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材料導(dǎo)論緒論課件REPORTING目錄材料科學(xué)與工程概述材料結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系材料制備與加工技術(shù)材料性能測(cè)試與評(píng)價(jià)方法材料應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)課程學(xué)習(xí)目標(biāo)與要求PART01材料科學(xué)與工程概述REPORTING材料科學(xué)與工程是研究材料的結(jié)構(gòu)、性能、制備與加工、應(yīng)用及其相互關(guān)系的學(xué)科。它涉及材料的成分、組織結(jié)構(gòu)、制備工藝、性能與服役行為等方面,旨在探索材料內(nèi)在規(guī)律,為材料設(shè)計(jì)、制備和應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。材料科學(xué)與工程定義金屬材料無機(jī)非金屬材料有機(jī)高分子材料復(fù)合材料材料分類及應(yīng)用領(lǐng)域如陶瓷、玻璃等,用于制造電子器件、光學(xué)儀器、建筑材料等。包括塑料、橡膠、纖維等,廣泛應(yīng)用于包裝、醫(yī)療、紡織等領(lǐng)域。由兩種或多種不同性質(zhì)的材料組成,具有優(yōu)異的綜合性能,用于航空航天、汽車制造等高端領(lǐng)域。包括鋼鐵、有色金屬等,廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、建筑、電子等領(lǐng)域。古代材料科學(xué)與工程早在古代,人類就開始使用石頭、陶土、金屬等自然材料進(jìn)行制造和加工,積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。工業(yè)革命時(shí)期,鋼鐵、有色金屬等金屬材料的大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用推動(dòng)了材料科學(xué)與工程的發(fā)展。20世紀(jì)以來,隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,新材料不斷涌現(xiàn),如高分子材料、半導(dǎo)體材料、超導(dǎo)材料等,為現(xiàn)代工業(yè)和科技發(fā)展提供了有力支撐。進(jìn)入21世紀(jì),隨著納米技術(shù)、生物技術(shù)、信息技術(shù)等新興技術(shù)的快速發(fā)展,材料科學(xué)與工程面臨著新的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。工業(yè)革命時(shí)期的材料科學(xué)與工程20世紀(jì)的材料科學(xué)與工程當(dāng)代材料科學(xué)與工程材料科學(xué)與工程發(fā)展歷史PART02材料結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系REPORTING原子結(jié)構(gòu)與鍵合方式01原子結(jié)構(gòu):原子核、電子排布、原子尺寸等。02鍵合方式:離子鍵、共價(jià)鍵、金屬鍵、范德華力等。03鍵合方式對(duì)材料性能的影響:強(qiáng)度、硬度、導(dǎo)電性等。晶體結(jié)構(gòu):晶胞、晶格、晶界等。晶體缺陷類型:點(diǎn)缺陷、線缺陷、面缺陷等。晶體缺陷對(duì)材料性能的影響:塑性、韌性、熱學(xué)性能等。晶體結(jié)構(gòu)與缺陷類型力學(xué)性能彈性模量、屈服強(qiáng)度、斷裂韌性等。電學(xué)性能導(dǎo)電性、介電性、半導(dǎo)體性等。熱學(xué)性能熱容、熱導(dǎo)率、熱膨脹系數(shù)等。環(huán)境性能耐腐蝕性、抗氧化性、老化性能等。材料性能及其影響因素PART03材料制備與加工技術(shù)REPORTING01根據(jù)產(chǎn)品性能需求選擇合適的原材料,如金屬、陶瓷、高分子等。原材料種類02去除原材料中的雜質(zhì)、缺陷,提高材料的純凈度和均勻性。預(yù)處理目的03包括熔煉、鑄造、軋制、鍛造等,以獲得所需的材料形態(tài)和性能。預(yù)處理方法原材料選擇與預(yù)處理方法設(shè)備類型及作用如機(jī)床、沖壓機(jī)、熱處理爐等,用于實(shí)現(xiàn)材料加工和成形。制造工藝對(duì)材料性能的影響不同工藝參數(shù)對(duì)材料組織結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能等的影響。制造工藝分類包括成形工藝、加工工藝和熱處理工藝等。制造工藝及設(shè)備介紹加工過程中的相變?nèi)缃饘俨牧系南嘧儭⑻沾刹牧系木ЯiL大等。加工過程中的殘余應(yīng)力產(chǎn)生原因、對(duì)材料性能的影響及消除方法。組織結(jié)構(gòu)演變?nèi)缇Я<?xì)化、位錯(cuò)密度變化等,對(duì)材料性能的影響。加工過程中組織結(jié)構(gòu)變化PART04材料性能測(cè)試與評(píng)價(jià)方法REPORTING通過拉伸試驗(yàn)機(jī)對(duì)材料進(jìn)行拉伸,測(cè)定其彈性模量、屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度等力學(xué)性能指標(biāo)。拉伸測(cè)試壓縮測(cè)試彎曲測(cè)試沖擊測(cè)試通過壓縮試驗(yàn)機(jī)對(duì)材料進(jìn)行壓縮,測(cè)定其抗壓強(qiáng)度、彈性模量等性能指標(biāo)。通過三點(diǎn)或四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)機(jī)對(duì)材料進(jìn)行彎曲,測(cè)定其抗彎強(qiáng)度、彈性模量等指標(biāo)。