材料化学,,1．材料化学(第二版)， 曾兆华，杨建文.化学工业出版社，2013年，38元 2.丁马太.《材料化学导论》 厦门大学出版社，1993 3．唐小真《材料化学导论》 高教出版社，1997 4. 张逢星 李珺 《材料化学导论》西大讲义，2001,主要参考书,第一章 绪 论,1.1 材料的定义、分类和作用一、材料的定义 1.《辞海》:人们把自然界经过开采而获得的劳动对象称为原料自然界自然存在而未经过人类任何劳动输入的就不能称为原料例如，开采出来的矿物是冶金的原料，种植出来的小麦是制造面粉的原料，单采掘工业中就没有原料在加工工业中，一般把来自采掘工业和农业的劳动对象称为原料，把经过工业加工的原料（如钢铁、水泥）称为材料材料和原料合称为原材料经过人类劳动而取得的劳动对象称为原料; 经过二次加工的原料称为材料2、材料是人类用于制造物品、器件、构件、机器或其他产品的那些物质师昌绪主编：《材料大辞典》p583、材料是“具有一定性能的物质, 可以用来制成一些机器、器件、结构和产品” 美国科学院、美国工程院联合编写《材料：人类的需求》,材料是可以用来制造有用的构件、器件或物品的物质.,材 料 = 物 质,Materials = Matter,食物是材料？ 火药，固体火箭推进剂是材料？,光电子材料,材料是人类赖以生活和生产的物质基础，是人们用以作为物品的物质。
生产技术的进步是和新材料的应用密切相关的，因为材料的好坏直接影响着生产工具的优劣和产品的质量，所以人们总是不断地去寻找、发现新材料，以促进生产、改善物质文化生活每一种新材料的发现和应用，都会给社会生产和生活面貌带来巨大改变，把人类物质文明推向前进 因此，历史学家往往用制造工具的原材料作为社会发展的标志旧石器时代新石器时代 青铜器时代铁器时代,人类历史的发展按照使用材料进行划分分为四个阶段 ：,钢 硅 塑料 合成材料 半导体 精密陶瓷 复合材料 纳米材料 ……,我们现在所处的时代应该称为什么时代？,合成高分子（二十世纪初） 纳米材料（二十世纪80年代）,旧石器时代 距今约300万年～距今约1万年,群居洞穴的猿人通过简单加工获得石器以狩猎、护身和生存；,新石器时代 距今1.2万年到距今4000年,随着对石器加工制作水平的提高，出现了原始手工业如制陶和纺织,青铜器时代,青铜时代大约源于4000 ~ 5000年前青铜是铜锡铝等元素组成的合金，与纯铜相比，青铜熔点低，硬度高，比石器易制作且耐用青铜器大大促进了农业和手工业的出现铁器时代,铁器时代被认为是始于2000多年前，由铁制作的农具、手工工具及各种兵器得以广泛应用，大大促进了当时社会的发展,钢铁、水泥等材料的出现和广泛应用，人类社会开始从农业和手工业社会进入了工业社会。
本世纪半导体硅、高集成芯片的出现和广泛应用，则把人类由工业社会推向信息和知识经济社会二战结束的时候，钢铁仍然是整个世界经济的支柱意识到必须具有高质量和低成本的钢铁，日本开始大力发展钢铁工业,1970 年以后，世界已经处于硅时代，日本开始大力发展半导体工业，使得家用电器的生产在世界市场中占据了绝对优势 英国此时却忽略了硅时代的到来，由于没有相应的技术政策和战略眼光，其结果是英国有2000 名研究硅材料的科学家流入美国硅谷 1988 年仅在信息技术产品这一项上，英国对日本的贸易赤字就高达 2.2 亿英镑，这还不包括由硅片控制的自动聚焦的照相机之类的产品一般说来，一种材料能否在一个时代引起人们关注、得到广泛使用应该从以下几方面加以分析,资 源能 源环 保经 济质 量,因此材料也可以定义为：,人类社会所能够接受的经济地制造有用器件的物质.,新陈代谢这一生命规律在材料中也是同样存在的事实上，每种材料都有其生命曲线衰退主要是由于社会发展和科学技术进步导致的一个新材料的诞生，从实验室研制出样品到工业上的大规模实际使用，大概需要 15 ~ 20 年时间按材料的生命周期来分类,石棉是含有铁、镁、镍、钙、铝等元素的硅酸盐，分为温石棉和青石棉两种，由于具有结实、抗弯、绝缘、隔热、保温、耐酸碱腐蚀等优点，所以被广泛用于建筑、造船、航天和交通机械中隔热、保温、防火等领域。
