材料科学基础 第２版 教学课件 作者 石德珂 西安交通大学 主编 1 绪论.pptVIP

一、人类生活中的材料 我们的周围到处都是材料。事实上，材料是我们衣食住行的必备条件，是人类一切生活和生产活动的物质基础 人类文明史中的石器时代、铜器时代、铁器时代就是按当时生产活动中所使用的代表性材料作为依据划分的 材料与食物、居住空间、能源和信息共同组成人类生活的基本资源，不仅在我们的日常生活中，而且对国家的繁荣和安全也起着举足轻重的作用 二、材料的应用和发展过程 三、材料科学在科学技术发展中的作用 近代科学技术和工业生产的发展非常迅速。 人类从乘马车到乘宇宙飞船，从油灯照明到原子能的发电，从使用大刀长矛到发射导弹核武器，都只不过经历了100年的时间。科学技术能以这么惊人的速度发生巨大的变化，首先归功于材料的丰功业绩。 没有钢铁再高明的技术工人也造不出汽车，拖拉机；没有高强度耐高温的材料，再聪明的科学家也不能把卫星送上天；没有耐腐浊，耐高压的材料，在勇敢的探险者也不能开发富饶的海洋资源……。 在科学的技术史上，材料问题解决与否，往往成为发明创造的关键。 新材料一旦应用，不仅大大促进了科学技术与工业生产的发展，也使人类的活动方式发生日新月异的变化，而且给人们带来空前优厚的物质利益和精神上的享受，把千百年来梦寐以求的神话变成了现实。 四、材料的基本类型 （一）金属材料 金属材料是最重要的工程材料，包括金属和以金属为基的合金，最简单的金属材料是纯金属。 （二）无机非金属材料 无机非金属材料是一种或多种金属元素同一种非金属元素(如O、C、N等，通常为O)的化合物，主要为金属氧化物和金属非氧化合物，不含C-H-O链。其中尺寸较大的氧原子为主体、尺寸较小的金属原子(或半金属原子如Si等)处于氧原子之间的空隙中。氧原子同金属原子化合时形成很强的离子键，同时也存在一定成分的共价键，但离子键是主要的，如MgO晶体中离子键占84％，共价键占16％。也有一些特殊陶瓷以共价键为主，如SiC。 无机非金属材料是人类应用最早的材料，也是用量最大、用途最为广泛的一类材料。 它脆性大，但坚硬、稳定，一般都有良好的绝缘、绝热性能，可以制造各种工具、用具，可以用作结构材料，是工程结构体中应用最广的一类材料，在现代高技术领域中也是重要的功能材料，陶瓷、玻璃、水泥、耐火材料等都是无机非金属材料的重要成员。 （三）高分子材料 高分子材料是由大量相对分子质量特别高的大分子化合物组成的有机材料，亦称聚合物。在高分子材料中，每个大分子都包含有大量结构相同、相互连接的链节，有机物质主要以碳元素(通常还有氢)为主，在大多数情况下碳元素构成了大分子的主链。大分子内的原子之间由很强的共价键结合，而大分子与大分子之间由结合力较弱的物理键相连。由于大分子链很长，大分子间的接触面比较大，特别是当分子键交缠时，大分子之间的结合力可以是很大的，所以高分子材料的强度较高。在分子中存在氢时，氢键会加强分子间的相互作用力。 高分子材料具有较高的强度，良好的韧性和塑性，较强的耐腐蚀性，很好的绝缘性及重量轻等优良性能，是发展最快的一类结构材料。 但这类材料的耐久性和耐高温性能普遍较差。高分子材料按其分子键排列有序与否，可分为结晶聚合物和无定形聚合物两类。结晶聚合物的强度较高，结晶度决定于分子键排列的有序程度。 （四）复合材料 结合键非常复杂，但它结合了不同材料的优良性能，取长补短，使复合后的材料在强度、刚度、耐腐蚀性等使用性能方面比单一材料优越。这是一类特殊的材料，有广阔的发展前景。 五、材料科学与材料工程 材料科学是在金属学、陶瓷学和高分子科学的基础上发展起来的，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。材料科学强调这种共性，强调各种材料之间的内在联系和相互借鉴，把不同类型的材料统一考虑。 材料工程属于技术范畴，目的是通过采用经济的、而又能为社会接受的生产工艺、加工工艺来控制材料的结构、性能和形状以达到使用要求。材料工程水平的提高可以大大促进材料的发展。 材料科学与工程是研究有关材料的成分、结构和制造工艺与其性能和使用性能间相互关系的知识及这些知识的应用，是一门应用基础科学。材料的成分、结构、制造工艺、性能以及使用性能被认为是材料科学与工程的四个基本要素。应该说，材料科学与材料工程并没有明确的分界线，只是两者的侧重不同。前者侧重于材料结构与成分、性能及使用性能的联系；后者侧重于材料经济、合理的制备，即工艺与性能间的关系，二者相辅相成。实质上，工艺对性能的影响又是通过工艺对结构的改变来实现的。 六、现代科技对材料的要求 所谓新材料，是指新近发展起来的和正在开发中的、具有一系列优异性能和特殊功能的且对科学技术尤其对高新技术的发展及新兴产业的形成具有决定性意义的一些新材料。 （二）新材料发展的动力 (1) 知识密集型 (2) 需要投入大量资