工程材料緒論-精選課件

1、Engineering Materials工 程 材 料主講教師： 王 杰 材料科學(xué)與工程學(xué)院聯(lián)系方式：E-Mail: wangjiealum.imr.acEngineering Materials工 程 材 料主講工程材料課程性質(zhì)和任務(wù)課程性質(zhì)：是非材料專(zhuān)業(yè)工科類(lèi)和近機(jī)類(lèi)專(zhuān)業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)課課程任務(wù)： 了解工程材料的一般知識(shí)； 建立化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)、加工工藝與性能之間的關(guān)系工程材料課程性質(zhì)和任務(wù)課程性質(zhì)：是非材料專(zhuān)業(yè)工科類(lèi)和近機(jī)類(lèi)專(zhuān)教材與課程要求主要參考書(shū)：1. 戴枝榮,工程材料（第二版），高等教育出版社2. 王洪順等, 工程材料實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)，自編教材成績(jī)?cè)u(píng)定：作業(yè)、測(cè)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)、出勤、期末測(cè)驗(yàn)實(shí)

2、驗(yàn)課安排：開(kāi)放實(shí)驗(yàn)（材料實(shí)驗(yàn)中心預(yù)約）答疑安排：每周一次隨機(jī)點(diǎn)名，三次曠課，本門(mén)課成績(jī)以0分計(jì)！教材與課程要求主要參考書(shū)：緒論 材料科學(xué)與材料世界材料的定義與分類(lèi)材料的地位和作用材料科學(xué)與工程的形成和發(fā)展材料的發(fā)展趨勢(shì)緒論 材料科學(xué)與材料世界材料的定義與分類(lèi)材料的地位和作用材 材料的定義與分類(lèi)定義：宇宙間可用于制造有用物品的固態(tài)物質(zhì)統(tǒng)稱(chēng)為材料物質(zhì)材料材料的判據(jù)1資源2能源3環(huán)保4質(zhì)量5經(jīng)濟(jì) 有用的、并能用來(lái)制造物品（件）的物質(zhì) 一般指固態(tài)的，可用于工程上的物質(zhì)工程材料 作為材料科學(xué)研究對(duì)象的材料則主要是那些制造器件或物品的人造物質(zhì) 材料的定義與分類(lèi)定義：宇宙間可用于制造有用物品的固態(tài)物質(zhì)統(tǒng)礦業(yè)

3、及農(nóng)業(yè)科技與工程范疇材料科學(xué)與工程范疇 材料的地位和作用礦業(yè)及農(nóng)業(yè)科技與工程范疇材料科學(xué) 材料的地位和作用 材料的定義與分類(lèi)材料無(wú)處不在人類(lèi)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的材料：“800 ”萬(wàn)種每年新增：“25 ”萬(wàn)種具有實(shí)際工業(yè)價(jià)值的有：“8 ”萬(wàn)種 材料的定義與分類(lèi)材料無(wú)處不在人類(lèi)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的材料：“800 材料的定義與分類(lèi) 材料的定義與分類(lèi)鐵器時(shí)代信息時(shí)代（新材料時(shí)代）石器時(shí)代（石器、陶器 、瓷器)青銅器時(shí)代 材料的地位和作用鐵器時(shí)代信息時(shí)代石器時(shí)代青銅器時(shí)代 材料的地位和作用 材料的地位和作用石器時(shí)代青銅時(shí)代新材料時(shí)代鐵器時(shí)代鋼鐵時(shí)代人類(lèi)利用材料的歷史，就是一部人類(lèi)進(jìn)化和進(jìn)步的歷史 材料的地位和作用石器時(shí)代青

4、銅時(shí)代新材料時(shí)代鐵器時(shí)代鋼第一次工業(yè)革命（18世紀(jì)）制鋼工業(yè)的發(fā)展為蒸汽機(jī)的發(fā)明和應(yīng)用奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)以蒸汽機(jī)和紡織機(jī)的發(fā)明和使用為主要標(biāo)志工業(yè)革命使工廠制代替了手工工場(chǎng)，用機(jī)器代替了手工勞動(dòng) 人類(lèi)社會(huì)從農(nóng)業(yè)文明轉(zhuǎn)向工業(yè)文明第一次工業(yè)革命（18世紀(jì)）制鋼工業(yè)的發(fā)展為蒸汽機(jī)的發(fā)明和應(yīng)用 以電力和內(nèi)燃機(jī)的發(fā)明和使用為主要標(biāo)志,以石油開(kāi)發(fā)和新能源為突破口，大力推進(jìn)了汽車(chē)、飛機(jī)等其他工業(yè)。第二次工業(yè)革命（19世紀(jì)中葉到20世紀(jì)中葉） 世界由“蒸汽時(shí)代”進(jìn)入“電氣時(shí)代”莫爾斯電報(bào)機(jī)發(fā)報(bào) 以電力和內(nèi)燃機(jī)的發(fā)明和使用為主要標(biāo)志,以石油開(kāi)發(fā)和新第三次工業(yè)革命（20世紀(jì)40年代起） 以核能、電子計(jì)算機(jī)、空間技術(shù)和

