材料科学与工程学导论1
时间：2026-01-16
材料科学与工程学导论
第一章 材料及其在人类社会发展 进程中的地位和作用1-1.材料是人类社会进步的里程碑
1-2.材料是经济和社会发展的基础和先导1.新材料技术是工业革命和产业发展的先导 1.新材料技术是工业革命和产业发展的先导 2.新材料技术是高技术发展的基础 2.新材料技术是高技术发展的基础
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材料是人类社会进步的里程碑
纵观人类利用材料的历史， 纵观人类利用材料的历史，可以 清楚地看到， 清楚地看到，每一种重要新材料的发 现和应用， 现和应用，都把人类支配自然的能力 提高到一个新的水平。 提高到一个新的水平。材料科学技术 的每一次重大突破都会引起生产技术 的重大变革， 的重大变革，甚至引起一次世界性的 技术革命， 技术革命，大大地加速社会发展的进 程，给社会生产力和人类生活带来巨 大的变革，把人类物质文明推向前进。 大的变革，把人类物质文明推向前进。
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材料是人类社会进步的里程碑
人类使用材料的七个时代的开始时间公元前 10 万年 公元前 3000 年 公元前 1000 年 公元 0 年 公元 1800 年 公元 1950 年 公元 1990 年 石器时代 青铜时代 铁器时代 水泥时代 钢时代 硅时代 新材料时代
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材料是人类社会进步的里程碑
人类利用材料的历史， 人类利用材料的历史，就 是一部人类进化和进步的 历史。 历史。
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1-2 材料是经济和社会 发展的基础和先导新材料技术是工业革命和产业发展 的先导
新材料技术是高技术发展的基础
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新材料技术是工业革 命和产业发展的先导
两次工业革命都是以新材料 的发明和广泛应用为先导的第一次工业革命(18世纪):制钢工业的发展 第一次工业革命(18世纪):制钢工业的发展 世纪): 为蒸汽机的发明和应用奠定了物质基础。 为蒸汽机的发明和应用奠定了物质基础。 第二次工业革命(20世纪中叶以来):单晶硅 第二次工业革命(20世纪中叶以来):单晶硅 世纪中叶以来): 材料对电子技术的发明和应用起了核心作用。 材料对电子技术的发明和应用起了核心作用。
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新材料技术是工业革 命和产业发展的先导
10 强 /密 ( 度 度 ln× 10
6
8 6 4 2木材 石料 青铜 铸铁 钢
芳香族酰胺纤维 碳纤维
复合材料
铝
0 1600
1700
1800 年 份
1900
2000
材料强度密度比在不同年代里的进展(由图中可以看 材料强度密度比在不同年代里的进展 由图中可以看 现代先进材料的强度已比原始材料提高了约50倍 出 ,现代先进材料的强度已比原始材料提高了约 倍 ) 现代先进材料的强度已比原始材料提高了约
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发动机工作温度 发动机工作温度(℃)
1400 1200 1000 800 600 400 200 0 1900 1920 1940蒸汽机 现代涡轮喷气发动机
新材料技术是工业革 命和产业发展的先导
30年代气冷 30年代气冷 式航空发动机
1960
1980
2000
年份在本世纪内由于采用了现代材料使发动机工作温度急剧上升 因而发动机的理论效率大大提高。 ,因而发动机的理论效率大大提高。
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新材料技术是工业革 命和产业发展的先导
油 耗 工 温 的 系 燃 消 与 作 度 关燃 消 公 /马 小 料 耗 斤 力 时0.4 816℃ 1093℃ 1371℃ 1649℃
0.3
0.2
0.1
0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
缩 压 比
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新材料技术是工业革 命和产业发展的先导130 120 110
飞机燃油效率提高2.5倍 飞机燃油效率提高 倍747-400 A320-200
座·mile/Usgal
100 90 80 70 60 50 40707-120 30 Comet 880 990 707-120B DC-9-30 727-100
MD11
2.5倍
20 1950
1955
1960
1965
1970
1975
1980
1985
1990
1995
2000 2005
年份
航空材料的发展与飞机的燃放
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新材料技术是工业革 命和产业发展的先导
1700陶瓷复合材料 碳-碳 碳 隔热涂层
1500材料的表面温度(℃ 材料的表面温度 ℃)
1300普通铸件 定向凝固超级合金 共晶合金 单晶合金
纤维增强超级合金 弥散强化超级合金
1100 900 1950
1960
1970
1980 1990
2000
2010
2020
在发动机上应用的年份
叶片材料的发展历程
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新材料技术是工业革 命和产业发展的先导
一次大战水冷式1490C
发动机温度
30年代空冷式 年代空冷式3150C
风扇喷气发动机6490C
蜗轮喷气发动机 超音速燃烧冲压 式喷气发动机 53810930C 19270C
1093
1649
温度( ) 温度(0C)
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新材料技术是工业革 命和产业发展的先导φ1100
400℃ ℃ 410~950℃ ℃ 1200~1800℃ ℃ 100~1200℃ ℃φ1100
飞船返回舱舱体温度情况
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新材料技术是工业革 命和产业发展的先导104 卫星 近地卫星
每减少1kg 1kg所收获效益
103 波音707 波音 102 运输机 直升机 10 小飞机
超音速飞机 喷气式机 战斗机
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