湖北汽车工业学院材料科学与工程专业介绍

一、我校“材料科学与工程”专业学什么？

①培养什么人？

提起材料科学与工程这个专业，恐怕大部分人的第一反应是“一头雾水”“不知所云”。的确，与其他诸如“电子信息”“计算机”“经济管理”等一眼就可以看出“研究什么”的专业相比，“材料”这一概念显得相当的宽泛。可是，正是这种森罗万象无所不包的“宽泛”使得材料科学与工程这一专业成为当今国内外各行各业发展都离不开的一门基础而重要的学科。

说“无所不包”绝对不是夸大其词。观察一下我们生活的周围，你会发现处处都可以看到材料专业知识的影子。举个例子。你坐在家里看电视--电视机显示图像的元器件还有遥控器里的发信号装置是什么做的？是电子信息材料和光电材料。电视看腻了出门逛街要坐车，汽车是什么做的？车外壳是金属材料；挡风玻璃是非金属材料，可能是有机的，也可能是无机的；车内饰是塑料和橡胶材料。逛街累了要回家做饭，买好晚饭的食材，到了超市购物要付钱，纸币是有机木纤维加油机印刷油墨印制的，硬币是金属材料冲压制成的。OK，你不用现金而选择刷卡，信用卡是什么做的？有机聚合物材料，还有磁性材料。买好东西拎着袋子回家，用的是现在大力提倡的环保可降解塑料袋--这是有机生物材料……      

   只是生活中一个相当相当小的方面，你看，材料无处不在。事实上，材料科学并不仅仅在这些基础的方面与我们的生活息息相关。随着时代的发展，不断提高的生活水平和日新月异的科技进步使得各方面对材料的要求达到了新的高度，这使得材料科学技术与生物技术，计算机技术和能源技术一同成为新世纪人类发展所倚重的高新科技的重中之重。生物技术方面，人造骨骼、人造器官的研究一直是医学研究的重点，而更轻更结实的钛合金骨骼、不会引发人体排斥的生物有机聚合材料是实现“人造身体”的关键所在。计算机技术方面，信息时代的“信息爆炸”要求计算机有更快的处理速度和更大的信息存储量，这些问题都可以新型的光电材料芯片和光存储材料来解决。能源方面，煤和石油存储量日渐减少，而核能的开发总会被蒙上“非和平”的阴影，这样的局面迫使人们将注意力集中在更干净、更环保的太阳能和氢能上，而新型的光电转换材料和储氢材料的开发将使这些清洁能源的利用和存储成为可能。可以说，在人类将来的发展中，材料科学技术会起到决定性的作用。   

OK，展望了这么多前景，相信大家对材料科学与工程这门专业的未来已建立了相当程度的信心。当然，要想真正完成依靠材料技术改变世界的壮举，需要付出相应的努力。也许你会说，我的理想不是成为科学家，我只是对这个专业比较感兴趣，想学到有用的知识。很现实的问题，提得好！那我们就来看看材料科学与工程这个专业，能让我们成为具有怎样的知识和能力的人才吧。

首先是培养目标。材料专业培养具备金属材料、高分子材料领域的科学与工程方面较宽的基础知识，能在各种材料的制备、加工成型、材料结构与性能等领域从事科学研究与教学、技术开发、工艺和设备设计、技术改造及经营管理等方面工作的工程技术型人才。所谓金属材料，是金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料的统称，包括纯金属、合金、金属间化合物和特种金属材料等。高分子材料是以高分子化合物为基础的材料，按来源分为天然、半合成(改性天然高分子材料)和合分子材料，按特性分为橡胶、纤维、塑料、高分子胶粘剂、高分子涂料和高分子基复合材料。

   其次是培养方案。为达到上述目的，材料科学与工程专业的学生会学习材料科学与工程的基础理论，学习与掌握材料的制备、组成、组织结构与性能之间关系的基本规律；受到金属材料、高分子材料、复合材料以及各种先进材料的制备、性能分析与检测技能的基本训练；掌握材料设计和制备工艺设计、提高材料的性能和产品的质量、开发分析与检测技能的基本训练；掌握材料设计和制备工艺设计、提高材料的性能和产品的质量、开发研究新材料和新工艺方面的基本能力。   

