结构与性能绪论.ppt

绪 论 材料科学的重要地位 材料的分类 材料基本用途 材料技术的发展趋势 材料性能与结构的关系 本课程的教学内容 人类历史阶段是根据使用材料划分的。从过去到现在共经历了七个时代 1 石器时代 公元前10万年 2 青铜时代 公元前3000年 3 铁器时代 公元前1000年 4 水泥时代 公元0年 5 钢时代 1800年 6 硅时代 1950年 7 新材料时代 1990年 现代社会使用的材料种类繁多，无法简单地用某一种甚至某一类材料来象征社会的发展水平、技术水平，但材料是一切东西的物质基础仍然没有改变，而且今后也永远不会改变。正是因为有千姿百态、数不清的材料，世界才会如此丰富多彩。 ——材料是现代文明的基石 材料科学的重要地位 例如，人们早就知道了喷气航空发动机比螺旋桨航空发动机有很多优点，但由于没有材料能承受喷射出燃气的高温，使这种理想只能是空中楼阁。直到1942年制成了镍基耐热合金这种新材料、才使喷气发动机的制造得以实现。 如果没有1970年制成的可以实用的光导纤维，也不会有现代的光通信。 如果不能制成高纯度大直径的硅单晶，就不会有高度发展的集成电路，也不会有今天如此先进的计算机和一切电子设备。这样的例子可以说举不胜举。 建筑 交通 磁悬浮列车，这种高温超导磁悬浮列车最大特点就是乘坐平稳、安全和快捷。没有一点轰隆隆的噪声，十分安静。 它的最主要的材料是超导材料，利用超导材料的完全抗磁性制得的。 2 先进的技术又促使了新材料的诞生 例如，利用计算机模拟可以计算出要求什么样的性能便应该有什么样的成分组成的材料，甚至还没有制造出来便可以先用虚拟现实技术观看所制成的零件在工作时的表现如何。这就使得在研制新材料时，具有更大的主动性、预见性，避免盲目地作大量无益的探索。 更进一步，还可以算出原子之间应该怎样排列才能具有所需要的性能，并利用可以操作单个原子层的技术将其制造出来。所以，现代的材料技术正同其他高技术互相支持、共同发展。 1989年在美国加州的IBM实验内，依格勒博士（D.Eigler）采用低温、超高真空条件下的STM操纵着一个个氙原子，在一个位置上抓起一个原子，移动到另一个预先设计好的位置上，再放下该原子。重复这样的步骤，依格勒将35个氙原子排布成了世界上最小的IBM商标，实现了人类另一个幻想——直接操纵单个原子。原理上这也是实现了费曼的设想：按人的意愿排布一个个原子来构建纳米器件。依格勒博士进一步操纵单个铁原子排布成一个圆圈——量子栅。 在原子操纵研究领域 1993年，中国科学院北京真空物理实验室用扫描隧道显微镜实现了原子的操纵。尽管此工作比国际上晚了数年，但却标志着我国纳米技术基础研究的开始。 1 不象以前的各个材料时代，它是一个由多种材料决定社会和经济发展的时代； 2 新材料科学根据我们对材料的物理和化学性能的了解，为了特定的需要设计和加工而成的。 二 材料的分类 按材料的组成分。主要有金属材料、无机非金属材料、 有机高分子材料、复合材料。 按材料的特性和用途分。有结构材料和功能材料。 按材料内部原子排列情况分。有晶态和非晶态。 按材料的热力学状态分。有稳态和亚稳态材料。 按材料尺寸分。有一维、二维和三维材料等。 结构材料 　 用于制造受力条件下的材料，因此对它的要求主要是机械性能。如强度、延伸率、硬度、韧性、刚性等等。有时要求其能经受住严峻的环境条件，如要求耐热性、抗腐蚀性等。 功能材料 主要用于完成某种光、热、电、磁等特殊功能的材料。如，液晶材料用于显示，但有时也要求有一定机械强度，如光导纤维主要用于传输光线，同时也要求有一定机械强度，否则连自己的 重量都承受不了，也就无法构成长的通信线路。 三、材料基本用途 金属材料绝大部分都是结构材料，但近来也出现一些功 能材料，如形状记忆合金、储氢合金、金属超导材料等。 陶瓷材料有的作为结构材料，有的作为功能材料。 液晶材料目前还只能作为功能材料。 四 材料技术的发展趋势 　当前，材料技术的发展趋势有以下几种： 　第一、从均质材料向复合材料发展 以前人们只使用金属材料、高分子材料等均质材料，现在开始越来越多地使用诸如把金属材料和高分子材料结合在一起的复合材料。 第二、由结构材料为方往向功能材料、多功能材 料并重的方向发展 以前讲材料，实际上都是指结构材料。但是随着高技术的发展，其他高技术要求材料技术