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1.1.1 材料的定义和分类,选择材料的标准在线视频

1.1.1 材料的定义和分类,选择材料的标准

下一节:1.2.1 材料是人类社会进步的标志

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1.1.1 材料的定义和分类,选择材料的标准课程教案、知识点、字幕

好 我们开始上课

我们这个课程叫材料学概论

我是清华大学材料学院的教授

我叫田民波

好 我们现在开始讲第一章

第一章的内容

是材料的支柱和先导作用

它的副标题是

社会进步的标志

人类文明的根基

产业的基础 创新的源泉

核心竞争力的体现

这里讲的就是

材料的支柱和先导作用

第一个问题

就讲材料的定义

材料的分类

材料的选材标准

这是第一个

第二个的话

讲的是材料的作用

第三大问题

讲材料科学与工程学科的定义

和学科特点

这里边的重点

材料科学与工程的四要素

第四大问题就讲材料和创新

所以统共讲四个问题

第一个问题

讲材料的定义和分类

那么讲材料的定义

材料与物质原料的区别

材料是怎么分类的

讲材料生命周期的循环

首先我们讲何为材料

材料是具有特定性质

能用于制造结构和构件

机器 仪器和器件

以及各种产品的物质

美国材料科学与工程调查委员会

将材料定义为

在机器 结构件

器件和产品中

因其性能而成为有用的物质

实际上上述两个定义

它讲的是同一件事

就是材料它是个物质

材料的话它是通过人的加工

它变成一个有用的东西

这个有用的东西干什么呢

就是在机器 在结构件

在器件和产品当中它有用

这就是材料

我们讲这个材料的时候

一定要把材料跟物质有什么区别

材料跟原料有什么区别

我们高中都学过

物质 关于物质

物质的话

它是个哲学的概念

物质是相对于意识而言的

我们大家都知道

物质是第一性的

意识是第二性的

这大家伙都知道

所以一讲物质的话

它是个哲学的概念

那么原料的话

它是相对于制成品而言的

我们人类使用的是制成品

但是这个制成品的话

一定是从原料而来的

那么什么叫材料

材料首先它是个物质

它又不同于物质

材料的话也不同于原料

我们讲物质

首先强调的它是一个存在

它跟意识相对的

物质是第一性的

意识是第二性的

材料的话它是个物质

但是这个物质是个特殊的物质

什么样特殊物质

经过人们的加工

它具有特殊的性能

这种特殊的性能的话是有用的

我们用到的这些东西

应该讲都是从材料加工而来的

从这个意义上讲

金属 陶瓷 半导体 超导体

塑料 玻璃 介电体

纤维 木头 沙子 石头

以及各种复合材料

都是我们常见的材料

按照这一个概念

材料不仅包括

上述各种意义上的材料

而且还包括

构成人体的各种材料

还有粮食 药品 肥料等等

因此我们说

通常所说的材料是经过加工

达到某种性质和功能要求

具备特定形态和形状的一种固体

那么材料有很多种

所以的话有不同的分类方法

我们在应用当中

我们在工程当中

往往是按照构成材料的

原子的结合键的类型

或者按照材料的物理化学的属性

按以下的分类

一大类的话是金属材料

一大类是无机非金属材料

一大类是高分子材料

还有一种是复合材料

在金属材料当中的话

有黑色金属

有有色金属和特种金属材料

注意 黑色金属它是一个特定的概念

不是有的人说的那个

Black metals

不是这样

不是黑色的金属

那么黑色金属指的是什么

一般是由铁 铬 锰

三者所组成的合金

一般都叫做黑色金属

这里边有生铁

各种类型的钢 包括不锈钢

包括工业纯铁

这都属于黑色金属

这个范围之内

与黑色相对而言

其它的金属都叫做有色金属

有色金属的话

