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1、材料制备技术材料制备技术走进材料世界走进材料世界2009-9-8材料制备技术FeFe原子在原子在Cu(111)Cu(111)晶面上形成的量子珊瑚晶面上形成的量子珊瑚2009-9-8材料制备技术2009-9-8材料制备技术纳米国际象棋001纳米跳棋2009-9-8材料制备技术2009-9-8材料制备技术2009-9-8材料制备技术1.能够提供太空环境的保护；2.2.具有功效的保障功能；具有功效的保障功能；3.3.提供环境控制与生命保障功能；提供环境控制与生命保障功能；4.4.有系统信息显示与控制功能；有系统信息显示与控制功能；5.5.有遥测通信功能。有遥测通信功能。2009-9-8材料制备技术什
2、么是材料？什么是材料？2009-9-8材料制备技术Webster编者在“New International Dictionary”中关于材料的定义为：“材料材料材料材料是指用来制造某些有形物（如：机械、工具、建材、织物等的整体或部分）的物质（如金属、木材、塑料和纤维等）。”张留成在高分子材料导论中定义：材料材料材料材料是指具有满足指定工作条件下使用要求的形态和物理性质的物质。迈尔新百科全书中材料材料材料材料的定义为：材料是从原材料中获得的，为生产半成品、工件、部件和成品的初始物质，如金属、石块、木料、皮革、塑料、纸、天然纤维和化学纤维等。材料是从原料中取得的生产产品的原始物料，材料是从原料中取
3、得的生产产品的原始物料，包括人类在动物、植物或矿物原料上转化出包括人类在动物、植物或矿物原料上转化出来的所有物质。来的所有物质。2009-9-8材料制备技术同一种物质由于制备方法或加工方法的不同可成为用途迥异的不同类型和性质的材料。2009-9-8材料制备技术材料与人类文明发展（历史贡献）材料与人类文明发展（历史贡献）n人类的文明进程是依据什么而划分的？人类的文明进程是依据什么而划分的？材料应用的发展是人类发展的里程碑！可以使用的占主导地位的材料。可以使用的占主导地位的材料。2009-9-8材料制备技术 旧石器时代旧石器时代早在早在100100万年以前，人类开始以石头做工具万年以前，人类开始以
4、石头做工具1 材料发展简史石器时代新石器时代新石器时代11万年前，人类对石头进行加工万年前，人类对石头进行加工2009-9-8材料制备技术2 材料发展简史陶器时代 新石器后期，人类发明了用粘土成型，再火烧固化而制成陶器，从而新石器后期，人类发明了用粘土成型，再火烧固化而制成陶器，从而进入进入陶器时代陶器时代。目前考古发现的陶器，在亚洲有中国江西省万年县大源乡仙人洞的陶器和日本最早的绳纹陶（公元前8000年左右）；在欧洲，在希腊半岛发现的陶瓷约在公元前6000至5000年；在美洲大陆，已发现的陶器约在公元前6000年前左右。陶器时代是人类文明史上的重要飞跃，陶器的陶器时代是人类文明史上的重要飞跃
5、，陶器的发明不仅成为这一阶段的最重要的物质文明的创造，同时也成为这一时期发明不仅成为这一阶段的最重要的物质文明的创造，同时也成为这一时期最重要的生产工具。最重要的生产工具。2009-9-8材料制备技术 烧制陶器过程中还原出金属铜和锡，创造了炼铜技术，生产出各种烧制陶器过程中还原出金属铜和锡，创造了炼铜技术，生产出各种青铜器物，进入了青铜器物，进入了青铜时代青铜时代。古希腊大约在公元前3000年以前，埃及是公元前2500年前，中国是夏代（公元前2000年左右），欧洲是公元前1800年前后进入青铜器时代。这是人类大量利用金属的开始，是人类文明发展的重要里程碑。3 材料发展简史青铜时代2009-9-
