材料科学与工程学导论6
材料科学与工程导论
材料科学与工程导论
材料科学与工程是一门研究材料的性能、结构、制备和应用的学科，它涉及到各种材料，包括金属、陶瓷、高分子材料和复合材料等。
材料科学与工程的发展对于现代工业、能源、医疗、环境等领域都具有重要意义。
首先，材料科学与工程的研究对象是各种材料的性能和结构。
通过对材料的组成、微观结构和宏观性能进行研究，可以揭示材料的内在规律，为材料的设计、制备和应用提供科学依据。
其次，材料科学与工程的研究内容包括材料的制备和加工技术。
材料的制备和加工技术直接影响到材料的性能和应用范围，因此对于材料的制备和加工技术的研究具有重要意义。
另外，材料科学与工程还涉及到材料的应用和性能调控。
通过对材料的应用和性能进行研究，可以开发出具有特定功能和性能的材料，满足不同领域的需求。
总的来说，材料科学与工程是一门重要的交叉学科，它涉及到多个领域，对于现代社会的发展具有重要意义。
随着科学技术的不断发展，材料科学与工程也在不断取得新的进展，为人类社会的发展做出了重要贡献。
在材料科学与工程领域，我们需要不断深化对材料的认识，推动材料科学与工程的发展，为人类社会的可持续发展做出更大的贡献。
希望通过我们的努力，能够推动材料科学与工程领域的发展，为人类社会的进步做出更大的贡献。
“材料科学与工程导论”——课程教学大纲
“材料科学与工程导论”——课程教学大纲课程名称：材料科学与工程导论
课程学分：3学分
课程类型：必修课
先修课程：无
一、课程目标
本课程旨在向学生介绍材料科学与工程的基本概念和原理，培养学生
对材料研究的兴趣和基本研究能力，为学生今后深入学习和开展相关研究
奠定坚实的基础。
二、教学内容
1.材料科学与工程的基本概念和发展历史
2.材料的分类和特性
3.材料结构与性能关系
4.材料的制备与加工技术
5.材料测试与表征方法
6.材料应用与发展前景
三、教学方法
本课程采用理论授课、实验操作、案例分析等教学方法相结合。
在课
堂上，教师将讲解材料科学与工程的基本概念和原理，引导学生进行讨论
和思考，并通过实验操作和案例分析培养学生的实践能力和问题解决能力。
四、教学评估与考核
1.平时成绩占总评成绩的30%，包括课堂表现、作业完成情况等。
2.期中考试占总评成绩的30%，考查学生对课程内容的理解和应用能力。
3.期末考试占总评成绩的40%，考查学生对整个课程的掌握程度。
五、教材与参考书目
教材：。
材料科学与工程专业(高分子及复合材料方向)
材料科学与工程学院简介西南科技大学材料科学与工程学院以建筑材料为特色，开展无机非金属材料、高分子及复合材料、金属材料、功能材料、材料物理、化学、化学工程与技术等方面的教学和科研工作，是四川省材料学科本科人才培养基地。
学院现有材料科学与工程（下设无机非金属材料、高分子及复合材料和金属材料三个专业方向）、材料物理和应用化学三个重点批次招生本科专业及功能材料本科专业，均具有推荐优秀应届本科毕业生免试攻读硕士学位研究生资格。
材料科学与工程专业为国家特色专业建设点，无机非金属材料工程和应用化学为四川省特色专业，材料科学与工程和材料物理专业为学校首批品牌专业。
学院拥有材料科学与工程博士点授权学科建设点，材料科学与工程（一级学科）、化学（一级学科）、化学工程与技术（一级学科）、材料学、材料加工工程、材料物理与化学、功能材料、纳米材料与技术、应用化学、分析化学、无机化学、有机化学、高分子化学与物理、化学工程、生物化工等15个硕士学位授权点，材料工程、化学工程2个工程硕士授权领域。
材料学、材料物理与化学为四川省重点学科，应用化学为校级重点学科。
学院拥有国家绝缘材料工程技术研究中心（与四川东材科技集团股份有限公司联合）、四川省非金属复合与功能材料重点实验室－省部共建国家重点实验室培育基地（2011年设立为“四川省新增博士后创新实践基地”）、生物质材料教育部工程研究中心、四川省材料科学与工程实验教学示范中心、西南科技大学化学与工程实验教学示范中心，具有稳定的实践、实习基地39个，研究所（中心）6个，联合实验室7个。
