué)是研究“為什么”的學(xué)問，而工程是解決“怎么做”的學(xué)問。材料科學(xué)的基礎(chǔ)理論，為材料工程指明方向，為更好地選擇、使用材料，發(fā)揮現(xiàn)有材料的潛力、發(fā)展新材料提供理論基礎(chǔ)。 材料科學(xué)和材料工程之間的區(qū)別主要在于著眼點(diǎn)的不同或者說各自強(qiáng)調(diào)的中心不同，它們之間并沒有一條明確的界線，因此，后來人們常常將二者放在一起，采用一個(gè)復(fù)合名詞－材料科學(xué)與工程（MSE，Material Science and Engineering）,6,材料科學(xué) ：是一門科學(xué)，它從事與材料本質(zhì)的發(fā)現(xiàn)、分析和了解方面的研究，其目的在于提供材料結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一描繪或模型，以及解釋這種結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系。它包括下面的三個(gè)環(huán)節(jié)，核心是結(jié)構(gòu)和性能。 材料工程：是工程的一個(gè)領(lǐng)域，其目的在于經(jīng)濟(jì)地，而又為社會(huì)所能接受地控制材料的結(jié)構(gòu)、性能和形狀。它包括下面的五個(gè)環(huán)節(jié)。,,,,工藝,結(jié)構(gòu),性能,,材料工程,,設(shè)備,,構(gòu)件行為,7,（三） 材料的分類 通常根據(jù)材料的結(jié)構(gòu)和用途來分類。結(jié)構(gòu)材料是以強(qiáng)度，剛度，韌性，耐勞性，硬度，疲勞強(qiáng)度等力學(xué)性能為特征的材料。功能材料是以聲，光，電，磁，熱等物理性能為特征的材料。 本課程是按金屬、陶瓷、高分子和它們的復(fù)合材料來組織教材的內(nèi)容的。,8,結(jié)構(gòu)材料實(shí)際上是一種按結(jié)合鍵種類來分類的方法。由此可將材料分為金屬、陶瓷、高分子和由金屬、陶瓷和高分子分別組合成的各種復(fù)合材料材料。,金屬材料：黑色金屬材料（鋼鐵）、有色黑色金屬材料（除鋼鐵以外的） 陶瓷材料：氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷 高分子材料：塑料、橡膠合成纖維 復(fù)合材料：金屬基復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料、樹脂基復(fù)合材料 功能材料：電子材料、光電子材料、超導(dǎo)材料,9,（四）材料的應(yīng)用 讓我們回顧幾項(xiàng)有影響的事例，以便加深理解材料的發(fā)展在人類社會(huì)發(fā)展中起了舉足輕重的作用。 計(jì)算機(jī)與材料 1、計(jì)算機(jī)經(jīng)歷：電子管→晶體管→集成電路時(shí)代 2、個(gè)人電腦移動(dòng)存儲(chǔ)器的比較 材料科學(xué)的發(fā)展是計(jì)算機(jī)飛速發(fā)展的基礎(chǔ),10,11,12,13,飛機(jī)和材料 從萊特兄弟實(shí)現(xiàn)飛行的夢想以來，航空和航天器發(fā)生了巨變。為了飛得快和遠(yuǎn)，就要采用強(qiáng)度高和比重小的材料，重視材料的比強(qiáng)度，即強(qiáng)度/比重之比。因此，航空和航天器中鋁、鎂合金用量大。隨著航空技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，輕質(zhì)和高比強(qiáng)度的鈦合金、碳纖維高分子復(fù)合材料、硼纖維金屬復(fù)合材料等得到愈來愈多的采用。,14,待升空的美國航天飛機(jī),15,材料和生活用品,鈦結(jié)構(gòu)自行車： “自行車發(fā)燒友” 選擇鈦合金制自行車。鈦合金的應(yīng)用場合很特殊。通常用于需要抗腐蝕，耐疲勞，高彈性的場合。,16,,生命科學(xué)材料 原來使用專用的汞合金，為防止金屬合金的分解已經(jīng)開發(fā)出一種可以滿足口腔中特殊的物理及化學(xué)環(huán)境的新型陶瓷。