传统的无机非金属材料
传统的无机非金属材料主 要是指由SiO2及其硅酸盐 化合物为主要成分制成的 材料，包括陶瓷、玻璃、 水泥和耐火材料等。此 外，搪瓷、磨料、铸石 （辉绿岩、玄武岩等）、 碳素材料、非金属矿（石 棉、云母、大理石等）也 属于传统的无机非金属材
先进（或新型）无机非金属材料
先进（或新型）无机非金属材料是用氧化物、 氮化物、碳化物、硼化物、硫化物、硅化物 以及各种无机非金属化合物经特殊的先进工 艺制成的材料。主要包括先进陶瓷、非晶态 材料、人工晶体、无机涂层、无机纤维等。
石器时代
* 石器时代可分为旧石器时代和新石器时代。
* 旧石器时代( 250万年前～1万年前 )
人类直立行走后为生存逐渐学会使用天然的材料－木 棒、石块等。然而纯天然的材料，使用起来并不得心 应手，也不够犀利。于是开始人工打制石器－石矢、 石刀、石铲、石斧、石球等。打制石器用的材料大多 数是石英石，少部分是燧石（火石）。燧石的使用是 人类文明的一个重要里程碑。 旧石器是人类制造的第一种原始材料。它利用一块较 硬的石头砍砸另一块较软的石头打击而成，形状不规 则也不固定，加工十分粗糙，故发展了新石器。
以很大速度作用于机件上的载荷称为冲击载荷，金属 在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力叫做冲击韧性。 前面所讨论的强度、塑性、硬度都是金属在静载荷作用 下的机械性能指标。实际上，许多材料都是在循环载荷 下工作的，在这种条件下材料会产生疲劳。
金属材料在汽车上的应用
1. 高强度钢：
以奇瑞汽车为例，高强度钢板的采用比例从早期车型的 ２０％左右增加到现在生产车型的５０％左右；而在研 发设计的新车型中用到了较多的超高强度钢板，使高强 度钢板在整车中的应用达到了７０％以上。 从2004年开始，通用汽车公司在雪弗莱车型上首先开始 使用 “多相位”的AHS钢材，占其车身总重的12%。现 在，许多其他车型也开始使用这种钢材。这种钢材的主 要优点是强度高，更容易成型，碰撞性能更佳，而且重 量不变。把它用在轿车前端时，它能吸收更多的碰撞能 量。下一代正在开发中的钢材被称为“诱导转化塑性” （TRIP），其强度和可成型性能还将进一步提高。
传统的无机非金属材料 之一：陶瓷
陶瓷按其概念和用途不 同，可分为两大类，即普通陶 瓷和特种陶瓷。 根据陶瓷坯体结构及其基 本物理性能的差异，陶瓷制品 可分为陶器和瓷器。
高分子材料时代
* 高分子材料时代(1909～)
1909年酚醛树脂 1925年聚苯乙烯 1931年聚氯乙烯 1941年尼龙 如今世界年产量1亿t 体积超过钢
材料类别 增长率 木材 1.6％ 钢 5.7％ 水泥 6.4％
1940～1980各种材料的年增长率
高分子材料 13.6％
材料的分类
按化学组成（或基本组成）分类
金属材料在汽车上的应用
2. 铝合金：全铝发动机、镁合金方向盘以及ＧＭ Ｔ发动机防护罩等轻量化材料
金属材料在汽车上的应用
3. 镁合金：强度高、重量轻，而且可循环再用。
轮毂、自动变速箱、发动机、传动机构及其它零部件: 壳体型零件（如手动变速器壳和盖、离合器壳等）和车内部件（如 方向盘系统、仪表面板等）
材料的使用性能
材料的使用性能指材料在最终使用状态时的行为。
主要包括可靠性、耐用性、有效寿命、安全性等。
建立使用性能与材料基本性能相关联的模型，了解失效 模式，发展合理的仿真试验成都，开展可靠性、耐用性、 预测寿命的研究，以最低代价延长使用期，对先进材料 研制、设计和工艺是至关重要的。 注：加工工艺对使用性能有影响。
纳米技术改性的镁合 金，是一种更优化的 金属材料，尤其适合 用来制造车身
金属材料在汽车上的应用
4. 其他合金：
* 钒钢、钒钛合金具有高强度低重量的特点。一些汽 车的连接件是用含5%钒的钛合金制造的。此钒钛合金 能够适应汽车零部件的高速机械运作的苛刻环境。 * 稀土元素：镧、钪、钇等性质相近的金属元素。钢 经过稀土元素处理，可以明显提高韧性和塑性，改善 冲压性能。添加了稀土元素的钢材用于汽车的车轴、 骨架梁等。另外，在汽车电机改造中，高性能的磁性 材料起到关键作用。
材料的地位和作用
* 材料是当代文明的三大支柱之一
材料、能源、信息是当代社会文明和国民经济 的三大支柱，是人类社会进步和科学技术发展 的物质基础和技术先导。
* 材料是全球新技术革命的四大标志之一（新材
料技术、新能源技术、信息技术、生物技术）。
材料的发展史
在材料学家看来，人类的文明史就是材料的发 展史，并往往以不同特征的材料划分人类不同 的历史时期，诸如石器时代、青铜器时代、铁 器时代、高分子材料时代……
金属材料与非金属材料
方舟 博士 浙江吉利汽车研究院有限公司
主要内容
1. 2. 3. 4. 材料的简介 金属材料 无机非金属材料 高分子材料
5. 复合材料
1. 材料的简介
