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材料学的历史简述

'材料学的历史简述'
材料学的历史简述1 ?按材料划分的时代生活离不开材料,人类的一切生产活动所需的工具都建立在合适的材料的基础上。同样, 人类社会的发展历程,也是以材料为主要标志的。材料的进步标志着人类科技的进步,生产 能力的增强,以及生活质最的提升。人类对材料的认识和利用能力,决定了社会的形态。考 古学家常把材料及其器具作为划分时代的标志,如石器时代、青铜器时代、铁器时代、高分 子材料时代等等。一百万年以前,祖?先们便学会了用石头作为工具,进行狩猎和采集,进入了石器时代。 随着使用技术的提高,充满智慧的先人开始将天然的粗大石料进行加工、打懒,变成更便于 操控的器材,如刀、棍、箭、碗等。先进的工具使人们的生活水平有很大提升。锋利的刀具 可以高效地采摘,还能进行收割,为种植打下了基础;棍棒、弓箭不仅可以防御猛兽,还能 狩猎一些以前无法捕获的大型动物;石制容器可以储水,避免了旱灾造成的损失。随后的新 石器时代屮,祖先们又开始了陶器的使用,这种容易赠造、容易成形的材料,极人提高了储 备物资的能力,使人们的生活水平更进一步。整个石器时代持续了约三百万年的吋间,直到人类发现了优秀的金属材料——铜。早在 四T多年前的新石器时代晚期,人类已开始加工和使川金属,最先进行加工使川的金属是铜。 人们在采集石料的时候偶然发现与石料性质完全不同的材料,它不像石料那样容易劈裂剥落, 反而有优越的延展性,并有光泽,还具有足够的硬度。人类便这样开始接触并使用铜。考古 学的证据表明早在公元前二十一世纪,我国就掌握了炼铜工艺,进入了青铜器时代。相 传禹统治时期便“以铜为兵”,“禹铸九鼎” 2。青铜器的出现,对提高社会生产力起了划吋 代的作用。青铜器由于-其优秀的强度和铸造性,被广泛的应用于食器、乐器、兵器、工具、 货币、铜镜等各领域的制造。青铜器时代持续了数千年之久。随着金属冶炼技术的提高,比青铜器更加优秀的铁器, 逐渐被人类所使用。铁比铜介金硬度更大,能用来制作更加锋利的器材。直到今天,恢以及 它的衍生产品——钢,仍I口是人类发展无法取代的材料之一,广泛地被使用于建筑、能源、 汽车、国防、电器、机械装备领域,并且需求量巨大。时至今H,越来越多的新型材料被研制出來,人们进入了多种材料共同发展、共同统治 世界的时期。高分了材料鴉料、橡胶、纤维已成为现代工业的支柱之一,各种性能优越的合 金被应用于各类制造业,硅材料成为高新技术产业中不可或缺的元索……人类的生活质虽也 随着各种新型材料的应用日益提高。2 ?金属材料的发展史如果说材料标志着人类社会的进步,那金属材料的使用就标志着人类匸业水平的发展。 二十世纪Z前,受到金属冶炼技术的限制,人类对于金属材料的利用顺序儿乎完全按照 它们的活动性由低到高的次序。最为惰性,也是最为昂贵的金属金,在公元前六千年 就被人类所使用3。金光泽灿烂,儿乎不受腐蚀,置地较软便于加工,乂因为其数量稀少, 一直以来都被用做贵重的饰品。铜、银、铅等较为惰性的金属,在公元前四千年左右依次被人类所利用。人类铜的使用 的意义是巨大的,铜器是人类使用的第i种金属工具。人类对使用铜的鼎盛时期是中国青铜 器时代,从夏、商、西周吋期直到春秋及战国早期,持续吋间约一千六百余年。这个吋期的 青铜器主要分为礼乐器、兵器及杂器。直到秦汉末年,青铜器的社会地位逐渐下降,开始被 陶瓷、铁器所取代。同时代的银起着和金同样的作用,象征着财富,而铅由丁具高韧性、延展性和耐腐蚀性,被大量用作管道材料,其化合物直到今天述被用做颜料。