工程材料概论优秀PPT.ppt

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1、工程材料概论你现在浏览的是第一页，共40页课程性质：课程性质：面向全校面向全校非非机械专业本科生开设的通识教育选修课机械专业本科生开设的通识教育选修课开设目的及内容：开设目的及内容：建立材料科学与工程的基本概念，了解其在经济社会发展中的作用；建立材料科学与工程的基本概念，了解其在经济社会发展中的作用；了解材料的共性规律与特点，建立从材料设计、组织控制、制备加工到性能评价了解材料的共性规律与特点，建立从材料设计、组织控制、制备加工到性能评价与工程应用的概念体系；与工程应用的概念体系；基本掌握工程材料的基本分类方法及常用工程材料的性能和用途；基本掌握工程材料的基本分类方法及常用工程材料的性能和用途

2、；进度与安排：进度与安排：共共1616学时（学时（1818周）周）课课 程程 简简 介介你现在浏览的是第二页，共40页第一讲第一讲 材料科学与材料世界材料科学与材料世界材料的定义与分类材料的定义与分类材料的地位和作用材料的地位和作用材料科学与工程的形成和发展材料科学与工程的形成和发展材料的发展趋势材料的发展趋势你现在浏览的是第三页，共40页 材料的定义与分类材料的定义与分类定义：定义：宇宙间可用于制造有用物品的固态物质统称为宇宙间可用于制造有用物品的固态物质统称为材料材料材料材料物质物质材料材料材料材料的的判据判据1资源资源资源资源2能源能源能源能源3环保环保环保环保4质量质量质量质量5经济经

3、济经济经济 有用的、并能用来制造物品（件）的物质有用的、并能用来制造物品（件）的物质 一般指固态的，可用于工程上的物质一般指固态的，可用于工程上的物质工程材料工程材料工程材料工程材料 作为材料科学研究对象的材料则主要是那些制造器件或物作为材料科学研究对象的材料则主要是那些制造器件或物品的人造物质品的人造物质你现在浏览的是第四页，共40页矿业及农业科技与工矿业及农业科技与工程范畴程范畴材料科学材料科学与工程范畴与工程范畴 材料的地位和作用材料的地位和作用你现在浏览的是第五页，共40页 材料的定义与分类材料的定义与分类定义：定义：宇宙间可用于制造有用物品的固态物质统称为宇宙间可用于制造有用物品的固

4、态物质统称为材料材料材料材料物质物质材料材料材料材料的的判据判据1资源资源资源资源2能源能源能源能源3环保环保环保环保4质量质量质量质量5经济经济经济经济 有用的、并能用来制造物品（件）的物质有用的、并能用来制造物品（件）的物质 一般指固态的，可用于工程上的物质一般指固态的，可用于工程上的物质工程材料工程材料工程材料工程材料 作为材料科学研究对象的材料则主要是那些制造器件作为材料科学研究对象的材料则主要是那些制造器件或物品的人造物质或物品的人造物质你现在浏览的是第六页，共40页 材料的定义与分类材料的定义与分类材料无处不在材料无处不在人类已经发现的材料：人类已经发现的材料：“800800”万种

5、万种每年新增：每年新增：“2525”万种万种具有实际工业价值的有：具有实际工业价值的有：“8 8”万种万种你现在浏览的是第七页，共40页 材料的定义与分类材料的定义与分类你现在浏览的是第八页，共40页铁器时代铁器时代信息时代信息时代（新材料时代）石器时代石器时代（石器、陶器、瓷器)青铜器时代青铜器时代 材料的地位和作用材料的地位和作用你现在浏览的是第九页，共40页 材料的地位和作用材料的地位和作用石器时代石器时代青铜时代青铜时代新材料时代新材料时代铁器时代铁器时代钢铁时代钢铁时代人类利用材料的历史，就是一部人类进人类利用材料的历史，就是一部人类进人类利用材料的历史，就是一部人类进人类利用材料的