是相对于黑色金属而言的

不要说成有色金属

是Color metals

这就错了 这就笑话了

有色金属是相对于

黑色金属而言的

除了黑色金属都是有色金属

可以这么说

它是怎么说的话

是Non-ferrous metals

那么第二种的话

就是无机非金属材料

注意这个无机非金属材料

目前在世界上不同的国家

它有不同的名称

我们国内叫做无机非金属材料

我们的无机非金属材料的话

包括类型很广

包括陶瓷 包括半导体

包括玻璃

玻 陶 水 耐

玻璃 陶瓷 水泥 耐火砖等等

这些的话都归类无机非金属材料

国外的无机非金属材料的话

它是ceramics

这个ceramics

如果我们翻译成中文的话

叫陶瓷

但是这个陶瓷

跟我们说的那个

常讲的china这个陶瓷

是不一样

我们中国人所说的陶瓷的话

指的是陶和瓷

广义上讲的话

无机非金属材料

它包括的范围

要比我们所说的陶瓷的范围更广

那么第三种的话

就是高分子材料

高分子材料的话

有的叫聚合物的

有的叫高分子材料的

有的叫树脂的等等

按它的应用来讲的话它分五大类

一种是合成塑料

一种是橡胶

一种是纤维

还有一种是涂料

还有一种是黏结剂

统共五大类型

第四种的话就是复合材料

所谓复合材料的话

是人造的

是两种材料

或者两种以上的

经过人造的

组成这种材料

它的目的的话

是为了增加它的综合性能

复合材料一般是有增强材料

和基体材料

按照增强材料和基体材料

不同的组合

有各种各样的复合材料

比方说我们常说的玻璃钢

它的增强材料是玻璃纤维

它的基体材料是塑料

把这种叫做玻璃钢

那么增强材料

还可以是别的

碳纤维可以增强

氮化硅 碳化硅

都可以做增强纤维

那基体材料的话

除塑料以外还有其它的

我们说按照物理化学键的类型分

我刚才讲的分成四种材料

哪四种

金属材料 无机非金属材料

高分子材料和复合材料这四种

那么下一个问题的话

我就讲从矿石开始

从矿石 冶炼 加工 制成品

一直到使用 一直到回收

它这是组成一个循环系统

从这张图里可以看到

实线的话指的是动脉过程

虚线的话指的是静脉过程

我们过去的话

光讲这个动脉过程

光讲生产 加工 使用

到哪一步就丢弃

丢弃的结果的话污染了环境

我们现在的话

增加上这个静脉过程

每一个过程都要有回收

形成这么一个闭路的循环

对保护环境是非常有好处的

讲完了生命周期的循环以后的话

我们就讲下一个问题

就是关于选材的标准

我们如何选择材料

选择材料的话

应该讲有五大标准

第一大标准的话

就叫做功能优先

什么叫功能优先

因为我们使用材料

是使用它的功能

你没有功能你使用材料干什么

所以第一条的话是功能优先

在这一点上

在高新技术的产品当中更为突出

比如说拿飞机 拿火箭

拿一些武器

那我就使用这材料的特种功能

其它材料是不可代替的

这是第一条 叫做功能优先

第二条的话是可加工原则

有的材料再好

你加工性能不好

加工不出来是不是

或者是加工费很大的力气

那也不行

所以可加工原则

那么第三条的话

是价格便宜的这个原则

因为你材料如果很贵

制成品也一定很贵了

所以的话我们选材的过程当中

在功能优先的情况

在可加工的情况下

尽量的话选择一些便宜的产品

第四条

叫做能源和环境的原则

你生产这个东西

必须是节能的

必须是不污染环境

这个材料本身

从加工到制造

到使用 到回收

都是无毒的

都是不污染环境的

如果它是污染环境的

你要考虑用别的材料代替

第五条的话

就是关于资源的原则

这个资源这一条原则

对于材料来讲

跟其它的东西作比较

这个作用更为显重是不是

因为你这个选择这个材料

你看它地球上的资源怎么样

如果地球上没有

非得到火星去找这个材料

你就不行

材料学概论课程列表:

