化学材料与机械发展

-1-化学材料与机械发展摘要：机械的发展与制造的原材料有着密切的关系，每一次在材料方面的巨大进展都可能促进机械行业的发展，而原材料的发展则依托化学与冶金的发展。关键字：化学材料机械发展化学与我们的生活息息相关，人类的生活离不开衣、食、住、行,就拿我们每天的饮食来说,人体需要的营养素有六大类:碳水化合物、脂肪、蛋白质、维生素、水和无机盐,我们通过日常的饮食来获取这些营养素,而这些都与化学有关。衣、食、住、行离不开物质，在这些物质中，有的是天然存在的，比如我们喝的水、呼吸的空气；有的是由天然物质改造而成的，如我们吃的酱油、喝的酒，是由粮食加工和经过化学处理得到的。更多的物质不是天然生成的，而是用化学方法由人工合成的，如化肥、农药、塑料、合成橡胶、合成纤维等。它们形形色色、无所不在，使人类社会的物质生活更加丰富多彩。而机械同样在我们的生活中占据重要的地位。那么什么是机械？机械是指机器与机构的总称。机械就是能帮人们降低工作难度或省力的工具装置，像筷子、扫帚以及镊子一类的物品都可以被称为机械，他们是简单机械。而复杂机械就是由两种或两种以上的简单机械构成。通常把这些比较复杂的机械叫做机器。从结构和运动的观点来看，机构和机器并无区别，泛称为机械。有此可知，我们生活中的很多东西其实就是简单的机械，比如筷子就是简单的杠杆，楼梯可以看做斜面，这些简单机械为我们的生活提供了许多的便利。而那些复杂机械则使-2-得我们的生活变得丰富多彩，如汽车、火车、飞机等交通工具让我们的出行变得方便，能够快速到达世界的每个角落，而不再是像古代那样，靠我们的双脚行走。在经济方面，机械工业是一个国家的命脉，它关系着一个国家的民生、国防、军事等，保证了一个国家能过安定的发展，能够维护社会的稳定。那么化学与机械之间又有什么联系呢？我们都知道机械的发展与制造的原材料有着密切的关系，每一次在材料方面的巨大进展都可能促进机械行业的发展，而原材料的发展则依托化学与冶金的发展。人类社会的发展史表明，材料与人类的出现和进化、发展有着密切的关系，生产中所用材料的性质，直接决定了所能使用的机械种类和用途，也反映了人类社会的文明水平。在旧石器时代，人们使用的工具大多是木棍和简单打磨的石器。最早的石器基本是由砾石打造而成，而随着历史的发展，人们可以通过更复杂的物理手段来进一步改善石器的制作方法，把经过选择的石头打造成石斧、石刀、石凿等，以用来进行狩猎和保护自己。而陶瓷的出现则标志着人类进入了新石器时代，而这也表明人类已经开始通过化学反应来制造简单工具。公元前4500年到公元前1000年则被称为青铜时代，是人们开始使用青铜工具、青铜礼具的时期，也是人类冶金业的最早记录。人们通过使用炭加热铜矿石，造出纯度更高的铜，把铜和锡矿石熔合后可得一种坚度高的合金——青铜，以青铜来造出各种武器。青铜是红铜(纯铜)与锡或铅的合金，熔点在700-900℃之间，比红铜的熔点(1083℃)-3-低。含锡10％的青铜，硬度为红铜的4.7倍，性能良好。青铜出现后，对提高社会生产力起了划时代的作用。到这个时期世界各地文明都出现了用于谷物脱壳和粉碎的臼和磨；用来灌溉的桔槔和辘轳，装轮子的车；用来航行的船和舵。动力也由人力发展到畜力，水力和风力。机械工具也由天然的木，石，土发展到人造材料陶瓷和青铜材料。青铜器的出现标志着一种新的机械技术和制造工艺的诞生。青铜冶铸工艺在这一阶段经历了由低级到高级逐渐成熟的过程。从使用单面范和双面范制作小件器物，发展到用多块范、芯组成的复合范制作大型器件。商中期已广泛使用分铸法等先进工艺。这一阶段后期，陶范熔铸技术得到了进一步的发展。在材料方面由以石质材料为主发展为以木、铜质材料为主。在结构方面由简单工具发展为复合工具和较为复杂的机械。在原理方面从杠杆、尖劈等原理的利用发展为对惯性、摩擦、弹性和重力等原理的利用。在制造工艺方面经历了由石器制造工艺向铜器和其他机械工艺的转变。