材料科學(xué)基礎(chǔ) 緒論 introduction

材料科學(xué)基礎(chǔ)TheFundamentals(Elements,Principles)ofMaterialsScience

AnIntroductionto

MaterialsScience主講李克李克辦公室：機(jī)電樓E221Telmail:like.1@126.com2023/10/131《材料科學(xué)基礎(chǔ)》CAI課件-李克課件、作業(yè)、復(fù)習(xí)題下載Z5940B00012023/10/132《材料科學(xué)基礎(chǔ)》CAI課件-李克考核及成績評(píng)定各部分所占比例：課堂考勤及課堂表現(xiàn)、作業(yè)、實(shí)驗(yàn)：20%。 缺勤1次扣10分；遲到1次扣2分；作業(yè)抄襲扣10分。期中考試：20%。 開卷，課堂進(jìn)行期末考試：60%。閉卷2023/10/133《材料科學(xué)基礎(chǔ)》CAI課件-李克本課程講授的主要內(nèi)容：

緒論

第一章原子結(jié)構(gòu)與鍵合

第二章固體結(jié)構(gòu)

第三章晶體缺陷

第四章固體中原子及分子的運(yùn)動(dòng)

第五章材料的形變與再結(jié)晶

第六章單組元相圖及純晶體的凝固

第七章二元相圖及其合金的凝固

2023/10/134《材料科學(xué)基礎(chǔ)》CAI課件-李克緒論

Introduction1.材料學(xué)和材料的定義：材料學(xué)：是研究材料的科學(xué)。材料：是能為人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)地制造有用器件的物質(zhì)。2023/10/135《材料科學(xué)基礎(chǔ)》CAI課件-李克石器時(shí)代（從古猿到原始人）：石斧、鑿、刀、鏟、箭頭、紡輪、缽等（西安半坡遺址）石斧陶器時(shí)代（從原始社會(huì)末期)：-高燃燒值的煤、炭從新石器時(shí)代的仰韶文化和紅山文化時(shí)期燒制的紅陶、黑陶和白陶，到殷、周時(shí)期的釉瓷，直至東漢出現(xiàn)的瓷器，制陶技術(shù)并于九世紀(jì)傳至非洲東部和阿拉伯世界，十三世紀(jì)傳至日本，十五世紀(jì)傳至歐洲。瓷器（china）成為中國文化的象征，對世界文明產(chǎn)生了極大的影響。材料的發(fā)展是社會(huì)文明的標(biāo)志，人類應(yīng)用材料的歷史進(jìn)程漫長而又曲折，包括：石器時(shí)代、陶器時(shí)代、銅器時(shí)代、鐵器時(shí)代和硅片時(shí)代。始于無機(jī)、歸于無機(jī)。2023/10/136《材料科學(xué)基礎(chǔ)》CAI課件-李克宋代早期龍泉青瓷南宋后代龍泉青瓷南宋白胎龍泉青瓷（浙江）陶器和瓷器文化：從新石器時(shí)代的仰韶文化和龍山文化時(shí)期燒制的紅陶、黑陶和白陶，到殷、周時(shí)期的釉瓷，直至東漢出現(xiàn)的瓷器，制陶技術(shù)并于九世紀(jì)傳至非洲東部和阿拉伯世界，十三世紀(jì)傳至日本，十五世紀(jì)傳至歐洲。瓷器（china）成為中國文化的象征，對世界文明產(chǎn)生了極大的影響。2023/10/137《材料科學(xué)基礎(chǔ)》CAI課件-李克

巨型司母戊鼎（河南安陽晚商遺址）銅器時(shí)代（約公元2140年間）：-金屬冶煉溫度較低我國青銅的冶煉在夏（約公元2140年間）以前就開始了，雖然晚于古埃及和西亞，但發(fā)展較快。著名的有：晚商遺址出土的司母戊鼎，湖北江陵楚墓中發(fā)掘出的越王勾踐劍，湖北隋縣出土的戰(zhàn)國青銅編鐘，這些均構(gòu)成了青銅器是中國古文明的象征。

