大一新生材料科学进展.ppt

,材料科学进展,贵州大学材料与冶金学院,绪论,一、材料科学的基本概念,三、学习材料科学的意义,二、材料科学的重要地位,一、材料科学的基本概念,材料是指人类社会能接受地，经济地的制造有用物品的物质。,材料科学是研究材料的成分、组织结构、制备工艺、加工工艺、材料的性能与材料应用之间的相互关系的科学。材料科学是当代科学技术发展的基础、工业生产的支柱，是当今世界的带头学科之一。纳米材料科学与技术是20世纪80年代发展起来的新兴学科，成为21世纪新技术的主导中心。,绪论,一、材料科学的基本概念,三、学习材料科学的意义,二、材料科学的重要地位,石器时代公元前100万年,新材料时代1990年,钢时代1800年,水泥时代公元0年,铁器时代公元前1000年,青铜器时代公元前3000年,硅时代1950年,人类社会发展的历史阶段常常用当时主要使用的材料来划分。从古代到现在人类使用材料的历史共经历了七个时代：,二、材料科学的重要地位,石刀、石斧、石锄。,5、钢时代1800年1854、1864年先后发明转炉、平炉炼钢；1887年高锰钢、1900年W18Cr4V高速钢、1903年硅钢、1910年奥氏体Cr18Ni8钢。,4、水泥时代公元前0年水泥是一种时代的象征，它的到来，给我们原来的住、行带来彻底的改变。,计算机经历：电子管晶体管集成电路时代,计算机与材料,硅时代1950年（1906年发明了电子管，1947年发明第1只晶体管，1958发明集成电路）,石墨烯,新材料时代1990年,1990年,新材料新工艺重大成果从20世纪60年代到70年代，高分子材料每年以14的速度增长，除了用作结构材料代替钢铁外，目前正在研究和开发具有良好导电性能和耐高温的高分子材料。,涤纶安全带,尼龙齿轮,陶瓷材料的发展同样十分引人注目，它除了具有许多特殊性能作为重要的功能材料(例如可作光导纤维、激光晶体等)以外，其脆性和抗热震性正在逐步获得改善，是最有前途的高温结构材料。机器零件和工程结构已不再只使用金属材料制造了。,绝缘陶瓷,耐磨陶瓷,复合材料的研究和应用引起了人们的重视。如玻璃纤维树脂复合材料(即玻璃钢)、碳纤维树脂复合材料已应用于宇航和航空工业中制造卫星壳体、宇宙飞行器外壳、飞机机身、螺旋桨等、发动机叶轮等；在交通运输工业中制造汽车车身、轻型船艇等，在石油化工工业中制造耐酸、耐碱、耐油的容器、管道等。,玻璃钢赛车壳体,玻璃钢储液罐,NbTi超导棒,高温超导磁体,近年来超导材料、磁性材料、形状记忆材料、信息材料等各种功能材料有很大的发展。,形状记忆效应简易演示实验,(c)加热后恢复,(a)原始形状,(b)拉直,（a）预压缩,（b）受热扩张后,（c）植入腔道内效果,图4医用腔内支架的应用原理示意,光缆,磁浮列车（时速430公里）,航空、航天事业迅速崛起，带动航空、航天材料的发展。1966年我国成功发射人造卫星；1999年11月21日我国载人航天工程第一艘试验飞船“神舟”一号飞行成功；2003年10月15日中国第一艘载人飞船“神舟”五号飞行成功。,人造卫星,运载火箭,20世纪70年代，人们把信息、材料和能源称为当代文明的三大支柱；20世纪80年代，又把新材料、信息技术和生物技术并列为新技术革命的重要标志；20世纪90年代以来，把材料、信息、能源和生物技术作为国民经济发展的四大支柱产业。,材料科学是科技发展的基础、工业化生产的支柱,1986年科学的美国人杂志指出“先进材料对未来的宇航、电子设备、汽车以及其他工业的发展是必要的，材料科学的进步决定了经济关键部门增长速率的极限范围。”1990年美国总统的科学顾问Allany.Bromley明确指出“材料科学在美国是最重要的学科”。