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1、授課人：牛余忠 Office ： D608 Tel ： 13792503688 E-mail: 材料科學(xué)基礎(chǔ) 第一章 緒 論 什么是材料？ Webster編著“ New International Dictionary（ 1971 年）”中關(guān)于材料的定義為：材料是指用來(lái)制造某 些有形 物體（如：機(jī)械、工具、建材、織物等的整體或部分）的 基本物質(zhì)（如金屬、木料、塑料、纖維等） 邁爾 新百科全書 中材料的含義：材料是從原材料 中取得的，為生產(chǎn)半成品、工件、部件和成品的初始物料， 如金屬、石塊、木料、皮革、塑料、紙、天然纖維和化學(xué) 纖維等等。

2、 什么是材料？ （ 1）材料是指具有滿足指定工作條件下使用要求的形 態(tài)和物理性狀的物質(zhì)，是組成生產(chǎn)工具的物質(zhì)基礎(chǔ)，是人 類賴依生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的物質(zhì)基礎(chǔ)。 （人的衣、食、住、行、通訊等） （ 2）經(jīng)過(guò)人類勞動(dòng)取得的勞動(dòng)對(duì)象。一般把來(lái)自采掘 工業(yè)和農(nóng)業(yè)的勞動(dòng)對(duì)象稱為 “ 原料 ” ，把經(jīng)過(guò)工業(yè)加工的 原料成為 “ 材料 ” 。 （ 3）廣義的材料包括人們的思想意識(shí)之外的所有物質(zhì) (substance)，材料無(wú)處不在，無(wú)處不有。 原料與材料： 由原料到材料。 原料一般不是為獲得產(chǎn)品，而是生產(chǎn)材料，往往伴隨化學(xué) 變化。

3、 材料的特點(diǎn)往往是為獲得產(chǎn)品，一般從材料到產(chǎn)品的轉(zhuǎn)變 過(guò)程不發(fā)生化學(xué)變化。 材料與物質(zhì)： 材料可由一種或多種物質(zhì)組成。 同一物質(zhì)由于制備方法或加工方法不同可以得到用途各異、 類型不同的材料。 工農(nóng)業(yè)生產(chǎn) 國(guó)防 科學(xué)技術(shù) 人民生活 材料 能源 現(xiàn)代技術(shù)的三大支柱 信息 材料品種 數(shù)量 國(guó)家現(xiàn)代化程度標(biāo)志之一 質(zhì)量 材料的重要地位 材料是人類賴以生存與發(fā)展、征服及改造自然的物質(zhì)基礎(chǔ) ,是人類活動(dòng) 不可缺少的東西。 材料是社會(huì)生產(chǎn)力發(fā)展的標(biāo)志，生產(chǎn)中使用的材料性質(zhì)反映了人類社會(huì) 的文明水平。 現(xiàn)代一個(gè)國(guó)家的實(shí)力與水平主要取決于

4、他的能源、材料、信息的發(fā)展 。 簡(jiǎn)單復(fù)雜 單一性能綜合性能 結(jié)構(gòu)材料功能材料 單一材料復(fù)合材料 材料發(fā)展過(guò)程 七個(gè)時(shí)代造就材料輝煌 石器時(shí)代 青銅器時(shí)代 鐵器時(shí)代 水泥時(shí)代 鋼時(shí)代 硅時(shí)代 新材料時(shí)代 1 石器時(shí)代 公元前 10萬(wàn)年 2 青銅時(shí)代 公元前 3000年 3 鐵器時(shí)代 公元前 1000年 4 水泥時(shí)代 公元 0年 5 鋼時(shí)代 1800年 6 硅時(shí)代 1950年 7 新材料時(shí)代 1990年 人類文明史與材料的發(fā)展階段密切相關(guān)的 我國(guó)材料的發(fā)展歷史 一、石器的制造和使用 在

