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1、材料科学与工程专业介绍,2008年6月1日,一、专业的演变与发展 二、专业培养的目标和要求 三、专业教学计划 四、专业学习与选课 五、学生成长的建议与要求,提 纲,一、材料专业的演变与发展,工业的迅猛发展要求与之相适应的科学技术与专门人才：十七世纪中叶英国成立了皇家学会，之后又在大学设立工程学科，大大促进了科技人才的培养和发展。在冶金/材料领域： Reaumur (1722) Hill (1748) 在放大镜下观察出晶粒。 Sorbit 发现并描述了细珠光体。 Young(1807)提出材料弹性模量概念。 Barlow(1826)关于材料强度的测定。 Tehernoff(1861)发表了钢临界
2、点的实验报告。 Wshery(1860-1870)关于拉伸、扭转、变曲应力的工作及得 出的第一条S-N曲线，开辟了材料、组织与性能间关系的 科学研究。,一、材料学科的演变与发展欧美国家,一、材料学科的演变与发展欧美国家,20世纪40年代后非金属材料有了新的发展，1945年晶体管的出现，半导体材料异军突起。 为适应新材料发展需要，1955-1956，Birmingham大学教授 Raynor 把该校原来的理论冶金系（物理冶金）与工业冶金系（化学冶金及冶金加工）合并，组建并更名为冶金与材料系，同时，Cambridge大学教授Cottrell 把该校冶金系改名材料与冶金系。 欧洲大学首次明确设置材料
3、系与相应的教学计划。,一、材料学科的演变与发展欧美国家,一、材料学科的演变与发展欧美国家,一、材料学科的演变与发展中国,中国的材料科学与工程教育起源于部分高校的采矿系、矿冶系，可以分为五个历史阶段： 1949年以前： 北洋西学学堂的矿冶学科（ 1895 年创建 ），国立唐山工学院 (1905) 、东北大学 (1912) 、武汉大学 (1913) 、国立贵州大学 (1941) 。 1946 年，国立清华大学从西南联合大学回北京复校后，在工学院中又增设了化学工程系，把材料学科教育扩宽到非金属领域。 材料教育主要是培养矿冶人才，突出特点是不划分专业，教学内容包括采矿、选矿、冶金、材料等内容，是一种宽
4、领域培养模式，许多材料界前辈专家就是在这种宽口径学科背景下培养出来的。,一、材料学科的演变与发展中国,19491966年 苏联模式 1951 年将大连大学 ( 现大连理工大学 ) 的冶金系调到东北工学院 ( 现东北大学 ) ，以加强其金属材料学的教学规模。 1952 年 4 月，以北洋大学 ( 现天津大学 ) 、唐山铁道学院 ( 北方交通大学分部 ) 、北京工业学院、国立西北工学院 ( 现西北工业大学 ) 、山西大学等五所院校的矿冶和材料系为基础创建了北京钢铁学院 ( 现北京科技大学 ) ， 同年，将武汉大学、湖南大学、广西大学的矿冶工程系，中山大学地质 系以及 南昌大学的 采矿科 调整出来在
5、长沙成立了中南矿冶学院 ( 现中南工业大学 ) ， 新成立的北京航空航天学院 ( 现北京航空航天大学 ) 增设了高分子材料 ( 含复合材料 ) 等专业。 我国的材料科学技术人才被分割在十几个专业内培养，分属于冶金、机械、化工等系,一、材料学科的演变与发展中国,19781990初 向欧美学习 浙江大学率先设立材料科学与工程系；此后，北京科技大学、复旦大学、清华大学等重点院校相继设立材料科学与工程 ( 或相近名称 ) 系。 改革的主要内容：在原设置专业基础上扩充内容，试办新专业，总体上体现了逐步打破原专业设置界限、加强专业间的渗透与联系的改革趋势 20 世纪 90 年代后期 1997 年至 199