通過沖擊試驗(yàn)機(jī)對(duì)材料進(jìn)行沖擊,測(cè)定其沖擊韌性、斷裂韌性等指標(biāo)。力學(xué)性能測(cè)試方法通過密度計(jì)或天平測(cè)定材料的密度,了解其質(zhì)量特性。密度測(cè)試通過熱膨脹儀測(cè)定材料的熱膨脹系數(shù),了解其熱學(xué)性能。熱膨脹系數(shù)測(cè)試通過導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定儀測(cè)定材料的導(dǎo)熱系數(shù),了解其傳熱性能。導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試通過電導(dǎo)率儀測(cè)定材料的電導(dǎo)率,了解其導(dǎo)電性能。電導(dǎo)率測(cè)試物理性能測(cè)試方法通過光譜分析、質(zhì)譜分析等方法測(cè)定材料的化學(xué)成分,了解其元素組成和含量?;瘜W(xué)成分分析通過鹽霧試驗(yàn)、電化學(xué)腐蝕試驗(yàn)等方法測(cè)定材料的耐腐蝕性能,了解其抗腐蝕能力。耐腐蝕性能測(cè)試通過高溫氧化試驗(yàn)等方法測(cè)定材料的抗氧化性能,了解其抗氧化能力。抗氧化性能測(cè)試通過熱重分析、差熱分析等方法測(cè)定材料的熱穩(wěn)定性,了解其熱學(xué)性能和穩(wěn)定性。熱穩(wěn)定性測(cè)試化學(xué)性能評(píng)價(jià)方法PART05材料應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)REPORTING結(jié)構(gòu)優(yōu)化添加合金元素,改善材料的機(jī)械性能和耐腐蝕性。合金化復(fù)合化表面改性01020403采用物理、化學(xué)或機(jī)械方法,改變材料表面性質(zhì),以滿足特定需求。通過改變材料的微觀結(jié)構(gòu),提高其力學(xué)性能和耐久性。將不同材料復(fù)合在一起,發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì),提高綜合性能。傳統(tǒng)材料改進(jìn)與升級(jí)途徑1高性能陶瓷具有高硬度、高強(qiáng)度、耐高溫等特點(diǎn),廣泛應(yīng)用于航空航天、電子等領(lǐng)域。高分子功能材料具有導(dǎo)電、導(dǎo)熱、光學(xué)活性等功能,用于制造傳感器、顯示器等器件。納米材料具有獨(dú)特的光、電、磁等性質(zhì),有望應(yīng)用于催化、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。超導(dǎo)材料在低溫下具有零電阻和完全磁通量量子化等特性,有望應(yīng)用于能源、交通等領(lǐng)域。新型功能材料研究進(jìn)展自適應(yīng)材料能夠根據(jù)外部環(huán)境變化自我調(diào)節(jié)性能,如智能調(diào)溫織物。自修復(fù)材料具有自我修復(fù)能力,能夠延長使用壽命和提高安全性,如自修復(fù)涂層。仿生材料模仿生物體結(jié)構(gòu)和功能,實(shí)現(xiàn)特定功能,如仿生粘附材料。4D打印智能材料通過4D打印技術(shù)制造具有形變和功能變化的智能材料,如可變形結(jié)構(gòu)。智能材料發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)PART06課程學(xué)習(xí)目標(biāo)與要求REPORTING掌握材料科學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)深入理解材料科學(xué)的基本概念、原理和理論,為后續(xù)專業(yè)課程學(xué)習(xí)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。構(gòu)建材料知識(shí)體系系統(tǒng)掌握各類材料的組成、結(jié)構(gòu)、性能及其相互關(guān)系,形成完整的材料知識(shí)體系。了解材料研究前沿動(dòng)態(tài)關(guān)注材料科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì),了解新型材料及其應(yīng)用前景。知識(shí)體系構(gòu)建目標(biāo)030201掌握材料制備、性能測(cè)試與表征的基本實(shí)驗(yàn)技能,能獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)。實(shí)驗(yàn)技能培養(yǎng)創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力,能運(yùn)用新材料、新技術(shù)解決工程實(shí)際問題。創(chuàng)新能力學(xué)會(huì)運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析材料性能、結(jié)構(gòu)與工藝之間的關(guān)系,提出解決問題的方案。分析問題能力具備良好的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神,能與他人合作完成課程項(xiàng)目或研究任務(wù)。團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力01030204能力培養(yǎng)目標(biāo)工程倫理培養(yǎng)工程倫理意識(shí),關(guān)注工程實(shí)踐中的社會(huì)、環(huán)境、安全問題,自覺踐行可持續(xù)發(fā)展理念??鐚W(xué)科視野拓

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