材料科学与工程的科学内涵.doc
《材料科学与工程的科学内涵.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《材料科学与工程的科学内涵.doc(12页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、材料科学与工程的科学内涵材料0903 200922082 侯雪原材料科学与工程简称MSE是Materials Science And Technology的缩写,属于国家一级学科。提纲:1、社会经济的发展与材料科学与工程学科演变之间的关系2、材料科学与材料工程学科是伴随着社会发展对材料研究的需要而形成和发展的.3、材料科学与工程科学内涵一, 社会经济的发展与材料科学与工程学科演变之间的关系在人类社会的发展过程中,材料的发展水平始终是时代进步和社会文明的标志。人类和材料的关系不仅广泛密切,而且非常重要.事实上,人类文明的发展史,就是一部如何更好地利用材料和创造材料的历史.同时,材料的不断创新和发
2、展,也极大地推动了社会经济的发展.在当代,材料、能源、信息是构成社会文明和国民经济的三大支柱,其中材料更是科学技术发展的物质基础和技术先导.以下从三个方面来分析社会经济发展与材料科学与工程学科发展之间的密切关系。1。 社会经济的发展对材料学科的发展始终发挥着巨大的推动作用材料是人类社会进步的象征,也是社会经济发展的结果.传统材料不仅为现代社会大量使用,同时在高新技术的推动和社会经济发展的要求下,其性能不断提高,满足了不同层次的社会需求.近代的两次工业革命,给社会创造出巨大的财富,促进了社会经济的巨大发展。随着石油天然气的广泛应用,促进了高分子材料产品的石化工业迅速发展,于20世纪30年代形成了
3、高分子学科,高分子材料发展至今,已经渗透到人类社会生活的方方面面。进入21世纪以后,新时期国民经济可持续发展对高分子材料的发展提出了更高的要求。在材料科学与工程学科领域中,高分子学科与金属材料学科、无机非金属学科并列成为材料学科的重要分支。传统材料不仅为现代社会大量使用,同时在高新技术的推动和社会经济发展的要求下,其性能不断提高,满足了不同层次的社会需求。近代的两次工业革命,给社会创造出巨大的财富,促进了社会经济的巨大发展。随着石油天然气的广泛应用,促进了高分子材料产品的石化工业迅速发展,于20世纪30年代形成了高分子学科,高分子材料发展至今,已经渗透到人类社会生活的方方面面。进入21世纪以后
4、,新时期国民经济可持续发展对高分子材料的发展提出了更高的要求.在材料科学与工程学科领域中,高分子学科与金属材料学科、无机非金属学科并列成为材料学科的重要分支。当今社会正处于信息时代。这场始于20世纪中叶的信息革命,是人类科学技术上的一次重大飞跃,它对人类社会产生了深远影响,信息时代的快速发展和信息产业的巨大增长,给材料学科带来了史无前例的推动和促进作用。总之,自从有了人类社会的历史以来,社会经济的发展对材料学科的发展始终发挥着巨大的推动作用.2. 材料科学与工程学科的发展对社会进步产生的巨大影响材料科学与工程学科有着丰富的内涵,不仅包括金属、陶瓷等传统的结构材料,而且包含了具有众多特殊性能和用
5、途的功能材料.材料科学与工程的学科内涵和人才培养与社会经济发展的水平具有密切的关系.20世纪60年代以来,随着材料工程技术的迅猛发展,材料已经不仅在种类上得到拓展,而且在包括光、声、电、磁、力、超导、高塑,以及超强、超硬、耐高温等机能与性能上获得极大的扩展与深度发掘。此类新材料的出现,推进了高技术产品的智能化与微型化,从而极大地影响着人类的现代生活、社会结构与文化价值。新材料与新能源,以及新材料与新能源中的高新技术的发展,正在极大地丰富着人类的物质与精神生活。材料与能源是人类文明的奠基石。材料是支承工业生产与工业技术的物质基础。在现代社会的经济生活中,诸多高新技术产品都是与新材料技术的发展密切
