1-绪论材料结构与性能

材料结构与性能化学与分子工程学院韩霞韩霞Webpage:=site/master_detial/id/3Email:[e-mail]徐汇校区实验十六楼1118室64251942,8321861052什么是材料？材料是可以用来制造有用的构件、器件或物品的物质。师昌绪主编：《材料大辞典》P.58师昌绪，新中国成立时美国明令禁止回到“红色中国”的35名中国学者之一。著名金属学及材料科学家，曾任中科院金属研究所所长、中科院技术科学部主任、国家自然科学基金委员会副主任等。1980年当选中科院院士，1994年当选中国工程院院士，1995年当选第三世界科学院院士。荣获2010年度国家最高科学技术奖。什么是材料？材料是“具有一定性能的物质,可以用来制成一些机器、器件、结构和产品”。美国科学院、美国工程院联合编写《材料：人类的需求》材料的定义可以发展为：人类社会所能够接受的经济地制造有用器件的物质新陈代谢这一生命规律在材料中也是同样存在的。事实上，每种材料都有其生命曲线出现发展成熟衰退衰退主要是由于社会发展和科学技术进步导致的。一个新材料的诞生，从实验室研制出样品到工业上的大规模实际使用，大概需要15~20年时间。所谓的“材料科学”的主要研究对象是新材料，或者是想方设法使传统材料获得新生。新材料传统材料出现发展成熟衰退材料中的“常青树”：陶瓷陶器高铝质粘土和瓷土的应用高温技术发展传统陶瓷原料纯化陶瓷工艺的发展陶瓷理论的发展性能研究的深入相邻学科的推动无损评估的成就精细陶瓷（微米级）纳米陶瓷釉的发明显微结构分析的进步2.材料的分类按材料的组成分类•金属材料–钢铁材料、非铁材料、合金•无机非金属材料–陶器、瓷器、水泥、玻璃、耐火材料、新型陶瓷•有机高分子材料–天然的、合成的•复合材料按材料内部原子排列情况分类•晶态材料•非晶态材料•液态材料•气态材料从材料尺度角度分类•三维材料–块体材料•二维材料–薄膜、涂层等(金刚石薄膜、高温超导薄膜、半导体薄膜、耐磨涂层)•一维材料–纤维、晶须等(光导纤维、高强纤维)•零维材料–粉体按材料的用途分类•结构材料–支撑件、连接件、传动件、紧固件等•功能材料–磁性材料、电子材料、信息记录材料、光学材料、敏感材料、能源材料、生物医学材料等•结构材料与功能材料的划分并不严格–生物医学材料？3.材料与化学材料科学研究的内容合成与制备SynthesisandFabrication结构Structures性能Properties效能与功能Performance材料科学的内涵●材料科学是从事对材料本质的发现、分析、认识、设计及控制方面的理论体系。其目的在于揭示材料的行为，给予材料属性的描述或建立模型，以及解释组成结构与性能间的联系。材料科学的核心●通过过程现象揭示材料组成-工艺-结构-性能的关联。结构性能组成与工艺材料科学与工程材料结构与性能材料结构●结构因素：组成基元、排列、结合类型和运动方式●结构层次：原子结构、相结构、显微组织、结构缺陷材料结构①原子结构②结合键③原子的排列方式④显微组织物理性能化学性能力学性能材料性能材料科学范畴下不同材料应用理论的交叉融合如钢热处理中的马氏体相变理论由金属学科建立，后来在无机非金属氧化锆增韧陶瓷中也发现了马氏体相变现象，并用来解释相变增韧机理。缺陷行为、平衡热力学、扩散、塑性变形和断裂机理、界面的精细结构与行为、晶体和玻璃的结构以及它们之间的关系、材料中电子的迁移与约束、原子聚集体的统计力学等概念，在各类材料中得到应用。