学院现有专任教师137人，其中教授38人，副教授36人，教授、副教授占专任教师总数的54%，博士生导师3人，国家教育部教学指导委员会委员2人，享受政府特殊津贴专家4人，教育部“新世纪优秀人才”1人，四川省有突出贡献的优秀专家3人，四川省学术和技术带头人3人、四川省学术和技术带头人后备人选9人，四川省杰出青年学科带头人3人，四川省高等学校教学名师1人。
材料科学与工程导论及总结
材料科学与工程导论及总结内容：学习材料学的基本知识；主要涉及到各种材料的组成、结构、性能、应用以及它们之间的关系。
目的：材料类专业的入门课及专业基础课之一。
了解材料的基本知识，逐步扩大材料的专业知识面，培养分析和解决有关材料问题的初步能力。
1、材料的定义与分类材料是人类用来制造有用的构件、器件或物品的物质。
材料与物质的区别：①对材料而言，可采用“好”或“不好”等字眼加以评价，对物质则不能这样；②材料总是和一定的用途相的；③材料可由一种物质或若干种物质构成；④同一种物质，由于制备方法或加工方法的不同，可成为用途各异的不同类型的材料。
按化学组成和结构特点：金属材料、无机非金属材料、高分子材料、复合材料按材料性能：结构材料、功能材料按使用领域：建筑材料、电子材料、耐火材料、医用材料……2、材料的地位和作用材料是人类社会发展的基础和先导，是人类社会进步的里程碑和划时代的标志。
材料、能源、信息被称为人类社会的“三大支柱”。
纵观人类利用材料的历史，可以清楚地看到，每一种重要新材料的发现和应用，都把人类支配自然的能力提高到一个新的水平。
材料科学技术的每一次重大突破都会引起生产技术的重大变革，甚至引起一次世界性的技术革命，大大地加速社会发展的进程，从而把人类物质文明推向前进。
人类文明的发展史就是材料的发展史材料的发展史就是人类文明的发展史石器时代、青铜器时代、铁器时代、• • •、半导体时代新材料是高技术发展的基础，是工业革命和产业发展的先导3、材料的性质材料性质：是材料的功能特性和效应的描述，是材料对电.磁.光.热.机械载荷的反应。
材料性质描述：力学性质：强度、硬度、刚度、塑性、韧性材料在力的作用下所表现出的特性即为材料的力学性质。
（1）弹性模量弹性模量是指材料在弹性极限范围内，应力与应变（即与应力相对应的单位变形量）的比值，用E表示，即：（2）强度在外力作用下，材料抵抗变形和断裂的能力称为强度。
(有多种强度类型）材料在外力作用下发生塑性变形的最小应力叫屈服强度，用σs表示。
材料学考研科目
材料学考研科目
1、材料科学与工程：材料科学与工程导论，材料结构与性能、材料的制备、复合材料、多相材料、新材料的设计与发展、材料加工、表面改性、新材料的应用等。
2、金属材料：金属材料学、金属组织结构及形成、金属的物理性能、金属的力学性能、金属的热学性能、金属的电学性能、金属的机械加工及表面改性、新型金属材料、新型金属加工工艺等。
3、非金属材料：无机非金属材料学、无机非金属组织结构及形成、无机非金属的物理性能、无机非金属的力学性能、无机非金属的热学性能、无机非金属的电学性能、无机非金属的机械加工及表面改性、新型无机非金属材料、新型无机非金属加工工艺等。
4、复合材料：复合材料学、复合材料组织结构及形成、复合材料的物理性能、复合材料的力学性能、复合材料的热学性能、复合材料的电学性能、复合材料的机械加工及表面改性、新型复合材料、新型复合材料加工工艺等。
5、材料化学：材料化学基础、材料化学中的物理化学、材料化学中的无机化学、材料化学中的有机化学、新材料的化学制备、新材料的化学性能等。
6、材料测试：材料测试技术、晶体结构与测试技术、力学性能测试技术、热学性能测试技术、电学性能测试技术、材料表面质量测试技术、材料加工测试及性能评价等。
- 1 -。
材料导论中英文讲稿 (61)