第1讲 材料的支柱和先导作用

-1.1 材料的定义和分类,选择材料的标准

--1.1.1 材料的定义和分类,选择材料的标准

-1.1 材料的定义和分类,选择材料的标准--作业

-1.2 材料的作用

--1.2.1 材料是人类社会进步的标志

--1.2.2 材料是当代文明的根基

--1.2.3 材料是各类产业的基础

--1.2.4 先进材料是高新技术的核心

--1.2.5 新材料是国家核心竞争力的体现

--1.2.6 材料可以“点石成金,化腐朽为神奇”

--1.2.7 “制造材料者制造技术”,材料可以“以不变应万变”

--1.2.8 复合材料和功能材料大大扩展了材料的应用领域

-1.2 材料的作用--作业

-1.3 材料科学与工程四面体

--1.3.1 材料科学与工程的定义和学科特点

--1.3.2 材料科学与工程四要素

--1.3.3 重视材料的加工和制造

--1.3.4 提高材料的性能永无止境

-1.3 材料科学与工程四面体--作业

-1.4 材料与创新

--1.4.1 关注材料的最新应用——强调发展,注重创新

--1.4.2 “9.11事件”世贸大厦垮塌和“3.11大地震”福岛核事故都涉 及材料

--1.4.3 新材料如何适应技术创新和产业创新

-1.4 材料与创新--作业

-本讲作业--作业

第2讲 材料就在元素周期表中(一)

-2.1 元素在周期表中的位置决定于其核外电子排布

--2.1 在元素周期表中发现材料

--2.1.2 元素周期表中120种元素综合分析

--2.1.3 原子的核外电子排布(1)——量子数和电子轨道

--2.1.4 原子的核外电子排布(2)——电子排布的三个准则

-2.1 元素在周期表中的位置决定于其核外电子排布--作业

-2.2 元素周期表反映元素的规律性

--2.2.1 核外电子排布的应用(1)——碳的sp3、sp2、sp杂化

--2.2.2 核外电子排布的应用(2)——四面体键的奇妙之处

--2.2.3 核外电子排布的应用(3)——电子授受及元素氧化数变化

--2.2.4 核外电子排布的应用(4)——过渡族元素和难熔金属

--2.2.5 原子半径、离子半径和元素的电负性

--2.2.6 原子的电离能和可能的价态表现

-2.2 元素周期表反映元素的规律性--作业

-2.3 过渡族元素、稀土元素和镧系元素

--2.3.1 稀土元素和锕系元素

--2.3.2 日常生活中须臾不可离开的元素

-2.3 过渡族元素、稀土元素和镧系元素--作业

-本讲作业--作业

第3讲 材料就在元素周期表中(二)

-3.1 材料性能与组织结构的关系

--3.1.1 材料性能和化学键类型之间的关系

--3.1.2 材料性能与微观结构的关系

--3.1.3 铁的晶体结构

--3.1.4 材料性能与组织的关系

-3.1 材料性能与组织结构的关系--作业

-3.2 从轨道能级到能带——绝缘体、导体和半导体

--3.2.1 从轨道能级到能带——绝缘体、导体和半导体

--3.2.2 化合物半导体和荧光体材料

-3.2 从轨道能级到能带——绝缘体、导体和半导体--作业

-本讲作业--作业

第4讲 金属及合金材料(一)

-4.1 高炉炼铁和转炉炼钢

--4.1.1 从矿石到金属制品(1)——高炉炼铁

--4.1.2 从矿石到金属制品(2)——转炉炼钢

-4.1 高炉炼铁和转炉炼钢--作业

-4.2 金属材料的组织结构

--4.2.1 晶态和非晶态、单晶体和多晶体

--4.2.2 相、相图、组织和结构

--4.2.3 凝固中的形核与长大

--4.2.4 钢的各种组织形态

-4.2 金属材料的组织结构--作业

-4.3 铸锭及其组织

--4.3.1 铸锭组织和连续铸造

-4.3 铸锭及其组织--作业

-本讲作业--作业

第5讲 金属及合金材料(二)