6、相关.新材料技术已经成为一个国家工业水平与技术能力的一个十分重要的标志。在现代经济结构中,新材料技术在国家发展中的战略意义是不容忽视的。20世纪80年代出现的新技术革命,把新材料、信息技术、生物技术并列为新技术革命的重要标志。子报告中举例说明了材料学科的发展对20世纪文明发展的重要性以及对20世纪社会经济的巨大推动作用。3。 社会经济及其他相关学科的发展与材料学科发展之间的关系材料是一门实用的直接的科学和技术,所以,社会经济发展的需求,总是对材料的研究和发展产生了巨大的推动和牵引作用.一般来说,材料的基础研究和带有明确目的的开发性研究都各有它们的价值。它们的效用有长有短,在实际生产上的体现有快
7、有慢,但有一点是相同的,那就是要不断探索.材料的应用研究一旦成功,即一种材料诞生之后,它的应用价值和市场开发可以产生较大的辐射作用。现在的材料科学与工程学科是多学科性的,由于材料的应用越来越广泛,并渗透到各行业,许多领域都与材料的制备、性质、应用等密切相关,使得材料成为机械、电子、化工、建筑、能源、生物、冶金、交通运输、信息科技等行业的基础,并与这些相关学科交叉发展。所以,材料学科与其他学科的交叉是一个必然趋势,也是材料学科发展的一个重要特征.现代科学技术发展的特点是,一方面学科呈现出多科性,新兴学科不断涌现;另一方面,学科发展又呈现出高度综合的趋势,交叉学科和边缘学科层出不穷。学科交叉的形式
8、可以多种多样。国内绝大部分理工科高校一般都设有材料科学与工程系(或学院),包含的专业主要为材料类专业。未来科技的发展将是多学科的交叉和综合。为了迎接未来的知识创新和人才培养的新趋势,有必要在大学里建立新的结构层次,即跨学科的交叉中心。比如把材料科学、生物科学、医学工程科学结合在一起,构成交叉学科中心,这样必将大大推动材料学科在新领域的增长点。二、材料科学与材料工程学科是伴随着社会发展对材料研究的需要而形成和发展的。作为人类赖以生存和发展的物质基础,尽管材料的使用几乎和人类社会的形成一样古老,但材料科学与工程学科的发展历史却非常短暂。但是,在仅仅50年的发展过程中,材料科学与工程学科已经充分显示
9、了其在现代科学技术发展、人类社会进步中所处的重要地位.在我国材料科学与工程学科的发展过程中,由于历史的原因,材料科学与材料工程的研究内容逐步形成了明显的界限,其人才培养的规格也存在显著的区别,即分别进行材料理论研究的科学家和材料应用研究的工程师的培养。而随着社会的发展及国际竞争日趋激烈,社会对材料研究专门人才的需求已经淡化了材料科学与材料工程的概念,更多的需求转向了材料科学与材料工程相结合的综合性人才。这体现了现代社会经济发展中对人才知识结构和能力结构的实际需要,在材料科学与工程专门人才培养的过程中,必须将更多的注意力放在这种社会变化上,结合各高等院校的特点,使传统的材料科学与材料工程人才的培
10、养向实现二者的有机结合逐渐过渡。1。 社会对材料科学与材料工程相结合的综合性人才的要求有其历史根源1956年苏联第一颗人造地球卫星的发射成功,使美国认识到材料的重要性,并广泛开展了材料的研究,于是材料科学与工程便以此为契机,茁壮地发展起来了.因此,材料科学与工程的诞生就是由于社会对材料科学与材料工程相结合而产生出的惊人的科技成果的应激性反馈.材料科学与工程的形成与发展有着内在的、更深刻的原因。材料的研究涉及到多种学科,材料科学与材料工程必须相结合才能转化为生产力,从而为人类社会的进步做出应有的贡献.因此,社会对材料科学与工程综合性人才的需求是有其历史性根源的。2。 社会对材料科学与材料工程相结