6、9 年，专业进行了第四次大规模修订由行业划分专业向以学科划分专业过渡。厚基础、宽专业、高素质、强能力，以适应市场需要。新的专业目录由 504 个减少到 232 个。,本科新旧专业对照,0713 材料科学类,(注:可授理学或工学学士学位),071301 材料物理,071302 材料化学,0802 材料类,080201 冶金工程,080202 金属材料工程,080204 高分子材料与工程,071301 材料物理,071302 材料化学,071303W 矿物岩石材料,080201 钢铁冶金,080202 有色金属冶金,080203 冶金物理化学,080213W 冶金,080205 金属压力加工,08
7、0209 粉末冶金,080210 复合材料(部分),080211 腐蚀与防护,080303 铸造(部分),080304 塑性成形工艺及设备(部分),080305 焊接工艺及设备(部分),080206 无机非金属材料,080207 硅酸盐工程,080208 高分子材料与工程,081215W 高分子材料及化工(部分),080202 无机非金属材料,工程,一、材料学科的演变与发展中国,本科引导性专业目录,080205Y材料科学与工程,080201 冶金工程 080202 金属材料工程 080203 无机非金属材料工程 080203 高分子材料与工程,一、材料学科的演变与发展中国,1994年在原采矿系
8、开始筹建材料学科，并将采矿系更名为“资源与材料工程系”， 1995年招收“无机非金属材料”和“硅酸盐工程”专科生， 1996年招收“无机非金属材料”本科生， 1998年设立“材料科学与工程”本科专业，并招生。 2005年开始，材料科学与工程专业开设了无机非金属和高分子两个专业方向，并且从第四学年开始两个方向单独开课。 目前在校本科生600多名，,一、材料学科的演变与发展河南理工大学,专业特色 先进建筑材料： 研究水泥基材料、玻璃、陶瓷、耐火材料等材料的组成结构性能关系，研究固体废弃物在建筑材料中循环利用的材料科学理论及技术，研究建筑材料的环境服役行为与机理，为先进建筑材料的设计、制备提供科学根
9、据；并为新型建筑材料的开发奠定理论依据。 超硬材料： 研究方向是在高温高压等极端条件下合成常态无法合成或难以合成的超硬材料、超硬复合材料和其他新型功能材料； 纳米材料与器件： 研究纳米粉体的制备、胶体颗粒的自组装、纳米材料的应用以及新型光电元器件的研究和开发。,师资力量 职称和学历结构：教师 34 人，其中教授7人，副教授16人，高级职称教师占 67.6 %，讲师 11 人，占 32.3 %，具有博士学位教学科研人员 20 人，占 58.8%; 年龄结构：35岁以下20人，36-45岁12人，46-55岁1人，56-60岁1人; 学缘结构：美国、英国、日本，清华；武汉理工大学、华东理工大学、南
10、京工业大学等,研究方向一 先进建筑材料方向骨干教师,研究方向二 超硬材料方向骨干教师,研究方向三 纳米材料及器件方向骨干教师,材料科学与工程“四要素”,1、“四要素”与结构,三要素 四要素,等边四面体结构,二、专业培养的目标及要求,材料科学与工程的定义（国际公认）是：研究有关材料成份/结构、制备/合成、性能/组织和使用效能及其关系的科学技术与生产。对材料四要素的认识和理解，要有动态的观念，材料科学与工程四个基本要素的说明和控制应放在更高、更深的层次，即分子、原子尺度来阐释和控制。 材料的结构与成分应更着重于包括分子、原子的类型及所观察尺度范围（纳 米、介观、微 观、宏观）内分子、原子的排列组合
11、。 使原子（原子团），分子可得到特定排列组合的合成与加工； 由不同原子（原子团）、分子及其排列组合所得到的使材料具有值得研究和使用的性能； 考虑经济和社会效益的材料使用服役实际条件及其有效性的度量。 四要素是一个整体，内部有机联系是其核心与活力所在。,（1）成分、组成与结构 从电子、原子尺度到宏观尺度 成分与分布 结构无限变化导演材料复杂性能 成分与结构表征 分析与建模技术,四要素”基本内涵,（2）合成与加工 所有尺度上原子、分子及分子团对结构的控制 新结构转化为材料与结构的演化过程 宏观操作引发的微观结构变化与“意外”现象,四要素”基本内涵,决定工业生产效率与竞争力,（3）性质 材料对外界刺
