材料导论课程教案

材料导论 1 教材 励杭泉编 材料导论 轻工业出版社 2000参考书 任选 2 一 什么是材料 3 Whatarematerials Materialsarethematteroftheuniverse Thesesubstanceshavepropertiesthatmakethemusefulinstructures machines devices products andsystems 材料是宇宙间可用于制造用品的物质 4 5 聚丙烯短纤维 6 塑料布 7 8 9 10 11 12 13 14 15 门窗玻璃 16 17 18 19 20 21 22 汽车与高速公路 23 铁路 24 二 材料发展史 25 材料的发展史 人类的文明史 石器时代 N万年前 2000BC青铜时代 2000BC 500BC铁器时代 500BC 19世纪高分子时代 20世纪 26 27 非理性阶段 主要依靠工匠 艺人的经验技术 28 石器 29 陶器 30 陶器 31 陶器 32 铜器 33 大方鼎 34 青铜器 越王宝剑 35 编钟 36 铁器 37 铁器 38 理性化阶段 18世纪后 工业迅速发展 在物理学 化学 材料力学等学科的基础上 金属学 陶瓷学 高分子材料学应运而生 39 蒸汽机 40 1839年 美国人Goodyear发现天然橡胶与硫磺共热后呈现奇特性能 41 1887年 CountHilairedeChardonnet用硝化纤维素的溶液进行纺丝 制得了第一种人造丝 42 合成纤维 43 钢筋混凝土 44 材料设计阶段 45 计算机设计 46 三 材料家族 47 粉末金属 有色金属 钢铁 塑料 橡胶 粘合剂 涂料 纤维 陶瓷材料 玻璃 结晶陶瓷 碳材料 半导体 材料家族 48 goodconductorsofelectricityandheat nottransparenttovisiblelight polishedmetalsurfacehasalustrousappearance quitestrong yetdeformable 金属 强度高 延展性好 良导体 不透明 光滑表面有光泽 METALS 49 Theelementsinherentlymetallicinnature 103Lw 97Bk 95Am 94Pu 93Np 92U 91Pa 67Ho 65Tb 1H 3Li 4Be 11Na 12Mg 5B 6C 7N 8O 9F 10Ne 13Al 14Si 15P 16S 17Cl 18Ar 19K 20Ca 21Sc 22Ti 23V 24Cr 25Mn 26Fe 27Co 28Ni 29Cr 30Zn 102No 101Md 100Fm 71Lu 70Yb 69Tm 68Er 66Dy 90Th 99Es 96Cm 98Cf 31Ga 32Ge 33As 34Se 35Br 36Kr 37Rb 38Sr 39Y 40Zr 41Nb 42Mo 43Tc 44Ru 45Rb 46Pd 47Ag 48Cd 49In 50Sn 51Sb 52Te 53I 54Xe 55Cs 56Ba 57La 72Hf 73Ta 74W 75Re 76Os 77Ir 78Pt 79Au 80Hg 81Tl 82Pb 83Bi 84Po 85At 86Rn 87Fr 88Ra 89Ac 58Ce 59Pr 60Nd 61Pm 62Sm 63Eu 64Gd 1A IIA IIIAIVAVAVIAVIIA O VIIIB IIIBIVBVBVIBVIIBIBIIB 2He 50 compoundsbetweenmetallicandnonmetallicelements金属与非金属元素的化合物 typicallyinsulativetothepassageofelectricityandheat不良导体 moreresistanttohightemperaturesandharshenvironments耐高温 耐严酷环境 hardbutverybrittle硬而脆 Ceramics 陶瓷 51 Electricalinsulation Thermalinsulation Chemicalresistance Magneticinertness Extremelylightweight Toughness Transparency Colorability Polymers 电绝缘 热绝缘 磁惰性 化学惰性 重量轻 透明 韧性好 可染色 52 Acompositematerialisacombinationoftwoormorechemicallydifferentmaterials havingadistinctinterfacebetweenthem whichacttogethertoproduceadesired tailored setofproperties 不同材料的组合 Composites 53 EXAMPLESOFCOMPOSITES 54 Semiconductorshaveelectricalpropertiesthatareintermediatebetweentheelectricalconductorsandinsulators 电性能介于导体与绝缘体之间 Furthermore theelectricalcharacteristicsofthesematerialsareextremelysensitivetothepresenceofminuteconcentrationsofimpurityatoms 电性能对杂质含量极为敏感 Semiconductors 半导体 55 