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绪论

通过绪论部分内容的学习,使学生掌握材料的定义,了解材料的地位;理解材料科学的内涵与发展历程。掌握材料科学与工程四要素的相互关系。

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绪论课程教案、知识点、字幕

同学们好

欢迎大家开始学习

《材料科学基础》这样一门课

在这门课里我们将共同学习

材料专业最为基础的理论

首先在绪论部分

我们将学习什么是材料

材料学科的形成以及材料的研究对象等

首先什么是材料

在给出材料的定义之前

我们先来看两幅图片

其中一幅是山上的石头

另外一幅是石器时代的砍伐工具石斧

一般来说山上的石头我们还不能称作材料

而仅仅是一种物质

而当石头被人类用来利用并制作成工具以后

就可以被称为一种材料

因此我们通常把自然界

所有客观存在的实物或者场所叫做物质

而人类用于制造有用物品的物质叫做材料

所以物质的存在是非常广泛的

而材料是物质的子集

希望这一点同学们能够清楚

那么材料的定义应该包含以下几点

第一 具有一定的组成

材料通常由主要成分和辅助成分

按一定的比例组成

其中主要成分提供材料的基本性能

辅助成分又可以分为工艺助剂和功能性助剂

第二 具有加工性

材料在一定温度和压力下可以加工成型

并在加工后保持一定的形状

三 具有一定的性质和使用性能

比如说物理性能 化学性能 力学性能

材料的发展史就是人类文明的发展史

距今300万年前人类仍然处在石器时代

那么那时候人们只会使用石材

木材 兽皮等天然材料作为生产和生活工具

公元前约4000年

人类开始使用青铜材料

人类文明进入了青铜器时代

四羊方尊 司母戊大方鼎

是我国商代青铜器的代表作

不过也不难发现青铜器一般用于兵器和礼乐器

用于农业生产工具并不常见

公元前2000年左右

人类开始使用铁器作为生产工具

相比于青铜而言

铁器的硬度更高

铁矿的来源更为广泛

因此铁器的出现

极大地推动了农耕文明的发展

而当代是一个多元材料的时代

汽车 航空航天 半导体 生物 医疗等

各个领域都需要大量的新材料

作为科技进步的驱动力

因此材料 能源 信息

被称为人类社会发展的三大支柱

材料对于我国的国防建设和经济发展

起到了至关重要的作用

在国防军事领域

比如说神舟飞船的返回舱

蛟龙号的深潜器 歼20隐形战斗机

辽宁号航母等一系列国之重器

都离不开国产新型材料作为最基本的保障

在国民经济领域

无论是国产芯片

复兴号动车组

特种建筑桥梁还是C919大飞机

同样离不开我国自主研发的新材料

我国在材料领域取得的巨大突破

是几代材料科学家和工程师

夜以继日的奋斗成果

老一辈杰出代表如师昌绪院士

黄培云院士 张立同院士等

为祖国的材料事业奉献了毕生才华

在老一辈奉献精神的鼓舞下

我国的材料事业不断进步

目前材料学科已有科学院

以及工程院院士100余人

希望同学们不忘初心

将自己的专业知识和国家的需求紧密相连

学好我们这样一门基础课程

下面我们来了解一下材料科学的形成

所谓科学是指建立在可检验的解释

和对客观事物的形式

组织等进行预测的有序的知识系统

是已系统化和公式化了的知识

我国春秋战国时期已经有高超的青铜冶炼技术

越王勾践剑含有铜 锡 铅 铁 硫等元素

时至今日依然光泽如新

历经数千年不腐

展现了精湛的工艺水平

不过古代的材料技术无论是古埃及巴比伦

亦或是古印度的青铜或钢铁冶金

仍然缺乏系统性和理论性

尚不能称为材料科学

而材料科学直到19世纪中叶才逐渐形成

1863年光学显微镜首次用于金属材料的研究

诞生了金相学

人类能够将金属材料的性能

与其微观组织联系起来

标志着材料研究从经验走向了科学

1912年伦琴发现X射线

在材料中被用于晶体衍射测试

使人类对于固态材料微观结构的假想

转变为了科学事实

1932年电子显微镜的发明

使人类能够进入更加直观

而且微观的世界

从而对材料性能的来源有了进一步了解

时至今日

材料科学已经羽翼丰满

曾经有教授总结到

材料科学的出现归功于三个知识体系

原子及晶体结构

相平衡和微观组织

材料科学的具体研究对象主要有4个方面

分别是材料的合成与制备

材料的成分与结构

材料的特性以及材料的服役行为与寿命

这4个研究对象我们可以视作一个金字塔

其中材料的服役行为与寿命是金字塔的塔尖

这就是我们希望材料所能达到的最终目标

比如说我们希望

所使用的手机金属外壳

10年不会发生腐蚀或者开裂

为了达到这一最终目标

就需要对金字塔的三个塔基

进行设计和和配合

例如对合成与制备的工艺进行精确调控

还是以手机金属外壳为例

我们需要控制冶金的工艺

成型的工艺

从而有效控制材料的成分与结构

例如组成相和组成成分

从而获得预期的材料特性

比如说硬度 强度 耐腐蚀性能等

从而最终能够满足

我们对于材料的服役寿命的要求

在材料科学今后的学习和研究工作之中

都会围绕这4个研究对象而展开

上面就是我们材料科学基础的序论部分

谢谢大家

材料科学基础课程列表:

第一章 绪论

-绪论

-绪论

-讨论1

-讨论2

第二章 晶体学基础

-2.1 原子结构与原子轨道

--原子结构与原子轨道

--原子结构与轨道

-2.2 电子排布规律

--电子排布规律

--电子排布规律

-2.3 晶体中的结合键

--晶体中的结合键

--原子结构与键合

-2.4 晶体结构与空间点阵

--晶体结构与空间点阵

--晶体结构与空间点阵

-2.5 晶系与布拉菲点阵

--晶系与布拉菲点阵

--晶系与布拉菲点阵

-2.6 晶向指数与晶面指数

--晶向指数与晶面指数

--晶面指数与晶向指数

-2.7 晶面间距与晶面夹角

--晶面间距与晶面夹角

--晶面间距与晶面夹角

-2.8 晶体的宏观对称性

--晶体的宏观对称性

--晶体的宏观对称性

-讨论1

-讨论2

-习题-第2章

第三章 固体材料的结构

-3.1 金属的晶体结构

--金属的晶体结构

--金属的晶体结构

-3.2 金属晶体的堆垛与间隙

--金属晶体的堆垛与间隙

--金属晶体的堆垛与间隙

-3.3 合金基本概念

--合金的基本概念

--合金的基本概念

-3.4 固溶体

--固溶体

--固溶体

-3.5 化合物

--化合物

--化合物

-3.6 陶瓷的晶体结构

--陶瓷的晶体结构

--陶瓷的晶体结构

-3.7 高分子的基本结构

--高分子的基本结构

--高分子的基本结构

-3.8 非晶、准晶和纳米晶

--非晶、准晶和纳米晶

--非晶、准晶和纳米晶

-讨论1

-讨论2

-习题-第3章

第四章 晶态固体中的扩散

-4.1 扩散的宏观规律

--扩散的宏观规律

--扩散的宏观规律

-4.2 扩散的微观机制

--扩散的微观机制

--扩散的微观机制

-4.3 扩散与原子的随机行走

--扩散与原子的随机行走

--扩散与原子的随机行走

-4.4 扩散系数与扩散激活能

--扩散系数与扩散激活能

--扩散系数与扩散激活能

-4.5 扩散的影响因素

--扩散的影响因素

--扩散的影响因素

-4.6 反应扩散

--反应扩散

--反应扩散

-讨论1

-讨论2

-习题-第4章

第五章 凝固

-5.1 纯金属的结晶

--纯金属的结晶

--纯金属的结晶

-5.2 金属结晶的基本条件

--金属结晶的基本条件

--金属结晶的基本条件

-5.3 液态金属的结构

--液态金属的结构

--液态金属的结构

-5.4 均匀形核

--均匀形核

--均匀形核

-5.5 非均匀形核

--非均匀形核

--非均匀形核

-5.6 晶体长大的动力学条件和液固界面微观结构

--晶体长大的动力学条件和液固界面微观结构

--晶体长大的动力学条件和液固界面微观结构

-5.7 阶梯的长大机制和生长形态

--阶梯的长大机制和生长形态

--晶体的长大机制和生长形态

-讨论1

-讨论2

-习题-第5章

第六章 相图

-6.1 匀晶相图

--匀晶相图

--匀晶相图

-6.2 共晶相图

--共晶相图

--共晶相图

-6.3 共析相图与包晶相图

--共析相图与包晶相图

--共析相图与包晶相图

-6.4 其他二元相图

--其他二元相图

--其它二元相图

-6.5 铁碳合金的组元及基本相

--铁碳合金的组元及基本相

--铁碳合金的组元及基本相

-6.6 Fe-Fe3C相图分析与工业纯铁结晶过程

--Fe-Fe3C相图分析与工业纯铁结晶过程

--Fe-Fe3C相图分析与工业纯铁结晶过程

-6.7 钢的结晶过程

--钢的结晶过程

--钢的结晶过程

-6.8 白口铸铁的结晶过程

--白口铸铁的结晶过程

--白口铸铁的结晶过程

-6.9 碳对铁碳合金平衡组织的影响

--碳对铁碳合金平衡组织的影响

--碳对铁碳合金平衡组织的影响

-6.10 碳对Fe-C合金机械性能的影响

--碳对Fe-C合金机械性能的影响

--碳对Fe-C合金机械性能的影响

-6.11 三元相图的表示方法

