United 1 材料科学与工程

材料在我们的文化中比我们认识到的还要根深蒂固。如交通、房子、衣物，通讯、娱乐和食 物的生产，实际上，我们日常生活中的每一部分都或多或少地受到材料的影响。历史上社会 的发展、先进与那些能满足社会需要的材料的生产及操作能力密切相关。实际上，早期的文 明就以材料的发展程度来命名，如石器时代，铜器时代。 早期人们能得到的只有一些很有限的天然材料，如石头、木材、粘土等。渐渐地，他们通过 技术来生产优于自然材料的新材料，这些新材料包括陶器和金属。进一步地，人们发现材料 的性质可以通过加热或加入其他物质来改变。在这点上，材料的应用完全是一个选择的过程。 也就是说，在一系列非常有限的材料中，根据材料的优点选择一种最适合某种应用的材料。 直到最近，科学家才终于了解材料的结构要素与其特性之间的关系。这个大约是过去的 60 年中获得的认识使得材料的性质研究成为时髦。因此，成千上万的材料通过其特殊的性质得 以发展来满足我们现代及复杂的社会需要。 很多使我们生活舒适的技术的发展与适宜材料的获得密切相关。一种材料的先进程度通常是 一种技术进步的先兆。比如，没有便宜的钢制品或其他替代品就没有汽车。在现代，复杂的 电子器件取决于所谓的半导体零件.

材料科学与工程 有时把材料科学与工程细分成材料科学和材料工程学科是有用的。严格地说，材料科学涉及 材料到研究材料的结构和性质的关系。相反，材料工程是根据材料的结构和性质的关系来设 计或操纵材料的结构以求制造出一系列可预定的性质。从功能方面来说，材料科学家的作用 是发展或合成新的材料，而材料工程师是利用已有的材料创造新的产品或体系，和/或发展 材料加工新技术。多数材料专业的本科毕业生被同时训练成材料科学家和材料工程师。 “structure”一词是个模糊的术语值得解释。简单地说，材料的结构通常与其内在成分的排 列有关。原子内的结构包括介于单个原子间的电子和原子核的相互作用。在原子水平上，结 构包括原子或分子与其他相关的原子或分子的组织。在更大的结构领域上，其包括大的原子 团，这些原子团通常聚集在一起，称为“微观”结构，意思是可以使用某种显微镜直接观察 得到的结构。最后，结构单元可以通过肉眼看到的称为宏观结构。

“Property” 一词的概念值得详细阐述。在使用中，所有材料对外部的刺激都表现出某种反 应。比如，材料受到力作用会引起形变，或者抛光金属表面会反射光。材料的特征取决于其 对外部刺激的反应程度。通常，材料的性质与其形状及大小无关。 实际上，所有固体材料的重要性质可以概括分为六类：机械、电学、热学、磁学、光学和腐 蚀性。对于每一种性质，其都有一种对特定刺激引起反应的能

力。如机械性能与施加压力引 起的形变有关，包括弹性和强度。对于电性能，如电导性和介电系数，特定的刺激物是电场。 固体的热学行为则可用热容和热导率来表示。磁学性质表示一种材料对施加的电场的感应能 力。对于光学性质，刺激物是电磁或光照。用折射和反射来表示光学性质。最后，腐蚀性质 表示材料的化学反应能力。 除了结构和性质，材料科学和工程还有其他两个重要的组成部分，即加工和性能。如果考虑 这四个要素的关系，材料的结构取决于其如何加工。另外，材料的性能是其性质的功能。因 此，材料的加工、结构、性质和功能的关系可以用以下线性关系来表示： 加工——结构——性质——性能。 为什么研究材料科学与工程？ 为什么研究材料科学与工程？许多应用科学家或工程师，不管他们是机械的、民事的、化学 的或电子的领域的，都将在某个时候面临材料的设计问题。如用具的运输、建筑的超级结构、 油的精炼成分、或集成电路芯片。当然，材料科学家和工程师是从事材料研究和设计的专家。 很多时候，材料的问题就是从上千个材料中选择出一个合适的材料。对材料的最终选择有几 个原则。首先，现场工作条件必须进行表征。只有在少数情况下材料在具有最优或理想的综 合性质。因此，有必要对材料的性质进行平衡。典型的例子是当考虑材料的强度和延展性时，

而通常材料具有高强度但却具有低的延展性。这时对这两种性质进行折中考虑很有必要。 其次，选择的原则是要考虑材料的性质在使用中的磨损问题。如材料的机械性能在高温或腐 蚀环境中会下降。 最后，也许是最重要的原则是经济问题。最终产品的成本是多少？一种材料的可以有多种理 想的优越性质，但不能太昂贵。这里对材料的价格进行折中选择也是可以的。产品的成本还 包括组装中的费用。 工程师与科学家越熟悉材料的各种性质、结构、功能之间的关系以及材料的加工技术，根据 以上的几个原则，他或她对材料的明智选择将越来越熟练和精确。

Unit 2 Classification of Materials

译文：固体材料被便利的分为三个基本的类型：金属，陶瓷和聚合物。这个分类是首先基于化学组成和原子结构来分的，大多数材料落在明显的一个类别里面，尽管有许多中间品。除此之外， 有三类其他重要的工程材料－复合材料，半导体材料和生物材料。 译文：复合材料由两种或者两种以上不同的材料组成，然而半导体由于它们非同寻常的电学性质而得到使用；生物材料被移植进入人类的身体中。关于材料类型和他们特殊的特征的一个简单的解释将在后面给出。 被约束于。be attribute to 归属于。。归因于。。

