第一章 材料与材料科学
材料的发展趋势 •复合化、功能化、智能化、低维化 •建立定量的结构与性能关系 •分子设计 •先进制造技术：低成本、高质量、高效率 •节省资源、节约能源、回收再生
四次技术革命 •高分子时代 •复合材料时代
第一章 材料与材料科学
1.2材料的定义和分类
什么叫材料？ • 一定的组成和配比 • 成型加工性 • 形状保持性 • 经济性 • 回收和再生性
第一章 材料与材料科学
材料分类 •按组成、结构特点分类:图1－1 •按时期分类
传统材料、新型材料
•按使用方法分类
结构材料、功能材料
•按用途分类
航天航空材料、信息材料、电子材料、能源材料、生 物材料、建筑材料、包装材料、电工电器材料、机械材料、 农用材料、日用品及办公用品材料等等
第一章 材料与材料科学
1.3材料的要素
已经发现的材料达800余万种，每年还以25万种的速度增长着，具有实际工业价值的
也有8万余种
表1－4 各种材料的主要物性
除了上述三个方面外，还包括在较大尺度上的改变，有时也包 括材料制造等工程问题。 • 合成和加工的区别已变得模糊
第一章 材料与材料科学
•仪器设备
表1－5
两个关键
•分析和建模技术
处理微观尺度的最基本模型
处理中间尺度（微米级或更大尺度）上的连续模型
宏观尺度上材料总体性质作为制造过程和使用过程的定 量模型
第一章 材料与材料科学
1.4 材料科学与工程的发展趋势
• 第一代材料：石器时代的木片、石器、骨器等天然材料 • 第二代材料：陶、青铜和铁等从矿物中提炼出来的材料 • 第三代材料：高分子材料，从石油、煤等矿物资源中来 • 第四代材料：复合材料。第一到第三代材料都是各向同 性的，而复合材料以各向异性为特征 • 第五代材料：材料的特征随环境和时间而变化的复合材 料
材料概论
第一章 材料与材料科学
1.1 材料的地位、作用与发展 •材料是人类文明的里程碑 •材料是人类赖以生存和得以发展的重要物质基础 •材料是一个国家经济实力、科学技术进步程度、 人民生活水准的度量
第一章 材料与材料科学
材料与人类文明
•石器时代：旧石器时代和新石器时代 •玉器时代 •青铜器时代 •铁器时代
第一章 材料与材料科学
合成和加工
• 是指建立原子、分子和分子聚集体的新排列，在从原子尺度到宏 观尺度的所有尺度上对结构进行控制以及高效而有竞争力地制造材 料和零件的演变过程 • 合成
指原子和分子组合在一起制造新材料的物理和化学方法，包括 合成新材料、用新技术合成已知的材料或将已知材料合成为新的形 式、将已知材料按特殊用途的要求来合成 • 加工
210
70
1.3
热变形温度，C
－
－
60
膨胀系数，×105，1/K
1.3
2.4
8~10
传热系数，W/m2K
0.40 2.0
0.0011
韧性[注]


－
体积电阻率，cm
10-5
3×10-6 1016
燃烧性
不燃 不燃 燃烧
注：“” 优；“－” 良；“×” 差。
10 120 2~3 0.0024
性能
金属
塑料
无机材料
熔点，C 密度 g /cቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ3
钢铁 铝
1,535 660
7.8
2.7
聚丙烯 175 0.9
玻纤增强尼龙－6 215 1.4
陶瓷 2,050 4.0
玻璃 2.6
拉伸强度，MPa
460
80~280 35
150
120
90
比拉伸强度
(拉伸强度/密度)
59
30~104 39
107
30
35
拉伸模量，GPa
第一章 材料与材料科学
使用性能
•包括可靠性、有效寿命、速度、能量利用率、安 全性和寿命期费用等 •材料在最终使用状态时的行为 •材料固有性质与产品设计、工程能力和人类需要 相融合在一起的一个要素 •取决于材料的基本性能，也应注意加工工艺技术 的影响
第一章 材料与材料科学
结构与成分
•每个特定的材料都含有一个以原子和电子尺度到 宏观尺度的结构体系 •大多数材料结构尺度上的化学成分和分布是立体 变化的 •结构上几乎无限的变化同样会引起与此相应的一 系列复杂的材料性质
5×1011 难燃
390 － 0.85 0.017 × 7×104 不燃
70 － 0.9 0.0083 × 1012 不燃
第一章 材料与材料科学
四个要素：性质和现象、使用性能、结构与成分、合成和加工
第一章 材料与材料科学
性质
•材料功能特性和效用（如电、磁、光、热、力学 等性质）的定量度量和描述 •材料对外界刺激（如电场、磁场、温度场、力场 等）的整体响应 •是合成或加工后材料结构和成分所产生的结果