嵌锂碳负极和LiCoO2正极为代表 的锂离子电池材料、燃料电池材 料
Si半导体材料为代表的太阳能电池 材料
铀、氘、氚为代表的反应堆核能 材料等。
核能材料
耐核 中反 子应 辐堆 射材 、料 腐： 蚀 、 高 温
Nuclear power station at Leibstadt, Switzerland
金属材料
无机非金属材料 高分子材料 复合材料
按用途划分
电子信息材料 航空航天材料 能源材料 生物医用材料
按性能划分
结构材料 功能材料
按应用与 发展划分
传统材料 新材料
材料的分类
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 金属
Way?
复合材料
陶瓷
高分子
材料
无机材料
有机材料
What? 各类材料的性能特点
碳纤维 1000－
复合材 1200
料
（顺纤维
方向）
625－ 750
航天飞机
在美国卡拉维纳 尔角航天基地待升空 的（穿梭机）。它是 人类高技术的结晶。 它应用了成千上万种 材料，特别是一些高 技术的新型材料（本 照片选自美国 Kennedy Space Center 的
Tourbook）。
1980’s：高温超导体
這件江蘇南京出土的吳國青 瓷羊是成熟青瓷的代表作。
人类使用材料的七个时代的开始时间
公元前 10 万年 公元前 3000 年 公元前 1000 年
公元 0 年 公元 1800 年 公元 1950 年 公元 1990 年
石器时代 青铜时代 铁器时代 水泥时代
钢时代 硅时代 新材料时代
两次工业革命都是以新材料 的发明和广泛应用为先导的
青铜：第一种合金
• 青铜，古称金或吉金，是红铜
与其它化学元素（锡、镍、铅、 磷等）的合金。
• 史学上所称的“青铜时代”是
指大量使用青铜工具及青铜礼
器的时期。保守的估计，这一
时期主要从夏商周直至秦汉，
时间跨度约为两千年左右，这
夏钺
也是青铜器从发展、成熟乃至
鼎盛的辉煌期。
• 到春秋戰國時期，齊國工匠總
超导磁悬浮列车 西南交
通大学已研制成功全国唯一 一辆“世纪号”超导磁悬浮 列车，这种高温超导磁悬浮 列车最大特点就是乘坐平稳、 安全和快捷。和世界上最先 进的轻轨列车比较，它没有 一点轰隆隆的噪声，十分安 静。
能源
新能源材料则是指实现新能源的
转化和利用以及发展新能源技术 中所要用到的关键材料。
主要包括储氢电极合金材料为代 表的镍氢电池材料
What？华夏文明的独特贡献
• 瓷器則是中國先民的偉大發 明，要比國外出現早1500 年 以上，它是中華民族的寶貴 歷史遺產之一.
– 世界四大文明古國對於掌握 製陶技術與生產陶器都是獨 立發明的，發展時間上也相 差不遠。
– 從原始瓷器到成熟瓷器的提 高幾乎經歷了1500 年之久， 至遲在東漢晚期，中國已能 燒製出成熟的青瓷，完成了 由原始瓷器向標準瓷器的過 渡。
司母戊鼎
• 司母戊鼎，商代大鼎， 1939年出土，鼎高133厘 米，重875公斤。為已知 的中國古代體量最大的青 銅器。
• 銅禁，中國已知最早應用 失蠟法鑄造的作品，春秋 時代的楚國王子午墓出土 的，年代為公元前6世紀。
1000BC—— 铁器时代（Iron Age）
1450BC——铁制车轮
1500AD——廉价的冶铁业
届时不到，按中心有关规定处理）。
教学目的：研究解决选材问题
课程性质：机械类工科学生必修课 重 要 性：例 教学方法：讲、自学、提问、讨论等
教学内容：研究材料内部成分、内部 结构与性能之间的关系。
绪
绪
结业考核：
期末考试 80分 平时成绩 20分（作业及实验等）
绪
绪
材料发展总的趋势
复合材料
金属
射程(公里)
导弹壳体材料与射程的关系示意图
长征火箭壳体： 铝合金744Kg，碳纤维401Kg 减重343Kg，射程增加1476Km
材料发展总的趋势
探索生命本质
新能源与再生能源
生物科学技术 信息科学技术 人
海洋科学技术
探索智力
探索物质结构
新材料科 学技术
空间科学技术
探索海洋奥秘
建筑
交通
汽车
福特2000与西纳给2010这两款 由材料工程师设计的汽车将成 为未来交通工具。
汽车用高强钢，比原先的轻 24%，而强度高34%。
轻质材料
实例 压气机叶片
压气机机匣
飞机尾翼
材料 强度范围 比强度
MPa
MPa
铝合金 150-450 55－160
钛合金 350-1100 80－245
钨、钼电极。
电子管16K内存器。 图中的女士要用显微镜才看得到现在的集 成电路16 K内存器
第一台电子管组成的计算机重 达30吨，用电相当于一个小的城 市。
