材料科学与工程导论第2章材料科学与工程纲要

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1、第二章材料科学与工程纲要§2.1材料科学与工程的形成与内涵2.1.1材料科学的形成卫星上天引发的震动“材料科学”概念的提出只是20世纪50年代末到60年代初的事情。1957年，前苏联人造卫星首先上天，对美国人触动很大。1957年10月和11月，苏联先后发射了两颗重量分别为80kg和500kg的人造卫星。直到第二年的1月底，美国才发射了一个重量仅8kg的人造卫星。1由于当时正是苏美两国争夺世界霸权的冷战时代，这件事在美国朝野引起很大震动。各有关部门联合向总统提出报告，认为美国落后于苏联的原因主要在于先进材料的研究开发方面。1958年3

2、月，美国总统发布了“全国材料规划”，决定由12所大学成立材料科学研究中心，采用先进的科学理论和实验方法对材料进行深入研究，从此出现了“材料科学”一词。1966年，美国麻省理工学院将“冶金系”改为“冶金与材料科学系”，1975年又将其更名为“材料科学与工程系”。这标志着人们开始把材料的研究作为自然科学的一个分支，从此“材料科学”学科开始兴起。§2.1材料科学与工程的形成与内涵2科技发展的必然结果1）20世纪上半叶基础学科的发展奠定了材料科学的基础量子力学、固体物理、无机化学、有机化学、物理化学等基础学科的发展为材料科学的形成奠定了重要

3、的理论基础；而各种现代分析技术的进步，加深了人们对物质结构和材料的物理化学性质的理解；同时，冶金学、金属学、陶瓷学、高分子科学等应用科学的发展也使人们对材料本身的研究大大加强。这使人们对材料的制备、结构、性能以及它们之间的相互关系的研究也越来越深入。2）不同材料应用理论的交叉融合促进了材料科学的形成在“材料科学”概念出现以前，金属、陶瓷和高分子都已自成体系，但它们之间存在颇多相似之处，不同材料之间可以相互借鉴，促使了该学科的发展。§2.1材料科学与工程的形成与内涵33）不同材料测试技术及工艺技术的交叉融合也促进了材料科学的形成虽然不

4、同类型的材料各有其专用的生产设备和测试手段，但它们在许多方面是相同或相近的。一方面，不同材料的结构与性能表征方法大体上是相通的。例如，光学显微镜、电子显微镜、表面测试设备、力学性能及其他物理性能测试设备等，对不同类型的材料而言是通用的。另一方面，在材料的制备与加工中，有许多工艺也是通用的。例如，挤压工艺常用于金属材料的成形加工以提高强度，而某些高分子材料通过挤压法形成纤维同样能使其比强度和比刚度大幅度提高。§2.1材料科学与工程的形成与内涵4■材料科学的提出－20世纪60年代初“材料”早以存在1957年苏联卫星上天，美国震动很大，在

5、大学相继建立十余个材料科学研究中心。自此，“材料科学”一词广泛应用。■材料科学的形成是科学技术发展的结果■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的形成■材料学的三个重要特性□多学科交叉□密切结合实际应用□发展中的学科§2.1材料科学与工程的形成与内涵52.1.2材料科学与工程的形成材料科学的核心内容，在于研究材料的成分、组织结构与性能的关系，具有科学的性质，其目的是解决“为什么”。材料工程的核心内容，在于研究材料在制备、成形、处理和加工过程中的工艺技术问题，其目的是解决“怎样做”。把“材料

6、科学”与“材料工程”两者有机结合起来，就形成了“材料科学与工程”。材料科学为材料工程提供设计依据，为更好地选择、使用和发展新材料提供理论基础；材料工程又为材料科学提供丰富的研究课题和物质基础。可见，材料科学与材料工程是紧密联系的。§2.1材料科学与工程的形成与内涵62.1.3材料科学与工程的特点1）材料科学与工程具有鲜明的工程性材料科学与工程具有物理学、化学、冶金学、陶瓷学、高分子学等多学科相互融合、相互交叉的特点，并且与实际应用的关系非常密切，具有鲜明的工程性。实验室的研究成果必须经过工程研究与开发，以确定合理的工艺流程，并通过中

7、试试验后才能生产出符合要求的材料；此外，各种材料在使用中，还会暴露出一些问题，需要反馈到研究与开发环节，进行改进后再回到应用领域。只有经过多次反复的应用与改进，才能成为成熟的材料。即便是成熟的材料，随着科技的发展与需求的推动，还要不断加以改进。因此，在材料研究中，将会涉及到材料研究、工艺改进、试验测试、中试试验、推广应用和完善改进等各阶段的研究工作。§2.1材料科学与工程的形成与内涵72）材料科学与工程有明确的应用背景和应用目的发展材料科学与工程的目的是开发新材料，并为之提供新技术、新方法和新工艺；或者提高已有材料的性能和质量，降低

8、成本和减少污染，以更好地使用已有材料，充分发挥其作用。材料科学与工程在这一点上与材料物理、材料化学有重要区别。3）材料科学与材料工程是相辅相成、密不可分的在材料科学与工程中，材料科学侧重于发现和揭示材料四要素之间的关系，以提出新概念和