1、 新材料导论 1 材料与人类社会.2. 超塑性材料与成型3 高分子材料及其应用.4. 复合材料及其应用5. 陶瓷材料及其应用6. 纳米材料及其应用7. 新型汽车材料8 新型功能材料.主 讲：张 菁材料工程教研室1Introduction to Advanced Materials 新材料导论 第一讲 材料与人类社会首先要回答一个问题： 为什么要认识材料？2Introduction to Advanced Materials材料与人类社会先看几个例子重型车桥壳3Introduction to Advanced Materials材料与人类社会1. 材料在人类发展中的作用a人类利用材料的历史源远流
2、长。a人们按照在使用中占主导地位的材料划分历史：a石器时代 陶器 青铜器 铁器 钢铁（资本主义大工业时期）合成材料（ 20世纪）复合材料（ 20世纪 40年代）4Introduction to Advanced MaterialsU1幻灯片 4U1 人类利用的材料的历史，溯来源远流长。人类最早使用的工具-石器，就是一种最早的天然陶瓷材料，大约在公元前5000年，人类发明用 粘土烧成陶器，同时在烧陶过程中又还原出金属铜和锡，创造了炼铜技术，从而进入青铜器时代，5000年前发明炼铜技术。而现在被认为是材料的 一重要发展方展方向的复合材料，其实在很久以前就已再出现，人类在6000年前就知道用稻草和泥
3、巴混合垒墙，这是早期人工制备的复合材料；5000年前中东地区曾用芦苇增强沥青造船；我国越王剑是古代金属基复合材料的代表，它采用金属包层复合材料，不仅光亮锋利，且韧性和 耐蚀性优异，在地下埋藏几千年，出土时仍然寒光夺目，锋利无比。如果说19世纪是机械世纪，20世纪是电子时代，那么21世纪将是光子时代 。也有人认为21世纪将是生物、信息和材料的世纪。User, 2007-3-4金属高分子材料复合材料陶瓷工程材料历史随时间推移的相对重要性示意图（时间是非线形的）材料与人类社会1. 材料在人类发展中的作用冶炼技术铜的冶炼包括采矿、冶炼、熔铸等主要工序。6古埃及人利用燃烧冶炼铜壁画用木炭烧炼铜矿石，产生
4、 CO还原析出铜u4幻灯片 6u4 青铜冶炼成为冶炼技术的萌芽，包括采矿、冶炼、熔铸等主要工序。user, 2008-3-4材料与人类社会1. 材料在人类发展中的作用合金配制及合金强化规律周礼 考工记：金有六齐(同“剂”)：六分其金而锡居一，谓之钟鼎之齐；五分其金而锡居一，谓之斧斤之齐；四分其金而锡居一，谓之戈戢之齐；三分其金而锡居一，谓之大刃之齐；五分其金而锡居二，谓之削杀矢之齐；金锡半，谓之鉴燧 su之齐。“六齐”规则。是世界上最早的关于合金配比的科学文献微软用户2a1幻灯片 7微软用户2 考工记又称周礼 冬宫考工记，作者不详，可能是多人所著，成书于春秋战国时代。它记述了中国先秦时期的科学
5、技术知识和手工业技术水平，涉及到木工、金工、制造、冶炼等30个工种，书中所阐述的科学道理包含了物理学中的力学、声学、热学等方面的知识。考工记将商周以来积累的冶金知识归纳为“金有六齐”，这是已知世界上最早的青铜合金配置法则，它揭示了青铜机械性能随锡含量变化的规律。微软用户, 2007-3-3a1 古代中国人发明了复合材料金属兵器制造技术，能够用两种不同性能的合金铸造既锋利又不易折断的剑。他们首先用低锡青铜铸造韧性良好的剑芯（兵器专家称为剑脊），再用高锡青铜包裹剑芯进行第二次铸造，形成坚硬耐磨的锋刃（专家们称为剑肩）。上海博物馆的科学家曾对这种特殊的剑作合金成份分析，发现剑芯含铜约，含锡约；剑的锋