Video 1—Why study the course?Hello and welcome to “Introduction to Materials”. Strictly speaking, the name of this course should be an Introduction to Materials Science and Engineering. In this course, we are going to talk about fundamental knowledge related to materials science and engineering. 本课程是介绍材料科学与工程基础知识的入门课程，用中英双语来讲授。
旨在培养学生构建完整的材料加工-结构-性能-应用的材料知识体系和思维模式，实现材料学科知识与专业英语应用能力的同步提升。
译文：大家好！欢迎学习《材料导论》课程。
严格地讲，《材料导论》这门课程应该称为《材料科学与工程导论》。
本课程将介绍材料科学与工程的基础知识。
I am Zhao jing, joining me in teaching this course are our teaching team. We all come from Beijing University of Chemical Technology.译文：我叫赵静，我们是来自北京化工大学的一个教学团队，将负责讲授这门课程。
Before you choose any MOOC to start learning it, you probably need to convince yourself by finding the answers to thefollowing questions.1.Why should I learn this course?2.Am I suitable to learn this course?3.Who are going to teach this course?4.When and where can I learn this course?译文：在您选择任何一门慕课开始学习之前，您自己需要想通以下几个问题：1.我为什么要学习这门课程？2.这门课程适合我学吗？3.谁来讲授这门课程？4.我什么时间学和在哪里学习这门课程？I’d like to answer these questions one by one for you in today’s video of the brief introduction to Materials. The main focus of this video will be on why we should learn something about materials.译文：在今天这个《材料导论》课程的开篇视频里，我将逐一回答您这几个问题，并重点讲一讲为什么我们要学习材料相关知识。
材料科学与工程导论PPT课件
太空行走
可编辑课件PP火T 星探测
太空攻19 防
世界前沿科技领域的发展动向
航空技术发展面临历史性机遇，应用前景广阔
高超声速导弹、飞机有望在2020年左右进入实际应用 高效、环保发动机的研制倍受关注 智能结构技术开始得到应用，如智能蒙皮、变形飞机等 无人驾驶飞机称为研究热点
航空发动机 可编辑课件PPT
卫星
经济和社会发展对材料科技的重大需求
信息
基础及支柱产业的发展
机械计算机 电子计算机 晶体管计算机 当代计算机
电子管
晶体管 计算机的发展
集成电路
可编电辑课话件PP的T 演变历史
9
经济和社会发展对材料科技的重大需求
能源
基础及支柱产业的发展
铅酸电池 镍镉电池 镍氢电池
锂
电 池
锂离子电池 燃料电池 太阳能电池
可编辑课件PPT
3
经济和社会发展对材料科技的重大需求
基础及支柱产业的发展
材料 科技
重大 前沿科技的发展 需求 生活质量的提高
外 力
材料科学自身的发展
可编辑课件PPT
4
经济和社会发展对材料科技的重大需求
制备
工业原料
制备
开采
原材料
矿产
再生循环
工程材料 分类/再制造
产品设计 制造装配
废料
农业、建筑、环境
无人机20
世界前沿科技领域的发展动向
能源技术将变革未来社会的动力基础，促进人类实 现可持续发展
煤炭的高效清洁利用成为化石能源技术研发热点 核能技术酝酿新的突破 氢能技术研发和商业应用加速 新能源和可再生能源技术展现良好前景
核电站
