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工程材料绪论ppt课件 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望工程材料课程性质和任务工程材料课程性质和任务课程性质：课程性质：是非材料专业工科类和近机类专业的技术基础课是非材料专业工科类和近机类专业的技术基础课课程任务：课程任务：了解工程材料的一般知识；了解工程材料的一般知识；建立化学成分、组织结构、加工工艺与性能之间的关系建立化学成分、组织结构、加工工艺与性能之间的关系教材与课程要求教材与课程要求 主要参考书：主要参考书：主要参考书：主要参考书：1.1.1.1.戴枝荣戴枝荣戴枝荣戴枝荣,工程材料工程材料工程材料工程材料（第二版），高等教育出版社（第二版），高等教育出版社（第二版），高等教育出版社（第二版），高等教育出版社2.2.2.2.王洪顺等王洪顺等王洪顺等王洪顺等,工程材料实验指导书工程材料实验指导书工程材料实验指导书工程材料实验指导书，自编教材，自编教材，自编教材，自编教材 成绩评定：成绩评定：成绩评定：成绩评定：作业、测验、实验、出勤、期末测验作业、测验、实验、出勤、期末测验作业、测验、实验、出勤、期末测验作业、测验、实验、出勤、期末测验 实验课安排：开放实验（实验课安排：开放实验（实验课安排：开放实验（实验课安排：开放实验（材料实验中心预约）材料实验中心预约）材料实验中心预约）材料实验中心预约）答疑安排：答疑安排：答疑安排：答疑安排：每周一次每周一次每周一次每周一次随机点名，三次旷课，本门课成绩以随机点名，三次旷课，本门课成绩以随机点名，三次旷课，本门课成绩以随机点名，三次旷课，本门课成绩以0 0 0 0分计！分计！分计！分计！绪论绪论 材料科学与材料世界材料科学与材料世界材料的定义与分类材料的定义与分类材料的地位和作用材料的地位和作用材料科学与工程的形成和发展材料科学与工程的形成和发展材料的发展趋势材料的发展趋势 材料的定义与分类材料的定义与分类定义：定义：定义：定义：宇宙间可用于制造有用物品的固态物质统称为宇宙间可用于制造有用物品的固态物质统称为宇宙间可用于制造有用物品的固态物质统称为宇宙间可用于制造有用物品的固态物质统称为材料材料物质物质材料材料材料材料的的判据判据1资源资源资源资源2能源能源能源能源3环保环保环保环保4质量质量质量质量5经济经济经济经济 有用的、并能用来制造物品（件）的物质有用的、并能用来制造物品（件）的物质有用的、并能用来制造物品（件）的物质有用的、并能用来制造物品（件）的物质 一般指固态的，可用于工程上的物质一般指固态的，可用于工程上的物质一般指固态的，可用于工程上的物质一般指固态的，可用于工程上的物质工程材料工程材料工程材料工程材料 作为材料科学研究对象的材料则主要是那些制造器件作为材料科学研究对象的材料则主要是那些制造器件作为材料科学研究对象的材料则主要是那些制造器件作为材料科学研究对象的材料则主要是那些制造器件或物品的人造物质或物品的人造物质或物品的人造物质或物品的人造物质矿业及农业科矿业及农业科技与工程范畴技与工程范畴材料科学材料科学与工程范畴与工程范畴 材料的地位和作用材料的地位和作用 材料的定义与分类材料的定义与分类材料无处不在材料无处不在人类已经发现的材料：人类已经发现的材料：“800800800800 ”万种万种每年新增：每年新增：“2 25 5 5 5 ”万种万种具有实际工业价值的有：具有实际工业价值的有：“8 8 8 8 ”万种万种 材料的定义与分类材料的定义与分类u铁器时代铁器时代u信息时代信息时代（新材料时代）u石器时代石器时代（石器、陶器、瓷器)u青铜器时代青铜器时代 材料的地位和作用材料的地位和作用 