5、人類的發(fā)展史上，最先使用的工具是石器。 中華民族的祖先用堅(jiān)硬的燧石和石英石等天然 材料制成石刀、石斧、石鋤。 石器 石斧（西安半坡遺址） 二、陶器與瓷器的發(fā)明和使用 新石器時(shí)代 (公元前 6000年公元前 5000 年 )，中華民族的先人們用粘土燒制成陶器。 甘肅馬家窯文化時(shí)期的 陶器表面彩繪條帶紋、波紋 和舞蹈紋等，制品有炊具、 食具、盛儲(chǔ)器皿等。 陶器 瓷器 中國(guó)文化的象征 最早生產(chǎn)瓷器的國(guó)家。 東漢時(shí)期發(fā)明了瓷器。 于 9世紀(jì)傳到非洲東部 和阿拉伯國(guó)家， 13世紀(jì)傳到 日本， 15世紀(jì)傳到歐洲。 瓷器成為中國(guó)文化的象征

6、，對(duì)世界文明產(chǎn) 生了極大的影響。 中國(guó)瓷器暢銷全球，名譽(yù)四海。 瓷器 三、 青銅器的制造和使用 夏朝 (公元前 2140年始 )以前 我國(guó)青銅的冶煉就開始。 殷、西周時(shí)期已發(fā)展到很高的水平。制造各種工具、 食器、兵器。 司母戊鼎 兵器 湖北江陵楚墓出土越王勾踐寶劍 從湖北隋縣出土的戰(zhàn)國(guó)青銅編鐘共計(jì)六 十四枚，分三層懸掛。造型壯觀、音頻準(zhǔn)確。 鑄造精美，音律齊全，音域?qū)拸V，音色和美， 樂(lè)律銘文珍貴。 是我國(guó)古代文化藝術(shù)高度發(fā)達(dá)的見證。 編鐘 世界上最古老的青銅成分的文字記載 春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期 周禮 考工記 ： 六分其金而錫居

7、一，謂之鐘鼎之齊 (劑）； 五分其金而錫居一，謂之斧斤之齊； 四分其金而錫居一，謂之戈戟之齊； 三分其金而錫居一，謂之大刃之齊； 五分其金而錫居二，謂之削殺矢之齊； 金、錫半，謂之鑒燧之齊。 我們的先人已經(jīng)認(rèn)識(shí)到了青銅的成分、 性能與應(yīng)用之間的密切關(guān)系。 四、鐵器的生產(chǎn)和應(yīng)用 青秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期 (公元前 770年公元前 221年 )開始大量使用鐵器。 從興隆戰(zhàn)國(guó)鐵器遺址中發(fā)掘出了澆鑄農(nóng) 具用的鐵模。 冶鑄技術(shù)已由泥砂造型水平進(jìn)入鐵模鑄 造的高級(jí)階段。 西漢時(shí)期 煉鐵技術(shù)提高 采 用煤作為煉鐵的燃料，比歐洲早 1700多年。

8、 在 河南鞏縣漢代冶鐵遺址中，發(fā)掘出 20多座 冶鐵爐和鍛爐。爐型龐大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并有鼓風(fēng) 裝置和鑄造坑。生產(chǎn)規(guī)模壯觀。 鐵人 黃河鎮(zhèn)河大鐵牛 (唐開元 12年鑄 ) 我國(guó)古代創(chuàng)造了三種煉鋼方法 從礦石中直接煉出自然鋼。用這種 鋼做的劍在東方各國(guó)享有盛譽(yù)，東漢時(shí)傳 入了歐洲； 西漢時(shí)期的經(jīng)過(guò) “ 百次 ” 冶煉鍛打 的百煉鋼； 南北朝時(shí)期生產(chǎn)的灌鋼。先煉鐵后 煉鋼的兩步煉鋼技術(shù)我國(guó)要比其它國(guó)家早 1600多年。 鋼的熱處理技術(shù)達(dá)到相當(dāng)高的水平 西漢 史記 天官書 ：淬火工藝要 點(diǎn) “ 水與火合為淬