可编辑课件PP燃T 料电池车
811材料科学与工程基础参考书目
811材料科学与工程基础参考书目一、基础概念与原理1. 《材料科学与工程导论》（William D. Callister Jr.著）这本书从材料科学和工程的基本概念出发，介绍了材料的结构、性能和加工等方面的知识，适合初学者入门。
2. 《材料科学基础》（王道生著）本书围绕材料的基本概念和原理展开，涵盖了材料的分类、结构与性能关系、材料加工与表征等内容，是理解材料科学基础的重要工具书。
3. 《材料表征技术》（刘克理、韩威著）这本书介绍了材料表征的基本概念、原理和常用技术，包括电子显微镜、X射线衍射、质谱分析等，对于学习材料科学的同学来说是一本不可多得的参考书。
二、常用材料与性能4. 《工程材料科学》（Roger T. Howe、George F. Weston著）本书以工程材料为主线，介绍了金属、陶瓷、聚合物等各种常见材料的性能、加工和应用，适合对工程材料感兴趣的读者。
5. 《材料性能及其测试》（叶亦志、张培藩著）这本书主要介绍了材料性能测试的基本原理和方法，包括拉伸、硬度、疲劳等性能测试，对于材料性能研究和测试技术的学习有很大帮助。
三、材料加工与设计6. 《现代材料加工工程》（刘正宁、张国君著）本书详细介绍了现代材料加工的基本原理和常用技术，包括铸造、焊接、切削等，对于了解材料加工工程的同学来说是一本不可或缺的参考书。
7. 《材料的选择与设计》（Michael F. Ashby、David R.H. Jones著）这本书从材料选择的角度出发，介绍了材料的选型方法、设计原则和案例分析，是一本极具实用价值的参考书。
四、新兴材料与应用8. 《功能性材料科学与工程》（许再寿、张志友著）本书介绍了新兴功能材料的研究进展和应用前景，包括智能材料、功能陶瓷、生物材料等，对于了解和研究新兴材料的同学来说具有很高的参考价值。
9. 《纳米材料科学与技术》（刘振江、陈爱兰著）这本书系统介绍了纳米材料的基本概念、制备技术及其在能源、电子、生物等领域的应用，对于了解纳米材料研究和应用的同学来说是一本极具参考价值的书目。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
聚丙烯腈、聚丙烯等 合成纤维、天然纤维、人造纤维比例为2 ׃
3׃1
工程塑料
性能：坚硬、韧性、耐磨、耐热水及蒸 气，加工时尺寸稳定性好、化学稳定性 好。
主要有：尼龙（聚酰胺）、聚碳酸酯 （PC）、聚苯醚（PPO）、聚甲醛 （POM）、饱和聚酯（PET、PBT）等
│
│
│
H
H
涤纶
主链除C原子外还有其它原子如O、N 、S等，并以共价 键联接，缩聚反应而得，如聚对苯二甲酸乙二脂（涤 纶）聚酯聚胺、聚甲醛、聚苯醚、聚酚等
3. 元素有机高分子
CH3
│
Si ─ O
│
CH3
硅橡胶
主链中不含C原子，而由Si、 B 、P 、Al、 Ti 、As 等元素与O组成，其侧链为有机基团；
0%）
材料应力—应变曲线
应力
纤维 硬塑料
软塑料 橡胶
应变
按结构单元的化学组成分类
1. 碳链高分子
H
H
聚乙烯
主链以C原子间共价键相联结 加聚反应制得
如 聚乙烯，聚氯乙烯，聚丙烯，聚甲基丙稀酸甲 酯，聚丙烯
2. 杂链高分子
O C─
O
H
H
│
│
─C─O─C ─C ─O
表 三大高分子材料的比较
纤维
塑料
橡胶
分子量 加工方法
一般 1~7 万 熔融纺丝
一般 6~30 万 一般 15~30 万
挤出、注塑、 硫化交联
吹塑成型等
机械性能
高强度
介于两者之
（>35000N/cm2）
间
高模量
(>35000N/cm2)低
伸长率（<5~50%）
初始模量 很低，高弹
性形变 （500-100
创立高分子化学的施陶丁格 Hermann Staudinger 1881一1965
The Nobel Prize in Chemistry 1953
“for his discoveries in the field of macromolecular chemistry”
