材料導論緒論

1、會計學1材料導論緒論材料導論緒論Textbook William D. Callister , Jr. Fundamentals of materials science and engineering ,the fifth edition, New York: John wiley & sons, inc.,2001. 材料科學與工程基礎(chǔ) / 美凱里斯特著. 英文影印版. 北京：化學工業(yè)出版社，2002.12-國外名校名著 教材特點： 教材內(nèi)容和英文難易程度適中關(guān)于課程 熟悉現(xiàn)有材料的類型與結(jié)構(gòu)，從材料科學的角度認識材料，了解材料的一般行為、性能及其變化規(guī)律。關(guān)于教學安排 課程安排

2、總學時：72學時 理論授課： 64課時 材料力學性能實驗： 8課時理論授課方式 英文板書 、中文講授 （C類雙語教學） 多媒體授課 輔助黑板板書貫穿本課程的主線 工藝結(jié)構(gòu)性能材料力學性能實驗安排授課人： 飛行器學院力學實驗中心地 點： G棟一樓授課時間：教學系統(tǒng)查詢材料力學性能實驗內(nèi)容 （8學時）1. 拉伸實驗 2. 拉伸時金屬材料彈性常數(shù)的測定 3. 壓縮實驗 4. 圓軸扭轉(zhuǎn)實驗 5. 圓軸扭轉(zhuǎn)時材料彈性常數(shù)G的測定 6. 純彎曲梁正應力測定 7. 梁彎曲變形與轉(zhuǎn)角的測定 關(guān)于課程考核 成績的評定期末成績平時成績實驗成績考試的方式 試卷采用英文命題（全英文） 開卷，只準帶英文教科書； 或閉卷

3、References.石德珂，材料科學基礎(chǔ)（第2版），北京：機械出版社， 2003.顧宜，材料科學與工程基礎(chǔ)，北京：化學工業(yè)出版社，2004.馮端等，材料科學導論，北京：化學工業(yè)出版社，20044. 鄭子樵，材料科學基礎(chǔ)，長沙：中南大學出版社，20055. 唐小真等，材料化學導論，北京：高等教育出版社，20036. 劉智恩，材料科學基礎(chǔ)，西安：西北工業(yè)大學出版社， 20007.匡少平等，材料科學與工程專業(yè)英語，北京：化學工業(yè)出版社，2005國家精品課程材料科學常用網(wǎng)站 材料科學與工程基礎(chǔ) (四川大學 顧宜) 1 材料科學基礎(chǔ) ( 西北工業(yè)大學 陳錚) ht

4、tp://jp2004/07/index.htm材料科學基礎(chǔ) （上海交通大學 蔡 珣） 36/fms/上海交大材料科學基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)課程緒論Definition of the discipline of materials science and engineeringInterrelationships between the four components of the discipline of materials science and engineeringclassification of materials and its di

5、stinctive features1.1 HISTORICAL PERSPECTIVE材料發(fā)展簡史石器時代 Stone Age高分子時代陶器時代 Pottery Age 青銅時代 Bronze Age鐵器時代 Iron Age陶瓷時代復合材料時代人類使用材料的七個時代的開始時間材料是人類社會進步的里程碑1.1.1 stone age 石器時代1.1.1 stone age 石器時代新石器時代1萬年前，人類對石頭進行加工孟津妯娌新石器時代聚落遺址 金壇三星村新石器時代遺址 1.1.2 pottery age陶器時代1.1.2 pottery age陶器時代 彩陶 釉陶1.1.3 bronze

6、age 青銅時代1.1.4 iron age 鐵器時代 長沙戰(zhàn)國凹形鐵鋤 湖北當陽宋代鐵塔 滄州鐵獅1.1.4 iron age 鐵器時代1.1.5 new materials age新材料時代 材料是人類社會發(fā)展的基礎(chǔ)和先導，是人類社會進步的里程碑和劃時代的標志。材料和能源、信息被稱為人類社會的“三大支柱”。1.2、STATUS AND INFLUENCE OF MATERAIS第一次工業(yè)革命（18世紀）：制鋼工業(yè)的發(fā)展為蒸汽機的發(fā)明和應用奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。第二次工業(yè)革命（20世紀中葉以來）：單晶硅材料對電子技術(shù)的發(fā)明和應用起了核心作用。新材料技術(shù)是工業(yè)革命和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的先導鋁木材石料青銅鑄鐵鋼

7、復合材料碳纖維芳香族酰胺纖維6現(xiàn)代先進材料的強度密度比已比原始材料提高了約50倍現(xiàn)代渦輪噴氣發(fā)動機年代氣冷式航空發(fā)動機蒸汽機19世紀內(nèi)現(xiàn)代材料使發(fā)動機工作溫度急劇上升，因而發(fā)動機的理論效率大大提高1950196019701980 1990200020102020900110015001300材料的表面溫度()1700單晶合金普通鑄件定向凝固超級合金共晶合金彌散強化超級合金隔熱涂層陶瓷復合材料碳-碳葉片材料的發(fā)展歷程纖維增強超級合金30年代教練機二次大戰(zhàn)戰(zhàn)斗機80年代截擊機航天飛機東方快車號10931649538490C93.30C4270C10930C16490C不同類型的飛行器蒙皮溫度溫度（

