第0章绪论-yao

1、办公室：行政楼办公室：行政楼1615室，电话：室，电话：67791474Email: 材料科学基础材料科学基础Bp材料与人类文明材料与人类文明材料是指人类用以制造各种材料是指人类用以制造各种有用器件的物质。有用器件的物质。手手锤锤锉刀锉刀国产涡喷国产涡喷-7涡轮喷气发动机涡轮喷气发动机七个时代造就材料辉煌七个时代造就材料辉煌石器时代石器时代 青铜器时代青铜器时代 铁器时代铁器时代 水泥时代水泥时代钢时代钢时代 硅时代硅时代 新材料时代新材料时代 由于材料的重要性，由于材料的重要性，历史学家根据人类所使用的材料来划分时代。历史学家根据人类所使用的材料来划分时代。材料的发展与人类社会简图材料的发展

2、与人类社会简图龙芯龙芯联想计算机联想计算机在航天飞机表面装陶瓷防护瓦片在航天飞机表面装陶瓷防护瓦片飞机发动机叶片飞机发动机叶片波音客机波音客机二十世纪七十年代，人们把材料与能源和信息并列，二十世纪七十年代，人们把材料与能源和信息并列，称作现代文明的三大支柱之一。称作现代文明的三大支柱之一。现代光纤是在英籍华人高琨博士的研究现代光纤是在英籍华人高琨博士的研究工作基础上发展起来的。工作基础上发展起来的。1966年高博士年高博士发现提高玻璃的纯度可以减少光传播过发现提高玻璃的纯度可以减少光传播过程中的损耗。程中的损耗。1970年美国康宁公司将这年美国康宁公司将这一科研成果开发为商品，用高纯石英玻一科

3、研成果开发为商品，用高纯石英玻璃制造出了现代光导纤维。这种光纤是璃制造出了现代光导纤维。这种光纤是一种比头发还细的高纯度玻璃丝一种比头发还细的高纯度玻璃丝,一根一根细丝就能同时传输细丝就能同时传输2000路通话，并且不路通话，并且不失真、不受环境干扰、不易被窃听、还传输特别快，光缆一秒失真、不受环境干扰、不易被窃听、还传输特别快，光缆一秒钟传输的距离若改用铜缆则要花上钟传输的距离若改用铜缆则要花上20个小时，快了个小时，快了72000倍倍。2009年年10月月6日瑞典皇家科学院宣日瑞典皇家科学院宣布，将布，将2009年诺贝尔物理学奖授年诺贝尔物理学奖授予英国华裔科学家高锟以及美国予英国华裔科学

4、家高锟以及美国科学家威拉德科学家威拉德博伊尔和乔治博伊尔和乔治史密史密斯。瑞典皇家科学院说，高锟在斯。瑞典皇家科学院说，高锟在“有关光在纤维中的传输以用于有关光在纤维中的传输以用于光学通信方面光学通信方面”取得了突破性成取得了突破性成就，他将获得今年物理学奖一半就，他将获得今年物理学奖一半的奖金，共的奖金，共500万瑞典克朗（约合万瑞典克朗（约合70万美元）；博伊尔和史密斯发万美元）；博伊尔和史密斯发明了半导体成像器件明了半导体成像器件电荷耦电荷耦合器件（合器件（CCD）图像传感器，将）图像传感器，将分享今年物理学奖另一半奖金。分享今年物理学奖另一半奖金。 “光纤之父光纤之父”高锟高锟前苏联第

5、一颗人造卫星及其运载火箭前苏联第一颗人造卫星及其运载火箭春秋晚期越国青铜兵器春秋晚期越国青铜兵器出土于湖北江陵楚墓出土于湖北江陵楚墓 长长55.7厘米厘米 剑锷锋芒犀利剑锷锋芒犀利锋能割断头发锋能割断头发 春秋战国时代的春秋战国时代的青铜剑，剑身及青铜剑，剑身及剑锋由不同成分剑锋由不同成分的青铜组成，是的青铜组成，是复合材料很好的复合材料很好的例子例子梯度材料古已有之梯度材料古已有之这是古代剑刃截面图这是古代剑刃截面图生铁炒熟铁图生铁炒熟铁图宋应星宋应星鞍钢攀钢夜景中国第一颗人中国第一颗人造卫星造卫星长征火箭大家族长征火箭大家族中国第一颗原子弹爆炸中国第一颗原子弹爆炸中国第一颗氢弹爆炸中国第一

6、颗氢弹爆炸原子弹、氢原子弹、氢弹的爆炸，弹的爆炸，卫星、飞船卫星、飞船的上天等都的上天等都说明了我国说明了我国在材料的开在材料的开发、研究及发、研究及应用等方面应用等方面有了飞跃的有了飞跃的发展。发展。 “神舟二号神舟二号”飞船运往飞船运往发射工位发射工位 “神舟神舟”一号飞船一号飞船 “神舟神舟”一号一号发射成功发射成功“神舟神舟”二号发射成二号发射成功功“神舟神舟”三号三号发射成功发射成功“神舟神舟”四号四号发射成功发射成功“神舟神舟”三号飞船三号飞船 “神舟神舟”四号飞船四号飞船 杨利伟杨利伟升空返回全人类共同的家园飞天返回舱灰铸铁的显微组织灰铸铁的显微组织光学显微镜光学显微镜Pb-Sn

