第二章 新材料及其工程应用

材料的分类方法：
金属材料 按元素类别获分 子结构特点分类 非金属材料 有机高分子材料 复合材料 结构材料
材料的分类
按性能特征分类 功能材料 信息材料 能源材料 按应用领域分类 建筑材料 生物材料 航空航天材料 超导材料
2、材料的分类
1、按照构成的元素类别或分子结构特点 金属材料分为黑色金属材料和有色金属材料，黑色金属材料是铁基 金属合金，其余金属都属于有色金属材料。无机非金属材料包括金 属和有机物以外的几乎所有材料。有机高分子材料是由相对分子质 量很大，并以碳、氢元素为主的有机化合物组成的材料。复合材料 是由两种或两种以上材料，既基体材料和增强材料复合而成的一类 多相材料，包括金属基和非金属基两类。金属基主要有铝、镁、钛、 铜等及其合金；非金属基主要有合成树脂、碳、石墨、橡胶、陶瓷、 水泥等。 2、按照其性能特征分 结构材料通常指工程上对硬度、强度、塑料、耐磨性等力学性能有 一定要求的材料。功能材料是指具有光、电、磁、热、、声等功能 和效应的材料。 3、按应用领域分 信息材料、能源材料、建筑材料、生物材料、航空航天材料、超导 材料等多种类别。
+目前美国有104所大学设有从事材料学科的系，其中95个归属 目前美国有104所大学设有从事材料学科的系，其中95个归属 104所大学设有从事材料学科的系 95 材料/冶金类， 个归属非金属的材料系。 材料/冶金类，9个归属非金属的材料系。
材料学科的演变与发展－ 一、材料学科的演变与发展－欧美国家
材料学科的演变与发展－ 一、材料学科的演变与发展－中国
中国的材料科学与工程教育起源于部分高校的采矿系、 中国的材料科学与工程教育起源于部分高校的采矿系、矿 冶系，可以分为五个历史阶段： 冶系，可以分为五个历史阶段：
1949年以前： 1949年以前： 年以前
北洋西学学堂的矿冶学科（ ），国立唐山工学 北洋西学学堂的矿冶学科（ 1895 年创建 ），国立唐山工学 院 (1905) 、东北大学 (1912) 、武汉大学 (1913) 、国立贵州大 学 (1941) 。 1946 年，国立清华大学从西南联合大学回北京复校后，在 国立清华大学从西南联合大学回北京复校后， 工学院中又增设了化学工程系， 工学院中又增设了化学工程系，把材料学科教育扩宽到非金属领 域。 材料教育主要是培养矿冶人才，突出特点是不划分专业， 材料教育主要是培养矿冶人才，突出特点是不划分专业，教 学内容包括采矿、选矿、冶金、材料等内容， 学内容包括采矿、选矿、冶金、材料等内容，是一种宽领域培养 模式， 模式，许多材料界前辈专家就是在这种宽口径学科背景下培养出 来的。 来的。
3、材料科学的历史
1、材料科学是研究材料的科学 材料科学的提出是在20世纪60年代。 2、材料科学的形成实际上是科学技术发展的结果 固体物理，无机化学，有机化学，物理化学等学科的发展及 对物质结构和特性的深入研究，推动了对材料本质的了解。 3、材料科学与工程 材料科学与工程是研究有关材料组成、结构、制备工艺流程、 材料性能、用途关系的知识及其运用，其工作目标是通过对 材料组成、结构及工艺的设计，达到提高材料性能、使用效 能、节约资源、减少污染、降低成本的最佳状态。
一、材料的发展史 材料是人类赖以生存和发展的物质 基础，是人类社会进步的里程碑。
人类社会的几个时代 1．石器时代：公元前10万年 2．青铜器时代：公元前3000年 3．铁器时代：公元前1500年 4．水泥时代：公元元年 5．钢时代：1800年 6．硅时代：1950年 7．新材料时代：1990年
1.石器时代 1.石器时代 公元前10万年左右
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工业的迅猛发展要求与之相适应的科学技术与专门人才：十七 工业的迅猛发展要求与之相适应的科学技术与专门人才： 世纪中叶英国成立了皇家学会，之后又在大学设立工程学科，大大 世纪中叶英国成立了皇家学会，之后又在大学设立工程学科， 促进了科技人才的培养和发展。在冶金/材料领域： 材料领域： 促进了科技人才的培养和发展。在冶金 材料领域 Reaumur (1722) Hill (1748) 在放大镜下观察出晶粒。 在放大镜下观察出晶粒。 Sorbit 发现并描述了细珠光体。 发现并描述了细珠光体。 Young(1807)提出材料弹性模量概念。 提出材料弹性模量概念。 提出材料弹性模量概念 Barlow(1826)关于材料强度的测定。 关于材料强度的测定。 关于材料强度的测定 Tehernoff(1861)发表了钢临界点的实验报告。 发表了钢临界点的实验报告。 发表了钢临界点的实验报告 Wshery(1860-1870)关于拉伸、扭转、变曲应力的工作及得 关于拉伸、扭转、 关于拉伸 出的第一条S-N曲线，开辟了材料、组织与性能间关系的 曲线，开辟了材料、 出的第一条 曲线 科学研究。 科学研究。