9、” 鋼鐵生產(chǎn)工具的發(fā)展，對(duì)社 會(huì)進(jìn)步起了巨大的推動(dòng)作用。 漢書 王褒傳 ：制劍技術(shù) “ 巧冶鑄干將之樸，清水淬其鋒 ” 明代科學(xué)家宋應(yīng)星 天工開物 : 論述鋼鐵的退火、淬火、滲碳工藝。 五、絲綢 天然高分子材料 絲綢是一種天然高分子材料，在我國(guó)有著悠 久的歷史。 我國(guó)絲綢質(zhì)地柔軟，色彩鮮艷，美觀華麗， 光彩奪目。 于十一世紀(jì)傳到波斯、阿拉伯、埃及，于 1470年傳到意大利的威尼斯，進(jìn)入歐洲。 中國(guó)絲綢，名揚(yáng)四海。 明代后：封建統(tǒng)治、帝國(guó)主義侵略束縛了材料的發(fā)展 停 滯狀態(tài) 解放后：材料科學(xué)受到重視

10、和發(fā)展，被列為現(xiàn)代技術(shù)三大支 柱之一。 一整套材料體系 門類全齊 數(shù)量 質(zhì)量 原子彈、氫彈、人造衛(wèi)星、火箭、載人航天飛機(jī) 長(zhǎng)征三號(hào)運(yùn)載火箭 寶鋼高爐 新材料時(shí)代特征 ： 不象以前的各個(gè)材料時(shí)代，它是一 個(gè)由多種材料決定社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的時(shí) 代；新材料以人造為特征；新材料科學(xué) 根據(jù)我們對(duì)材料的物理和化學(xué)性能的了 解，為了特定的需要設(shè)計(jì)和加工而成的。 新材料新工藝重大成果 高分子材料迅速發(fā)展 從 20世紀(jì) 60年代到 70年代，高分子材料每年 以 14的速度增長(zhǎng)。到 70年代中期，全世界的 高分子材料和鋼的體積產(chǎn)量已經(jīng)相

11、等； 滌綸安全帶 尼龍齒輪 高分子材料用作 結(jié)構(gòu)材料代替鋼鐵外， 目前正在研究和開發(fā) 具有良好導(dǎo)電性能和 耐高溫的高分子材料。 陶瓷材料引人注目 陶瓷材料已用于制造機(jī)器零件和工程結(jié)構(gòu)。 陶瓷具有許多特殊性能作為重要的功能材 料 (例如可作光導(dǎo)纖維、激光晶體等 )。 陶瓷脆性和抗熱震性正在逐步獲得改善， 是最有前途的高溫結(jié)構(gòu)材料。 耐磨陶瓷 絕緣陶瓷 復(fù)合材料前途廣闊 技術(shù)和工業(yè)的發(fā)展對(duì)材料性能提出越來(lái) 越高的要求。單一材料不能滿足某些使用要 求。復(fù)合材料越來(lái)越得到人們的重視。

12、 玻璃纖維樹脂復(fù)合材料 碳纖維樹脂復(fù)合材料 在航空航天工業(yè)中用于制造衛(wèi)星殼體、 飛機(jī)機(jī)身、螺旋槳等； 玻璃鋼賽車殼體 在交通運(yùn)輸工業(yè)中制造汽車車身、輕 型船艇等； 在石油化工工業(yè)中制造耐酸、耐堿、 耐油容器、管道等。 玻璃鋼儲(chǔ)液罐 功能材料發(fā)展迅速 超導(dǎo)材料、磁性材料、形狀記憶材料、 信息材料 等各種功能材料有很大的發(fā)展。 光纜 磁浮列車（時(shí)速 430公里） 按 物理性質(zhì) 可分為：導(dǎo)電材料 、 絕緣材料 、 半導(dǎo)體

13、 材料 、 磁性材料 、 透光材料 、 高強(qiáng)度材料 、 高溫材 料 、 超硬材料等 。 按 物理效應(yīng) 分為：壓電材料 、 熱電材料 、 鐵電材料 、 非線性光學(xué)材料 、 磁光材料 、 電光材料 、 聲光材料 、 激光材料等 。 按 用途 分為：電子材料 、 電工材料 、 光學(xué)材料 、 感 光材料 、 耐酸材料 、 研磨材料 、 耐火材料 、 建筑材 料 、 結(jié)構(gòu)材料 、 包裝材料等 。 材料的分類 按 材料組成和結(jié)合鍵的性質(zhì) 可分為：金屬材料 、 高分子 材料 、 陶瓷 （ 無(wú)機(jī)非金屬材料 ） 、 半導(dǎo)體材料等 。 按 材料所起的作用 分為：結(jié)構(gòu)材料和功能材料 。 按 用途