7、共晶组织共晶组织人类对材料的认识是逐步深入的。人类对材料的认识是逐步深入的。Si表面的重构图象表面的重构图象X-射线衍射仪射线衍射仪透射电子显微镜透射电子显微镜 扫描电子显微镜扫描电子显微镜 光镜下光镜下电镜下电镜下金属钛中的位错金属钛中的位错n 按按物理性质物理性质可分为：导电材料、绝缘材料、半导可分为：导电材料、绝缘材料、半导体材料、磁性材料、透光材料、高强度材料、高温体材料、磁性材料、透光材料、高强度材料、高温材料、超硬材料等。材料、超硬材料等。n 按按物理效应物理效应分为：压电材料、热电材料、铁电材分为：压电材料、热电材料、铁电材料、非线性光学材料、磁光材料、电光材料、声光料、非线性光

8、学材料、磁光材料、电光材料、声光材料、激光材料等。材料、激光材料等。n 按按用途用途分为：电子材料、电工材料、光学材料、分为：电子材料、电工材料、光学材料、感光材料、耐酸材料、研磨材料、耐火材料、建筑感光材料、耐酸材料、研磨材料、耐火材料、建筑材料、结构材料、包装材料等。材料、结构材料、包装材料等。黑色金属黑色金属有色金属有色金属轻金属轻金属, ,重金属重金属, ,贵金属贵金属, ,稀有金属稀有金属 带材带材异形材异形材板材板材管材管材陶瓷制品陶瓷制品陶瓷发动机陶瓷发动机分子键分子键共价键共价键烯丙酰氯烯丙酰氯- -苯苯乙烯乙烯l是把两种或两种以上不同性质或不同结构的材料是把两种或两种以上不同

9、性质或不同结构的材料以微观或宏观的形式组合在一起而形成的材料。以微观或宏观的形式组合在一起而形成的材料。玻璃纤维增强高分子复合材料玻璃纤维增强高分子复合材料航空发动机航空发动机p 材料科学材料科学 研究各种材料的组成、研究各种材料的组成、结构、制备加工工艺与性能之间关系的结构、制备加工工艺与性能之间关系的科学科学p 材料工程材料工程目的在于目的在于经济经济地而又能地而又能为社会所能接受地控制材料地结构、性为社会所能接受地控制材料地结构、性能和形状能和形状合成与制备过程合成与制备过程process使用效能使用效能 performance性能性能property组成与结构组成与结构C &

10、S（化学化学）（工程工程）（物理学物理学） 组成组成- -结构结构- -性质性质- -工艺过程之间关系示意图工艺过程之间关系示意图材料的四要素：材料的四要素：四个层次：四个层次： 结合键结合键 原子原子显微组织显微组织 原子排列方式原子排列方式 组成组成 指构成材料物质的原子、分子及其分布；p 元素组成（element)p 相组成（phase）结构结构则指组成原子、分子在不同层次上彼此结合的形式、状态和空间分布，包括原子与电子结构原子与电子结构、分子结构、晶体结构、相结构、晶粒结构等。分子结构、晶体结构、相结构、晶粒结构等。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科学是一个

11、跨物理、化学等的学科。材料科学的核心问题是材料的材料的结构结构(Structure)和和性能性能(Property)以及它们之间的关系。以及它们之间的关系。所以，先要了解结构是什么？所以，先要了解结构是什么？ 挑战者号爆炸挑战者号爆炸瞬间瞬间化学组成化学组成结构结构性能性能决定决定工艺工艺影 响材料科学与工程材料科学与工程科学方面科学方面 偏重于研究材料的合成与制备、组成与结构、性能与使用效能各组员本身及其相互间关系的规律；工程方面工程方面 着重与研究如何利用这些规律性的研究成果以新的或更有效的方式开发并生产出材料，提高材料的使用效能，以满足社会的需要。工程研究中还应包括工程研究中还应包括 材

12、料制备与表征所需的仪器、设备的设计与制造。 在材料科学与工程的发展中，科学与工程彼此密切结合，构成一个学科整体。3. 3. 课程的性质及学习方法课程的性质及学习方法 本课程的基本特点是基本概念多，定性描述多，这与本课程的基本特点是基本概念多，定性描述多，这与我们在前面学的数学，物理等课程有所区别。希望大家在我们在前面学的数学，物理等课程有所区别。希望大家在学习时一定要弄懂、吃透基本概念及基本理论。要在学习时一定要弄懂、吃透基本概念及基本理论。要在理解理解的基础上记忆的基础上记忆。此外，这门课程的实践性很强，与生产实际较为紧密。因此外，这门课程的实践性很强，与生产实际较为紧密。因此在学习时，大家

13、要此在学习时，大家要注意理论联系实际注意理论联系实际。特别要。特别要重视实验重视实验课的学习课的学习,以巩固和深化对基本理论的理解。以巩固和深化对基本理论的理解。4. 教学安排教学安排 96学时，课堂授课学时，课堂授课82学时，实验学时，实验12学时（学时（5次次实验课）实验课）,2学时习题课。学时习题课。考核方式：考试考核方式：考试平时平时30，（包括出勤，上课纪律，回答问题，（包括出勤，上课纪律，回答问题，实验报告情况，平时作业等）实验报告情况，平时作业等）期终笔试考核期终笔试考核70教材及参考书教材及参考书 1. 教材：教材：材料科学基础材料科学基础 胡赓祥、蔡洵主编胡赓祥、蔡洵主编 上海交通上海交通大学出版社大学出版社 2000年。年。 2. 参考书：参考书：材料科学基础材料科学基础 潘金生等主编潘金