6、刃含铜约，含锡约。a, 2007-3-5材料与人类社会 当历史进入20世纪下半叶开始的新技术革命时代后，新材料已成为各个高科技领域发展的奠基石、推进器与突破口。 没有新材料的开发应用，便谈不上科学繁荣、技术创新、新品开拓和产业进步， 自然也就谈不上人类社会的发展与人高功率电弧炉类文明的提升了。8高功率电弧炉材料与人类社会1. 材料在人类发展中的作用 材料是人类社会发展的基础和先导， 是人类社会进步的里程碑和划时代的标志。 材料和能源、信息被称为人类社会的 “ 三大支柱 ” 。“ ” 。在高科技发展的今天，材料还重要吗？9材料的产值在我国 GDP中占 1/3材料与人类社会2. 材料的定义首先，哪
7、些是材料呢？什么是材料？材料是人类用于制造物品、器件、构件、机器或其它产品的物质。材料的特性总是和一定的用途相联系；可以由 一 种或若干种物质构成；10Introduction to Advanced Materials可以由 种或若干种物质构成；在自然界中存在同素异构，如金刚石和石墨都是碳组成，但金刚石最硬、绝缘，石墨最软的固态物质、导电。微软用户3幻灯片 10微软用户3 总是和一定的用途相联系；可以由一种或若干种物质构成；在自然界中存在同素异构，如金刚石和石墨都是碳组成，但金刚石最硬、绝缘，石墨最软的固态物质、导电。微软用户, 2007-9-4材料与人类社会3. 材料的分类按物理、化学属性
8、分金属（Metals）非金属（non-ferrous）高分子化合物（Polymers）复合材料（Composites）11Introduction to Advanced Materialsa5幻灯片 11a5 金属（Metals）:金属中含有大量可以自由移动的电子。因此金属是热和电的良导体。此外金属具有良好的强度与延展性以及金属光泽。陶瓷（Ceramics）:陶瓷通常由金属与非金属元素化合而成，一般含有氧化物、氮化物与碳化物。陶瓷一般都是绝缘体而且比较耐热。高分子化合物（Polymers）：通常是基于碳、氢的有机化合物。他们的分子结构都非常巨大。通常密度较低，在高温下不稳定。半导体（Semi
9、conductors）：半导体在电学性能上有介于导体与半导体之间的性能。这些性能极大的取决于其中所掺的杂质。复合材料（Composites）：有多种材料复合而成。玻璃纤维，有玻璃与聚合体组成，是一个例子。混凝土和聚合板是另一些常见的复 合材料。许多新材料包括陶瓷、光纤材料都是复合材料。a, 2007-3-6材料与人类社会无机非金属材料金属材料按组成与电子信息材料航空航天材料无机非金属材料高分子材料复合材料按组成与结构划分按用途划分航空航天材料能源材料复合材料生物医用材料按性能划分结构材料按应用与传统材料按性能划分功能材料按应用与发展划分新材料12新材料u6幻灯片 12u6 金属（Metals）
10、:金属中含有大量可以自由移动的电子。因此金属是热和电的良导体。此外金属具有良好的强度与延展性以及金属光泽。陶瓷（Ceramics）:陶瓷通常由金属与非金属元素化合而成，一般含有氧化物、氮化物与碳化物。陶瓷一般都是绝缘体而且比较耐热。高分子化合物（Polymers）：通常是基于碳、氢的有机化合物。他们的分子结构都非常巨大。通常密度较低，在高温下不稳定。半导体（Semiconductors）：半导体在电学性能上有介于导体与半导体之间的性能。这些性能极大的取决于其中所掺的杂质。复合材料（Composites）：有多种材料复合而成。玻璃纤维，有玻璃与聚合体组成，是一个例子。混凝土和聚合板是另一些常见的
