非平衡态体系：准晶：采用淬冷方法，在不同的合金 系统中发现了不符合传统结晶学理论的5次、8次、10 次与12次对称晶体。

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正在发展中的几类材料：
•高温超导材料：高临界温度低（零）电阻材料
•中间化合物：两种或两种以上金属或类金属所形成的化合物 。
•功能陶瓷：光纤维，介电，光电，磁性材料 •特种高温结构材料：高温陶瓷，高分子材料
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围绕材料内部的一点P取一体积单元，体积元的六个面均垂直 于坐标轴x,y,z。在这六个面上的作用应力可分解为法向应力σxx， σyy，σzz和剪应力τxyτyz，τzx等，如图1.2。
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每个面上都有一个法向应力σ和两个剪应力τ。应力分量σ和τ 的下标第一个字母表示应力作用面的法线方向，第二个字母表示应 力作用的方向。
法向应力若为拉应力，则规定为正；若为压应力，则规定为负
。 剪应力分量的正负规定如下： 如果体积元任一面上的法向应力与坐标轴的正方向相同，则该 面上的剪应力指向坐标轴的正方向者为正；如果该面上的法向应力 指向坐标轴的负方向，则剪应力指向坐标轴的负方向者为正。根据 上述规定，图1.2上所表示的所有应力分量都是正的。 根据平衡条件，体积元上相对的两个平行面上的法向应力应该 是大小相等、正负号一样。 作用在体积元上任一平面上的两个剪应力应该互相垂直。根据 剪应力互等定理，τ xy=τ yx，余类推。故一点的应力状态由六个应力 分量决定，即σ xx,σ yy,σ zz和τ xy，τ yz，τ zx。
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上个世纪60年代初，美国学者首先提出材料科学这个名词。由于 材料的获得、质量的改进离不开生产工艺和制造技术等工程知识，故 把材料科学与工程相提并论，而称为“材料科学与工程”，新学科划 分为一级学科。
材料包括金属材料、无机非金属材料和有机高分子材料三大材 料，近年又出现上述各材料组合而成的复合材料系列。 美国大学有关材料专业的变化趋势为： 1964年矿物与采矿专业9个，冶金专业31个，材料专业11个，其 他专业18个；而到1985年矿物与采矿专业5个，冶金专业17个，材料 专业51个，其他专业17个。 中国于上世纪70年代末，开始设立材料系或材料科学与工程系， 数目逐年增加，到上世纪末这两种名称的系、院已遍及各工科院校。
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无机材料的形变是重要的力学性能，与材料的制 造、加工和使用都有密切的关系。因此，研究无机材 料在受力情况下产生形变的规律是有重要意义的。
1.1.1应力
在分析形变时通常有应力的概念。应力的定义为
单位面积上所受内力，即
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本研究方向的建立，也为现在在外读博的年轻教师 回校后的继续研究工作创造良好的条件。
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材料科学与工程发展前沿：

结构材料的复合化：高强度（高比强度）、超硬度、 高韧性、耐超高温、梯度材料 信息材料的高度集成化：从1维集成向3维方向 发展


低维材料：0维-纳米材料，1维-纤维，2维-涂层、薄 膜
新材料发展方向：
•向深层加工发展；
•功能材料和器件材料的一体化； •智能材料:如记忆材料。
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材料科学与工程研究的重点：

