材料科學(xué)基礎(chǔ)-緒論

材料科學(xué)基礎(chǔ)—緒論第一頁，共53頁。YOUAREWELCOM.MaterialsScienceandEngineeringTeachingandReaserchSection第一頁第二頁，共53頁。IntroductiontomyselfName:JIANCHENAge:47Degree:Bachelor，Inorganic

Materials)GraduatedUniversity:HunanUniversityGraduatedSpecialityandtime:CarbonMaterials,in1984Duty:ViceDirectorinM＆CCollegeofSUSE

ThreeClassProfessorResearchField:NewCarbonMaterials,ResinforCarbon,corrosionandprotectionMobile:E-mail:第二頁第三頁，共53頁。第三頁第四頁，共53頁。主持的部分科研項(xiàng)目超細(xì)碳素粉末表面合成樹脂的工藝”，橫向（43.5萬），在研“二甲醚用于民用燃料性能測定試驗(yàn)”，橫向（23萬），在研“基于多模式掃描探針碳黑表面研究”，省教育廳，在研“碳素材料專用低粘、高固、耐堿酚醛樹脂”，國家科技部中小型企業(yè)創(chuàng)新基金（01C26215100214），已完成“自愈合抗氧化石墨研究”，四川省科委攻關(guān)項(xiàng)目，已完成第四頁第五頁，共53頁。主要科研成果：

國家發(fā)明專利4項(xiàng)（88102170.9；ZL98112223.X；CN101318649；CN1936081）項(xiàng)目鑒定5項(xiàng)

科研獲獎：

M551鑲嵌石墨材料（自貢市科技進(jìn)步三等獎，四川省優(yōu)秀新產(chǎn)品三等獎）

連續(xù)鑄造用T462石墨材料（四川省優(yōu)秀產(chǎn)品二等獎）第五頁第六頁，共53頁。教學(xué)教改工作：

《材料科學(xué)基礎(chǔ)》，四川省精品課程（2004年）（負(fù)責(zé)人）“材料科學(xué)與工程專業(yè)的建立及課程體系的研究與實(shí)踐”，2004年四川省高等教育教學(xué)成果三等獎（2005.03）（排名1）第六頁第七頁，共53頁。第七頁第八頁，共53頁。請寫出“材料科學(xué)與工程”的英文

MSE第八頁第九頁，共53頁。

Pleasetellmethematerialsthatyouuseorseeinyourlifeandworking.DiscussionaboutthematerialsMaterialsScienceandEngineering

第九頁第十頁，共53頁。材料科學(xué)基礎(chǔ)—緒論TheFundamentals(Elements,Principles)ofMaterialsScience

---AnIntroduction

第十頁第十一頁，共53頁。一、什么是材料？

WhatistheMaterials?Webster編者“NewInternationalDictionary（1971年）”中關(guān)于材料（Materials）的定義為：材料是指用來制造某些有形物體（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。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)。第十一頁第十二頁，共53頁。二、材料在人類歷史的發(fā)展和科學(xué)

技術(shù)中的重要作用

ImportanceofMaterialsfortheDevelopmentofHumenHistoryandScience&Technology

材料是人類社會發(fā)展的巨大推動力，生產(chǎn)工具制造的物質(zhì)基礎(chǔ)是材料。石器時代——陶器時代——青銅時代——鐵器時代——復(fù)合材料材料的使用和發(fā)展，與生產(chǎn)力和科學(xué)技術(shù)的水平密切相關(guān)第十二頁第十三頁，共53頁。三、我國材料的歷史進(jìn)程

(Historicalperspective)

