材料科学与工程基础-绪论.ppt

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1、材料科学与工程基础材料科学与工程基础(Fundamentals of materials science and Engineering)(Fundamentals of materials science and Engineering)胥钧耀胥钧耀材料科学与工程学院材料科学与工程学院重要提示重要提示一、关于课程一、关于课程1 1、本课程是材料类专业的专业基础课；、本课程是材料类专业的专业基础课；2 2、本课程的先修课程是大学物理、大学化学、材料力学；、本课程的先修课程是大学物理、大学化学、材料力学；3 3、本课程总学时、本课程总学时8080学时，其中理论教学学时，其中理论教学6464学时，

2、实验（学时，实验（8 8次）次）1616学时。学时。二、关于纪律二、关于纪律1 1、旷课、旷课3 3次及以上，取消考试资格；次及以上，取消考试资格；2 2、缺实验、缺实验1 1次及以上，课程成绩以次及以上，课程成绩以0 0分计。分计。三、关于成绩评定三、关于成绩评定1 1、课程成绩由平时成绩和考试成绩组成；、课程成绩由平时成绩和考试成绩组成；2 2、平时成绩、平时成绩(含出勤、实验报告和作业含出勤、实验报告和作业)占占151530%30%，考试成绩占，考试成绩占707085%85%。绪绪 论论IntroductionIntroduction主要内容：主要内容：材料与材料学材料的分类材料科学与工

3、程基础的性质和任务课程的主题：课程的主题：材料材料（Materials）一、材料与材料学一、材料与材料学1.1.材料的定义材料的定义2.2.材料的历史材料的历史3.3.材料学的主要研究内容材料学的主要研究内容二、材料的分类二、材料的分类三、三、材料科学与工程基础材料科学与工程基础的性质和任务的性质和任务绪论1.材料的定义材料的定义材料材料：自然科学范畴的材料，是指具有一定的自然科学范畴的材料，是指具有一定的种种类、数量和性能类、数量和性能，能够，能够制造有用构件制造有用构件、器件或物、器件或物品的品的固体物质。固体物质。航天飞机航天飞机 里根号航母里根号航母 核聚变装置核聚变装置 集结着数以亿

4、计的集结着数以亿计的 原子纳米晶体管原子纳米晶体管 晶体管、电阻、电晶体管、电阻、电 容的奔腾芯片容的奔腾芯片！绪论材料的定义材料的定义材料是人类赖以生存和发展的物质基础。材料是人类赖以生存和发展的物质基础。2.2.材料的历史材料的历史 材料是人类社会文明程度的标志。材料是人类社会文明程度的标志。石器时代绪论材料的历史材料的历史陶器时代绪论材料的历史材料的历史青铜器时代、铁器时代绪论材料的历史材料的历史 上海磁悬浮列车上海磁悬浮列车 空客空客A380 中国最新式中国最新式99G主战坦克主战坦克 最新型导弹驱逐舰广最新型导弹驱逐舰广州号州号 新材料的使用对人类社会经济和科技的发展起着重要的推动作

5、用：钢铁材料孕育了产业革命；钢铁材料孕育了产业革命；半导体材料促进了现代信息技术的建立和发展；半导体材料促进了现代信息技术的建立和发展；复合材料及新型超合金材料为空间技术的发展奠复合材料及新型超合金材料为空间技术的发展奠定了物质基础；定了物质基础；光导纤维的出现又为现代数字信息技术及网络技光导纤维的出现又为现代数字信息技术及网络技术带来了无限美好的前景。术带来了无限美好的前景。人类社会进步与发展中的每一个重大突破，都是因为有了先进的新材料而得以实现。绪论材料的历史材料的历史功能材料功能材料（Functional materials）绪论材料的分类材料的分类材料材料材料的分类材料的分类按材料的性

6、能特征和用途分类：按材料的性能特征和用途分类：结构材料：结构材料：具有较高力学（机械）性能并主要用来制造机械产品结构件具有较高力学（机械）性能并主要用来制造机械产品结构件的材料。的材料。功能材料：功能材料：具有特殊物理、化学等性能并主要用来制造具有特定功能的具有特殊物理、化学等性能并主要用来制造具有特定功能的元、器件和产品的材料。元、器件和产品的材料。结构材料结构材料（Structural materials）金属材料金属材料（Metallic Materials）材料材料非金属材料非金属材料（Nonmetallic Materials）复合材料复合材料（Compound Materials）

7、按材料的化学组成分类：按材料的化学组成分类：绪论材料的分类材料的分类无机非金属材料无机非金属材料（陶瓷材料）（陶瓷材料）有机高分子材料有机高分子材料复合材料：复合材料：由两种或两种以上的不同性质或不同组织结构的材料以微观或宏由两种或两种以上的不同性质或不同组织结构的材料以微观或宏观的形式组合而成的材料。观的形式组合而成的材料。金属材料金属材料黑色金属黑色金属（Ferrous Metal）有色金属有色金属（Nonferrous Metal）钢铁、锰、铬及其合金钢铁、锰、铬及其合金 铝、铜、镁、钛等及其合金铝、铜、镁、钛等及其合金绪论材料的分类材料的分类金属材料的结合键主要是金属键。金属材料的结合

