材料科学导论英文阅读.docx

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材料科学导论英文阅读

Chapter1AnOverview

第一章概述

1.1Introduction

1.1介绍

Materialsarethematteroftheuniverse.Thesesubstanceshavepropertiesthatmakethemusefulinstructures,machines,devices,products,andsystems.Thetermpropertiesdescribebehaviorofmaterialswhensubjectedtosomeexternalforceorcondition.Forexample,thetensilestrengthofametalisameasureofthematerial'sresistancetoapullingforce.TheFamilyofMaterialsconsistsoffourmaingroupsofmaterials:

Metals（e.g.,steel）,Polymers（e.g.,plastics）,Ceramics（e.g.,porcelain）,andComposites（e.g.,glass-reinforcedplastics）.Thematerialsineachgrouphavesimilarpropertiesand/orstructures,aswillbedescribedlater.

材料是宇宙的物质。

这些物质的特性使其有用的结构、机器设备、产品和系统。

这个术语属性描述材料的行为时,受到一些外部力量或状态。

例如,抗拉强度的金属是测量的材料抵抗了拉力。

这个家庭的材料由四个主要群体的材料:

金属（如钢）、高分子材料（例如:

塑料）、陶瓷（如瓷）,复合材料（例如,增强塑料）。

每一组的材料有相似的性质和/或建筑物,如稍后会提到。

Engineeringmaterialsisatermoftenusedlooselytodefinemostmaterialsthatgointoproductsandsystems.Atelephoneisaproductthatwouldbepartofatelephonesystemcomposedofmanytelephones,wires,fiberoptics,switches,computers,andsoon.Engineeringmaterialscanalsohaveamorespecificmeaningthatreferstomaterialswhosestructurehasbeendesignedtodevelopspecificpropertiesforagivenapplication.

工程材料是一种常用的松散定义最材料,进入产品和系统。

电话是一种产品,将部分电话系统由许多电话、电线、光纤、开关、电脑等。

工程材料也可以有更多的特定含义是指材料的结构已经被设计来发展特性对于一个给定的应用。

Engineeringplasticssuchaspolycarbonatesandacetalscouldreplacemoreconventionalengineeringmaterialssuchassteelandwoodbecausetheirpropertiesarecompetitiveforstructuralcomponentssuchaspiping,cams,andgears.Ontheotherhand,general-purposeplastics,suchaspolystyreneandvinyls,donotpossessthepropertiestocarryheavyloadsbutserveaspackaging,upholstery,andsoon.

工程塑料,如polycarbonates缩醛可以代替常规,工程材料,如钢材和木材,因为它们的性质有竞争力的结构元件,如管道、视角、齿轮。

另一方面,通用型塑料制品,如聚苯乙烯、乙烯基、不具有携带重物,但作为包装、室内装潢,等等。

Thefieldofmaterialsengineering"dealswiththesynthesisanduseofknowledge（structure,properties,processing,andbehavior）inordertodevelop,prepare,modify,andapplymaterialstospecificneeds".Materialsengineershavebecomeverymuchindemandasweseektoimprovetheefficiencyofproducts.

这个领域的材料工程”涉及的合成和使用知识结构、性能、加工、行为）为了发展、准备、修改和申请材料的具体需求”。

物料工程师已经成为需求量很大寻求提高效率的产品。

Materialsscienceandengineering（MSE）hasbecomeamajorfieldofstudy,onecriticaltomanyotherfields.AsdefinedbyaNationalAcademyofSciencesstudy,MSEinvolvesthegenerationandapplicationofknowledgerelatingthecomposition,structure,andprocessingofmaterialstotheirpropertiesanduses.The"science"focusesondiscoveringthenatureofmaterials,whichinturnleadstotheoriesordescriptionsthatexplainhowstructurerelatestocomposition,properties,andbehavior.The"engineering,"ontheotherhand,dealswithuseofthescienceinordertodevelop,prepare,modify,andapplymaterialstomeetspecificneeds.Thefieldisoftenconsideredanengineeringsciencebecauseofitsappliednature.Materialsscienceandengineeringisinterdisciplinaryormultidisciplinary,embracingareassuchasmetallurgy,ceramics,solid-statephysics,andpolymerchemistry.