8、0C）+175+390+595金屬玻璃纖維KavlarC/C復合材料K m導彈射程火箭殼體材料與導彈射程碳素工具鋼鎢鈷鉻硬質(zhì)合金燒結(jié)碳化鎢金屬陶瓷陶瓷多晶金剛石高速鋼立方氮化硼探索智力探索宇宙空間探索物質(zhì)結(jié)構(gòu)探索生命本質(zhì)探索海洋奧秘環(huán)境科學技術(shù)空間科學技術(shù)新材料科學技術(shù)新能源與再生能源信息科學技術(shù)生物科學技術(shù)海洋科學技術(shù)人新材料技術(shù)是高科技技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)六大技術(shù)群體高技術(shù)體系示意圖新材料的特點、趨勢 趨勢： 1.從均質(zhì)材料 復合材料 2.由結(jié)構(gòu)材料 功能材料,多功能材料并重 3.材料結(jié)構(gòu)的尺度向越來越小的方向發(fā)展 4.由被動性材料 具有主動性的智能材料 5.通過仿生途徑來發(fā)展新材料新材料技術(shù)出

9、現(xiàn)群體性突破，將對21世紀基礎(chǔ)科學和幾乎所有工業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)生革命性影響 納米技術(shù)是前沿技術(shù)中最具前瞻性和帶動性的重點領(lǐng)域之一 電子信息材料技術(shù)進展迅速，光電子材料、光子材料將成為發(fā)展最快和最有前途的電子信息材料。 新型功能材料及其應用技術(shù)面臨新的突破（超導材料、智能材料、生物醫(yī)用材料） 新型結(jié)構(gòu)材料發(fā)展前景樂觀（高溫合金、難熔金屬、金屬間化合物、金屬基復合材料、高分子材料、鈦合金、鎂合金）Ti50NiT=601） Materials science（材料科學）1.3.1 Definition of materials science and engineering 找出共性：材料中的界面與表面、晶

10、體結(jié)構(gòu)與微觀缺陷、材料中的擴散與相變等； “材料研究中心”的成立；“材料科學”名詞的產(chǎn)生；“材料科學系”的建立2）Materials engineering (材料工程） In contrast , materials engineering is ,on basis of these structure property correlations, designing or engineering the structure of a material to produce a predetermined set of properties. 材料工程屬技術(shù)的范疇，目的在于采用經(jīng)濟的、而又能

11、為社會所接受的生產(chǎn)工藝、加工工藝控制材料的結(jié)構(gòu)、性能和形狀以達到使用要求。3） 材料科學與工程(materials science and engineering) Property is a material trait that in terms of the kind and magnitude of response to a specific imposed stimulus. Generally, definitions of properties are made independent of material shape and size.材料性質(zhì)描述力學性質(zhì)物理性質(zhì)化學性質(zhì)強

12、度硬度剛度塑性韌性電學性質(zhì)磁學性質(zhì)光學性質(zhì)熱學性質(zhì)催化性質(zhì)防化性質(zhì)材料的物理性質(zhì)磁學性質(zhì)光學性質(zhì)電學性質(zhì)導電性絕緣性介電性抗磁性順磁性鐵磁性 光反射 光折射 光學損耗 光透性熱學性質(zhì) 導熱性 熱膨脹 熱容 熔化注：上面只列出了材料的主要物理性質(zhì)物理性質(zhì)的交互性-材料應用的關(guān)鍵點現(xiàn)代功能材料不僅僅表現(xiàn)出單一的物理性質(zhì)，更重要的是具備了特殊的物理交互性。例如：電學-機械電致伸縮機械-電學壓電特性磁學-機械磁致伸縮電學-磁學巨磁阻效應電學-光學電致發(fā)光 - With regard to the relationships of these four components, the structure

13、 of a material will depend on how it is processed. Furthermore, a materials performance will be a function of its properties.1.3.3 Performance 使用性能 使用性能：是指材料在最終使用狀態(tài)（產(chǎn)品、元 件）下表現(xiàn)出的行為。在某種環(huán)境或條件作用下，為描述材料的行為或結(jié)果，按照特定的規(guī)范所獲得的表征參量?？煽啃?、耐用度、壽命、性能價格比、安全性，及材料固化為產(chǎn)品后，表征產(chǎn)品優(yōu)良程度的各種性能指標，如飛行速度.使用溫度等。使用性能描述符 性質(zhì)與使用性能的區(qū)別與關(guān)系

14、成分結(jié)構(gòu)環(huán)境性質(zhì)規(guī)范使用性能所以，性能是包括材料在內(nèi)的整個系統(tǒng)特征的體現(xiàn)；性質(zhì)則是材料本身特征的體現(xiàn)。需要注意的一點1.3.4 Four basic essentials interrelationshipsPerformancePropertiesSynthesis and ProcessingCompositions and StructuresTetrahedron (pyramid)材料科學研究核心中的中心問題微觀宏觀結(jié)構(gòu)-性能-工藝 材料的性能材料科學研究的核心控制材料結(jié)構(gòu)和性能的必要手段結(jié)構(gòu)工藝結(jié)構(gòu)-性能-工藝 工藝結(jié)構(gòu)性能Definition of materials 金屬 （m

15、etals) 陶瓷 (ceramics) 聚合物 (polymers) 復合材料(composites) When a scheme is based primarily on chemical makeup and atomic structure , solid material has been conveniently grouped into three basic classifications: metals, ceramics, polymers. (in the textbook)Classification of materials陶瓷(ceramics) (注意：pottery 陶器）包括：磚及耐火材料、玻璃、各種絕緣材料和磨料。共性：強度、硬而脆性、耐高溫、耐腐蝕包括：橡膠、塑料、合成纖維、膠粘劑、。共性：電絕緣性、強度、剛度、塑性（熱塑性、熱固性）、耐腐蝕性。 由兩種或兩種以上材料組成，具有任何一種單一材料所不具備的性能。它在強度、鋼度、耐蝕性方面比單獨金屬、陶瓷、聚合物優(yōu)越、具有廣闊發(fā)展前景。EX. 鋼筋混凝土、膠合板、玻璃鋼共性: 比強度和比模量高、抗疲勞性、耐燒蝕性、耐高溫、減