专业概论

专业概论
大千世界中的材料无所不包、无处不在。

吃、穿、住、行，每个人每天会碰到诸如金属、橡胶、磁性、光电等众多材料，小到一根针、一张纸、一个塑料袋、一件衣服，大到交通工具、医疗器械、工程建筑、信息通讯、航天航空，处处都有材料科学的身影。

材料科学与工程是一个涉及材料学、工程学和化学等方面的较宽口径专业。

该专业以材料学、化学、物理学为基础，主要研究的是材料成分、结构、加工工艺与其性能和应用。

事实上，人类文明发展史，就是一部如何更好地利用材料和创造材料的历史，材料的不断创新和发展，也极大地推动了社会经济的发展。

材料科学与工程专业学生主要学习材料科学与工程的基础理论，学习与掌握材料的制备、组成、组织结构与性能之间关系的基本规律。

受到金属材料、无机非金属材料、高分子材料、复合材料以及各种先进材料的制备、性能分析与检测技能的基本训练。

掌握材料设计和制备工艺设计、提高材料的性能和产品的质量、开发分析与检测技能的基本训练。

掌握材料设计和制备工艺设计、提高材料的性能和产品的质量、开发研究新材料和新工艺方面的基本能力。

金属材料
金属材料是指金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料的统称。

包括纯金属、合金、金属材料金属间化合物和特种金属材料等。

(注:金属氧化物(如氧化铝)不属于金属材料) 金属材料通常分为黑色金属、有色金属和特种金属材料。

①黑色金属又称钢铁材料，包括含铁90%以上的工业纯铁，含碳2%～4%的铸铁，含碳小于 2%的碳钢，以及各种用途的结构钢、不锈钢、耐热钢、高温合金金属材料、精密合金等。

广义的黑色金属还包括铬、锰及其合金。

②有色金属是指除铁、铬、锰以外的所有金属及其合金，通常分为轻金属、重金属、贵金属、半金属、稀有金属和稀土金属等。

有色合金的强度和硬度一般比纯金属高，并且电阻大、电阻温度系数小。

③特种金属材料包括不同用途的结构金属材料和功能金属材料。

其中有通过快速冷凝工艺获得的非晶态金属材料，以及准晶、微晶、纳米晶金属材料等；还有隐身、抗氢、超导、形状记忆、耐磨、减振阻尼等特殊功能合金以及金属基复合材料等。

常用的力学性能包括：强度、塑性、硬度、冲击韧性、多次冲击抗力和疲劳极限等。

无机非金属材料
无机非金属材料是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、卤素化合物、硼化物以及硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐等物质组成的
材料。

是除有机高分子材料和金属材料以外的所有材料的统称。

无机非金属材料的提法是20世纪40年代以后，随着现代科学技术的发展从传统的硅酸盐材料演变而来的。

无机非金属材料是与有机高分子材料和金属材料并列的三大材料之一。

在晶体结构上,无机非金属的晶体结构远比金属复杂，并且没有自由的电子。

具有比金属键和纯共价键更强的离子键和混合键。

这种化学键所特有的高键能、高键强赋予这一大类无机非金属材料材料以高熔点、高硬度、耐腐蚀、耐磨损、高强度和良好的抗氧化性等基本属性,以及宽广的导电性、隔热性、透光性及良好的铁电性、铁磁性和压电性。

无机非金属材料品种和名目极其繁多,用途各异,因此,还没有一个统一而完善的无机非金属材料分类分类方法。

通常把它们分为普通的(传统的)和先进的(新型的)无机非金属材料两大类。

传统的无机非金属材料是工业和基本建设所必需的基础材料。

新型无机非金属材料是20世纪中期以后发展起来的,具有特殊性能和用途的材料。

它们是现代新技术、新产业、传统工业技术改造、现代国防和生物医学所不可缺少的物质基础。

主要有先进陶瓷、非晶态材料、人工晶体、无机涂层、无机纤维等。

普通无机非金属材料的特点是:耐压强度高、硬度大、耐高温、抗腐蚀。

此外，水泥在胶凝性能上，玻璃在光学性能上，陶瓷在耐蚀、介电性能上，耐火材料在防热隔热性能上都有其优异的特性，为金属
材料和高分子材料所不及。

但与金属材料相比，它抗断强度低、缺少延展性，属于脆性材料。

与高分子材料相比，密度较大，制造工艺较复杂。

硅酸盐材料是无机非金属材料的主要分支之一，硅酸盐材料是陶瓷的主要组成物质。

从陶瓷材料发展的历史来看，经历了三次飞跃。

由陶器进入瓷器这是第一次飞跃;由传统陶瓷发展到精细陶瓷是第二次飞跃，在这个期间，不论是原材料，还是制备工艺、产品性能和应用等许多方面都有长足的进展和提高，然而对于陶瓷材料的致命弱点──脆性问题没有得到根本的解决。