14、分為：電子材料 、 電工材料 、 光學(xué)材料 、 感光材 料 、 耐酸材料 、 研磨材料 、 耐火材料 、 建筑材料 、 結(jié)構(gòu) 材料 、 包裝材料 ， 醫(yī)用材料 ， 儀表材料 ， 能源材料等 。 按 材料特性 分為金屬材料 ， 無(wú)機(jī)非金屬材料和有機(jī)高分 子材料 、 復(fù)合材料 。 材料的分類 1.金屬材料 金屬材料是由化學(xué)元素周期表 中的金屬元素組成的材料。金屬材 料通常分為黑色金屬材料和有色金 屬材料（非鐵材料）兩大類。黑色 金屬材料包括鋼和鑄鐵；有色金屬 材料指除 Fe以外的其他金屬及其合 金。 (1) 黑色金屬材料 化學(xué)成分 碳素鋼 、 合金鋼 品質(zhì) 普通 、 優(yōu)質(zhì) 、

15、高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼 金相組織或組織結(jié)構(gòu) 珠光體 、 貝氏體 、 馬氏體和奧氏體 用途 建筑工程 、 結(jié)構(gòu) 、 工具 、 特殊性能 、 專業(yè)用鋼 冶煉方法 平爐 、 轉(zhuǎn)爐 、 電爐 、 沸騰爐鋼 灰鑄鐵 可鍛鑄鐵 鑄鐵 球墨鑄鐵 蠕墨鑄鐵 特殊性能鑄鐵 (2) 有色金屬 五大類 輕金屬 (5 g/cm2) 銅 、 鎳 、 鉛 、 鋅 貴金屬 金 、 銀 、 鉑 、 銠 類金屬 （ 半 ） 硅 、 硒 、 紳 、 硼 稀有金屬

16、 鈦 、 鋰 、 鎢 、 鉬 、 鐳 工程上最重要的有色金屬材料： Al、 Cu 、 Zn、 Sn、 Pb、 Mg、 Ni、 Ti及其合金 金屬材料的基本特性 a. 金屬鍵 ， 常規(guī)法生產(chǎn)的為晶體結(jié)構(gòu)； b. 常溫下固體 ， 熔點(diǎn)較高； c. 金屬光澤； d. 純金屬范性大 、 展性 、 延性大； e. 強(qiáng)度較高； f. 自由電子的存在 ， 導(dǎo)熱 、 導(dǎo)電性好； g. 空氣中易氧化 。 2. 無(wú)機(jī)非金屬材料 無(wú)機(jī)非金屬材料是由硅酸鹽、鋁酸鹽、硼酸鹽、磷 酸鹽、鍺酸鹽等原料和（或）氧化物、氮化物、碳化物

17、、 硼化物、硫化物、硅化物、鹵化物等原料經(jīng)一定的工藝 制備而成的材料。是除金屬材料、高分子材料以外所有 材料的總稱。它與廣義的陶瓷材料有等同的含義。無(wú)機(jī) 非金屬材料種類繁多，用途各異，目前還沒(méi)有統(tǒng)一完善 的分類方法。 一般將其分為傳統(tǒng)的（普通的）和新型的 （先進(jìn)的）無(wú)機(jī)非金屬材料兩大類。 傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)非金屬材料 主要是指由 SiO2及其硅酸鹽化 合物為主要成分制成的材料 ， 包括陶瓷 、 玻璃 、 水泥和耐火 材料等 。 此外 ， 搪瓷 、 磨料 、 鑄石 （ 輝綠巖 、 玄武巖等 ） 、 碳素材料 、 非金屬礦 （ 石棉 、 云母 、 大理石等 ） 也屬于傳統(tǒng) 的無(wú)機(jī)非金屬材料 。 先進(jìn)