6、历史，就是一部人类进化和进步的历史化和进步的历史化和进步的历史化和进步的历史你现在浏览的是第十页，共40页第一次工业革命（第一次工业革命（1818世纪）世纪）制钢工业制钢工业的发展为蒸汽机的发明和应用奠定了物质基础的发展为蒸汽机的发明和应用奠定了物质基础以以蒸汽机蒸汽机和和纺织机纺织机的发明和使用为主要标志的发明和使用为主要标志工业革命使工厂制代替了手工工场，用工业革命使工厂制代替了手工工场，用机器机器代替了手工代替了手工劳动劳动 人类社会从农业人类社会从农业文明转向工业文明文明转向工业文明你现在浏览的是第十一页，共40页 以以电力电力和和内燃机内燃机的发明和使用为主要标志的发明和使用为主要标

7、志,以石油开发和新能源以石油开发和新能源为突破口，大力推进了汽车、飞机等其他工业。为突破口，大力推进了汽车、飞机等其他工业。第二次工业革命（第二次工业革命（1919世纪中叶到世纪中叶到2020世纪中叶）世纪中叶）世界由世界由“蒸汽时代蒸汽时代”进入进入“电气时代电气时代”莫尔斯电报机发报你现在浏览的是第十二页，共40页第三次工业革命（第三次工业革命（2020世纪世纪4040年代起）年代起）以以核能核能、电子计算机电子计算机、空间技术空间技术和和生物工程生物工程的发明和使用的发明和使用为主要标志，涉及信息技术、新能源技术、新材料技术、生物技术、为主要标志，涉及信息技术、新能源技术、新材料技术、生

8、物技术、空间技术和海洋技术等诸多领域的一场空间技术和海洋技术等诸多领域的一场信息控制技术革命信息控制技术革命。是迄今为止人类是迄今为止人类历史上规模最大、历史上规模最大、影响最为深远的一影响最为深远的一次科技革命次科技革命你现在浏览的是第十三页，共40页 材料的地位和作用材料的地位和作用发发电电机机1820年年蒸蒸气气机机1763年年计计算算机机1946年年第一次工业革命第一次工业革命 制钢工业制钢工业的发展为蒸汽机的发明的发展为蒸汽机的发明和应用奠定了物质基础和应用奠定了物质基础第二次工业革命第二次工业革命 合金钢、铝合金及其他非金属材合金钢、铝合金及其他非金属材料料的发展是此次工业革命的支

9、撑的发展是此次工业革命的支撑第三次工业革命第三次工业革命 航空材料不断进步；航空材料不断进步；塑料、合成橡塑料、合成橡胶、合成纤维胶、合成纤维的相继问世；的相继问世；单晶硅单晶硅材料对电子技术的发明和应用起到材料对电子技术的发明和应用起到了核心的作用了核心的作用你现在浏览的是第十四页，共40页 材料的地位和作用材料的地位和作用 纵观人类利用材料的历史可以清楚地看到，每一种纵观人类利用材料的历史可以清楚地看到，每一种纵观人类利用材料的历史可以清楚地看到，每一种纵观人类利用材料的历史可以清楚地看到，每一种重要新材料的发现和应用，都把人类支配自然的能力提重要新材料的发现和应用，都把人类支配自然的能力

10、提重要新材料的发现和应用，都把人类支配自然的能力提重要新材料的发现和应用，都把人类支配自然的能力提高到一个新的水平。材料科学技术的每一次重大突破都高到一个新的水平。材料科学技术的每一次重大突破都高到一个新的水平。材料科学技术的每一次重大突破都高到一个新的水平。材料科学技术的每一次重大突破都会引起生产技术的重大变革，甚至引起一次世界性的技会引起生产技术的重大变革，甚至引起一次世界性的技会引起生产技术的重大变革，甚至引起一次世界性的技会引起生产技术的重大变革，甚至引起一次世界性的技术革命，大大地加速社会发展的进程，给社会生产力和术革命，大大地加速社会发展的进程，给社会生产力和术革命，大大地加速社会

