1、绪 论,一、材料与材料技术,二、材料的分类与概况,三、材料科学与机械工程,四、本课程的目的、内容与学习要求,师昌绪：材料是人类用于制造物品、器件、构件、机器或其他产品的那些物质。材料是物质，但不是所有物质都可以称作材料。,朱光亚：材料技术已成为不同工程领域具有共性的关键技术。,一、材料与材料技术,张立同：耐高温长寿命抗氧化陶瓷基复合材料应用技术（“摔不碎的陶瓷”，2004年度国家技术发明一等奖）（视频12345） 。,黄伯云：高性能碳碳航空制动材料制备技术（ 2004年度国家技术发明一等奖）（视频1234567） 。,潘健生：搞好热处理，零件一顶几。,一、材料与材料技术,例1：泰坦尼克号事件（
2、泰坦尼克号遇难有新说） 造船厂使用劣质材料 酿成震惊世界惨祸,劣质铆钉,！,例2：9.11世贸大厦是豆腐渣工程 （阻燃材料、环保材料、钢结构）,造价11亿美元 用钢7.8万吨 110层 411米 历时7年竣工 企业1200家 5万人上班 游客15万人 3000多人丧生 ！,世贸大厦倒塌,一、材料与材料技术,一是用阻燃材料； 二是用绿色环保材料。,高 温,钢梁钢柱严重软化,强度急剧降低,倒 塌,建筑材料燃烧,释放大量有毒烟雾,导致人窒息死亡,解决办法：,45钢室温600 b1/2Al合金室温400 b1/10,一、材料与材料技术,88层 425m 共消耗钢管桩1.8万吨 主楼钢管桩430根(壁厚
3、20mm) 914mm83.5m 裙楼钢管桩632根(壁厚20mm) 609mm47m,例3：上海金茂大厦,一、材料与材料技术,机翼后中段：Ti合金机翼中段：Al、Ti及复合材料机身：主梁、发动机舱用轻金 属、复合材料，其余用碳纤维、 石墨纤维等复合材料，不易反射 雷达波。机翼前缘：全部包覆吸波材料。机体：喷涂吸波油漆。,例4：美国B-2A型战机（伊拉克）每架20亿美元,一、材料与材料技术,例5：未来的航天飞机（复合材料）,主结构用合成材料。航天飞机返回地球时，机身温度超过1000，以前的航天飞机外表面使用碳陶瓷片，在二次飞行期间许多碳陶瓷片需更换，很麻烦。 新的航天飞机外壳用Ni-Cr-Fe
4、合金制造，外层隔热板由一层TiAl合金与一层绝热材料组成。,一、材料与材料技术,例6：磁悬浮列车（超导材料）,一、材料与材料技术,超导磁悬浮列车如何悬浮？在每节车厢的底部安装了超导磁体，路面上埋许多闭合Al环。在超导磁体的线圈中通入电流产生很强的磁场。列车开动后，超导磁体相对于Al环运动，在Al环里感应出强电流，并相应形成强磁场。超导体的完全抗磁性使车上的超导磁体受到地面Al环的向上托力，车速愈快，托力愈大。 当超导体处于一块永久磁Fe的上方时，超导体与磁铁之间产生排斥力，超导体就会悬浮在磁Fe上方。 当车速150km/h，托力大于列车自重，列车浮起。当列车停下时，Al环中无感应电流，不能产生
5、磁场，因此在开车启动和减速停车时有一段时间仍需用车轮在轨道上运行。 上海的磁悬浮线路2002年建成，2003年正式商业运营。时速430km/h 。,例6：磁悬浮列车（超导材料）,一、材料与材料技术,专辑：北京奥运会的新材料（1）,专辑：北京奥运会的新材料（1）,水立方（water cube）17717730米 采用聚四氟乙烯（ETFE）制造外部膜 1. 较好延展性：拉到本身的3 4 倍长都不断裂； 2. 抗压性：充气后，每块膜都能承受1辆汽车的 重量，可抵御暴雨、冰雹、沙尘暴； 3. 耐火性：燃点715，燃烧后无扩散、无烟， 无燃烧物； 4. 自洁性：ETFE膜摩擦系数很小，尘土不容易 粘在上
6、面，自己能雨水洗脸。,国际地理频道纪录片水立方1 2 3,专辑：北京奥运会的新材料（2）,李娜纳米网球拍200克，由碳纤维、塑料、钛组成。,专辑：北京奥运会的新材料（3）,冰背心德国研制，夹层里密布细小的水管，水管中流淌着17的降温液，可抵御高温、保持体能。背心外层隔温性非常好，可有效阻断外部热量，降温效果持久。,专辑：北京奥运会的新材料（4）,以特氟纶纤维制成的鲨鱼皮泳衣，表面模仿了鲨鱼表皮成排的脊柱形小突起，能减少4的阻力，减少5的氧气消耗，成绩提高2。 英国“速比涛”(Speedo)公司的第四代鲨鱼皮LZR Racer，售价7000元人民币，寿命只有6次。,专辑：北京奥运会的新材料（5）