石棉经过加工后制成的纺织、石棉水泥制品，具有耐磨、绝缘等特点，还可制成防火材料、滤料、填料等据统计，石棉的各种用途已逾千种 夕阳”材料：石棉,近年来的研究表明石棉是一种致癌物质，欧美国家许多癌症的病因，都曾与石棉污染有关目前这种状况正在向发展中国家转移据保守估计，今后30年中死于石棉污染者将达到100万，其中大多数是制造含石棉的地板、天花板、屋顶材料、接合剂和自动闸的工人若进行大规模楼层定向爆破、拆除等工作时，现场附近人员不采取防护措施，也极可能被伤害钢铁工业在发达国家已进入衰退阶段，原因是有许多新材料来代替钢铁，并且钢铁生产污染环境，他们往往把这些企业放在第三世界国家 1996年中国粗钢产量首次突破1亿吨大关，中国粗钢产量跃居世界第一以来，中国粗钢产量随后呈连年增长的趋势，并且钢产量一直位居世界第一中国的不锈钢产业则在近十年里取得了飞速增长，2001年，中国不锈钢粗钢产量仅为73万吨，占全球当年产量的3.8%，随后中国的不锈钢产量连续10年呈现超过20%的年均增长率2006年，中国不锈钢粗钢产量561万吨，首次位居世界第一，至今，中国的不锈钢粗钢产量也已经占据世界总产量的近一半夕阳”材料工业：钢铁,2014年2月总部设在英国的钢铁工业和市场分析公司(MEPS)发布全球钢铁产量和不锈钢产量报告，2013年中国以7.79亿吨的粗钢产量位居世界第一，占全球粗钢产量的48.5%，而中国2013年不锈钢产量也达到约1800万吨，占全球总产量的48.3%。
在“9·11”事件中变成废墟的纽约世贸大厦（建于1962年－1976年占地6.5公顷，由两座110层（另有6层地下室）高411.5米的塔式摩天楼和4幢办公楼及一座旅馆组成 ）的40万吨废钢铁被运往中国和印度，回炉后重新使用材料中的“常青树”：陶瓷,按材料的组成分类,金属材料 (Metal)：钢铁材料、有色金属、合金铝、钛、铜、镍、 有机高分子材料 (Polymer)：天然的、合成的塑料,橡胶,合成纤维等. 无机非金属材料 (Ceramics)：陶器、瓷器、水泥、玻璃、耐火材料、新型结构和功能陶瓷 (SiC) 复合材料 (Composites)：陶瓷基、金属基、高分子基复合材料,二、材料的分类,按材料的用途分类,结构材料 (以力学性能为基础，制造受力构件所用材料) ：支撑件、连接件、传动件、紧固件等，这些材料都具有抵抗外力作用而保持自己的形状、结构不变的优良力学性能功能材料(利用物质的独特物理、化学性质或生物功能等而形成的一类材料 ) ：具有优良的电学、磁学、光学、热学、声学、力学、化学和生物学功能及相互转化的性能，被用于非结构目的的高技术材料按材料内部原子排列情况分类,固体材料 晶态材料非晶态材料液态材料气态材料,,从材料尺度角度分类,三维材料块体材料 二维材料薄膜、涂层等 (金刚石薄膜、高温超导薄膜、半导体薄膜、耐磨涂层)一维材料纤维、晶须等 (光导纤维、高强纤维)零维材料粉 体,其他分类方法,状态分类:单晶、多晶、非晶、复合 物理性质分类：高强、超硬、高温、绝缘、导电、超导、透光、磁性 功能性质分类：铁电、压电、热电、光电、 磁光、智能 用途分类；耐火、耐酸（碱）、耐磨、光学、感光、电子、电工、贮氢、节能、燃料电池,混合分类法新材料系,,三、材料科学与材料化学,20 世纪科学技术领域一系列惊人的重大发现导致了原子能、航空航天、激光、信息、能源等领域的巨大变化，而这些巨大变化则有力地促进了材料的发展，使得材料在 20 世纪中叶发生了一次“革命性”的飞跃，这个飞跃的标志就是“材料科学”的形成。
