材料合成與制備緒論

1、材料合成與制備材料合成與制備 孫洪巍孫洪巍 2007.09.12 Tel. 67766013, 67766884 Mail: 0 緒論緒論 0.1 材料的定義與分類(lèi)材料的定義與分類(lèi) 0.1.1 材料的定義材料的定義 三大材料三大材料:無(wú)機(jī)非金屬材料、高分子材無(wú)機(jī)非金屬材料、高分子材 料、金屬材料料、金屬材料 無(wú)機(jī)非金屬材料無(wú)機(jī)非金屬材料(inorganic nonmeta- llic materials):以某些元素的氧化物、以某些元素的氧化物、 碳化物、氮化物、鹵素化合物、硼化物碳化物、氮化物、鹵素化合物、硼化物 以及硅酸鹽、鋁酸鹽、磷酸鹽、硼酸鹽以及硅酸鹽、鋁酸鹽、磷酸鹽、硼酸鹽 等物質(zhì)組

2、成的材料。等物質(zhì)組成的材料。 材料的定義材料的定義: 世界經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織世界經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織(OECD) 定義定義:材料材料 是供作單獨(dú)地或組合式地履行相當(dāng)持久性功是供作單獨(dú)地或組合式地履行相當(dāng)持久性功 能的固體物質(zhì)。能的固體物質(zhì)。 美國(guó)國(guó)家科學(xué)院材料科學(xué)與工程綜合調(diào)查委美國(guó)國(guó)家科學(xué)院材料科學(xué)與工程綜合調(diào)查委 員會(huì)員會(huì)(COSMAT)定義定義:材料是具有可供制造機(jī)材料是具有可供制造機(jī) 器、結(jié)構(gòu)、器件、產(chǎn)品等有用性質(zhì)的物質(zhì)。器、結(jié)構(gòu)、器件、產(chǎn)品等有用性質(zhì)的物質(zhì)。 中國(guó)中國(guó)材料科學(xué)技術(shù)百科全書(shū)材料科學(xué)技術(shù)百科全書(shū)定義定義:材料是材料是 人類(lèi)用以制成用于生活和生產(chǎn)的物品、器件、人類(lèi)用以制成用于

3、生活和生產(chǎn)的物品、器件、 構(gòu)件、機(jī)器和其他產(chǎn)品的那些物質(zhì)。構(gòu)件、機(jī)器和其他產(chǎn)品的那些物質(zhì)。 材料的三大要素材料的三大要素: (1) 物質(zhì)性物質(zhì)性:材料屬于物質(zhì)材料屬于物質(zhì),但不是所有的但不是所有的 物質(zhì)都屬于材料物質(zhì)都屬于材料; (2) 功能性功能性:材料在人們制造物質(zhì)財(cái)富的材料在人們制造物質(zhì)財(cái)富的 過(guò)程中過(guò)程中,至少應(yīng)具有一點(diǎn)持久性功能至少應(yīng)具有一點(diǎn)持久性功能,而而 不是消耗品不是消耗品; (3) 可加工性可加工性:材料應(yīng)具有有經(jīng)濟(jì)效益的材料應(yīng)具有有經(jīng)濟(jì)效益的 可加工性可加工性,以利于人們將其加工成型為以利于人們將其加工成型為 所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品。所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品。 0.1.2 材料的分類(lèi)材料的分類(lèi)