-5.1 金属材料的加工

--5.1.1 金属的热变形

--5.1.2 金属的冷变形

--5.1.3 由铜锭到铜箔的压延加工

-5.1 金属材料的加工--作业

-5.2 钢材的热处理

--5.2.1 热处理的目的和热处理温度的确定

--5.2.2 钢的退火(annealing)

--5.2.3 钢的正火(normalizing)

--5.2.4 钢的淬火(quenching)(1)——加热和急冷的选择

--5.2.5 钢的淬火(quenching)(2)——增加淬透性和防止淬火开裂

--5.2.6 钢的回火(tempering)

--5.2.7 恒温转变

-5.2 钢材的热处理--作业

-5.3 钢的强化机制

--5.3.1 钢的强化机制及合金钢

--5.3.2 应用最广的碳钢

--5.3.3 表面处理(1)——表面淬火及渗碳淬火

--5.3.4 表面处理(2)——表面渗碳、氮化及喷丸处理

--5.3.5 合金钢(1)——强韧钢、可焊高速钢和工具钢

--5.3.6 合金钢(2)——高速钢、不锈钢、弹簧钢和轴承钢

--5.3.7 铸铁及轻金属的减振应用

-5.3 钢的强化机制--作业

-本讲作业--作业

第6讲 粉体及纳米材料

-6.1 粉体材料的性能

--6.1.1 粉体及其特殊性能(1)——小粒径和高比表面积

--6.1.2 粉体及其特殊性能(2)——易流动性和高分散性

--6.1.3 粉体及其特殊性能(3)——低熔点和高化学活性

--6.1.4 粉体的特性及测定(1)——粒径和粒径分布的测定

--6.1.5 粉体的特性及测定(2)——密度及比表面积的测定

--6.1.6 粉体的特性及测定(3)——折射率和附着力的测定

-6.1 粉体材料的性能--作业

-6.2 粉体的加工与处理

--6.2.1 破碎和粉碎

--6.2.2 分级和集尘

--6.2.3 混料及造粒

--6.2.4 输送及供给

--6.2.5 非机械式粉体制作方式

-6.2 粉体的加工与处理--作业

-6.3 粉体的应用

--6.3.1 日常生活中的粉体

--6.3.2 工业应用的粉体材料

--6.3.3 粉体精细化技术——粒度精细化及粒子形状的改善

-6.3 粉体的应用--作业

-6.4 纳米材料

--6.4.1 纳米材料和纳米技术的概念

--6.4.2 “纳米”就在我们身旁

--6.4.3 纳米材料制备和纳米加工

--6.4.4 纳米技术与纳米材料的发展前景

-6.4 纳米材料--作业

-本讲作业--作业

第7讲 陶瓷及陶瓷材料

-7.1 陶瓷材料的定义和分类

--7.1.1 陶瓷发展史——人类文明进步的标志

--7.1.2 日用陶瓷的进展

--7.1.3 陶瓷及陶瓷材料分类

-7.1 陶瓷材料的定义和分类--作业

-7.2 坯体成型

--7.2.1 普通粘土陶瓷的主要原料

--7.2.2 陶瓷成型工艺(1)——旋转制坯成型和注浆成型

--7.2.3 陶瓷成型工艺(2)——干压成型、热压注成型和等静压成型

--7.2.4 陶瓷成型工艺(3)——挤压成型、注射成型和流延成型

-7.2 坯体成型--作业

