材料科学与工程导论论文

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材料科学与工程导论论文

1119003 1111900331 周潼

上个世纪70年代以来，人们把信息、材料和能源作为社会文明的支柱。80年代又把新材料、信息技术和生物技术并列为新技术革命的重要标志。进入21世纪，以纳米材料、超导材料、光电子材料、生物医用材料及新能源材料等为代表的新材料技术创新显得更为异常活跃，新材料诸多领域正面临着一系列新的技术突破和重大的产业发展机遇。相应的，材料科学与工程专业也蓬勃发展起来。

材料科学与工程专业以材料学、化学、物理学为基础，系统学习材料科学与工程专业的基础理论和实验技能，并将其应用于材料的合成、制备、结构、性能、应用等方面研究的学科。

材料科学与工程专业培养具备包括金属材料、无机非金属材料、高分子材料等材料领域的科学与工程方面较宽的基础知识，能在各种材料的制备、加工成型、材料结构与性能等领域从事科学研究与教学、技术开发、工艺和设备设计、技术改造及经营管理等方面工作，适应社会主义市场经济发展的高层次、高素质全面发展的科学研究与工程技术人才。

材料科学与工程专业学生主要学习材料科学与工程的基础理论，学习与掌握材料的制备、组成、组织结构与性能之间关系的基本规律。受到金属材料、无机非金属材料、高分子材料、复合材料以及各种先进材料的制备、性能分析与检测技能的基本训练。掌握材料设计和制备工艺设计、提高材料的性能和产品的质量、开发分析与检测技能的基本训练。掌握材料设计和制备工艺设计、提高材料的性能和产品的质量、开发研究新材料和新工艺方面的基本能力。

在大学四年里，该专业的学生应掌握金属材料、无机非金属材料、高分子材料、防腐专业以及其它高新技术材料科学的基础理论和材料合成与制备、材料复合、材料设计等专业基础知识；.掌握材料性能检测和产品质量控制的基本知识，具有研究和开发新材料、新工艺的初步能力；掌握材料加工的基本知识，具有正确选择设备进行材料研究、材料设计、材料研制的初步能力；具有本专业必需的机械设计、电工与电子技术、计算机应用的基本知识和技能；.熟悉技术经济管理知识以及文献检索、资料查询的基本方法，具有初步的科学研究和实际工作能力。

该专业在大学里主要涉及到物理化学、量子与统计力学、固体物理、材料学概论、材料科学基础、材料物理、材料化学、材料力学、材料科学研究方法、材料工艺与设备、计算机在材料科学中的应用等专业课程。包括专业实验、金工实习、电工电子实习、认识实习、生产实习、课程设计、毕业设计(论文)。掌握材料结构显微分析、近代仪器分析方法、材料的物理性能与力学性能测试、材料制备与成型加工工艺实验等实验方法。

该专业的毕业生大多进入各钢企、制造企业、汽车厂，以及陶瓷、水泥、家电等企业，就业范围广泛。一般的，材料科学与工程专业金属方向多进入钢企和相关研究院，高分子及非金属方向多进入陶瓷、玻璃、涂料、家电等行业，多属大型国企、军工、民企和科研院校。而材料科学与工程专业中，偏应用的材料加工和其他一些研究方向，相对找工作容易一些。 由于材料科学与工程专业的特殊性，读研的比例相当高。而上述企事业单位提供的研发、技术职位也大多需要硕士及以上学历。

在该专业的具体专业方向中，我对金属材料比较感兴趣。金属材料的百分之九十以上是钢铁材料，而钢铁材料的百分之八十以上是低碳钢，没有任何一种工程材料像低碳钢那样价格低廉而又具备优良的综合性能。高的拉伸强度更是低碳钢的突出特点。不含特意加入的合金元素的简单低碳钢主要靠控制碳含量来调整强度。由于要保证足够的塑性、冲击韧性和你洗晶强化、第二相强化、位错强化、相变强化。一般来说固溶体总是要比纯金属有更高的


