引言
近年来，随着材料科学技术的飞速发展和各种新材料的不断涌现，实现了一系列新技术革命，从而，使得整个现代科学技术和社会生产力发展到了前所未有的新水平。完全可以说，我们现在是生活在一个绚丽多彩的新材料和新技术层出不穷的时代。过去的许多梦想，如今都一个个地成为了现实。高科技方面的巨大进展，使得人们已不满足于仅仅乘飞机周游全球，而是要征服太空。不仅卫星已被送入太空，人类还成功地登上了月球。1990年海湾战争中出现的隐形飞机使得“隐身技术”已不再是科幻作家的专利。在日常生活方面，日新月异的新技术和新产品每天都不断地丰富和改善着人们的生活面貌。这一切进步无一不是建立在材料科学技术的进展基础之上的。
什么是材料呢？我们将人类在社会活动中制做各种产品所使用的固体称为材料。事实上，没有任何一件物品不是由材料制成的。
材料是工业、农业、国防、科学技术及人民生活的物质基础。无论是科技进步还是发展生产以及人们的日常生活，处处都离不开材料。例如，制作各种日用器皿离不开金属、塑料、玻璃、陶瓷等材料，制造机器要用钢铁及各种有色金属材料，而修建房屋则离不开砖石、水泥等建筑材料。新兴工业及高科技领域更需要使用各种具有特殊性能、人们还不太熟悉的新型材料。如制造人体器官使用的生物陶瓷材料，磁悬浮列车技术中使用的超导磁性材料，制造激光器所用的激光材料，火箭的外壳和鼻锥需要的耐高温材料，具有特殊用途的压电材料和热释电材料等等。材料的品种之多，用途之广，不胜枚举。
尤其近十来年，科学技术的高度发展，要求使用一些具有特殊性能的材料，从而促使能够满足人类不同需求的各种新材料不断面世，使得过去无法解决的高难技术得以突破，整个现代科学技术得以向前突飞猛进，人类的生活面貌发生着日新月异的根本变化。如光学纤维在十几年以前还是科学家们在实验室探索的课题，现在却变为了广泛使用的现实。光学纤维的出现，引起了邮电、通讯、广播、电视技术、医疗技术、工业探伤技术、微光夜视技术等的革命性飞跃，使在短短几年时间里，电话机进入了普通人家庭，带来了信息技术的一场革命。在此基础上，人们于1993年正式提出了建立“信息高速公路”的跨世纪工程的宏伟计划，这些目标的一一实现，必将彻底改变人类的生活面貌。立方氮化硼、人造金刚石及赛隆（sialon）陶瓷等超硬材料在研磨、切削、钻探等工具中的应用，带来了机械加工和采掘业的重大革新。由此可见，材料的品种、质量和数量直接影响着人们的生活。从某种意义上说，材料是科学技术发展水平的标志，也是衡量一个国家现代化程度的标志。人们把材料科学技术、能源科学技术和信息科学技术并列为现代科学技术的三大支柱，确立了材料的重要地位。
我们的祖先早在1万年以前就发明了制陶术，实现了人类历史上第一个用人工方法制成材料。陶器和青铜器成为人类进入奴隶社会的标志，作为人类文明史上的大事而载入史册。公元2—3世纪，制成了比陶器的质更细、更坚硬而美观的瓷器。陶器和瓷器的性质具有相似之处，其制作工艺大同小异，故统称二者为陶瓷。陶瓷发展至今，其制作工艺及性能更为优良，包括的范围已更为广范，成为了固体材料的一个大家族。如今陶瓷材料与金属材料和有机高分子材料并列为当代三大固体材料。