汞的出现可追溯到公元前1500年,埃及人已经在古墓中使用汞。在古代中国。汞基本 处于被谋用的状态,人们普遍迷信汞的医疗功效,而不知道具毒性。今犬人类己经在各个领 域开始禁用含汞材料,并寻找汞的替代站。人类很早就开始对诙进行加工利用了,但是钢铁的大规模发展,还是上个世纪的事。钢 铁可以说是人类现代工业的支柱。现代钢铁工业始建于19世纪初期,至今己有百年历史。 但直到笫二次世界大战前,钢铁工业发展缓慢,产量有限,牛产国不多,且分布十分集中。 二战后,世界钢铁工业迅猛发展。全球钢铁产量在1950年仅一亿多吨,到2013年,已经 达到十六亿多吨餐在人类目前所使用的金属材料屮,钢铁由于强度较大,价格较低,矿产 丰富且便于冶炼,在建筑、机械、汽车、造船、诙道、石油、家电、集装箱等行业中有着极 其广泛的应用,至今仍然是不可替代的金属材料。随着科技的发展,人类对金局材料的性能要求也在不断提高,对质量更轻、强度更人的 金属的需求越來越迫切。铝合金、钛合金等性能较钢铁更为优秀的合金被研制出來,它们的 作用和意义及其重大。铝合金的突出特点是密度小、强度高,广泛应用于制造飞机、舰艇和 载重汽车等,可增加它们的载重量以及提高运行速度,并具有抗海水侵蚀,避磁性等特点。 而钛介金主要用于制作飞机发动机压气机部件,英次为火箭、导弹和高速飞机的结构件。这 些合金的使用极大地推动了我国工业的发展。面対21世纪人类科技虽然已推进到太空时代,电子资讯时代,各种新兴的材料如高分 子材料,半导体材料。光电材料的白热化竟争,金属材料却未因而失去具魅力,反之在电脑、 程控、材料等科技的支援下,金属材料不断在新的领域应用,仍是充满着无限发展的生命力。近一二十年來,金属材料的发展受到了巨大的压力,这种压力來H外部和内部两个方面。 就外部来讲,材料领域从金丿肉材料的一统天下转变为金属、陶瓷、高分子材料三足鼎立的新 格局。从内部來讲主要是能源、资源和环境三个方面。这些问题对金属材料今后的发展提出 了有力的挑战。3 ?材料科学成为一门学科虽然人类对材料的研究少利用口古以来就在进行,但是材料科学成为一门独立的学科还 是上个世纪(20世纪)的事5。这很大程度上时因为人类对于材料性质的本质的了解逐渐加 深的缘故。20世纪以来,人们在物理、化学、力学、生物学等学科上取得了卓越的成就,对物质 结构、材料的理化性质和力学性能都有了更深入的了解,愈发认识到了对材料进行更深入研 究的重要性,而不是仅停留在合成M利用层面上。与此同吋,金属金属学、冶金学、工程陶 瓷技术、高分了科学、半导体科学、复合材料科学以及纳米技术等新科学的发展促使了一系 列新型材料的诞牛,推进了人们对于材料的结构、牛产工艺、性能以及相互作用的研究,这 些前沿科学也为材料的设计、制造、加工与合理使用提供了充分的科学依据。现代的材料科 学在以往的棊础上,加强了对于复合材料、纳米材料的制备和创新,对于设计具冇不同性能 要求的材料复合工艺和纳米材料的凝聚过程,以及各类材料ZI'可的相互渗透和交叉的性能以 及综合性能的研究给子了更多的重视°现代材料科学不仅在材料的本质与?其理化性能、力学 性能放面有深入的研究,还对材料的加工过程有较高要求,于是材料科学还涉及到了工程技 术学科以及制造加工材料的工程学科。在此基础上,“材料科学与工程”逐步形成学科,并 发展成为一门独立的一级学科。作为一级学科的“材料科学与工程”下分三个二级学科:材 料物理、材料化学、材料加工工程6。在20世纪中期及以前,世界上的大学中研究材料的专业多只冇冶金专业,可见当时人 们对金属材料的重视。但随着性能卓
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