具體來講，它需要滿足下列要求：耐口腔中的酸；低熱導(dǎo)率（這對你吃冷飲有好處）；盡得住數(shù)年的咀嚼力；耐驟冷驟熱；當(dāng)然還要口感舒適。,17,復(fù)合科學(xué)材料 碳、硼纖維及環(huán)氧化合物復(fù)合材料非常輕，可以在某特定方向上增加強(qiáng)度（用于特殊目的）。,18,航空材料 材料的主要性能取決于母體，加入合金元素成分將改善金屬的物理及機(jī)械性能—強(qiáng)度、耐力、使用壽命。在飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)中一種摻鎳化合物制成稱作718合金被廣泛的用于制造波音777客機(jī)上的發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮機(jī)、葉片及緊固件。,19,形狀記憶合金,20,超級鋼 近來，鋼鐵工業(yè)已經(jīng)開發(fā)出一種汽車用鋼，比原先的輕24%，而強(qiáng)度高34%，稱為超級鋼。其優(yōu)點(diǎn)是：高撞擊能量吸收率；高強(qiáng)度-質(zhì)量比；實(shí)用新型制造工藝；可以有多種不同性能(壽命、防銹等）。,21,本課程的主要內(nèi)容,本課程的主要內(nèi)容： 1. 材料的微觀結(jié)構(gòu)，包括原子的排列方式，理想的完整結(jié)構(gòu)、不完整結(jié)構(gòu)（晶體缺陷）、固體中原子和分子的運(yùn)動(dòng)（擴(kuò)散）、材料的變形和回復(fù)再結(jié)晶。 2. 材料組織結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律，包括單元系的相變、二元合金系的相變規(guī)律、三元合金系的相變規(guī)律。 3. 實(shí)際材料的狀態(tài)，包括晶體、非晶體、亞穩(wěn)態(tài)。 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容： 1. 金相顯微鏡的構(gòu)造與使用 2. 金相試樣的制備 3. 鐵碳合金平衡組織的觀察 4. 材料的硬度試驗(yàn),22,教材,胡賡祥主編 《材料科學(xué)基礎(chǔ)》上海交通大學(xué)出版社,23,參考書目,《材料科學(xué)基礎(chǔ)》 徐恒鈞主編 北京工業(yè)大學(xué)出版社 《材料科學(xué)基礎(chǔ)》 劉智恩主編 西北工業(yè)大學(xué)出版社 《材料科學(xué)基礎(chǔ)》 石德珂主編 機(jī)械工業(yè)出版社 《材料科學(xué)基礎(chǔ)》 潘金生主編 清華大學(xué)出版社 《金屬材料及熱處理》 崔忠圻主編 機(jī)械工業(yè)出版社,24,新材料階段的特征,是一個(gè)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，非自然界中現(xiàn)成有的; 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； 這些新材料使新技術(shù)得以產(chǎn)生和應(yīng)用，而新技術(shù)又促進(jìn)了新工業(yè)的出現(xiàn)和發(fā)展，從而使國家財(cái)富和就業(yè)增加。,25,1990年美國總統(tǒng)的科學(xué)顧問Allany Bromley明確指出“材料科學(xué)在美國是最重要的學(xué)科”。 1991年日本為未來工業(yè)規(guī)劃技術(shù)列舉的11項(xiàng)主要項(xiàng)目中有7項(xiàng)是基于先進(jìn)材料之上。 1986年《科學(xué)的美國人》雜志指出“先進(jìn)材料對未來的宇航、電子設(shè)備、汽車以及其他工業(yè)的發(fā)展是必要的，材料科學(xué)的進(jìn)步?jīng)Q定了經(jīng)濟(jì)關(guān)鍵部門增長速率的極限范圍?！?可見，材料科學(xué)歷來是技術(shù)進(jìn)步的支柱,26,