新材料概論

前言

　　材料是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，是高新技術(shù)發(fā)展和社會現(xiàn)代化的先導(dǎo)，是一個國家科學(xué)技術(shù)和工業(yè)水平的反映和標(biāo)志。新材料及新材料技術(shù)對人類的生活水平、國家安全及經(jīng)濟(jì)實力起著關(guān)鍵性的作用。新材料的出現(xiàn)和使用往往給技術(shù)進(jìn)步、新產(chǎn)業(yè)的形成乃至整個經(jīng)濟(jì)和社會的發(fā)展帶來重大影響。因此，20世紀(jì)80年代以高技術(shù)群為代表的新技術(shù)革命，將新材料、信息技術(shù)和生物技術(shù)并列為新技術(shù)革命的重要標(biāo)志。　　所謂新材料，是指那些正在發(fā)展，且具有優(yōu)異性能和應(yīng)用前景的一類材料，而傳統(tǒng)材料是指那些已經(jīng)成熟且在工業(yè)中大批量生產(chǎn)和大量應(yīng)用的材料，如普通的鋼鐵、水泥、塑料等。傳統(tǒng)材料是發(fā)展新材料和高技術(shù)的基礎(chǔ)，而新材料又往往能推動傳統(tǒng)材料的升級改造和進(jìn)一步發(fā)展。新材料和傳統(tǒng)材料之間并無明顯的界限，傳統(tǒng)材料通過采用新技術(shù)，提高技術(shù)含量，提高性能，大幅度增加附加值后可以成為新材料；新材料在經(jīng)過長期生產(chǎn)與應(yīng)用之后也就成為傳統(tǒng)材料?！　“凑崭咝１究茖I(yè)設(shè)置和培養(yǎng)目標(biāo)調(diào)整與改革要求，對于材料類專業(yè)的學(xué)生，在掌握一些特定傳統(tǒng)材料的扎實專業(yè)知識的同時，也要熟悉其他各類材料特別是薪材料，從而掌握比較全面的材料科學(xué)和工程方面的綜合知識，提高學(xué)生的綜合科學(xué)素質(zhì)?！　τ诜遣牧项悓I(yè)的理工科學(xué)生，甚至人文社科類專業(yè)的學(xué)生，對材料科學(xué)與工程學(xué)科有一些基本的認(rèn)識，了解新材料的分類、特性、應(yīng)用和發(fā)展方面的一些基本知識，對于拓寬其知識結(jié)構(gòu)，提高人文素質(zhì)和科學(xué)素質(zhì)也是必要的。　　為滿足上述大學(xué)本科教學(xué)要求，教育部高等學(xué)校材料科學(xué)與工程教學(xué)指導(dǎo)委員會組織相關(guān)高校的教師，在多次研討的基礎(chǔ)上編寫了這本《新材料概論》。本書可以作為材料科學(xué)與工程專業(yè)的導(dǎo)論課程以及非材料類專業(yè)大學(xué)通識教育基礎(chǔ)課的教材或參考用書，也可供相關(guān)專業(yè)的科研人員和管理人員閱讀，以便于他們了解材料，尤其是新材料的基本知識。

