材料科學(xué)與人類文明緒論

何謂材料？材料是人類社會所能接受的、可經(jīng)濟地制造有用物品的物質(zhì)。目前一頁\總數(shù)七十一頁\編于點俄羅斯米-26直升機展示強悍起吊能力米-26采用8片半徑16米長的矩形槳葉旋翼，是世界采用槳葉片數(shù)最多的單旋翼直升機，其槳轂由鈦合金制成。目前二頁\總數(shù)七十一頁\編于點目前三頁\總數(shù)七十一頁\編于點材料研究之美目前四頁\總數(shù)七十一頁\編于點材料研究之美目前五頁\總數(shù)七十一頁\編于點目前六頁\總數(shù)七十一頁\編于點目前七頁\總數(shù)七十一頁\編于點材料系2010研究生微結(jié)構(gòu)攝影大賽目前八頁\總數(shù)七十一頁\編于點緒論材料和人類文明發(fā)展史概述材料的定義分類本課程的主要內(nèi)容及目的

目前九頁\總數(shù)七十一頁\編于點第一章緒論人和動物的本質(zhì)區(qū)別?人可以利用工具從事生產(chǎn)、生活，創(chuàng)造財富，積累經(jīng)驗，進而制造更先進的工具在制造工具時，材料是必需的但不是所有的物質(zhì)都能用于制造工具什么是材料？材料是具有一定性能，可以用來制作器件、構(gòu)件、工具、裝置等物品的物質(zhì)簡單地說，材料是人類可用來制造有用器件的物質(zhì)目前十頁\總數(shù)七十一頁\編于點材料是人類社會進步的里程碑目前十一頁\總數(shù)七十一頁\編于點材料與人類文明發(fā)展人類文明進程的劃分依據(jù)是什么

所使用的、占主導(dǎo)地位的材料——

石器時代、銅器時代、鐵器時代、鋼鐵時代、合成材料時代、復(fù)合材料時代……——

發(fā)展得越來越快目前十二頁\總數(shù)七十一頁\編于點人類文明與材料

木器時代？公元前8世紀古希臘哲學(xué)家赫西奧德的《勞動與時令》詩篇里，把人類的發(fā)展劃分成黃金、白銀、青銅、英雄和鐵5個世紀；中國東漢袁康所撰的《越絕書》中把人類使用的工具，分成石、玉、銅、鐵四個階段；

1836年丹麥學(xué)者C.J.湯姆森提出了石器時代、青銅時代和鐵器時代的分期。目前十三頁\總數(shù)七十一頁\編于點從遠古的石器時代到鐵器時代再到如今的新材料時代，先后經(jīng)過了七個不同時代公元前10萬年石器時代公元前3000年公元前1000年公元前0年1800年1950年1990年青銅器時代鐵器時代水泥時代鋼時代硅時代新材料時代以材料區(qū)分的七個時代目前十四頁\總數(shù)七十一頁\編于點石器時代2百萬年前開始，人類有目的地在生產(chǎn)生活中利用天然材料（石頭、木頭、黏土、動物皮毛等）。目前十五頁\總數(shù)七十一頁\編于點燧石：神奇的石頭400,000BC—4,500BC

石器時代(StoneAge)人類主要以石頭、骨頭、木制作簡單的工具目前十六頁\總數(shù)七十一頁\編于點陶器(Pottery)陶器的出現(xiàn)是人類跨入新石器時代的重要標志之一據(jù)考古資料，中國陶器制作歷史至少有8000年以上西安半坡人面網(wǎng)紋陶盆戰(zhàn)國陶制四通水管目前十七頁\總數(shù)七十一頁\編于點4,500BC—1,000BC

青銅時代(BronzeAge)

