1、材料科學基礎緒論和發展特點 一、什么是材料？ What is the Materials?Webster編者“New International Dictionary（1971年）”中關于材料（Materials）的定義為：材料是指用來制造某些有形物體（如：機械、工具、建材、織物等的整體或部分）的基本物質（如金屬、木料、塑料、纖維等）。邁爾新百科全書中材料的含義：材料是從原材料中取得的，為生產半成品、工件、部件和成品的初始物料，如金屬、石塊、木料、皮革、塑料、紙、天然纖維和化學纖維等等。 材料是指具有滿足指定工作條件下使用要求的形態和物理性狀的物質。二、材料在人類歷史的發展和科學 技術中的重要

2、作用 Importance of Materials for the Development of Humen History and Science &Technology 材料是人類社會發展的巨大推動力，生產工具制造的物質基礎是材料。石器時代陶器時代 青銅時代 鐵器時代復合材料材料的使用和發展，與生產力和科學技術的水平密切相關三、我國材料的歷史進程 (Historical perspective) 漫長而又曲折的歷程：石斧1.石器時代 Stone age BRONZE AGE湖北江陵楚墓出土越王勾踐寶劍中國古代鐵器的金相組織湖南長沙砂子塘戰國凹形鐵鋤3. 鐵器時代 iron age長征三號

3、運載火箭在發射架上的圖片寶鋼高爐4.明代后及解放后 古代科技名著考工記（先秦）夢溪筆談（宋代 沈括）天工開物（明代 宋應星）古代科技名著- 夢溪筆談（宋代 沈括） 夢溪筆談是我國北宋大科學家沈括的傳世 著作。沈括在晚年用筆記文學體裁寫成夢溪筆談二十六卷，再加上補筆談三卷和續筆談，共列有條文六百零九條，遍及天文、數學、物理、化學、地學、生物以及冶金、機械、營造、造紙技術等各個方面，內容十分廣泛、豐富，是中國科學史的重要著作。夢溪筆談中所記述的許多科學成就均達到了當時世界的最高水平。英國著名科學史專家李約瑟稱夢溪筆談是“中國科學史上的坐標”。沈括，生于公元1031年，為官多年。他晚年居住在潤州(今

4、鎮江市)的夢溪園，專門從事著述，為后人留下了一部三十卷的科學巨著夢溪筆談。四、材料分類IV Classification of Materials五、什么是材料科學？ What is Materials Science ？PerformancePropertiesSynthesis and ProcessingCompositions and Structures什么是材料科學？ What is Materials Science ？材料科學是一門以固體材料為研究對象，以固體物理、熱力學、動力學、量子力學、冶金、化工為理論基礎的邊緣交叉基礎應用學科，它運用電子顯微鏡、X-射線衍射、熱譜、電子離

5、子探針等各種精密儀器和技術，探討材料的組成、結構、制備工藝和加工使用過程與其機械、物理、化學性能之間的規律的一門基礎應用學科，是研究材料共性的一門學科。1. 材料科學與工程的范疇和任務學科建立 Establishment of Materials Scienceand Engineering IN 1960s金屬材料金相學金屬學無機材料無機化學陶瓷學 高分子材料高分子化學高分子物理 1. 材料科學與工程的范疇和任務(2) 內容和任務 Contents and Objective 材料科學：從理論上研究金屬、無機非金屬和有機高分子等材料的成分、結構、 加工工藝同材料性能及材料應用之間的相互關系。

6、 材料科學與工程：關于材料組成、結構、制備工藝與其性能及使用過程間相互關系的知識開發及應用 的科學。 學科性質：是介于基礎科學與應用科 學之間的應用基礎科學（邊緣學科）。 研究內容：reaserch contents科學性 a. 從化學角度出發，研究材料的化學組成、鍵性、 結構與性能的關系 b. 從物理角度，闡述材料的組成原子、分子及其運 動狀態與各物性之間的關系 c. 材料的制備工藝技術性 d. 材料的性能表征 e. 材料的應用六、學習方法 study methodsTHE FIRST，INTRESTING IS THE MOST IMPORTANT.盧柯:材料科學研究的動力與樂趣 WEB

7、六、學習方法 通過物質結構與組成的基本理論的學習，掌握材料的結構性能內在關系； 通過對比，了解高分子材料與金屬和無機非金屬材料在材料結構和性能特點上的主要異同點； 運用結構性能關系的原理，了解主要材料品種的制備和應用的特點，具有一定材料設計的基礎知識。參考文獻Fundamentals of Materials Science and Engineering（英文資料） 材料科學與工程基礎 （美） L、H 范弗萊克材料科學與工程系列教材 哈爾濱工業大學出版社（1999）材料科學基礎.謝希文，北京航空航天大學出版社，1999年。材料科學基礎.劉智恩，西北工業大學出版社，2001年Special m