8、键主要是金属键。金属材料是工程领域内应用最广泛的工程材料。金属材料是工程领域内应用最广泛的工程材料。无机非金属材料无机非金属材料（陶瓷材料）（陶瓷材料）陶瓷、玻璃、水泥等陶瓷、玻璃、水泥等陶瓷材料是包含金属和非金属元素的化合物，其结合键主要是离子键和陶瓷材料是包含金属和非金属元素的化合物，其结合键主要是离子键和共价键。共价键。有机高分子材料有机高分子材料塑料、橡胶、涂料、纤维等塑料、橡胶、涂料、纤维等高分子材料的结合键主要是共价键、氢键和分子键。高分子材料的结合键主要是共价键、氢键和分子键。三大类材料：三大类材料：绪论课程的主要任务课程的主要任务3.3.材料材料学学的主要任务：的主要任务：研究

9、金属与合金的研究金属与合金的化学成分化学成分、加工工艺加工工艺、组织结组织结构构和和性能四要素性能四要素及四要素之间的关系与变化规律。及四要素之间的关系与变化规律。此亦为材料科学的研究内容此亦为材料科学的研究内容 实际中我们最关心的是实际中我们最关心的是性能性能使用表现使用表现性能性能/性质性质成分成分/结构结构制备制备/加工加工3.3.材料材料学学的主要研究内容的主要研究内容MSEMSE的四个组成要素：的四个组成要素：MSEMaterials Science and Engineering绪论课程的主要任务课程的主要任务 举例：举例：b(MPa)铝合金铝合金 400600铜合金铜合金 600

10、70040钢钢(退火态退火态)50040钢钢(调质态调质态)800性能取决于什么因素呢？性能取决于什么因素呢？化学成分不同，性能不同化学成分不同，性能不同 纯铝纯铝 40 纯铜纯铜 60 纯铁纯铁 200 化学成分相同，化学成分相同，处理方式处理方式不同，性能不同不同，性能不同0.8CC 的钢锯条的钢锯条800，冷却方式不同，冷却方式不同 一根出炉后一根出炉后水冷水冷，性，性硬而脆硬而脆，一弯就断；，一弯就断；另一根随炉另一根随炉缓慢冷却缓慢冷却，性软性软，弯曲，弯曲90 不断。不断。又如：又如：石墨和金刚石均由碳原子构成，石墨和金刚石均由碳原子构成，但性能迥异。但性能迥异。原因：碳原子的空间

11、排列方式不同原因：碳原子的空间排列方式不同 即内部组织结构不同即内部组织结构不同提高材料性能的主要途径提高材料性能的主要途径：一方面改变材料的一方面改变材料的化学成分化学成分，另一方面改进材，另一方面改进材料的料的生产工艺生产工艺，进而改变材料内部的组织结构与性，进而改变材料内部的组织结构与性能。能。*材料科学研究的材料科学研究的四要素四要素及相互关系线：及相互关系线：性性 能能Performance加工工艺加工工艺Process化学成分化学成分Composition组织结构组织结构Construction内因内因外因外因 （1）原子结构）原子结构：取决于取决于原子种类原子种类什么是组织结构？

12、什么是组织结构？材料不同层次的结构材料不同层次的结构（2）晶体结构）晶体结构：原子在空间的排列方式原子在空间的排列方式（3）组织结构（显微组织）组织结构（显微组织）：在不同放大倍数放大镜、显微镜下观察在不同放大倍数放大镜、显微镜下观察到的金属的内部形貌到的金属的内部形貌1原子种类原子种类;2内部原子排列的方式内部原子排列的方式;3合金元素的存在方式合金元素的存在方式;4内部不同尺度的各种结构缺陷内部不同尺度的各种结构缺陷 材料的组织结构取决于材料的组织结构取决于:3 课程的学习目的：课程的学习目的：利用上述四要素关系和规律：利用上述四要素关系和规律：（1）进行科学研究；）进行科学研究；（2）指

13、导生产实践；）指导生产实践；（3）研制新合金材料。）研制新合金材料。绪论课程的性质和任务课程的性质和任务课程的性质：课程的性质：材料科学与工程基础材料科学与工程基础课程是材料类、机械类和近机类各专业的专业基础课。课程是材料类、机械类和近机类各专业的专业基础课。课程的主要任务：课程的主要任务：从材料微观组织结构的角度，学习有关从材料微观组织结构的角度，学习有关金属材料科学金属材料科学的基本概念、基本现象、基的基本概念、基本现象、基本规律和基本方法，并建立起材料的成分、内部组织结构、生产工艺与性能之间的关本规律和基本方法，并建立起材料的成分、内部组织结构、生产工艺与性能之间的关系，从而使学生掌握通过控制材料的成分和加工工艺过程，来控制其组织结构、提高系，从而使学生掌握通过控制材料的成分和加工工艺过程，来控制其组织结构、提高材料的性能的基础理论和工艺方法。材料的性能的基础理论和工艺方法。：服役条件服役条件性能要求性能要求选材选材制定工艺路线制定工艺路线获得使用性能获得使用性能 教学参考书：教学参考书：1石德坷编，材料科学基础，机械工业出版社，石德坷编，材料科学基础，机械工业出版社，20032 W.F.Smith编编.Foundations of Materials Science and Engineering.McGraw Hill出版社，出版社，2003