材料科学基础在光机电一体化中的应用
摘 要：材料科学的形成是科学技术发展的结果。随着现在科学技术迅猛发展的趋势，对材料的研究提出了更高的要求；同时推动了材料科学向前发展。通过对材料科学的学习，可以对各种类型材料有一个更深入的了解。身为一个机械制造及其自动化专业的研究生，无时无刻都要与材料打交道；这对我以后在光机电一体化方向的研究将受益匪浅。
关键词：材料科学 科学技术 光机电一体化
引言
材料科学是研究材料的组织结构、性质、生产流程和使用效能，以及它们之间相互关系的科学。材料科学是多学科交叉与结合的结晶，是一门与工程技术密不可分的应用科学。材料的广泛应用是材料科学与技术发展的主要动力。在实验室具有优越性能的材料，不等于在实际工作条件下能得到应用，必须通过应用研究做出判断，而后采取有效措施进行改进。材料在制成零部件以后的使用寿命的确定是材料应用研究的另一方面，关系到安全设计和经济设计，关系到有效利用材料和合理选材。通过应用研究可以发现材料中规律性的东西，从而指导材料的改进和发展。由于光机电一体化产品的主要功能和结构功能，往往是以机械技术为主实现的，所以机械结构的稳定性将直接影响到系统的稳定性和可靠性；而机械结构的稳定性离不开机械结构的材料。光机电一体化产品的小、巧、轻、薄、高精度等特点，对机械结构的材料也提出了更高的要求。
塑性变形与光机电一体化
光机电一体化技术是光学、机械学、电子学、信息处理与控制等多学科相互参透、相互融合而形成的边缘技术。其中机械技术是关于机械的机构以及利用这些机构传递运动的技术，它是光机电一体化技术的基础。机械机构就涉及材料科学的知识，包括材料的选择、材料的分析、材料的加工、材料的塑性变形等等。下面就简单分析一下金属材料的塑性变形与光机电一体化的关系。塑性变形在金属体内的分布是不均匀的，所以外力去除后，各部分的弹性恢复也不会完全一样，这就使金属体内各部分之间产生相互平衡的内应力，即残余应力。残余应力降低零件的尺寸稳定性，增大应力腐蚀的倾向。由此可见，金属的塑性变形，对金属的组织和性能影响很大，常会出现加工硬化、内应力和各向异性等现象。而光机电一体化产品对精度的要求很高，就必须消除或者减小这些影响。金属经冷态塑性变形后，晶粒内部出现滑移带或孪晶带。各晶粒还沿变形方向伸长和扭曲。当变形量很大而且是沿着一个方向时，晶粒内原子排列的位向趋向一致，同时金属内部存在的夹杂物也被沿变形方向拉长形成纤维组织，使金属产生各向异性。沿变形方向的强度、塑性和韧性都比横向的高。当金属在热态下变形，由于发生了再结晶，晶粒的取向会不同程度地偏离变形方向，但夹杂物拉长形成的纤维方向不变，金属仍有各向异性。因此，可以对经过冷变形的金属进行再结晶和回火处理。经过冷变形的金属，如加热到一定温度并保持一定的时间，原子的激活能增加到足够的活动力时，便会出现新的晶核，并成长为新的晶粒，这种现象称为再结晶。经过再结晶处理后，冷变形引起的晶粒畸变以及由此引起的加工硬化、残余应力等都会完全消除。 材料科学的发展对光机电一体化技术的影响
研究与发展材料的目的在于应用，而材料必须通过合理的工艺流程才能制备出有实用价
值的材料来，通过批量生产才能成为工程材料。在将实验室的研究成果变成实用的工程材料过程中，材料的制备工艺、检测技术、计算机技术等起着重要的作用。材料的实用研究构成了材料科学与技术的结合点。未来的光机电一体化技术将朝着微型化、智能化、模块化、数字化、集成化、网络化、人性化、带源化、绿色化的方向发展。因此，这就对材料提出了更高的要求。随着高科技的发展，材料科学和新材料主要在以下几个方面得到发展，复合材料是结构材料发展的重点，其中主要包括树脂基高强度、高模量纤维复合材料，金属基复合材料，陶瓷基复合材料及碳碳基复合材料等。表面涂层或改性是另一类复合材料，其量大面广、经济实用，具有广阔的发展前景。功能材料与器件相结合，并趋于小型化与多功能化。特别是外延技术与超晶格理论的发展，使材料与器件的制备可以控制在原子尺度上，这将成为发展的重点。随着金属材料在性能价格比、工艺及现有装备上都具有明显优势，而且新品种不断涌现，今后仍将有很强的生命力。高分子材料还会大大发展，性能会更优异，特别是高分子功能材料正待开发。工程陶瓷将在性能提高、成本降低的条件下得到发展。功能陶瓷已在功能材料中占主要地位，还将不断发展。材料科学的发展给光机电一体化技术提供了更广阔的空间。
光机电一体化技术对材料科学发展的促进
