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材料科学基础Ⅰ 张亚非 zyafei11@126.com 绪 论 0.1 材料的定义 0.2 材料学的发展史 0.3 研究内容及方法 0.4 材料科学研究的意义 0.5 本课程的特点和学习方法 0.1 材料的定义 广义：人们思想意识之外的所有物质。 构造物质世界的基础要素——材料 狭义：当人们注意到物质具有的特性，并试图将这些 特性加以利用时，才把“物质”看作“材料”。 有用的物质——材料 通常意义的材料：在工业和尖端技术中广泛而着重应 用的物质。 具有重要用途的物质——材料 材料的有用特性 性能 — 材料对外部刺激的抵抗能力。 如：外力、环境温度、腐蚀性物质的刺激。 强度、硬度、塑性、韧性、耐热性、耐腐蚀性… 功能 — 材料对外部刺激的特异反应能力。 对材料输入信号时，物质因发生质或量的变化， 所产生的输出效应。 如：热电、光电、压电、分离吸附、催化… 材料的减震、导热、导电、导磁也归入功能范围 功 能 材 料 举 例 按 用 途 分 类 结构材料 — 利用材料良好的力学、热学、化学性能。 制备工程构件、机械零件等。 功能材料 — 利用材料特殊的功能性。 制备具有特殊的电、磁、声、光等器件， 及各种传感器等。 0.2 材料学的发展史 一门古老而又新兴的学科。 材料的应用可追溯到数千年以前。 陶瓷、金属、羊毛、兽皮、木材等。 材料的使用可作为人类历史时期划分的标志： 石器→青铜器→铁器时代。 现代技术的三大支柱：材料、信息、能源。 新技术革命标志：新材料、信息技术、生物技术。 金属材料方面 19世纪以前，无论从材料制备的工艺水平、生产规模，还是在产品的数量上都非常低下。材料学完全处于原始的“技艺”状态，根本谈不上科学。 由于当时科技水平的限制，人们只能根据经验，对材料的加工制造工艺 与性能之间的关系进行粗浅的探索归纳。 在工业上的应用进行了半个世纪，历史上曾出现过“工程材料”、“材料工学”等科目，但未能在理论上阐明材料的科学规律。 金相学的诞生，使人们从中得到了不少好处，开发了一批更高性能的金属材料，同时也刺激了人们了解探索材料精细结构的欲望。 19世纪后期到20世纪中期：伦琴发现了X射线，劳埃和布拉格创立了晶体X射线衍射分析方法。 尤其近几十年来，其他近代实验手段如：透射、扫描电子显微镜，电子衍射和电子探针等得到发展与应用。大大加深了人们对材料内部精细构造的认识。 无机材料方面 20世纪后期，“陶瓷工学”、“陶瓷化学”应运而生。 现代陶瓷的概念远远超出了传统陶与瓷的范畴。 人工合成原料，精确计量，品种繁多，功能强大。 在高技术领域占有不可替代的核心地位。 高分子材料方面 “高分子化学”、“高分子物理”脱颖而出。 尼龙66、聚脂、丙烯酸类三大合成纤维问世。 齐格勒—纳塔催化剂发明。 DSC和DTA热分析法的发展。 聚合物“分子设计”和“材料设计”，达到相当成熟的水平。 新时代的诞生 应用方面：各种材料相互配合、替用日渐广泛。 如：聚合物或金属 + 无机纤维组成高性能的复合材料； 陶瓷替代金属作高温材料； 塑料替代金属作轻型材料； —— 迎来了灵活应用的新时代 学科间的相互渗透与依赖，促使“材料科学”的诞生。 —— 研究材料共性规律的学科 0.3 研究内容及方法 1、内容 材料科学：（回答为什么） 研究成分/组织结构 — 加工工艺 — 性能之间的关系； 具有一定的可预见性。 材料工程：（该如何做） 重点关注使用性能，进行材料设计，制定加工工艺路线和参数。 2.方法 材料科学 研究材料共性规律，创造性地制做新材料，将其性能（功能）