精细陶瓷粉体的颗粒较大，属微米级(10 m)，有人用新的制备方法把陶瓷粉体的颗粒加工到纳米级
(10 m)，用这种超细微粉体粒子来制造陶瓷材料，得到新一代纳米陶瓷，这是陶瓷材料的第三次飞跃。

纳米陶瓷具有延性，有的甚至出现超塑性。

如室温下合成的TiO2陶瓷，它可以弯曲，其塑性变形高达100%，韧性极好。

因此人们寄希望于发展纳米技术去解决陶瓷材料的脆性问题。

纳米陶瓷被称为21世纪陶瓷。

高分子材料
高分子材料，以高分子化合物为基础的材料。

高分子材料是由相对分子质量较高的化合物构成的材料，包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料，高分子是生命存在的形式。

所有的生命体都可以看作是高分子的集合。

高分子材料按来源分为天然高分子材料和合成高分子材料。

高分子材料按特性分为橡胶、纤维、塑料、高分子胶粘剂、高分子涂料和高分子基复合材料等。

高分子材料包括塑料、橡胶、纤维、薄膜、胶粘剂和涂料等。

其中，被称为现代高分子三大合成材料的塑料、合成纤维和合成橡胶已经成为国民经济建设与人民日常生活所必不可少的重要材料。

尽管高分子材料因普遍具有许多金属和无机材料所无法取代的优点而获得
迅速的发展，但目前已大规模生产的还是只能在寻常条件下使用的高分子物质，即所谓的通用高分子，它们存在着机械强度和刚性差、耐热性低等缺点。

而现代工程技术的发展，则向高分子材料提出了更高的要求，因而推动了高分子材料向高性能化、功能化和生物化方向发展，这样就出现了许多产量低、价格高、性能优异的新型高分子材料。

1.高分子分离膜
2.高分子磁性材料
3.光功能高分子材料
4.高分子复合材料
复合材料
复合材料，是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观(微观)上组成具有新性能的材料。

各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。

复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。

金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。

非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。

增强材料主要有玻璃纤维、
碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝和硬质细粒等。

主要复合材料：纳米复合材料，功能复合材料，塑木复合材料，碳纤维，芳纶纤维，超高分子量聚乙烯纤维，热固性树脂基复合材料，热塑性树脂基复合材料
复合材料的市场
一是清洁、可再生能源用复合材料，包括风力发电用复合材料、烟气脱硫装置用复合材料、输变电设备用复合材料和天然气、氢气高压容器；二是汽车、城市轨道交通用复合材料，包括汽车车身、构架和车体外覆盖件，轨道交通车体、车门、座椅、电缆槽、电缆架、格栅、电器箱等；三是民航客机用复合材料，主要为碳纤维复合材料。

热塑性复合材料约占10%，主要产品为机翼部件、垂直尾翼、机头罩等。

中国未来20年间需新增支线飞机661架，将形成民航客机的大产业，复合材料可建成新产业与之相配套；四是船艇用复合材料，主要为游艇和渔船，游艇作为高级娱乐耐用消费品在欧美有很大市场，由于中国鱼类资源的减少、渔船虽发展缓慢，但复合材料特有的优点仍有发展的空间。

上述是材料科学的总的介绍，之后我们来谈谈新材料：
新材料是指新近发展的或正在研发的、性能超群的一些材料，具有比传统材料更为优异的性能。

近年来，新材料越来越受重视，国家也重视新材料产业发展。

新材料技术则是按照人的意志，通过物理研究、材料设计、材料加工、试验评价等一系列研究过程，创造出能满足各种需要的新型材料的技术。

新材料作为高新技术的基础和先导，应用范围极其广泛，它同信息技术、生物技术一起成为二十一世纪最重要和最具发展潜力的领域。

同传统材料一样，新材料可以从结构组成、功能和应用领域等多种不同角度对其进行分类，不同的分类之间相互交叉和嵌套，一般按应用领域和当今的研究热点把新材料分为以下的主要领域:
电子信息材料、新能源材料、纳米材料、先进复合材料、先进陶瓷材料、生态环境材料、新型功能材料(含高温超导材料、磁性材料、金刚石薄膜、功能高分子材料等)、生物医用材料、高性能结构材料、智能材料、新型建筑及化工新材料等。

作为大学生，我们应该为祖国做贡献，潜心研究新材料这个最具发展潜力的领域，为未来贡献自己的一份力量。