第一章 绪论---第1节 材料科学与工程概述(2)

  1.1.2 材料科学的确立与作用

（1）材料科学的提出
   “材料科学”的明确提出要追朔到20世纪50年代末。1957年10月4日前苏联发射了第一颗人造卫星，重80千克，11月3日发射了第二颗人造卫星，重500千克。美国于1958年1月31日发射的“探测者1号”人造卫星仅8千克，重量比前苏联的卫星轻得多。对此美国有关部门联合向总统提出报告，认为在科技竞争中美国之所以落后于苏联，关键在先进材料的研究方面。1958年3月18日总统通过科学顾问委员会发布“全国材料规划”，决定12所大学成立材料研究实验室，随后又扩大到17所。从那时起出现了包括多领域的综合性学科－－“材料科学与工程学科”。
（2）材料科学的形成
   材料科学的形成主要归功于如下五个方面的基础发展：
   各类材料大规模的应用发展是材料科学形成的重要基础之一。18世纪蒸汽机的发明和19世纪电动机的发明，使材料在新品种开发和规模生产等方面发生了飞跃，如1856年和1864年先后发明了转炉和平炉炼钢，大大促进了机械制造、铁路交通的发展。随之不同类型的特殊钢种也相继出现，如1887年高锰钢、1903年硅钢及1910年镍铬不锈钢等，与此同时，铜、铅、锌也得到大量应用，随后铝、镁、钛和稀有金属相继问世。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，1931年的聚氯乙烯以及1941年的尼龙等，发展十分迅速，如今世界年产量在1亿吨以上，论体积产量已超过了钢。无机非金属材料门类较多，一直占有特殊的地位，其中一些传统材料资源丰富，性能价格比在所有材料中最有竞争能力。20世纪中后期，通过合成原料和特殊制备方法，制造出一系列具有不可替代作用的功能材料和先进结构材料。如电子陶瓷、铁氧体、光学玻璃、透明陶瓷、敏感及光电功能薄膜材料等。先进结构陶瓷由于高硬度、耐高温、耐腐蚀、耐磨损及质轻等特点，在能源、信息等领域具有广泛的应用，成为近三四十年来研究工作的热点，且用途还在不断扩大。
   其次，基础学科发展为材料科学理论体系的形成打下了坚实的基础。量子力学、固体物理、断裂力学、无机化学、有机化学、物理化学等学科的发展，以及现代分析测试技术和设备的更新，使人类对物质结构和物理化学性质有了更深层次的理解。同时，冶金学、金属学、陶瓷学、高分子科学等的发展也使对材料本身的研究大大加强和系统化，从而对材料的组成、制备、结构与性能，以及它们之间的相互关系的研究也越来越深入系统。
   再次，学科理论的交叉融合日益突出。在材料科学学科确立以前，金属材料、无机非金属材料与高分子材料等都已自成体系。但人们在长期研究中发现，它们在制备和使用过程中许多概念、现象和变化都存在着颇多相似之处。例如相变理论中，马氏体相变最初是金属学家所建立，广泛用来作为钢的热处理理论。后来氧化锆增韧陶瓷中也发现了马氏体相变现象，并作为陶瓷增韧的一种有效方法。又如缺陷理论、平衡热力学、扩散、塑性变形和断裂机理、表面与界面、晶态和非晶态结构、电子的迁移与束缚、原子聚集体的统计力学等的概念，常常可以用来解释不同类型材料的行为。
   再有，各类材料的研究设备与生产手段颇具共同之处。虽然不同类型的材料各有其专用设备与生产装置，但许多方面仍然是相同或相近的，如显微镜、电子显微镜、表面测试、物理化学及物理性能测试仪器等。在材料生产中，许多加工装置也有通用之处，如挤压机对金属材料可以用来进行成型或冷加工硬化；而某些高分子材料，在采用挤压成丝工艺以后，可使有机纤维的比强度和比刚度大幅度提高；随着粉末成型技术和热致密化技术的发展，粉末冶金和现代陶瓷制造已经很难找出明显的区别。
   最后，以应用为目的的材料设计打破了不同材料间的界限。在长期的研究中人们发现，使得不同类型的材料可以相互代替和补充，更能充分发挥各种材料的优越性，达到物尽其用的目的。复合材料在多数情况下是不同类型材料的组合，特别是出现超混杂复合材料以来更为如此。如果对不同类型材料没有一个较全面的认识，对复合材料的设计及性质的理解必然受到影响。