现代材料科学简化

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1、现代材料科学第1章材料的发展史第2章材料的分类第3章材料科学的共性第4章材料科学研究的基本方法第5章材料科学发展重点与趋势第6章：磁性材料第7章：半导体材料第8章信息功能材料第9章光学材料第10章新型结构材料第11章兵器材料第12章纳米材料133第1章：材料的发展材料是指具有指定工作条件下使用要求的形态和物理状态的物质。物质是指在人类生活环境内所能获取的单元素的单质或多元素的化合物，物质是制备材料的原料。有的物质本身就是一种材料，如天然材料，但大多数的物质不是材料，需要通过一定的工艺过程才能转化为材料。可见，材料是物质，但不是所有的物质都是材料。例如用铁矿石和焦碳可以炼成钢铁，铁矿石和焦碳

2、是原料，而钢铁是材料，可以用于制成各种机械、汽车、飞机等。材料可由一种物质或若干种物质构成，同一种物质，由于制备或加工方法不同，可成为用途不同——不同类型的材料，例如以Al2O3为原料，将其制为单晶就成为宝石和激光材料；制成多晶体就成为集成电路用的放电基板材料、高温电炉用的炉管或切削工具；制成多孔晶体，则可用作催化剂或载体特定材料。1.材料是人类生活和生产的物质基础，是人类认识自然和改造自然的工具。材料是人类进化的重要标志之一。当前，材料、能源、信息是客观世界的三大要素，是构成现代文明的三大支柱。材料发展推动社会前进，反过来社会的需要也是材料发展的巨大推动力。1.1材料发展古代史考古学的角

3、度，人类的文明史被划分为旧石器时代、新石器时代（陶瓷时代）、青铜器时代、铁器时代等四个时代。1.2材料发展近代史20世纪70年代，第四次技术革命以计算机、特别是微电子技术、生物工程技术和空间技术为主要标志，促进了新型金属材料、无机非金属材料、高分子材料、和复合材料的发展。⑴金属材料⑵无机非金属材料⑶高分子材料⑷复合材料1.3当代材料发展和展望133随着科学技术的发展，越来越多单一材料难以适应各种场合，而且发现很多材料，如竹子、木材、牙齿、骨骼都是复合材料。20世纪50年代，金属陶瓷的出现标志着复合材料时代到来，随后又出现玻璃钢、铝塑薄膜，梯度功能材料等。自然界大多数材料不仅是复合材料，而且

4、表现出具有自适应、自诊断和自修复功能，就像所有的植物或动物在受到绝对破坏的情况下，进行自诊断和自修复一样，可以具有类似于生物体的反应机能，既有感知，又有驱动的功能。目前许多功能材料都只是智能材料的雏形，处于智能材料初级阶段，仅可称为机敏材料，这类材料仅具有一定的感知和驱动功能，如形状记忆合金、感温磁钢、光致变色玻璃、热致变色玻璃、智能混凝土等。尽管近年来智能材料研究取得重大进展，但离理想智能材料目标还相距甚远。到20世纪50年代，以钢铁为代表的金属材料仍占统治地位。随着无机非金属材料（尤其是特种陶瓷）、高分子材料及先进复合材料的出现，特别是高分子材料的飞速发展，使金属材料的重要性、地位逐步

5、下降，金属材料的统治地位受到了挑战。当今乃至下个世纪，将是多种材料并存的时代，已经不能由哪一种材料或哪一类材料占据主要地位，四类材料的重要性已经各具特色。从资源情况来看，陶瓷原料（硅、氮、碳）取之不尽、用之不竭，高分子材料有再生的优势；金属矿产资源虽有几百年的寿命，但如果考虑海洋及地壳更深处的资源，也可以说是无限的，这为多种材料并存提供了充足的物质条件。133第2章：材料的分类1.根据物理化学属性分类根据材料的化学组成可以将材料分为金属材料、无机非金属材料、高分子材料、和复合材料四大类。表2.1材料按物理化学属性分类的性能对比材料种类化学组成结合键主要特征金属材料金属元素金属键有光泽、塑性

6、、较高强度、刚度、导电导热无机非金属材料氧、硅或其他金属的化合物、炭化物、氮化物离子键共价键耐高温、耐蚀，具有转变物理性能，脆性高分子材料碳、氢、氧、氮、氟共价键分子键轻，比强度高，耐磨、耐蚀，易老化，刚度小复合材料两种或两种以上不同材料组合而成比强度、比模量高、功能复合①金属材料。金属材料是以过渡金属为基础的纯金属和含有金属、半金属或非金属的合金。金属材料可分为黑色金属和有色金属两大类，黑色金属包括铁、锰、铬及其合金。以钢铁应用最为广泛。钢铁是含碳的铁基合金，根据碳的质量分数不同分为熟铁、生铁和钢。碳含量小于0.04%为熟铁，具有较高的韧性和塑性；高于2%为生铁，又称铸铁，硬而脆，可通过

7、铸造成型；在0.04%~0.2%之间的为钢，即具有一定韧性、塑性，又具有较高的强度和硬度。根据是否含有合金元素，钢又分为碳素钢和合金钢。有色金属包括重金属（如铅、铜、锌、镍等）、轻金属（如铝、镁、钙等）、贵金属（如金、银、铂等）、稀有金属（如钨、钼、铬、铷等）和稀土金属（如铷、钪、钇等）。应用最广泛的有色金属及其合金为铝、镁、钙、锌等。②133无机非金属材料。主要包括由几种金属元素与非金属元素组成的氧化物、炭化物、氮化物