漫長而又曲折的歷程：石斧1.石器時代Stoneage第十三頁第十四頁，共53頁。

2.青銅器時代

BRONZEAGE第十四頁第十五頁，共53頁。湖北江陵楚墓出土越王勾踐寶劍第十五頁第十六頁，共53頁。中國古代鐵器的金相組織湖南長沙砂子塘戰(zhàn)國凹形鐵鋤3.鐵器時代

ironage第十六頁第十七頁，共53頁。長征三號運(yùn)載火箭在發(fā)射架上的圖片寶鋼高爐4.明代后及解放后第十七頁第十八頁，共53頁。

古代科技名著《考工記》（先秦）《夢溪筆談》（宋代沈括）《天工開物》（明代宋應(yīng)星）第十八頁第十九頁，共53頁。古代科技名著--《夢溪筆談》（宋代沈括）

《夢溪筆談》是我國北宋大科學(xué)家沈括的傳世著作。沈括在晚年用筆記文學(xué)體裁寫成《夢溪筆談》二十六卷，再加上《補(bǔ)筆談》三卷和《續(xù)筆談》，共列有條文六百零九條，遍及天文、數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、地學(xué)、生物以及冶金、機(jī)械、營造、造紙技術(shù)等各個方面，內(nèi)容十分廣泛、豐富，是中國科學(xué)史的重要著作。《夢溪筆談》中所記述的許多科學(xué)成就均達(dá)到了當(dāng)時世界的最高水平。英國著名科學(xué)史專家李約瑟稱《夢溪筆談》是“中國科學(xué)史上的坐標(biāo)”。沈括，生于公元1031年，為官多年。他晚年居住在潤州(今鎮(zhèn)江市)的夢溪園，專門從事著述，為后人留下了一部三十卷的科學(xué)巨著《夢溪筆談》。

第十九頁第二十頁，共53頁。四、材料分類

IVClassificationofMaterials第二十頁第二十一頁，共53頁。五、什么是材料科學(xué)？WhatisMaterialsScience？PerformancePropertiesSynthesisandProcessingCompositionsandStructures第二十一頁第二十二頁，共53頁。什么是材料科學(xué)？

WhatisMaterialsScience？

材料科學(xué)是一門以固體材料為研究對象，以固體物理、熱力學(xué)、動力學(xué)、量子力學(xué)、冶金、化工為理論基礎(chǔ)的邊緣交叉基礎(chǔ)應(yīng)用學(xué)科，它運(yùn)用電子顯微鏡、X-射線衍射、熱譜、電子離子探針等各種精密儀器和技術(shù)，探討材料的組成、結(jié)構(gòu)、制備工藝和加工使用過程與其機(jī)械、物理、化學(xué)性能之間的規(guī)律的一門基礎(chǔ)應(yīng)用學(xué)科，是研究材料共性的一門學(xué)科。第二十二頁第二十三頁，共53頁。1.

材料科學(xué)與工程的范疇和任務(wù)

學(xué)科建立

EstablishmentofMaterialsScienceandEngineering

IN1960’s金屬材料——金相學(xué)——金屬學(xué)無機(jī)材料——無機(jī)化學(xué)——陶瓷學(xué)高分子材料——高分子化學(xué)——高分子物理

第二十三頁第二十四頁，共53頁。1.

材料科學(xué)與工程的范疇和任務(wù)

(2)內(nèi)容和任務(wù)

ContentsandObjective

材料科學(xué)：從理論上研究金屬、無機(jī)非金屬和有機(jī)高分子等材料的成分、結(jié)構(gòu)、加工工藝同材料性能及材料應(yīng)用之間的相互關(guān)系。

材料科學(xué)與工程：關(guān)于材料組成、結(jié)構(gòu)、制備工藝與其性能及使用過程間相互關(guān)系的知識開發(fā)及應(yīng)用的科學(xué)。

學(xué)科性質(zhì)：是介于基礎(chǔ)科學(xué)與應(yīng)用科學(xué)之間的應(yīng)用基礎(chǔ)科學(xué)（邊緣學(xué)科）。第二十四頁第二十五頁，共53頁。

研究內(nèi)容：reaserchcontents科學(xué)性

a.從化學(xué)角度出發(fā)，研究材料的化學(xué)組成、鍵性、結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系

b.從物理角度，闡述材料的組成原子、分子及其運(yùn)動狀態(tài)與各物性之間的關(guān)系

c.材料的制備工藝技術(shù)性

d.材料的性能表征

e.材料的應(yīng)用第二十五頁第二十六頁，共53頁。六、學(xué)習(xí)方法studymethodsTHEFIRST，INTRESTINGISTHEMOSTIMPORTANT.盧柯:材料科學(xué)研究的動力與樂趣

