材料制备与成型加工及工艺材料科学与工程基础
材料科学与工程专业知识
材料科学与工程专业知识
材料科学与工程专业知识涵盖了多个领域，主要包括：
1. 材料科学基础理论：这是材料科学与工程的核心，包括材料的结构、性质、相变和缺陷等。
2. 材料制备与加工技术：这涉及到材料的合成、加工和成型等工艺技术，是实现材料科学与工程应用的重要环节。
3. 材料性能测试与表征：这涉及到对材料的各种性能进行测试、分析和表征的方法和技术，是评估材料科学与工程产品质量的重要手段。
4. 材料应用：这涉及到材料在不同领域的应用，如航空航天、汽车、能源、电子、生物医学等。
5. 环境友好材料：这涉及到材料的可持续发展和环保，包括绿色材料、可降解材料等。
6. 新材料技术：这涉及到新型材料的研发和应用，如纳米材料、超导材料、智能材料等。
7. 计算材料学：这涉及到利用计算机模拟和计算的方法来研究材料的性质和应用。
8. 材料科学与工程的交叉学科：这涉及到材料科学与工程与其他学科的交叉，如物理学、化学、生物学等。
总之，材料科学与工程专业知识涉及的领域非常广泛，是一个综合性和应用性都非常强的学科。
材料科学与工程主要研究对象和内容
材料科学与工程主要研究对象和内容1.材料结构与性能研究：研究不同材料的晶体结构、原子排列、晶体缺陷等结构特征，并与其性能进行关联分析。
通过相关的实验和理论研究，揭示了材料结构与性能之间的内在关系，如晶体缺陷与机械性能、结晶行为与导电性能等。
这一方面的研究为材料设计、改性和应用提供了理论基础。
2.材料制备与加工研究：研究不同材料的制备方法以及加工过程对材料性能的影响。
材料的制备包括化学合成、物理沉积、机械合金化、溶胶凝胶等各种方法。
而材料的加工则包括压制、烧结、热处理、表面改性等工艺。
通过对制备和加工过程中的微观结构和宏观性能的研究，改进材料的工艺流程，提高材料的性能和制备效率，实现材料的可控制备和定向制备。
3.材料性能测试和表征研究：对材料的各种性能进行测试和表征，如力学性能（强度、硬度、韧性等）、光学性能、电磁性能、热性能、化学稳定性等。
通过实验和理论分析手段，研究材料性能的变化规律、材料性能与结构之间的关系，并为理论模型的建立和材料设计提供依据。
4.材料应用研究：将研究成果应用于实际工程问题中，开发新的材料、材料加工技术以及新型材料的应用领域。
比如研发高性能工程材料、新型能源材料、仿生材料、纳米材料等。
材料科学与工程的应用研究将科学与工程技术相结合，推动新材料的设计、合成和应用，促进技术进步和产业发展。
总的来说，材料科学与工程主要研究材料的结构、性能、制备和应用等方面的问题。
这些研究不仅局限于传统的金属、陶瓷和聚合物等材料，还涉及新型功能材料、复合材料、纳米材料等领域。
材料科学与工程的发展对促进经济技术的进步和社会发展起到了重要的作用。
材料科学与工程四要素
材料科学与工程四要素材料科学与工程是一门研究材料的性能、结构和制备工艺的学科，它是现代工程技术的重要基础。
在材料科学与工程中，有四个重要的要素，它们分别是材料的结构、性能、加工工艺和应用。
这四个要素相互联系、相互影响，构成了材料科学与工程的核心内容。
首先，材料的结构是材料科学与工程的基础。
材料的结构包括原子、晶体、晶粒、晶界、晶粒内部的位错等。
不同的材料结构决定了材料的性能，如金属材料的晶粒大小和形状决定了其力学性能，陶瓷材料的晶粒尺寸和分布决定了其导热性能等。
因此，理解和控制材料的结构对于材料的性能和加工具有重要意义。
其次，材料的性能是材料科学与工程的核心内容之一。
材料的性能包括力学性能、物理性能、化学性能、热学性能等。
不同的材料具有不同的性能，如金属材料具有良好的导电性和导热性，陶瓷材料具有良好的耐高温性和耐腐蚀性等。
因此，理解和控制材料的性能对于材料的应用具有重要意义。
再次，材料的加工工艺是材料科学与工程的重要组成部分。
材料的加工工艺包括原料的提取、材料的制备、材料的成型、材料的热处理等。
不同的加工工艺会对材料的结构和性能产生重要影响，如金属材料的热处理会改变其晶粒的尺寸和分布，陶瓷材料的成型工艺会影响其力学性能等。
