材料科学与工程发展现状与趋势

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1、万方数据．一个世纪，人类的认识向外延伸到卜—L了外层宇宙，向内深入到了物质结构的更微观层次，引发了物理学一场大革命。这场革命推动了包括化学、生命科学在内的整个自然科学和应用技术的伟大变革，为材料科学和技术进步提供了新的知识基础并注入了新的活力。材料科学与工程是物理学、化学等基础科学与工程科学融合的产物，它的根本任务是揭示材料组分、结构与性质的内在关系，设计、合成并制备出具有优良使用性能的材料。在步入21世纪的时候，回顾一下材料学与工程的主要进展，估计未来的可能发展趋势，是非常必要和很有意义的。一、传统材料的发

2、展现状和地位传统材料是生产工艺已经成熟而又大规模工业化生产的一类材料，如钢铁、铜、铝、橡胶、塑料、玻璃和水泥等金属、高分子和非金属无机化合物，这类材料量大面广，占材料生产总量的90％以上。在世界范围内，上个世纪末20～30年间传统材料的产量、生产技术水平和质量，超过以前数百年，成为人类经济生活的支柱。金属材料现在一年的产量，超过了上一世纪60年代累计的总和。我国是世界传统材料的生产大国，建国以来，特别是改革开放以来，发展迅速。1996年，钢铁产量分别达到了1亿吨，水泥4．9亿吨，玻璃1．6亿箱，列居世界第一位

3、：有色金属523万吨列世界第二位。但资源和能源消耗远高于世界平均水平，分别为世界水平的近3倍和7倍。以有色金属为例，每生产500万吨有色金属就造成以尾矿和废渣为主的工业固体物超过了6000万吨，约10亿立方米。产品的质量和规格不全，缺乏精品，例如钢和水泥的产量虽然在世界排·i誓-scIE阿兀c＆rIEcHNIcALINFoRMATIoN科技信息2000．5．材料科学发．晨j鲤二、新材料及其发展趋势新材料又称先进材料。它不以生产规模，而以优异性能、高质量、高稳定性取胜的高知识、高技术密集形为特点。新材料有结构材

4、料和功能材料之分，前者主要利用它的力学性能，而后者以应用其各种物理、化学效应为主。金属材料金属材料，特别是钢、铜、铝等，仍是21世纪的主要结构材料和电能传输材料。金属材料已有成熟的生产工艺，相当多的配套设施和工业规模生产，价格低廉、性能可靠，已成为涉万方数据2000．5．科技信息与工程及面广、市场需求大的基础材料。金属材料虽然今后会部分被高分子材料、陶瓷材料及复合材料所代替，由于它有比高分子材料高得多的弹性模量，比陶瓷高得多的韧性和良好的导电性能，在相当长的时期内改变不了它在材料中的主导地位，即使在高技术产业

5、中也不例外。金属材料的发展趋势是：随着航天航空和其它尖端技术的飞跃的发展，在改善和提升传统材料品质的同时，金属功能材料、非平衡态金属，特别是高比强、高模量、耐高温、抗氧化，抗腐蚀、耐磨损合金和金属基复合材料会有快速的发展，如金属超导材料、钛及其合金、铝基增强复合材料，金属间化合物、形．状记忆合金和纳米晶块体材料等。先进陶瓷材料陶瓷是人类最早使用的人造材料，质地坚硬、耐磨损、抗腐蚀、膨胀系数低，可经受1400一1600℃的高温，比金属间化合物有更高的比强度和比刚度，是很好的高温结构材料；部分陶瓷还具有压电、铁电

6、，半导体、湿敏和气敏等特殊功能，广泛用于电子、计算机、激光、核反应、宇航等现代尖端科学技术领域。近20年来，通过多种增韧手段和原始粉末超细化、纳米化，在消除陶瓷本征脆性的研究方面取得了重大突破；传统的落后制备成型工艺已逐渐被先进的注射成型技术、高温热等静压和微波烧结等技术所替代；在反应动力学、表面特征、相平衡、烧结机理等基础研究方面也取得了相当的进展。主要趋势是根据使用性能要求对陶瓷结构作一定程度的剪裁和设计，实现陶瓷结构纳米化和组分的复相结构，包括纤维或晶须增韧和有机／无机复合等。高分子材料高分子材料是指分

7、子量从几百到几万，由可加聚或缩聚链条状官能团构成的有机化合物。上世纪90年代，世界的高分子材料年产量超过1亿吨，其中塑料8000一9000万吨，合成橡胶700．800万吨，合成纤维1000万吨；仅塑料的产量以体积计算就相当于5。6亿吨钢的体积，是发展最为迅速的材料之一。这些材料品种繁多，并且正以每年10％的速率递增。高分子材料80％以上作为包装、建筑、交通运输和纺织行业的结构材料和原料：功能高分子材料所占比例相对较低，主要有离子交换树脂、催化剂、固化酶，用于印刷、电子工业、集成电路、微细加工的感光树脂，用于薄

8、膜电磁、静电复印及全息记录的电功能离子材料和生物功能材料等。高分子合成理论与技术对于高分子材料的制取、改性、设计越来越重要，对发展高分子新材料有着不可忽视的开拓作用。接枝共聚、共混、缩合聚合、开环聚合和缩合，是合成高分子材料的主要手段。发展先进的树脂基、有机／无机和异质材料连接技术，研究高分子材料的老化、降鳃机制和控制技术，制备综合性能更好的新材料，是高分子材料发展的主要趋势。光电信息功能材料信息材