屈服强度，在两金属形成连续固溶体时，两纯金属附近，临界切应力大致与固溶体的浓度呈直线，这种有溶质原子浓度提高所带来的固溶体强度的提高叫做固溶强化。这是由溶质原子与位错的交互作用所引起的。溶质原子不仅钉扎位错，是位错开始运动的力变大。而且溶质原子改变了固溶体中的应力场，是位错运动的阻力变大。由细化铁素晶粒所带来的屈服应力的提高就是细晶强化。屈服应力与晶粒尺寸的关系可用著名的霍耳-佩奇公式描述，该公式不仅适用于低碳钢及低碳合金钢，也适用于单相的其他合金。细化晶粒可使韧脆转折温度下降。第二相可以是与母相晶粒尺寸相近的大块组织，也可以是远小于母相晶粒尺寸的粒子，这两种情况下的强化机制有很大不同。微细粒子的强化即沉淀强化，第二相微细粒子的强化作用又可分为两种，一种是在屈服是粒子被位错线切割，这是的强化作用是由切割粒子使母相粒子间界面增大，从而增加界面能所引起的。另一种是屈服是粒子本身并不变形，位错绕过粒子并形成围绕粒子的位错环，从而造成强化效果。低碳合金钢的主要强化机制为后者。如果通过塑形变形等过程向钢中引入位错也会造成强化。钢在屈服后的加工硬化正是位错密度随应变而增大的结果。位错密度增大时，首先出现位错线纠缠，继而由位错的不均匀分布而造成泡状结构，大多数位错聚集在一起组成胞壁。相变强化是指控制钢基体的晶体结构与组织形态的强化方式，最具有代表性的是讲钢由奥氏体状态淬火成马氏体的强化，控制奥氏体的冷却速度，可控制器发生的相变的温度，而调整相变产物的晶体结构及组织形态，达到不同的强化效果。相变强化实际上包含着多种强化机制，在同一钢中，随相变温度的降低，各种强化机制都在起作用。

在金属及其合金具体实例方面，我对钛及钛合金很干兴趣。钛及钛合金已在实际生产中得到充分的运用，钛具有比重小，强度高的优良性能，比铁强韧，且不会生锈，比铝更硬，而且耐热性能元优于铝，钛合金更是具有更佳的性能，正因如此，钛及钛合金在航空，海洋领域得到运用。钛的同素异构转变温度随着添加合金元素的种类和数量而变化。在研究合金元素对钛的作用时，需要得知哪些合金元素提高β/α转变温度，即稳定β相；哪些合金元素降低β/α转变温度，即稳定α相。α钛合金主要添加元素为铝、锡、锆等，使合金的β/α转变温度提高，所以一般不能通过热处理改变性能。强化途径一是通过冷加工硬化和冷加工再加退火来控制α晶粒大小，二是通过加合金元素以达到固溶强化。β钛合金具有体心立方结构，呈现良好的塑性，不经处理即具有较高的强度，可通过淬火和时效使合金进一步得到强化，这类合金元素主要为过渡元素，因而使合金的密度提高并降低比强度。（α+β）钛合金兼备α钛合金和β钛合金的优良性能，具有优良的塑性，容易锻造、压延和冲压，并可以通过淬火和时效使合金强化。工业上用的钛合金大多是这类钛合金。在对钛合金进行工艺处理的时候，应明白只用热处理方法消除钛合金粗晶组织效果不大，其次，钛及钛合金的热传导能力只有铝及铝合金的1/15，因此在热处理加热和冷却时，应考虑零件的温度均匀性以免产生非常大的温度梯度；在较高温度下，钛及钛合金与氧和水汽产生剧烈反应，要采取有效的防氧措施。

我认为专业导论课应该是在一定程度上让大一的学生了解自己的专业到底学些什么，做些什么；清楚地认识到该专业的各个专业具体方向应研究些什么，这一点对我们来说是非常重要的。每个专业方向的老师都来给我们上一节课，讲了很多关于自己研究方向的具体问题，从而让我们建立起自己的喜好以及兴趣。但另一方面，我们也看到学生上课的积极性并不高，究其原因，在于各个专业导师在讲解自己专业研究时，讲得过于仔细，对于没有一点专业知识的大一学生来说基本处于听不懂的状态，所以我觉得导师在讲专业方向的时候应注重在培养学生兴趣方面，尽量将所讲的内容简单化，更易于大一学生接受，尽量避免专业知识，才能使上课的积极性更高，这才是导论课应该的样子，培养起学生的专业兴趣，更进一步了解自己将来要研究些什么，从而明确自己的目标。

参考文献 《新型材料导论》 李见

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