18、（或新型）無(wú)機(jī)非金屬材料 是用氧化 物、氮化物、碳化物、硼化物、硫化物、硅化物 以及各種無(wú)機(jī)非金屬化合物經(jīng)特殊的先進(jìn)工藝制 成的材料。主要包括先進(jìn)陶瓷、非晶態(tài)材料、人 工晶體、無(wú)機(jī)涂層、無(wú)機(jī)纖維等。 陶瓷按其概念和用途不同， 可分為兩大類，即 普通（傳統(tǒng)） 陶瓷和特種陶瓷。 根據(jù)陶瓷坯體結(jié)構(gòu)及其基 本物理性能的差異，陶瓷制品 可分為 陶器和瓷器。 傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)非金屬材料 之一：陶瓷 普通陶瓷 即傳統(tǒng)陶瓷，是指以粘土為主要原料與 其它天然礦物原料經(jīng)過(guò)粉碎混練、成型、煅燒等 過(guò)程而制成的各種制品。包括日用陶瓷、建筑衛(wèi) 生陶瓷、電器絕緣陶瓷、耐酸陶瓷、過(guò)濾陶瓷以 及其它工業(yè)用陶瓷。

19、 特種陶瓷 是用于各種現(xiàn)代工業(yè)及尖端科學(xué)技術(shù) 領(lǐng)域的陶瓷制品。 包括結(jié)構(gòu)陶瓷和功能陶瓷 。 結(jié)構(gòu)陶瓷主要用于耐磨損、高強(qiáng)度、耐高溫、 耐熱沖擊、硬質(zhì)、高剛性、低膨脹、隔熱等場(chǎng) 所。功能陶瓷主要包括電磁功能、光學(xué)功能、 生物功能、核功能及其它功能的陶瓷材料。 常見 高溫結(jié)構(gòu)陶瓷 包括：高熔點(diǎn)氧化物、碳化 物、硼化物、氮化物、硅化物。 功能陶瓷 包括 :裝置瓷（即電絕緣瓷）、電容 器陶瓷、壓電陶瓷、磁性陶瓷（又稱為鐵氧體）、 導(dǎo)電陶瓷、超導(dǎo)陶瓷、半導(dǎo)體陶瓷（又稱為敏感陶 瓷）、熱學(xué)功能陶瓷（熱釋電陶瓷、導(dǎo)熱陶瓷、低 膨脹陶瓷、紅外輻射陶瓷等）、化學(xué)功能陶瓷（多 孔陶瓷載體等）、生物功能陶瓷等。

20、 傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)非金屬材料 之二：玻璃 玻璃是由熔體過(guò)冷所制得的非晶態(tài)材料。根據(jù)其 形成網(wǎng)絡(luò)的組分不同可分為硅酸鹽玻璃、硼酸鹽玻璃、 磷酸鹽玻璃等，其網(wǎng)絡(luò)形成劑分為 SiO2、 B2O3和 P2O5。 習(xí)慣上玻璃態(tài)材料可分為 普通玻璃 和 特種玻璃 兩大類。 普通玻璃是指采用天然原料，能夠大規(guī)模生產(chǎn)的 玻璃。普通玻璃包括日用玻璃、建筑玻璃、微晶玻璃、 光學(xué)玻璃和玻璃纖維等。 傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)非金屬材料 之三：水泥（混凝土） 水泥是指加入適量水 后可成塑性漿體，既能在 空氣中硬化又能在水中硬 化，并能夠?qū)⑸?、石等?料牢固地膠結(jié)在一起的細(xì) 粉狀水硬性材料。 水泥的種類很多，按其用途和性能可分為

21、： 通用水泥、專用水泥和特性水泥 三大類；按其所 含的主要水硬性礦物，水泥又可分為硅酸鹽水泥、 鋁酸鹽水泥、硫鋁酸鹽水泥、氟鋁酸鹽水泥以及 以工業(yè)廢渣和地方材料為主要組分的水泥。目前 水泥品種已達(dá)一百多種。 通用水泥 為大量土木工程所使用的一般用途的水泥， 如硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、 火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥和復(fù)合硅酸 鹽水泥等。 專用水泥 指有專門用途的水泥，如油井水泥、砌筑水 泥等。 特性水泥 則是某種性能比較突出的一類水泥，如快硬 硅酸鹽水泥、抗硫酸鹽硅酸鹽水泥、中熱硅酸鹽水泥、 膨脹硫鋁酸鹽水泥、自應(yīng)力鋁酸鹽水泥等。 傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)非金屬材料