4、材料的種類(lèi)繁多材料的種類(lèi)繁多,性能千差萬(wàn)性能千差萬(wàn) 別?，F(xiàn)行的分類(lèi)方法很多別?，F(xiàn)行的分類(lèi)方法很多,通常是通常是 依照人們各式各樣的要求依照人們各式各樣的要求,行業(yè)標(biāo)行業(yè)標(biāo) 準(zhǔn)準(zhǔn),學(xué)科特點(diǎn)等對(duì)材料進(jìn)行分類(lèi)。學(xué)科特點(diǎn)等對(duì)材料進(jìn)行分類(lèi)。 以下是現(xiàn)行常用的材料分類(lèi)方法。以下是現(xiàn)行常用的材料分類(lèi)方法。 0.1.2.1 按來(lái)源分按來(lái)源分 按照材料的來(lái)源可分為天然材料按照材料的來(lái)源可分為天然材料 (如石料如石料,木材木材,天然橡膠天然橡膠,棉花等棉花等)和人造和人造 材料材料(如鋼鐵如鋼鐵,化纖化纖,合成橡膠合成橡膠,水泥水泥,玻璃玻璃, 陶瓷陶瓷,塑料等塑料等)兩類(lèi)兩類(lèi),是簡(jiǎn)易而直觀的分是簡(jiǎn)易而直觀的分

5、類(lèi)方法。類(lèi)方法。 0.1.2.2 按邏輯規(guī)則分按邏輯規(guī)則分 按照邏輯上的按照邏輯上的“有無(wú)有無(wú)”“”“是非是非”觀觀, 可將材料按下圖分類(lèi)可將材料按下圖分類(lèi): 圖0.1 材料的邏輯分類(lèi) 屬屬種種類(lèi)類(lèi)亞亞 類(lèi)類(lèi) 物質(zhì)物質(zhì) 材料材料 無(wú)機(jī)材料無(wú)機(jī)材料 有機(jī)材料有機(jī)材料 金屬材料金屬材料 非金屬材料非金屬材料 復(fù)復(fù) 合合 材材 料料 0.1.2.3 按材料物理化學(xué)特征分按材料物理化學(xué)特征分 按元素種類(lèi)、物理化學(xué)特征和材料按元素種類(lèi)、物理化學(xué)特征和材料 中存在的化學(xué)鍵性質(zhì)中存在的化學(xué)鍵性質(zhì),可以將材料分成下可以將材料分成下 面面4類(lèi)類(lèi): 金金 屬屬 材材 料料:主要化合鍵為金屬鍵主要化合鍵為金屬鍵 無(wú)

6、機(jī)非金屬材料無(wú)機(jī)非金屬材料:主要化合鍵為離子鍵主要化合鍵為離子鍵, 包含許多共價(jià)鍵材料包含許多共價(jià)鍵材料 高高 分分 子子 材材 料料:主要化合鍵為共價(jià)鍵主要化合鍵為共價(jià)鍵 復(fù)復(fù) 合合 材材 料料:含多種主要化合鍵含多種主要化合鍵 這是一種具有實(shí)質(zhì)性的分類(lèi)方這是一種具有實(shí)質(zhì)性的分類(lèi)方 法法,可較好的從本質(zhì)上理解這幾類(lèi)可較好的從本質(zhì)上理解這幾類(lèi) 材料性能上的差別。但這種分類(lèi)法材料性能上的差別。但這種分類(lèi)法 存在無(wú)法將現(xiàn)有材料明確區(qū)分開(kāi)來(lái)存在無(wú)法將現(xiàn)有材料明確區(qū)分開(kāi)來(lái) 的缺點(diǎn)。事實(shí)上的缺點(diǎn)。事實(shí)上,現(xiàn)存的許多材料現(xiàn)存的許多材料 很難簡(jiǎn)單地按化學(xué)鍵類(lèi)型嚴(yán)格的區(qū)很難簡(jiǎn)單地按化學(xué)鍵類(lèi)型嚴(yán)格的區(qū) 分為上述

7、四類(lèi)中的某一類(lèi)。四類(lèi)材分為上述四類(lèi)中的某一類(lèi)。四類(lèi)材 料的相互關(guān)系可以用圖料的相互關(guān)系可以用圖1.2表示表示,其其 中每一類(lèi)還可繼續(xù)細(xì)分中每一類(lèi)還可繼續(xù)細(xì)分: 金金 屬屬 材材 料料:有色金屬、黑色金屬、金有色金屬、黑色金屬、金 屬間化合物等屬間化合物等; 高高 分分 子子 材材 料料:合成橡膠、塑料、樹(shù)合成橡膠、塑料、樹(shù) 脂、合成纖維等脂、合成纖維等; 無(wú)機(jī)非金屬材料無(wú)機(jī)非金屬材料:陶瓷、玻璃、耐火陶瓷、玻璃、耐火 材料、水泥、膠凝材料、磨具磨料等材料、水泥、膠凝材料、磨具磨料等; 復(fù)合材料復(fù)合材料:金屬基復(fù)合材料、陶瓷基金屬基復(fù)合材料、陶瓷基 復(fù)合材料、聚合物基復(fù)合材料等。復(fù)合材料、聚合物