大量使用青銅工具及青銅禮器的時期從礦石中提煉銅—冶金業(yè)的黎明埃及古墓壁畫是人類冶金業(yè)的最早紀錄之一人類學(xué)會了用炭把銅加熱以造出純度更高的銅,而把銅和錫礦石熔合后可得一種堅度高的合金--青銅，以青銅來造出各種武器目前十八頁\總數(shù)七十一頁\編于點青銅器時代錫青銅（Bronze）——銅-<25%錫合金+其它元素，具備良好的強韌性、耐腐蝕性、良好的加工性能等。由于青銅的熔點比較低，約為800℃；硬度高，為銅或錫的2倍多，所以容易融化和鑄造成型。目前十九頁\總數(shù)七十一頁\編于點古稱金或吉金，是紫銅與其它元素（錫、鎳、鉛、磷等）的合金中國青銅時代大致對應(yīng)夏商周至秦漢，時間跨度約兩千年春秋戰(zhàn)國時期，齊國工匠寫成《考工記》，提出[金有六齊]，是世界科技史上最早的冶銅經(jīng)驗總結(jié)

青銅：第一種合金夏鉞戈“六齊”一詞最早見于《考工記》：“金有六齊：六分其金而錫居一，謂之鐘鼎之齊；五分其金而錫居一，謂之斧斤之齊；四分其金而錫居一,謂之戈戟之齊；三分其金而錫居一,謂之大刃之齊;五分其金而錫居二,謂之削殺矢之齊；金錫半，謂之鑒燧之齊?！睆脑砩峡?，“六齊”的出現(xiàn)表明在戰(zhàn)國時期人們對合金成分、性能和用途之間的關(guān)系已經(jīng)有所認識。目前二十頁\總數(shù)七十一頁\編于點三星堆突目面具鑄于商代晚期，高64.5cm，寬138cm，眼球柱狀外突長達13.5cm三星堆立人像鑄于商代晚期，高1.72m，底座高0.9m，通高2.62m，是世界上最大的青銅立人像目前二十一頁\總數(shù)七十一頁\編于點司母戊鼎司母戊鼎，商代大鼎，1939年出土，鼎高133cm，重875kg。為已知的中國古代體量最大的青銅器銅禁，中國已知最早應(yīng)用失蠟法鑄造的作品，春秋時代的楚國王子午墓出土，年代為公元前6世紀目前二十二頁\總數(shù)七十一頁\編于點溫文爾雅的四羊方尊青銅樂器（戰(zhàn)國）錯金犀牛尊目前二十三頁\總數(shù)七十一頁\編于點湖北江陵楚墓出土越王勾踐寶劍目前二十四頁\總數(shù)七十一頁\編于點1450BC鐵制車輪1500AD廉價的冶鐵業(yè)1000BC—

