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材料概论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性能金属塑料无机材料钢铁铝聚丙烯玻纤增强尼龙－6陶瓷玻璃熔点，C1,5356601752152,050密度g/cm37.82.70.91.44.02.6拉伸强度，MPa46080~2803515012090比拉伸强度(拉伸强度/密度)5930~104391073035拉伸模量，GPa210701.31039070热变形温度，C－－60120－－膨胀系数，×105，1/K1.32.48~102~30.850.9传热系数，W/m2K0.402.00.00110.00240.0170.0083韧性[注]－××体积电阻率，cm10-53×10-610165×10117×1041012燃烧性不燃不燃燃烧难燃不燃不燃注：“”优；“－”良；“×”差。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两个关键•仪器设备表1－5•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