材料科学的发展在很大程度上依赖于检测技术的提高。每一种新仪器和测试手段的发明创造，都对当时新材料的出现和发展起到了促进作用。1863年，光学显微镜用于金属材料的研究。随后又出现了电子显微镜、扫描电镜、高分辨率电镜，其点分辨率在0.2纳米左右，足以观察到原子，为研究材料的内部组织结构提供了先决条件。而后又出现扫描透射电镜、扫描隧道显微镜，不但可以观察到原子，分析出微小区域的化学成分和结构，还可用来进行原子加工，为在微观结构上设计新材料打下了基础。
检测技术又是控制材料工艺流程和产品质量的主要手段，其中无损检测不但可以检查材料的宏观缺陷，还可监控裂纹的萌生和发展，为材料的失效分析提供了依据。各种检测用传感器，利用物理、化学或生物原理来传递材料在使用和生产过程中所产生的信息，从而达到控制产品质量的目的。随着科学技术的发展，各种检测技术和检测装置不断更新，适应在线、动态及各种恶劣环境测试的检测装置将用于材料的研究和生产中。
光机电一体化产品的开发对材料科学的发展大有裨益，例如：我们实验室研究的具有国内先进水平的“自动显微镜系统多媒体互动实验平台”，可以自动调焦并获得材料的晶相组织，对检测材料的组织很有帮助。
结论
通过对材料科学基础的学习，使我了解到材料科学在机械行业中的重要性。它在我们的机械行业中扮演重要的角色。要想自己在生活在扮演重要的角色，就要努力的充实自己，不仅在科学文化知识的学习方面，还有在社会阅历和人际交往上努力提高自己。只有这样才能在竞争中不被淘汰。
随着国民经济的发展，创新意识的提高，材料科学基础扮演的角色越来越重要。我们在努力学习理论知识的同时，也要结合自己的研究方向把材料科学基础的知识运用到实践当中去，加强自己的动手能力。只有通过自己的实践，才能更好的理解理论，发现自己的问题；才能更好的学好材料科学基础。
参考文献
[1] 刘智恩.材料科学基础（第三版）：西北工业大学出版社，1999.9.
[2] 萧泽新.光机电一体化系统及应用：华南理工大学出版社，2011.10.
[3] 萧泽新.工程光学设计（第二版）：电子工业出版社，2008.2.10.
[4] 胡德林.金属学及热处理：西北工业大学出版社，1995.
[5] 于春田.金属基复合材料：冶金工业出版社，1995.
材料科学基础在光机电一体化中的应用
摘 要：材料科学的形成是科学技术发展的结果。随着现在科学技术迅猛发展的趋势，对材料的研究提出了更高的要求；同时推动了材料科学向前发展。通过对材料科学的学习，可以对各种类型材料有一个更深入的了解。身为一个机械制造及其自动化专业的研究生，无时无刻都要与材料打交道；这对我以后在光机电一体化方向的研究将受益匪浅。
关键词：材料科学 科学技术 光机电一体化
引言
材料科学是研究材料的组织结构、性质、生产流程和使用效能，以及它们之间相互关系的科学。材料科学是多学科交叉与结合的结晶，是一门与工程技术密不可分的应用科学。材料的广泛应用是材料科学与技术发展的主要动力。在实验室具有优越性能的材料，不等于在实际工作条件下能得到应用，必须通过应用研究做出判断，而后采取有效措施进行改进。材料在制成零部件以后的使用寿命的确定是材料应用研究的另一方面，关系到安全设计和经济设计，关系到有效利用材料和合理选材。通过应用研究可以发现材料中规律性的东西，从而指导材料的改进和发展。由于光机电一体化产品的主要功能和结构功能，往往是以机械技术为主实现的，所以机械结构的稳定性将直接影响到系统的稳定性和可靠性；而机械结构的稳定性离不开机械结构的材料。光机电一体化产品的小、巧、轻、薄、高精度等特点，对机械结构的材料也提出了更高的要求。
塑性变形与光机电一体化
光机电一体化技术是光学、机械学、电子学、信息处理与控制等多学科相互参透、相互融合而形成的边缘技术。其中机械技术是关于机械的机构以及利用这些机构传递运动的技术，它是光机电一体化技术的基础。机械机构就涉及材料科学的知识，包括材料的选择、材料的分析、材料的加工、材料的塑性变形等等。下面就简单分析一下金属材料的塑性变形与光机电一体化的关系。塑性变形在金属体内的分布是不均匀的，所以外力去除后，各部分的弹性恢复也不会完全一样，这就使金属体内各部分之间产生相互平衡的内应力，即残余应力。残余应力降低零件的尺寸稳定性，增大应力腐蚀的倾向。由此可见，金属的塑性变形，对金属的组织和性能影响很大，常会出现加工硬化、内应力和各向异性等现象。而光机电一体化产品对精度的要求很高，就必须消除或者减小这些影响。金属经冷态塑性变形后，晶粒内部出现滑移带或孪晶带。