材料的地位和作用材料的地位和作用石器时代石器时代青铜时代青铜时代新材料时代新材料时代铁器时代铁器时代钢铁时代钢铁时代人类利用材料的历史，就是一部人人类利用材料的历史，就是一部人人类利用材料的历史，就是一部人人类利用材料的历史，就是一部人类进化和进步的历史类进化和进步的历史类进化和进步的历史类进化和进步的历史第一次工业革命（第一次工业革命（1818世纪）世纪）制钢工业制钢工业的发展为蒸汽机的发明和应用奠定了物质基础的发展为蒸汽机的发明和应用奠定了物质基础以以蒸汽机蒸汽机和和纺织机纺织机的发明和使用为主要标志的发明和使用为主要标志工业革命使工厂制代替了手工工场，用工业革命使工厂制代替了手工工场，用机器机器代替了手工代替了手工劳动劳动 人类社会从农业人类社会从农业文明转向工业文明文明转向工业文明 以以电力电力和和内燃机内燃机的发明和使用为主要标志的发明和使用为主要标志,以石油开发和新以石油开发和新能源为突破口，大力推进了汽车、飞机等其他工业。能源为突破口，大力推进了汽车、飞机等其他工业。第二次工业革命（第二次工业革命（1919世纪中叶到世纪中叶到2020世纪中叶）世纪中叶）世界由世界由“蒸汽时代蒸汽时代”进入进入“电气时代电气时代”莫尔斯电报机发报第三次工业革命（第三次工业革命（2020世纪世纪4040年代起）年代起）以以核能核能、电子计算机电子计算机、空间技术空间技术和和生物工程生物工程的发明和的发明和使用为主要标志，涉及信息技术、新能源技术、新材料技使用为主要标志，涉及信息技术、新能源技术、新材料技术、生物技术、空间技术和海洋技术等诸多领域的一场术、生物技术、空间技术和海洋技术等诸多领域的一场信信息控制技术革命息控制技术革命。是迄今为止人类是迄今为止人类是迄今为止人类是迄今为止人类历史上规模最大、历史上规模最大、历史上规模最大、历史上规模最大、影响最为深远的一影响最为深远的一影响最为深远的一影响最为深远的一次科技革命次科技革命次科技革命次科技革命 材料的地位和作用材料的地位和作用发发电电机机1820年年蒸蒸气气机机1763年年计计算算机机1946年年第一次工业革命第一次工业革命 制钢工业制钢工业的发展为蒸汽机的发明的发展为蒸汽机的发明和应用奠定了物质基础和应用奠定了物质基础第二次工业革命第二次工业革命 合金钢、铝合金及其他非金属材合金钢、铝合金及其他非金属材料料的发展是此次工业革命的支撑的发展是此次工业革命的支撑第三次工业革命第三次工业革命 航空材料不断进步；航空材料不断进步；塑料、合成塑料、合成橡胶、合成纤维橡胶、合成纤维的相继问世；的相继问世；单晶单晶硅硅材料对电子技术的发明和应用起材料对电子技术的发明和应用起到了核心的作用到了核心的作用 材料的地位和作用材料的地位和作用 纵观人类利用材料的历史，每一种重要新材纵观人类利用材料的历史，每一种重要新材纵观人类利用材料的历史，每一种重要新材纵观人类利用材料的历史，每一种重要新材料的发现和应用，都把人类支配自然的能力提高料的发现和应用，都把人类支配自然的能力提高料的发现和应用，都把人类支配自然的能力提高料的发现和应用，都把人类支配自然的能力提高到一个新的水平。材料科学技术的每一次重大突到一个新的水平。材料科学技术的每一次重大突到一个新的水平。材料科学技术的每一次重大突到一个新的水平。材料科学技术的每一次重大突破都会引起生产技术的重大变革，甚至引起一次破都会引起生产技术的重大变革，甚至引起一次破都会引起生产技术的重大变革，甚至引起一次破都会引起生产技术的重大变革，甚至引起一次世界性的技术革命，大大地加速社会发展的进程，世界性的技术革命，大大地加速社会发展的进程，世界性的技术革命，大大地加速社会发展的进程，世界性的技术革命，大大地加速社会发展的进程，给社会生产力和人类生活带来巨大变革，把人类给社会生产力和人类生活带来巨大变革，把人类给社会生产力和人类生活带来巨大变革，把人类给社会生产力和人类生活带来巨大变革，把人类物质文明推向前进。物质文明推向前进。物质文明推向前进。物质文明推向前进。材料的地位和作用材料的地位和作用图图 例例所用材料所用材料特特 点点世界杯世界杯世界杯世界杯 足球赛足球赛足球赛足球赛 指定用球指定用球指定用球指定用球用用用用3232片复合泡沫材料缝制而成片复合泡沫材料缝制而成片复合泡沫材料缝制而成片复合泡沫材料缝制而成反弹力大，反弹力大，反弹力大，反弹力大，球速快而稳定，耐磨。球速快而稳定，耐磨。球速快而稳定，耐磨。球速快而稳定，耐磨。