新工艺、新技术和新合成方法的探索
组成、结构与性能的关系，特别是在接近使用条件 下的性能研究

重视高精度仪器和设备的发展 运用电子计算机开展研究
工艺流程 制备科学与工艺
工程材料
实际应用 新息 能源 交通运输 机械制造
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耐火材料的发展
•产品结构的发展
•装备水平的发展 •生产工艺的发展
•产业结构的发展
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1 无机材料的受力形变
1̣.1 无机材料的应力、应变及弹性形变
无机非金属材料2010级 法向应力导致材料的伸长或缩短，剪应力引起材料的剪切畸变
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1.1.2应变
应变是用来描述物体内部的各质点之间的相对位移的。
如果材料是理想刚体，就不会有相对位移，物体也就不会发生 形变。实际材料为非刚体，在受力之下材料内部各质点之间会发生 相对位移。一跟长度为L0的杆，在单向拉应力作用下被拉长到L1， 则应变的定义为： L L L
各种材料在外力作用下，发生形状和大小的变化， 称为形变。 不同材料的变形行为是不同的，如图1.1所示。
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绝大多数无机材料的变形行为如图中曲线(a)所示，即在弹 性变形后没有塑行形变（或塑行形变很小），接着就是断裂，总 弹性应变能非常小，这是所有脆性材料的特征。对于延性材料， 如低碳钢，开始为弹性形变，接着有一段弹塑性形变，然后才断 裂，总变形能很大，如图中曲线(b)所示。橡皮这类高分子材料具 有极大的弹性形变，如图中曲线(c)所示，是没有残余形变的材料 ，称为弹性材料。
xy
研究物体中一点（如O点）的应变状态，也和研究应力一样， 在物体内围绕该点取出一体积元dxdydz，如图1.3所示。
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如果该物体发生形变，O 沿x, y, z方向的位移分量为u, v, w，那么x 轴上O点邻近的一点A由于O点有位移u, A点位移随x 的增加而增加，A点位移将是，则OA的长度增加了。因此，在O 点处沿x 方向的正应变（单位伸长）是
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本研究方向在国际上属于新开发的研究领域，而塞
隆、阿隆及镁阿隆材料作为高温结构材料应用到钢铁冶 金工业只是近几年内的事。材料的合成理论有待于完善， 其应用领域有待于开发。 但是，非氧化物的高熔点、高强度、髙导热性、化 学稳定性好、抗热震性好，不被熔融金属润湿，具有优 良的抗熔渣侵蚀性能，为其预示出美好的应用前景。 因此，在该研究方向有大量高层次课题可以选择， 适合于硕士生、博士生的研究工作，也为材料学本科提 高知识层次。研究者可以撰写出理论水平较高的论文。
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材料学 课程的先修内容：
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工程力学，物理化学，材料结构基础，固体物理，测试方法， 硅酸盐工艺
无机材料物理性能研究方法：
• 经验方法，在大量实验数据的基础上经过对数据的分析处理 ，整理经验方程来表示它们的函数关系； • 微观分析方法：从反映物质本质的微观机理入手，利用原子间 的相互作用，点阵振动的波形方程，按物性的有关规律，建立物理 模型，用数学方法求解，得到理论方程式。 在材料性能的研究中，为了阐明材料的宏观构造和微观结构， 在各种性能的实验检测时，常常进行材料的微观形貌（透射电镜， 扫描电镜）及矿物相（x衍射）分析，以便取得物质结构和成分的 宏观及亚微观方面的直观验证。
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无机非金属材料简介


材料：材料就是用以制造有用物件的物质。 历史上人们把材料做为人类进步的里程碑： 如石器时代，铜器时代，铁器时代等。 到了20世纪60年代，人们把材料、信息与能源誉为当代文 明的三大支柱；70年代又把新型材料、信息技术和生物技术认 为是新技术革命的主要标志。表明材料的发展与社会文明的进 步有着十分密切的关系。 如从半导体到计算机；高强度、高温、超轻质结构材料到 现代航空、航天技术的发展。相反，由于光电转换材料的原因， 太阳能的利用没能得到充分利用。 近年来，髙临界温度氧化物超导体得发展，引起了全世界 科学界得关注，主要是因为超导材料可以推动科学技术产生飞 越性的进展。材料是一切科学技术的物质基础。
F A
0 F / A0
0
式中
F为外力，σ为应力，应力的单位为Pa，A为面积。 如果材料受力前的初始面积为A0，则σ0叫名义应力。实际上一
般都用名义应力。如果A为受力后的真实面积，则σ叫真实应力。但 对于形变总量很小的无机材料，二者数值上相差不大，只在高温蠕 变情况下，才有显著的差别。
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我校虽然专业名称扩大，但教学和科研方向重点大多仍然停留在 原来的冶金用耐火材料方向上，教学内容稍微增加了学时不多的陶瓷 、玻璃和水泥工艺。而其他兄弟院校及北科大、郑州大学建立了相应 的1000－3000万元的高温陶瓷研究所或省重点实验室。研究方向已经 向氧化物、非氧化物及其复合材料深层次的高温结构材料扩展。
非氧化物（SiC、B4C、ZrC、TiC、Si3N4、AlN、BN等）一直是现 代高温结构陶瓷的研究方向，其多元系统中的化合物或固溶体更是近 几年的研究热点。Si-Al-O-N系统中的SiAlON,AlON、MgAlON的固溶体 的热力学数据和相图还不完善，材料合成的热力学和动力学理论还不 十分清楚。将这些非氧化物应用到冶金高温结构材料只是近5－6年的 开发项目。 北京科技大学、郑州大学、武汉科技大学的无机非金属材料的硕 士、博士课题在该方向取得了优异的成果。

1
0
L0

L0
式中ε叫名义应变。如果上式中分母不是原来的长度L0，而是随拉伸 而变化的真实长度L，则真实应变定义为：
ture
L1 dL ln L0 L L0
L1
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