材料的历史及发展(不错)

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材料科学与人类文明宋义虎高分子科学与工程学系第一章绪论第二章材料使用简史材料使用史(文明划代史);中华文明在材料史上的定位第三章材料与材料科学:材料分类、选用原则、材料科学第四章材料结构基础:键、晶体结构与缺陷、合金第五章材料性能基础:热、导电、超导、介电、光学、磁、力学第六章常用结构材料简介:金属、陶瓷与璃、高分子、复合材料第七章信息材料:处理、传递、存储、显示材料第八章智能材料:构成、应用、种类第九章生物医用材料:发展简史、分类、特征与评价、常用材料第十章材料与环境的关系及环境材料:废旧材料处理、新材料课程内容第一章绪论人和动物的本质区别?人可以利用工具从事生产、生活,积累经验,创造财富,进而制造更先进的工具在制造工具时,材料是必需的然而,不是所有的物质都能用于制造工具什么是材料?材料是具有一定性能,可以用来制作器件、构件、工具、装置等物品的物质简单地说,材料是人类可用来制造有用器件的物质材料是人类社会进步的物质基础材料是人类社会进步的主要标志材料是人类社会进步的里程碑在古代,材料首先用于统治阶级的生活、祭祀、战争经验的积累,先进武器、精美祭器的需求,严酷的管理制度,促进了新材料的应用在现代,材料广泛用于大众的生活、生产科学的知识体系,不断更新的制造业技术,追求高品质生活、高性能器具,是新材料发展的动力材料与人类文明发展人类文明进程的划分依据是什么所使用的、占主导地位的材料——石器时代、铜器时代、铁器时代、钢铁时代、合成材料时代、复合材料时代……——发展得越来越快材料划时代材料是人类文明、社会进步、科学技术发展的物质基础和技术先导在历史上,人们将石器、青铜器、铁器等当时的主导材料作为时代的标志,称其为石器时代、青铜器时代和铁器时代在近代材料种类极其繁多,各种新材料不断涌现,很难用一种材料来代表当今时代的特征:新材料时代人类文明进化时代是以材料的使用来划分的从远古的石器时代,到铁器时代,再到如今的新材料时代,人类社会先后经过了七个不同时代公元前10万年公元前3000年公元前1000年公元前0年1800年1950年1990年石器时代青铜器时代铁器时代水泥时代钢时代硅时代新材料时代以材料区分的七个时代燧石:神奇的石头石器时代(StoneAge)BC400,000~4,500人类主要以石头、骨头、木制作简单的工具陶器(Pottery)陶器的出现是人类跨入新石器时代的重要标志之一中国陶器制作历史至少有8000年以上西安半坡人面网纹陶盆战国陶制四通水管石器时代(StoneAge)BC400,000~4,500青铜时代(BronzeAge)BC4,500~1,000大量使用青铜工具、青铜礼器的时期从矿石中提炼铜—冶金业的黎明人类学会了用炭加热铜,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埃及古墓壁画是人类冶金业的最早纪录之一古称金或吉金,是红铜与其它元素(锡、镍、铅、磷等)的合金中国青铜时代大致对应夏商周至秦汉,时间跨度约2000年春秋战国时期,齐国工匠写成[考工记],提出[金有六齐],是世界科技史上最早的冶铜经验总结青铜:第一种合金夏钺(yuè)戈三星堆突目面具商代晚期,高64.5cm,宽138cm,眼球柱状外突长达13.5cm三星堆立人像铸于商代晚期,高1.72m,底座高0.9m,通高2.62m,是世界上最大的青铜立人像青铜乐器错金犀牛尊(战国)越王勾践宝剑(湖北江陵楚墓出土)注意剑纹BC1450铁制车轮AD1500廉价的冶铁业铁器时代(IronAge)BC1000—人类使用铁来制造工具和武器战国铁犁头战国铁锄战国凹形铁锄(长沙砂子塘)铁器时代与之前时代的主要区别在于,农业发展、宗教信仰与文化模式实际上所说的铁器时代指是的早期阶段最先使用铁器的是古埃及与苏美,BC4000已极少量使用铁器,但大多铁由陨石得到,而非由铁矿提取BC3000~2000,小亚细亚、埃及与