11、复 合材料。许多新材料包括陶瓷、光纤材料都是复合材料。user, 2008-3-4材料与人类社会3. 材料的分类科技界，常分为结构材料和功能材料传统材料和新型材料结构材料以力学性能为基础，制造受力构件13材料与人类社会4. 材料的发展趋势用新技术对现有材料的更新、改造依然是关注的重点；发展新材料技术及其产业化将是21世纪经济发展的支柱性产业，并对其它高技术起先导、带动作用；重视材料制备、使用到废弃整个寿命周期中，与资源、能源和生态环境的协调性，发展生态环境材料，实现材料的可持续发展。14a8幻灯片 14a8 金属（Metals）:金属中含有大量可以自由移动的电子。因此金属是热和电的良导体。此外
12、金属具有良好的强度与延展性以及金属光泽。陶瓷（Ceramics）:陶瓷通常由金属与非金属元素化合而成，一般含有氧化物、氮化物与碳化物。陶瓷一般都是绝缘体而且比较耐热。高分子化合物（Polymers）：通常是基于碳、氢的有机化合物。他们的分子结构都非常巨大。通常密度较低，在高温下不稳定。半导体（Semiconductors）：半导体在电学性能上有介于导体与半导体之间的性能。这些性能极大的取决于其中所掺的杂质。复合材料（Composites）：有多种材料复合而成。玻璃纤维，有玻璃与聚合体组成，是一个例子。混凝土和聚合板是另一些常见的复 合材料。许多新材料包括陶瓷、光纤材料都是复合材料。a, 200
13、7-3-615B-777上用的先进材料材料与人类社会塑料 10%-20%其它铝合金 5%-10%铁合金 60%-75%15% 20%低合金高强钢-16汽车材料：价廉，易成形，长寿，高可靠性，低油耗，低污染，便于回收 。路面阻力5%汽车减重效果：空气阻力车轻量化40%18%每减重 91Kg提高热效率 37%材料与人类社会塑料技术在汽车和车用部件生产中的应用汽车业的高速发展，带动了国内塑料和复合材料的发展 ,2010年达到a72.2万吨。a 美国从1997年到2004年单车塑料用量由76Kg提高到117Kg,增幅达54%。北美汽车中塑料用量占整车质量10%，欧洲轿车塑料用量占14.5%。a 由于轻
14、量化与环保已成为车用塑料发展的主要方向，未来10年轿车自身重量还将继续减轻 20%。a 工程塑料及复合材料等轻量化材料的开发和利用将发挥重大作用，塑料在汽车中的应用范围也正在由内装件向外装件、车身和结构件扩展 。18。材料与人类社会a2007-2008年度中国新材料产业发展研究成果a新材料 与信息技术、生物技术构成当今世界高新技术的三大支柱，是国家经济发展和产业升级的重要推动力。a中国新材料产业将成为高新技术产业中的全新发展。19材料与人类社会5. 新材料的领域 结构材料 有机 /高分子材料 纳米材料、生物材料 复合材料 半导体材料20Introduction to Advanced Mate
15、rials材料与人类社会5. 新材料的领域新材料产业”十一五”规划将重点发展l7类新材料 硅基微纳电子材料，满足集成电路需求 半导体固体照明工程材料与器件 平板显示材料与器件21Introduction to Advanced Materials材料与人类社会5. 新材料的领域新材料产业”十一五”规划将重点发展l7类新材料 此外，”十一五”我国还将发展 光电子材料全固态激光材料 稀土功能材料 功能陶瓷材料 超级钢材材料与技术 航空航天用关键材料22Introduction to Advanced Materials 核能工程材料材料与人类社会5. 新材料的领域新材料产业”十一五”规划将重点发展l7类新材料。 高速铁路以及汽车用材料 新型能源材料生物医用材料 生态环境材料 海水淡化材料与技术 纳米材料与技术以及超导材料23Introduction to Advanced Materialsjzh2jzh3