Biomaterialsarcemployedincomponentsimplantedintothehumanbodyforreplacementofdiseasedordamagedbodyparts 生物材料 用于制造人体植入物以取代染病或坏损部件的材料 Biomaterials 56 ADVANCEDMATERIALS先进材料 Materialsthatareutilizedinhigh technologyapplicationsaresometimestermedadvancedmaterials 在高技术中应用的材料 57 Lasers integratedcircuits magneticinformationstorage liquidcrystaldisplays LCDs fiberoptics spacecraft aircraft andmilitaryrocketryandthethermalprotectionsystemforthespaceshuttleorbiter ExamplesofHigh tech高技术示例 激光 集成电路 磁记录 液晶显示 光导纤维 宇宙飞船 导弹 航天飞机 58 Thepropertiesofmaterialscanbeengineeredbycontrollingthesizesofthesebuildingblocksinthe1 100nmsizerangeandtheirassembly 纳米材料 Thebuildingblocksofthesematerials beitmetal ceramicorpolymers arenanometersizeparticles NanostructuredMaterials 59 制药 大表面提高可溶性信息储存 颗粒小解离吸附 消毒太阳能电池 水解离纳米冰箱 绝热去磁 60 四 材料科学与工程学科 61 MATERIALSSCIENCE ENGINEERING involvesthegenerationandapplicationofknowledgerelatingthecomposition structure andtheprocessingofmaterialstotheirpropertiesanduses 材料组成 结构 加工与材料性质 使用之间关系的发现与应用 62 材料科学与工程是在金属学 陶瓷学和高分子科学的基础上发展起来的 综合性学科不论什么材料 尽管种类不同 各有特点 但却具有很多相通的原理 共性和相似的研究 生产方法材料科学强调共性 强调各种材料之间的内在联系和相互借鉴 63 材料科学与工程的学科性质 有别于物理学 化学 数学和力学等基础科学 是一门应用科学 64 WHYSTUDYMATERIALSSCIENCEANDENGINEERING学习的目的 研究材料 设计材料 选择材料 65 Doesthematerialpossessthenecessarymechanical electrical andthermalproperties 是否具有所需的物理机械性能 Canthematerialbeformedtothedesiredshape 能否加工成型 Willthepropertiesofthematerialalterwithtimeduringservice 性能是否随时间变化 回答下列问题 66 Willthematerialbeadverselyaffectedbytheenvironmentalconditionsandresistcorrosionandotherformsofattack 环境对材料是否有不利影响 Willthematerialbeacceptableonaestheticgrounds 是否符合风俗习惯 67 Willthematerialgivesufficientdegreeofreliabilityandquality 质量是否可靠 Cantheproductbemadeatanacceptablecost 价格是否合适 Cantheproductberecycled 能否回收利用 68 Processing加工 Structure结构 Properties性质 Performance性能 69 Properties Mechanical Electrical Thermal Magnetic Optical Deteriorative Physical 性质 机械 力学 热 电 磁 光 劣化 化学 物理 70 Materialsarethematteroftheuniverse Thesesubstanceshavepropertiesthatmakethemusefulinstructures machines devices products andsystems 真实内涵 满足性能要求的用品中的物质 71 完 72 材料的无限循环体系 73 原材料制取 材料环 74 材料科学与工程的任务 主要任务是揭示材料成分 结构 制造工艺和性能之间的关系 并以此指导研制具有新性质 新功能的新材料极其应用 75 材料科学与材料工程的区别 材料科学 集中于认识材料的本质 提出有关的理论和描述 说明材料结构是如何与其成分 性能及行为相联系的 材料工程 瞄准基础科学和经验知识的综合和运用 以便发展 制备 改善和使用材料 满足具体需要 二者之间很难划出明确的界线 主要区别在于着眼点的不同或者说各自强调的中心不同 76 77 78 阻隔 79 80 奇妙的碳纳米管 81 最近 科学家正在致力于一种新型纳米材料 碳纳米管的研究 这是一种非常奇特的材料 它是石墨中一层或若干层碳原子卷曲而成的笼状 纤维 内部是空的 外部直径只有几到几十纳米 这样的材料很轻 但很结实 它的密度是钢的1 6 而强度却是钢的100倍 用这样轻