22、之四：耐火材料 耐火材料是指耐火度不低于 1580 的無(wú)機(jī)非金屬材 料 。 它是為高溫技術(shù)服務(wù)的基礎(chǔ)材料 。 盡管各國(guó)對(duì)其定 義不同 ， 但基本含義是相同的 ， 即耐火材料是用作高溫 窯爐等熱工設(shè)備的結(jié)構(gòu)材料 ， 以及用作工業(yè)高溫容器和 部件的材料 ， 并能承受相應(yīng)的物理化學(xué)變化及機(jī)械作用 。 大部分耐火材料是以天然礦石（如耐火粘土、硅石、 菱鎂礦、白云母等）為原料制造的。 無(wú)機(jī)非金屬材料的基本特性 （ 以陶瓷為例 ） a. 化學(xué)鍵為離子鍵 、 共價(jià)鍵及其混合鍵； b. 硬而脆 、 韌性低 、 抗壓不抗拉 、 對(duì)缺陷敏感； c. 熔點(diǎn)高 、 耐高溫抗氧化

23、d. 自由電子數(shù)目少 ， 導(dǎo)熱 、 導(dǎo)電性差； e. 耐化學(xué)腐蝕性性好； f. 耐磨； g. 成型方式為粉末制壞 、 燒制成型 3. 高分子材料（高聚物） 高聚物是由一種或幾種簡(jiǎn)單低分子化合物經(jīng)聚合 而組成的分子量很大的化合物。按高分子材料 來(lái)源 分 為天然高分子材料和合成高分子材料；按材料的 性能 和用途 可將高聚物分為橡膠、纖維、塑料、膠粘劑、 涂料等；按 主鏈結(jié)構(gòu) 可分為碳鏈、雜連、元素高聚物 三類；根據(jù) 熱性質(zhì) 又可分為熱塑性、熱固性及熱穩(wěn)定 性高聚物三類。根據(jù) 用途 分為高分子結(jié)構(gòu)材料、高分 子電絕緣材料、耐高溫高分子材料、導(dǎo)電高分子等等。 橡膠 的特點(diǎn)是

24、室溫彈性高 ， 即使在很小的 外力作用下 ， 也能產(chǎn)生很大的形變 （ 可達(dá) 1000%） ， 外力去除后 ， 能迅速恢復(fù)原狀 。 其彈性模量小 ， 約 105104Pa。 常用的橡膠 有天然橡膠 （ 異戊橡膠 ） 、 丁苯橡膠 、 順 丁橡膠 （ 聚丁二烯 ） 、 乙丙橡膠和硅橡膠 等 。 纖維 的彈性模量較大，約 1091010Pa。受力時(shí)， 形變不超過(guò)百分之二十。纖維大分子沿軸向作 規(guī)則排列，其長(zhǎng)徑比較大，在較廣的溫度范圍 （ -50150 ）內(nèi)，機(jī)械性能變化不大。常用 的合成纖維有尼龍、滌綸、晴綸和維尼綸等。 塑料 的彈性模量介于橡膠和纖維之間，約 107108Pa。 溫度稍高些