8、基復(fù)合材料等。 圖圖1.2材料的分類(lèi) 金屬材料 高分子材料 無(wú)機(jī)非金屬 材料 非晶態(tài)材料 或復(fù)合材料 0.1.2.4 按材料的聚集狀態(tài)分類(lèi)按材料的聚集狀態(tài)分類(lèi) 按材料聚集狀態(tài)的不同,可將材料按 下述框圖進(jìn)行分類(lèi): 材材 料料 固體固體 液體液體 氣體氣體 晶體晶體 非晶體非晶體 復(fù)相復(fù)相 單晶材料單晶材料 多晶材料多晶材料 非晶態(tài)材料非晶態(tài)材料 復(fù)合材料復(fù)合材料 液晶材料液晶材料 氣體激光器材料氣體激光器材料 圖圖0.3 材料的分類(lèi)材料的分類(lèi) 0.1.2.5 按材料工業(yè)行業(yè)按材料工業(yè)行業(yè)分類(lèi)分類(lèi) 按國(guó)際通用分類(lèi)方法.我國(guó)材料工業(yè)分類(lèi)為: 材料工業(yè)應(yīng)用分類(lèi)材料工業(yè)應(yīng)用分類(lèi) 黑黑 色色 金金 屬屬

9、 材材 料料 有有 色色 金金 屬屬 材材 料料 核核 材材 料料 建建 筑筑 材材 料料 宇宇 航航 材材 料料 船船 舶舶 材材 料料 耐耐 火火 材材 料料 兵兵 器器 材材 料料 儀儀 器器 儀儀 表表 材材 料料 電電 子子 材材 料料 光光 學(xué)學(xué) 材材 料料 感感 光光 材材 料料 包包 裝裝 材材 料料 圖圖0.4 材料工業(yè)應(yīng)用分類(lèi)材料工業(yè)應(yīng)用分類(lèi) 0.1.2.6 按材料功能分類(lèi)按材料功能分類(lèi) 這是一種從材料的功能性出 發(fā)來(lái)分類(lèi)的方法,主要是按照材料 的力學(xué)性質(zhì)、物理性質(zhì)、化學(xué)性 質(zhì)和生物特性等來(lái)進(jìn)行分類(lèi)。詳 見(jiàn)表0.1。 表表0.1 材料的功能分類(lèi)材料的功能分類(lèi) 序 號(hào) 功能類(lèi)

10、型 特定功能材料名稱 1 力學(xué)功能 強(qiáng)度,硬度,磨 削,切削,形狀 記憶 高強(qiáng)度材料,高硬 度材料,形狀記憶 材料(合金) 2 熱功能 耐熱性,絕熱性, 傳(導(dǎo))熱性 耐高溫材料,保溫 (隔熱)材料,熱交 換器材料 續(xù)表續(xù)表0.1 材料的功能分類(lèi)材料的功能分類(lèi) 序 號(hào) 功能 類(lèi)型 特定功能材料名稱 3 電 功 能 高絕緣性、介電 性、高導(dǎo)電性、 半導(dǎo)體特性、熱 電性、壓電性、 閃電光效應(yīng)、熱 釋電效應(yīng)、光電 效應(yīng) 絕緣材料、電容器 材料、導(dǎo)電材料、 半導(dǎo)體材料、熱電 材料、壓電材料、 熱敏材料、熱釋電 材料、光電（轉(zhuǎn)換） 材料、 續(xù)表續(xù)表0.1 材料的功能分類(lèi)材料的功能分類(lèi) 序 號(hào) 功能 類(lèi)型