美索不达米亚越来越多地由陨石提练铁,多于礼仪当时铁是极昂贵的金属,比金还要昂贵有考古证据指出,铁是当时炼铜生成的副产品,称为海绵铁对当时的冶练技术来说,不可能大量生产世界上最早进入铁器时代的是西台帝国,约BC1400掌握了冶铁技术BC1200,中东各地广泛运用铁,但并未取代青铜的主导地位BC1000,欧洲出现铁制工具,可能是由小亚细亚西传而来BC800,尼德兰出现铁制工具美洲及大洋洲没有铁器时代,铁由欧洲人传入中国是世界上利用铁最早的国家之一19000年前,周口店“山顶洞人”就开始使用赤铁矿粉作为赭红色颜料,涂于装饰品上或者随葬撒在尸体周围。为天然矿物颜料利用的开端新石器时代(距今10000~4000)兴起制陶业,发明绘制各种风格的彩陶。绘制赭红色彩陶的原料就是赭石(赤铁矿)1972,河北北藁(gǎo)城台西村商代(BC13世纪)中期遗址出土铁刃青铜钺。刃部是陨铁加热锻造而成中国在BC6世纪已出现了生铁制品铁硬度高、熔点高,铁矿蕴含量高相对青铜来说,铁来得便宜,可在各方面运用,其需求很快便远超青铜水泥时代(CementAge)0BC—cement由拉丁文caementum发展而来,意为碎石、片石2000年前,希腊和古罗马人在建筑中使用一种石灰和火山灰的混合物,它们在水中缓慢反应生成坚硬的固体。为最早应用的水泥19世纪初,英、法等将粘土化石灰(或泥灰岩)烧结成为水硬性材料,其中Al2O3、SiO2含量之和达到20~35%,称为天然水泥1824,英国用石灰石和粘土的混合物烧成一种水硬性的胶凝材料,凝结硬固后的颜色、外观和当时英国用于建筑的优质波特兰石头相似,故称为波特兰水泥1825,波特兰水泥在英国建厂生产水泥生产工艺以石灰石和粘土为主要原料,经破碎、配料、磨细制成生料,喂入水泥窑中煅烧成熟料,加入适量石膏,磨细而成1871年,日本开始建造水泥厂1889年,中国在唐山建造了第一座水泥厂钢时代(SteelAge)1800—炼铁、炼钢的大工业生产分别于17世纪20年代、19世纪70年代最先在英国发展起来1875,全世界生铁产量为1400万吨,钢产量190万吨1875~1913,西欧、美国的工业化需要大量钢铁,相继发展了转炉和平炉,生铁和钢产量都迅速增长1913,全世界生铁产量为8000万吨,钢产量7650万1914~1950,发生两次世界大战、多次资本主义经济危机,钢铁生产发展缓慢1950,全世界生铁产量为1.30亿吨,钢产量1.89亿吨1950~1974,发展了氧气顶吹转炉炼钢和连续铸钢技术、带钢热连轧机和冷连轧机(技术进步),钢铁生产能力提高1974,全世界生铁产量为5.05亿吨,钢产量7.10亿吨1973,开始石油调价和世界性的经济萧条,钢铁生产发展转慢1979,世界生铁和钢的产量创造新的纪录,分别达5.29亿吨和7.47亿吨硅时代(SiliconAge)1500—第二次世界大战中,开始用硅制作雷达的高频晶体检波器。所用的硅纯度低,不是单晶体1950,制出第1只硅晶体管1952,用直拉法培育硅单晶成功1953,用无坩埚区域熔化法拉制单晶1955,采用Zn还原SiCl4法生产纯硅,但不能满足制造晶体管的要求1956,氢还原SiHCl3法1960,用氢还原SiHCl3法进行工业生产,已具规模硅整流器、硅闸流管问世,促使硅材料的生产一跃而居半导体材料的首位1960年代,硅外延生长单晶技术和硅平面工艺硅晶体管制造技术趋于成熟,集成电路迅速发展1980年代初,全世界多晶硅产量达2500吨科学技术的发展史,就是材料发现、运用的发展史原理成品发展时间电机1821188665真空管1882191533无线电1887192235X光1895191318雷达193519405原子堆193919423半导体194819513激光195819602科学原理的发现时间、产业化时间的对照车始于轮子的发明,轮子的使用是陆地交通工具变革的开始,是人类历史上最重要的发明之一有了车,人类的活动范围变大,人与人之间的交往和物质的交流也增多了木柱是轮子的雏型BC3500,古巴比伦的苏美尔诞