其
分子聚合物材料。可见，高技术需要
运 载
先进材料的支持。
火 箭
中华民族在人类历史上为材料的发展和应用作出 过重大贡献。
早在公元前6000~ 5000 年的新石器时代，中华 民族的先人就能用黏土 烧制成陶器，到东汉时 期又出现了瓷器，并流 传海外。
4000年前的夏朝我们的祖先已经能够炼铜，到殷、商 时期，我国的青铜冶炼和铸造技术已达到很高水平。
机械工程材料和应用发展
绪论
一、材料和材料科学 二、工程材料的分类 三、工程材料的应用和发展 四、《机械工程材料》课程的性质和任务
一、材料和材料科学
哥 伦
比
亚
1、材料
号 航
天
飞
机
材料是指可以用
来直接制造有用
物件、构件或器
件的物质。
材料是人类生产和生活 所必须的物质基础。
“神舟”四号飞船成功返回
金属钛中的位错
材料发展的历程示意图
2、材料科学 材料科学是以材料为
研究对象的一门科学。
主要研究内容：
“挑战者号”爆炸瞬间
⑴ 研究材料的化学组成、结构与性能的关系；
⑵ 研究材料的形成机理和制取方法；
⑶ 研究材料物理性能的测试方法和技术；
⑷ 分析材料的损坏机理；
⑸ 研究材料的合理加工方法和最佳使用方案。
“ “
中国的航天事业-“神舟”号飞船
“神舟”一号发 射成功 神 舟 ” 一 号 飞 船
神 舟 发二 射号 工” 位飞 船 运 往
“神舟”二号发射成功
“ “
中国的航天事业-“神舟”号飞船
“神舟”三号发
射成功
神
舟
”
三
号
飞
船
神 舟
“神舟”四号发 射成功
”
四
号
飞
船
中国的航天事业-“神舟”五号载人飞船
升 空
二、工程材料的分类
工程材料是用于制造工程结构和机械零 件并主要要求力学性能的结构材料。
按组成与结合键分： 1、金属材料 2、高分子材料 3、陶瓷材料 4、复合材料
黑色金属
金属材料
有色金属—轻金属,重金属,贵金属,稀有金属
以金属键结合为主 良好的导电性、导
热性、延展性和金 属光泽 用量最大、应用最 广泛
司母戊鼎
河南安阳晚商遗址出土 青铜铸造 高133厘米 重875kg 饰纹优美
越王勾践宝剑
春秋晚期越国青铜兵器 出土于湖北江陵楚墓 长55.7厘米 剑锷锋芒犀利 锋能割断头发
古代剑刃制造中的特殊技术
梯
度
材
料
春秋战国时代的
古 已
青铜剑，剑身及
有 之
剑锋由不同成分
这 是 古 代 剑 刃 截 面 图
的青铜组成，是
新中国成立后，先后建起了鞍山、攀枝花、宝钢等大 型钢铁基地。钢产量由1949年的15.8万吨上升到现在 的一亿吨。
攀钢夜景
鞍钢
原子弹、氢
中
弹的爆炸， 卫星、飞船
造 卫 星
国 第 一 颗
的上天等都
人
说明了我国
中
在材料的开
国 第
发、研究及
一 颗
应用等方面
原 子
有了飞跃的
弹 爆
发展。
炸
长 征 火 箭 大 家 族 中 国 第 一 颗 氢 弹 爆 炸
哥 伦 比 亚 号 航 天 飞 机 失 事
“挑战者号”航天飞机失事
The explosion was blamed on faulty o-rings in the shuttle's booster rockets.
Richard P. Feynman eloquently demonstrates the brittle behavior of the rubber O-ring in a clamp after submersion in ice water (below Tg!)
前苏联在1957年把第一颗人造卫星送
入太空，令美国人震惊不已，认识到
在导弹火箭技术上落后了。因此在其
后的十年里，在十多所大学中陆续建
前 苏
联
立了材料科学研究中心，并把约 2/3 第
一
大学的冶金系或矿冶系改建成了冶金
颗 人
材料科学系或材料科学与工程系。其
造 卫
星
涉及的材料由金属扩展到了陶瓷和高 及
复合材料很好的
例子。
黄石铜矿遗址
春秋晚期 矿井深达50m 炼铜炉渣多达40万吨 实属罕见
我国从春秋战国时期便开始大量使用铁器，明朝科学家 宋应星在《天工开物》一书中就记载了古代的渗碳热处 理等工艺。这说明早在欧洲工业革命之前，我国在金属 材料及热处理方面就已经有了较高成就。
宋应星
生铁炒熟铁图
杨 利
伟
返 回
全人类共同的家园
飞天
返回舱
人类对材料的认识是逐步深入的
1863年，光学显微镜首次应用于 金属研究，诞生了金相学，使人 们能够将材料的宏观性能与微观 组织联系起来。
光学显微镜
灰铸铁的显微组织
Pb-Sn共晶组织
1912年发现了X-射线对晶体的作用并在随后被用于 晶体衍射分析，使人们对固体材料微观结构的认识 从最初的假想到科学的现实。
Si表面的重构图象
X-射线衍射仪
1932年发明了电子显 微镜，把人们带到了 微观世界的更深层次 （10-7m）。
光镜下
电镜下
透射电子显微镜
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
扫描电子显微镜
1934年位错理论的提 出，解决了晶体理论 计算强度与实验测得 的实际强度之间存在 的巨大差别的矛盾， 对于人们认识材料的 力学性能及设计高强 度材料具有划时代的 意义。
锉刀
手
锤
国产涡喷-7涡轮喷气发动机
材料是人类进化的里程碑。由于材料的重要
性，历史学家根据人类所使用的材料来划分时代
石器时代
象形尊(西周)
青铜器时代
铁器时代
铁器
石器
材料的发展水平和利用程度已成为人类文明进步 的标志。
➢材料的发展与人类社会简图
没有半导体材料的工业 化生产，就不可能有目 前的计算机技术。
金属键
铁及铁合金称为黑色金属，即钢铁材料，其世界 年产量已达10亿吨，在机械产品中的用量已占整 个用材的60%以上。
带材
异形材
板材
管材
金属材料制品
陶瓷材料
以共价键和离子键 为主
熔点高、硬度高、 耐腐蚀、脆性大
分为传统陶瓷、特 种陶瓷和金属陶瓷 三类
传统陶瓷又称普通陶瓷, 是以天然材料(如黏土、石 英、长石等)为原料的陶瓷, 主要用作建筑材料使用. 特种陶瓷又称精细陶瓷，是以人工合成材料为原料 的陶瓷，常用作工程上的耐热、耐蚀、耐磨零件。
龙芯
没有高温高强度的结构材料，就不可能有今天的航
空工业和宇航工业。
飞机发动机叶片
在航天飞机表面装陶瓷防护瓦片
波音客机
没有低消耗的光导纤维，也就没有现代的光纤通讯。
二十世纪七十年代，人们把材料与能源和信息并列， 称作现代文明的三大支柱之一。
TITANIC
TITANIC的沉没与船体材料的质量直接有关!!!