11、合的综合性人才的要求的现实原因随着现代社会经济的发展,对材料研究专门人才的知识结构与能力结构的要求也同步发展,特别是我国实现传统计划经济向现代社会主义市场经济转型的现实和加入WTO后面临的更激烈的国际竞争,使社会对材料科学与工程的综合性人才的需求有了更深层次的扩展。3. 材料科学与材料工程相结合的内涵材料科学与工程的定义是:研究有关材料成分/结构、制备/合成、性能和使用效能及其关系的科学技术与生产。对材料四要素的认识和理解,要有动态的观念,材料科学与工程四个基本要素的说明和控制应放在更高、更深的层次。从材料的基本教育来说,它面向材料四要素。材料科学与工程的研究领域与纯科学研究领域及与某些专业工
12、程研究领域都会有重叠,而且应该鼓励这些合作与交叉研究。但从学科与基本教育看,与纯科学的区别以及化工是有区别的.因此,我们需要材料科学家,要对材料从合成到服役的全过程进行综合性的研究,应该特别重视材料在制备过程中的重现性和材料品质的一致性等非常重要的实际问题.4。 社会对材料科学与工程综合性人才的规格要求社会对材料科学与工程学科综合性人才的规格要求是多元化并具有显著地方性特征的,但其对材料科学与工程综合性人才规格的总体要求是具有一定共性的,主要体现在素质结构要求、能力结构要求和知识结构要求三个方面:(1)素质结构要求包括思想道德素质、文化素质、专业素质、身心素质。(2)能力结构要求包括获取知识的
13、能力、应用知识能力、创新能力。(3)知识结构要求包括工具性知识、人文社会科学知识、自然科学知识、工程技术知识包括、经济管理知识包括、专业知识包括。三,材料科学与工程科学内涵材料科学与工程是一个交叉领域的学科,涵盖研发新材料及改进已知的材料通过加深对( 微观结构组成成分合成加工 )材料加工过程的理解.组成意思是材料的化学组成,结构意思是描述材料的原子的微观排列顺序.材料的合成加工和材料生产过程加工的都离不开材料的合成,材料的合成就是通过人工的方法合成天然的化合物,材料科学与工程最重要的就是建立材料性能与其微观结构,化学成分,加工工艺之间的关系。在材料科学当中,重点是理解材料的合成加工,微观结构与
14、其性能的关系。在材料工程中重点则是研究怎样将材料转变成有用的设备或结构。材料科学与工程四面体性能化学成分-合成工艺-微观结构材料四面体贯穿着一个材料的整个生命周期,下面就以超导陶瓷为例介绍材料四面体的重要性。例如超导陶瓷在1986年被发现,正当大家都认为是陶瓷是绝缘体时,超导陶瓷的发现对大家平时的观念有了质的变化,科学家也确定了超导陶瓷的组成(YBCC),该陶瓷对电流没有任何阻碍作用,针对对于金属及陶瓷已有的研究陶瓷导电基本上是不可能的。所以第一步是发现了具有超导性质的陶瓷,但是该陶瓷只有在低于150K时才具有超导性。下一步便是去研究如何让这种材料变得更好。“好”意味着我们要将超导陶瓷的最低超
15、导温度提升到我们便于利用并且考虑如何长距离的利用超导陶瓷传递电流。这包括材料如何加工以及材料的精细结构的研究。材料科学家想知道材料的微观结构是如何影响材料的超导性能的,以及是否有其他的化合物业拥有相似的超导性能。通过实验科学家分析出特定的合成精细粉末的方法来制备超导陶瓷。作为一个研究材料工程的人来说,仅仅有以上的研究是不够的,因为我们不仅是为了发现材料而去做研究的,我们更加是为了能将材料应用到实际,为社会发展贡献力量。我们知道导体最终都是会以各种形式来传导电流的.因此我们就要考虑在某种特定形态搞材料的稳定性,以及是否可以满足长距离传输电流的需要并且找出目前常用的铜线及铝线.最后还要看以哪种工艺