12、激的整体响应 各种尺度上的性能测试与分析 导向所需综合性能的设计,四要素”基本内涵,工艺性能 变形性能：成形 铸造性能：流动 热处理性能：可硬 切削性能,全面性能 高低温性能：蠕变、脆化 动态性能：疲劳、断裂,基本性能 力学性能：强度、塑性 物理性能：模量、磁性 化学性能：腐蚀、氧化,“四要素”基本内涵,（4）使用行为 材料固有性质与构件功能、能力相结合 使用中材料固有性质变化、预测与改善 环境中固有性能变化与预测,四要素”基本内涵,培养目标 本专业主要培养德、智、体全面发展,具备材料科学与工程领域较宽的基础知识,能在各种材料的制备、加工成型、材料结构与性能等领域从事科学研究与教学、新材料的技
13、术开发、工厂的技术改造、生产及经营管理等方面工作,有较强的动手能力，适应社会主义市场经济发展的高层次、高素质全面发展的科学研究与工程技术人才。,社会对材料科学与工程人才的要求 （1）素质结构要求 思想道德素质：爱岗敬业，团结合作 文化素质：人文社科知识，交际能力 专业素质：专业知识，提出、解决问题的能力 （2）能力结构要求 获取知识的能力： 应用知识的能力： 创新能力： （3)知识结构要求 工具性知识：外语、计算机及信息技术、文献检索、方法论、写作 人文社科知识：文学、历史学、哲学、艺术、社会学、心理学 自然科学知识：数学、物理、化学、生命科学、地球科学 工程技术：工程制图、机械、电工电子、工
14、程环境、工程原理 经济管理：经济学、管理学 专业知识：材料组成、性能、制备、应用的相互关系,材料科学与工程对社会发展的影响 材料不仅包括金属、陶瓷等传统的结构材料，而且在包括具有光、声、电、磁、力、超导、高塑，以及超强、超硬、耐高温等机能与性能的材料。此类新材料的出现，推进了高技术产品的智能化与微型化，从而极大地影响着人类的现代生活、社会结构与文化价值。 新材料与新能源，以及新材料与新能源中的高新技术的发展，正在极大地丰富着人类的物质与精神生活。材料与能源是人类文明的奠基石。 20世纪80年代出现的新技术革命,把新材料、信息技术、生物技术并列为新技术革命的重要标志。 “新材料”包含着这样两个层
15、面的含义：一是对传统材料的再开发，使其在性能上获得重大突破的材料；二是采用新工艺和新技术合成，开发出具有各种新的和特殊功能的材料。由此可以看出，新材料与新工艺、新技术有着密切的关系。,三、专业教学计划,1.主要基础、公共课程设置 2.专业基础课程设置 3.专业核心（特色）课程介绍 4.修业年限及授予学位 5.专业各学年学分、学时分布情况,1.主要基础、公共课程设置 政治类课程（教育部要求政治保证） 军事、体育类课程（教育部要求健康保障） 外语类课程（教育部要求对外交流） 计算机类课程应用工具 大学物理类课程工科必修 数学类课程大学必修 电工与电子技术类课程工科必修 画法几何与工程制图 工科必修
16、,2.专业基础课程设置情况及衔接关系,内容包括结晶学、晶体化学、缺陷化学、熔体化学、非晶态科学、表面与界面化学、材料热力学和动力学中的基础知识。 将其应用于研究各种新型材料和传统材料的制备-形成（工艺）条件-结构-性能-用途五要素之间相互关系及相互制约规律。 从结构角度揭示材料的性质与行为，指出材料结构与性能的联系，指导材料的生产与科研，解决材料制备和使用过程中的实际问题，从而为认识和改进猜猜的性能以及设计、生产、研究、开发新材料提供必备的科学基础知识。,2.1、“材料科学基础”课程简介,2.2、材料工艺学,该课程目前是材料科学以及其它材料学相关专业的专业基础课程，其教学内容包括：工艺技术、基础原理和环境保护三部分，涉及传统材料和新型材料。有大量的实验内容。是各种专业课的基础课程。,2.3、