材料测试技术及工艺技术的交叉融合材料结构与性能的表征参数相通，如显微镜、电子显微镜、表面测试及物理性能测试等。材料制备与加工中，许多工艺相通，如挤压对金属材料用于成型或冷加工硬化；对高分子材料，通过挤压成丝可使有机纤维的比强度和比刚度大幅度提高。现代材料技术从多样化、单一化走向一体化、复合化●打破了单一材料间的界限，构建复合材料，充分发挥各种材料的优越性。●应用需求牵引的推动力●多学科交叉的推动力●基础学科发展的推动力●科技与经济发展的推动力材料结构与性能是材料、物理和化学的交叉学科材料物理是利用这些学科的成果，形成了以各种材料为对象的一门独立的综合性的物理学科；晶体学揭示材料的微观组织结构；材料科学有助于材料的内在联系；量子力学、统计物理、弹性力学帮助我们理解材料中的电子、原子以及晶体缺陷的运动规律和它们的相互作用；固体物理学提供了原子键合、原子振动、电子结构、能带结构等的基础知识；热力学、物理化学、材料力学、材料物理性能可以用来阐明材料一些宏观的规律合材料特性。4.材料科学展望材料科学的重要性•材料是社会进步的物质基础与先导。•材料的不断发展与进步一直是人类社会前进的重要基础之一；•它是人类赖以生存和发展、征服自然的物质基础，•从人类的发展史看，当社会发展向材料提出更新更高的要求时，可以促进新材料的发展；而一种重要的新材料的发现与应用，能使人类支配自然的能力向前跨一大步。材料涉及的领域极为广泛，举凡国家的工农业建设和国防建设，人民生活水平的提高，无不与材料密切相关。所以材料的科学研究、新产品的开发、工业大生产与合理应用都关系到社会进步、国家安全，因此人们把材料誉为现代文明的三大支柱之一。摘自：师昌绪主编《材料大辞典》前言新材料的发展方向™结构功能的复合化™功能材料的智能化™材料与器件的集成化™制备和使用工程的绿色化5.课程安排及考核课程教材黄维刚，薛冬峰，《材料结构与性能》华东理工大学出版社，2010参考教材李宗全，陈湘明，《材料结构与性能》浙江大学出版社，2001耿桂宏，《材料物理与性能学》北京大学出版社，2010吴月华，杨杰，《材料的结构与性能》中国科技大学出版社，2001第1章材料的原子和电子结构1.2.2能带结构与物理性质1.2.3半导体材料的电子结构第3章晶体结构的缺陷3.3位错3.5晶体的界面3.6晶体缺陷与材料性能第4章钢铁材料的组织与性能4.1马氏体组织与性能4.2贝氏体组织结构与性能4.3珠光体组织与性能课程目录第5章轻合金的组织与性能5.1铝及其合金的组织与性能5.2镁及镁合金的组织结构与性能5.3钛及钛合金的结构与性能第6章磁性材料及性能6.1材料的结构与磁性6.2磁性材料第7章非晶合金材料7.1非晶合金与非晶态转变7.2非晶合金的结构特征7.3非晶合金的物理性能7.4大块非晶合金课程目录第8章结构陶瓷的结构与性能8.1原子结合键与晶体类型8.2陶瓷材料的显微组织8.3陶瓷的强度与断裂第9章超导材料9.1超导材料的基本特性9.2超导微观理论9.3超导材料的结构与性质9.4超导材料的结构性能分析方法9.5超导材料的应用第10章光学功能材料课程目录1.绪论2学时4.钢铁材料的组织与性能5学时材料的力学性能形状记忆合金5.轻合金的组织与性能5学时贮氢合金7.非晶合金材料2学时准晶8.结构陶瓷的结构与性能4学时9.超导材料4学时半导体材料x.纳米材料4学时6.磁性材料及性能3学时10.光学功能材料3学时学时、成绩等•本课程共计32学时，2学分；•本课程为考试课，必修课；•成绩包括平时考勤、作业、讨论和期末考试成绩；•考试为闭卷考试。