16、来生产才最有效率,最终性价比如何,用来替换当前材料是否合算等等当用来制造远程导线时,陶瓷材料脆性大的弱点顿时凸显出来,因此就必须研究适当的材料加工方法来克服这个缺点,最终科学家通过反复试验,发现可以通过将精细超导粉末填入银原子管,再制成棒状的形式可以达到目的,但是成本却大大提高了。有时,仅仅因发现一种新材料,现象,或者设备便会引起一场的改革。今天,当我们回望历史时,硅基晶体管的发现并应用于计算机芯片领域是一场重大革新。助推了信息革命的到来, 通常一种材料在一段时期内的流行都会成为十分重要的材料,例如许多铁合金,铜合金,等等。所以作为材料科学与工程专业的学生来说,掌握在社会中应用十分广泛的材料是
17、十分必要的。对于一种新材料来说,从研发结束的原材料到实际应用加工生产间隔几年甚至几十年都是十分普遍的。根据材料不同的性质材料可以有不同的分类。下面可以将材料从五个大的 方面分类1, 金属及合金(导电性,易于机械加工性,表面强化性能)2, 陶瓷材料(透光性,阻热性,耐烧蚀性)3, 高分子材料(结构易于加工,绝缘性)4, 半导体材料(单向导电性,可将电信号转换成光,等其他信号)5, 复合材料(高模量,高硬度,缓震性)一材料科学基础研究晶体学基础无论是金属还是非金属材料,通常都是晶体,因此作为材料科学的工作者,首先要熟悉晶体的特征及其描述方法。晶体学基础基本包括以下内容:(1) 空间点阵及其描述,晶
18、系和点阵类型(2) 晶体取向的解析描述:晶面及晶向指数。(3) 晶体中堆垛的几何学,堆垛次序,四面体及八面体的间隙(4) 晶体取向的几何描述:各种晶体投影(5) 道易点阵的定义,属性,及应用(6) 晶体的对称性,点群和空间群以上不仅是材料科学的基础,也是学习许多其他专业的基础固体材料的结构固体材料的各种性质主要取决于他的晶体结构,因此要正确的选择性能符合要求的材料或研制具有更加优良性能的材料,首先要熟悉,乃至控制其结构.除了实用意义意外,固体材料的结构还有很大的理论意义,因为材料的结构是和组成材料的原子之间的作用力密切相关的-原子之间的结合键.而结合键乃是固体理论的出发点.通过固体材料的研究可
19、以以最直接最有效地确定结合键的特征和类型.由于以上原因固体材料的结构测定已成为材料科学中 一个独立,重要的研究领域。即所谓的结构分析。结构分析的方法很多,其中最重要,应用最广泛的方法就是X光,电子和种子衍射方法,其基本原理在于一定的晶体结构对应着一定的衍射图样和衍射线(或斑点)强度,通过对衍射图线和强度的分析便可推知晶体的结构。由于晶体结构和组成晶体的原子结构密切相关,因此晶体结构是建立在对各类化学键熟悉的基础上,进而来熟悉金属,非金属,离子晶体,陶瓷材料,合金(包括固溶体和金属间化合物)晶体的范性形变众所周知,晶体在外力作用下会变形,当外力较小时是弹性变形,外力去除后变形可以修复。晶体在弹性
20、变形时,应力和应变呈直线关系,此称为虎克定律。但是当应力超过一定值时(屈服极限),应力和应变的关系就不再是直线关系,卸载后变形也不能完全消失,而会留下一定的残余变形,这种不可恢复的变形就叫做塑性变形(工程术语)或范性变形(金属物理用语)。晶体的弹性能用弹性模量(E和G)表示。晶体的塑性(塑性变形能力)则常用单位拉伸时的延伸率表示(即断面的最大相对伸长)和断面收缩率(断裂前最大的相对面积缩减)表示。晶体的力学性能就是弹性,塑性和强度等三方面的综合。晶体的弹性和材料的微观组织联系不大。属于对结构不敏感的性能,而晶体的塑性和强度(主要是屈服极限)对微观组织十分敏感,属于结构敏感性能。研究晶体的变形特
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 材料科学 工程 科学内涵
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【丰****】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【丰****】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。