材料科学基础第一章-材料引言

■ 特点：具有较强的理论性，又与生产实际有紧密 的联系。
课程内容
材料科学基础
组成、结构、 多相系统静态
性质关系
条件下相平衡
材料动态条件 下的结构形成
结 晶 结 构
晶 体 结 构 缺 陷
非 晶 态 结 构 与 性 质
表 面 结 构 与 性 质
相 平 衡 与 相 图
扩
相
固 态
烧
环 境
散变反 应Fra bibliotek结效 应
（2）新型无机非金属材料：是用氧化物、氮化物、碳 化物、硼化物、硫化物、硅化 物以及各种无机非金属化合物 经特殊的先进工艺制成的材料。 如：先进陶瓷、非晶态材料、 人工晶体、无机涂层、无机纤 维等。
1.2.3 有机高分子材料(聚合物)
(1) 概念 有机高分子材料(聚合物) 由一种或几种简单低 分子化合物经聚合面组成的分子量很大的化合物。 (2) 分类
MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING
课程考核方式
1、成绩评定：期末考试（闭卷，70%）+上课出勤 （10%）+作业（10%）+每章小结或总结（10%）， 结合作业及小结或总结完成质量综合考评。
2、学生出勤：并非每次课均点名，而是采用上课 回答问题或随机点名的方式进行，抽查点名1 次不到扣2分。如果上课期间抽查点明5次不到， 取消考试资格。
金属间化合物：是指金属和金属之间，类金属和金属 原子之间以一定的键合方式结合生成的 化合物。 -原子价、电子、尺寸因素
1.2.2 无机非金属材料
无机非金属材料：由硅酸盐、铝酸盐、硼酸盐、 磷酸盐、锗酸盐等原料和 （或）氧化物、氮化物、碳 化物、硼化物、硫化物、硅 化物、卤化物等原料经一定 的工艺制备而成的材料，是 除金属材料、高分子材料以 外所有材料的总称。
学习方法
你教我的，我全忘了 被硬塞的，未“通”
我自己学的，还记得一点
本杰明·福兰克林
自己生吞的，不易消化 我自己想出来的，都还记得
充分消化、吸收、储存
诚实和勤勉，应该成为你永久的伴侣
主要参考资料
1、冯端、师昌绪等 材料科学导论 化学工业出版社 2、J. W. Mullin Crytallization 世界图书出版公司 3、M. V. 斯温主编 陶瓷的结构与性能 科学出版社 4、胡赓祥、蔡珣等 材料科学基础 上海交大出版社 5、赵品等 材料科学基础 哈尔滨大业大学出版社 6、周亚栋等 无机材料物理化学 武汉理工大学出版社 7、William D. Callister, Jr.著 FUNDAMENTALS OF
➢ 石器时代：公元前10万年 ➢ 青铜器时代：公元前6000年 ➢ 铁器时代：大约在公元前1500年 ➢ 水泥时代 ：公元前8000－6000年、新石器时
代早期开始制作陶器；公元元年左右，瓷器。 ➢ 钢时代：17世纪 ➢ 硅时代：20世纪中叶 ➢ 新材料时代：进入20世纪90年代
目前，世界上传统材料已有几十万种， 而新材料的品种正在以每年大约5%的速度增长；
1.3 材料科学的形成与内涵
背景：1957年前 苏联卫星上天。
“材料科学”是20世纪60年代初提出的。
内涵
基础科学研究：被理解为研究材料的组成、结 构与性能（性质）的关系，探索自然规律。
“材料工程研究”是指研究材料在制备过程中
的工艺和工程技术问题。
效能
材料科学与工程四要素图：
三属性：多学科交叉、与实
的研究进展，从而具有相应的理论指导；
材料的应用取决于： ✓ 材料性能、材料结构与制备。
1981年发射
制约因素
◆ “泰坦尼克号”：钢中硫磷含量
▼（美）“哥伦比亚号”三次推迟升空，2003年失 事
◆ 重庆綦江大桥：伪劣钢材
哥伦比亚号爆炸解体后
1.5 材料的选择 （自学）
材料选择的核心：在技术、经济合理以及环境协调 的前提下，使材料的使用性能与 产品的设计功能相适应。
根据理论建立模型，通过模型可以进行 材料设计或工艺设计，以在达到提高性能及 使用效能、节约资源、减少污染或降低成本 的最佳状态。
时代的发展，技术的进步不断对材料提出新要求， 探索新材料。
新技术的成熟与应用依赖于： ✓ 新材料的探索、发展和研制， 并对新材料性能、
结构提出要求；
新材料的发展则要求： ✓ 新技术的推动；制作技术的发展创新；基础学科
0 1800 1900 1950 0990 2000
公元前 石斧
公元