25、，受力形變可達(dá)百分之幾至幾百。有些 塑料的形變是可逆的，有些塑料的形變是永久的。 根據(jù)塑料受熱時(shí)行為的不同，分為 熱塑性 和 熱固性 塑料兩類。前者受熱時(shí)可以塑化和軟化，冷卻時(shí)則 凝固成形，再加熱又可塑化軟化。聚乙烯、聚氯乙 烯和聚碳酸酯等都屬于此類；后者在受熱時(shí)可塑化 和軟化，并通過(guò)化學(xué)反應(yīng)，使之固定成型，但冷卻 后不能再加熱軟化，酚醛塑料和脲醛塑料就屬此類。 膠粘劑 是指在常溫下處于粘流態(tài)，當(dāng)受到外力作 用時(shí)，會(huì)產(chǎn)生永久變形，外力撤去后又不能恢復(fù) 原狀的高聚物。有時(shí)把聚合后未加工成型的高聚 物稱為樹脂，以區(qū)分加工后的塑料或纖維制品， 如滌綸纖維未紡織前稱滌綸樹脂。 高分子材料的基本

26、特性 a. 結(jié)合鍵主要為共價(jià)鍵 ， 部分范德華鍵 b. 分子量大 ， 無(wú)明顯熔點(diǎn) ， 有玻璃化轉(zhuǎn)變溫度 Tg和 粘流溫度 Tf； c. 力學(xué)狀態(tài)有三態(tài)：玻璃態(tài) 、 高彈態(tài) 、 粘流態(tài) d. 質(zhì)量輕 e. 絕緣性好 f. 優(yōu)越的化學(xué)穩(wěn)定性 g. 成型方法多 4. 復(fù)合材料 復(fù)合材料是由兩種或兩種以上化學(xué)性質(zhì)或組織結(jié) 構(gòu)不同的材料組合而成。 復(fù)合材料是多相材料，主要包 括基本相和增強(qiáng)相。 基體相是一種連續(xù)相材料，它把改 善性能的增強(qiáng)相材料固結(jié)成一體，并起傳遞應(yīng)力的作用； 增強(qiáng)相起承受應(yīng)力（結(jié)構(gòu)復(fù)合材料）和顯示功能（功能 復(fù)合材料）的

27、作用。復(fù)合材料既能保持原組成材料的重 要特色，又通過(guò)復(fù)合效應(yīng)使各組分的性能互相補(bǔ)充，獲 得原組分不具備的許多優(yōu)良性能。 復(fù)合材料的種類繁多，目前還沒(méi)有統(tǒng)一的分類方 法，下面根據(jù)復(fù)合材料的三要素來(lái)分類。按 基體材料 分類，有金屬基復(fù)合材料，陶瓷基復(fù)合材料，水泥、 混凝土基復(fù)合材料，塑料基復(fù)合材料，橡膠基復(fù)合材 料等；按 增強(qiáng)劑形狀 可分為粒子、纖維及層狀復(fù)合材 料；依據(jù)復(fù)合材料的性能可分為結(jié)構(gòu)復(fù)合材料和功能 復(fù)合材料。 復(fù)合材料的基本特性 a. 抗疲勞性能良好； b. 結(jié)構(gòu)件減振性好； c. 比強(qiáng)度和比模量高； d. 耐燒蝕性和耐高溫性能好 e. 具有良好

28、的減磨 、 耐磨和自潤(rùn)滑性 能 材料技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 當(dāng)前，材料技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)有以下幾種： 第一，從均質(zhì)材料向復(fù)合材料發(fā)展。 以前人們只使用金屬材料、高分子材料 等均質(zhì)材料，現(xiàn) 在開始越來(lái)越多地使用 諸如把金屬材料和高分子材料結(jié)合在一 起的復(fù)合材料。 第二，由結(jié)構(gòu)材料為方往向功能材料、多 功能材料并重的方向發(fā)展。 以前講材料，實(shí)際上都是指結(jié)構(gòu)材料。但 是隨著高技術(shù)的發(fā)展，其他高技術(shù)要求材料技 術(shù)為它們提供更多更好的功 能材料，而材料技 術(shù)也越來(lái)越有能力滿足這一要求。所以現(xiàn)在各 種功能材料越來(lái)越多，終會(huì)有一天功能材料將 同結(jié)構(gòu)材料在材料領(lǐng)域平分秋色。 材料