鐵器時代(IronAge)目前二十五頁\總數(shù)七十一頁\編于點戰(zhàn)國鐵犁頭戰(zhàn)國鐵鋤目前二十六頁\總數(shù)七十一頁\編于點湖南長沙砂子塘戰(zhàn)國凹形鐵鋤目前二十七頁\總數(shù)七十一頁\編于點鐵的性能更好，原料更易得。在現(xiàn)代仍在大規(guī)模應(yīng)用。目前二十八頁\總數(shù)七十一頁\編于點科學(xué)技術(shù)的發(fā)展史，就是材料的發(fā)展史原理 成品 發(fā)展時間電機 1821 1886 65真空管 1882 1915 33無線電 1887 1922 35X光 1895 1913 18雷達 1935 1940 5原子堆 1939 1942 3半導(dǎo)體 1948 1951 3激光 1958 1960 2科學(xué)原理的發(fā)現(xiàn)時間與其產(chǎn)業(yè)化時間的對照目前二十九頁\總數(shù)七十一頁\編于點例1:輪子的發(fā)展目前三十頁\總數(shù)七十一頁\編于點車的發(fā)展始于輪子的發(fā)明，輪子的使用無疑是陸地交通工具變革的開始，它是人類歷史上最重要的發(fā)明之一有了車，人類的活動范圍變大，人與人之間的交往和物質(zhì)的交流也增多了木柱是輪子的雛型據(jù)說5500多年前，生活在美索不達米亞平原的蘇美人首先發(fā)明了車。最原始的車輪就是圓木片，以后為了制作方便，采用木板拼接，將木紋走向不同的木板交錯著釘在一起，可以防止開裂~公元前2000年，人類發(fā)明了有輻的車輪，比實體車輪輕便了許多，裝有輻式車輪的車子用馬來拉，速度就快多了，車身也變得輕巧靈活，被古人當(dāng)作武器用在戰(zhàn)爭中進入18世紀后，隨著第一次產(chǎn)業(yè)革命的興起，生產(chǎn)規(guī)模迅速擴大，人類開始大量制造較耐用的金屬輪子時至今日，汽車所用的輪子要求更高，金屬輪子的外圍更加上橡膠輪胎，以作避震及增強附著摩擦力之用未來磁浮的采用可使得輪子有完全被取締例1:輪子的發(fā)展目前三十一頁\總數(shù)七十一頁\編于點第一次科技革命發(fā)生于18世紀中葉的英國，而后遍及歐洲和北美國家。這次革命以紡織機械革新為起點，以蒸汽機的廣泛使用為標志，實現(xiàn)了工業(yè)生產(chǎn)從手工工具到機械化的轉(zhuǎn)變，使以機器為主體的工廠制度化替了以手工技術(shù)為基礎(chǔ)的手工工場，從而把人類帶進了蒸汽時代第一次科技革命發(fā)生的條件當(dāng)時英國正在開僻海外市場、掠奪殖民地以及進行“圈地運動”,這情況下有大量資金、勞動力、原料和廣闊市場的基礎(chǔ)，工場手工業(yè)迅速發(fā)展起來，技術(shù)水平的提高又促進了操作過程的專業(yè)化和熟練程度，為用機器代替人手操作提供了準備條件在17、18世紀的英國，牛頓一批科學(xué)家掌握了科學(xué)理論，創(chuàng)辦了各種學(xué)術(shù)團體，廣泛交流學(xué)術(shù)思想；促使科技革命的發(fā)生從18世紀60年代起，棉紡織業(yè)中一系列新工具機的出現(xiàn)，令制造能產(chǎn)生巨大、穩(wěn)定的動力的機械裝置，成了工業(yè)上的迫切需要。于是，以瓦特改進的蒸汽機為代表的動力機就應(yīng)運而生材料與技術(shù)革命在開發(fā)了鐵和銅等新材料后，蒸汽機得以使用并逐步推廣，由此引發(fā)第一次技術(shù)革命目前三十二頁\總數(shù)七十一頁\編于點第二次技術(shù)革命開始于19世紀末，以電的發(fā)明和廣泛應(yīng)用為標志，一直延續(xù)到20世紀中葉，以石油開發(fā)和新能源廣泛使用為突破口，大力發(fā)展飛機、汽車和其他工業(yè)，支持這個時期產(chǎn)業(yè)革命的仍然是新材料開發(fā)，如合金鋼、鋁合金以及各種非金屬材料的發(fā)展。材料與技術(shù)革命目前三十三頁\總數(shù)七十一頁\編于點第三次技術(shù)革命開始于20世紀中葉，以原子能應(yīng)用為標志，實現(xiàn)了合成材料、半導(dǎo)體材料等大規(guī)模工業(yè)化、民用化。材料與技術(shù)革命目前三十四頁\總數(shù)七十一頁\編于點核能材料瑞士核電站

氧化鈾鎢釩鋼（W-Vsteel）鉻釩鋼（Cr-Vsteel）鎳基高溫合金（Hastelloymaterial）核反應(yīng)堆材料耐中子輻射、腐蝕、高溫?zé)Y(jié)后燒結(jié)前目前三十五頁\總數(shù)七十一頁\編于點第四次技術(shù)革命開始于20世紀70年代，以計算機、微電子技術(shù)、生物工程技術(shù)與空間技術(shù)為主要標志。材料與技術(shù)革命目前三十六頁\總數(shù)七十一頁\編于點新材料時代(NewMaterialAge)長征三號運載火箭在發(fā)射架上的圖片寶鋼高爐材料、能源、信息是當(dāng)代社會文明和國民經(jīng)濟的三大支柱，是人類社會進步和科學(xué)技術(shù)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)和技術(shù)先導(dǎo)