1991年日本为未来工业规划技术列举的11项主要项目中有7项是基于先进材料基础之上。,材料科学是科技发展的基础、工业化生产的支柱,绪论,一、材料科学的基本概念,三、学习材料科学的意义,二、材料科学的重要地位,材料科学是一个跨物理、化学等的学科。材料科学的核心问题是材料的成分、组织结构和性能以及它们之间的关系。右图为材料科学与工程四要素。所以，先要了解材料的组织、结构及性能的含义。,三.学习料料科学的意义（一）材料科学的内涵,材料的结构、组织与性能含义,结构,组织,构成材料的基本质点(离子、原子或分子等)是如何结合与排列的，它表明材料的构成方式。,指借助于显微镜所观察到的材料微观组成与形貌-通常称为显微组织。,性能,使用性能,工艺性能,指在服役条件下，能保证安全可靠工作所必备的性能。,力学性能,物理性能,化学性能,强度、硬度、塑性、韧性、蠕变和疲劳,熔点、密度以及电、磁、光和热,耐腐蚀和抗老化,性能,使用性能,工艺性能,铸造,塑性加工,焊接,液固；流动性,指材料的可加工性。,热处理,粉末冶金,机械加工,（二）材料科学与材料工程的关系,材料科学的形成：“材料”早存在，“材料科学”提出于20世纪60年代，1957年苏联卫星上天，美国震动很大，在大学相继建立十余个材料科学研究中心，自此开始，“材料科学”一词广泛应用。材料科学：材料科学是研究材料的成分、组织结构、制备工艺、加工工艺、材料的性能与材料应用之间的相互关系的科学。它包括下面的三个环节，核心是结构和性能。,材料工程：是工程的一个领域，其目的在于经济地，而又为社会所能接受地控制材料的结构、性能和形状。它包括下面的五个环节。,一般来讲，科学是研究“为什么”的学问，而工程是解决“怎么做”的学问。,（三）材料的分类,结构材料,功能材料,强调利用材料的力学性能来满足工程结构上的需要,强调材料具有光、电、磁、热等特殊的物理性能,性能特点和用途,材料的分类,金属材料,复合材料,材料中原子之间的键合特点,陶瓷材料,高分子材料,金属是具有正的电阻温度系数的物质,通常具有良好的导电性、导热性、延展性、高的密度和高的光泽,材料的分类,金属材料,复合材料,材料中原子之间的键合特点,陶瓷材料,高分子材料,金属和非金属元素间的化合物。具有很高的强度和硬度，较低的导电、导热性，延性、成型性及耐冲击性都很差。极好的耐高温和耐腐蚀特性,还有一些独特的光学、电学。,材料的分类,金属材料,复合材料,材料中原子之间的键合特点,陶瓷材料,高分子材料,非金属原子共有电子而构成大分子材料称为高分子材料。每个大分子由许多结构相同的单元相互连接而成，因此高分子材料又称为聚合物。它具有较高的强度、良好的塑性、较强的耐腐蚀性、绝缘性和低密度等优良性能。,材料的分类,金属材料,复合材料,材料中原子之间的键合特点,陶瓷材料,高分子材料,复合材料是由两种或两种以上材料组成的，其性能是它的组成材料所不具备的。复合材料可能具有非同寻常的刚度、强度、高温性能和耐蚀性。,本课程的主要内容,本课程的实验内容,材料的微观结构：包括原子的排列方式，理想的完整结构、不完整结构（晶体缺陷）、固体中原子和分子的运动（扩散）、材料的变形和回复再结晶。,材料组织结构的变化规律：包括单元系的相变、二元合金系的相变规律、三元合金系的相变规律。,金相显微镜的构造与使用,金相显微镜的构造与使用,金相显微镜的构造与使用,金相显微镜的构造与使用,材料科学基础,性质,学时,学分,考核成绩,必修课、专业基础课程,90学时,5,平时成绩30%+闭卷考试成绩70%,如何学好材料科学基础,本课程特点：1、概念术语多2、相关学科多（物理学、化学、热力学、矿物学、金属学、陶瓷学以及高分子学等）,学习方法：作为一门应用学科，基础理论和基本概念要掌