译文：金属材料通常由金属元素组成。它们有大量无规则运动的电子。也就是说，这些电子不是被约束于某个特定的原子。金属的许多性质直接归属这些不规则运动的电子。

科技英语在讲述科学真理的时候通常用主动语态。如： Metals are extremely good conductors of electricity Deformable ？

译文：金属是十分好的电和热的导体，它们对可见光不透明；一个抛光的金属表面有光辉的外表。除此之外，金属是十分硬的，也是可变

形的，这个性质解释了它们广泛使用在结构方面的应用。 that引导的定语从句

译文：陶瓷是介于金属和非金属元素之间的化合物；它们通常是氧化物，氮化物和碳化物。落在这个分类种类中的宽的材料范围包括陶瓷，它们由粘土矿物，水泥和玻璃组成。 译文：这些材料是典型的电和热的绝缘体，并且它们比金属和聚合物更加耐高温和耐苛刻的环境。至于机械性能，陶瓷是硬的但是却很脆。

译文：聚合物包括常见的塑料和橡胶材料。它们中的大多数是有机化合物，这些化合物是以化学的方法把碳、氢和其他非金属元素组合而成。因此，它们有非常大的分子结构。这些材料通常有低的密度并且可能十分柔软。

译文：许多复合材料被作用工程使用，它们由至少一种类型的材料组成。玻璃丝是一个熟悉的例子，玻璃纤维被埋入聚合物材料中。

译文：为了联合显示每一种组分材料最好的特性，一种复合材料被设计出来。玻璃丝从玻璃中获得强度并且从聚合物中获得柔软性。最近发展中的绝大多数材料包含了复合材料。 be sensitive to 对?敏感的

译文：半导体有电的性质，它们是介于电导体和绝缘体之间的中间物。除此之外，这些材料的电学性质对微量杂质原子的存在十分敏感，杂质原子浓度可能只是在一个十分小的区域内

可以控制。

译文：这些半导体使得集成电路的出现变得可能，在过去20多年间，这些集成电路革新了电子装置和计算机工业（更不用说我们的生活）。 译文：生物材料被应用于移植进入人类身体以取代病变的或者损坏的身体部件。这些材料不能产生有毒物质而且必须同人身体器官要相容（比如，不能导致相反的生物反应）。

译文：所有以上材料－金属，陶瓷，聚合物，复合材料和半导体材料可能用作生物材料。比如，如CF/C和CF/PS（聚砜）这些生物材料被用作人工肾的取代物。

译文：用在高科技中的材料有时被称作先进材料。借助于高科技，我们预定一个装置或者产品，这些产品用相对复杂和熟练的原理运转或者起作用；这些例子包括电子设备（ VCRs, CD 播放器），计算机，光纤系统，宇宙飞船，航天飞机和军事火箭。

译文：这些高级材料或是典型的传统材料，它们的性质被提高，最近开发出来的，高性能材料。除此之外，它们可能是所有材料类型（比如，金属、陶瓷和聚合物），通常相对较贵。 译文： 在下面的章节将讨论众多先进材料的性质和应用－比如被用作激光，集成电路，磁信息存储，液晶显示器，光纤和空间舱轨道的热保护系统的材料。 译文：在过去几年内，不论材料科学与工程的规律取得了巨大的进步，仍然有一些技术挑战，包括开发更加熟练的专业化的材料，并且考虑材料生产对环境导致的影响。针对这个问题，一些评论是十分相关的。

译文：核能还保持着一些承诺，但是解决许多仍然存在的问题，将有必要把材料包括在里，从燃料到保护结构以便方便处置这些放射性废料。

译文：相当数量的能源用在交通上。减少交通工具（汽车，飞机，火车等）的重量，和提高引擎操作温度，将提高燃料的使用效率。新的

高强，低密度结构材料仍在发展，用作引擎部位能耐高温材料也在发展中。

译文：除此之外，寻找新的、经济的能源资源，并且更加有效的使用目前现存的资源是公认为必须的。材料将毫无疑问的在这些发展过程中扮演重要的角色。

译文：除此之外，寻找新的、经济的能源资源，并且更加有效的使用目前现存的资源是公认为必须的。材料将毫无疑问的在这些发展过程中扮演重要的角色。

译文：除此之外，环境质量取决于我们控制大气和水污染的能力。污染控制技术使用了各种材料。再者，材料加工和精制的方法需要改善以便它们产生很少的环境退化，也就是说，在生材料加工过程中，带来更少的污染和更少的对自然环境的破坏。

译文：也，在一些材料生产过程中，有毒物质产生了，并且它们的处置对生态产生的影响必须加以考虑。我们使用的许多材料来源于不可再生的资源，不可再生也就是说不能再次生成的。这些材料包括聚合物，最初的原生材料是油和一些金属。这些不可再生的资源逐渐变得枯竭

译文：下面是必须的：1）发现另外的储藏，2）开发拥有较少负环境影响的新材料，3)增加循环的努力并且开发新的循环技术。

译文：结果，不仅是生产，而且环境影响和生态因子，和材料整个生产过程紧密相关的材料“一生”的生命周期的考虑变得越来越重要。