后，当我们毕业时，按照期望我们会获得以下几方面的知识和能力：

1、金属材料、高分子材料以及其它高新技术材料科学的基础理论和材料合成与制备、材料复合、材料设计等专业基础知识；

2、材料性能检测和产品质量控制的基本知识，具有研究和开发新材料、新工艺的初步能力；

3、材料加工的基本知识，具有正确选择设备进行材料研究、材料设计、材料研制的初步能力；

4、本专业必需的机械设计、电工与电子技术、计算机应用的基本知识和技能

5、相关的技术经济管理知识；

6、文献检索、资料查询的基本方法，具有初步的科学研究和实际工作能力。

②开设哪些课程

与其他工科专业相同，材料科学与工程专业在大学一、二年级会安排基础科目的学习，如高等数学、线性代数、概率统计、大学英语、C语言、大学物理、基础物理实验等，以及社会类课程包括毛泽东思想概论、邓小平理论、政治经济学、法律基础等。此外，由于专业相关性，亦会开设机械设计基础、机械制图、电工电子学这样与材料生产设备相关的课程。

专业课程方面，在大一、大二，学生会学习专业基础平台课程，包括普通化学、物理化学、有机化学、材料导论等。看到这一连串的化学课程可能有些同学会问“我进的这到底是材料系还是化学系啊？”其实无论什么材料，影响其性能的因素无外乎其化学结构，分子也好原子也好离子也好。因此，这几门与化学相关的课程可以说是我们研究材料性能的基础，是材料学的基石。而且化学知识是我们制造合成材料的基础，将来我们搞材料方面的研发也好，生产也好，在了解其是“怎么来的”这一基础上我们才能进行进一步的工作，改性，深加工，塑形，精制，诸如此类。

   升入大三后将深入学习更为专业的知识，包括材料性能学、材料力学、材料工程基础、材料现代分析与测试方法。无论将来选择材料科学与工程专业的任何一个专业方向，这几门课程都是必不可少的基础知识。材料学是一门综合性相当强的学科，即使你的主要研究或者工作方向只是某一种材料，比方说专门从事工程塑料的生产，但是其他材料的基本性质还是要知道的，因为材料的工作环境不是单一的，它很可能要与其他材料共同合作才能更好发挥功效。比如“神五”飞船的合金外壳和外面附着的吸热耐高温涂料，一个是金属，一个是有机物基非金属化合物，如何将两者牢固地结合起来这一问题就涉及到两种材料各自的结构及性质。

之后，诸位材料专业的学生面对的就是专业方向的选择。湖北汽车工业学院的材料科学与工程系下分为三个专业方向，分别是金属材料、高分子材料、材料表面防护。课程安排方式为每专业限选选修课加上跨专业任选选修课。金属主要是金属合金及其提高金属耐高温性能的材料；高分子材料包括高分子物理、高分子化学、复合材料与工程塑料方面的研究；材料表面防护主要是电化学与涂层涂装两个方面的知识。

③专业限选课有：

金属材料专业--金属材料学、材料热处理原理及工艺、金属腐蚀与防护、金相技术。

高分子材料专业--高分子物理及化学、高分子成型原理与工艺、高分子材料、塑料成型机械。

材料表面防护专业--材料表面工程与技术、涂装工艺、涂装设备、涂料及涂层性能检测。

专业任选课包括：材料热处理设备、粉末冶金材料与工艺、失效分析、有限元法及基础、计算机在材料中的应用、塑料成型工艺及模具设计、复合材料、功能高分子材料、电镀原理与工艺、涂装车间设计、纳米材料及应用、先进材料。

二、读读学长的经验

作为一名工科学生，本科期间建立的基本知识体系相当重要，尤其是将来确定从事本专业的同学，这个知识体系将决定我们在材料学领域能做多远。下面介绍的几门课是材料学的核心课程，其中工科高等数学是深入学习所有课程的基本工具，一定要掌握好；而普通化学、物理化学、有机化学、材料力学性能，是专业基础课程，这是材料专业的理论基础，是学习专业方向课的基础；而高分子物理、高分子化学、材料热处理原理等课程是专业课，分别引导大家进入材料学不同分支的学习，是将来选择研究生方向的基础。可见我们所学的课程是构成我们知识体系的基石，是环环紧扣、层层深入的，那么如何才能学好这些课程呢？下面我逐个介绍一下。

