材料科學作為工程技術(shù)的基礎(chǔ)學科,研究材料的成分、結(jié)構(gòu)、性能和加工之間的關(guān)系,為各類工程技術(shù)提供物質(zhì)基礎(chǔ)和支持。從傳統(tǒng)金屬材料到先進復(fù)合材料,材料技術(shù)的進步始終引領(lǐng)著工程技術(shù)的發(fā)展方向。
金屬材料作為古老的結(jié)構(gòu)材料,仍在不斷煥發(fā)新的活力。高強度鋼、鋁合金、鈦合金等傳統(tǒng)金屬材料通過成分優(yōu)化和工藝改進,性能得到顯著提升;金屬基復(fù)合材料結(jié)合了金屬的韌性和增強相的高強度,實現(xiàn)了性能的協(xié)同增效;非晶態(tài)金屬、高熵合金等新型金屬材料展現(xiàn)出獨特的性能特點,拓展了應(yīng)用空間。
非金屬材料的發(fā)展同樣令人矚目。工程塑料通過分子設(shè)計和改性處理,機械性能和耐溫性能大幅提高;結(jié)構(gòu)陶瓷材料克服了脆性問題,在高溫和磨損環(huán)境下得到應(yīng)用;碳纖維復(fù)合材料憑借高比強度和高比模量,成為航空航天領(lǐng)域的選材料。這些材料的創(chuàng)新為產(chǎn)品設(shè)計提供了更多選擇。
材料加工技術(shù)的進步同樣重要。快速凝固技術(shù)制備出組織細密的金屬材料;粉末冶金技術(shù)實現(xiàn)近凈成形和材料復(fù)合;表面工程技術(shù)改善材料表面性能和服役壽命;增材制造技術(shù)突破傳統(tǒng)加工限制,實現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)一體化成形。這些加工技術(shù)的發(fā)展,極大地拓展了材料應(yīng)用的可能性和范圍。
材料科學與工程技術(shù)的深度融合,正在推動新材料研發(fā)模式變革。材料基因組計劃通過高通量計算和實驗,大幅縮短新材料研發(fā)周期;材料大數(shù)據(jù)分析揭示材料成分-結(jié)構(gòu)-性能間的內(nèi)在規(guī)律;跨尺度模擬仿真實現(xiàn)從原子到宏觀的性能預(yù)測。這些新方法新理念,正在加速材料創(chuàng)新進程,為工程技術(shù)發(fā)展提供更強支撐。
材料科學與工程技術(shù)的基礎(chǔ)與先導