2023/10/138《材料科學(xué)基礎(chǔ)》CAI課件-李克湖北江陵楚墓出土越王勾踐寶劍銅器時(shí)代2023/10/139《材料科學(xué)基礎(chǔ)》CAI課件-李克湖南長沙砂子塘戰(zhàn)國凹形鐵鋤鐵器時(shí)代（春秋戰(zhàn)國時(shí)期)-我國從春秋戰(zhàn)國時(shí)期（公元前770～221年）開始大量使用鐵器。公元前六世紀(jì)末葉，我國在世界上首先掌握了生鐵鑄造方法，使生鐵的利用比西歐約早一千八百年。公元一世紀(jì)，我國發(fā)明了煉鋼方法，比西歐也約早一千八百年；公元二世紀(jì)末，刀師蒲元已掌握了水質(zhì)對淬火的影響，當(dāng)時(shí)他在今陜西南部造刀時(shí)，要用成都的水，并深知水質(zhì)與淬硬的關(guān)系。它預(yù)演了十五、六個(gè)世紀(jì)以后美國為淬火要從英國Sheffield取水的故事。金屬冶煉溫度更高1500℃2023/10/1310《材料科學(xué)基礎(chǔ)》CAI課件-李克硅片時(shí)代：-硅單晶生長，熔點(diǎn)1400℃1、集成電路技術(shù)的發(fā)明和掌握帶動(dòng)了信息技術(shù)的發(fā)展，包括數(shù)碼產(chǎn)品、數(shù)字通信、網(wǎng)絡(luò)電子商務(wù)、以及制造業(yè)各領(lǐng)域、包括交通、物流、航空航天等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。ipadGPS2023/10/1311《材料科學(xué)基礎(chǔ)》CAI課件-李克硅片時(shí)代：2、傳統(tǒng)的油、氣、煤等能源、資源緊缺，推動(dòng)了新型能源及其生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，包括太陽能、風(fēng)能、高容量化學(xué)電源及儲(chǔ)能等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。應(yīng)用的材料包括Si、半導(dǎo)體、高分子、石墨材料、納米碳材料等。技術(shù)領(lǐng)域包括化學(xué)、材料、機(jī)電控制多學(xué)科綜合。2023/10/1312《材料科學(xué)基礎(chǔ)》CAI課件-李克材料技術(shù)到材料科學(xué)的轉(zhuǎn)變技術(shù)與科學(xué)的概念科學(xué)-science源于拉丁文的“知識(shí)”。科學(xué)是理性地、系統(tǒng)地探索自然，目的是尋求真理、發(fā)現(xiàn)新知識(shí)。從事基礎(chǔ)科學(xué)研究的人往往是受好奇心的驅(qū)使，不可能預(yù)知所研究的東西有沒有用，其成果通過發(fā)表在同行評(píng)議的期刊上得到科學(xué)界的承認(rèn)，有些成果會(huì)有意想不到的應(yīng)用，有些則可能永遠(yuǎn)也不能應(yīng)用。

技術(shù)-technology-由希臘文的“藝術(shù)或技巧”和“學(xué)問”兩個(gè)字根構(gòu)成，technology是有關(guān)實(shí)用技藝和工業(yè)藝術(shù)的學(xué)問，研究的是知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用，目的是發(fā)明，其成果往往可以申請專利，也能在研究期刊上發(fā)表，但不一定馬上能成為產(chǎn)品。一項(xiàng)發(fā)明從概念的模型或設(shè)計(jì)到形成產(chǎn)品，還要經(jīng)過大量的技術(shù)開發(fā)工作，包括改進(jìn)設(shè)計(jì)、優(yōu)化制造工藝或程序等。

科學(xué)只有通過技術(shù)才能轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力2023/10/1313《材料科學(xué)基礎(chǔ)》CAI課件-李克