普通化学的研究范围广，涉及许多领域。但作为化学专业的基础课程，普通化学主要是对基础的化学原理进行比较系统的学习，使同学们掌握有关化学方面的基本概念、定律和理论；然后对化学的学科前沿和发展趋势进行一个简介，使我们对该学科的新发展有一个初步了解，激发求知欲。

普通化学的实验性强，也有自身的理论。普通化学设有理论课和实验课，它们是一个整体，是互相补充和完善的，学习中不能偏废。辩证的来说，实验可以加深感性认识，而理论可以加深对感性认识的理解。

物理化学作为专业基础课，也是将来的考研课，重要性不言而喻。这门课开设在大二上学期。物理化学研究的范畴主要分以下三个：化学热力学--研究化学平衡规律；化学动力学(以及传输过程)--研究化学反应速率规律；物质结构--研究物质结构及其性质的关系。与从前的学习对比较为显著的一点是对很多问题的探讨都上升到了定量的角度。材料专业的课程设置环环相扣，到这时我们已经对自己在学什么、将来要做什么有了一定的了解，知识也更加系统化了。

物理化学用到的概念、符号、公式很多，公式使用条件也严格，而且逻辑性强。比如从特殊的现象中总结出一般的规律，研究理想的模型、平衡态推广到真实的情况，由宏观世界深入到微观世界的研究等等。学的多了，才会发现，原来我们的人类世界、社会发展竟然也符合其中的许多规律。“熵”是描述化学体系不稳定性的概念，可以叫做“混乱度”。每当化学反应发生要产生新的物质时，体系的熵值增大，即所谓的“熵增原理”。这种变化人类历史规律十分相似。新的朝代总是诞生于上一个朝代末期的乱世纷纭，好比时代这个大体系的熵值猛然增加，于是旧时代消失，新时代开始。又如“勒-沙特列原理”--如果改变影响平衡的条件之一(如温度，压强，以及参加反应的化学物质的浓度)，平衡将向着能够减弱这种改变的方向移动。这个趋势是不是比较眼熟？对了，这不正是革命者们所说的“哪里有压迫，哪里就有反抗”么？先人称理科知识为“格致”--格物致知：“格，至也。物，犹事也。致，推极也，知，犹识也。”研究一门学科而能即物穷理，凡事都能弄明白，探究竟，这就是物理化学的魅力所在。

有机化学这门课，说好学也好学，说难也挺难。说它好学，是因为这门课从某种程度来说，是高中化学的延伸，对于高中化学基础好的同学来说，接受比较快，上手也比较容易。与高中时的学习相比，我们在这门课上学到的知识，更加系统和深入了。例如烷、烯、炔、芳环化合物、卤代烷、醇和醚、醛和酮、羧酸、硝基化合物等方面的内容，高中阶段皆有涉及，因此新增的内容除了一些略微复杂的人名反应，更重要的是对反应机理的探讨，即从分子、电子的角度，对化学反应进行分析。如路易斯酸碱是怎样的概念？该反应是亲核反应，还是亲电反应？有机化合物分子中原子的排列顺序、立体位置，化学键的接合状态，分子中电子的分布状态，以及他们是如何影响该有机化合物的物理与化学性质的。

   从高深繁复的科研领域前沿到切实发生在我们身边的日常生活，有机化学无处不在。近年来闹得沸沸扬扬的三鹿奶粉事件中，致病元凶三聚氰胺的名字以及其化学分子式因反复出现于各大媒体而广为大家熟知。那么三聚氰胺为什么会对人体造成如此危害？是由于自身的化学性质还是与人体内的其他物质发生了什么有害的反应？你可知三聚氰胺其实是工业上一种相当重要的原料？还有，获得08年诺贝尔化学奖的研究课题“荧光蛋白”可以与三鹿事件联系起来，用于制作便于随时随地检测牛奶中各种有毒物质的试纸，这些你又可曾了解？别急，有机化学会帮助你由浅入深的了解这一切。   

材料性能学这门课主要关注的对象是工程结构材料关键的问题--力学性能，如我们平时常常听到的强度、硬度、刚度、塑性、韧性、断裂、疲劳、蠕变等。这门课的学习分为两个方面，一是金属的力学性能，二是复合材料的力学性能。材料的力学性能测试在以后我们材料科学与工程大专业下面的任何一个方向的学习中，都是不可能跳过的一步。

