冶金是指从矿石中提取金属或金属化合物，并通过各种加工方法将金属制成具有一定性能的金属材料的过程和技术。冶金技术主要包括火法冶金、湿法冶金和电法冶金。

火法冶金是指矿石或精矿中的部分或全部矿物在高温下发生一系列物理化学变化，形成另一种形式的化合物或单质，分别富集在气体、液体或固体产物中，达到将待提取的金属与脉石及其他杂质分离的目的。湿法冶金是将待提取的金属以某些离子(阳离子或络合阴离子)的形式进入溶液，将这些杂质从溶液中除去后，通过置换、还原、电沉积等方法从净化后的溶液中提取金属的过程。电冶金主要包括电热冶金和电化学冶金两个方面。电冶金是指将电能转化为热能进行冶炼的方法。电化学冶金主要包括电解和电积:溶液电解使金属从含有金属盐的溶液或熔体中析出。可归为湿法冶金；后者称为熔盐电解，它不仅利用电能的化学效应，还将电能转化为热能，从而加热金属盐，使其熔化，因此也可纳入火法冶金。

材料的外延很广，按化学成分可分为金属材料、无机非金属材料、高分子材料和复合材料。根据材料的用途，可分为结构材料和功能材料。本课程提出的材料冶金学是指用冶金学的方法解决材料问题。说到冶金学，范围仅限于金属材料。

金属的性能一般分为两类:工艺性能和使用性能。所谓工艺性能，是指机械零件制造过程中，金属材料在给定的冷热加工条件下的性能。金属的工艺性能决定了它在制造过程中的适应性。由于加工条件不同，所需的工艺性能也不同，如铸造性能、可焊性、可锻性、热处理性能、切削加工性能等。所谓使用性能，是指机械零件的金属材料在使用条件下的性能，包括机械性能、物理性能、化学性能等。金属的性能决定了它的应用范围和使用寿命。金属的机械性能，即材料的使用性能，是零件设计和选材的主要依据。施加载荷的不同性质(如拉伸、压缩、扭转、冲击、循环载荷等。)要求金属材料的机械性能不同。常用的力学性能包括:强度、塑性、硬度、冲击韧性、多冲抗力和疲劳极限。

材料中原子的组合和排列方式很大程度上决定了材料的宏观性质。原子间的键主要有离子键、共价键、金属键、分子键和氢键。金属晶体结构中晶体缺陷的形成也是由于晶体生长、加工等环节的出现，使晶体中的原子排列偏离理想位置，或称无序区。

随着科技的发展，很多单一元素材料的性能已经不能满足要求，所以大多数材料都是由多种元素组成的。不同元素混合成新材料时，由于元素间的物理化学相互作用，形成具有一定晶体结构和一定成分的相。相是指材料中具有相同结构的组分，组分和性质通过界面相互分离。在材料中，相的数量和大小随着化学成分和制备工艺而变化，从而影响相。

在材料凝固结晶过程中，理论上从液态到固态的转变是一个基本的相变过程，其中纯金属的凝固是凝固理论的基础。液态金属的X射线表明液态金属的相邻原子之间存在某种类似于晶体结构的排列规律，但这种排列规律无法延伸到晶体那么远。可以看出，在液相的微小范围内，存在着原子间紧密接触、规则排列的小集团，称为短程有序或短程有序。研究还表明，液态金属的短程有序群不是固定不变的，而是不断变化的。高温下原子热运动剧烈，短程有序群只能维持很短时间，同时出现新的短程有序原子团。一个接一个，与那些无序的原子形成动态平衡。这种现象被称为液态金属的结构起伏或相位起伏。这些具有起伏结构的短程有序群为成核提供了条件，晶核都是由这些短程有序群发展而来的。在过冷液态金属中，晶核一旦形成，就伴随着晶体生长。晶体的生长方式主要与液-固界面的结构和液-固界面前的温度分布有关。金属凝固后的微观结构取决于两个过程:形核和生长。晶核的数量决定晶粒的数量或厚度，晶体的生长主要影响微观结构。传统材料学有以下共同规律:晶体结构规律、材料缺陷与断裂强度、材料相变原理、材料变形与断裂规律、材料增韧原理(固溶强化、细晶强化、第二相强化、相变增韧、晶界玻璃相沉淀增韧)。通过研究和掌握这些规律，可以控制所制备材料的性能。

在冶金过程中，主要有以下几个环节。讨论了各环节的原理和过程，以及对材料制备的影响。

干燥:除去原料中的水分，干燥温度一般为400-600℃。焙烧是指一种冶金过程，将矿石或精矿置于适当的气氛中，加热到低于其熔点的温度，发生氧化、还原或其他化学变化。目的是改变原料中被萃取物的化学成分，满足冶炼要求。根据焙烧过程中控制的气氛不同，可分为氧化焙烧、还原焙烧、硫酸化焙烧、氯化焙烧等。煅烧是指将矿物原料碳酸盐或氢氧化物在空气体中加热分解，除去二氧化碳或水，使之变成氧化物的过程，也称焙烧。烧结造球，将不同的粉矿混合均匀或造球，加热焙烧，固化成多孔块状或球状物料，是粉矿造球的主要方法。在上述过程中，发生了氧化、还原等化学变化，原子间的成键发生了变化，影响了材料的性能和性质。

熔炼是指将加工好的矿石或其他原料在高温下通过氧化还原反应分离成熔融金属和熔渣两个液体层的过程，也称熔炼。按熔炼条件可分为还原熔炼、冰铜熔炼、氧化吹炼等。精炼是将冶炼得到的含有少量杂质的粗金属进一步处理，以提高其纯度。吹炼的本质是氧化熔炼，即熔炼冰铜得到的熔融冰铜一般被吹入转炉的氧气或富氧空气体氧化，使铁、硫等杂质元素氧化，或熔渣或挥发与主金属分离的金属。蒸馏是指利用各种物料在一定温度下挥发度不同的特性，在间接加热的条件下，从熔炼的物料中分离出某些组分的方法。所谓浸出，就是将固体物料加入到液体溶剂中，使固体物料中的一种或几种有价金属溶解到溶液中，而脉石和一些非主金属进入渣中，使提取的金属与脉石和一些杂质分离。

水溶液电解:是指将两个电极——阴极和阳极插入水溶液电解质中，施加直流电，使水溶液电解质发生氧化还原反应。这个过程被称为水溶液电解。由于使用的阳极不同，有可溶性阳极和不溶性阳极。前者称为电解精炼，后者称为电解沉积。熔盐电解是以熔盐为电解质的电解过程，主要用于提取轻金属。这是因为这些金属的化学活性非常高，电解这些金属的水溶液不能得到金属。

冶金学是材料学的前身。从冶金学的角度寻找解决材料科学问题的方法是一个追溯的过程。具有更微观、更易控制的特点，如超细金属管和生物材料的制备。材料冶金必将为材料科学的发展提供新的思路。