不同材料的比强度和工作温度的比较
新材料技术是工业革命和产业发展的先导
14 树脂基复合材料
12
10
钛基复合材料
比强8度 铝基复合材料
6 铝
4
2
不锈钢
钛 先进碳碳材料
高温合金
0
0
1
2
3
4
马赫数
不同材料的比强度与之对应的马赫数
新材料技术是工业革命和产业发展的先导
在先进发动机上各 类高温复合材料的
应用年代预测
新材料技术是工业革命和产业发展的先导
1400
发动12机00工作温度（现℃代）涡轮喷气发动机
1000
800
600
蒸汽机
400
200
30年代气冷式航空发动机
0 1900
1920
1940
1960
1980
2000
年份
在本世纪内由于采用了现代材料使发动机工作温度急剧上升， 因而发动机的理论效率大大提高。
新材料技术是工业革命和产业发展的先导
新出现或正在发展中的具有传统材料所不具备 的优良性能的材料。
如：
新材料的定义
高技术发展需要，具有特殊性能的材料。
形状记忆合金－ 飞船网状自展天线
卫星的太阳能电池板 自动打开
新材料的定义
由于采用新技术（工艺、装备）明显提高了性能， 或者出现了新的功能的材料。
如：超级钢、纳米材料等。
碳纳米管，抗拉强度为钢40倍
2020
材料是人类社会进步的里程碑
人类利用材料的历史，就 是一部人类进化和进步的 历史。
材料是人类社会进步的里程碑
蒸
气
1763
机
发
电
1820
机
1946，美国 计算机
纵观人类利用材料的历史，可以
清楚地看到，每一种重要新材料的发 现和应用，都把人类支配自然的能力 提高到一个新的水平。材料科学技术 的每一次重大突破都会引起生产技术 的重大变革，甚至引起一次世界性的 技术革命，大大地加速社会发展的进 程，给社会生产力和人类生活带来巨 大变革，把人类物质文明推向前进。
MD11
的 发展 航
20 1950
1955
1960 1965 1970 1975 1980
1985 1990 1995 2000
年份
Comet 航空9材90 料的发展与飞机的燃放
新材料技术是工业革命和产业发展的先导
一次大战水冷式 30年代空冷式
风扇喷气发动机
蜗轮喷气发动机
超音速燃烧冲压 式喷气发动机
新材料是经济和社会发展的基础和先导
新材料技术是工业革命和产业发展的先导 新材料技术是社会现代化的先导 新材料技术是一切工业发展的关键共性基础
新材料技术是工业革命和产业发展的先导
两次工业革命都是以新材料的发明和广泛应用为先导
第一次工业革命（18世纪）：制钢工业的发展为蒸 汽机的发明和应用奠定了物质基础。
材料的分类
分类一：按组成与结构划分
材料
金属材料
无机非金属材料 高分子材料 复合材料
材料的分类
分类二：按用途分
材料
电子信息材料 航空航天材料 能源材料 生物医用材料
材料的分类
分类三：按性能分
结构材料
材料
功能材料
材料的分类
分类三：按性能分 功能材料
隐 身
吸收
热散射
战 斗
隐形战机
雷达能量散射
机
雷达发射能量
燃油消耗与工作温度的关系
0.4
燃料消耗公斤/马力小时
0.3
0.2
816℃ 1093℃ 1371℃
1649℃
0.1
0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
压缩比
新材料技术是工业革命和产业发展的先导
120
2.5倍
110
747-400
100
90 80
座·m70ile/Usgal
60 50 40 30
第二次工业革命（20世纪中叶以来）：单晶硅材料 对电子技术的发明和应用起了核心作用。
新材料技术是工业革命和产业发展的先导
10
8
芳香族酰胺纤维
6
强度/密度（ln×10 6)
4
木材
2 石料 青铜
铸铁
碳纤维
复合材料
钢
铝
0 1600
1700
1800 年份
1900
2000
材料强度密度比在不同年代里的进展(由图中可以看 出,现代先进材料的强度已比原始材料提高了约50倍)
皮胶
新型耐热合金 轻合金
纤维 导电聚合物
耐热合金
复合材料
钛合金
高温聚合物
稻草 砖 纸 橡胶
高模量聚合物
胶木
锆合金 陶瓷基复合
石头
金属火基石复合
尼龙 环氧树脂
芳纶增陶强器
玻璃
先进功能 水泥
10000陶陶瓷瓷
耐火材料
有机玻璃
塑料
韧性工程
碳纤维增陶瓷
公元前 5000 0
高分子材料概论
Engineering Science
绪论
材料的定义与分类 材料的地位和作用 材料科学与工程的形成和发展
材料的定义
材料是人类用于制造机器、构件和产品的
物质，是人类赖以生存和发展的物质基础。
新材料的定义
新材料，主要是指那些正在发展，且具有优 异 性能和应用前景的一类材料。为了规范新材料的 含义，一般把具备以下三个条件之一的材料称为新 材料。
材料在人类社会发展进程中的地位和作用
材料是人类社会进步的里程碑
材料是经济和社会发展的基础和先导 新材料技术是工业革命和产业发展的先导 新材料技术是社会现代化的先导 新材料技术是一切工业发展的关键共性基础
材料是人类社会进步的里程碑
人类使用不同材料的开始时间
100 万年前
公元前 5000 年 公元前 1200 年
1490C 3150C 6490C
10930C
538
1093
温度（0C）
发动机工作温度
19270C 1649
新材料技术是工业革命和产业发展的先导
2204
碳/碳复合材料
1649
陶瓷
工作10温93度/℃
金属基 复合材料
金属间化 合物及其
复合材料
537 传统材料
（钛合金和高温合金）
陶瓷基 复合材料
100 比强度/MPa·(g·cm-3)-1
公元 0 年 公元 1800 年 公元 1950 年
20 世纪初 21 世纪
石器 陶器 青铜 铁器 水泥
钢 硅 高分子材料 先进复合材料
材料是人类社会进步的里程碑
工程材料历史随时间推移的相对重要性示意图（时间是非线形的）
金 铜 青铜
金属 铁
铝锂合金
高分子
微合金钢
铸铁
玻璃态金属 钢 双相钢
合金钢
木材 皮革
1727
1227
使用温度/℃
金属/超耐热 727 合金
雷达
吸波材料
隐形飞机的原理
材料的分类
分类三：按性能分
功能材料
集成电路 芯片
单晶硅
LED 形状记忆材料
材料的分类
分类四：按应用与发展分
材料
传统材料 新材料
超 导 电 缆
普 通 钢 管
纳 米 铜
材料的地位和作用
当代文明
信材能 息料源
新材料 信息技术 生物技术
新技术革命
材料是人类社会发展的基础和先导，是人 类社会进步的里程碑和划时代的标志。