因此，理解和控制材料的加工工艺对于材料的性能和应用具有重要意义。
最后，材料的应用是材料科学与工程的最终目的。
材料的应用包括材料在工程、制造、生活等方面的应用。
不同的材料具有不同的应用领域，如金属材料广泛应用于汽车、航空、建筑等领域，陶瓷材料广泛应用于电子、化工、医药等领域。
因此，理解和控制材料的应用对于推动工程技术的发展具有重要意义。
综上所述，材料科学与工程的四要素，即材料的结构、性能、加工工艺和应用，相互联系、相互影响，共同构成了材料科学与工程的核心内容。
只有深入理解和掌握这四个要素，才能推动材料科学与工程的发展，促进工程技术的进步。
本科课程《材料科学与工程基础》教学大纲 (1)
四川大学本科课程《材料科学与工程基础》教学大纲一、课程基本信息课程名称（中、英文）：《材料科学与工程基础》（FUNDAMENTALS OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING）课程号（代码）：30014530课程类别：专业基础课学时/学分：48 /3先修课程：大学化学、大学物理、物理化学适用专业：高分子材料与工程等二级学科材料类专业开课时间：大学二年级下期二、课程的目的及任务材料科学与工程是二十世纪六十年代初期创立的研究材料共性规律的一门学科，其研究内容涉及金属、无机非金属和有机高分子等材料的成分、结构、加工同材料性能及材料应用之间的相互关系。
材料科学、材料工业和高新技术的发展要求高分子材料与工程等二级学科材料类专业的学生必须同时具备“大材料”基础和“中材料”专业的宽厚知识结构。
本课程是材料类专业的学科基础课程，是联系基础课与专业课的桥梁。
本课程从材料科学与工程的“四要素”出发，采用“集成化”的模式，详细讲授金属材料、无机非金属材料、高分子材料、复合材料等各种材料的共性规律及个性特征。
使学生建立材料制备/加工——组成/结构——性能---应用关系的“大材料”整体概念，从原理上认识高分子材料等各种材料的基本属性，及其在材料领域中的地位和作用。
为以后二级学科“中材料”专业课程的学习、材料设计、以及材料的应用等奠定良好基础。
本课程采用中文教材与英文原版教材相结合，实施“双语”教学。
使学生通过本课程的学习，熟悉材料科学与工程领域的主要英文专业词汇，提高对英文教材的阅读理解能力。
三、课程的教学内容、要点及学时分配（以红字方式注明重点难点）第一章绪论（1学时）本章概要：简要介绍材料的定义及分类，材料科学与工程的基本内容。
使学生了解本课程的学习内容和学习方法。
讲授要点：材料的定义、分类材料科学与工程的定义、性质、重要性（举例）课程学习的目的、方法、要求第二章材料结构基础（15学时）本章概要：按照从微观到宏观、从内部到表面、从静态到动态、从单组分到多组分的顺序，阐述原子电子结构、原子间相互作用和结合方式，固体内部和表面原子的空间排列状态、聚集态结构的有序性、无序性和转变规律及相互关系。
材料科学与工程开设课程
材料科学与工程开设课程【原创实用版】目录1.材料科学与工程专业简介2.材料科学与工程专业主要开设课程3.实践环节与毕业要求4.就业前景与方向正文一、材料科学与工程专业简介材料科学与工程是一门研究材料结构、性能、制备和应用的学科，它涉及到金属、陶瓷、聚合物等多种材料类型。
材料科学与工程专业旨在培养具备材料科学与工程方面的扎实理论基础、宽广专业知识和良好科学素养的高级工程技术人才。
二、材料科学与工程专业主要开设课程1.基础课程：高等数学、线性代数、概率论与数理统计、大学物理、物理化学、无机化学、有机化学、普通力学、材料力学、电子技术、计算机基础等。
2.专业核心课程：材料科学基础、材料工程基础、材料性能、材料制备、材料分析与测试、新型材料研究、材料腐蚀与防护等。
3.专业选修课程：材料力学性能、材料物理性能、金属材料学、陶瓷材料学、聚合物材料学、复合材料学、功能材料、纳米材料与技术、新能源材料与器件等。
三、实践环节与毕业要求1.实验课程：与理论课程相配合的实验课程，以培养学生的动手能力和实验技能。