公园前16-11世 纪，青铜方鼎 用于王室祭祀。
青铜：铜、锡、铅合金。
商代司母戊鼎
釉色为：黄、 白、绿三色。
（以铜、铁、钴、锰、锑等 为着色剂，经过焙烧形成）
唐三彩：马
建于公元953年， 距今1000多年历 史。
沧州铁狮子
硅芯片 集成电路
（1）传统无机非 金属材料： （由SiO2及 其硅酸盐化 合物为主要 成分制成的 材料）
a、陶瓷：以粘土为主要原料与其他天然矿 物原料经过粉碎、混练、成型、 煅烧等过程制成的各种制品。
b、玻璃：由熔体过冷所制得的非晶态材料。 c、水泥：是指加入适量水后可成塑性浆体，
既能在空气中硬化又能在水中硬 化，并能够将砂、石等材料牢固 地胶结在一起的细粉状水硬性材 料。 d、耐火材料：指耐火度不低于1580℃的无 机非金属材料。
选择原则：使用性能、工艺性能、经济性 及环境协调性。
本章小结及要求
1、了解材料的概念、类型 2、掌握“材料科学与工程的内涵”，
了解材料的组成、结构、性质、制 备与加工、使用性能之间的关系。 3、了解材料的选用原则。
1.1 材料的概念、发展与分类（略讲）
（1）概念：
定义1：材料是人类用于制造物品、 器件、构件、机器或其它产品的那些 物质（师昌旭院士，材料科学导论） 。
定义2：材料是指人类社会可接受、能 经济地制造有用器件(或物品)的固体物 质。
材料的重要性：
➢中国古代的四大发明 —纸、火药、指南针、活字印刷
合成与 制备
性质
际应用关系密切、发展中的 科学。
结构与 组成
1.4 材料组成、结构、性质、工艺及其与环境的关系
使用环境
组成
（化学、矿物、 相）
性能 性质 结构
制备与 加工
材料的结构决定材料的性质，性质是结构的外 在反映，对材料的使用性能有决定性的影响，而使 用性能又与材料的使用环境密切相关。
这是材料科学与工程工 作者追求的目标！
➢现代社会的三大支柱：材料、信息和能源
其中，材料是人类生产和生活的物质基础 材料的使用和发展与生产力及科学技术密切相 关
➢ 全球新技术革命的四大标志（新材料技术、新 能源技术、信息技术、生物技术）
（2）材料的发展史——人类文明史
石器
青铜器
铁器
电子材
时代
时代
时代
中
料时代
国
欧
石镞（zú）
美
9000 3000 2000
其他：结能源构材材料料和功能材料； 传生统物材材料料等与。新型材料。
1.2 材料类型（略讲）
1.2.1 金属材料 金属材料是由元素周期表中的金属元素（81）组
成的材料。可分为一种金属元素构成的单质；由两种或 两种以上的金属元素或金属与非金属元素构成的合金。 合金又称可分为固溶体和金属间化合物。
合金：由两种或两种以上的金属元素，或金属元素与 非金属元素形成的具有金属特性的新物质。
西南科技大学
材料科学基础
FUNDAMENTALS OF MATERIALS SCIENCE
课程性质与教学目的
■ 课程性质：专业基础课(学位课)。
■ 教学目的：使学生掌握材料组成与结构、制备与加工、 性质、使用性能等材料科学与工程主要要素之间相互 关系及制约规律。通过本课程的学习，学生可以得到 应用所学理论分析实际问题的方法和思路的训练，为 按预定性能设计材料奠定基础，在一定层次上研制开 发新材料及为后续课程的学习打下理论基础。
按来源：天然高分子材料、合成高分子材料 按性能和用途：橡胶、纤维、塑料 、胶粘剂
1.2.4 复合材料
按基材分类：金属基复合材料、陶瓷基复合材 料、水泥混凝土基复合材料、塑料 基复合材料、橡胶基复合材料等。
按增强剂形状：粒子、纤维及层状复合材料。 按功能：结构复合材料、功能复合材料。
（示于表1.1）
世界上现有800多万种人工合成的化合物， 而且还在以每年25万种的速度增长，其中相当 一部分将成为工业化生产的新材料。
材料具有重要性、普遍性和多样性。
（3）分类：
金属材料
按物理化学属性： 无机非金属材料 （四大家族）
有机高分子材料
由不同类型材料所组成的复合材料。 电子材料 航空航天材料 按用途： 核材料 建筑材料
3、重修学生：原则上要求必须到课，所有成绩 评定与15级学生相同。如有特殊情况，需在本 周3上课前与老师书面说明情况，办好手续，经 批准后酌情决定）
1 材料引言
1.1 材料的概念、发展与分类 1.2 材料类型 1.3 材料科学的形成与内涵
1.4 材料组成、结构、性质、工艺及其与环 境的关系
1.5 材料的选择