这些情况说明在这一时期中国传统机械技术已经形成并有了一定的发展。这时已经具有动力，传动和工作三个部分的完整机械。而这些都源于青铜冶炼技术的出现。在青铜时代如火如荼的进行时，人类历史的车轮也不声不响地进入新的时代——铁器时代。在古埃及第二十王朝时，出现了虹吸管，水钟，鼓风箱和活塞式唧筒等流体机械。大约与此同时或稍晚一些中国也出现了吹旺炉火的鼓风器，有足够强大的鼓风器才能使炉达到足够的温度来从矿石中得到金属元素，原材料开始从单一的铜变得丰富起来，人类的冶金技术也得到长足发展，同时在中国河北易县的遗址-4-出土的兵器中，已经有回火和淬火组织。这也是世界上最早的热处理技术，对现代技术材料处理技术有不可磨灭的影响，客观也促进了近代机械的发展。这一时期铁器开始得到使用，使古代机械在材料方面取得了重大突破。钢铁技术的产生和发展为制造高效生产工具提供了条件。随着钢铁技术的产生、铸造、锻造和柔化处理等机械热加工技术在这一时期得到了迅速发展。从春秋时期开始，就已用生铁来铸造多种机械，特别是农业机械。这一时期锻造工艺有了新的发展，许多工具都是用锻造方法制成的。战国早期就已出现铸铁柔化处理技术，到东汉末期，大多数铸造的机械工具都经过了柔化处理。而现在，人类的冶金技术化学科学达到极高的水平，各式各样不同种类、不同功能的合金等材料正在被大量使用，正是因为化学技术的发展，原材料的发展，人类的机械工业才得到快速的发展，人类利用材料的领域也不断扩大。进入21世纪以后，人工合成材料得到高速发展。人工合成材料，是人为地把不同物质经化学方法或聚合作用加工而成的材料，主要是指通过化学合成将小分子有机物如烯烃等合成大分子聚合物。现在人们用的很多东西都是有机合成材料,比如很多眼镜都是用有机玻璃做的,当然汽车上的窗，轮胎都是，生活中用的塑料袋,电磁炉上的底盘等.可以说有机合成材料在很多方面已经能够代替一些金属的耐高温的功能作用!人们正是利用这些合成材料的某些特性来制造机械零件，以提高机械的使用效率，使用寿命等等，达到发展机械的目的。例如在一些高精尖的行业里，材料的发展有着重要的地位，例如航空航天行业。航空航天材料是一类非常特殊的材-5-料，它与军事应用密切相关。与此同时，航空航天材料的进步又对现代工业产生了深远的影响。推动航空航天领域新材料新工艺的发展，能够引领和带动相关技术进步和产业发展，衍生出更为广泛的、军民两用的新材料和新工艺。用航空航天材料制造的许多零件往往需要在超高温、超低温、高真空、高应力、强腐蚀等极端条件下工作，有的则受到重量和容纳空间的限制，需要以最小的体积和质量发挥在通常情况下等效的功能，有的需要在大气层中或外层空间长期运行，不可能停机检查或更换零件，因而要有极高的可靠性和质量保证。钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属，钛合金因具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于各个领域。世界上许多国家都认识到钛合金材料的重要性，相继对其进行研究开发，并得到了实际应用。20世纪50～60年代，主要是发展航空发动机用的高温钛合金和机体用的结构钛合金，70年代开发出一批耐蚀钛合金，80年代以来，耐蚀钛合金和高强钛合金得到进一步发展。钛合金主要用于制作飞机发动机压气机部件，其次为火箭、导弹和高速飞机的结构件。而正是这些特殊材料的发展，推动了航空航天技术的发展，推动了航空航天相关机械的发展。化学材料发展，化学技术发展有力地推动了工具或者说是机械产业和机械产品的发展，每一次在化学材料方面的重大突破，都会影响到机械产业。所以我们机械专业应该重视化学材料方面的重要动态，了解新型材料的发展情况，才能掌握更多的知识储备，站在更高的角度看世界。-6-参考文献：【1】C_航空航天先进材料与工艺技术【2】《中国机械发展史》作者：郭可谦陆敬严