2000年化学奖授予了黑格(A. J. Heeger，美国)、 马克迪尔米德(A. G. MacDiarmid，美国)和白 川英树(H. ShiraKawa，日本) 三人，他们发现 了导电聚合物。
高分子材料形成过程
简单流程如下：
石油、天然气、煤炭等 裂解 单体
聚合
加工
高分子聚合物
高分子材料
热塑性与热固性
热塑性塑料：受热后软化，冷却后又变硬，可重复
循环。
热固性塑料：由单体直接形成网状聚合物或通过交
联线型预聚体而形成，一旦形成交联聚合物，受热后 不能再回到可塑状态。制品不溶不熔。
优点：质轻、电绝缘、耐化学腐蚀、容易成形 加工等；
分子间力很大，没有沸点，加热到 2000C~3000C以上，材料破坏（降解或 交联）。
高分子材料分类
按材料来源分类
天然高分子
合成高分子
按材料性能和用途分类
塑料
橡胶
（称为三大合成材料）
纤维
涂料
粘合剂
功能高分子
通用高分子材料
塑料、橡胶、纤维，称为三大合成材料
全世界产量1亿多吨 塑料主要品种有：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙
粘流态
由于链段的剧烈运动，整个大分子链重心发生相对 位移，产生不可逆位移即粘性流动。
交联聚合物无粘流态存在
玻璃化转变
聚合物的玻璃化转变是指从玻璃态到高弹态之 间的转变。从分子运动的角度看，玻璃化温度 Tg是大分子链段开始运动的温度。
玻璃化转变是一个松弛过程。 在时间尺度不变时，凡是加速链段运动速度的
因素，如大分子链柔性的增大、分子间作用力 减小等结构因素，都使Tg下降。
高分子材料发展简史
天然高分子的利用 天然高分子改性
天然橡胶硫化（1839年） 硝化纤维赛璐珞（1868年） 粘胶纤维（1893~1898年）
合成高分子
20世纪初，出现了酚醛树脂 1920年，Staudinger提出高分子概念 30年代、40年代，飞速发展 70年代，特种性能的高分子
兼有无机高分子和有机高分子的特性，既有很高耐热 和耐寒性，又具有较高弹性和可塑性，如硅橡胶。
4. 无机高分子
S
S
S
\
/
\
/
Si
Si
/
\
/
\
S
S
S
Cl
Cl
│
│
P N─ P N
│
│
Cl
Cl
二硫化硅
聚二氯一氮化磷
主链既不含C原子，也不含有机基团，而完全由其它元 素所组成，这类元素的成链能力较弱，故聚合物分子 量不高，并易水解。
聚合物分子运动具有明显的松弛特性。
具有时间依赖性的过程称为松弛过程。 分子运动是一个速度过程，要达到一定的运动状态，
提高温度和延长时间具有相同的效果，这称为时温等效原理，或时-温转化效应。
力学状态
玻璃态
链段运动处于“冻结”状态，模量高形变小。具有 虎克弹性行为，质硬而脆。
高弹态
链段运动已充分发展。在较小应力下，即可迅速发 生很大的形变，除去外力后，形变可迅速恢复。
高比强度的降洛伞绳索
防弹衣
什么是高分子？
高分子的含义
分子量很大（104~107，甚至更大）。 分子似“一条链”，由许多相同的结构单元
组成。 以共价键的形式重复连接而成。
与小分子比较
分子量不确定，只有一定的范围，是分 子量不等的同系物的混合物；
没有固定熔点，只有一段宽的温度范围；
材料科学与工程导论
——高分子材料科学
2000年，世界合成高分子材料的年总产 量已达到2亿吨。其中塑料1.63亿吨， 合成橡胶0.11亿吨，合成纤维0.28亿吨。
高分子科学既是一门基础学科，又是一 门应用科学，主要由高分子化学、高分 子物理、高分子材料和高分子工艺四个 学科分支组成。
多种多样的高分子材料
A.J.Heeger(美国) A.G.Macdiarmid H.ShiraKawa
(美国)
(日本)
几种典型的高分子材料
缺点：力学性能比金属材料差，表面硬度低， 大多数品种易燃，耐热性差。
图 热塑性a、b和热固性c聚合物的形态特征
在室温下，为什么有些高分子材 料柔软而另外一些刚硬？
聚合物分子运动特点
聚合物分子运动具有多重性。
运动单元：侧基、支链、链节、链段及整个大分子 等。
运动方式：键长、键角的振动或扭曲；侧基、支链 或链节的摇摆、旋转；分子内旋转及整个大分子的 重心位移等。