1、工程材料概論第1頁，共40頁，2022年，5月20日，20點6分，星期三課程性質： 面向全校非機械專業本科生開設的通識教育選修課開設目的及內容：建立材料科學與工程的基本概念，了解其在經濟社會發展中的作用；了解材料的共性規律與特點，建立從材料設計、組織控制、制備加工到性能評價與工程應用的概念體系；基本掌握工程材料的基本分類方法及常用工程材料的性能和用途；進度與安排：共16學時（18周）課 程 簡 介第2頁，共40頁，2022年，5月20日，20點6分，星期三第一講 材料科學與材料世界材料的定義與分類材料的地位和作用材料科學與工程的形成和發展材料的發展趨勢第3頁，共40頁，2022年，5月20日，

2、20點6分，星期三 材料的定義與分類定義：宇宙間可用于制造有用物品的固態物質統稱為材料物質材料材料的判據1資源2能源3環保4質量5經濟 有用的、并能用來制造物品（件）的物質 一般指固態的，可用于工程上的物質工程材料 作為材料科學研究對象的材料則主要是那些制造器件或物品的人造物質第4頁，共40頁，2022年，5月20日，20點6分，星期三礦業及農業科技與工程范疇材料科學與工程范疇 材料的地位和作用第5頁，共40頁，2022年，5月20日，20點6分，星期三 材料的定義與分類定義：宇宙間可用于制造有用物品的固態物質統稱為材料物質材料材料的判據1資源2能源3環保4質量5經濟 有用的、并能用來制造物品

3、（件）的物質 一般指固態的，可用于工程上的物質工程材料 作為材料科學研究對象的材料則主要是那些制造器件或物品的人造物質第6頁，共40頁，2022年，5月20日，20點6分，星期三 材料的定義與分類材料無處不在人類已經發現的材料：“800 ”萬種每年新增：“25 ”萬種具有實際工業價值的有：“8 ”萬種第7頁，共40頁，2022年，5月20日，20點6分，星期三 材料的定義與分類第8頁，共40頁，2022年，5月20日，20點6分，星期三鐵器時代信息時代（新材料時代）石器時代（石器、陶器 、瓷器)青銅器時代 材料的地位和作用第9頁，共40頁，2022年，5月20日，20點6分，星期三 材料的地位

4、和作用石器時代青銅時代新材料時代鐵器時代鋼鐵時代人類利用材料的歷史，就是一部人類進化和進步的歷史第10頁，共40頁，2022年，5月20日，20點6分，星期三第一次工業革命（18世紀）制鋼工業的發展為蒸汽機的發明和應用奠定了物質基礎以蒸汽機和紡織機的發明和使用為主要標志工業革命使工廠制代替了手工工場，用機器代替了手工勞動 人類社會從農業文明轉向工業文明第11頁，共40頁，2022年，5月20日，20點6分，星期三 以電力和內燃機的發明和使用為主要標志,以石油開發和新能源為突破口，大力推進了汽車、飛機等其他工業。第二次工業革命（19世紀中葉到20世紀中葉） 世界由“蒸汽時代”進入“電氣時代”莫爾

5、斯電報機發報第12頁，共40頁，2022年，5月20日，20點6分，星期三第三次工業革命（20世紀40年代起） 以核能、電子計算機、空間技術和生物工程的發明和使用為主要標志，涉及信息技術、新能源技術、新材料技術、生物技術、空間技術和海洋技術等諸多領域的一場信息控制技術革命。 是迄今為止人類歷史上規模最大、影響最為深遠的一次科技革命第13頁，共40頁，2022年，5月20日，20點6分，星期三 材料的地位和作用發電機1820年蒸氣機1763年計算機1946年第一次工業革命 制鋼工業的發展為蒸汽機的發明和應用奠定了物質基礎第二次工業革命 合金鋼、鋁合金及其他非金屬材料的發展是此次工業革命的支撐第三