各晶粒还沿变形方向伸长和扭曲。当变形量很大而且是沿着一个方向时，晶粒内原子排列的位向趋向一致，同时金属内部存在的夹杂物也被沿变形方向拉长形成纤维组织，使金属产生各向异性。沿变形方向的强度、塑性和韧性都比横向的高。当金属在热态下变形，由于发生了再结晶，晶粒的取向会不同程度地偏离变形方向，但夹杂物拉长形成的纤维方向不变，金属仍有各向异性。因此，可以对经过冷变形的金属进行再结晶和回火处理。经过冷变形的金属，如加热到一定温度并保持一定的时间，原子的激活能增加到足够的活动力时，便会出现新的晶核，并成长为新的晶粒，这种现象称为再结晶。经过再结晶处理后，冷变形引起的晶粒畸变以及由此引起的加工硬化、残余应力等都会完全消除。 材料科学的发展对光机电一体化技术的影响
研究与发展材料的目的在于应用，而材料必须通过合理的工艺流程才能制备出有实用价
值的材料来，通过批量生产才能成为工程材料。在将实验室的研究成果变成实用的工程材料过程中，材料的制备工艺、检测技术、计算机技术等起着重要的作用。材料的实用研究构成了材料科学与技术的结合点。未来的光机电一体化技术将朝着微型化、智能化、模块化、数字化、集成化、网络化、人性化、带源化、绿色化的方向发展。因此，这就对材料提出了更高的要求。随着高科技的发展，材料科学和新材料主要在以下几个方面得到发展，复合材料是结构材料发展的重点，其中主要包括树脂基高强度、高模量纤维复合材料，金属基复合材料，陶瓷基复合材料及碳碳基复合材料等。表面涂层或改性是另一类复合材料，其量大面广、经济实用，具有广阔的发展前景。功能材料与器件相结合，并趋于小型化与多功能化。特别是外延技术与超晶格理论的发展，使材料与器件的制备可以控制在原子尺度上，这将成为发展的重点。随着金属材料在性能价格比、工艺及现有装备上都具有明显优势，而且新品种不断涌现，今后仍将有很强的生命力。高分子材料还会大大发展，性能会更优异，特别是高分子功能材料正待开发。工程陶瓷将在性能提高、成本降低的条件下得到发展。功能陶瓷已在功能材料中占主要地位，还将不断发展。材料科学的发展给光机电一体化技术提供了更广阔的空间。
光机电一体化技术对材料科学发展的促进
材料科学的发展在很大程度上依赖于检测技术的提高。每一种新仪器和测试手段的发明创造，都对当时新材料的出现和发展起到了促进作用。1863年，光学显微镜用于金属材料的研究。随后又出现了电子显微镜、扫描电镜、高分辨率电镜，其点分辨率在0.2纳米左右，足以观察到原子，为研究材料的内部组织结构提供了先决条件。而后又出现扫描透射电镜、扫描隧道显微镜，不但可以观察到原子，分析出微小区域的化学成分和结构，还可用来进行原子加工，为在微观结构上设计新材料打下了基础。
检测技术又是控制材料工艺流程和产品质量的主要手段，其中无损检测不但可以检查材料的宏观缺陷，还可监控裂纹的萌生和发展，为材料的失效分析提供了依据。各种检测用传感器，利用物理、化学或生物原理来传递材料在使用和生产过程中所产生的信息，从而达到控制产品质量的目的。随着科学技术的发展，各种检测技术和检测装置不断更新，适应在线、动态及各种恶劣环境测试的检测装置将用于材料的研究和生产中。
光机电一体化产品的开发对材料科学的发展大有裨益，例如：我们实验室研究的具有国内先进水平的“自动显微镜系统多媒体互动实验平台”，可以自动调焦并获得材料的晶相组织，对检测材料的组织很有帮助。
结论
通过对材料科学基础的学习，使我了解到材料科学在机械行业中的重要性。它在我们的机械行业中扮演重要的角色。要想自己在生活在扮演重要的角色，就要努力的充实自己，不仅在科学文化知识的学习方面，还有在社会阅历和人际交往上努力提高自己。只有这样才能在竞争中不被淘汰。
随着国民经济的发展，创新意识的提高，材料科学基础扮演的角色越来越重要。我们在努力学习理论知识的同时，也要结合自己的研究方向把材料科学基础的知识运用到实践当中去，加强自己的动手能力。只有通过自己的实践，才能更好的理解理论，发现自己的问题；才能更好的学好材料科学基础。
参考文献
[1] 刘智恩.材料科学基础（第三版）：西北工业大学出版社，1999.9.
[2] 萧泽新.光机电一体化系统及应用：华南理工大学出版社，2011.10.
[3] 萧泽新.工程光学设计（第二版）：电子工业出版社，2008.2.10.
[4] 胡德林.金属学及热处理：西北工业大学出版社，1995.
[5] 于春田.金属基复合材料：冶金工业出版社，1995.