这三大固体材料各自有着不同的特性。一般说来，陶瓷硬度大、耐高温、有脆性；金属材料具延展性、导电性和导热性；有机高分子材料易老化等。为什么它们会具有这些不同的性质？它们之间有无共性呢？人们在对此进行了长期的探索和研究的基础上，先后形成了“金属学”、“陶瓷学”和“高分子结构（物理）学”等分别研究金属材料、陶瓷材料和高分子材料的学科。随着材料应用领域的扩大和研究的深入，发现这些材料之间不仅可互相替用（如陶瓷代替金属或高温合金，聚合物代替金属，聚合物代替陶瓷等），而且可互相复合为复合材料（金属基陶瓷复合材料、有机基复合材料等）。不同材料之间可互相替用和复合的事实说明这些材料之间存在着共性。于是，在20世纪60年代初正式形成了研究材料共性的“材料科学”。材料科学主要研究材料的成分、原子或分子结构、微观及宏观构造（组构）以及加工制造工艺与性能之间的关系。
材料科学主要以晶体学、固体物理学、固体化学、热力学和动力学、冶金学和化工等学科为基础，对材料的内在规律和应用进行探讨。随着科学技术和生产力的发展，对材料的需求和性能要求越来越高。人们根据材料应用中所需要的性能，可以应用已知的规律和理论，从成分、结构、性质等直到工程中的具体应用进行设计和实施，这就形成了“材料工程”。“材料科学”和“材料工程”结合起来就构成了一门新兴的学科——材料科学与工程（Material Science and Engineer—ing），我国则多称为材料科学与技术。该学科的建立，大大地促进了材料的研究、设计、开发和生产的水平。如今，材料科学与工程（技术）已成为了当代最重要的学科。材料的品种、数量和质量成为了一个国家现代化程度的标志。
目前，世界各国已将竞争的焦点转到经济方面，而经济上的竞争实际上是科学技术的竞争。这种竞争进一步推动了科学技术的飞速发展。以信息科学、生命科学和材料科学为基础的科学技术革命，已将人类的物质文明推向一个新阶段。电子、能源、精密仪表等高新技术产业正蓬勃崛起，这些产业所需要的电子材料、能源材料和各种功能材料起着日益重要的作用。这对新型材料的开发、应用、提高材料的性能和寿命等方面提出了更高的要求，从而加速了各种新型材料的开发速度，以满足人类这种越来越高的要求。
材料的分类
在浩瀚的材料世界里，材料的品种繁多。世界各国对材料的分类不尽相同。根据材料的成分、显微结构和性质，将材料分为四个大的类别（图1.1）：三大材料：金属材料、无机非金属和有机高分子材料及几类可能的复合材料类型
·金属和合金；
·有机高分子材料；
·无机非金属材料；
·复合材料。
图1.1
大部分的金属在常温下都是原子固体。最常用的金属材料是铁、铝和铜。金属合金一般是两种或多种金属的固溶体，如黄铜是铜和锌的合金。然而，合金也可以含有非金属元素，如由Fe—C合金组成的各种钢。
金属及其合金一般是电、热的良导体，不透明，具质硬不易弯曲和塑性变形等性质。
有机高分子材料一般是由碳原子长链上结合一些H或Cl或原子团的大分子化合物。另一些元素如S，N，Si等同样可以进入碳原子链的位置。
最著名的有机高分子材料是氯乙烯（PVC）、聚乙烯（PE）和聚苯乙烯（PS）。有机高分子材料（有机玻璃、橡胶等）的物理性质变化较大，它们大都绝热、质轻、易加工成形。与金属材料相反，有机高分子材料易弯曲、工作温度大都难以超过200℃以上的温度。
无机非金属材料不仅发展历史最为悠久，而且是当代发展最快的一类材料。其材料种类繁多，新型材料不断涌现，成分和性能各异。陶瓷、玻璃、金刚石、水泥等都是无机非金属材料的重要成员。其中，陶瓷占有尤为重要的地位。
无机非金属材料是现代高新技术发展中不可缺少的材料。
陶瓷材料是一些金属元素和非金属元素（最通常为氧元素）结合的离子化合物。最初，陶瓷仅是指一些氧化物。后来，陶瓷的定义范围逐渐扩大包括了其他一些原子的化合物如碳化钨或氮化硅等。
陶瓷材料以其高的耐火度为特点。大多数的陶瓷材料都是绝缘和绝热材料。陶瓷一般都硬度大而具脆性。