29、技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 材料技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 第三，材料結(jié)構(gòu)的尺度向越來(lái)越小的方向發(fā)展。 如以前組成材料的顆粒，尺寸都在微米 (100 萬(wàn) 分之一米 )方向發(fā)展的材料。由于顆粒極度細(xì)化， 使有些性能發(fā)生了截然不同的變化。如以前給人 以極脆印象的陶瓷，居然可以用來(lái)制造發(fā)動(dòng)機(jī)零 件。 材料技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 第四，由被動(dòng)性材料向具有主動(dòng)性的智 能材料方向發(fā)展。 過(guò)去的材料不會(huì)對(duì)外界環(huán)境的作用 作 出反應(yīng)，完全是被動(dòng)的。新的智能材料能 夠感知外界條件變化、進(jìn)行判斷并主動(dòng)作 出反應(yīng)。 材料技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 第五，通過(guò)仿生途徑來(lái)發(fā)展新材料。 生物通過(guò)千百萬(wàn)年的進(jìn)化，在

30、嚴(yán)峻的自 然界環(huán)境中經(jīng)過(guò) 優(yōu)勝劣汰，適者生存而發(fā) 展到今天，自有其獨(dú)特之處。通過(guò)“師法 自然”并揭開其奧秘，會(huì)給我們以無(wú)窮的 啟發(fā)，為開發(fā)新材料又提供了一條廣闊的 途徑。 材料科學(xué)與工程的關(guān)系 材料科學(xué)是研究各種材料的結(jié)構(gòu)，制備加工工藝與性能之間的科 學(xué)。 材料科學(xué)與工 程四要素關(guān)系 課程內(nèi)容和學(xué)習(xí)方法 第一章 緒論 材料的定義 、 發(fā)展背景 、 分類及基本內(nèi)容 。 第二章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ) 各類材料結(jié)構(gòu)上的共性基礎(chǔ) 、 原子分子 、 聚集 態(tài) 、 表面 、 轉(zhuǎn)變 。 第三章 材料的組成及結(jié)構(gòu)

31、 從材料的組成入手 ， 闡述各種材料的聚集態(tài)結(jié) 構(gòu)和宏觀組織結(jié)構(gòu) 。 課程內(nèi)容和學(xué)習(xí)方法 第四章 材料的性能 闡明在應(yīng)力 、 熱 、 光 、 電 、 聲 、 化學(xué)介 質(zhì)等各種外界因素下 ， 各類材料所表現(xiàn)的宏 觀性質(zhì) 、 破壞形式及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律 。 第五章 材料的制備和成型加工 從不同種類材料出發(fā) ， 闡明材料的制備原 理和方法 。 學(xué)習(xí)方法和要求 課堂講授 、 課堂討論和課外作業(yè) 、 課前預(yù)習(xí)相結(jié) 合 通過(guò)物質(zhì)結(jié)構(gòu)與組成的基本理論的學(xué)習(xí) ， 掌握材 料的結(jié)構(gòu) 性能內(nèi)在關(guān)系； 運(yùn)用結(jié)構(gòu) 性能關(guān)系的原理 ，

32、 了解主要材料品種 的制備和應(yīng)用的特點(diǎn) ， 具有一定材料設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí) 。 王占國(guó)（無(wú)）半導(dǎo)體材料 科學(xué)院技術(shù)科學(xué)部 信息技術(shù)學(xué)部 中國(guó)科學(xué)院化學(xué)學(xué)部 郭景坤 （無(wú)）陶瓷材料 徐 熹 （高）高分子材料 嚴(yán)東生 （無(wú)）無(wú)機(jī)新材料 中國(guó)科學(xué)院材料學(xué)科院士 中國(guó)工程院材料學(xué)科院士 機(jī)械運(yùn)載學(xué)部 1、 R.W. Cahn, “The Coming of Materials Science”, 2001 2、 W.D. Callister, Jr., Materials Science and Engineering, An Introduction Wiley -- 7th Edition 3、 P. A. Thrower, “Materials in Todays World”, Second Edition 參考書目 4、顧宜，“材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)”，；化學(xué)工業(yè)出版社， 2002 6、 黃培彥 , “材料科學(xué)與工程導(dǎo)論”，華南理工大學(xué)出 版社， 2007 5、黃根哲，“材料科學(xué)與工程”，國(guó)防工業(yè)出版社， 2010