材料科学:
基于现代科学技术，一方面，利用 化学手段研究材料的化学成分、化学键 和合成方法； 另一方面，借助物理学 方法，研究材料性质, 主要根据晶体物 理和固体物理描述材料结构和性能的关 系。
The four basic aspects of materials science and technology
战机
舰船
导弹
高层 建筑
火箭
材料的应用领域
战车 人造 卫星 汽车
高速列车
1.1.2 Classification



Basis of classification: atomic structures nature of chemical bonds: 金属键 Metallic bond 离子键 Ionic bond 共价键 Covalent bond
Materials Science studies:
• 化学组成、化学键、合成方法:
chemical composition, chemical bonds and synthesis methods
• 特性: nature of materials • 结构与性能的关系:
describe the relationship between structure and properties based on crystal physics and solid physics
• Organic polymers: made up of long-chain molecules; are electrical and thermal insulators; are light and easily formable; and the best-known organic polymers are: － poly (vinyl chloride) (PVC); － polyethylene (PE); － polystyrene (PS).
Electric properties Magnetic properties Thermal properties Optical properties
• Chemical properties: the behavior of material in a reactive environment.
组成:构成物质世界的材料由具有亚 微观尺度的各种微粒子组成。
Materials: defined as solids used by man to produce items which constitute the support for his living environment.
Character: materials have certain compositions; can be formed; with certain shape and color; can be used and reused or recycled.
• Materials Engineering: concerned with manufacturing, transformation and shaping processes.
1.1.3 Properties




Mechanical properties: the behavior of materials deformed by a set of forces. 弹性 Elasticity 塑性 Plasticity 强度 Strength 硬度 Hardness 韧性 Toughness 疲劳特性 Fatigue behaviour 耐磨性 Abrasion resistance
• Physical properties: the behavior of materials subjected to the action of temperature, electric or magnetic fields, or light.

电性能 磁性能 热性能 光性能
—Boehringer Ingelheim KG
1.1 Materials and Material Science
影响材料使用的因素 materials behavior availability cost synthesis and production method processing techniques

抗腐蚀能力 Corrosion resistance：
atmospherically, chemically (salts, sour, alkali)
1.1.4 Use of materials
Factors related to the use of a material are:




Quality: properties and functions Economy: costs related to materials, processing and energy Environment: environmental behavior of the material Resources & Recycling: resources and possible recycling
Polymeric Biomaterials
•人工心脏：
聚酯、聚氨酯、环氧树脂
•人工肺：
硅橡胶半透膜
•关节(肩、髋、膝):
聚四氟乙烯
•人工肾(kidney)：
透析膜 •……
Atrifical Heart
硅油
聚酯编织管
环氧树脂
聚醚型聚氨酯
聚酯
Artifical Bone
Resomer® Resorbable Polyester：Polylactide, Polyglycolide or the copolymers
原始人打造的石器
印地安人用的石斧
（２）青铜器时代：这是人类社会出现 最早的金属材料，中国历史上曾有过灿 烂的青铜文化。
青铜鼎 青铜宝剑
青铜编钟(chimes)
hoe
（3）铁器时代：用铁作为材料来制造农具，铁在农 业上的广泛应用，推动了以农业为中心的科学技 术日益进步；以钢铁为中心的金属材料大规模发 展，有力地摧毁了封建社会的生产方式，萌发了 资本主义。
1.1 Materials and Material Science
材料的重要性
石器时代陶器时代青铜器时代铁器时代
材料的发展史，就是人类社会的发展史。
材料的发展历史
金 青铜 铁
高分子材料
木材 皮革 纤维 骨 皮胶 橡胶
金属材料
钢 玻璃态金属
合金钢
微合金钢
相 对 占 有 量
复合材料
稻草杆砖 纸
特点: 具有一定的成分和配比；
可成型加工； 保持一定形状和外观； 具有使用价值并可回收再利用。
保持一定形状和外观
可成型加工
具有使用价值
Essential role of materials: indispensable to our society as food, energy and information. substance ~ material: differences
environmental acceptability
1.1 Materials and Material Science
1.1.1 Definition Constitute: The materials making up the surrounding world consist of discrete particles, having a submicroscopic size.
《材料概论》
Introduction to Materials
Introduction to Materials
材料学院
November 2011
Chapter 1 Introduction to Materials
Content
－Definition
材料的定义 －Types 材料的类型 －Structure 材料的结构 – Structure – properties – processing 结构－性能－工艺之间的关系


Classification:
ceramics - ionic bonding & covalent bonding

Types of materials
• Metals and their alloys: are good conductors of heat and electricity; are opaque to visible light; are hard, rigid; can undergo plastic deformation have a high melting temperature (Tm).
耐热合金 赛璐珞
功能高分子
高温高分子
高强高模高分子
火石 陶 瓷 玻璃 水泥 耐火材料
各种基体复合材料
通用高分子
纤维增强塑料 金属陶瓷 韧性工程陶瓷
1980 1990 2000 2010
无机非金属材料
先进功能陶瓷
5000 公元前
0 公元
1000 1500 1800
（１）石器时代： 旧石器时代－－原始人采用天然的石、木、竹、骨等材料作 为狩猎工具； 新石器时代－－公元前6000年，人类发明了火，掌握了钻木 取火技术，用以烧制陶瓷。瓷器的出现已成为中华民族文化的 象征之一，对世界文化产生过深远的影响。
Composite