大屏幕大屏幕大屏幕大屏幕 液晶投液晶投液晶投液晶投 影电视影电视影电视影电视面板用晶体硅制成。面板用晶体硅制成。面板用晶体硅制成。面板用晶体硅制成。对比度和清晰度高，对比度和清晰度高，对比度和清晰度高，对比度和清晰度高，显显显显示速度快，体积小。示速度快，体积小。示速度快，体积小。示速度快，体积小。DVDDVD录像机录像机录像机录像机用用用用DVDDVDRWRW盘片存储节目盘片存储节目盘片存储节目盘片存储节目体积小，重量轻。体积小，重量轻。体积小，重量轻。体积小，重量轻。仿真手臂仿真手臂仿真手臂仿真手臂用高强度碳纤维复合材料用高强度碳纤维复合材料用高强度碳纤维复合材料用高强度碳纤维复合材料作手臂骨骼，陶瓷作感知元件作手臂骨骼，陶瓷作感知元件作手臂骨骼，陶瓷作感知元件作手臂骨骼，陶瓷作感知元件碳纤维复合材料强度高，碳纤维复合材料强度高，碳纤维复合材料强度高，碳纤维复合材料强度高，重量轻，可旋转的腕和手重量轻，可旋转的腕和手重量轻，可旋转的腕和手重量轻，可旋转的腕和手指以及微电机等安装在它指以及微电机等安装在它指以及微电机等安装在它指以及微电机等安装在它上面。上面。上面。上面。材料的地位和作用材料的地位和作用 材料的地位和作用材料的地位和作用种种类类使用的使用的主要材料主要材料存储存储容量容量特特点点软盘软盘氧化铁氧化铁磁性材料磁性材料 1.44 Mb容量小，主要是文本文件的存储。CDRW多元合金和以多元合金和以ZnS等等为主的陶瓷材料为主的陶瓷材料 650 Mb驱动器兼容CD光盘，光盘价低，用量高速增长。MO (磁光盘磁光盘)TbFeCo合金磁光材合金磁光材料料 650Mb 1.3G需用专用驱动器，价格高，局限在广告、图形用户。VDRW多元合金和以多元合金和以ZnS等等为主的陶瓷材料为主的陶瓷材料单面单层为单面单层为4.7 Gb驱动器兼容CDRW和CD光盘集成芯片集成芯片1G、16G、32G小巧便于携带、存储容量大、价格便宜、性能可靠。几种可反复读写的移动存储器的比较几种可反复读写的移动存储器的比较U盘盘 材料的地位和作用材料的地位和作用实实实实 例例例例材材材材 料料料料强度范围强度范围强度范围强度范围 MPaMPa比强度比强度比强度比强度 MPa/MPa/压气机压气机压气机压气机叶片叶片叶片叶片铝合金铝合金铝合金铝合金1504501504505516055160钛合金钛合金钛合金钛合金压气机压气机压气机压气机机匣机匣机匣机匣钛合金钛合金钛合金钛合金350110035011008024580245飞机飞机飞机飞机尾翼尾翼尾翼尾翼碳纤维复合材料碳纤维复合材料碳纤维复合材料碳纤维复合材料1000120010001200（顺纤维方向）（顺纤维方向）（顺纤维方向）（顺纤维方向）625750625750硼纤维硼纤维硼纤维硼纤维铝合金铝合金铝合金铝合金板和管板和管板和管板和管硼纤维增强铝合硼纤维增强铝合硼纤维增强铝合硼纤维增强铝合金金金金15001500（顺纤维方向）（顺纤维方向）（顺纤维方向）（顺纤维方向）570570几种航空材料的比强度几种航空材料的比强度 材料的地位和作用材料的地位和作用不同时期航空发动机的工作温度不同时期航空发动机的工作温度在美国卡拉维纳尔角航天基地待升空的航天飞机。它是人类高技术在美国卡拉维纳尔角航天基地待升空的航天飞机。它是人类高技术的结晶。它应用了的结晶。它应用了成千上万种材料成千上万种材料，特别是一些高技术的新型材料，特别是一些高技术的新型材料 材料的地位和作用材料的地位和作用一、材料科学与材料工程的关系一、材料科学与材料工程的关系 材料科学与工程的形成和发展材料科学与工程的形成和发展 材料科学与工程的形成和发展材料科学与工程的形成和发展二、材料科学与工程的兴起二、材料科学与工程的兴起需求牵引需求牵引利用新材料和材料改进利用新材料和材料改进飞机飞机汽车汽车减轻减轻自重自重节约能源节约能源保护环境保护环境汽车用高强钢，可减重汽车用高强钢，可减重24%，强度增加，强度增加34%需求牵引需求牵引需求牵引需求牵引长征火箭壳体：长征火箭壳体：铝合金铝合金744Kg744Kg；碳纤维碳纤维401Kg401Kg；两者相比两者相比:碳纤维减重碳纤维减重343Kg343Kg；射程增加；射程增加1476Km1476Km各种材料在波音各种材料在波音787787飞机上的应用飞机上的应用 