6、次工業革命 航空材料不斷進步；塑料、合成橡膠、合成纖維的相繼問世；單晶硅材料對電子技術的發明和應用起到了核心的作用第14頁，共40頁，2022年，5月20日，20點6分，星期三 材料的地位和作用 縱觀人類利用材料的歷史可以清楚地看到，每一種重要新材料的發現和應用，都把人類支配自然的能力提高到一個新的水平。材料科學技術的每一次重大突破都會引起生產技術的重大變革，甚至引起一次世界性的技術革命，大大地加速社會發展的進程，給社會生產力和人類生活帶來巨大變革，把人類物質文明推向前進。第15頁，共40頁，2022年，5月20日，20點6分，星期三 材料的地位和作用圖 例所用材料特 點 世界杯 足球賽 指定

7、用球用32片復合泡沫材料縫制而成反彈力大，球速快而穩定，耐磨。 大屏幕 液晶投 影電視面板用晶體硅制成。 對比度和清晰度高， 顯示速度快，體積小。DVD錄像機用DVDRW盤片存儲節目體積小，重量輕。仿真手臂用高強度碳纖維復合材料作手臂骨骼，陶瓷作感知元件碳纖維復合材料強度高，重量輕，可旋轉的腕和手指以及微電機等安裝在它上面。第16頁，共40頁，2022年，5月20日，20點6分，星期三 材料的地位和作用第17頁，共40頁，2022年，5月20日，20點6分，星期三 材料的地位和作用種 類使用的主要材料存儲容量特 點 軟盤氧化鐵磁性材料 1.44 Mb容量小，主要是文本文件的存儲。 CDRW多元

8、合金和以ZnS等為主的陶瓷材料 650 Mb驅動器兼容CD光盤，光盤價低，用量高速增長。 MO (磁光盤)TbFeCo合金磁光材料 650Mb 1.3G需用專用驅動器，價格高，局限在廣告、圖形用戶。 VDRW多元合金和以ZnS等為主的陶瓷材料單面單層為4.7 Gb驅動器兼容CDRW和CD光盤集成芯片1G、16G、32G小巧便于攜帶、存儲容量大、價格便宜、性能可靠。幾種可反復讀寫的移動存儲器的比較U盤第18頁，共40頁，2022年，5月20日，20點6分，星期三 材料的地位和作用實 例材 料強度范圍 MPa比強度MPa 壓氣機 葉片鋁合鈦合金 壓氣機 機匣鈦合金3501

9、10080245 飛機 尾翼碳纖維復合材料10001200（順纖維方向） 625750 硼纖維 鋁合金 板和管硼纖維增強鋁合金1500（順纖維方向）570幾種航空材料的比強度第19頁，共40頁，2022年，5月20日，20點6分，星期三 材料的地位和作用不同時期航空發動機的工作溫度第20頁，共40頁，2022年，5月20日，20點6分，星期三 在美國卡拉維納爾角航天基地待升空的航天飛機（穿梭機）。它是人類高技術的結晶。它應用了成千上萬種材料，特別是一些高技術的新型材料 材料的地位和作用第21頁，共40頁，2022年，5月20日，20點6分，星期三挑戰者號失事 失事原因右側固體火箭助推器連接處因

10、設計上的缺陷和氣溫過低、密封墊圈失效引起的。 第22頁，共40頁，2022年，5月20日，20點6分，星期三材料是現代文明的基石 材料的地位和作用第23頁，共40頁，2022年，5月20日，20點6分，星期三一、材料科學與工程（MSE）的定義材料科學：研究各種材料的成分、結構、制備加工 工藝與性能之間的關系材料工程：研究材料在制備、處理加工過程中的 工藝和各種工程問題 材料科學與工程的形成和發展第24頁，共40頁，2022年，5月20日，20點6分，星期三一、材料科學與材料工程的關系 材料科學與工程的形成和發展第25頁，共40頁，2022年，5月20日，20點6分，星期三 材料科學與工程的形成