这门课程建立在材料力学的基础之上，区别在于“性能”两字。力学性能在工程结构，如飞机、桥梁，以及一些部件如齿轮、轴承等的设计中往往是重要的指标。而新材料制得以后，往往需要通过力学性能的测试，来确定它是否能从研制阶段，走到实际生产应用中去，以满足实际的需要。此外，一旦工程结构材料发生断裂失效，一般来说究其原因都在于其力学性能不能满足要求。部分产品对材料的综合性能有非常高的要求，如高强度，高刚度，高韧性，低密度等等。我们重点需要掌握的是这些力学性能指标的意义、测试方法和失效分析的一些工具方法等等。举个例子来说，某地发生了飞机坠毁事件，通过断口观察等一系列的测试结果，得出事故发生的原因。还有十余年前京畿著名的东方红化工厂爆炸事件，亦出动了大批材料力学及失效分析方面的专家进行事故原因及责任评估。而且，材料力学的意义不仅在于总结事故的经验教训，更重要的是在于将这些经验运用于防患未然。目前我国正大力推行的大飞机计划中，用于我国自制的大飞机的蒙皮骨架复合材料的受力分析就是极为重要的课题，千万出错不得。材料力学之重要，窥此一斑可见全貌。

   材料工程基础随着当代新材料的发展和对传统材料的要求的提高，材料制备工程的成材技术已成为实现高性能材料应用的基础。本课程是针对材料科学与工程专业二年级学生需要而开设的，它首次将三大材料的制备科学与技术融为一门课程。全书围绕金属、陶瓷、高分子复合材料等三大材料成材过程的技术原理、工艺和方法，论述了材料制取合成、材料加工成形、材料改性与表面加工以及材料复合，使我们在获得较广泛的材料工程基础知识的同时，掌握材料制备过程中的基本科学原理和技能，从而能根据材料的性能、结构与应用要求，提出材料制备加工的方案与方法。金属材料的处理技术首先要从金属的冶炼开始，根据不同的金属元素以及对于同种金属的不同性质要求，需要不同的冶炼方法，包括火法冶金、湿法冶金和电冶金等等；其后，就是对冶炼出的金属材料以改变物理形态为主的加工处理，诸如锻造、铸造、轧制等等。关于高分子复合材料，首先是用于符合的高分子原材料各自的制备，包括加入各种添加剂、通过升降温度的热处理进行改型等；然后便是不同材料之间的不同形式的复合方法，比如弥散复合、颗粒复合、纤维增强复合等。

   根据材料的成分和组织结构，该领域范围涉及到金属材料、高分子材料和复合材料；根据从事材料工程技术人员研究和工作性质，该领域范围又可概括为：从事新材料的研究和开发、材料的生产工艺和设备的开发和设计、材料的特性分析和试验、材料成品的检测与质量控制、材料制品的加工及改性、材料制造业的管理和技术经济分析等。需要我们在学习前对金属学、加工基本方法有基本的培养和重点的掌握。

   材料科学基础讲授的是金属学方面一些基本的概念和原理，如金属和合金的晶体结构、相图、金属的凝固、塑性变形、金属的缺陷、扩散、相变等。或许这些概念在学起来的时候会让人觉得繁琐而枯燥，但正是这些作为金属学基础之基础的理论知识决定了金属学这门课程在实践中的应用价值。金属的相图向来被认为是金属学中复杂的知识段之一，但是只要学得深入一点你就会明白相图理论的价值有多么重要。同样是铝合金材料，小到你家阳台的铝合金框架，大到神七载人航天飞船的超轻质铝合金，其性能区别在各自所用铝合金材料的相图中即可一览无余。再举一个例子，爱看武侠小说的男生们经常会对书中的种种神兵利器艳羡不已，屠龙刀倚天剑，不一而足。那么为什么同样一块好料，在能工巧匠手里就能被打造成为绝世神兵，到了我们手里就百分之二百炼成废铜烂铁？你会说“技术”，看书看得深一点的会说“淬火是关键”，没错，这“淬火”的学问就是我们金属学中“金属的凝固”所关注的知识。