20世纪40年代后非金属材料有了新的发展，1945年晶体 20世纪40年代后非金属材料有了新的发展，1945年晶体 世纪40年代后非金属材料有了新的发展 管的出现，半导体材料异军突起。 管的出现，半导体材料异军突起。 为适应新材料发展需要，1955-1956，Birmingham大 为适应新材料发展需要，1955-1956，Birmingham大 学教授 Raynor 把该校原来的理论冶金系（物理冶金）与工 把该校原来的理论冶金系 物理冶金） 理论冶金系（ 业冶金系（化学冶金及冶金加工）合并，组建并更名为冶金 业冶金系（化学冶金及冶金加工）合并，组建并更名为冶金 与材料系，同时，Cambridge大学教授Cottrell 与材料系，同时，Cambridge大学教授Cottrell 把该校冶金 大学教授 系改名材料与冶金系。 系改名材料与冶金系。 欧洲大学首次明确设置材料系与相应的教学计划。 欧洲大学首次明确设置材料系与相应的教学计划。
20 世纪 90 年代后期
1997 年至 1999 年，专业进行了第四次大规模修订由行业划分专 业向以学科划分专业过渡。厚基础、宽专业、高素质、强能力， 业向以学科划分专业过渡。厚基础、宽专业、高素质、强能力，以适应 市场需要。 市场需要。新的专业目录由 504 个减少到 232 个。

2、材料的分类
材料学科的演变与发展－ 一、材料学科的演变与发展－中国
1978－1990初 1978－1990初
向欧美学习
浙江大学率先设立材料科学与工程系；此后，北京科技大学、 浙江大学率先设立材料科学与工程系；此后，北京科技大学、复旦 大学、 大学、清华大学等重点院校相继设立材料科学与工程 ( 或相近名称 ) 系。 改革的主要内容：在原设置专业基础上扩充内容，试办新专业， 改革的主要内容：在原设置专业基础上扩充内容，试办新专业，总 体上体现了逐步打破原专业设置界限、 体上体现了逐步打破原专业设置界限、加强专业间的渗透与联系的改革 趋势
机械工程概论 第二章新材料及其工程应用
郑州轻工业学院机电工程学院
第二章新材料及其工程应用
第一节 材料概论 第二节 新材料的发展
第一节 材料概论
1、概述 2、材料的分类 3、材料科学的历史 4、材料及其在人类社会发展中的地位和 作用
1、概述
材料是用来制造人类社会所能接受的有用器具的物 质。 材料是人类生存和发展的重要物质基础。 在工业领域及人们日常生活，普遍使用的材料：木 材、混凝土、砖、钢铁、塑料、玻璃、橡胶、铝、 铜、纸张等。 材料科学主要研究材料的成分、组织、性能及其三 者之间的关系；同时，研究各种加工方法对材料组 织性能的影响和作用规律。
材料学科的演变与发展－ 一、材料学科的演变与发展－中国
1949－1966年 1949－1966年
苏联模式
1951 年将大连大学 ( 现大连理工大学 ) 的冶金系调到东北 以加强其金属材料学的教学规模。 工学院 ( 现东北大学 ) ，以加强其金属材料学的教学规模。 1952 年 4 月，以北洋大学 ( 现天津大学 ) 、唐山铁道学院 ( 北方交通大学分部 ) 、北京工业学院、国立西北工学院 ( 现西 北京工业学院、 北工业大学 ) 、山西大学等五所院校的矿冶和材料系为基础创建 了北京钢铁学院 ( 现北京科技大学 ) ， 同年，将武汉大学、湖南大学、广西大学的矿冶工程系， 同年，将武汉大学、湖南大学、广西大学的矿冶工程系， 中山大学地质 系以及 南昌大学的 采矿科 调整出来在长沙成立 了中南矿冶学院 ( 现中南工业大学 ) ， 新成立的北京航空航天学院 ( 现北京航空航天大学 ) 增设了 等专业。 高分子材料 ( 含复合材料 ) 等专业。 我国的材料科学技术人才被分割在十几个专业内培养， 我国的材料科学技术人才被分割在十几个专业内培养，分属 于冶金、机械、 于冶金、机械、化工等系
材料学科的演变与发展－ 一、材料学科的演变与发展－欧美国家
大学中最早设立冶金系
美国(1865)年建立第一批矿冶系 Michigan technological Univ. (后归Michigan大学) Columbia 大学 Carnigie-Mellon 大学
英国（1865-1870）大学开始设立矿冶系 Sheffield 大学 侧重炼钢 Birmingham 大学 侧重铸铁 Emperical mining college 学院
侧重冶炼工艺
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20世纪40年代后非金属材料有了新的发展，1945年晶体 20世纪40年代后非金属材料有了新的发展，1945年晶体 世纪40年代后非金属材料有了新的发展 管的出现，半导体材料异军突起。 管的出现，半导体材料异军突起。 为适应新材料发展需要，1955-1956，Birmingham大 为适应新材料发展需要，1955-1956，Birmingham大 学教授 Raynor 把该校原来的理论冶金系（物理冶金）与工 把该校原来的理论冶金系 物理冶金） 理论冶金系（ 业冶金系（化学冶金及冶金加工）合并，组建并更名为冶金 业冶金系（化学冶金及冶金加工）合并，组建并更名为冶金 与材料系，同时，Cambridge大学教授Cottrell 与材料系，同时，Cambridge大学教授Cottrell 把该校冶金 大学教授 系改名材料与冶金系。 系改名材料与冶金系。 欧洲大学首次明确设置材料系与相应的教学计划。 欧洲大学首次明确设置材料系与相应的教学计划。