材料科学与工程专业（MSE）已成为一个主要的研究领域,对其他许多领域的一个关键。

定义一个国家科学院的一代,MSE涉及研究和应用的相关知识的组成、结构、加工材料性能和用途。

“科学”的自然材料的发现,这就导致了理论或描述解释结构与组成、性质和行为。

“工程”,另一方面,利用科学为发展,制定、修改、申请材料以满足特定需求。

这个领域通常是被视为一种工程应用科学,因为它的本质。

材料科学与工程学科交叉或语系,冶金、建材、陶瓷等领域,固态物理、聚合物化学。

Manynewprocesseshaveevolvedforthemanufactureofengineeringmaterials.Throughtheseprocesses,coupledwiththedesignofengineeringmaterials,wenowenjoythebenefitsofsuperiorengineeringmaterials.

Wecurrenthaveavailableforpotentialuseinengineeringstructuresandelectronicdevicesabout45,000differentmetallicalloys,oftheorderof15,000differentpolymers,andhundreds,ifnotthousands,ofothermaterialsthatfallinthecategoriesofwood,ceramics,fabrics,andsemiconductors.Anautomobilealonecontainsseveralhundreddifferentmaterials.A1986Mercedes-Benzcontains67wt%castironandsteel,12wt%fabrics,12wt%polymers,and4wt%aluminumalloys,thebalancebeingcomposedofglassandothernonferrousalloys.Fora1996Mercedes-Benz,aspanofonly10years,ironandsteelusefellto62wt%,whilepolymersandaluminumalloycontentincreasedto18and6wt%,respectively.Throughoutallindustries,thetrendtomorepolymeruseisevident.Asyouareprobablyaware,polymershavereplacedmetalsinmanyhouseholdfunctions.Itisthusnotonlythecurrentmaterialsavailablewithwhichwemustbeconcernedinthematerialselectionprocessbutalsothoseonthehorizon,particularlythenewdevelopmentsinthefast-growingtechnologies.Frequently,suchmaterialdevelopmentscanbetransferredtotheolder,morematureindustries.Figure1-1depictsa

maturitycurveforavarietyofmaterials.Thiscurveis,toacertaindegree,basedonprojecteduseandshouldbeconsideredinthatlight.Theimportantpointthatisillustratedhereisthatinthefuturewecanexpecttoseemoreandmoreapplicationsofpolymers,ceramics,andcomposites.Compositesareacombinationoftwoormorematerials.Fiberglassandconcretearefamiliarexamples.Compositesnowfallintoanewanddistinctcategorythatisbeingreferredtobytechnologistsasengineeredmaterials.Inthepastwehaveselectedexistingmaterialstofitadesignorapplication.Ifthefitdidnotwork,thedesignwasalteredordifferentmaterialswereselected.Inthefuturewecanexpecttoseemorematerialsthatareengineeredtosuitanapplication.AsstatedinaSpecificAmericanreviewarticle,wearenowleavingthebasicmaterialsage（i.e.,thestone,bronze,andironages）,andenteringtheeraofengineeredmaterials.

我们目前所拥有的潜力,在工程结构使用电子设备约45000名不同的金属合金、顺序的不同聚合物,数以百计的15000,如果不是成千上万的其他材料,落在类别的木头、陶瓷、面料、半导体。