11、发展的进程，给社会生产力和术革命，大大地加速社会发展的进程，给社会生产力和人类生活带来巨大变革，把人类物质文明推向前进。人类生活带来巨大变革，把人类物质文明推向前进。人类生活带来巨大变革，把人类物质文明推向前进。人类生活带来巨大变革，把人类物质文明推向前进。你现在浏览的是第十五页，共40页 材料的地位和作用材料的地位和作用图图 例例所用材料所用材料特特 点点世界杯 足球赛 指定用球用32片复合泡沫材料缝制而成反弹力大，球速快而稳定，耐磨。大屏幕 液晶投 影电视面板用晶体硅制成。对比度和清晰度高，显示速度快，体积小。DVD录像机用DVDRW盘片存储节目体积小，重量轻。仿真手臂用高强度碳纤维复合材

12、料作手臂骨骼，陶瓷作感知元件碳纤维复合材料强度高，重量轻，可旋转的腕和手指以及微电机等安装在它上面。你现在浏览的是第十六页，共40页 材料的地位和作用材料的地位和作用你现在浏览的是第十七页，共40页 材料的地位和作用材料的地位和作用种种 类类使用的使用的主要材料主要材料存储存储容量容量特特 点点 软盘软盘氧化铁氧化铁磁性材料磁性材料 1.44 Mb容量小，主要是文本文件的存储。CDRW多元合金和以多元合金和以ZnS等等为主的陶瓷材料为主的陶瓷材料 650 Mb驱动器兼容CD光盘，光盘价低，用量高速增长。MO (磁光盘磁光盘)TbFeCo合金磁光材合金磁光材料料 650Mb 1.3G需用专用驱动

13、器，价格高，局限在广告、图形用户。VDRW多元合金和以多元合金和以ZnS等等为主的陶瓷材料为主的陶瓷材料单面单层为单面单层为4.7 Gb驱动器兼容CDRW和CD光盘集成芯片集成芯片1G、16G、32G小巧便于携带、存储容量大、价格便宜、性能可靠。几种可反复读写的移动存储器的比较几种可反复读写的移动存储器的比较U盘盘你现在浏览的是第十八页，共40页 材料的地位和作用材料的地位和作用实例材料强度范围MPa 比强度MPa压气机叶片铝合金15045055160钛合金压气机机匣钛合金350110080245飞机尾翼碳纤维复合材料10001200（顺纤维方向）625750硼纤维铝合金板和管硼纤维增强铝合金

14、1500（顺纤维方向）570几种航空材料的比强度几种航空材料的比强度你现在浏览的是第十九页，共40页 材料的地位和作用材料的地位和作用不同时期航空发动机的工作温度不同时期航空发动机的工作温度你现在浏览的是第二十页，共40页在美国卡拉维纳尔角航天基地待升空的航天飞机（穿梭机）。它是人类高技术的结晶。它应用了成千上万种材料成千上万种材料，特别是一些高技术的新型材料 材料的地位和作用材料的地位和作用你现在浏览的是第二十一页，共40页挑战者号失事挑战者号失事 失事原因失事原因失事原因失事原因右侧固体火箭助右侧固体火箭助右侧固体火箭助右侧固体火箭助推器连接处因设推器连接处因设推器连接处因设推器连接处因设

15、计上的缺陷和气计上的缺陷和气计上的缺陷和气计上的缺陷和气温过低、温过低、温过低、温过低、密封垫密封垫密封垫密封垫圈失效圈失效圈失效圈失效引起的。引起的。引起的。引起的。你现在浏览的是第二十二页，共40页材料是现代文明的基石材料是现代文明的基石 材料的地位和作用材料的地位和作用你现在浏览的是第二十三页，共40页一、材料科学与工程一、材料科学与工程（MSEMSE）的定义的定义材料科学：材料科学：材料科学：材料科学：研究各种材料的成分、结构、制备加工研究各种材料的成分、结构、制备加工 工艺与性能之间的关系工艺与性能之间的关系材料工程：材料工程：材料工程：材料工程：研究材料在制备、处理加工过程中的研究