-7.3 陶瓷烧结

--7.3.1 普通陶瓷的烧结过程

--7.3.2 陶瓷的烧成和烧结工艺

-7.3 陶瓷烧结--作业

-7.4 陶瓷材料的结构

--7.4.1 普通陶瓷的组织和结构

--7.4.2 精细陶瓷的组成、组织结构和性能

-7.4 陶瓷材料的结构--作业

-7.5 结构陶瓷

--7.5.1 结构陶瓷及应用(1)——Al2O3和Zr02

--7.5.2 结构陶瓷及应用(2)——TiO2、BeO和AlN

--7.5.3 结构陶瓷及应用(3)——SiC和Si3N4

--7.5.4 低温共烧陶瓷(LTCC)基板

-7.5 结构陶瓷--作业

-7.6 功能陶瓷

--7.6.1 单晶材料及制作

--7.6.2 功能陶瓷及应用(1)——陶瓷电子元器件

--7.6.3 功能陶瓷及应用(2)——生物陶瓷和换能器件

--7.6.4 功能陶瓷及应用(3)——微波器件、传感器和超声波马达

-7.6 功能陶瓷--作业

-本讲练习--作业

第8讲 玻璃材料及玻璃的应用

-8.1 玻璃的发展简史

--8.1.1 玻璃的发现

--8.1.2 古代玻璃与现代玻璃的组成惊人地相似

-8.2 玻璃的定义和特征

--8.2.1 玻璃的传统定义和现代定义

-8.3 玻璃的加工

--8.3.1 玻璃的熔融和成型加工

--8.3.2 非传统方法制造玻璃

-8.1-8.3 小节练习--作业

-8.4 建筑及高铁用玻璃

--8.4.1 新型建筑玻璃(1)

--8.4.2 新型建筑玻璃(2)

--8.4.3 汽车、高铁用玻璃(1)

--8.4.4 汽车、高铁用玻璃(2)

--8.4 建筑及高铁用玻璃--作业

-8.5 高技术玻璃

--8.5.1 生物医学用玻璃材料

--8.5.2 特殊性能玻璃材料(1)

--8.5.3 特殊性能玻璃材料(2)

--8.5.4 图象显示、光通信用玻璃材料(1)

--8.5.5 图象显示、光通信用玻璃材料(2)

--8.5.6 图像显示、光通信用玻璃材料(3)

-8.5 高技术玻璃--作业

-本讲练习--作业

第9讲 高分子及聚合物材料(一)

-9.1 何谓高分子和聚合物

--9.1.1 何为高分子和聚合物

--9.1.2 常见聚合物的结构和用途——按结构和反应分类

-9.1 何谓高分子和聚合物--作业

-9.2 聚合物的合成

--9.2.1 加聚反应和聚合物实例(1)——均加聚

--9.2.2 加聚反应和聚合反应实例(2)——共加聚

--9.2.3 缩聚反应和聚合物实例——共缩聚

-9.2 聚合物的合成--作业

-9.3 从结构层次看聚合物

--9.3.1 聚丙烯中的不对称碳原子引起的立体异构

--9.3.2 高分子链的结构层次

--9.3.3 高分子链间的相互作用

--9.3.4 高分子的聚集态结构

-9.3 从结构层次看聚合物--作业

-本讲练习--作业

第10讲 高分子及聚合物材料(二)

-10.1 高分子材料性能与加工

--10.1.1 天然橡胶和合成橡胶

--10.1.2 塑料的分类、特性及用途

--10.1.3 热固性树脂(热固性塑料)