5、生物工程的發(fā)明和使用為主要標(biāo)志，涉及信息技術(shù)、新能源技術(shù)、新材料技術(shù)、生物技術(shù)、空間技術(shù)和海洋技術(shù)等諸多領(lǐng)域的一場(chǎng)信息控制技術(shù)革命。 是迄今為止人類(lèi)歷史上規(guī)模最大、影響最為深遠(yuǎn)的一次科技革命第三次工業(yè)革命（20世紀(jì)40年代起） 以核能、 材料的地位和作用發(fā)電機(jī)1820年蒸氣機(jī)1763年計(jì)算機(jī)1946年第一次工業(yè)革命 制鋼工業(yè)的發(fā)展為蒸汽機(jī)的發(fā)明和應(yīng)用奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)第二次工業(yè)革命 合金鋼、鋁合金及其他非金屬材料的發(fā)展是此次工業(yè)革命的支撐第三次工業(yè)革命 航空材料不斷進(jìn)步；塑料、合成橡膠、合成纖維的相繼問(wèn)世；單晶硅材料對(duì)電子技術(shù)的發(fā)明和應(yīng)用起到了核心的作用 材料的地位和作用發(fā)1820年蒸1763年計(jì)

6、算機(jī)1946年 材料的地位和作用 縱觀人類(lèi)利用材料的歷史，每一種重要新材料的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用，都把人類(lèi)支配自然的能力提高到一個(gè)新的水平。材料科學(xué)技術(shù)的每一次重大突破都會(huì)引起生產(chǎn)技術(shù)的重大變革，甚至引起一次世界性的技術(shù)革命，大大地加速社會(huì)發(fā)展的進(jìn)程，給社會(huì)生產(chǎn)力和人類(lèi)生活帶來(lái)巨大變革，把人類(lèi)物質(zhì)文明推向前進(jìn)。 材料的地位和作用 縱觀人類(lèi)利用材料的歷史，每一種重 材料的地位和作用圖 例所用材料特 點(diǎn) 世界杯 足球賽 指定用球用32片復(fù)合泡沫材料縫制而成反彈力大，球速快而穩(wěn)定，耐磨。 大屏幕 液晶投 影電視面板用晶體硅制成。 對(duì)比度和清晰度高， 顯示速度快，體積小。DVD錄像機(jī)用DVDRW盤(pán)片存儲(chǔ)節(jié)目體積

7、小，重量輕。仿真手臂用高強(qiáng)度碳纖維復(fù)合材料作手臂骨骼，陶瓷作感知元件碳纖維復(fù)合材料強(qiáng)度高，重量輕，可旋轉(zhuǎn)的腕和手指以及微電機(jī)等安裝在它上面。 材料的地位和作用圖 例所用材料特 點(diǎn) 材料的地位和作用 材料的地位和作用 材料的地位和作用種 類(lèi)使用的主要材料存儲(chǔ)容量特 點(diǎn) 軟盤(pán)氧化鐵磁性材料 1.44 Mb容量小，主要是文本文件的存儲(chǔ)。 CDRW多元合金和以ZnS等為主的陶瓷材料 650 Mb驅(qū)動(dòng)器兼容CD光盤(pán)，光盤(pán)價(jià)低，用量高速增長(zhǎng)。 MO (磁光盤(pán))TbFeCo合金磁光材料 650Mb 1.3G需用專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)器，價(jià)格高，局限在廣告、圖形用戶(hù)。 VDRW多元合金和以ZnS等為主的陶瓷材料單面單層為4

8、.7 Gb驅(qū)動(dòng)器兼容CDRW和CD光盤(pán)集成芯片1G、16G、32G小巧便于攜帶、存儲(chǔ)容量大、價(jià)格便宜、性能可靠。幾種可反復(fù)讀寫(xiě)的移動(dòng)存儲(chǔ)器的比較U盤(pán) 材料的地位和作用種 類(lèi)使用的存儲(chǔ)特 點(diǎn) 軟盤(pán)氧化 材料的地位和作用實(shí) 例材 料強(qiáng)度范圍 MPa比強(qiáng)度MPa/ 壓氣機(jī) 葉片鋁合鈦合金 壓氣機(jī) 機(jī)匣鈦合金350110080245 飛機(jī) 尾翼碳纖維復(fù)合材料10001200（順纖維方向） 625750 硼纖維 鋁合金 板和管硼纖維增強(qiáng)鋁合金1500（順纖維方向）570幾種航空材料的比強(qiáng)度 材料的地位和作用實(shí) 例材 料強(qiáng)度范圍 MPa比強(qiáng)度 材料的地位和作用不同時(shí)期航空發(fā)動(dòng)機(jī)的