--三元相图的表示方法

--三元相图的表示方法

-6.12 直线法则与杠杆定律

--直线法则与杠杆定律

--直线法则与杠杆定律

-6.13 重心法则

--重心法则

--重心法则

-6.14 三元匀晶相图与等温截面图

--三元匀晶相图与等温截面图

--三元匀晶相图与等温截面图

-6.15 变温截面与投影图

--变温截面与投影图

--变温截面与投影图

-6.16 具有共晶三相平衡的三元系相图概况

--具有共晶三相平衡的三元系相图概况

--具有共晶三相平衡的三元系相图概况

-6.17 具有共晶三相平衡的三元系相图分析

--具有共晶三相平衡的三元系相图分析

--具有共晶三相平衡的三元系相图分析

-6.18 具有共晶三相平衡的三元系相图截面图与投影图

--具有共晶三相平衡的三元系相图截面图与投影图

--具有共晶三相平衡的三元系相图截面图与投影图

-讨论1

-讨论2

-习题-第6章

第七章 固态相变的基本原理

-7.1 固态相变的特点分类

--固态相变的特点分类

--固态相变的特点分类

-7.2 固态相变的形核与生长

--固态相变的形核与生长

--固态相变的形核与生长

-7.3 成分保持不变的(无扩散)相变

--成分保持不变的(无扩散)相变

--成分保持不变的(无扩散)相变

-7.4 过饱和固溶体的分解

--过饱和固溶体的分解

--过饱和固溶体的分解

-7.5 共析转变

--共析转变

--共析转变

-7.6 马氏体转变(一)

--马氏体转变(一)

--马氏体转变(一)

-7.7 马氏体转变(二)

--马氏体转变(二)

--马氏体相变(二)

-7.8 贝氏体相变

--贝氏体相变

--贝氏体转变

-讨论1

-讨论2

-习题-第7章

第八章 晶体缺陷

-8.1 点缺陷

--点缺陷

--点缺陷

-8.2 位错的基本概念

--位错的基本概念

--位错的基本概念

-8.3 柏氏矢量

--柏氏矢量

--柏氏矢量

-8.4 位错的运动

--位错的运动

--位错的运动

-8.5 位错的弹性性质

--位错的弹性性质

--位错的弹性性质

-8.6 位错的交互作用

--位错的交互作用

--位错的交互作用

-8.7 位错的生成与增殖

--位错的生成与增殖

--位错的生成与增殖

-8.8 实际晶体中的位错

--实际晶体中的位错

--实际晶体中的位错

-8.9 位错反应

--位错反应

--位错反应

-8.10 晶界与相界

--晶界与相界

--晶界与相界

-讨论1

-讨论2

-习题-第8章

第九章 金属材料的变形与再结晶

-9.1 金属的应力-应变曲线

--金属的应力-应变曲线

--金属的应力-应变曲线

-9.2 单晶体的塑性变形-滑移

--单晶体的塑性变形-滑移

--单晶体的塑性变形-滑移

-9.3 单晶体的塑性变形-孪生

--单晶体的塑性变形-孪生

--单晶体的塑形变形-孪生

-9.4 多晶体的塑性变形

--多晶体的塑性变形

--多晶体的塑性变形

-9.5 多相合金的塑性变形

--多相合金的塑性变形

--多相合金的塑性变形

-9.6 聚合物与陶瓷的塑性变形

--聚合物与陶瓷的塑性变形

--聚合物与陶瓷的塑性变形

-9.7 变形后的组织与性能

--变形后的组织与性能

--变形后的组织与性能

-9.8 晶体的断裂

--晶体的断裂

--晶体的断裂

-9.9 回复和再结晶

--回复和再结晶

--回复和再结晶

-9.10 再结晶形核和长大

--再结晶形核和长大

--再结晶形核和长大

-9.11 再结晶组织控制

--再结晶组织控制

--再结晶组织控制

-9.12 蠕变、超塑性变形

--蠕变、超塑性变形

--蠕变、超塑性变形

-讨论1

-讨论2

-习题-第9章

绪论笔记与讨论

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