--10.1.4 工程塑料

--10.1.5 新型电子产业用的塑料薄膜

--10.1.6 聚合物的结构模型及力学特性

--10.1.7 聚合物的形变机理及变形特性

--10.1.8 聚合物的成形加工及设备(1)——压缩模塑和传递模塑

--10.1.9 聚合物的成形加工及设备(2)——挤出成型和射出成型

--10.1.10 聚合物的成形加工及设备(3)——塑料薄膜和纤维丝制造

-10.1 高分子材料性能与加工--作业

-10.2 胶粘剂和涂料

--10.2.1 胶粘剂的构成和粘接原理

--10.2.2 胶粘剂的制造和用途

--10.2.3 涂料的分类及构成

--10.2.4 涂料中的成分、成膜和固化

-10.2 胶粘剂和涂料--作业

-本讲练习--作业

第11讲 复合材料和生物材料

-11.1 复合材料的定义和分类

--11.1.1 复合材料的定义和分类

--11.1.2 复合材料的界面

--11.1.3 复合材料的特长及优势

-11.1 复合材料的定义和分类--作业

-11.2 增强材料和基体材料

--11.2.1 复合材料中增强材料与基体材料的匹配

--11.2.2 增强纤维的制造

--11.2.3 碳纤维及C/C复合材料

--11.2.4 增强纤维的编制和铺展

--11.2.5 复合材料的成形制造

-11.2 增强材料和基体材料--作业

-11.3 复合材料的应用

--11.3.1 复合材料在航空航天领域的应用

-11.4 天然复合材料

--11.4.1 天然复合材料——木材的断面组织

--11.4.2 天然复合材料——木材的微观结构

-11.5 生物材料

--11.5.1 生物材料的定义和范畴

--11.5.2 骨骼、筋和韧带组织

--11.5.3 各种植入人体的材料

-11.3-11.5 节练习--作业

-本讲练习--作业

第12讲 磁性及磁性材料

-12.1 磁性的来源

--12.1.1 磁性源于电流

--12.1.2 过渡金属元素3d壳层的电子结构与其磁性的关系

-12.1 磁性的来源--作业

-12.2 磁性材料的分类

--12.2.1 亚铁磁性和软磁铁氧体磁性材料

-12.2 磁性材料的分类--作业

-12.3 磁畴和磁滞回线

--12.3.1 磁畴和磁畴壁的运动

--12.3.2 决定磁畴结构的能量类型

--12.3.3 磁滞回线及其决定因素

-12.3 磁畴和磁滞回线--作业

-12.4 软磁材料与硬磁材料

--12.4.1 非晶态高导磁率材料

--12.4.2 永磁材料及其进展

--12.4.3 钕铁硼稀土永磁材料及制备工艺

--12.4.4 钕铁硼永磁材料性能的提高与改进

--12.4.5 粘结磁体

--12.4.6 永磁材料的应用和退磁曲线

--12.4.7 磁性材料的各种应用

-12.4 软磁材料与硬磁材料--作业

-本讲练习--作业

第13讲 薄膜技术及薄膜制备技术

-13.1 薄膜的定义和薄膜形成的必要条件

--13.1.1 薄膜的定义和薄膜材料的特殊性能

--13.1.2 获得薄膜的三个必要条件

--13.1.3 真空获得

--13.1.4 薄膜是如何沉积的

--13.1.5 气体放电

--13.1.6 等离子体与薄膜沉积

-13.1 薄膜的定义和薄膜形成的必要条件--作业

-13.2 薄膜制备——PVD法

--13.2.1 真空蒸镀

--13.2.2 离子镀和激光熔射

--13.2.3 溅射镀膜

--13.2.4 磁控溅镀靶

--13.2.5 溅射镀膜的应用

-13.2 薄膜制备——PVD法--作业

-13.3 薄膜制备——CVD法

--13.3.1 CVD法原理及设备

--13.3.2 各类CVD的应用

-13.3 薄膜制备——CVD法--作业

-13.4 薄膜的加工

--13.4.1 薄膜图形化——湿法刻蚀和干法刻蚀

--13.4.2 反应离子刻蚀(RIE)和反应离子束刻蚀(RIBE)

--13.4.3 平坦化技术和大马士革工艺

-13.4 薄膜的加工--作业

-13.5 薄膜材料的应用

--13.5.1 超硬涂层

--13.5.2 金刚石及类金刚石图层

--13.5.3 电镀Cu膜用于集成电路芯片制作

-13.5 薄膜材料的应用--作业

-本讲作业--作业

1.1.1 材料的定义和分类,选择材料的标准笔记与讨论

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