16、材料在制备、处理加工过程中的 工艺和各种工程问题工艺和各种工程问题 材料科学与工程的形成和发展材料科学与工程的形成和发展你现在浏览的是第二十四页，共40页一、材料科学与材料工程的关系一、材料科学与材料工程的关系 材料科学与工程的形成和发展材料科学与工程的形成和发展你现在浏览的是第二十五页，共40页 材料科学与工程的形成和发展材料科学与工程的形成和发展二、材料科学与工程二、材料科学与工程（MSEMSE）的兴起的兴起你现在浏览的是第二十六页，共40页1 1、需求牵引、需求牵引利用新材料和材料改进利用新材料和材料改进飞机飞机汽车汽车减轻减轻自重自重节约能源节约能源保护环境保护环境汽车用高强钢，可减重

17、汽车用高强钢，可减重24%，强度增加，强度增加34%你现在浏览的是第二十七页，共40页1 1、需求牵引、需求牵引你现在浏览的是第二十八页，共40页1 1、需求牵引、需求牵引长征火箭壳体：长征火箭壳体：铝合金铝合金744Kg744Kg；碳纤维；碳纤维401Kg401Kg；两者相比两者相比:碳纤维减重碳纤维减重343343KgKg；射程增加；射程增加14761476KmKm各种材料在波音各种材料在波音787787飞机上的应用飞机上的应用你现在浏览的是第二十九页，共40页2 2、科学驱动、科学驱动固体物理、无机化学固体物理、无机化学有机化学、物理化学有机化学、物理化学材料本身的研究材料本身的研究大大

18、加强大大加强材料科学冶金学、金属学、陶瓷冶金学、金属学、陶瓷学、高分子学等学、高分子学等物资结构和物性物资结构和物性金属材料、高分子材料、陶瓷材料亦自成体系；金属材料、高分子材料、陶瓷材料亦自成体系；复合材料的学科体系正在形成复合材料的学科体系正在形成各类材料的研究设备与生产手段有颇多共同之处各类材料的研究设备与生产手段有颇多共同之处许多不同类型的材料可以相互代替和补充；许多不同类型的材料可以相互代替和补充；复合材料在多数情况下是不同类型材料的组合复合材料在多数情况下是不同类型材料的组合你现在浏览的是第三十页，共40页 材料科学与工程的形成和发展材料科学与工程的形成和发展三、材料科学与工程三、

19、材料科学与工程（MSEMSE）的特点的特点是多学科交叉，包括物理学、化学、冶金学、金属学、是多学科交叉，包括物理学、化学、冶金学、金属学、陶瓷学、高分子化学及计算科学等陶瓷学、高分子化学及计算科学等是一种与实际使用结合非常紧密的科学是一种与实际使用结合非常紧密的科学是一个正在发展中的科学是一个正在发展中的科学你现在浏览的是第三十一页，共40页 材料科学与工程的形成和发展材料科学与工程的形成和发展四、材料科学与工程的组成要素四、材料科学与工程的组成要素合成合成/制备制备结构结构/成分成分性质（性能）性质（性能）使用性能（效能）使用性能（效能）你现在浏览的是第三十二页，共40页 材料的发展趋势材料