6、8材料制备技术 人们开始使用铁来制造工具和武器的时代。人们开始使用铁来制造工具和武器的时代。冶炼青铜的基础上逐渐掌握了冶炼铁的技术之后，铁器时代就到来了。世界上最早是小亚细亚的赫梯人在公元前1400年左右，古希腊和古罗马开始普遍使用在公元前1000年。中国最早在春秋战国晋国（大致公元前700年），铁器的广泛使用，使人类的工具制造进入了一个全新的领域，生产力得到极大的提高。铁器的使用，导致了世界上一些民族从原始社会发展到奴隶社铁器的使用，导致了世界上一些民族从原始社会发展到奴隶社会，也推动了一些民族脱离了奴隶制的枷锁而进入了封建社会。会，也推动了一些民族脱离了奴隶制的枷锁而进入了封建社会。长沙战
7、国凹形铁锄长沙战国凹形铁锄 湖北当阳宋代铁塔湖北当阳宋代铁塔 沧州铁狮沧州铁狮4 材料发展简史铁器时代2009-9-8材料制备技术n高分子时代高分子时代20世纪初，人工合成高分子材料问世，如1909年的酚醛树脂（胶木），1925年的聚苯乙烯，以及1941年的尼龙等，并发展十分迅速。如今，世界年产量已超过钢n陶瓷时代陶瓷时代20世纪50年代后，通过一些特殊制备方法，制造出一系列先进陶瓷，由于其资源丰富、比重小、耐高温、耐磨等优点，很有发展前途，用途在不断扩展。n复合材料时代复合材料时代 最具有发展前途的是复合材料，因为这类材料具有每种单质材料所不具备的性能。5 材料发展简史新材料时代2009-9
8、-8材料制备技术氮化硅结构陶瓷被用作航天飞机的防热瓦氮化硅结构陶瓷被用作航天飞机的防热瓦2009-9-8材料制备技术硼纤维金属基复合材料制成的火箭履轴的管道输送部件硼纤维金属基复合材料制成的火箭履轴的管道输送部件2009-9-8材料制备技术美国美国B-2隐形轰炸机表面为具有良好吸波性能的碳纤维复隐形轰炸机表面为具有良好吸波性能的碳纤维复合材料合材料2009-9-8材料制备技术由光导纤维构成的光缆由光导纤维构成的光缆2009-9-8材料制备技术先进橡胶轮胎使汽车成为先进橡胶轮胎使汽车成为交通主宰交通主宰一级方程式赛车上使用的一级方程式赛车上使用的特殊轮胎特殊轮胎2009-9-8材料制备技术人工肾
9、脏人工肾脏生物陶瓷人造关节生物陶瓷人造关节2009-9-8材料制备技术材料的发展趋势第一，从均质材料向复合材料发展第一，从均质材料向复合材料发展。第二，以结构材料为方向往功能材料、多功能材料并重的方向发展第二，以结构材料为方向往功能材料、多功能材料并重的方向发展。第三，材料结构的尺度向越来越小的方向发展第三，材料结构的尺度向越来越小的方向发展。第四，由被动性材料向具有主动性的智能材料方向发展第四，由被动性材料向具有主动性的智能材料方向发展。第五，通过仿生途径来发展新材料第五，通过仿生途径来发展新材料。2009-9-8材料制备技术材料科学与工程？材料科学与工程？“材料科学材料科学材料科学材料科学
10、”所包括的内容往往被理解为研究材料的组织结构与性质的关系，探索自然规律。这属于基础研究。在“材料科学”这个名词出现后不久，就提出了“材材材材料科料科料科料科学与工程学与工程学与工程学与工程”。工程工程工程工程是指研究材料在制备过程中的工艺和工程技术问题。2009-9-8材料制备技术 材材材材料料料料科科科科学学学学与与与与工工工工程程程程是是研研究究材材料料组组成成、结结构构、生生产产过过程程、材材料料性性能能与与使使用用效效能能以以及及它它们们之之间间的的关关系系。因因而而把把组组成成与与结结构构、合合成成与与生生产产过过程程、性性质质及及使使用用效效能能称称之之为为材材料料科科学学与与工工