材料是全球新技術(shù)革命的四大標志之一（新材料技術(shù)、新能源技術(shù)、信息技術(shù)、生物技術(shù)）。目前三十七頁\總數(shù)七十一頁\編于點汽車工業(yè)：金屬、玻璃、各種塑料、涂料航空航天：高溫合金、隔熱材料、輕型高強度材料能源工業(yè)：儲氫合金、燃料電池、太陽能電池電子信息：半導(dǎo)體材料、超導(dǎo)材料、磁記錄材料生物技術(shù)：人工關(guān)節(jié)、人工皮膚、人工臟器農(nóng)業(yè)：人造土壤、地面覆蓋日常生活：包裝材料、建筑材料

現(xiàn)代社會三大支柱能源、信息和材料（1998）生物工程，信息技術(shù)和新材料目前三十八頁\總數(shù)七十一頁\編于點材料是所有科技進步的核心建筑、交通、能源、計算機、通信、多媒體、生物醫(yī)學(xué)工程無一不依賴材料科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展來實現(xiàn)和突破沒有鋼鐵材料，就沒有今天的高樓大廈沒有專門為噴氣發(fā)動機設(shè)計的材料，就沒有靠飛機旅行的今天沒有耐高溫復(fù)合涂層材料，就沒有人類探索外空的飛船沒有固體微電子電路，就沒有計算機目前三十九頁\總數(shù)七十一頁\編于點火箭目前四十頁\總數(shù)七十一頁\編于點目前四十一頁\總數(shù)七十一頁\編于點材料的應(yīng)用鋁合金的主要應(yīng)用領(lǐng)域戰(zhàn)機艦船導(dǎo)彈火箭人造衛(wèi)星戰(zhàn)車高速列車汽車高層建筑目前四十二頁\總數(shù)七十一頁\編于點新材料的特征根據(jù)人們對材料物理和化學(xué)性能的了解，為了特定需要而設(shè)計、加工材料半導(dǎo)體單晶硅、砷化嫁、光導(dǎo)纖維、超導(dǎo)等新材料的開發(fā)和應(yīng)用，使得新技術(shù)得以生產(chǎn)和應(yīng)用，從而促進新工業(yè)的出現(xiàn)和發(fā)展，極大的推動了社會文明與經(jīng)濟的發(fā)展新材料新技術(shù)新工業(yè)目前四十三頁\總數(shù)七十一頁\編于點材料與日常生活鈦合金自行車：“自行車發(fā)燒友”選擇鈦合金制自行車。通常用于需要抗腐蝕，耐疲勞，高彈性的場合目前四十四頁\總數(shù)七十一頁\編于點材料與日常生活形狀記憶合金百葉窗目前四十五頁\總數(shù)七十一頁\編于點材料與日常生活目前市場出售的眼鏡架有純鈦制品、TiNi超彈性合金制品等其優(yōu)點是耐腐蝕、不變色、質(zhì)輕眼鏡架目前四十六頁\總數(shù)七十一頁\編于點材料與日常生活用鈦制作的手表在國外市場已早有出售，目前世界上已有十多家表廠生產(chǎn)這種手表，其中有全鈦表殼，也有部分用鈦或用氮化鈦、碳化氮等此外，還有供運動員和潛水員使用的特制手表據(jù)說是鈦合金外殼哦！手表目前四十七頁\總數(shù)七十一頁\編于點材料與日常生活照相機純鈦戒指鈦金發(fā)王鈦手鏈用鈦制作的日用品還有照相機、手提箱、保溫瓶、耳環(huán)、手鐲、戒指、項鏈、胸針等目前四十八頁\總數(shù)七十一頁\編于點材料與建筑目前四十九頁\總數(shù)七十一頁\編于點材料與交通目前五十頁\總數(shù)七十一頁\編于點福特2000與西納給2010這兩款由材料工程師設(shè)計的汽車將成為未來交通工具汽車用高強鋼，比原先輕24%，而強度高34%。汽車目前五十一頁\總數(shù)七十一頁\編于點20世紀科技發(fā)明史--與材料密切相關(guān)

