材料科學基礎第0章緒論

材料科學基礎

－緒論

什么是材料材料的地位材料的分類材料的發(fā)展歷史材料的未來一、材料的定義材料是人類用于制造物品、器件、構件、機器或其他產品的那些物質。上海磁懸浮列車電磁鐵、導軌南京長江三橋，僅橋塔用鋼就達1.44萬噸，總用鋼量約10萬噸，混凝土百萬方，水泥約50萬噸蘇通大橋－長江第一橋。美國國家地理－無與倫比的工程：共用鋼材約25萬噸，混凝土140萬方，填方320萬方。高300.4米的混凝土塔，拉索長達577米。目前世界聚酯總產量約5000萬噸，棉花產量約2000余萬噸用于織物的纖維總產量約6000萬噸，不粘鍋鋼鐵＋特富龍（含氟碳氫樹脂，如聚四氟乙烯CF4）Ti6Al4V+羥基磷灰石涂層高氮不銹鋼＋鈷鉻鉬球頭＋骨水泥（聚甲基丙烯酸甲酯）含能材料二、材料的地位當代文明的三大支柱：信息、材料和能源新技術革命的重要標志：新材料、信息技術和生物技術挑戰(zhàn)者，1986.1哥倫比亞號，2003.2三、材料的分類材料具有重要性、普遍性、多樣性。分類方法沒有統(tǒng)一標準。從物理化學屬性來分，可分為金屬材料、無機非金屬材料、有機高分子材料和不同類型材料所組成的復合材料。從用途來分，又分為電子材料、航空航天材料、核材料、建筑材料、能源材料、生物材料等。更常見的兩種分類方法則是結構材料與功能材料傳統(tǒng)材料與新材料。四、結構材料與功能材料結構材料：力學性能鳥巢鋼結構4.2萬噸寶馬汽車功能材料：物理、化學性質或生物功能如磁性材料、發(fā)光材料、微電子和光電子材料等。五、傳統(tǒng)材料與新材料傳統(tǒng)材料：鋼鐵、水泥、塑料等。又稱為基礎材料。新材料(先進材料)是指那些正在發(fā)展，且具有優(yōu)異性能和應用前景的一類材料。如：超導材料、納米材料、生物材料、生態(tài)環(huán)境材料、基因材料等

新材料與傳統(tǒng)材料之間并沒有明顯的界限。六、材料是人類社會進步的里程碑

1、舊石器時代(約250萬年-1萬年前)早在一兩百萬年以前，人類開始用石頭做工具，使人類進入舊石器時代。舊石器時代工具——砍砸器（中國國家博物館藏品）2、新石器時代（約1.2萬-5000年前）大約一萬年以前，人類知道對石頭進行加工，使之成為精致的器皿或工具，從而使人類進入新石器時代。大約在9000年前，人類已發(fā)明了陶器。陶器的出現、不但用于器皿，而且成為裝飾品，歷史上雖無陶器時代的名稱，但其對人類文明的貢獻是不可估量的。地球上已發(fā)現的最大的天然金塊“大三角”，重達36公斤。這個金塊是被一位名叫尼科夫爾.希烏特金的礦工1842年在烏拉爾山脈的薩萊沃-亞歷山德羅夫斯基礦發(fā)現的。3、青銅器時代（約公元前4000——1000年）在燒制陶器過程中，偶然發(fā)現金屬銅和錫，從而使人類進入青銅時代。這是人類較大量利用金屬的開始，也是人類文明發(fā)展的重要里程碑。4、鐵器時代（約公元前1400年——近代）公元前13－14世紀前，人類己開始用鐵，3000年前鐵工具比青銅工具更為普迫，人類開始進入了鐵器時代。中國最早出土的人工冶鐵制品約在公元前9世紀。到春秋(公元前770－476年)末期，生鐵技術有較大突破，遙遙領先于世界其他地區(qū)。長治縣蔭城鎮(zhèn)春秋冶鐵遺址中發(fā)現的農具“鐵镈”。5、現代社會－金屬材料隨著世界文明的進步，18世紀發(fā)明了蒸汽機，19世紀發(fā)明了電動機，對金屬材料提出了更高要求，同時對鋼鐵冶金技術產生了更大的推動作用。1854年和1864年先后發(fā)明了轉爐和平爐煉鋼．使世界鋼產量有一個飛速發(fā)展。如1850年世界鋼產量為6萬噸，1890年達2800萬噸，大大促進了機械制造、鐵道交通及紡織工業(yè)的發(fā)展。隨之電爐冶煉開始，不同類型的特殊鋼相繼問世，如1887年高錳鋼、1900年W18Cr4V高速鋼、1903年硅鋼及1910年奧氏體鎳鉻(Crl8Ni8)不銹鋼等。在此前后，銅、鋁也得到大量應用，而后鎂、鈦和很多稀有金屬都相繼出現，從而金屬材料在整個20世紀占據了結構材料的主導地位。5、現代社會－有機合成材料19世紀末葉西方科學家仿制中國絲綢發(fā)明了人造絲1909年的酚醛樹脂(電木)1920年的聚苯乙烯1931年的聚氯乙烯1941年的尼龍等。目前世界三大有機合成材料(樹脂、纖維和橡膠)年產量逾億噸。現代社會－陶瓷材料陶瓷本來用作建筑材料、容器或裝飾品等。由于其資源豐富、密度小、高模量、高硬度、耐腐蝕、膨脹系數小、耐高溫、耐磨等特點，到了20世紀中葉，通過合成及其他制備方法，做出各種類型的先進陶瓷(如Si3N4，SiC、ZrO2等)，成為近幾十年來材料中非?；钴S的研究領域，有人甚至認為“新陶器時代”即將到來。但由于其脆性問題難以解決，且價格過高，作為結構材料沒有得到如鋼鐵或高分子材料一樣的廣泛應用?，F代社會－復合材料

復合材料是20世紀后期發(fā)展的另一類材料。天然材料很多是復合材料，人類很早就制造復合材料。復合材料定義：兩種或更多不同類型材料的混合復合材料種類：一般依基體分為高分子基、金屬基、陶瓷基等波音787首先在結構部分采用了復合材料，總復合材料用量達50%，而以前僅20%。自19世紀中葉現代煉鋼技術出現以后，金屬材料的重要性急劇增加，一直到20世紀中葉，人工合成有機材料、陶瓷材料及先進復合材料迅速發(fā)展，金屬材料的重要性逐漸下降，但一直到21世紀上半葉，金屬材料仍將占重要位置。

而功能材料自古就受到重視，早在戰(zhàn)國(公元前3世紀)已利用天然磁鐵礦來制造司南，到宋代用鋼針磁化制出了羅盤，為航海的發(fā)展提供了關鍵技術。功能材料是信息技術及自動化的基礎。1947年發(fā)明了第一只具有放大作用的晶體管10余年后又研制成功集成電路激光材料與光導纖維因為硅是微電子技術的關鍵材料，所以有人稱之為“硅片為代表的電子材料