7、,撑高跳女皇 伊辛巴耶娃,专辑：北京奥运会的新材料（6）,杭州产 “HF-5型碳纤维复合材料四人新型赛艇”采用单向碳纤维制造，重量轻、强度高、刚性好，不仅提高了赛艇的安全性，也提高了划船效率。帮助中国四朵金花一举拿下赛艇女子四人双桨的金牌。,专辑：温哥华冬奥会的新材料（1） 电子垃圾铸奖牌,专辑：温哥华冬奥会的新材料（1） 电子垃圾铸奖牌,奖牌直径100mm，厚6mm，重量500576克。每块金牌中有1.5%左右的成分来自于从电子垃圾碎片中提取的金属。,科学美国人网站报道：将计算机、监控器、打印机和玻璃制品等粉碎，随后分离出钢、铝、铜、玻璃和其他有用物质，并将余下的碎片倒入1200高温的熔炉中
8、，以获取那些不能通过简单粉碎提炼出的金属材料。,专辑：温哥华冬奥会的新材料（1） 电子垃圾铸奖牌,速滑竞赛服就在大腿处使用了比普通纤维弹性强数十倍的橡胶材料，可最大程度地减少体力消耗；右胯部以内附着的是“3M”合成纤维，可有效减小摩擦力。 为减少空气阻力，韩国代表团在比赛服的双手及双腿处使用了蜂窝样式的聚氨酯材料。,专辑：温哥华冬奥会的新材料（2） 聚氨酯速滑服,材料、能源和信息并列成为现代科学和现代文明的三大支柱， 材料又是最重要的基础。 材料: 人类生活与社会发展的主要物质基础，其品种、数量和质量是人类文明和社会进步的标志。,一、材料与材料技术,人类使用材料的七个时代,公元前10万年 石器
9、时代公元前3000年 青铜器时代公元前1000年 铁器时代公元0年 水泥时代1800年 钢时代1950年 硅时代(信息时代)1990年 新材料时代,一、材料与材料技术,一、材料与材料技术,湖北江陵楚墓出土越王勾践宝剑,一、材料与材料技术,二、材料的分类与概况,按材料的性能特点分： 1. 结构材料 2. 功能材料,二、材料的分类与概况,按材料的化学属性分:,1. 金属材料,黑色金属：铁及铁基合金材料,有色金属：轻金属、重金属、贵金属、稀有金属,2. 高分子材料：塑料、橡胶、合成纤维和胶粘剂,3. 陶瓷材料：传统陶瓷、特种陶瓷和金属陶瓷,4. 复合材料：树脂基复合材料、金属基复合材料和陶瓷基复合材
10、料,例1 底特律活塞队例2 曼联队例3 浦项制铁队,农业文明：牛、马、羊、土地（农业经济）工业文明：钢、铁 （工业经济）现代文明：纳米等新材料 （知识经济）,汽车中各种材料的大致比例,铝合金5%10%,塑料10%20%,铁合金60%75%,其它,汽车中的轻合金,汽车每减重1kg，1L汽油可多跑0.1km。 车身用Al合金，每车用1kgAl，汽车 2.25kg。 泡沫Al制汽车零件，只有钢重的1/2，刚度却是钢的10倍；绝热性能比Al高95，对800Hz的噪声有很强的消声能力。 汽车若能用70kgMg，CO2减排30。用于壳体可以降低噪声，用于座椅、轮圈可以减振。,汽车中的塑料,汽车减重10，油
11、耗降低68。 塑料在轿车上占车身重1030 汽车中用聚丙烯100kg可替代200300kg其它材料，相应地在15万km的平均寿命里可减少燃料消耗750L。 与钢材相比，聚丙烯保险杠轻10.2kg，发动机罩轻2.2kg，燃料箱轻5kg，宝马M3塑料翼子板减重1.5kg。,福特汽车中使用的材料,汽车发动机和传动系示意图,飞机所用材料比例变化,波音767,亚音速飞机19851995,铝合金 81%,钢14%,钛合金2%,复合材料3%,复合材料65%,钢14%,铝合金 11%,其它10,飞机发动机1kg飞机4kg飞行上限10m航天飞行器1kg运载火箭500kg,飞机用材料,中国的大飞机（总重100t）
12、计划国家中长期科学和技术发展规划之16个重大专项之一 07.2国务院原则通过，08.5中国商用飞机有限公司成立（上海）其中复合材料及Ti合金重量非常关键 复合材料 Ti合金 B787 50 15订单多 空客A350 37 9订单少，不得不修改 新空客A350 53 14订单逐渐增加 尾翼机翼机身（复合材料） （F-22，7重量来源于Ti合金铸件）,导弹壳体用材料,三、材料科学与机械工程,材料科学与工程的四要素,使用性能,制备合成/加工工艺,成分/组织结构,材料固有性能,合理的材料优良的设计合适的加工,优质、适用的机械产品,四、本课程的目的、内容与学习要求,一个关系：成分 组织 结构 性能,两张图：Fe - Fe3C相图（成分、组织） C曲线 （制备、加工）,三种材料：钢、铸铁、有色金属,四种热处理：退火、正火、淬火、回火,进一步延伸为： 三个方面：原理、工艺、应用 四种材料：金属材料、高分子材料、陶瓷材料、复合材料,
