材料专业导论

第1章 材料概述 1 1.1 材料和材料科学的概念 1 1.1.1 材料的概念 1 1.1.2 材料科学(材料工程)的概念 1 1.2 材料的发展历程及发展趋势 2 1.2.1 材料的发展历史 2 1.2.2 未来材料的发展趋势及发展方向 2 1.3 材料的分类及性能 3 1.3.1 材料的分类 3 1.3.2 材料的性能 5 1.4 材料的应用 7 1.4.1 金属材料的应用 7 1.4.2 无机非金属材料的应用 8 1.4.3 高分子材料的应用 9 1.4.4 复合材料的应用 10 1.5 改变世界的新材料及杰出人物 11 1.5.1 石墨烯材料及杰出人物 11 1.5.2 光导纤维材料及杰出人物 11 1.5.3 超导陶瓷材料及杰出人物 12 1.5.4 硅半导体材料及杰出人物 13 1.5.5 有机高分子材料及杰出人物 14 思考题 15 第2章 材料类专业人才培养 16 2.1 材料类专业的分类 16 2.2 材料类专业的人才培养 17 2.2.1 培养目标 17 2.2.2 材料专业本科生应具备的 基本能力 17 2.2.3 材料类专业的本科生毕业后 应达到的要求 17 2.2.4 材料类专业的学生可从事的 职业 18 2.2.5 培养规格 19 2.2.6 知识体系和课程体系 19 2.3 我国相关专业发展历程及 杰出人物 22 2.3.1 高分子材料与工程专业及 杰出人物 22 2.3.2 金属材料工程专业及杰出人物 23 2.3.3 材料科学与工程专业及 杰出人物 24 2.3.4 复合材料与工程专业及 杰出人物 25 2.3.5 无机非金属材料工程专业及 杰出人物 26 思考题 26 第3章 金属材料 27 3.1 金属材料的制备与合成 27 3.2 金属的晶体与特性 29 3.3 纯金属的结晶和铸锭 30 3.3.1 纯金属的结晶 31 3.3.2 铸锭组织 31 3.4 金属材料的成型工艺 34 3.4.1 铸造工艺 34 3.4.2 金属材料的塑性加工 36 3.4.3 焊接 38 3.5 国内外杰出人物 42 思考题 43 第4章 无机非金属材料 44 4.1 无机非金属材料概述 44 4.1.1 无机非金属材料的分类 44 4.1.2 无机非金属材料的特点 45 4.1.3 无机非金属材料的作用和地位 46 4.2 陶瓷材料 48 4.2.1 陶瓷的概念及分类 48 4.2.2 陶瓷的结构、组织与性能 49 4.2.3 陶瓷材料的制备工艺 50 4.2.4 普通陶瓷 51 4.2.5 特种陶瓷 52 4.3 玻璃 53 4.3.1 玻璃的概念、特点及分类 53 4.3.2 玻璃原料 56 4.3.3 玻璃生产的工艺流程和 生产方法 61 4.3.4 功能玻璃 62 4.4 水泥 69 4.4.1 水泥的定义、分类、成分及 性能 69 4.4.2 硅酸盐水泥的制备工艺 72 4.4.3 各类水泥及应用 73 4.5 国内外杰出人物 81 思考题 82 第5章 高分子材料 83 5.1 高分子的制备反应和分类 83 5.1.1 高分子的制备反应 83 5.1.2 高分子材料的分类 89 5.2 高分子材料的结构及性能 89 5.2.1 高分子材料的结构 89 5.2.2 高分子材料的性能 95 5.3 高分子材料的成型加工 103 5.3.1 塑料成型加工 103 5.3.2 橡胶制品的成型加工 105 5.3.3 纤维的加工 106 5.4 国内外杰出人物 108 思考题 109 第6章 复合材料 110 6.1 复合材料基础 110 6.1.1 复合材料简介 110 6.1.2 复合材料的命名和分类 111 6.2 复合材料的基体材料 112 6.2.1 金属材料 112 6.2.2 非金属材料 114 6.2.3 聚合物材料 115 6.3 复合材料的增强材料 117 6.3.1 玻璃纤维及其制品 117 6.3.2 碳纤维 120 6.3.3 有机纤维(芳纶纤维) 122 6.3.4 晶须 122 6.4 复合材料的成型加工 123 6.4.1 纤维增强树脂复合材料及其 成型工艺 123 6.4.2 纤维增强金属复合材料及其 成型工艺 125 6.4.3 纤维增强陶瓷复合材料及其 成型工艺 127 6.4.4 颗粒增强复合材料及其 成型工艺 128 6.4.5 叠层复合材料及其成型工艺 129 6.5 常用复合材料 130 6.5.1 金属基复合材料 131 6.5.2 陶瓷基复合材料 134 6.5.3 聚合物(树脂)基复合材料 135 6.6 国内外杰出人物 139 思考题 140 第7章 新材料 141 7.1 新能源材料 141 7.1.1 能源材料发展趋势 141 7.1.2 太阳能电池材料 141 7.1.3 锂离子电池材料 143 7.1.4 燃料电池材料 147 7.2 纳米材料 151 7.2.1 纳米材料发展历程 152 7.2.2 纳米材料的特殊效应 153 7.2.3 纳米材料的制备 155 7.2.4 纳米材料的应用 156 7.3 超导材料 158 7.3.1 超导材料的发展历程 158 7.3.2 超导材料的特征值 160 7.3.3 超导材料的类型 160 7.3.4 超导材料的应用 161 7.4 生物医用材料 165 7.4.1 生物医用材料的发展历程 165 7.4.2 生物医用材料的用途、基本 特性及分类 165 7.4.3 生物医学金属材料 167 7.4.4 生物陶瓷材料 168 7.4.5 生物医用聚合物材料 171 7.5 形状记忆材料 172 7.5.1 智能材料形状记忆效应 172 7.5.2 Ni-Ti系形状记忆合金 173 7.5.3 铜基形状记忆合金 174 7.5.4 铁基形状记忆合金 174 7.5.5 形状记忆合金的应用 175 7.6 国内外杰出人物 176 思考题 177 第8章 材料与环境 178 8.1 材料的环境协调性评价 178 8.1.1 LCA方法的起源与发展 178 8.1.2 LCA方法的概念与框架 179 8.1.3 LCA评价过程 180 8.1.4 LCA方法的发展现状 181 8.2 材料和产品的生态设计 182 8.2.1 生态设计的基本概念和内涵 182 8.2.2 生态设计和传统设计的关系 183 8.3 各类材料在环境治理中的应用 184 8.3.1 纳米技术及纳米材料在环境 治理中的应用 184 8.3.2 多孔陶瓷材料及其在环境 工程中的应用研究 186 8.4 国内外杰出人物 187 思考题 189 第9章 材料的比较与选择 190 9.1 从设计到材料选择 190 9.2 性能比较与选择 192 9.3 材料选择的技术因素 197 9.4 材料选用实例 199 9.4.1 航天飞机热保护系统 199 9.4.2 高尔夫球棒 200 9.4.3 外科植入物 201 9.5 材料的未来 202 9.6 国内外杰出人物 203 思考题 205 参考文献 206