无机材料科学基础 第1章 绪论ppt课件.ppt

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1、第一章绪论ChapterIAnOverview1.1引言(Introduction)什么是材料?材料与人类文明什么是材料科学？材料科学的形成材料科学与材料工程的关系什么是材料?世界万物，凡于我有用者，皆谓之材料。材料是具有一定性能，可以用来制作器件、构件、工具、装置等物品的物质。材料存在于我们的周围，与我们的生活、我们的生命息息相关。材料是人类文明、社会进步、科技发展的物质基础。材料与人类文明材料是人类文明、社会进步、科学技术发展的物质基础和技术先导。在历史上，人们将石器、青铜器、铁器等当时的主导材料作为时代的标志，称其为石器

2、时代、青铜器时代和铁器时代。在近代，材料的种类及其繁多，各种新材料不断涌现，很难用一种材料来代表当今时代的特征。第一次产业革命的突破口是推广应用蒸汽机，但只有在开发了铁和铜等新材料以后，蒸汽机才得以使用并逐步推广。第二次产业革命一直延续到20世纪中叶，以石油开发和新能源广泛使用为突破口，大力发展飞机、汽车和其他工业，支持这个时期产业革命的仍然是新材料开发。如合金钢、铝合金以及各种非金属材料的发展。材料是当代文明的三大支柱之一材料、能源、信息是当代社会文明和国民经济的三大支柱，是人类社会进步和科学技术发展的物质基础和技术先导。材

3、料是全球新技术革命的四大标志之一（新材料技术、新能源技术、信息技术、生物技术）。什么是材料科学？材料科学是自然科学的一个分支。材料科学是一门以固体材料为研究对象，以固体物理、热力学、动力学、量子力学、冶金、化工为理论基础的边缘交叉基础应用学科，它运用电子显微镜、X-射线衍射、热谱、电子离子探针等各种精密仪器和技术，探讨材料的组成、结构、制备工艺和加工使用过程与其机械、物理、化学性能之间的规律的一门基础应用学科，是研究材料共性的一门学科。材料科学的核问题是结构和性能的关系。材料的性能是由材料的内部结构决定的。材料的结构有三个层次

4、：即原子及电子结构；原子的空间排列；组织结构或相结构。每个层次的结构都以不同的方式决定着材料的性能。另外尺寸的影响：体材料、低维材料、0维材料。材料科学的形成材料科学的形成是科学技术发展的结果。首先，固体物理、无机化学、有机化学、物理化学等学科的发展，对物质结构和物性的深入研究，推动了对材料本质的了解；同时，冶金学、金属学、陶瓷学、高分子科学等的发展，也使对材料本身的研究大大加强，从而对材料的制备、结构和性能以及它们之间的相互关系的研究也越来越深入，为材料科学的形成打下了比较坚实的基础。其次，各材料之间的相互有机联系。另外，各

5、类材料的研究设备与生产手段由相同之处。材料科学与材料工程的关系材料工程是工程的一个领域，其目的在于经济地而又能为社会所能接受地控制材料的结构、性能和形状。材料科学的核问题是结构和性能的关系。研究“为什么”的学问。材料工程则要全面考虑材料的5个判据：经济判据、资源判据、环保判据、能源判据和质量判据。解决“怎么做”的问题的学问。材料科学的基础理论为材料工程指明方向，为更好的选择材料、使用材料、发挥现有材料的潜力、发展新材料提供了理论基础，可以节省时间、少走弯路、提高质量、降低成本和能源、减少对环境的污染。材料科学基础课程的教学内容

6、无机材料科学基础课程是无机非金属材料工程专业的重要的学科基础课之一，主要介绍无机材料科学中的共性规律，即材料的组成-形成（工艺）条件-结构-性能-材料用途之间相互关系及制约规律。内容主要包括：材料种类、晶体结构、缺陷化学、非晶体结构、材料的表面与界面、相图、扩散、相变、固相反应、烧结和材料的环境效应等基础知识。1.2组成-结构-性质-工艺过程之间的关系材料科学与工程的四个基本要素：合成与加工、组成与结构、性质、使用性能。探索这四个要素之间的关系(图1)，覆盖从基础学科到工程的全部内容。四个要素之间的密切关系确定了材料科学与工程

7、这一领域，确定了材料科学基础课程的教学线索。图1组成-结构-性质-工艺过程之间关系示意图合成与制备过程使用性能性质组成与结构（化学）（工程）（物理学）材料的性质是指材料对电、磁、光、热、机械载荷的反应，主要决定于材料的组成与结构。使用性能是材料在使用状态下表现的行为，它与材料设计、工程环境密切相关。实用性能包括可靠性、耐用性、寿命预测及延寿措施等。合成与制备过程包括传统的冶炼、铸锭、制粉、压力加工、焊接等，也包括新发展的真空溅射、气相沉积等新工艺，使人工合成材料如超晶格、薄膜材料成为可能。1.3.1材料按化学组成（或基本组成

8、）分类1.3.2根据材料的性能分类1.3.3材料按服役的领域来分类1.3.4材料按结晶状态分类1.3.5材料按材料的尺寸分类1.3材料分类（ClassesofMaterials）按物理性质可分为：导电材料、绝缘材料、半导体材料、磁性材料、透光材料、高强度材料、高温材料、超硬材