第1章緒論1.1材料的定義與分類1.2材料的地位、作用與發展1.3材料科學與工程1.4材料類專業的歷史與現狀

1.1材料的定義與分類

1．材料的定義

從材料工作者的角度來看，材料的定義應包含以下

幾點：

(1)具有一定的組成。

(2)具有加工性。

(3)具有一定的性質和使用性能。

2．材料的分類

通常人們所說的材料是指固體材料。材料的種類很多，可按以下方法對其加以分類。

1)按材料的作用分

按照材料的作用(用途)分，可將其分為結構材料和功能材料。

2)按材料的使用領域分

按照材料的使用領域分，可將其分為電子材料、生物材料、航空航天材料、核材料、建筑材料、醫用材料、機械材料、能源材料等。

3)按材料的內部組織結構分

按照材料的內部組織結構的不同，可將其分為晶體材料和非晶體材料。晶體材料又分為單晶體材料和多晶體材料。

4)按材料的發展程度、應用范圍及使用量分

按照材料的發展程度、應用范圍及使用量的不同，可將其分為傳統材料和新型材料。

5)按材料的組成、結構特征或屬性分

按照材料的組成、結構特征或屬性的不同，可將其分為金屬材料、無機非金屬材料、高分子材料以及由這三大類材料復合而成的復合材料。

1.2材料的地位、作用與發展

1．材料是人類社會發展的里程碑

人類發展史可以說是一部材料和技術的演變史，材料發展史是人類進化與文明的標志。

2．材料是高新技術發展與社會現代化的基礎和先導

材料，尤其是新材料的研究、開發與應用反映著一個國家的科學技術與工業水平。

1.3材料科學與工程

1.3.1材料科學的形成

事實上，“材料科學”學科的形成也是科學技術發展的必然結果。

首先，基礎學科的發展奠定了材料科學的基礎。

其次，材料科學范疇下不同材料應用理論的交叉融合。

再次，材料測試技術及工藝技術的交叉融合。1.3.2材料科學與工程的定義

材料科學的核心內容一方面是研究材料的組織結構與性能之間的關系，具有“研究為什么”的性質；另一方面，材料又是面向實際、為經濟建設服務的。它是一門應用學科，研究和發展材料的目的在于應用，而人類又必須通過合理的工藝流程才能制備出具有實用價值的材料，通過批量生產才能使之成為工程材料。所以，在“材料科學”這個名詞出現后不久，就提出了“材料工程”和“材料科學與工程”。1.3.3材料科學與工程的特點

材料科學與工程具有物理學、化學、冶金學、陶瓷學、高分子學、計算機科學、醫學、生物學等多學科相互融合與交叉的特點，并且與實際應用結合得非常密切，具有鮮明的工程性。1.3.4材料科學與工程的四要素

由于材料的品種及其應用多種多樣，材料的問題涉及許多科學與工程學科，因此，人們更關心材料的統一性和相關性。材料科學與工程四個基本要素的提出，在貌似不相關的材料之間找到了共同點，即無論哪種材料都包括四個基本要素：結構與成分、性能、使用性能、合成與加工。把四大要素連接在一起，可組成一個四面體，如圖1-1所示。圖1-1材料科學與工程的四個基本要求

1．結構與成分

每個特定的材料都含有一個以原子和電子尺度到宏觀尺度的結構關系，對于大多數材料，所有這些結構尺度上的化學成分和分布是立體變化的，這是制造這種特定材料所采用的合成與加工的結果。

2．性質或固有性能

材料在外界刺激下都有相應的響應，性質就是這種功能特性和效用的定量描述。

3．使用性能或服役性能

使用性能是材料在使用條件下有用性的度量，或者說是材料在使用條件下的表現，如使用環境、受力狀態對材料性能與壽命的影響等。度量使用性能的指標有：可靠性、有效壽命、安全性和成本等綜合因素，利用物理性能時還包括能量轉換率、靈敏度等。

4．(制備)合成與加工(工藝)

合成與加工是指建立原子、分子和分子聚集體的新排列，在原子尺度到宏觀尺度上對結構進行控制以及高效而有競爭力地制造材料和零件的演變過程。1.3.5材料科學與工程研究的重要問題

1．新工藝、新技術和新合成方法的探索

每當一種新工藝、新技術或新流程出現，材料的發展就可能發生一次飛躍，對此必須給以充分的重視。噴氣式飛機所用的高溫合金的發展就是一個明顯的例子。

2．成分、結構與性能的研究

當前，對許多有關材料的物理現象的了解比較深入，而對材料的力學性質則仍停留于比較膚淺的階段。

3．分析與表征材料的儀器設備

事實說明，科研儀器每前進一步，對事物的了解就會更深入一步。材料及其制品的合成與加工，必須通過設備和機械來實現，高效、控制精良的設備和機械是材料及其制品合成與加工的重要保障；結構、成分和性質的表征以及使用性能的分析，儀器是必不可少的探測工具。

4．分析與建模

隨著理論上對材料性質的認識和精確的數字仿真技術的提高，材料科學已發展成為一門真正的定量的科學。1.3.6材料科學與工程的發展趨勢

21世紀，以微型計算機、多媒體和網絡技術為代表的通信產業，以基因工程、克隆技術為代表的生物技術，以核能、風能、太陽能、潮汐能等為代表的新能源技術，以探索太空為代表的宇航技術以及為人類持續發展所需的環境工程，都對材料提出了更新、更高的要求，復合化、功能化、智能化、低維化將成為材料開發的目標。

1.4材料類專業的歷史與現狀

1.4.1歐美國家材料科學與工程學科辦學歷史演變

伴隨著蒸汽機的發明和改進，人類迎來了工業革命。鋼鐵工業、紡織工業開始了大規模的工業生產，采礦等工業也隨之發展了起來，工業的迅猛發展需要相應的科學技術和專門人才，材料科學和工程學科亦隨之建立并發展起來。1.4.2中國材料科學與工程學科辦學歷史演變

與歐美國家相仿，中國的材料科學與工程教育始于部分高校的采礦系、礦冶系等，已有100多年歷史。專業設置經歷了從寬廣到細分又從細分到綜合的變化過程，體現了社會需求與材料科學與工程學科專業結構、人才素質之間的相互作用關系，其形成和發展大體上可分為以下四個階段。

(1)??1949年以前在若干大學設置的礦冶學科，開創了我國現代材料教育的先河。

(2)??1949年至1966年間我國按蘇聯模式大規模進行了院校調整。

(3)?1978年至1990年代初，中國改革開放逐步深入，在材料科學技術加速發展的同時，逐步了解歐美等國材料科學與工程教育改革