2.课程设计：针对专业核心课程和选修课程，安排课程设计环节，使学生能够运用所学知识解决实际问题。
3.实习实践：安排学生在企业、科研院所等相关单位进行实习，以提高学生的实际工作能力。
4.毕业论文：学生需完成一篇与材料科学与工程相关的毕业论文，以培养学生的独立研究能力。
四、就业前景与方向1.传统制造业：从事金属、陶瓷、聚合物等材料的生产、研发和管理工作。
2.新材料产业：从事新型材料、纳米材料、功能材料、复合材料、新能源材料等的研发、生产和管理工作。
3.科研院所：从事材料科学与工程相关的研究工作。
4.教育机构：担任材料科学与工程相关专业的教学和科研工作。
材料科学与工程专业技能有哪些
文章标题：深入探讨材料科学与工程专业技能一、引言材料是构成一切物质的基础，材料科学与工程作为一门重要的学科，旨在研究材料的结构、性能和制备工艺，为实现材料的有效应用提供了重要支持。
而在材料科学与工程专业学习过程中，学生需要掌握一系列的专业技能，以便更好地理解和应用所学知识。
本文将从深度和广度两个方面，对材料科学与工程专业技能进行全面评估，并在此基础上展开探讨。
二、基础技能1. 理论基础材料科学与工程专业的学生需要具备扎实的理论基础，包括物理学、化学、数学等相关学科的知识。
理论基础是学生进行材料研究和应用的基础，只有建立了扎实的理论基础，才能更好地理解材料的性质和特点。
2. 实验技能实验是材料科学与工程学科中不可或缺的一部分。
学生需要学会使用各种仪器设备进行实验操作，掌握实验方法和技巧，并且具备数据处理和分析能力。
只有通过实验，学生才能更直观地理解材料的结构和性能。
3. 文献查阅与综述能力材料科学与工程领域的知识日新月异，学生需要具备查阅文献、总结和综述的能力，及时了解领域内的最新研究成果和进展，不断地扩充自己的知识储备。
三、专业技能1. 材料表征技术材料的性能与结构密切相关，学生需要学会运用各种表征技术对材料的结构和性能进行分析，包括电子显微镜、X射线衍射、拉曼光谱等先进的表征技术。
2. 材料制备工艺学生需要了解各种材料制备工艺的原理和方法，掌握化学合成、物理制备、生物制备等各种方法，以便在实际应用中选择合适的制备工艺。
3. 材料设计和优化材料的设计与优化是材料科学与工程学科的核心内容之一，学生需要学会运用计算机辅助设计软件、模拟仿真技术等工具，进行材料设计和性能优化。
四、个人观点与总结回顾从我的个人观点来看，材料科学与工程专业的学习需要全面掌握上述技能，而且还需要不断地更新自己的知识储备，面对未来的挑战。
只有不断地提升自己的专业能力，才能在这个领域中有所作为。
总结回顾起来，材料科学与工程专业技能是一项综合性的工程技术，需要学生掌握扎实的理论基础，灵活运用各种实验技能，并且具备综合运用各种表征技术的能力。
材料科学与基础
材料科学与基础
材料科学与基础是材料科学和工程专业的一门基础课程，它主要介绍材料科学的基本概念、基本知识和基本方法。
这门课程包括了材料的分类与性质、材料的加工与制备、材料的结构与性能等内容，为学生打下了扎实的材料科学的基础。
在材料科学与基础课程中，首先介绍了材料的基本概念和基本性质。
材料可以分为金属材料、非金属材料和复合材料等多种类型。
通过学习材料的组成、结构和性能等方面的知识，我们能够更加全面地了解不同材料的特点和用途。
接着，课程介绍了材料的加工与制备技术。
材料的加工与制备是指将原材料通过一系列的物理、化学和机械过程转化为具有特定形状和性能的工业产品。
学习这一部分内容，我们了解了常见的制备方法，例如熔融法、溶液法、沉积法等，并学习了不同加工工艺对材料性能的影响。
此外，课程还介绍了材料的结构与性能。
材料的结构与性能是相互关联的，材料的性能取决于其结构。
学习这一部分内容，我们能够理解材料的内部结构对其力学性能、热学性能、电学性能等方面的影响。
通过学习材料科学与基础课程，我们不仅获得了丰富的材料科学知识，还培养了科学思维和实验技能。
在实际操作中，我们能够运用所学知识分析和解决材料科学领域的问题。
总的来说，材料科学与基础是材料科学和工程专业必不可少的
一门基础课程。
它不仅为学生打下了扎实的材料科学基础，还培养了学生的科学思维和实验技能。