20世紀前20年的人類發(fā)明齊柏林硬式飛艇、揚聲器、空氣調(diào)節(jié)裝置、自動售貨機、圣誕樹彩燈、雙刃安全剃刀、飛機、人造樹膠、霓虹燈、汽車上的電點火裝置、紙杯、不銹鋼、坦克、爆米花烤箱目前五十二頁\總數(shù)七十一頁\編于點20世紀科技發(fā)明史--與材料密切相關(guān)

20世紀20年代的人類發(fā)明機器人、雪上汽車、自動手表、電動剃須刀、16毫米家庭型電影攝影機、克里內(nèi)克絲面巾紙、電視機、汽車無線電、紅綠燈目前五十三頁\總數(shù)七十一頁\編于點20世紀科技發(fā)明史--與材料密切相關(guān)

20世紀30年代的人類發(fā)明易拉罐、寶麗來太陽鏡、自動洗衣店、道路斑馬線、罐裝啤酒、原子筆、施樂復(fù)印機、家用電冰箱、電腦、立體聲錄音機目前五十四頁\總數(shù)七十一頁\編于點20世紀科技發(fā)明史--與材料密切相關(guān)

20世紀40年代的人類發(fā)明尼龍絲襪、彩色電視、塔伯家用塑料制品、原子彈、微波爐、吉普車、寶麗來照相機、慢轉(zhuǎn)密紋唱片、可多次使用的尿布、第一臺由軟件驅(qū)動的電腦目前五十五頁\總數(shù)七十一頁\編于點20世紀科技發(fā)明史--與材料密切相關(guān)

20世紀50年代的人類發(fā)明信用卡、有線電視、動力方向盤、袖珍晶體管收音機、錄像機、不粘鍋、壘高兒童拼裝玩具、氫彈、水翼船、調(diào)制解調(diào)器、健身呼啦圈目前五十六頁\總數(shù)七十一頁\編于點20世紀科技發(fā)明史--與材料密切相關(guān)

20世紀60年代的人類發(fā)明軟接觸鏡頭、纖維筆尖鋼筆、體重計、用做隆胸的硅膠填充物、按鈕電話、電腦鼠標、石英手表、“傻瓜”照相機、渦流浴室、影碟、盒式錄音磁帶、手提電腦、掃描儀、丙烯酸樹脂涂料目前五十七頁\總數(shù)七十一頁\編于點20世紀科技發(fā)明史--與材料密切相關(guān)

20世紀70年代的人類發(fā)明電腦軟盤、袖珍計算器、可隨意粘貼便條、Beta制大尺寸磁帶錄像系統(tǒng)、自動調(diào)焦照相機、蘋果第二代電腦、移動電話(手機)、索尼隨身聽目前五十八頁\總數(shù)七十一頁\編于點20世紀科技發(fā)明史--與材料密切相關(guān)

20世紀80年代的人類發(fā)明光盤、一次性照相機、高清晰度電視、人工合成皮膚、CDROM、多普勒雷達，高溫超導(dǎo)體、數(shù)字蜂窩電話目前五十九頁\總數(shù)七十一頁\編于點20世紀科技發(fā)明史--與材料密切相關(guān)

20世紀90年代的人類發(fā)明“哈勃”太空望遠鏡、DVD、可用于汽車上的氫氣燃料電池、“奔騰”處理器目前六十頁\總數(shù)七十一頁\編于點20世紀科技發(fā)明史--與材料密切相關(guān)

21世紀的人類發(fā)明蘋果iPod音樂隨身聽、人造肝臟、免清潔窗戶、Segway新型交通工具、適于在北極嚴寒氣候條件下騎行的冰上自行車、防身夾克目前六十一頁\總數(shù)七十一頁\編于點材料的未來發(fā)展

微型化——納米材料與結(jié)構(gòu)智能材料環(huán)保材料——可生物降解材料等仿生材料極限條件用材料目前六十二頁\總數(shù)七十一頁\編于點材料金屬材料無機非金屬材料：陶瓷，玻璃，玻