搜索
《无机材料科学基础》《FoundationsofInorganicMaterialsScience》主讲人：陈玉萍2013.09绪论一、《无机材料科学基础》的基本概念二、《无机材料科学基础》的地位三、学习《无机材料科学基础》的意义四、《无机材料科学基础》的内容五、课程特点及如何学好《无机材料科学基础》《无机材料科学基础》的基本概念材料是指人类社会能接受地，经济地的制造有用物品的物质。材料科学是研究材料的成分、组织结构、制备工艺、加工工艺、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。无机材料科学基础主要是从无机非金属材料领域内的各种材料制品的工艺技术实践中总结出来的共同规律而形成的一门课程。该课程是把基础科学理论，特别是物理化学、无机化学、结构化学、结晶化学、固体物理中的基本理论，具体应用到无机非金属材料的制备和性能研究上，成为介于基础科学和专业技术之间的一门重要的专业基础理论课程。•现代科学技术的三大支柱：材料、能源、信息•新技术革命的主要标志：新型材料、信息技术、生物技术材料是人类赖以生存和发展的物质基础材料在人类科学发展中的重要意义《无机材料科学基础》的地位《无机材料科学基础》的地位人类社会发展的历史阶段常常用当时主要使用的材料来划分。从古代到现在人类使用材料的历史共经历了七个时代，各时代的开始时间：•石器时代（公元前10万年）•青铜器时代（公元前3000年）•铁器时代（公元前1000年）•水泥时代（公元0年）•钢时代（1800年）•硅时代（1950年）•新材料时代（1990年）学习《无机材料科学基础》的意义（一）材料科学的内涵材料科学是一个跨物理、化学等的学科。材料科学的核心问题是材料的组织结构（Structure）和性能（Property）以及它们之间的关系。右图为材料科学与工程四要素。所以，先要了解材料的结构是什么？材料结构关系•材料的结构包括不同晶体结构和非晶体，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。•材料的性能包括物理性能、化学性能、力学性能。•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（二）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”的学问。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。•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中心不同，它们之间并没有一条明确的界线，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，MaterialScienceandEngineering）材料科学：是一门科学，它从事与材料本质的发现、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。它包括下面的三个环节，核心是结构和性能。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。工艺结构性能材料科学工艺结构性能材料工程设备构件行为（三）材料的分类通常根据材料的结构和用途来分类。结构材料是以强度，刚度，韧性，耐劳性，硬度，疲劳强度等力学性能为特征的材料。功能材料是以声，光，电，磁，热等物理性能为特征的材料。结构材料实际上是一种按结合键种类来分类的方法。由此可将材料分为金属、无机非金属材料、高分子和由金属、无机非金属材料和高分子分别组合成的各种复合材料材料。金属材料：黑色金属材料（钢铁）、有色黑色金属材料（除钢铁以外的）无机非金属材料：陶瓷、水泥、玻璃、耐火材料、人工晶体等高分子材料：塑料、橡胶合成纤维复合材料：金属基复合材料、陶瓷基复合材料、树脂基复合材料功能材料：电子材料、光电子材料、超导材料（四）材料的应用•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种类使用的材料存储容量特点软盘氧化铁1.44Mb容量小，文本文件存储CD－RW以ZnS等为主的陶瓷材料650MbCD光盘，价低，用量大MO(磁光盘)TbFeCo合金磁光材料650Mb，1.3G需专用驱动器，价格高，局限在广告图形用户DVD－RWZnS等为主的陶瓷材料单面单层为4.7GbCD－RW和CD光盘，用量大•飞机和材料从莱特兄弟实现飞行的梦想以来，航空和航天器发生了巨变。