材料科学〔应用科学领域〕.docx

材料科学应用科学领域航空航天材料科学金属材料成形机械加工热加工陶瓷冶金粉末冶金薄膜生长技术外表处理技术：外表改性技术、外表涂覆技术热处理3D打印技术材料科学详细研究编辑播报研究与发展材料的目的在于应用，而材料必须通过合理的工艺流程才能制备出有实用价值的材料来，通过批量生产才能成为工程材料。在将实验室的研究成果变成实用的工程材料经过中，材料的制备工艺、检测技术、计算机技术等起着重要的作用。材料的实用研究构成了材料科学与技术的结合点。制备工艺材料制备工艺是发展材料的基础。传统材料能够通过改良工艺提高产品质量、劳动生产率以及降低成本。新材料的发展与工艺技术的关系更为密切。例如，由于外延技术的出现，能够准确地控制材料到几个原子的厚度，进而为实现原子、分子设计提供了有效的手段。快冷技术的采用，为金属材料的发展开拓了一条新路，首先是非晶态的构成，出现了很多性能优异的材料；其次，通过快冷技术得到超细晶粒金属，提高了材料的性能；此外，通过快冷技术发现了准晶态的存在，改变了晶体学中的某些传统观念。很多性能优异、有发展前途的材料，如工程陶瓷、高温超导材料等，由于脆性和稳定性问题及成本太高而不能大量推广，这些问题都需要工艺革新来解决。因而，发展新材料必须把工艺技术的研究与开发放在特别重要的位置。当代化的材料制备工艺和技术往往与某些条件密切相联络，如利用空间失重条件进行晶体生长等；此外，强磁场、强冲击波、超高压、超高真空及强迫冷却等都可能成为材料制备工艺的有效手段。检测技术材料科学的发展在很大程度上依靠于检测技术的提高。每一种新仪器和测试手段的发明创造，都对当时新材料的出现和发展起到了促进作用。1863年，光学显微镜用于金属材料的研究。随后又出现了电子显微镜、扫描电镜、高分辨率电镜，其点分辨率在0.2纳米左右，足以观察到原子，为研究材料的内部组织构造提供了先决条件。而后又出现扫描透射电镜、扫描隧道显微镜，不但能够观察到原子，分析出微小区域的化学成分和构造，还可用来进行原子加工，为在微观构造上设计新材料打下了基础。检测技术又是控制材料工艺流程和产品质量的主要手段，其中无损检测不但能够检查材料的宏观缺陷，还可监控裂纹的萌生和发展，为材料的失效分析提供了根据。各种检测用传感器，利用物理、化学或生物原理来传递材料在使用和生产经过中所产生的信息，进而到达控制产品质量的目的。随着科学技术的发展，各种检测技术和检测装置不断更新，适应在线、动态及各种恶劣环境测试的检测装置将用于材料的研究和生产中。计算机辅助设计利用计算机技术进行材料设计是发展新型材料的重要手段。材料设计通常分为3个层次。第一个是微观层次，即运用统计力学与量子力学来研究原子与分子的集体行为。第二个是显微层次，其大小在微米以上，研究的是很多原子或分子在一定范围内的平均性质，如形变、磁性等，一般用连续统计方程来描绘。第三个层次是宏观层次，如宏观性能、生产流程与使用性能间的关系，材料的断裂以及微观构造的构成等。计算机技术能够把3个层次的因素都考虑在内，通过建立模型，进行计算机模拟，得出符合预期性能的新材料的最佳成分、最佳构造和最合理的工艺流程。计算机的高速计算能力、宏大的存储能力和逻辑判定能力与人的创造能力相结合，可对材料设计提出创造性的构思方案；可从存储的大量资料中进行检索和方案比拟；可在总体设计和局部设计中进行大量的、非常复杂的数学和力学计算；可对设计方案进行综合分析和优化设计，确定设计图样，提供组织生产的管理信息。这种设计方案大大提高了设计质量，缩短了设计周期，为开发新材料和新工艺创造了条件。材料科学应用研究编辑播报材料的广泛应用是材料科学与技术发展的主要动力。在实验室具有优越性能的材料，不等于在实际工作条件下能得到应用，必须通过应用研究做出判定，而后采取有效措施进行改良。材料在制成零部件以后的使用寿命确实定是材料应用研究的另一方面，关系到安全设计和经济设计，关系到有效利用材料和合理选材。材料的应用研究还是机械部件、电子元件失效分析的基础。通过应用研究能够发现材料中规律性的东西，进而指导材料的改良和发展。材料科学发展趋势编辑播报随着高科技的发展，材料科学和新材料主要在下面几个方面得到发展。复合材料是构造材料发展的重点，其中主要包括树脂基高强度、高模量纤维复合材料，金属基复合材料，陶瓷基复合材料及碳碳基复合材料等。外表涂层或改性是另一类复合材料，其量大面广、经济实用，具有广阔的发展前景。功能材料与器件相结合，并趋于小型化与多功能化。十分是外延技术与超晶格理论的发展，使材料与器件的制备能够控制在原子尺度上，这将成为发展的重点。开发低维材料。低维材料具有体材料不具备的性质。例如零维的纳米级金属颗粒是电的绝缘体及吸光的黑体，以纳米微粒制成的陶瓷具有较高的韧性和超塑性；纳米级金属铝的硬度为块体铝的8倍；作为一维材料的高强度有机纤维、光导纤维，作为二维材料的金刚石薄膜、超导薄膜等都已显示出广阔的应用前景。信息功能材料增加品种、提高性能。这里主要是指半导体、激光、红外、光电子、液晶、敏感及磁性材料等，它们是发展信息产业的基础。高温超导材料将会继续得到重视，并估计在21世纪末到达产业化。生物材料将得到更多应用和发展。一是生物医学材料，可用以代替或修复人的各种器官、血液及组织等；另一是生物模拟材料，即模拟生物的机能，如反浸透膜等。传统材料仍将占有重要位置。金属材料在性能价格比、工艺及现有装备上都具有明显优势，而且新品种不断涌现，今后仍将有很强的生命力。高分子材料还会大大发展，性能会更优异，十分是高分子功能材料正待开发。工程陶瓷将在性能提高、成本降低的条件下得到发展。功能陶瓷已在功能材料中占主要地位，还将不断发展。C60的出现为发展新材料开拓了一条崭新的途径。利用原子簇技术可能发展出更多的新材料。咟喥咟萪