WEB第二十六頁第二十七頁，共53頁。六、學(xué)習(xí)方法

通過物質(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；通過對比，了解高分子材料與金屬和無機(jī)非金屬材料在材料結(jié)構(gòu)和性能特點(diǎn)上的主要異同點(diǎn)；運(yùn)用結(jié)構(gòu)——性能關(guān)系的原理，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)計的基礎(chǔ)知識。第二十七頁第二十八頁，共53頁。參考文獻(xiàn)FundamentalsofMaterialsScienceandEngineering（英文資料）《材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)》（美）L、H范弗萊克《材料科學(xué)與工程系列教材》哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社（1999）《材料科學(xué)基礎(chǔ)》.謝希文，北京航空航天大學(xué)出版社，1999年。《材料科學(xué)基礎(chǔ)》.劉智恩，西北工業(yè)大學(xué)出版社，2001年第二十八頁第二十九頁，共53頁。Specialmagazines材料研究導(dǎo)報金屬學(xué)報（中、英文）腐蝕與防護(hù)學(xué)報腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù)CorrosionCorrosionscience材料導(dǎo)報第二十九頁第三十頁，共53頁。精品課程（MSE）網(wǎng)站：上海交通大學(xué)（國家級）西北工業(yè)大學(xué)（國家級）福州大學(xué)四川理工學(xué)院（省級）四川大學(xué)第三十頁第三十一頁，共53頁。美國《金屬雜志》評選出材料科學(xué)與工程領(lǐng)域歷史上十個“最偉大事件”第三十一頁第三十二頁，共53頁。美國《金屬雜志》評選出材料科學(xué)與工程領(lǐng)域歷史上十個“最偉大事件”2006年9月，美國《金屬雜志》（JournalofMetals,JOM）發(fā)起了評選材料科學(xué)與工程歷史上“最偉大的材料事件”（GreatestMaterialsMoments）活動。JOM由美國礦物、金屬與材料學(xué)會（TheMinerals,Metals&MaterialsSociety,TMS）主辦。TMS是一個涉及材料科學(xué)與工程所有領(lǐng)域的專業(yè)國際組織，總部設(shè)在美國，涵蓋的學(xué)科方向從礦物工藝、基本金屬制造到材料的基礎(chǔ)研究和深入應(yīng)用。TMS的會員來自世界6大洲70多個國家的冶金學(xué)與材料工程師、科學(xué)家、研究人員、教育家、管理人員和學(xué)生。第三十二頁第三十三頁，共53頁。美國《金屬雜志》評選出材料科學(xué)與工程領(lǐng)域歷史上十個“最偉大事件”JOM主辦此次活動的目的旨在弘揚(yáng)材料科學(xué)在人類歷史發(fā)展進(jìn)程中的影響力和慶祝TMS成立50周年。“最偉大的材料事件”被定義為：一項(xiàng)人類的觀測或者介入，導(dǎo)致人類對材料行為的理解產(chǎn)生標(biāo)志性進(jìn)展的關(guān)鍵或決定性事件，它開辟了材料利用的新紀(jì)元，或者產(chǎn)生了由材料引發(fā)的社會經(jīng)濟(jì)重大變化。第三十三頁第三十四頁，共53頁。美國《金屬雜志》評選出材料科學(xué)與工程領(lǐng)域歷史上十個“最偉大事件”首先，JOM邀請眾多材料領(lǐng)域的杰出專業(yè)人士評述他們關(guān)于“最偉大的材料事件”的觀點(diǎn)?；谒麄兊脑u述，JOM整理出一份超過650個候選者的詳細(xì)目錄，然后進(jìn)一步遴選出100個正式的候選名單，并刊登于2006年11月份出版的JOM上。近千名來自材料科學(xué)領(lǐng)域的專業(yè)人員和普通公眾參與了投票。第三十四頁第三十五頁，共53頁。美國《金屬雜志》評選出材料科學(xué)與工程領(lǐng)域歷史上十個“最偉大事件”2007年2月26日—3月1日，TMS在美國弗洛里達(dá)州的奧蘭多舉行了2007年年會，共有來自68個國家的4200多名材料科學(xué)和工程專業(yè)人員參加了此次會議。會上揭曉了JOM評選的10項(xiàng)“最偉大的材料事件”（見）第三十五頁第三十六頁，共53頁。JournalofMetals第三十六頁第三十七頁，共53頁。

