中国矿业大学材料科学基础绪论

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1、2021/9/21材料科学基础Ⅰ张亚非83884742zyafei11@126.com2021/9/21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2021/9/210.1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2021/9/21基础材料无机非金属（玻璃、陶瓷）氧化物及硅酸盐等金属（各种金属及合金）

2、矿石高分子（塑料、纤维、橡胶）石油、天燃气等复合材料：由上述三种基础材料合理组合而成。分类2021/9/21材料的特性性能—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2021/9/21功能材料举例材料信号转换应用液晶热或电颜色测温、液晶显示热电温度热电势或电流热电偶（阻）光电光照电势或电流光电管石英振子电流固定频率的振荡石英钟2021/9/21按用

3、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。材料是制造业的基础，在工业链中处于上游产业。2021/9/210.2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。2021/9/21金属材料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

4、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。制备工艺性能2021/9/2119世纪以后，反射式金相显微镜的诞生，矿物学家索拜拍下了第一张钢的显微组织照片，随后各种金属材料的显微组织得以一一显示。从此人们开始对材料的微观及宏观组织，加工制造工艺与性能之间的关系进行归纳总结，于是诞生了“金相学”。亚共析钢组织金相图工艺性能组织2021/9/21金相学的诞生，使人们从中得到了不少好处，

5、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。2021/9/21随着现代科学技术和工业生产的迅速发展，学科间相互渗透：从热力学、金属物理、弹塑性理论等学科中吸取了必要的理论基础。使人们对金属材料的化学成分、加工过程与组织结构和性能之间的关系有了深入的了解，形成了完整的学科体系。此时“金相学”远远不能囊括本学科的研究内容，于是诞生了——“金

6、属学”。制备加工性能成分组织结构2021/9/21无机非金属材料经历了长期沉寂的古老材料。直到20世纪后期，随着无机化学蓬勃发展，“陶瓷工学”、“陶瓷化学”应运而生。尤其在近几十年取得了惊人的发展。现代陶瓷的概念已远远超出了传统陶与瓷的范畴。它主要采用人工精制的高纯超细无机粉末为原料，通过精确的化学计量来配制高性能的硅酸盐、氧化物、碳化物和氮化物等新型陶瓷材料。2021/9/21它以其卓越的性能（功能）、繁多的品种、强大的功能和广泛的用途进入国民经济的各个领域，尤其在电子技术、核技术和空间技术中占有十分重要，甚至是核心的不可替代的地位。根据日本通产省和美国商务部对新材料需求的预测，在

7、近几十年内，无机非金属材料的增长率将是最快的，“被誉为二十一世纪的材料”。2021/9/21高分子材料——年轻的新型材料在有机化学的基础上，“高分子化学”、“高分子物理”脱颖而出。经历了以下标志性的里程碑式的发展：尼龙66、聚脂、丙烯酸类三大合成纤维问世。一扫人们认为高聚物等于粗劣代用品的坏印象。齐格勒—纳塔催化剂发明。确立了人工控制“立构规整性”及“分子量分布”的合成方法。2021/9/21差示扫描量热法DSC和差热分析DTA的发展。大幅提高了高分子检测