11、 特定功能材料名稱 4 光 功 能 透光性、紅外光 電效應(yīng)、熒光性、 光色效應(yīng)、導(dǎo)光 性、內(nèi)光電效應(yīng)、 磁光效應(yīng)、電光 效應(yīng)、聲光效應(yīng)、 激光振蕩效應(yīng) 透光材料、紅外探 測(cè)材料、發(fā)光材料、 光色材料、光學(xué)纖 維材料、光敏材料、 磁光材料、電光材 料、聲光材料、激 光材料、熒光材料 續(xù)表續(xù)表0.1 材料的功能分類(lèi)材料的功能分類(lèi) 序 號(hào) 功能類(lèi)型 特定功能材料名稱 5 磁功能 鐵電性,軟磁性, 硬磁性 磁記錄材料,軟 磁材料,永磁材 料 6 聲功能 電/磁致伸縮,壓 電性,聲熱轉(zhuǎn)換 水聲功能材料, 超聲功能材料, 吸聲功能材料 續(xù)表續(xù)表0.1 材料的功能分類(lèi)材料的功能分類(lèi) 序 號(hào) 功能 類(lèi)型 特定

12、功能材料名稱 7 化學(xué) 功能 催化作用、選擇性 分離 、載體性 反應(yīng)控制材料,分離 膜材料,載體材料 8 生物 功能 生體親和性,生物相 容性,抗凝血性,生 理惰性,生體適應(yīng)性, 耐生體老化性 生體親和高分子材 料,生物陶瓷材料, 抗凝血型高分子材 料,醫(yī)用有機(jī)硅材料 0.1.2.7 無(wú)機(jī)非金屬材料的分類(lèi)無(wú)機(jī)非金屬材料的分類(lèi) 上一節(jié),我們論了材料的一般分類(lèi)方 法,鑒于本課程涉及的主要內(nèi)容是無(wú)機(jī)非 金屬材料,因此有必要進(jìn)一步討論無(wú)機(jī)非 金屬材料的分類(lèi)。無(wú)機(jī)非金屬材料一般 也可根據(jù)材料的組成(化學(xué)鍵和化學(xué)組 成)、功能、應(yīng)用領(lǐng)域等來(lái)分類(lèi)。其分類(lèi) 方法大體與上述分類(lèi)方法相似。因此,僅 給出無(wú)機(jī)非金屬

13、材料的工業(yè)應(yīng)用分類(lèi),見(jiàn) 下圖。 . 無(wú)無(wú) 機(jī)機(jī) 非非 金金 屬屬 材材 料料 工工 業(yè)業(yè) 應(yīng)應(yīng) 用用 分分 類(lèi)類(lèi) 新型陶瓷材料新型陶瓷材料 膠結(jié)材料膠結(jié)材料 磨具材料磨具材料 耐火材料耐火材料 粘土制品粘土制品 玻璃玻璃 日用陶瓷日用陶瓷 特種耐火材料特種耐火材料 堿性耐火材料堿性耐火材料 氧化硅質(zhì)耐火材料氧化硅質(zhì)耐火材料 粘土質(zhì)耐火材料粘土質(zhì)耐火材料 建筑衛(wèi)生陶瓷建筑衛(wèi)生陶瓷 工業(yè)陶瓷工業(yè)陶瓷 結(jié)構(gòu)粘土制品結(jié)構(gòu)粘土制品 微晶玻璃微晶玻璃 玻璃玻璃 0.2 材料的發(fā)展簡(jiǎn)史材料的發(fā)展簡(jiǎn)史 在舊石器時(shí)代在舊石器時(shí)代,人類(lèi)為了自身的生人類(lèi)為了自身的生 存和發(fā)展存和發(fā)展,在與自然界斗爭(zhēng)的過(guò)程中逐在與自