11、程程的的四四个个基基本本要要素。把四要素连结在一起，便形成一个四面体。素。把四要素连结在一起，便形成一个四面体。2009-9-8材料制备技术 性质合成合成/制备制备结构/成份 性能 材料科学材料科学研究材料的结构和性研究材料的结构和性质之间的关系质之间的关系 材料工程材料工程通过结构设计和加工通过结构设计和加工以达到利用材料的某以达到利用材料的某一特殊性质的目的一特殊性质的目的 合成/制备结构/成份 性质 性能材料科学与工程四面体材料科学与工程四面体2009-9-8材料制备技术材料的分类2009-9-8材料制备技术金属材料合成与制备方法 无机非金属材料合成与制备方法 有机高分子材料合成与制备方
12、法复合材料合成与制备方法2009-9-8材料制备技术（一）金属材料n钢铁 n铝和铝合金n铜和铜合金n镁及镁合金n钛n n形状记忆合金n非晶态合金n超导材料n半导体材料2009-9-8材料制备技术高炉炼铁过程：铁矿石还原剂（焦炭）高炉鼓入空气或富含氧气的空气高温CO2还原剂CO+铁矿石铁水2009-9-8材料制备技术（二）无机非金属材料n陶瓷n玻璃n水泥n耐火材料n发光材料n无机合成高分子2009-9-8材料制备技术红外陶瓷红外陶瓷红外陶瓷红外陶瓷纯净的原料真空热压或高温烧结陶瓷小晶粒迅速扩散而融合成晶莹透明的整体透明陶瓷氮化硅陶瓷氮化硅陶瓷氮化硅陶瓷氮化硅陶瓷硅粉在1200环境中氮化使氮钻入硅
13、粉坯体中加工成型在1400高温下二次氮化氮化硅陶瓷2009-9-8材料制备技术1908年，美国人发明了平拉法1910年，比利时人发明了有槽垂直上拉法1959年，英国的皮尔金格兄弟公司研制出 浮法玻璃工艺1971年，日本人研制出对辊法钢化玻璃钢化玻璃钢化玻璃钢化玻璃2009-9-8材料制备技术（三）有机高分子材料n塑料n橡胶n纤维n功能高分子材料是指以合成树脂为主要成分，加入某些添加剂后构成的一 类可塑性高分子材料。橡胶是一种天然高分子材料，它是橡胶树的树汁经过处 理而得到的一种材料。纤维材料包括两大类：一类是天然纤维，包括植物纤维、棉、麻等和动物 纤维羊毛、蚕丝等；另一类是化学纤维，包括人造纤
14、维和合成纤维。2009-9-8材料制备技术（四）复合材料金属材料大多不耐腐蚀 无机非金属材料较脆有机高分子材料不耐高温 本质上是本质上是基体基体和和增强剂增强剂的复合的复合 合成树脂、塑料、橡胶、金属、陶瓷 玻璃纤维、硼纤维、碳纤维 纤维复合材料细粒复合材料 层叠复合材料骨架复合材料 2009-9-8材料制备技术n纤维复合材料玻璃钢玻璃钢以玻璃纤维为骨料，以合成树脂作基本和粘结剂，加热 压制成型就得到玻璃钢。硼纤维硼纤维其作过程是：把直径 13 微米的钨丝放入高温沉积钨内，在 三氯化硼和氢气的混合气体里加热到 1000以上，炉 丝上连续沉积金属硼，就形成了钨丝外面包着硼的纤维。碳纤维碳纤维它可用聚合物纤维通过 一定的工艺制得。把聚丙烯腈丝 在 200300的空气或氧气中进行热分解，然后在 1000 的氢气中碳化，最后在 2500的惰性气体中迅速加热，就可 得到石墨化的纤维。2009-9-8材料制备技术