生了带轮的车,是在橇板下面装上轮子而成最原始的车轮就是圆木片,以后为了制作方便,采用木板拼接,将木纹走向不同的木板交错着钉在一起,可以防止开裂BC2500,欧亚之间地区使用两轮和四轮的木质马车埃及古代墓葬中曾发现BC1500前后的两轮战车BC2000,中国中原地区开始制造以圆木板为行走部件的车辆(轮子)发明有辐车轮,比实体车轮轻便许多装有辐式车轮的车子用马来拉,速度更快,车身更轻巧灵活,被用在战争中18世纪后,随着第一次产业革命的兴起,开始大量制造较耐用的金属轮子时至今日,汽车轮子要求更高,金属轮子的外围更加上橡胶轮胎,以避震、增强附着摩擦力例1:轮子的发展例1:轮子的发展第一次产业革命发生于18世纪中叶的英国,而后遍及欧洲、北美第一次产业革命以纺织机械革新为起点,以蒸汽机广泛使用为标志,实现了工业生产从手工工具到机械化的转变,使以机器为主体的工厂代替了以手工技术为基础的手工工场,将人类推入蒸汽时代材料与产业革命在开发了铁和铜等新材料后,蒸汽机得以使用并逐步推广,由此引发第一次产业革命是“铁和煤的革命”第一次科技革命发生的条件技术条件:英国当时在开僻海外市场、掠夺殖民地、进行圈地运动,形成了资金、劳动力、原料和广阔市场基础;工场手工业迅速发展,技术水平提高,促进了操作过程的专业化和熟练程度,为用机器代替人手操作提供了准备条件科学条件:在17、18世纪,牛顿等一批科学家掌握了科学理论,创办了各种学术团体,广泛交流学术思想,促使科技革命的发生产业条件:1860年代起,棉纺织业中出现一系列新工具机,工业上迫切需要制造出能够产生巨大而稳定动力的机械装置。于是,以瓦特改进的蒸汽机为代表的动力机应运而生材料与产业革命第二次产业革命处于19世纪后半期~20世纪中叶,以新能源的广泛利用、石油的开发、新机器和新产品的创制、远距离传递信息手段的新发展等为特征,大力发展飞机、汽车和其他工业其间出现的电力、钢铁、化工“三大技术”和汽车、飞机、无线电通讯“三大文明第二次产业革命是“钢和电以及石油业的革命”支撑第二次产业的仍是新材料开发,如合金钢、铝合金,以及各种非金属材料的发展材料与产业革命第二次产业革命主要表现在电气工业、内燃机技术与石油业、材料革命与钢铁时代、化工时代、电信业的发达、电影业的兴起等使工业化国家之间经济发展的不平衡加剧使后起资本主义国家生产呈跳跃式发展,赶上并超过老牌资本主义国家使工业化国家和非工业化国家在社会经济发展水平上的差距也越来越大材料与产业革命新材料时代(NewMaterialAge)发射架上的长征三号运载火箭宝钢高炉材料、能源、信息是当代社会文明和国民经济的三大支柱,是人类社会进步和科学技术发展的物质基础和技术先导材料是全球新技术革命的四大标志之一(新材料技术、新能源技术、信息技术、生物技术)材料是科技进步的核心建筑、交通、能源、计算机、通信、多媒体、生物医学工程等,无一不依赖材料科学与技术的发展来实现和突破没有钢铁材料,就没有今天的高楼大厦没有专门为喷气发动机设计的材料,就没有靠飞机旅行的今天没有耐高温复合涂层材料,就没有人类探索外空的飞船没有固体微电子电路,就没有计算机根据人们对材料物理和化学性能的了解,为了特定需要而设计、加工材料半导体单晶硅、砷化嫁、光导纤维、超导等新材料的开发和应用,促进了新工业的出现和发展,极大的推动了社会文明与经济的发展新材料新技术新工业材料是科技进步的核心材料的应用铝合金的主要应用领域战机舰船人造卫星钛材料与日常生活钛合金自行车:“自行车发烧友”选择钛合金制自行车钛合金是航空航天产品中采用的高性能材料它以其独特的魅力,成为国际上公认的生产各类比赛及休闲用高档自行车最先进、最理想的材料通常用于需要抗腐蚀,耐疲劳,高弹性的场合形状记忆合金百叶窗钛材料与日常生活眼镜架钛材料与日常生活锌白铜眼镜架是价格最低廉的金属镜架,但其耐蚀性差,容易形成绿色的铜锈蒙乃尔合金(含有铜、锌、镍)、镍合金的加工性能好,所制造的眼镜架款式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