內(nèi)容概要

　　本書為教育部高等學(xué)校材料科學(xué)與工程教學(xué)指導(dǎo)委員會規(guī)劃教材，根據(jù)教育部高等學(xué)校材料科學(xué)與工程教學(xué)指導(dǎo)委員會本課程“教學(xué)基本要求”編寫。　　對材料類專業(yè)及其他相關(guān)專業(yè)的學(xué)生，掌握各類材料，特別是新材料的相關(guān)知識，對于拓展其知識結(jié)構(gòu)，提高綜合科學(xué)素質(zhì)是十分必要的。本教材正是為滿足上述教學(xué)改革和人才培養(yǎng)需要而編寫的。全書共分12章，第1章為材料概論，簡要介紹了材料的特征和分類，材料結(jié)構(gòu)與性能的基本知識，材料的發(fā)展簡史，闡述了新材料的基本特點(diǎn)和對人類社會發(fā)展的科技推動作用，同時還簡要介紹了材料科學(xué)與工程的內(nèi)涵和基本要素。其余11章分別從概念、性能特點(diǎn)、應(yīng)用和發(fā)展等方面分類介紹了高性能結(jié)構(gòu)材料、先進(jìn)復(fù)合材料、電性材料、磁性材料、光學(xué)功能材料、信息功能材料、新能源材料、智能材料、生物醫(yī)用材料、納米材料、生態(tài)環(huán)境材料?！　”緯哂袃?nèi)容新穎，涵蓋面廣，通俗易懂，可讀性強(qiáng)等特點(diǎn)?？勺鳛椴牧峡茖W(xué)與工程專業(yè)導(dǎo)論課程的選用教材，也可作為非材料專業(yè)大學(xué)通識教育基礎(chǔ)課程的參考教材，還適合從事與材料相關(guān)的科研人員、管理人員以及生產(chǎn)技術(shù)人員閱讀參考。

作者簡介

鄭子樵，教授，博士生導(dǎo)師，曾任中南大學(xué)材料科學(xué)與工程系系主任，教育部有色金屬材料科學(xué)與工程重點(diǎn)實驗室主任，中國有色金屬加工工業(yè)協(xié)會理事，中國有色金屬學(xué)會材料科學(xué)與工程學(xué)術(shù)委員會副主任委員等職，享受國務(wù)院特殊津貼專家。近20年來，主持國家科技攻關(guān)、國家自然科

書籍目錄

第1章　材料概論  1.1　材料及其分類  1.2　材料的結(jié)構(gòu)與性能    1.2.1　材料結(jié)構(gòu)的基本知識    1.2.2　材料的性能  1.3　材料是人類文明的基石    1.3.1　材料發(fā)展簡史    1.3.2　新材料是社會現(xiàn)代化的先導(dǎo)    1.3.3　新材料是實現(xiàn)人類社會可持續(xù)發(fā)展的重要保證  1.4　新材料技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)    1.4.1　開發(fā)新材料，發(fā)展高技術(shù)產(chǎn)業(yè)    1.4.2　材料設(shè)計    1.4.3　材料制備新工藝與新技術(shù)的開發(fā)    1.4.4　材料的應(yīng)用研究與開發(fā)    1.5　材料科學(xué)與工程的內(nèi)涵和基本要素    1.5.1　材料科學(xué)與工程的內(nèi)涵    1.5.2　材料科學(xué)與工程的基本要素    參考文獻(xiàn)第2章　高性能結(jié)構(gòu)材料  2.1　新型金屬結(jié)構(gòu)材料    2.1.1　超級鋼    2.1.2　先進(jìn)鋁合金    2.1.3　先進(jìn)鈦合金    2.1.4　高溫合金  2.2　金屬間化合物結(jié)構(gòu)材料    2.2.1　金屬間化合物的基本特性    2.2.2　典型的金屬間化合物    2.2.3　金屬問化合物的制備技術(shù)和應(yīng)用前景  2.3　新型無機(jī)非金屬結(jié)構(gòu)材料    2.3.1　新型超高強(qiáng)水泥    2.3.2　新型陶瓷材料    2.3.3　新型玻璃  2.4　新型高分子材料    2.4.1　特種工程塑料    2.4.2　高性能合成橡膠    2.4.3　高性能纖維    參考文獻(xiàn)第3章　先進(jìn)復(fù)合材料  3.1　復(fù)合材料概述    3.1.1　復(fù)合材料的命名與分類    3.1.2　復(fù)合材料的增強(qiáng)體  3.2　金屬基復(fù)合材料    3.2.1　金屬基復(fù)合材料的種類和性能特點(diǎn)    3.2.2　鋁基復(fù)合材料    3.2.3　鈦基復(fù)合材料    3.2.4　鎳基復(fù)合材料    3.2.5　鎂基復(fù)合材料    3.3　陶瓷基復(fù)合材料    3.3.1　陶瓷基復(fù)合材料的種類和基本性能    3.3.2　氧化物基陶瓷復(fù)合材料    3.3.3　非氧化物陶瓷基復(fù)合材料  3.4　高分子基復(fù)合材料    3.4.1　高分子基復(fù)合材料的分類與性能特點(diǎn)    3.4.2　高分子基復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計    3.4.3　高分子基復(fù)合材料的力學(xué)性能與應(yīng)用  3.5　新型水泥基復(fù)合材料    3.5.1　纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料    3.5.2　聚合物水泥基復(fù)合材料    3.5.3　水泥基功能復(fù)合材料  3.6　炭/炭復(fù)合材料    3.6.1　炭/炭復(fù)合材料的發(fā)展    3.6.2　炭/炭復(fù)合材料的制造工藝  　　……第4章　電性材料第5章　磁性材料第6章　光學(xué)功能材料第7章　信息功能材料第8章　新能源材料第9章　智能材料第10章　生動醫(yī)用材料第11章　納料材料第12章　生態(tài)環(huán)境材料

