1.2　材料科学与工程的概念和内容

材料是人类生产和生活水平提高的物质基础，其发展和应用是人类文明和进步的重要支柱。自19世纪以来由于科学技术的进步、生产的发展，人们对材料不断提出新的要求，有些要求完全超出了天然材料所能提供的性能，从而促进了人类开始对材料从依靠天然到主动创造的转变，对材料的认识也逐渐由经验形成一门学科。到了20世纪60年代，人们把材料、能源与信息称为当代文明的三大支柱，70年代又把新材料、信息技术和生物技术看成是新技术革命的主要标志，这表明材料的发展与社会文明的进步有着十分密切的关系，现代科学技术的发展历程也充分证明了这一点。时至今日，人们已经掌握了材料的组成、结构和性能之间的内在关系，能够按照使用要求对材料进行设计创造。

材料科学与工程是研究有关材料的成分、结构和制造工艺与其性能和使用性能间相互关系的知识及这些知识的应用的一门应用型基础科学，发展至今已形成了自己的知识体系，涉及许多概念。在进入20世纪以后，由于各学科的交叉，尤其是计算机技术的应用使这门学科发展迅速。

1.2.1　涵盖的基本内容

材料科学是一门科学，它着重于材料本质的发现、分析方面的研究，它的目的在于提供材料结构的统一描绘，或给出模型，并解释这种结构与材料性能之间的关系。材料科学为发展新型材料，充分发挥材料的作用奠定了理论基础。

材料工程属于技术的范畴，目的在于采用经济而又能为社会所接受的生产工艺、加工工艺控制材料的结构、性能和形状以达到使用要求。所谓“为社会所接受”指的是材料制备过程中要考虑到与生态环境的协调共存，简而言之，就是要控制环境污染。材料工程水平的提高可以大大促进材料的发展。

1.2.2　材料的分类

材料的分类方法很多。根据其组成与结构可以分为金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料和复合材料等；根据其性能特征和作用分为结构材料和功能材料；根据用途还可以分为建筑材料和能源材料、电子材料、耐火材料、医用材料和耐腐蚀材料等。

1.2.3　材料的性能

材料的性能是材料对电、磁、光、热、机械载荷的反应，而这些性能主要取决于材料的组成与结构。

材料使用性能是材料在使用状态下表现出来的行为，它与设计和工程环境密切相关，还包括可靠性、耐用性、寿命预测和延寿措施。

1.2.4　基本要素

材料的成分和结构、制造工艺、性能以及使用性能被认为是材料科学与工程的4个基本要素。其相互关系如图1-7所示。

图1-7　材料科学基本要素之间的关系