14、然界斗爭(zhēng)的過(guò)程中逐 漸學(xué)會(huì)了使用木材、動(dòng)物毛皮、石頭漸學(xué)會(huì)了使用木材、動(dòng)物毛皮、石頭 等天然材料。進(jìn)入新石器時(shí)代后等天然材料。進(jìn)入新石器時(shí)代后,以陶以陶 器的發(fā)明為標(biāo)志器的發(fā)明為標(biāo)志,人類(lèi)逐漸學(xué)會(huì)了制陶、人類(lèi)逐漸學(xué)會(huì)了制陶、 制瓷、金屬冶煉、石灰、水泥、玻璃制瓷、金屬冶煉、石灰、水泥、玻璃 等的燒制與加工技術(shù)等的燒制與加工技術(shù),使人類(lèi)社會(huì)踏上使人類(lèi)社會(huì)踏上 了從材料的必然王國(guó)到自由王國(guó)的歷了從材料的必然王國(guó)到自由王國(guó)的歷 程。程。 0.2.1無(wú)機(jī)非金屬材料的發(fā)展簡(jiǎn)史無(wú)機(jī)非金屬材料的發(fā)展簡(jiǎn)史 陶瓷陶瓷:現(xiàn)今的考古成果表明現(xiàn)今的考古成果表明,人類(lèi)大約在人類(lèi)大約在 距今距今1到到1.5萬(wàn)年前發(fā)明了陶

15、器。中國(guó)、萬(wàn)年前發(fā)明了陶器。中國(guó)、 埃及、土耳其、美索不達(dá)米亞、伊拉克埃及、土耳其、美索不達(dá)米亞、伊拉克 等都是最先獨(dú)立發(fā)明陶器的國(guó)家之一。等都是最先獨(dú)立發(fā)明陶器的國(guó)家之一。 中國(guó)約在距今中國(guó)約在距今11.2萬(wàn)年前就制造了陶器。萬(wàn)年前就制造了陶器。 此后經(jīng)歷了陶器、印文硬陶、原始瓷此后經(jīng)歷了陶器、印文硬陶、原始瓷,進(jìn)進(jìn) 而發(fā)展為瓷器幾個(gè)階段。中國(guó)陶瓷發(fā)展而發(fā)展為瓷器幾個(gè)階段。中國(guó)陶瓷發(fā)展 的主要特征年代如下的主要特征年代如下: 廣西柳州大龍?zhí)鄂庺~(yú)嘴文化陶片廣西柳州大龍?zhí)鄂庺~(yú)嘴文化陶片: 12280年年; 河北徐水前頭莊文化遺址陶片河北徐水前頭莊文化遺址陶片: 970010500年年; 廣西桂林

16、甄皮巖文化遺址陶器廣西桂林甄皮巖文化遺址陶器: 900010000年年; 江西萬(wàn)年縣大源仙人洞陶器江西萬(wàn)年縣大源仙人洞陶器: 約約10000年年; 湖南澧縣彭頭山陶器湖南澧縣彭頭山陶器: 82009100年年; 河南賈河遺址河南賈河遺址 陶器陶器: 7800年年; 河北邯鄲河北邯鄲 磁山文化磁山文化: 70507350年年; 河南鄭州裴李崗文化河南鄭州裴李崗文化: 68507450年年; 浙江浙江 河姆渡文化河姆渡文化: 53606300年年; 仰韶文化仰韶文化: 約約5000年年; 大汶口文化大汶口文化(山東寧陽(yáng)堡頭村山東寧陽(yáng)堡頭村): 42006000年年; 龍山文化龍山文化(山東章丘龍山