材料科学与工程的形成和发展材料科学与工程的形成和发展四、材料科学与工程的组成要素四、材料科学与工程的组成要素合成合成/制备制备结构结构/成分成分性质（性能）性质（性能）使用性能（效能）使用性能（效能）材料的发展趋势材料的发展趋势“9.11”“9.11”事件与材料事件与材料纽约世贸大厦纽约世贸大厦纽约世贸大厦纽约世贸大厦1973197319731973年竣工，年竣工，年竣工，年竣工，110110110110层、层、层、层、411m411m411m411m主体钢架结构主体钢架结构主体钢架结构主体钢架结构(用钢用钢用钢用钢7.87.87.87.8万吨万吨万吨万吨)墙面由铝板和玻璃砖组成墙面由铝板和玻璃砖组成墙面由铝板和玻璃砖组成墙面由铝板和玻璃砖组成n塔楼坍塌原因塔楼坍塌原因:高温下材料强度迅速降低高温下材料强度迅速降低n9.119.11之后大楼怎么建材结实？之后大楼怎么建材结实？采用高强、轻质材料采用高强、轻质材料n如何对付有毒烟雾？如何对付有毒烟雾？用环保防火材料用环保防火材料n如何有利逃生？如何有利逃生？用自发光材料用自发光材料蓄光型自发光夜光粉蓄光型自发光夜光粉可以连续可以连续12年自发光的材料年自发光的材料自发光楼梯扶手自发光楼梯扶手 材料的发展趋势材料的发展趋势自已会发亮的灯自已会发亮的灯 材料的发展趋势材料的发展趋势现代战争武器与材料之一现代战争武器与材料之一B-2B-2隐形战略轰炸机隐形战略轰炸机隐身性能源于：隐身性能源于：隐身性能源于：隐身性能源于：特殊的结构设计特殊的结构设计特殊的结构设计特殊的结构设计 隐身材料的充分利隐身材料的充分利隐身材料的充分利隐身材料的充分利用用用用B-2B-2B-2B-2使用的主要材料：使用的主要材料：使用的主要材料：使用的主要材料：主梁和发动机舱主梁和发动机舱主梁和发动机舱主梁和发动机舱轻金属、复合材轻金属、复合材轻金属、复合材轻金属、复合材料料料料 其他部分其他部分其他部分其他部分碳纤维和石墨纤维的复碳纤维和石墨纤维的复碳纤维和石墨纤维的复碳纤维和石墨纤维的复合材料合材料合材料合材料机翼前缘机翼前缘机翼前缘机翼前缘包覆吸波材料包覆吸波材料包覆吸波材料包覆吸波材料整个机体整个机体整个机体整个机体喷涂吸波油漆喷涂吸波油漆喷涂吸波油漆喷涂吸波油漆（XKuP-4XKuP-4）吸波材料）吸波材料 材料的发展趋势材料的发展趋势现代战争武器与材料之二现代战争武器与材料之二航天飞机航天飞机美国美国“战斧战斧”式巡航导弹式巡航导弹 烧蚀防热材料为航天烧蚀防热材料为航天烧蚀防热材料为航天烧蚀防热材料为航天器提供隔热屏障器提供隔热屏障器提供隔热屏障器提供隔热屏障神州飞船神州飞船99式坦克式坦克具备优异的防弹外具备优异的防弹外型，其炮塔和车体均采用复合装型，其炮塔和车体均采用复合装甲，抗弹能力成倍提高甲，抗弹能力成倍提高99式坦克式坦克 材料的发展趋势材料的发展趋势现代战争武器与材料之三现代战争武器与材料之三装甲材料的变迁：装甲材料的变迁：厚厚钢钢板板合合金金钢钢复复合合装装甲甲英国英国“挑战者挑战者”坦克坦克战车全战车全重重62.5462.54吨，最大速度吨，最大速度5656千米千米时，车体和炮塔采用时，车体和炮塔采用“乔巴姆乔巴姆”复合装甲复合装甲复合装甲复合装甲英国英国“挑战者挑战者”坦克坦克复合装甲的在对抗碎甲弹、破甲复合装甲的在对抗碎甲弹、破甲弹、穿甲弹时，其防护力较传统弹、穿甲弹时，其防护力较传统钢装甲有了显著的提高钢装甲有了显著的提高 材料的发展趋势材料的发展趋势金属、陶瓷、聚合物和复合材料将平分秋色金属、陶瓷、聚合物和复合材料将平分秋色新材料技术出现群体性突破新材料技术出现群体性突破 材料的发展趋势材料的发展趋势n材料的可持续发展战略：材料的可持续发展战略：建立生态工业园区建立生态工业园区研究与开发生态环境材料研究与开发生态环境材料n金属材料资源危机，传统材料面临挑战金属材料资源危机，传统材料面临挑战节约原材料节约原材料探索代用品探索代用品政策导向政策导向以质补量以质补量