中國古代的科技成就：“考工記”（先秦），“夢溪筆談”（宋代沈括），“天工開物”（明代宋應(yīng)星-奉新）。其中，“考工記”中有“六齊”之律的論述：“金有六齊，六分其金而錫居一，謂之鈡鼎之齊；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?！眱煞N理解：一種是將“金”看成是青銅，則錫含量為：16.7％、20％、25％、33.3％、40％、50％；另一種是將“金”看成是純銅，則錫含量為：14.3％、16.7％、20％、26％、28.6％、33.3％。成分的變化導(dǎo)致強(qiáng)度、硬度和韌性的變化。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)陳玉方和美國華盛頓史密森博物學(xué)院的C.W.Chase選用后一種作為“六齊”模擬試驗(yàn)成分，運(yùn)用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)手段研究，證實(shí)“六齊”之律的科學(xué)性（文物保護(hù)與考古科學(xué)，1991，第3卷）。2023/10/1314《材料科學(xué)基礎(chǔ)》CAI課件-李克明代以后，封建社會(huì)的腐朽沒落約束了生產(chǎn)力，冶金技術(shù)沒有能進(jìn)一步提高，沒有像西方那樣在十八世紀(jì)以后得到很快發(fā)展，更沒能在十九世紀(jì)以后像西方那樣將科學(xué)技術(shù)、教學(xué)、物理、化學(xué)、力學(xué)應(yīng)用于冶金，使之從一門技術(shù)發(fā)展成為一門科學(xué)。近代西方國家在材料科學(xué)與技術(shù)方面取得的成就遠(yuǎn)勝我國。十八世紀(jì)工業(yè)革命迅速發(fā)展，對材料特別是鋼鐵的需求急速增長。為了適應(yīng)這一需要，西方在化學(xué)、物理、材料力學(xué)等學(xué)科的基礎(chǔ)上，產(chǎn)生了一門新的科學(xué)—物理冶金（PhysicalMetallurgy），中國叫“金屬學(xué)”，明確地提出：金屬的外在性能取決于內(nèi)部結(jié)構(gòu)。對材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的研究手段：近一百多年來，光學(xué)顯微鏡、X射線技術(shù)、電子顯微鏡等新儀器和新技術(shù)的相繼出現(xiàn)和發(fā)展，為揭示材料內(nèi)部的結(jié)構(gòu)（從肉眼—原子）提供了有力的手段，金屬學(xué)得到了長足進(jìn)步。

2023/10/1315《材料科學(xué)基礎(chǔ)》CAI課件-李克19世紀(jì)初,Widmanstabtten用硝酸水溶液腐刻鐵隕石切片,觀察到片狀Fe-Ni奧氏體的規(guī)則分布(魏氏組織),預(yù)告金相學(xué)即將誕生。Sorby在1863年用反射式顯微鏡觀察拋光腐刻的鋼鐵試樣,不但看到珠光體中的滲碳體和鐵素體的片狀組織,還對鋼的淬火和回火作了初步探討,金相學(xué)已基本形成。19-20世紀(jì)之交,Martens(馬氏)和Osmond對金相學(xué)的發(fā)展和金相檢驗(yàn)在廠礦中的推廣做了重要貢獻(xiàn),同時(shí)Roberts-Austen(奧氏)和Roogzeboom初步繪制出Fe-C平衡圖,為金相學(xué)奠定了理論基礎(chǔ)。到了二十世紀(jì)中葉,金相學(xué)已逐步發(fā)展成金屬學(xué)、物理冶金和材料科學(xué)。

1912年Laue等發(fā)明X射線衍射,接著Bragg父子就把它應(yīng)用到金屬及一些簡單無機(jī)化合物的晶體結(jié)構(gòu)測定。

二十年代,金相學(xué)的一些基本問題得以迎刃而解,如β-Fe不存在(1922),有序固溶體(1923),單晶體的滑移系統(tǒng)(1922-1925),織構(gòu)(1925),電子化合物(1926),馬氏體的四方度(1926)等。三十年代,