一辆汽车有数百个不同的材料。

1986年梅赛德斯-奔驰包含67股份铸铁、钢铁、12股份面料、12股份聚合物,4股份铝合金、平衡是由玻璃等有色金属合金。

对于1996年的奔驰,只有10年、钢铁使用降至62股份,而聚合物和铝合金含量增加到18%,分别为6重。

整个产业的趋势,更多的聚合物使用是显而易见的。

正如你可能知道,聚合物已经取代了金属在很多家庭功能。

这样不仅当前的材料,我们必须关注在材料选择过程,而且那些地平线上的新进展,特别是在快速发展的技术。

通常,这样的材料的发展可以转移到老年人,更成熟的行业。

图1-1描绘一个成熟的曲线为各种各样的材料。

该曲线,在某种程度上,根据使用和应考虑的光。

最重要的一点,就是说明这是,在未来,我们可以看到越来越多的应用和复合材料、陶瓷、高分子聚合物。

复合材料是一种由两个或更多的材料。

玻璃纤维和混凝土熟悉的例子。

现在落入一个新的材料,不同类别的被称为技术作为工程材料。

在过去,我们已经选择了现有材料符合设计和应用。

如果适合都不工作了,设计变更、不同材料的选择。

在不久的将来,我们会看到更多的材料,制造适合一个应用程序。

正如一个特定的美国篇,现在只剩下的基本材料时代（例如,石、铜、铁时代）,并进入了时代的工程材料。

Figure1-1Materialsmaturitycurve

图1-1材料成熟的曲线

Itisbothhistoricalandtechnicalinteresttofollowthedevelopmentofmaterialsforaircraftconstruction,becausenoothersituationhavethepropertiesofstrength,weight,andoperatingtemperaturebeensointerrelatedandimportant.Thefirstall-metalmonoplane,designedbyHannaReissnerofGermany,whichfirstflewin1912,hadwingsofpurealuminum.Intheearly1930srivetedaluminumalloyskinwasfirstusedforairframeconstructionandwasthepredominantfuselagematerialuntiltheadventofsupersonicaircraft.TheBoeing757,forexample,contains80%aluminum,12%steel,and3%composites.Butaluminumalloysarelimitedtotemperatureofabout175oC.TheConcorde,theonlysupersoniccommercialaircraftinusetoday,andmilitaryaircraftsuchasSR-71surveillanceaircraft（Mach3）,havetitaniumalloyfuselages.StartingwiththeHarrier,anaircraftdesignedinthe1970satMcDonnellAircraftCompany,muchofthealuminumsupportstructurewasreplacedbylighter,andstrongercarbon-epoxycomposites.Strong,lightweightcompositesarecurrentlyplayingamajorroleinnonmilitaryaircraft.TheVoyagerachieveditsglobalcircuitwithoutrefueling,inlargepartduetotheuseofgraphite-epoxycompositesinconjunctionwiththehoneycombstructures.Predictionsarethatwewillseemanymorecompositesintheaircraftofthe21stcentury,notonlyinthefuselageandsupportstructuresbutinthejetengineitself.

它既是历史与技术发展的兴趣跟飞机结构材料,因为没有其他情况的强度、重量、操作温度是如此相互联系和重要的。

第all-metal单翼式的设计,由汉纳Reissner德国首飞在1912年,有翅膀的纯铝。

在30年代初期铆接铝合金皮肤最初是用于机身结构,是时代的到来,机身材料到超音速飞机。

这架波音757;例如,包含了80%,12%的钢铝复合材料、3%。

但铝合金局限于温度约175oC。

协和超音速的商用客机,只有在使用军用飞机今天,如SR-71监视飞机（3）,马赫钛合金机身。

从一架飞机的设计,在20世纪70年代,美国航空公司,大部分的铝支撑结构被减轻,更carbon-epoxy复合材料。

强、轻便的材料中扮演主要角色目前非军事飞机。

这个旅行者实现全球电路没有加油,这在很大程度上是由于使用复合的graphite-epoxy会同蜂窝结构。

预测,我们将看到更多的复合材料在民用航空器的21世纪,不仅在机身和支护结构,但在喷气发动机的本身。

Whenweexaminethestructureofthecurrentjetenginewefindthatadvancesmadeinthealloysofnickel,cobalt,andchromium,calledsuperalloys,havepermittedtheincreaseinoperatingtemperaturenecessaryforincreasedengineefficiency,whichtranslatesintofastertravelspeedsandincreasedfueleconomy.Onealternativewouldbetogotohigher-melting-pointmetalssuchastantalum,niobium,molybdenum,andtungsten.Butthesemetalshavethedisadvantagesofbeingveryreactivetogasesatelevatedtemperatures,hencerequiringsomekindofprotectivesurfacelayer.Experimentswithceramiccoatingshavenotbeensuccessful.Therefore,materialsengineersarecurrentlyworkingonthedevelopmentceramicandceramiccompositematerialsforuseinthehottestpartsoftheengine.Usefulalloysdevelopedtodatearelimitedtoabout1040oC,whileceramicscanretaintheirstrengthto1650Candarepotentiallyusefulto2760C.

当我们检视结构现状的基础上,我们发现了喷气发动机的镍合金、钴、铬合金,允许,称为操作温度的增加,增加引擎效率所需的旅行速度更快,转译为提高燃油经济性。

一个你可以去higher-melting-point金属钽、铌、钼、钨。

但是这些金属的弊端是非常活泼,在高温气体,因此需要一种防护表层。

实验与陶瓷涂层尚未成功。

因此,物料工程师正在开发陶瓷、陶瓷复合材料用于最热的部分的引擎。

有用的合金发展到大约1040oC日期是有限的,而他们的力量能保留陶瓷C和潜在几百C2760有用。

Automotiveengineersarealsoparticipatinginthedevelopmentofceramicandceramiccompositematerials.Approximatelyone-thirdoftheenergygeneratedinaninternalcombustionengineislostinthecoolingprocessnecessarytopreventdistortionofthemetallicparts.Pistonrodsandceramiccylinderliners,predictedbysometobeusedbeforetheyearof2000,wouldlessentheamount