为了飞得快和远，就要采用强度高和比重小的材料，重视材料的比强度，即强度/比重之比。因此，航空和航天器中铝、镁合金用量大。随着航空技术的进一步发展，轻质和高比强度的钛合金、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。实例压气机叶片压气机机匣飞机尾翼硼纤维铝合金板和管材料铝合金钛合金碳纤维复合材料硼纤维增强铝合金强度范围MPa150－450350－11001000－1200（顺纤维方向）1500（顺纤维方向）比强度MPa55－16080－245625－750570待升空的美国航天飞机材料和生活用品•钛结构自行车：“自行车发烧友”选择钛合金制自行车。钛合金的应用场合很特殊。通常用于需要抗腐蚀，耐疲劳，高弹性的场合。生命科学材料原来使用专用的汞合金，为防止金属合金的分解已经开发出一种可以满足口腔中特殊的物理及化学环境的新型陶瓷。具体来讲，它需要满足下列要求：耐口腔中的酸；低热导率（这对你吃冷饮有好处）；经得住数年的咀嚼力；耐骤冷骤热；当然还要口感舒适。复合科学材料碳、硼纤维及环氧化合物复合材料非常轻，可以在某特定方向上增加强度（用于特殊目的）。航空材料材料的主要性能取决于母体，加入合金元素成分将改善金属的物理及机械性能—强度、耐力、使用寿命。在飞机发动机中一种掺镍化合物制成称作718合金被广泛的用于制造波音777客机上的发动机的压缩机、叶片及紧固件。•形状记忆合金超级钢近来，钢铁工业已经开发出一种汽车用钢，比原先的轻24%，而强度高34%，称为超级钢。其优点是：高撞击能量吸收率；高强度-质量比；实用新型制造工艺；可以有多种不同性能(寿命、防锈等）。课程的性质与地位•应用化学专业无机材料化学方向的重要专业选修课•无机非金属材料专业的专业基础课•相关专业的选修课教材宋晓岚，黄学辉主编，《无机材料科学基础》化学工业出版社《无机材料科学基础》的内容本课程的主要内容：1.材料的结构，包括材料的键合方式、晶体结构的基础知识、晶体缺陷、材料的表面与界面、固体中原子和分子的运动（扩散）。2.材料科学中的相变理论，包括材料的凝固，固态相变的结构特征以及热力学及动力学理论，结晶与晶体生长的一般规律，固态烧结的基本特征及影响因素，二元及三元系统的相平衡与相图等。无机材料科学基础与其它课程之间的关系示意图无机材料科学基础无机非金属材料工艺学基础知识专业基础知识专业知识无机化学物理化学结晶化学本课程的特点及如何学好《无机材料科学基础》•1.课程特点：•概念术语多•需要记忆的知识多•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）•2.学习方法：•（1）基础理论和基本概念要掌握，注意重点，课堂讲解与自主学习相结合，课前预先准备，课上认真听讲、做好笔记，课后复习并独立完成作业；•（2）掌握例题的解题方法，注意理论联系实际；•（3）要学以致用，善于归纳总结，通过作业加以提高和巩固；主要参考书•无机材料科学基础（第二版），曾燕伟主编，陆佩文主审，武汉理工大学出版社，2011•材料科学基础，郑子樵主编，中南大学出版社，2005•材料科学基础，陶杰等主编，化学工业出版社，2006•无机材料科学基础，胡志强主编，化学工业出版社，2011•材料科学基础，杜丕一，潘颐编著，2002•材料科学基础，张代东等主编，北京大学出版社，2011•材料科学基础，余永宁主编，高等教育出版社，2006学习网站••华东理工大学精品课程《无机材料物理化学》••大连工业大学《无机材料物理化学》••四川大学《无机材料物理化学》••中南大学《无机材料科学基础》（国家级精品课程）主要期刊-国内期刊•无机材料学报SCI收录•硅酸盐学报EI收录•无机化学学报SCI收录•功能材料EI收录•功能材料与器件学报EI收录•材料研究学报EI收录•稀有金属材料与工程SCI收录主要期刊-国际期刊•AdvMaterSCI一区，IF=8.4•AdvFunctMaterSCI一区，IF=7.0•JSolidStateChemSCI三区，IF=2.3•MatSciEng-BSCI三区，IF=1.8•JAmCeramSocSCI二区，IF=1.9•ChemMaterSCI一区，IF=5.4•JMaterChemSCI一区，IF=4.8•CrystalGrowthDesSCI二区，IF=4.2•CrystEngCommSCI二区，IF=4.2