11、和發展二、材料科學與工程（MSE）的興起第26頁，共40頁，2022年，5月20日，20點6分，星期三1、需求牽引利用新材料和材料改進飛機汽車減輕自重節約能源保護環境汽車用高強鋼，可減重24%，強度增加34%第27頁，共40頁，2022年，5月20日，20點6分，星期三1、需求牽引第28頁，共40頁，2022年，5月20日，20點6分，星期三1、需求牽引長征火箭殼體： 鋁合金744Kg；碳纖維401Kg；兩者相比: 碳纖維減重343Kg；射程增加1476Km各種材料在波音787飛機上的應用第29頁，共40頁，2022年，5月20日，20點6分，星期三2、科學驅動固體物理、無機化學有機化學、物理

12、化學材料本身的研究大大加強材料科學冶金學、金屬學、陶瓷學、高分子學等物資結構和物性金屬材料、高分子材料、陶瓷材料亦自成體系；復合材料的學科體系正在形成各類材料的研究設備與生產手段有頗多共同之處許多不同類型的材料可以相互代替和補充；復合材料在多數情況下是不同類型材料的組合第30頁，共40頁，2022年，5月20日，20點6分，星期三 材料科學與工程的形成和發展三、材料科學與工程（MSE）的特點是多學科交叉，包括物理學、化學、冶金學、金屬學、 陶瓷學、高分子化學及計算科學等是一種與實際使用結合非常緊密的科學是一個正在發展中的科學第31頁，共40頁，2022年，5月20日，20點6分，星期三 材料科

13、學與工程的形成和發展四、材料科學與工程的組成要素合成/制備結構/成分性質（性能）使用性能（效能）第32頁，共40頁，2022年，5月20日，20點6分，星期三 材料的發展趨勢“9.11”事件與材料紐約世貿大廈1973年竣工，110層、411m主體鋼架結構(用鋼7.8萬噸)墻面由鋁板和玻璃磚組成塔樓坍塌原因:高溫下材料強度迅速降低9.11之后大樓怎么建材結實？采用高強、輕質材料如何對付有毒煙霧？用環保防火材料如何有利逃生？用自發光材料蓄光型自發光夜光粉第33頁，共40頁，2022年，5月20日，20點6分，星期三可以連續12年自發光的材料自發光樓梯扶手 材料的發展趨勢自已會發亮的燈第34頁，共4

14、0頁，2022年，5月20日，20點6分，星期三 材料的發展趨勢現代戰爭武器與材料之一B-2隱形戰略轟炸機隱身性能源于： 特殊的結構設計 隱身材料的充分利用B-2使用的主要材料： 主梁和發動機艙輕金屬、復合材料 其他部分碳纖維和石墨纖維的復合材料機翼前緣包覆吸波材料整個機體噴涂吸波油漆（XKuP-4）吸波材料第35頁，共40頁，2022年，5月20日，20點6分，星期三 材料的發展趨勢現代戰爭武器與材料之二航天飛機美國“戰斧”式巡航導彈 燒蝕防熱材料為航天器提供隔熱屏障神州飛船第36頁，共40頁，2022年，5月20日，20點6分，星期三99式坦克具備優異的防彈外型，其炮塔和車體均采用復合裝甲，抗彈能力成倍提高99式坦克 材料的發展趨勢現代戰爭武器與材料之三裝甲材料的變遷：厚鋼板合金鋼復合裝甲英國“挑戰者”坦克戰車全重62.54噸，最大速度56千米時，車體和炮塔采用“ 喬巴姆”復合裝甲英國“挑戰者”坦克第37頁，共40頁，2022年，5月20日，20點6分，星期三 材料的發展趨勢金屬、陶瓷、聚合物和復合材料將平分秋色新材料技術出現群體性突破納米技術是前沿技術中最具前瞻性和帶動性的領域之一光電子材料、光子材料將成為發展最快和最有前途的電子信息材料新型功能材料（超導材料、智能材料、生物醫