17、鎮(zhèn)城子崖山東章丘龍山鎮(zhèn)城子崖): 38004300年年; 原始瓷器原始瓷器: 商周晚期商周晚期 ; 較成熟的瓷器較成熟的瓷器: 東周東周; 瓷器的鼎盛時(shí)期瓷器的鼎盛時(shí)期: 宋。宋。 中國(guó)是瓷器發(fā)明者中國(guó)是瓷器發(fā)明者,在商周晚期就在商周晚期就 出現(xiàn)了原始瓷器出現(xiàn)了原始瓷器,漢唐時(shí)期出現(xiàn)真正的漢唐時(shí)期出現(xiàn)真正的 瓷器瓷器,宋代則形成瓷器的鼎盛時(shí)期。在宋代則形成瓷器的鼎盛時(shí)期。在 唐朝唐朝,中國(guó)的瓷器和制瓷技術(shù)由海陸中國(guó)的瓷器和制瓷技術(shù)由海陸 “絲綢之路絲綢之路”傳向東亞和西亞各國(guó)。傳向東亞和西亞各國(guó)。 直到直到18世紀(jì)世紀(jì),歐洲各國(guó)才學(xué)會(huì)中國(guó)的制歐洲各國(guó)才學(xué)會(huì)中國(guó)的制 瓷技術(shù)瓷技術(shù),但后來(lái)居上。歐

18、洲但后來(lái)居上。歐洲19世紀(jì)大都世紀(jì)大都 采用機(jī)器生產(chǎn)陶瓷采用機(jī)器生產(chǎn)陶瓷,產(chǎn)量和質(zhì)量都直線產(chǎn)量和質(zhì)量都直線 上升。上升。 19世紀(jì)冶金工業(yè)和電力工業(yè)的興起世紀(jì)冶金工業(yè)和電力工業(yè)的興起,陶瓷陶瓷 成為新興工業(yè)材料成為新興工業(yè)材料,如耐火材料、絕緣子如耐火材料、絕緣子,相相 繼發(fā)明了硅磚、鎂磚、鉻磚、電工陶瓷、碳繼發(fā)明了硅磚、鎂磚、鉻磚、電工陶瓷、碳 化硅、氧化鋁陶瓷、氮化硅陶瓷等。化硅、氧化鋁陶瓷、氮化硅陶瓷等。 進(jìn)入進(jìn)入20世紀(jì)以來(lái)世紀(jì)以來(lái),由于電子、通訊、能由于電子、通訊、能 源、軍事等新興技術(shù)的發(fā)展和需要源、軍事等新興技術(shù)的發(fā)展和需要,除了工程除了工程 陶瓷材料外陶瓷材料外,各種磁性陶瓷、

19、電子陶瓷、生物各種磁性陶瓷、電子陶瓷、生物 陶瓷、高溫超導(dǎo)陶瓷陶瓷、高溫超導(dǎo)陶瓷(86年年)得到高速發(fā)展。得到高速發(fā)展。 到今天到今天,新型陶瓷的發(fā)展幾乎已滲透到現(xiàn)代科新型陶瓷的發(fā)展幾乎已滲透到現(xiàn)代科 學(xué)技術(shù)的各個(gè)領(lǐng)域?qū)W技術(shù)的各個(gè)領(lǐng)域,發(fā)揮著舉足輕重的作用。發(fā)揮著舉足輕重的作用。 玻璃玻璃:約在公元前約在公元前2500年年,埃及和美埃及和美 索不達(dá)米亞出現(xiàn)了最早的玻璃。中索不達(dá)米亞出現(xiàn)了最早的玻璃。中 國(guó)在春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期國(guó)在春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期(B.C221770年年) 首先發(fā)明了高鉛鋇硅酸鹽玻璃。腓首先發(fā)明了高鉛鋇硅酸鹽玻璃。腓 泥基人泥基人(地中海東岸古國(guó)地中海東岸古國(guó),約今黎巴約今黎巴 嫩和敘利亞

