当前课程知识点:材料学概论 > 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
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
-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
--1.2.7 “制造材料者制造技术”,材料可以“以不变应万变”
-1.2 材料的作用--作业
-1.3 材料科学与工程四面体
-1.3 材料科学与工程四面体--作业
-1.4 材料与创新
--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 材料与创新--作业
-本讲作业--作业
-2.1 元素在周期表中的位置决定于其核外电子排布
--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 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 过渡族元素、稀土元素和镧系元素--作业
-本讲作业--作业
-3.1 材料性能与组织结构的关系
-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 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
-4.1 高炉炼铁和转炉炼钢
-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 金属材料的组织结构--作业
-4.3 铸锭及其组织
-4.3 铸锭及其组织--作业
-本讲作业--作业
-5.1 金属材料的加工
-5.1 金属材料的加工--作业
-5.2 钢材的热处理
--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 钢材的热处理--作业
-5.3 钢的强化机制
--5.3.6 合金钢(2)——高速钢、不锈钢、弹簧钢和轴承钢
-5.3 钢的强化机制--作业
-本讲作业--作业
-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 粉体的加工与处理--作业
-6.3 粉体的应用
--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 纳米材料--作业
-本讲作业--作业
-7.1 陶瓷材料的定义和分类
-7.1 陶瓷材料的定义和分类--作业
-7.2 坯体成型
--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 陶瓷烧结--作业
-7.4 陶瓷材料的结构
-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 结构陶瓷--作业
-7.6 功能陶瓷
--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
-8.1 玻璃的发展简史
-8.2 玻璃的定义和特征
-8.3 玻璃的加工
-8.1-8.3 小节练习--作业
-8.4 建筑及高铁用玻璃
--8.4 建筑及高铁用玻璃--作业
-8.5 高技术玻璃
-8.5 高技术玻璃--作业
-本讲练习--作业
-9.1 何谓高分子和聚合物
-9.1 何谓高分子和聚合物--作业
-9.2 聚合物的合成
-9.2 聚合物的合成--作业
-9.3 从结构层次看聚合物
-9.3 从结构层次看聚合物--作业
-本讲练习--作业
-10.1 高分子材料性能与加工
--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 胶粘剂和涂料--作业
-本讲练习--作业
-11.1 复合材料的定义和分类
-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 增强材料和基体材料--作业
-11.3 复合材料的应用
-11.4 天然复合材料
-11.5 生物材料
-11.3-11.5 节练习--作业
-本讲练习--作业
-12.1 磁性的来源
--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 磁性材料的分类--作业
-12.3 磁畴和磁滞回线
-12.3 磁畴和磁滞回线--作业
-12.4 软磁材料与硬磁材料
-12.4 软磁材料与硬磁材料--作业
-本讲练习--作业
-13.1 薄膜的定义和薄膜形成的必要条件
-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 薄膜制备——PVD法--作业
-13.3 薄膜制备——CVD法
-13.3 薄膜制备——CVD法--作业
-13.4 薄膜的加工
--13.4.2 反应离子刻蚀(RIE)和反应离子束刻蚀(RIBE)
-13.4 薄膜的加工--作业
-13.5 薄膜材料的应用
-13.5 薄膜材料的应用--作业
-本讲作业--作业