生物、生活－材料技术的发展改变我们
的生活
仿真手臂
人 工 关 节 微机械
“自行车发烧友” 的首选
钛结构自行车架
“材料贯穿于机 械工程的始终。”
• 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。
• 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。
总结：
• 正是由于新材料的不断发明 和应用，才可能有当今“第 三次革命”---信息革命的产 生；使人类进入了一个新的 时代---信息时代
核心关系
而其核心是围绕: “结构与性能”的相互辩证关系。
What? “组织结构”
绪
绪
课程名称：工程材料
学 时： 讲课：27学时 实验：2×2学时
教 材：《工程材料》
教 师： 孙 兼
绪
绪
实验报告及指导书：
《金工实验》工程材料部分
实验时间：各小班课代表与工程训练中心 教学部刘老师商定
（注：时间一旦确定，不能随意更改，请 准时参加。
环境科学技术
探索宇宙空间
图1.1 高技术体系示意图
发展高技术新材料技术及 其产业化将是21世纪经济 发展的支柱性产业，并对 其它高技术起先导、带动 作用。
材料发展总的趋势
21世纪重点发展的高技术领域的材料选择
1．信息科学技术
信息材料
2．新能源科学技术
新能源材料
3．生物科学技术
生物材料
4．空间科学技术
发展高技术新材料技术及其产业化将是21世纪经 济发展的支柱性产业，并对其它高技术起先导、 带动作用；
重视材料制备、使用到废弃全寿命周期中，与 资源、能源和生态环境的协调性，发展生态环 境材料，实现材料的可持续发展。
材料发展的市场需求
B-777上用的先进材料
材料发展的市场需求
塑料10%--20% 铝合金5%--10%
金属材料——主要为金属键。
– 热和电的良导体 – 具有良好的强度与延展性以及金属光泽
陶瓷材料——通常为离子键或共价键。
– 绝缘体而且比较耐热。
高分子材料——通常为共价键、分子键和
氢键，以共价键为主。 – 分子结构都非常巨大 – 通常密度较低，在高温下不稳定。
复合材料——性能的复合.
玻璃纤维增强高分子 复合材料
• 新材料是人类社会进步、 世界革命和提高人类生活 品质中具有特别重要的基 础和先导作用，其发展对 提高国家的综合国力和国 际实力具有巨大的推动作 用和深远的影响。
材料发展态势
• 材料发展的动力来自市场需求和
科技发展两个方面发展总的 趋势
材料发展总的态势
用新技术对现有材料的更新、改造依然是关注的 重点
工程训练中心
绪
绪
绪
绪
课程简介
• ⒈《工程材料及机械制造基础》是讲述常用工 程材料及机械零件加工方法，即从选择材料、 制造毛坯、直到加工出零件全过程的综合性课 程。
• 内容包括： • ⑴工程材料 • ⑵热加工基础 • ⑶切削加工基础 • ⑷互换性原理
• 零件的合格标准包括两方面： • ⑴几何形状标准：包括形状、位置、尺
烧 结 前
烧 结 后
钨钒钢（W-V steel） 铬钒钢（Cr-V steel） 镍基高温合金（Hastelloy material） uranium oxide beads
信息－人类正在步入信息时代，同时也是信息材料竞争
的时代。
电子管——晶体管——集成电路
锗、硅半导体。
单晶硅片，高纯钛、 SiO2和铬等薄膜
材料的地位与作用
材料是生产与生活的物质基 础。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。材料、信息、 能源合称现代技术的三大支柱
人类利用材料的历史， 就是一部人类进化和 进步的历史。
400,000 BC——4,500 BC 石器时代（Stone Age）
• 燧石：神奇的 石头
空间技术用材料
5．生态环境科学技术 环保材料
6．用高技术改造、更新现有材料，发展材料科学技术
材料－技术大厦的砖石
• 材料是所有科技进步的核心
建筑、交通、能源、计算机、通信、多媒体、生物医学工程 无一不依赖材料科学与技术的发展来实现和突破。
没有钢铁材料，就没有今天的高楼大厦； 没有专门为喷气发动机设计的材料，就没有靠飞机旅行的今天； 没有耐高温复合涂层材料，就没有人类探索外空的飞船； 没有固体微电子电路，就没有计算机。
寸精度和表面粗糙度； • ⑵性能指标：包括力学性能、化学性能
和物理性能。
材料科学是在物理、化学及 力学等基础上建立起来的综 合科学；研究的是材料的化 学成分、组织结构与性能之 间的关系。