材料科学基础

材料能源信息现代经济三大支柱绪论☺材料的发展史，就是人类社会的发展史。☺材料的发展史，就是科学技术的发展史。材料：人类可接受、能经济地制造有用器件（或物品）的物质。一.材料石器时代（四、五十万年前）青铜器时代（BC6000-3000）铁器时代（BC1500）水泥时代（公元元年）钢时代（17-18世纪）（第一次工业革命）硅时代（20世纪中叶）（第二次工业革命）新材料时代（20世纪90年代）（第三次工业革命）材料与人类文明1.石器时代（StoneAge四、五十万年前）石斧、凿、刀、铲、箭头、纺轮、钵等西安半坡遗址2.青铜器时代（BronzeAgeBC6000-3000）铜爵（夏代）河南省偃师县二里头出土目前中国发现的最早期青铜酒器之一。司母戊鼎（商代）河南安阳殷墟出土目前最大最重的鼎，是商王祭奠其母（戊）的物器四羊方尊（商代）湖南宁乡县出土34公斤，目前出土的最大的青铜方尊剑脊含锡10%，韧而不断，剑刃含锡20%，刚而锋曾侯乙编钟（战国）湖北省随县擂鼓墩出土这套编钟包括钮钟19件，甬钟45件，拨钟1件，共65件，重2500多公斤。杜虎符（战国，秦）陕西西安北沉村出土出土最早的调兵符铜车马（战国，秦）陕西临潼秦始皇陵西侧出土1500多个部件用嵌铸、铆接、焊接、销钉等方法组合而成长信宫灯（西汉）河北满城县中山靖王墓出土环保型，蜡烛烟通过宫女手臂的虹吸装置进入体内的水中。错金银博山炉（西汉）河北满城县中山靖王墓出土3.铁器时代（IronAgeBC1500）战国凹形铁锄湖南长沙砂子塘沧州铁狮后周（953年）宽5.35米，身长6.30米，身高6.6米，体宽3米，重约40吨湖北当阳铁塔宋代（1061年），38.3吨，斜塔4.水泥时代（ChinawareAge公元元年）越窑熏炉，唐五代越窑刻划宴乐人物执壶唐五代高丽青瓷七宝透刻香炉龙泉窑青釉五管带盖瓷罐（北宋）5.钢时代（SteelAge17-18世纪）钢铁6.硅时代（SiliconAge20世纪中叶）7.新材料时代（AdvancedMaterialsAge)材料的分类●按物态划分：气态、液态和固态。●按成分划分：金属材料、无机非金属材料、高分子材料。●按材料的功能：结构材料、功能材料。●按使用领域：建筑材料、电子材料、医用材料、仪表材料、能源材料等。能源材料金属材料无机非金属材料光电材料有机高分子材料智能材料生物材料生态环境材料复合材料单晶多晶非晶准晶液晶建筑材料航空航天材料结构材料功能材料信息材料材料种类繁多传感器件半导体芯片半导体技术液晶材料光学材料金属材料磁性材料移动通讯数码拍照拍照功能显示功能金属外壳信号接受对话功能电子线路照片存储功能材料介电材料材料无处不在二十世纪中期以前，材料分属冶金、陶瓷、有机化学等各专业，但均以物理、化学为基础，如冶金方面的提取是以化学为主，但金属结构、性能及使用方面的研究以物理为主。57年10月4日和11月3日苏联发射两颗人造卫星，分别重80千克和500千克。58年1月31日美国发射“探测者1号”人造卫星仅8千克。对此美国有关部门联合向总统提出报告，认为美国在先进材料的研究方面落后于苏联是关键。58年3月18日总统通过科学顾问委员会发布“全国材料规划”，决定12所大学成立材料研究实验室。二十世纪六十年代，美国学者M.E.Fine等人首先提出了材料科学的概念。二.材料科学材料科学：以固体物理、合成化学、化学热力学与动力学等为理论基础，结合冶金、机械、陶瓷等学科，探讨材料的内在规律、制造工艺和应用的科学，是一门覆盖广而辐射面宽的多学科交叉的新兴学科。材料科学：研究材料的成分、组织结构、合成加工、性质与使用性能之间关系的科学。性能合成加工组织结构化学成分MS是一门多学科交织的前沿科，是多学科交叉与相互渗透的产物，它不但与物理学、化学及冶金学等有直接关系，也和生物学（生物材料、仿生材料）、地球科学（矿浆材料）有密切关系，特别是与工程科学有着不可分割的关系。是理论与实践相结合的产物，与固体物理和固体化学有显著区别。研究范围很宽，它涉及从微观的原子、电子缺陷规律与控制到大的器件，从基础研究到工程应用的广阔领域。材料科学所包含的内容大多有比较明确的应用背景和目标，而且随时间和地点而发生变化。材料科学的特点：结构显微组织空间结构原子结构性能简单性能力学性能化学性能物理性能复杂性能使用性能工艺性能复合性能量子力学、固体物理、无机化学、有机化学、物理化学等基础学科的发展为材料科学奠定了重要基础。基础学科发展奠定材料科学的基础现代分析技术和设备的更新，加深了对物质结构和物理化学性质的理解。冶金学、金属学、陶瓷学、高分子科学等自身的发展也使对材料的本质认识大大系统化（组成—制备—结构——性能的关系），为学科发展打下了坚实的基础。材料科学：研究材料的成分、组织结构、合成加工、性质与使用性能之间关系的科学。材料工程：是工程中的一个领域，包括材料设计、选用、制造、加工、工艺、质量控制与检测、工程应用及失效分析全过程。材料科学与工程：是关于材料成分、结构、工艺和它们性能与用途之间有关知识和应用的科学。三.材料科学与工程●材料科学具有“研究为什么”的性质。核心是建立结构－性能的关系。●材料工程具有“解决怎样做”的性质。是能为社会所接受地获得材料的结构、性能和形状。（要考虑5个判据：经济、质量、资源、环保、能源）●材料科学为材料工程提供设计依据，为更好地选择材料、使用材料、发展新材料提供理论基础。●材料工程为材料科学提供丰富的研究课题和物质基础。●材料科学和材料工程紧密联系，它们之间没有明显的界线。在解决实际问题中，不能将科学因素和工程因素独立考虑。因此，人们常将二者合称为材料科学与工程。材料科学与工程的内涵理论材料与工艺设计基本性能受环境影响（气氛温度受力状态）制备与加工效能(使用性能)组织结构成分目录绪论第一章原子结构与结合键第二章材料的结构第三章晶体结构缺陷第四章晶态固体中的扩散第五章相平衡与相图第六章材料的凝固第七章晶态固体材料中的界面第八章固态相变第九章材料的变形与再结晶第十章材料的强韧化教材徐恒钧主编，《材料科学基础》，北京工业大学出版社，2001参考书侯增寿、卢光熙，《金属学原理》，上海科学技术出版社，1990陆佩文等，《无机材料科学基础》，武汉工业大学出版社，1996张苗成，《高分子材料导论》，化学工业出版社，1993网站