在今后的学习和工作中，这些基础知识和基本方法将为我们提供帮助，并在将来的材料科学研究和工程实践中发挥重要作用。
821 材料科学与工程基础
821 材料科学与工程基础821材料科学与工程基础一、概述材料科学与工程基础是近年来随着先进科学技术的发展而逐渐兴起的一门新的综合性科学技术，是研究物质的结构、性能和制备工艺等方面的一门重要学科。
材料科学与工程基础研究的对象是各种不同性质的材料，包括金属材料、无机非金属材料、高分子材料、复合材料、纳米材料等等。
材料科学与工程基础也是各种工程领域中不可或缺的一项技术支撑，广泛应用于航空航天、汽车、新能源、生物医学、电子信息等方面，它的研究成果在国防、科研和生产中扮演着不可替代的角色。
二、学科发展历程材料科学与工程基础属于新兴学科，其发展演变过程较为短暂，主要经历以下几个阶段：1、原始阶段此阶段主要是材料学研究，是以物相、结构、性能及加工性为研究对象的。
此阶段主要解决无机非金属材料的基础性问题，如水泥、石膏的结构、制备工艺等。
2、逐步形成综合阶段20世纪50年代，有机材料科学建立，此时的材料学才逐渐形成一种综合性学科。
此时的材料研究不仅注重材料的物相、结构、性能及加工性，还注重材料的环境适应性、可靠性、生态性等问题。
3、分科和各自发展阶段20世纪90年代，材料科学和材料工程分科，材料科学注重研究材料的基础理论，材料工程注重研究材料的工程应用。
此阶段材料学逐渐变成材料科学和工程。
4、新发展阶段21世纪初，新材料、纳米材料、生物材料逐渐兴起，材料科学和工程成为半导体、光电、杨氏模量、热电材料、强化材料、智能材料、复合材料、无机非金属材料、高分子材料等方向研究的主干学科，迎来新的发展阶段。
三、学科分支与重点领域材料科学和工程分科后，分为以下几个分支：1、材料物理与化学2、材料表面和界面科学3、材料合成与处理4、材料性能测试与加工工艺此外，材料科学与工程的重点领域有：1、航空航天材料的研究航空航天材料具有高强度、高韧性、耐腐蚀、耐高温等特点，在航空航天领域具有广泛的应用前景，研究该领域材料科学和工程是材料科学家和工程师的重要任务。
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钢：C%<2.11%，含少量Si、Mn、S、P
炼钢反应原理：
杂质氧化
2Fe + O2 —→ 2FeO Si + 2FeO —→ SiO2 + 2Fe Mn + FeO —→ MnO +Fe
C + FeO —→ Fe + CO↑
2P + 5FeO —→ P2O5 +5Fe
F 3 O e 4 C O 5 7 C 03 F eC O 2O
Fe C O O 5 7 C 0F e C2O
② 造渣反应
造渣就是加入一定量的熔剂与矿石中脉石和焦炭中灰 分作用，生成一种多氧化物的熔体。造渣过程是一个 复杂的化学反应过程，应根据矿石成分和冶炼要求， 控制熔剂数量和熔炼过程，促使需要的元素进入铁铁合金的制备
①铜的制备
火法炼钢法 在高温下使铜矿石或含铜原料 (精矿、焙烧或烧结块)先熔炼成冰铜，再将其 吹成粗铜。
制备原理
湿法冶铜法 用溶剂浸泡铜矿石，使铜从矿石 中浸出，再从浸出溶液中将金属铜析出。
湿法炼铜的溶液由金属溶质和只能溶解金属而不溶解脉石 的溶剂组成。常用的溶剂有稀硫酸、硫酸铁溶液及碳酸铵 溶液等。对于含酸性脉石的矿石，使用硫酸或硫酸铁溶液， 而含有碱性脉石的矿石，宜用碳酸铵溶液。
炉渣的成分是CaO、Al2O3、SiO2、和MgO。 高炉炉渣可以用作水泥原料和建筑材料，但炉渣的形 成过程对提高高炉冶炼技术经济指标有很重要意义。
铁的制备过程在高炉中进行
高炉内型构造
高炉炼铁生产
高炉炼铁生产主要由高炉开炉，炉内操作和炉前操作 等生产过程组成。
• 钢的制备
钢的制备基本原理： 所谓钢的制备实际上是钢的冶炼或炼钢。炼钢就
氧化后钢液中存在较多FeO，必须除去
脱氧(还原)
2FeO + Si —→ SiO2 + Fe FeO + Mn —→ MnO + Fe 3FeO + Al —→ Al2O3 + 3Fe