超音速飞机 (镍基超级合金)计 算 机 (晶体管、半导体)航天飞机 (高温结构陶瓷),20 世纪中叶的几项成果,20 世纪中叶是苏美两个超级大国在各个领域进行全面竞争的时代材料的竞争是其中的主要内容之一 1957 年苏联率先将人造地球卫星送上了天，从而引发了全球性的材料科学研究 美国从此相继成立了一些材料研究中心，正式将材料科学作为一个学科对待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美国国防部1991年提出20项关键技术，有5项以材料为主 同年，美国白宫发布美国国家关键技术项目共6领域22项关键，材料为6领域之一材料合成与加工、电子和光子材料、陶瓷复合材料、高性能金属与合金5项为关键 从1995年至2001年每两年更新一次的《美国国家关键技术》报告中，特种功能材料和制品技术占了很大的比例2001年日本文部省发布的第七次技术预测研究报告中列出了影响未来的100项重要课题,一半以上为新材料或依赖于新材料发展的课题,而其中绝大部分均为功能材料 欧盟第六框架计划和韩国的国家计划等把功能材料技术列为关键技术之一加以重点支持 我国863高技术发展计划，材料是7个重点之一，重大基础研究攀登计划的30个重大课题中有7个与材料直接有关。
材料涉及的领域极为广泛，举凡国家的工农业建设和国防建设，人民生活水平的提高，无不与材料密切相关所以材料的科学研究、新产品的开发、工业大生产与合理应用都关系到社会进步、国家安全，因此人们把材料誉为现代文明的三大支柱之一摘自：师昌绪主编《材料大辞典》前言,新材料发展与应用水平直接决定着经济发展的水平以每公斤产品的出厂价格计算，把原材料比作1，那么小轿车为5，家电为30，飞机为200，计算机为1000，集成电路芯片则为10000产品中的技术含量越高，收益就越高 2000 年，世界新材料市场销售额达到 4000 亿美元，美国占市场份额 40%，日本占市场份额 20% 据 1982 年统计，美国每年因材料腐蚀造成的直接经济损失为 1260 亿美元材料断裂和磨损造成的损失分别为 1190 亿和 1000 亿美元新材料在高技术中的应用,几个实例,1982 年日本首次研制出了陶瓷发动机小汽车它的出现使发动机重量减轻，提高燃烧度和节约燃料的愿望成为现实 工作温度提高到1300℃ 无需水冷装置 发动机效率提高30%左右 节省能源 ,减少了环境污染 阻碍陶瓷发动机实用化的主要障碍是陶瓷的脆性和由此导致的低可靠性,贝壳和陶瓷发动机,英国帝国化学工业公司的威廉·克莱格博士将碳化硅表面涂覆石墨,再把涂上石墨层的碳化硅陶瓷一层层叠起来加热挤压，使坚硬的碳化硅陶瓷粘在石墨层上，就像“千层饼”似的。
断裂韧性比普通SiC陶瓷增加100倍.,美国的隐身战斗机所以能隐身，就是使用了一种吸波材料和吸波涂层所谓隐形是指不易被雷达或红外线、可见光、声探测等传感器发现 隐形飞机之所以能够隐形，主要是综合采用了隐身外形技术、隐身材料技术、红外线抑制和干扰技术、声波隐身技术以及微电子技术等，具有降低其在雷达屏幕上的特征、压制噪声、减弱飞机红外图像特征、抑制无线电信号传输等性能隐形飞机与材料,隐形武器由于其科技含量高，对材料要求苛刻，研制费用异常高美国的 F-117A 隐形飞机单价为 4500万美元（公元2008年4月22日 退役），B-2隐形轰炸机单价更高达 5.3 亿美元，比与机体等重量的黄金价值还要高最近，美国又以 4000 亿美元的天价，开始研制一种集“隐形、敏捷、高速”为一体的 F-35 新型隐形战机F117,F22猛禽,在美国的航天史上发生过三起巨大灾难,1967 年 1 月 27 日：阿波罗号飞船升空时爆炸，三名宇航员遇难1986 年 1 月 28 日：挑战者号航天飞机升空时爆炸，包括一名女教师在内的宇航员全部遇难2003 年 2 月 1 日：“哥伦比亚号”航天飞机在完成 16 天的太空研究任务后，在返回大气层时突然发生解体，机上 7 名宇航员全部遇难,。