No.1元素周期表1864年門捷列（DmitriMendeleev）設(shè)計出元素周期表。成為材料科學(xué)家和工程師普遍使用的參考工具。

從元素周期表，我們能夠能到什么信息，舉例說明。第三十七頁第三十八頁，共53頁。

No.1元素周期表第三十八頁第三十九頁，共53頁。

No.1WebElements?

periodictable

元素周期律是元素隨著元素的原子序數(shù)的增加呈周期性變化的規(guī)律。現(xiàn)代公認(rèn)元素周期律是由俄國化學(xué)家門捷列夫在1869年第一次比較完整的提出來的。在周期律發(fā)現(xiàn)以前，人們發(fā)現(xiàn)元素是偶然的。在周期律的指導(dǎo)下，人們開始有計劃、有目的的尋找化學(xué)元素了。

它是把化學(xué)和原子物理學(xué)聯(lián)系起來的紐帶。元素周期律還在哲學(xué)上有著重大意義，它用科學(xué)事實(shí)證明了量變引起質(zhì)變的客觀規(guī)律。

第三十九頁第四十頁，共53頁。

No.2

煉鐵公元前3500年（推測）埃及人首次熔煉鐵（或許是作為銅精煉的一種副產(chǎn)品），微量的鐵主要用于裝飾或禮儀。揭開了將成為世界主導(dǎo)冶金材料的第一個制備秘密。Castironsteel第四十頁第四十一頁，共53頁。鋼產(chǎn)量2004年2.72億噸2005年3億噸（日本2億噸）2006年4.19億噸2006年世界排名前5位的產(chǎn)鋼大國(粗鋼產(chǎn)量)：中國：4.227億噸；日本：1.162億噸；美國：9860萬噸；俄羅斯：7080萬噸；韓國：4850萬噸。安賽樂-米塔爾集團(tuán)是世界超級鋼鐵巨頭,1.1億噸在企業(yè)排名中，寶鋼位列第五。

第四十一頁第四十二頁，共53頁。NO.3晶體管的發(fā)明1948年巴丁（J.Bardeen）、布拉頓（W.H.Brattain）和肖克利（W.Shockley）發(fā)明晶體管。成為所有現(xiàn)代電子學(xué)的基石和微芯片與計算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)。第四十二頁第四十三頁，共53頁。NO.4玻璃的發(fā)明公元前2200年（推測）伊朗西北部人發(fā)明了玻璃。成為第二種偉大的非金屬工程材料（繼陶瓷之后）。玻璃屬于哪一類材料，應(yīng)用如何？第四十三頁第四十四頁，共53頁。

NO.5光學(xué)顯微鏡的發(fā)明1668年（推測）列文虎克（AntonvanLeeuwenhoek）制做出放大倍數(shù)超過200倍的光學(xué)顯微鏡。使人類能夠研究肉眼無法看到的自然世界及其結(jié)構(gòu)。第四十四頁第四十五頁，共53頁。NO.6水泥的發(fā)明1755年斯米頓（JohnSmeaton）發(fā)明了現(xiàn)代混凝土（水凝水泥）。成為當(dāng)代的主導(dǎo)建筑材料。水泥屬于哪一類材料，應(yīng)用如何？水泥回轉(zhuǎn)窯/工業(yè)窯爐5000噸新型干法水泥機(jī)械成套設(shè)備