[工学]材料科学基础.ppt

基础材料与新材料 绪 论 木工教研室 于晓芳 第一节 材料发展概述 材料:人类用来制造各种产品的物质，是人类生产和 生活的物质基础。 能源、信息和材料被称为现代科学技术的三大支柱。 历史学家将人类早期历史划分为石器时代、陶器时代、 青铜时代和铁器时代等.现在人类已进入人工合成材料 的新时期。 一、 石器时代 石器是人类最先使用的工 具。在新石器时代，出现了玉 器、陶器和瓷器。如金镂玉 衣，秦始皇兵马俑等。 我国是生产瓷器最早的的 国家。 二、 青铜器时代 青铜（铜锡合金）——人类历史上发明的第一种合金。 晚商和西周是我国青铜器时代的鼎盛时期。如 “司母戊”大方鼎，越王 勾践的两把宝剑等。 三、 铁器时代 春秋战国时期已开始大量使用铁器。 春秋晚期出土的铁器：江苏六合程桥楚墓的铁丸、长沙楚 墓的铁鼎。 战国时期已有韧性铸铁生产工艺。 在汉代冶铁遗址中，发掘出20多 座冶铁炉和锻炉，炉型庞大，结构复 杂，并有鼓风装置和铸造坑。 四、 钢铁工业和有色金属的发展 铸铁——用来制作农具、兵器 等。瓦特发明蒸气机以后，实现工 业化生产。 炼钢技术是在蒸气机出现、能 够提供强大的鼓风和动力以后才发 展起来的。 目前我国的钢产量已跃居世界 首位。 五、非金属材料的发展 丝绸是一种天然高分子材料。 有机合成材料每年以14％的速度增长，而金属材 料的年增长率仅为4％。 陶瓷材料在冶金、建筑、化工以及尖端技术领 域，已成为耐高温、耐腐蚀和各种功能材料的主要材 料。 六、复合材料及新材料技术的发展 传统的单一材料已不能满足使用要求，复合材料 和新材料的研究和应用引起了人们的重视。 新材料 是指那些对现代科学技术的进步和国民 经济的发展有重大推动作用的材料，这些材料具有传 统材料所没有的或无法比拟的优异性能，它的出现将 极大地促进生产力的提高，推动社会飞速发展。 第二节 材料应用现状与 新材料的发展趋势 一、材料应用的现状 目前，用量最大的材料是钢铁材料和铝合金、铜合金、钛 合金及镍合金等有色金属。 工程塑料常用于计算机外壳、接线板、控制按钮、窗玻 璃、容器等。 传统陶瓷主要用于建筑行业，而先进陶瓷材料则在高新技 术领域得到应用。 复合材料尤其是金属基复合材料在航空航天部门得到了广 泛应用。 二、新材料的发展趋势 新材料的研制与开发应用和一个国家的工业实 力及经济、军事力量的增长都有十分密切的关系。 1.先进复合材料 金属基复合材料是当前先进复合材料研究中引人 注目的重点领域之一。如碳纤维增强铝，粉末颗粒增强 铝、硼纤维增强铝等。 陶瓷复合材料尚处于研究试制开发阶段，研究的 品种包括陶瓷纤维增强陶瓷和玻璃材料、金属纤维增强 陶瓷和玻璃材料、晶须增强陶瓷和玻璃材料等。 2.光电子信息材料 基本材料的研究（如超高纯玻璃、新型 半导体材料、先进薄膜材料等）。 3.低维材料 所谓低维材料就是指超微粒子（零维）、纤维（一维）和薄膜 （二维）材料，这是近年来发展最快的材料领域。 通过溶胶—凝胶法、多相沉积或激光等方法，可以制备出亚微 米级的陶瓷或金属粉末，其大小只有几个原子到几百个原子，一般 称为纳米级超细微粉。纳米级金属颗粒是电的绝缘体及吸光的黑 体；以纳米颗粒制成的陶瓷具有较高的韧性和超塑性；纳米级金属 铝的硬度是块状铝的8倍等。 一维纤维中最重要的是光导纤维，可用于通信工程材 料。光导纤维的特点是其信息传输量远比用铜、铅的同轴电缆 大，而且光纤有很强的必威体育官网网址性。 二维材料（薄膜）的发展也很快，特别是电子技术的发 展，需要各种类型的薄膜材料，当前发展最快的是金刚石薄 膜、高温超导薄膜和半导体薄膜等。 4.新型金属材料 高性能金属新材料近期发展方向，主要是通过新技 术、新工艺，提高合金化程度或改变组织，从而大幅度 提高材料的性能，开发出新的品种。例如，可以通过对 合金成分的合理设计及微量元素的控制，研制出了高比 强度与高比模量的AL—Li合金；通过快速冷却（104K/s ～105K/s）可使某些合金成为非晶态，或可以得到微 晶，提高合金化程度，从而使合金得到强化。 5.高性能塑料 新型的高性能高分子材料，强度可比金属更高， 且更耐腐蚀，生产过程耗能低，成