材料科学与工程基础,FUNDAMENTALS OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING,第一章 绪论Chapter 1 Introduction,What is MaterialsClassfication of Materials What is Materials Science What is Materials EngineeringImportance of Materials on Progress of Humen History and Modern Science and TechnologyObjective and Methods of Learning this Course,Chapter 1,,1-1 材料的定义和分类(Definition and Classfication) 1-1-1定义 1. 材料 Materials Material:材料科学 (工科) 物质科学 (理科)Webster编者“New International Dictionary(1971年)”中关于材料(Materials)的定义为:材料是指用来制造某些有形物体(如:机械、工具、建材、织物等的整体或部分)的基本物质(如金属、木料、塑料、纤维等)迈尔《新百科全书》中材料的含义:材料是从原材料中取得的,为生产半成品、工件、部件和成品的初始物料,如金属、石块、木料、皮革、塑料、纸、天然纤维和化学纤维等等。
材料是指具有满足指定工作条件下使用要求的形态和物理性状的物质2. 原料与材料原料(Raw Materials) 由原料到材料原料一般不是为获得产品,而是生产材料,往往伴随化学变化材料的特点往往是为获得产品,一般从材料到产品的转变过程不发生化学变化 3. 材料与物质(Materials and Matter)材料可由一种或多种物质组成同一物质由于制备方法或加工方法不同可以得到用途各异、类型不同的材料1-1-2类别 classfication材料可以根据化学组成、状态、作用和使用领域分类 金属材料 化学组成分类 无机非金属材料 components 有机高分子材料 气态 状态分类 液态 单晶 state 固态 多晶 非晶 复晶 作用分类 功能 function 结构(工程) 应用领域分类 建筑、仪表、电子、医用 application 包装、耐火....能源等等。
1. 金属材料 metals (1) 黑色金属材料 化学成分——碳素钢、合金钢 品质——普通、优质、高级优质钢钢 --- 金相组织或组织结构——珠光体、贝氏体、马氏体和奥氏体Stell 用途——建筑工程、结构、工具、特殊性能、专业用钢 冶炼方法——平炉、转炉、电炉、沸腾炉钢 灰铸铁 可锻铸铁铸铁 — 球墨铸铁 蠕墨铸铁 特殊性能铸铁,(2) 有色金属五大类 轻金属 (<4.5g/cm2)铝、镁、纳、钙 重金属 (>4.58/cm2) 铜、镍、铅、锌 贵金属 金、银、铂、铑 类金属(半) 硅、硒、绅、硼 稀有金属 钛、锂、钨、钼、镭 常用的稀有金属材料有:Al、Cu 、Zn、 Sn、 Pb、 Mg、 Ni……,(3) 基本特性 Principal Properties a. 金属键,常规法生产的为晶体结构; b. 常温下固体熔点较高; c. 金属光泽; d. 纯金属范性大、展性、延性大; e. 强度较高; f. 导热、导电性好; g. 空气中移氧化,如钢、铁等生成氧化膜,合金可改性 抗氧化性。
(4) 用途 Application a. 结构材料:如机床,建筑机械设备、工程交通工具; b. 导体材料,电线芯(铜) c. 工具,2 无机非金属材料 Inorganic nonmetals(1) 分类(按成分,化学结构和用途分四大类) 混凝土(水泥) 玻璃 Glass 硅及耐火材料 Silane 陶瓷(器) Ceramics 传统陶瓷(天然硅酸盐矿):各中粘土烧 制而成Silicate Ceramics) 特种陶瓷(人工化合物:氧化物、氮化物、硼化物、碳化物)2) 基本特性,以陶瓷为例,其它有较大差别 a. 离子键、共价键及其混合键; b. 硬而脆; c. 熔点高、耐高温抗氧化 d. 导热、导电性差; e. 耐化学腐蚀性性好; f. 耐磨; g. 成型方式为粉末制坏、烧制成型 (3) 用途建筑卫生陶瓷:瓷砖、浴缸工程陶瓷 工程结构陶瓷:反应釜(耐酸、耐腐蚀) 绝缘瓷瓶。
功能陶瓷:磁性、导电3. 高分子材料 polymers, Marcomolecules (1) 分类 碳链 –C–C–C 按主链结构 杂链 –C–N–C=O –C–O–C– backebone 元素 Si 、P、B 塑料 Plastics 通用塑料、工程塑料; 热塑性、热固性 橡胶 Ruber 天然、合成 按使用性质 纤维 Fiber 人造、合成 粘合剂 Adhesive 涂料 Coating,(2) 基本性质 a. 共价键,部分范氏键 b. 分子量大,无明显容点,有玻璃化转变温度Tg和粘流温度Tf; c. 力学状态有三态 玻璃态、高弹态、粘流态 d. 比重小 e. 绝缘性好 f. 优越的化学稳定性 g. 成型方法多 (3) 用途 结构材料:电视机壳体、冰箱壳体、轴承、机械零件 绝缘材料:漆包线、电缆、绝缘版、电器零件 建筑材料:贴面板、地贴 包装材料:塑料袋、薄膜、泡沫塑料 涂装:涂料 粘合剂:粘合剂 日用:织物(衣服)胶鞋 运输:轮胎,传送带,4. 复合材料 composites 定义:由两种以上组分组成,并且具有与其组成不同的新的性能的材料 (1) 分类按性能: 结构复合材料 功能复合材料 按增强剂形状及增强机理: 粒子增强 纤维增强 基体 Matrix 增强体 Reinforcement 金属 金属、无机非金按复合方式 无机非金属 金属、无机非金属 高分子(塑料,橡胶) 金属、无机非金、高分子,(2) 基本性质 a. 抗疲劳性能良好; b. 结构件减震性好; c. 比强度和比量高; d. 耐烧能性和耐高温性能好 e. 具有良好的减摩、耐摩和耐润滑性能(3) 用途无机--高分子 玻璃纤维增强塑料(玻璃钢)——汽车,游艇, 碳纤维增强塑料——飞机机翼、高尔夫 球棍、 撑杆跳杆金属—陶瓷 飞机螺旋桨叶 综合金属韧性,陶瓷耐 高温性高分子-高分子 橡胶增韧塑料 抗冲PS ABS树脂 减震材料,1-2 材料科学与工程概述 Brief Introduction1-2-1材料的重要作用 Importance of Materials for the Develoment of Humen History and Science &Technology材料是人类社会发展的巨大推动力,生产工具制造的物质基础是材料。
石器时代——陶器时代—— 青铜时代 ——铁期时代——复合材料材料的使用和发展,与生产力和科学技术的水平密切相关举例: (1) 1764年工业革命,第一部机器(手摇) 1769年 水力纺纱机 1782年 蒸汽机为动力的纺纱机,纺织业 (动力),瓦特发动机、传动机、工作机——机器系列 机器制造 铁 —— 冶炼业 木炭——大量砍伐;水土流失—— 煤 采矿业 搅炼法(鼓风) 炼钢 交通运输业1945年 电子管计算机 几间大屋 半导体——集成电路——小型芯片、液晶、分子器 件、计算机(PC) 手提电脑,掌上电脑,。