材料科学的产生与市公开课金奖市赛课一等奖课件

材料科学导论

材料科学研究所

尹洪峰

第1页课程内容与教学过程材料科学产生与发展4材料中界面及其控制6相变及其控制6科学指导下材料（同学汇报）4陶瓷材料增韧4金属材料强化4金属玻璃4形形色色功效材料（同学汇报）4材料复合化4第2页材料科学产生与发展第3页材料科学定义材料科学是研究材料组成、结构、性质、合成与加工和使用效能，以及它们之间相互关系科学。材料科学是多学科交叉与结合结晶，是一门与工程技术密不可分应用科学。

第4页材料分类按化学组成份类依据材料性能分类按服役领域分类按结晶状态分类按材料尺寸分类第5页按化学组成金属材料无机非金属材料有机高分子材料复合材料第6页按功效分类结构材料功效材料第7页依据服役领域信息材料航空航天材料能源材料生物医用材料建筑材料机械工程材料纺织材料●●●第8页材料服役领域所占百分比第9页依据结晶状态单晶材料多晶材料非晶态材料准晶材料第10页按材料尺度零维材料一维材料二维材料三维材料第11页材料发展史，就是人类社会发展史从古代到当代人类使用材料历史共经历7个时代：石器时代（公元前10万年）青铜器时代（公元前30）铁器时代（公元前10）水泥时代（公元0年）钢时代（18）硅时代（1950年）新材料时代（1990年）第12页第13页第14页第15页第16页第17页第18页材料科学发展进程1669，N.Steno,晶面角守恒定律1885，A.Bravais,晶体空间点阵学说1912，M.Laue,晶体X-射线衍射1915,W.H.BraggandW.L.BraggX-射线晶体结构分析电子显微技术扫描隧道镜，原子力显微镜第19页材料科学由来20世纪50年代产生于美国1958年美国伊利诺伊州(Illinois)西北大学招收材料科学硕士1957年Frankel教授开设《材料性能原理》(principlesofthepropertiesofmaterials)1964年美国已经有11所大学有材料科学系20世纪60年代材料科学引入欧洲，1962年英国北威尔士大学1978年浙江大学成立材料科学与工程系1993年我校成立材料科学与工程系第20页材料科学试验室1954年提交建立交叉学科试验室汇报1957年10月前苏联发射人造卫星1957年美国政府同意建立12个交叉学科试验室，后更名为材料研究试验室，由空军研究署空军办公室负责1972年材料研究试验室由国家科学基金会管理第21页材料科学诞生基础原子和晶体相平衡与亚稳态显微组织相变与同素异构现象晶体缺点晶体化学与物理矿物学量子理论与固体电子理论统计力学第22页材料科学诞生基础物理冶金学陶瓷导论高分子物理与化学位错理论体视金相学第23页材料科学产生基础——材料表征金相学（metallography)--金相学书本19121865年Sorby创造光学显微镜1920s用光学显微镜研究相图1926~1927年创造电子显微镜（原理性）1937年西门子企业第一台透射电子显微镜1939年扫描电子显微镜样机出现1948年创造闪烁计数器1963年商品化生产1947年微探针分析仪第24页材料科学产生基础——材料表征原子吸收光谱拉曼光谱仪质谱仪色谱仪热分析-差热分析（DTA）1887-差热扫描量热分析（DSC）1965硬度计-19布氏硬度计雏形第25页材料科学产生基础——聚合物球晶层状聚合物半结晶性串晶半结晶聚合物存在弹性变形和塑性变形以及应变硬化1935年美国杜邦企业生产尼龙，包含拉拔工艺聚合物中扩散和蠕动聚合物共聚物——聚合物合金聚合物相变第26页从技术到科学揭示生长速度-冷却速度-成份过冷-液固界面以及结晶物结构之间关系——指导铸造冶金学原理陶瓷导论组成-结构-性能-制备工艺-使用性能之间关系第27页材料科学三个主要属性多学科交叉与实际使用紧密结合正在发展中科学第28页学科与学科形成一门新学科或者是从一个现存、宽泛领域深入细化分离；或者截然相反，从若干固有、狭窄领域中拓展组合而成。在19世纪物理化学从合成有机化学中分离出来便是前者范例，而材料科学出现由冶金学、固体物理学和物理化学等结合而成。学科：相对独立知识体系。组成一门独立学科三个基本要素：

（1）研究对象或研究领域，即独特、不可替换研究对象。（2）理论体系，即特有概念、原理、命题、规律等所组成严密逻辑化知识系统。（3）方法论，即学科知识生产方式。

专业：普通指高校或中等专业学校依据社会分工需要而划分学业门类。高校专业是社会分工、学科知识和教育结构三位一体组织形态，其中，社会分工是专业存在基础，学科知识是专业内核，教育结构是专业表现形式。学科发展目标是知识发觉和创新。专业目标是为社会培养各级各类专门人才。专业是学科负担人才培养职能基地；学科是专业发展基础。一所高校人才培养质量怎样，取决于其学科、专业水平。

第29页学科形成标志大学设置对应专业学会期刊国际性学术会议学会学术著作自成体体系研究领域第30页材料科学四要素组成：化学组成和矿物组成结构：微观结构、介观结构和宏观结构合成与加工（制备工艺）性能：材料本身所固有性质使用性能：与使用性能相关联性能第31页材料科学技术发展重点材料制备工艺与技术开发材料应用研究与开发开发先进材料，发展高技术产业材料设计科学仪器与检测装置第32页第33页第34页先进材料开发信息功效材料先进结构材料能源材料有机高分子材料纳米材料生物材料环境友好材料仿生材料第35页信息功效材料信息储存材料数据传输材料第36页先进结构材料超高温合金材料与制备技术超高温复合材料结构功效一体化材料核反应堆用材料高性能纤维第37页能源材料超导材料电池材料储氢材料太阳能材料第38页纳米材料纳米材料制备与合成纳米材料结构表征纳米材料奇异性能