8、agazines材料研究導報金屬學報（中、英文）腐蝕與防護學報腐蝕科學與防護技術CorrosionCorrosion science材料導報精品課程（MSE）網站：上海交通大學（國家級）西北工業大學（國家級）福州大學四川理工學院（省級）四川大學美國金屬雜志評選出材料科學與工程領域歷史上十個“最偉大事件”美國金屬雜志評選出材料科學與工程領域歷史上十個“最偉大事件”2006年9月，美國金屬雜志（Journal of Metals, JOM）發起了評選材料科學與工程歷史上“最偉大的材料事件”（Greatest Materials Moments）活動。JOM由美國礦物、金屬與材料學會（The Min

9、erals, Metals & Materials Society, TMS）主辦。TMS是一個涉及材料科學與工程所有領域的專業國際組織，總部設在美國，涵蓋的學科方向從礦物工藝、基本金屬制造到材料的基礎研究和深入應用。TMS的會員來自世界6大洲70多個國家的冶金學與材料工程師、科學家、研究人員、教育家、管理人員和學生。美國金屬雜志評選出材料科學與工程領域歷史上十個“最偉大事件”JOM主辦此次活動的目的旨在弘揚材料科學在人類歷史發展進程中的影響力和慶祝TMS成立50周年。“最偉大的材料事件”被定義為：一項人類的觀測或者介入，導致人類對材料行為的理解產生標志性進展的關鍵或決定性事件，它開辟了材料利

10、用的新紀元，或者產生了由材料引發的社會經濟重大變化。美國金屬雜志評選出材料科學與工程領域歷史上十個“最偉大事件”首先，JOM 邀請眾多材料領域的杰出專業人士評述他們關于“最偉大的材料事件”的觀點。基于他們的評述，JOM 整理出一份超過650個候選者的詳細目錄，然后進一步遴選出100個正式的候選名單，并刊登于2006年11月份出版的JOM上。近千名來自材料科學領域的專業人員和普通公眾參與了投票。美國金屬雜志評選出材料科學與工程領域歷史上十個“最偉大事件”2007年2月26日3月1日，TMS在美國弗洛里達州的奧蘭多舉行了2007年年會，共有來自68個國家的4200多名材料科學和工程專業人員參加了此

11、次會議。會上揭曉了JOM 評選的10項“最偉大的材料事件”（見） Journal of Metals No.1 元素周期表1864年門捷列（DmitriMendeleev）設計出元素周期表。成為材料科學家和工程師普遍使用的參考工具。 從元素周期表，我們能夠能到什么信息，舉例說明。 No.1 元素周期表 No.1 WebElements periodic table 元素周期律是元素隨著元素的原子序數的增加呈周期性變化的規律。現代公認元素周期律是由俄國化學家門捷列夫在1869年第一次比較完整的提出來的。在周期律發現以前，人們發現元素是偶然的。在周期律的指導下，人們開始有計劃、有目的的尋找化學元素

12、了。 它是把化學和原子物理學聯系起來的紐帶。元素周期律還在哲學上有著重大意義，它用科學事實證明了量變引起質變的客觀規律。 No.2 煉鐵公元前3500年（推測）埃及人首次熔煉鐵（或許是作為銅精煉的一種副產品），微量的鐵主要用于裝飾或禮儀。揭開了將成為世界主導冶金材料的第一個制備秘密。Cast iron steel 鋼產量2004年 億噸2005年 3億噸（日本 2億噸）2006年 億噸2006年世界排名前5位的產鋼大國(粗鋼產量)：中國：億噸；日本：億噸；美國：9860萬噸；俄羅斯：7080萬噸；韓國：4850萬噸。安賽樂-米塔爾集團是世界超級鋼鐵巨頭億噸在企業排名中，寶鋼位列第五。 NO.3

13、 晶體管的發明1948年巴丁（J. Bardeen）、布拉頓（W. H. Brattain）和肖克利（W. Shockley）發明晶體管。成為所有現代電子學的基石和微芯片與計算機技術的基礎。 NO.4 玻璃的發明公元前2200年（推測）伊朗西北部人發明了玻璃。成為第二種偉大的非金屬工程材料（繼陶瓷之后）。玻璃屬于哪一類材料，應用如何？ NO.5 光學顯微鏡的發明1668年（推測）列文虎克（Anton van Leeuwenhoek）制做出放大倍數超過200倍的光學顯微鏡。使人類能夠研究肉眼無法看到的自然世界及其結構。NO.6 水泥的發明1755年斯米頓（John Smeaton）發明了現代混凝土（水凝水泥）。成為當代的主導建筑材料。水泥屬于哪一類材料，應用如何？水泥回轉窯/工業窯爐 5000噸新型干法水泥機械成套設備 NO.7 煉鋼的出現公元前300年（推測）南印度的金屬業勞動者發展了坩堝煉鋼。生產出幾百年后成為著名的“大馬士革”劍鋼的“伍茲鋼”，激發了數代工匠、鐵匠和冶金學家。鋼和鐵一樣嗎？最早出現的煉鋼方法是1740年出現的坩堝法，它是將生鐵和廢鐵裝入由石墨和粘土制成的坩堝內，用火焰加熱熔化爐料，之后將熔化的