工程材料概论1.ppt
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1、Introduction to Engineering Materials,课程性质: 面向全校机械专业开设的材料学通识教育选课 开设目的及内容: 建立材料科学与工程的基本概念,了解其在经济社会发展中的作用; 了解材料的共性规律与特点,建立从材料设计、组织控制、制备加工到性能评价与工程应用的概念体系; 基本掌握工程材料的基本分类方法及常用工程材料的性能和用途;,课 程 简 介,第一讲 材料科学与材料世界,材料的定义与分类,材料的地位和作用,材料科学与工程的形成和发展,材料的发展趋势,材料的定义与分类,定义:宇宙间可用于制造有用物品的固态物质统称为材料,物质材料,有用的、并能用来制造物品(件)的
2、物质 一般指固态的,可用于工程上的物质工程材料 作为材料科学研究对象的材料则主要是那些制造器件或物品的人造物质,材料的定义与分类,材料无处不在,人类已经发现的材料:“800 ”万种 每年新增:“25 ”万种 具有实际工业价值的有:“8 ”万种,材料的定义与分类,材料分类(Classification of Materials),1、按性能特点分:结构材料、功能材料 2、按化学组成分:,(1)金属材料 金属材料是最重要的工程材料,包括金属和以金属为基的合金。最简单的金属材料是纯金属。 工程应用的金属材料,原子间的结合键基本上为金属键,为金属晶体材料。 工业上把金属和其合金分为两大部分 (1)黑色
3、金属 铁和以铁为基的合金(钢、铸铁和铁合金); (2)有色金属 黑色金属以外的所有金属及其合金。,(2)高分子材料 高分子材料为有机合成材料,亦称聚合物。 它具有较高的强度,良好的塑性,较强的耐腐蚀性能,很好的绝缘性,以及重量轻等优良性能,在工程上是发展最快的一类新型结构材料。 高分子材料由大量相对分子质量特别大的大分子化合物组成,每个大分子皆包含有大量结构相同、相互连接的链节。有机物质主要以碳元素(通常还有氢)为其结构组成,在大多数情况下它构成大分子的主链。 大分子内的原子之间由很强的共价键结合,而大分子与大分子之间的结合力为较弱的范特瓦尔斯力。 工程上通常根据机械性能和使用状态将其分为四大
4、类:塑料、合成纤维、橡胶、胶粘剂,(3)陶瓷材料 陶瓷是一种或多种金属元素同一种非金属元素(通常为氧)的化合物。 非金属元素原子同金属原子化合时形成很强的离子键,同时也存在有一定成分的共价键。例如MgO晶体中, 离子键占84%, 共价键占16%。也有一些特殊陶瓷以共价键为主。 陶瓷的硬度很高,但脆性很大。 陶瓷材料属于无机非金属材料,主要为金属氧化物和金属氧化合物。由于大部分无机非金属材料含有硅和其它元素的化合物,所以又叫做硅酸盐材料。它一般包括无机玻璃(硅酸盐玻璃)、玻璃陶瓷(或称微晶玻璃)和陶瓷等三类,(4)复合材料 复合材料就是两种或两种以上不同材料的组合材料,其性能优于它的组成材料。
5、复合材料可以由各种不同种类的材料复合组成,所以它的结合键非常复杂。 它在强度、刚度和耐蚀性方面比单纯的金属、陶瓷和聚合物都优越。具有广阔的发展前景。,材料科学是研究材料的成分、组织结构与性能之间关系,矿业及农业科技与工程范畴,材料科学 与工程范畴,材料的地位和作用,材料无处不在,无处不有,铁器时代,信息时代 (新材料时代),石器时代 (石器、陶器 、瓷器),青铜器时代,材料的地位和作用,材料的地位和作用,人类利用材料的历史,就是一部人类进化和进步的历史,材料的历史进程 (Historical perspective),漫长而又曲折的历程:,石斧,石器的制造和使用 在人类的发展史上,最先使用的工
6、具是石器。 中华民族的祖先用坚硬的容易纵裂成薄片的燧石和石英石等天然材料制成石刀、石斧、石锄。,陶器与瓷器的发明和使用 瓷器中国文化的象征 新石器时代(公元前6000年公元前5000年),中华民族的先人们用粘土(主要成分为SiO2,Al2O3)烧制成陶器。马家窑(甘肃)文化时期的陶器表面彩绘有条带纹、波纹和舞蹈纹等,制品有炊具、食具、盛储器皿等。,中国是最早生产瓷器的国家。 东汉时期发明了瓷器。 瓷器于9世纪传到非洲东部和阿拉伯国家,世纪传到日本,十五世纪传到欧洲。 瓷器成为中国文化的象征,对世界文明产生了极大的影响。中国瓷器畅销全球,名誉四海。,我国劳动人民创造了灿烂的青铜文化,夏朝(公元前
7、2140年始)以前我国就开始青铜的冶炼。殷、西周时期已发展到很高的水平。青铜主要用于制造各种工具、食器、兵器。 从河南安阳晚商遗址出土的司母戊鼎。 从湖北隋县出土的战国青铜编钟 世界上最古老的关于青铜合金成分的文字记载:周礼考工记,铁器的生产和应用 青秋战国时期(公元前770年公元前221年)开始大量使用铁器。 西汉时期 炼铁技术有很大的提高,采用煤作为炼铁的燃料,比欧洲早1700多年我国古代创造了三种炼钢方法 从矿石中直接炼出自然钢。 西汉时期经过“百次”冶炼锻打的百炼钢 南北朝时期生产的灌钢。 钢的热处理技术达到相当高的水平,丝绸天然高分子材料 丝绸是一种天然高分子材料,在我国有着悠久的历
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