1.1 材料的定义和地位 1.2 材料的发展史 （石器时代--青铜器时代--铁器时代--高分子 材料时代－－－－） 1.3 材料的分类 （金属材料、无机非金属材料、高分子材料） 1.4 材料的四大要素 （性质、使用性能、组成与结构、合成与加工）
石器时代
* 新石器时代 ( 1万年前～8000年前 )
新石器时代开始标志是：打制的石器更加精美、陶器和 玉器工艺品的出现、用石头和砖瓦做建筑材料。 更加精美的石器：石球、石铲、钻孔石斧等 陶器：人类第一个人工合成材料。 如兵马俑等。 玉器：玉璋、玉璧、玉环、玉雕、金镂玉衣等。 砖瓦等建筑材料：埃及金字塔、巴比伦空中花园等。
什么是材料？
* 世界万物，凡于我有用者，皆谓之材料。材 料是指具有满足指定工作条件下使用要求的形 态和物理性状的物质。材料存在于我们的周 围，与我们的生活、生命息息相关。 * 材料是人类文明、社会进步、科技发展的物 质基础。正是因为材料的使用、发现和发明， 才使人类在与自然界的斗争中，走出混沌蒙昧 的时代，发展到科学技术高度发展的今天。
四要素之间关系示意图
使用性能
组 成 与 结 构
（工程） 性质 （化学） （物理学） 合成与加工
2. 金属材料
2.1 金属材料的分类
（铸铁、钢、有色金属及合金、新型金属材料）
2.2 金属材料的性能
（拉伸性能、机械强度、硬度、冲击韧性、疲劳性能）
2.3 金属材料在汽车上的应用
金属材料
金属材料是由化学元素周期 表中的金属元素组成的材料。可 分为由一种金属元素构成的单质 （纯金属）；由两种或两种以上 的金属元素或金属与非金属元成与加工指建立原子、分子和分子聚集
体的新排列，在从原子尺度到宏观尺度上对结构进行 控制以及高效而有竞争力地制造材料的演变过程。 合成常常指原子和分子组合在一起制造新材料所采用的演变过程。 加工指为生产出有用材料对原子和分子的控制过程，还包 括在较大尺度上的改变，有时也包括材料制造等工程 方面的问题。 材料的合成与加工是获得高质量和低成本产品的关键，材 料加工能力对于把新材料转变成有用制品或者改进现 有材料制品都是十分重要的。
材料的组成与结构
材料的组成与结构指材料具备的从原子和电子尺
度到宏观尺度的结构体系。对于大多数材料来说，所 有这些结构尺度上化学成分和分布是立体变化的，这 是所采用的合成与加工的结果。而结构的变化会引起 相应的一系列复杂的材料性质。 材料的性质和使用性能愈来愈多的取决于材料的结构。 纳米材料指至少在一维尺度上的粒径在1～100nm之间 的材料。纳米效应：比表面积显著增大；表面原子数 大大增加；表面能很高；活性增大……
金属材料
金属材料的拉伸性能
低碳钢的拉伸和应力一应变曲线
几种金属材料的拉伸性能比较
金属材料的机械强度
指金属材料在静荷作用下抵抗破坏（过量塑性变形或断 裂）的性能。由于载荷的作用方式有拉伸、压缩、弯曲、 剪切等形式，所以强度也分为抗拉强度、抗压强度、抗 弯强度、抗剪强度等。各种强度间常有一定的联系，使 用中一般较多以抗拉强度作为最基本的强度指标。 采用3点弯曲试验测定抗弯强度，试样尺寸为 3mm×4mm×37mm，跨距30mm，加载速度0.5mm/min。
金属材料
在103种元素中，除He,Ne,Ar等6种惰性元素和C、Si、N等16种 非金属元素外，其余81种为金属元素。除Hg之外，单质金属在 常温下呈现固体形态，外观不透明，具有特殊的金属光泽及良好 的导电性和导热性。在力学性质方面，具有较高的强度、刚度、 延展性及耐冲击性。 合金是由两种或两种以上的金属元素，或金属元素与非金属元素 熔合在一起形成的具有金属特性的新物质。合金的性质与组成合 金的各个相的性质有关，同时也与这些相在合金中的数量、形状 及分布有关。
青铜器时代
* 青铜器时代(8000年前～公元前1400) 天然铜块 铜 青铜(铜锡合金)
Sn含量：1/6 2/5 钟鼎(韧性好) 刀斧(硬度高)
铁器时代
* 铁器时代(公元前1400～ )
陨铁
小亚细亚人约在公元前1400年开始了人工炼铁。 铜柄铁剑(甘肃灵台春秋墓)；干将莫邪铸剑的传 说；铁斧（60*40cm，32kg, 湖北一战国时期 矿井）、铁锤、铁锄等证明中国也是较早掌握炼铁 技术的国家之一。还有砖身铁塔(湖北当阳玉泉 寺)，高17.9m，由质量为38300kg的44块铸件 组成，拼装得天衣无缝、浑然一体，铸造技术非常 高超。比法国巴黎埃菲尔铁塔早了800多年。
金属、无机非金属材料、高分子材料、复合材料
根据材料的性能分类
结构材料、功能材料
按服役的领域来分类
信息材料、航空航天材料、能源材料、生物医用材料等
按材料的尺寸分类
材料的分类
按物理性质可分为：导电材料、绝缘材料、半导体材料、磁 性材料、透光材料、高强度材料、高温材料、超硬材料等。 按物理效应分为：压电材料、热电材料、铁电材料、非线性 光学材料、磁光材料、电光材料、声光材料、激光材料等。 按用途分为：电子材料、电工材料、光学材料、感光材料、 耐酸材料、研磨材料、耐火材料、建筑材料、结构材料、包 装材料等。