20、的发展趋势“9.11”“9.11”事件与材料事件与材料纽约世贸大厦纽约世贸大厦1973年竣工，110层、411m主体钢架结构(用钢7.8万吨)墙面由铝板和玻璃砖组成塔楼坍塌原因塔楼坍塌原因:高温下材料强度迅速降低高温下材料强度迅速降低9.119.11之后大楼怎么建材结实？之后大楼怎么建材结实？采用高强、轻质材料采用高强、轻质材料如何对付有毒烟雾？如何对付有毒烟雾？用环保防火材料用环保防火材料如何有利逃生？如何有利逃生？用自发光材料用自发光材料蓄光型自发光夜光粉你现在浏览的是第三十三页，共40页可以连续可以连续12年自发光的材料年自发光的材料自发光楼梯扶手 材料的发展趋势材料的发展趋势自已会发亮

21、的灯自已会发亮的灯你现在浏览的是第三十四页，共40页 材料的发展趋势材料的发展趋势现代战争武器与材料之一现代战争武器与材料之一B-2隐形战略轰炸机隐身性能源于：隐身性能源于：特殊的结构设计特殊的结构设计 隐身材料的充分利用隐身材料的充分利用B-2B-2使用的主要材料：使用的主要材料：主梁和发动机舱主梁和发动机舱轻金属、复合材料轻金属、复合材料 其他部分其他部分碳纤维和石墨纤维的复合材料碳纤维和石墨纤维的复合材料机翼前缘机翼前缘包覆吸波材料包覆吸波材料整个机体整个机体喷涂吸波油漆喷涂吸波油漆（XKuP-4）吸波材料你现在浏览的是第三十五页，共40页 材料的发展趋势材料的发展趋势现代战争武器与材料

22、之二现代战争武器与材料之二航天飞机美国“战斧”式巡航导弹 烧蚀防热材料为航天器烧蚀防热材料为航天器烧蚀防热材料为航天器烧蚀防热材料为航天器提供隔热屏障提供隔热屏障提供隔热屏障提供隔热屏障神州飞船你现在浏览的是第三十六页，共40页99式坦克式坦克具备优异的防弹外型，其炮塔和车体均采用复合装甲，抗弹能力成倍提高99式坦克式坦克 材料的发展趋势材料的发展趋势现代战争武器与材料之三现代战争武器与材料之三装甲材料的变迁：装甲材料的变迁：厚厚钢钢板板合合金金钢钢复复合合装装甲甲英国英国“挑战者挑战者”坦克坦克战车全重62.54吨，最大速度56千米时，车体和炮塔采用“乔巴姆”复合装甲英国英国“挑战者挑战者”

23、坦克坦克你现在浏览的是第三十七页，共40页 材料的发展趋势材料的发展趋势金属、陶瓷、聚合物和复合材料将平分秋色金属、陶瓷、聚合物和复合材料将平分秋色新材料技术出现群体性突破新材料技术出现群体性突破纳米技术是前沿技术中最具前瞻性和带动性的领域之一纳米技术是前沿技术中最具前瞻性和带动性的领域之一光电子材料、光子材料将成为发展最快和最有前途的电子信光电子材料、光子材料将成为发展最快和最有前途的电子信息材料息材料新型功能材料（超导材料、智能材料、生物医用材料）及其应新型功能材料（超导材料、智能材料、生物医用材料）及其应用技术面临新的突破用技术面临新的突破新型结构材料（高温合金、难熔金属、金属间化合物、金新型结构材料（高温合金、难熔金属、金属间化合物、金属基复合材料、高分子材料、钛合金、镁合金）发展前景乐属基复合材料、高分子材料、钛合金、镁合金）发展前景乐观观你现在浏览的是第三十八页，共40页 材料的发展趋势材料的发展趋势材料的可持续发展战略：材料的可持续发展战略：建立生态工业园区建立生态工业园区研究与开发生态环境材料研究与开发生态环境材料金属材料资源危机，传统材料面临挑战金属材料资源危机，传统材料面临挑战节约原材料节约原材料探索代用品探索代用品政策导向政策导向以质补量以质补量你现在浏览的是第三十九页，共40页你现在浏览的是第四十页，共40页