《材料科学基础》《 Foundations of Materials Science 》

《材料科学基础》《Foundations of Materials Science》课程性质：必修课，专业基础课学时：68+4 学时

绪论（Introduction） 一. 为什么学？ ----重要性二. 学什么？ ----主要内容三.怎样学？ ----学习方法 2

一.重要性 1. 材料 2. 材料科学 3. 材料科学基础 3

1. 材料 （1）发展： ●石器时代公元前100万年 ●青铜时代公元前3000年 ●铁器时代公元前1000年 ●钢时代1800年 ●半导体时代1950年 ●新材料时代1990年 4

楚墓出土越王勾践宝剑 秦代的兵马俑商代巨型司母戍鼎石斧 5

战国凹形铁锄 元代的景德镇陶瓷宋代的官窑瓷唐代的唐三彩 6

全塑料汽车 长征三号火箭在发射塔上 7

国家大剧院（纳米外壳玻璃防弹、防尘、自洁）国家大剧院（纳米外壳玻璃防弹、防尘、自洁） 8

纳米泵 纳米直升机 9

（2）分类： 根据服役要求分类：结构材料功能材料按物理化学属性（结合键种类）分类：金属材料无机非金属材料高分子材料复合材料 10

（3）应用 ●计算机与材料 1、计算机经历：电子管→晶体管→集成电路时代 2、个人电脑移动存储器的比较材料科学的发展是计算机飞速发展的基础。 11

●材料和生活用品 钛合金自行车：“自行车发烧友” 选择钛合金制自行车。通常用于需要抗腐蚀，耐疲劳，高弹性的场合。 15

形状记忆合金百叶窗 16

●飞机和材料 采用强度高和比重小的材料，重视材料的比强度。因此，航空和航天器中铝、镁合金用量大。钛合金、碳纤维高分子复合材料、硼纤维金属复合材料等得到愈来愈多的采用。 17

被称为“美国尊严”的F-18战斗机 "大黄蜂(Hornet)"

F18战斗机复合材料使用情况

波音767客机复合材料使用情况

航天飞机用形状记忆合金 诺斯普罗公司B-2 隐形轰炸机 23

●20世纪70年代，人们把信息、材料和能源称为当代文明的三大支柱；●20世纪70年代，人们把信息、材料和能源称为当代文明的三大支柱； ●20世纪80年代，又把新材料、信息技术和生物技术并列为新技术革命的重要标志； ●20世纪90年代以来，把材料、信息、能源和生物技术作为国民经济发展的四大支柱产业。 24

2. 材料科学 材料科学是研究材料的成分、组织结构、制备工艺、材料的性能与材料应用之间的相互关系的科学。材料科学是以物理、化学、物理化学等学科为基础，涉及材料晶体结构、材料热力学、材料动力学、材料性能等系统的材料科学知识。 25

材料科学的核心问题是 材料的组织结构以及它与其它三要素之间的关系。 Performance/Application Structure Synthesis Properties +processing 26

材料结构 ●材料的结构包括晶体结构和非晶体结构，以及显微镜下的微观结构，哪些主要因素能够影响和改变结构？只有了解了这些才能实现控制结构的目的。 ●其内部结构包括四个层次：①原子结构；②结合键；③原子的排列方式；④显微组织 27

1990年美国总统的科学顾问Allany.Bromley明确指出“材料科学在美国是最重要的学科”。1990年美国总统的科学顾问Allany.Bromley明确指出“材料科学在美国是最重要的学科”。材料科学是当代科学技术发展的基础、工业生产的支柱，是当今世界的带头学科之一。

材料科学与材料工程的关系 ●材料科学的形成： “材料”早存在，“材料科学”提出于20世纪60年代，1957年苏联卫星上天，美国震动很大，在大学相继建立十余个材料科学研究中心，自此开始，“材料科学”一词广泛应用。 ●一般来讲，科学是研究“为什么”的学问，而工程是解决“怎么做”的问题。 29

材料科学 ：是一门科学，它从事材料本质的发现、分析和了解方面的研究，其目的在于提供材料结构的统一描绘或模型，以及解释这种结构与性能之间的关系。材料工程设备工艺结构性能构件行为 30 • 材料工程：是工程的一个领域，其目的在于经济地，而又为社会所能接受地控制材料的结构、性能和形状。它包括下面的五个环节。

● 材料科学和材料工程之间的区别主要在于着眼点的不同或者说各自强调的重点不同，并没有明确的界限； ●材料科学的基础理论，为材料工程指明方向，为更好地选择、使用材料，发挥现有材料的潜力、发展新材料提供理论基础。因此，后来人们常常将二者放在一起，采用一个复合名词－材料科学与工程（MSE，Material Science and Engineering） 31

3. 材料科学基础 材料科学基础是进行材料科学研究的基础理论，它将材料的微观特性和宏观规律建立在共同的理论基础上，用于指导材料的研究、生产、应用和发展。它涵盖了材料科学和材料工程的基础理论。以物理、化学、物理化学等学科为基础，涉及材料晶体结构、材料热力学、材料动力学、材料性能等系统的材料科学知识。 32

二.本课程的主要内容 1.材料的微观结构，包括原子的排列方式，固体结构、晶体缺陷、固体中原子和分子的运动（扩散）、材料的变形和回复再结晶。 2.材料组织结构的变化规律，包括单元系的相变、二元合金系的相变规律、三元合金系的相变规律。 3.实际材料的状态，包括晶体、非晶体、亚稳态。 33

4. 实验 1）课程实验（1）金相显微试样的制备与组织观察；（2）金属的塑性变形。 2）开放性、综合性、创新性实验 34

1.本课程特点： ●概念术语多 ●理解记忆的知识多 ●涉及相关学科多（物理学、化学、热力学、矿物学、金属学、陶瓷学以及高分子学等）三.学习方法 35

2.学习方法： ●作为一门应用学科，做到理论联系实际； ●要学以致用，善于总结归纳； ●加强实践环节，通过综合实验培养创新能力； ●将微观与宏观结合起来分析和解决问题； ●掌握基础理论和基本概念要掌握； ●通过参考书和网络资源，博览相关知识。 36

使用教材： 主要参考书目胡赓祥主编《材料科学基础》上海交通大学出版社 37

● 《金属学原理》李超主编 哈尔滨工业大学出版社 ●《材料科学基础》刘智恩主编西北工业大学出版社 ●《材料科学基础》石德珂主编机械工业出版社 ●《材料科学基础》潘金生主编清华大学出版社 ●《金属材料及热处理》崔忠圻主编机械工业出版社 38

自学辅导参考网址 ●http://ns2.auts.edu.cn/jwc/jpkc/index.htm ● http://www.mat.shu.edu.cn/netcourse/ ● http://202.120.6.136/fms ●http://www.crystalstar.org ●http://www.chinainfo.gov.cn ●http://www.bjkp.gov.cn/ghjqy/clkx ●http://www.salspolymer.com ●http://www.c-e-m.com ●http://www.chenxun.top263.net 39

3.考核方法： 闭卷、百分制卷面：70%；实验：15%；平时：15%，考勤、作业、测验等。

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