章節(jié)摘錄

　　材料是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。20世紀(jì)70年代人們把信息、材料和能源譽(yù)為當(dāng)代文明的三大支柱。20世紀(jì)80年代以高技術(shù)群為代表的新技術(shù)革命，又把新材料、信息技術(shù)和生物技術(shù)并列為新技術(shù)革命的重要標(biāo)志。這主要是因為材料與國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國防建設(shè)和人民生活密切相關(guān)?！　〔牧鲜侨祟愑糜谥圃煳锲?、器件、構(gòu)件、機(jī)器或其他產(chǎn)品的那些物質(zhì)。材料是物質(zhì)，但不是所有物質(zhì)都可以稱為材料。如燃料和化學(xué)原料、工業(yè)化學(xué)品、食物和藥物，一般都不算是材料。但是這個定義并不是十分嚴(yán)格的。如炸藥、固體火箭推進(jìn)劑，一般稱之為“含能材料”，因為它屬于火炮或火箭的組成部分?！　〔牧铣司哂兄匾院推毡樾砸酝?，還具有多樣性。由于多種多樣，分類方法也就沒有一個統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。從材料來源來分，材料可分為天然材料和人造材料兩大類。天然材料指天然存在的未加工的材料，如石料、木材、骨頭、橡膠等。人造材料是指人類以天然物質(zhì)為原料通過物理、化工方法合成制造的材料，如鋼鐵材料、陶瓷材料、合成纖維、復(fù)合材料等（見圖1－1）。從物理化學(xué)屬性來分，可分為金屬材料、無機(jī)非金屬材料、有機(jī)高分子材料和復(fù)合材料。由金屬元素或以金屬元素為主形成的具有金屬特征的材料統(tǒng)稱為金屬材料。它包括純金屬及其合金，金屬間化合物以及金屬基復(fù)合材料等。工業(yè)上把金屬及其合金分成黑色金屬和有色金屬兩大部分：黑色金屬包括鐵、鉻、錳及其合金，作為工業(yè)材料使用的主要指鐵及鐵基合金（鋼、鑄鐵和鐵合金）；有色金屬指黑色金屬以外的所有金屬及其合金?！　⌒滦徒饘俨牧铣谏饘佟⒂猩饘偻?，還包括特種金屬材料，即那些具有不同用途的結(jié)構(gòu)和功能金屬材料。其中有急冷形成的非晶態(tài)、準(zhǔn)晶、微晶、納米晶等金屬材料和用于隱身、抗氫、超導(dǎo)、形狀記憶、耐磨、減振阻尼等的金屬材料?！　∫阅承┰氐难趸?、碳化物、氫化物、鹵素化合物以及硅酸鹽、鋁酸鹽、磷酸鹽、硼酸鹽等物質(zhì)組成的材料稱為無機(jī)非金屬材料。無機(jī)非金屬材料是20世紀(jì)40年代以后，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展從傳統(tǒng)的硅酸鹽材料演變而來的。

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