造渣除渣：与炼铁类似
• 钢的制备方法
钢的制备方法有纯氧顶吹转炉炼钢，平炉炼钢和电 炉炼钢，这里主要介绍纯氧顶吹转炉炼钢（LD法）。
火法精炼 或电解精炼 纯铜金属
目的：① 去除杂质 ② 提取贵金属
• 铝的制备
Al2O3的 制备
① 湿碱法：铝矿石 + NaOH溶液
2NaAlO2水溶液
稀释、过滤、结晶
950~1000℃
加Al(OH)3晶核
Al(OH)3 煅烧
Al2O3
② 干碱法： 铝矿石 + CaCO3 + Na2CO3
1100℃ 烧结
材料科学与工程基础
材料的制备与成型加工及工艺
本章主要对金属材料（Metals）、无机非金 属材（Inorganic Nonmetallic）、高分子材料 （Polymer）的制备原理及方法，成型加工性作 主要阐述。
第五章 内容目录
5-1 材料制备原理及方法 5-2 材料的成型加工性
5-1 材料制备原理及方法
是通过冶炼降低生铁中的碳和去除有害的杂质，再 根据对钢的成分和性能要求添加适量的合金元素， 炼出具有较高强度和塑性韧性或具有持殊性能的钢。
整个炼钢过程是氧化和还原过程，关键是清除钢 水中杂质，其中最主要的因素是造渣和除渣。
炼钢过程：
铁水、生铁块、废钢、铁合金 C%>2.11%、Si、Mn、S、P杂质含量较高 ① 杂质氧化 氧化剂（O2、FeO） ②脱氧（还原） 脱氧剂 (硅、锰、铝及铁合金 )
5-1-1 金属材料的制备
金属材料的制备主要介绍铁的制备、 钢的制备 、非 铁合金（铜的制备、铝的制备 ）的制备
• 铁的制备
磁铁矿(Fe3O4)、赤铁矿(Fe2O3)、 褐铁矿(FeCO3)、菱铁矿(Fe2O3·mH2O)
① 还原 还原剂 焦碳（C）或CO
② 造渣 熔剂
石灰石(CaCO3) 目的 锰矿石(脱O、脱S)
• 陶瓷的制备原理及方法
陶瓷是无机非金属材料中的一个重要的种类。 它是指一定组成配比的矿物原料粉末或化工原料粉 末成型后，经特定的工艺使其致密化，赋予其一定 的强度和密度及其他特殊性能的固体材料。通常陶 瓷是一种多晶多相的聚集体。
制备过程大体可以分为备料、成型、饶结三大部分。陶 瓷制备的一般工艺过程如图5—8所示。
氧气转炉炼钢原料 氧气转炉炼钢原料有金属料(铁 水、生铁块、废钢、铁合金)；造渣材料(石灰、萤 石和白云石)；氧化剂(氧气、铁矿石和氧化铁皮)； 冷却剂(皮钢、铁矿石、氧化铁皮)；脱氧剂(硅、锰、 馅及铁合金)。
氧气顶吹转炉炼钢 纯氧顶吹转炉炼钢生产工艺： 倾倒兑铁水，加废钢→直立加渣料→准备吹炼→吹炼 →停吹→一倾倒炉渣→直立加二批渣料→继续吹炼→ 倾倒取样→脱氧出钢→浇注
烧结块
加水稀释 沉淀杂质
NaAlO2水溶液
通入CO2
Al(OH)3
950~1000℃ 煅烧
Al2O3
Al2O3自焙电解
900℃ 电解
Al3+ + 3e → Al 阴极、铝纯度达99.7%
2AlO33- –6e → Al2O3+ 3/2 O2
阳极
5-1-2 无机非金属材料的制备
传 统 上 无 机 非 金 属 材 料 （ inorganic nonmetallic materials）主要包括陶瓷 (ceramics)、玻璃(glass) 、水泥(cement)和耐火材料(firebrick)四大类.这里 主要从这四种材料出发。介绍无机非金属材料的制 备原理和一般的制备方法。
生铁Fe（C%>2.11%）
有害杂质入渣除去 有益元素进入铁水
铁的制备原理
① 还原反应 直接还原 FeO + C = Fe + CO
高炉下部高温区进行
CO间接还原
F3 O e 4 C O 5 7 C 03 F e 4 C2O
F 2 O e 3 C O 5 7 C 02 F 3 O e 4 C2O
• 铜的制备方法 火法炼铜法
硫化铜、氧化铜矿 熔炼 Fe等杂质随熔渣除去
冰铜(Cu2S)x·(FeS)y
吹炼
Cu2S + 3/2 O2 —→ Cu2O + SO2 Cu2O +FeS —→ Cu2S +FeO
2 Cu2O + Cu2S —→ 6Cu + SO2
粗铜（Cu%=98.5~99.5%）
含少量金、银、铋、锡、铅、硒 、碲、溶解气体