9、工作溫度 材料的地位和作用不同時(shí)期航空發(fā)動(dòng)機(jī)的工作溫度 在美國(guó)卡拉維納爾角航天基地待升空的航天飛機(jī)。它是人類(lèi)高技術(shù)的結(jié)晶。它應(yīng)用了成千上萬(wàn)種材料，特別是一些高技術(shù)的新型材料 材料的地位和作用 在美國(guó)卡拉維納爾角航天基地待升空的航天飛機(jī)。它是人一、材料科學(xué)與材料工程的關(guān)系 材料科學(xué)與工程的形成和發(fā)展一、材料科學(xué)與材料工程的關(guān)系 材料科學(xué)與工程的形成和發(fā)展 材料科學(xué)與工程的形成和發(fā)展二、材料科學(xué)與工程的興起 材料科學(xué)與工程的形成和發(fā)展二、材料科學(xué)與工程的興起需求牽引利用新材料和材料改進(jìn)飛機(jī)汽車(chē)減輕自重節(jié)約能源保護(hù)環(huán)境汽車(chē)用高強(qiáng)鋼，可減重24%，強(qiáng)度增加34%需求牽引利用新材料和材料改進(jìn)飛機(jī)節(jié)約能源

10、汽車(chē)用高強(qiáng)鋼，可減重需求牽引需求牽引需求牽引長(zhǎng)征火箭殼體： 鋁合金744Kg；碳纖維401Kg；兩者相比: 碳纖維減重343Kg；射程增加1476Km各種材料在波音787飛機(jī)上的應(yīng)用需求牽引長(zhǎng)征火箭殼體：各種材料在波音787飛機(jī)上的應(yīng)用 材料科學(xué)與工程的形成和發(fā)展四、材料科學(xué)與工程的組成要素合成/制備結(jié)構(gòu)/成分性質(zhì)（性能）使用性能（效能） 材料科學(xué)與工程的形成和發(fā)展四、材料科學(xué)與工程的組成要素合成 材料的發(fā)展趨勢(shì)“9.11”事件與材料紐約世貿(mào)大廈1973年竣工，110層、411m主體鋼架結(jié)構(gòu)(用鋼7.8萬(wàn)噸)墻面由鋁板和玻璃磚組成塔樓坍塌原因:高溫下材料強(qiáng)度迅速降低9.11之后大樓怎么建材結(jié)實(shí)

11、？采用高強(qiáng)、輕質(zhì)材料如何對(duì)付有毒煙霧？用環(huán)保防火材料如何有利逃生？用自發(fā)光材料蓄光型自發(fā)光夜光粉 材料的發(fā)展趨勢(shì)“9.11”事件與材料紐約世貿(mào)大廈塔樓坍塌原可以連續(xù)12年自發(fā)光的材料自發(fā)光樓梯扶手 材料的發(fā)展趨勢(shì)自已會(huì)發(fā)亮的燈可以連續(xù)12年自發(fā)光的材料自發(fā)光樓梯扶手 材料的發(fā)展趨勢(shì)自已 材料的發(fā)展趨勢(shì)現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)武器與材料之一B-2隱形戰(zhàn)略轟炸機(jī)隱身性能源于： 特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 隱身材料的充分利用B-2使用的主要材料： 主梁和發(fā)動(dòng)機(jī)艙輕金屬、復(fù)合材料 其他部分碳纖維和石墨纖維的復(fù)合材料機(jī)翼前緣包覆吸波材料整個(gè)機(jī)體噴涂吸波油漆（XKuP-4）吸波材料 材料的發(fā)展趨勢(shì)現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)武器與材料之一B-2隱形戰(zhàn)略

12、轟炸機(jī)隱 材料的發(fā)展趨勢(shì)現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)武器與材料之二航天飛機(jī)美國(guó)“戰(zhàn)斧”式巡航導(dǎo)彈 燒蝕防熱材料為航天器提供隔熱屏障神州飛船 材料的發(fā)展趨勢(shì)現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)武器與材料之二航天飛機(jī)美國(guó)“戰(zhàn)斧”式99式坦克具備優(yōu)異的防彈外型，其炮塔和車(chē)體均采用復(fù)合裝甲，抗彈能力成倍提高99式坦克 材料的發(fā)展趨勢(shì)現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)武器與材料之三裝甲材料的變遷：厚鋼板合金鋼復(fù)合裝甲英國(guó)“挑戰(zhàn)者”坦克戰(zhàn)車(chē)全重62.54噸，最大速度56千米時(shí)，車(chē)體和炮塔采用“ 喬巴姆”復(fù)合裝甲英國(guó)“挑戰(zhàn)者”坦克99式坦克具備優(yōu)異的防彈外型，其炮塔和車(chē)體均采用復(fù)合裝甲復(fù)合裝甲的在對(duì)抗碎甲彈、破甲彈、穿甲彈時(shí)，其防護(hù)力較傳統(tǒng)鋼裝甲有了顯著的提高復(fù)合裝甲的在對(duì)抗碎甲彈、破甲彈、穿甲彈時(shí)，其防護(hù)力較傳統(tǒng)鋼裝 材料的發(fā)展趨勢(shì)金屬、陶瓷、聚合物和復(fù)合材料將平分秋色新材料技術(shù)出現(xiàn)群體性突破納米技術(shù)是前沿技術(shù)中最具前瞻性和帶動(dòng)性的領(lǐng)域之一光電子材料、光子材料將成為發(fā)展最快和最有前途的電子信息材料新型功能材料（超導(dǎo)材料、智能材料、生物醫(yī)用材