20、沿海一帶嫩和敘利亞沿海一帶)2300年前用年前用 草木灰代替鈉石熔制玻璃草木灰代替鈉石熔制玻璃,并發(fā)明并發(fā)明 了用金屬管吹制玻璃的方法。了用金屬管吹制玻璃的方法。 公元前公元前1世紀(jì)世紀(jì),玻璃制造業(yè)中心玻璃制造業(yè)中心 由腓尼基移至羅馬由腓尼基移至羅馬,并利用玻璃的并利用玻璃的 透明性制成了窗玻璃、棱鏡和放大透明性制成了窗玻璃、棱鏡和放大 鏡。鏡。11世紀(jì)到世紀(jì)到15世紀(jì)世紀(jì),歐洲的威尼歐洲的威尼 斯成為玻璃的制造中心。斯成為玻璃的制造中心。16世紀(jì)世紀(jì) 以后以后,威尼斯的玻璃工匠逃亡國(guó)外威尼斯的玻璃工匠逃亡國(guó)外, 使玻璃技術(shù)得以傳播。使玻璃技術(shù)得以傳播。 17世紀(jì)世紀(jì),歐洲許多國(guó)家都建立玻璃工

21、歐洲許多國(guó)家都建立玻璃工 廠廠,并開(kāi)始用煤代替木柴做燃料并開(kāi)始用煤代替木柴做燃料,在玻璃配在玻璃配 料中開(kāi)始使用工業(yè)純堿料中開(kāi)始使用工業(yè)純堿(Na2CO3)。1790 年瑞士狄南年瑞士狄南(Guinand)發(fā)明攪辦法制造光發(fā)明攪辦法制造光 學(xué)玻璃學(xué)玻璃;18世紀(jì)末世紀(jì)末,美國(guó)美國(guó)M.歐文斯歐文斯(Owens) 發(fā)明自動(dòng)吹瓶機(jī)發(fā)明自動(dòng)吹瓶機(jī);1867年年,德國(guó)西門(mén)子兄德國(guó)西門(mén)子兄 弟發(fā)明以煤為燃料的連續(xù)式池爐弟發(fā)明以煤為燃料的連續(xù)式池爐;1905年年, 比利時(shí)比利時(shí)E.氟克氟克(FoulCault)第一次成功地第一次成功地 從池爐中直接拉制出平板玻璃從池爐中直接拉制出平板玻璃;1952年英年英

22、國(guó)皮爾金頓公司發(fā)明浮法平板玻璃。國(guó)皮爾金頓公司發(fā)明浮法平板玻璃。 從此從此,玻璃工業(yè)及科學(xué)技術(shù)進(jìn)入了玻璃工業(yè)及科學(xué)技術(shù)進(jìn)入了 高速發(fā)展階段。除了傳統(tǒng)的工藝玻璃、高速發(fā)展階段。除了傳統(tǒng)的工藝玻璃、 瓶罐玻璃、平板玻璃、光學(xué)玻璃等得瓶罐玻璃、平板玻璃、光學(xué)玻璃等得 到不斷發(fā)展外到不斷發(fā)展外,各種新型玻璃各種新型玻璃,如如:微晶微晶 玻璃玻璃(50年代年代)、生物玻璃、生物玻璃(69年、年、USA L.亨奇亨奇)、激光玻璃、激光玻璃(60年代年代)、金屬玻、金屬玻 璃璃(60年代年代)、光學(xué)纖維、光學(xué)纖維(70年代年代)、半導(dǎo)、半導(dǎo) 體玻璃體玻璃(70年代年代)、超導(dǎo)玻璃、超導(dǎo)玻璃(80年代年代)等

23、等 也得到迅速發(fā)展。也得到迅速發(fā)展。 水泥水泥:石灰用作泥灰最早見(jiàn)于巴比倫石灰用作泥灰最早見(jiàn)于巴比倫 和仰韶時(shí)代的晚期和仰韶時(shí)代的晚期(約約45005000年年 前前)。公元前。公元前3世紀(jì)世紀(jì),羅馬人發(fā)現(xiàn)用石羅馬人發(fā)現(xiàn)用石 灰和火山灰磨細(xì)混合灰和火山灰磨細(xì)混合,其硬化后堅(jiān)硬其硬化后堅(jiān)硬 防水防水,并可與碎石混合并可與碎石混合,從而制得水從而制得水 硬性火山灰。由于這種砂漿具有抗硬性火山灰。由于這種砂漿具有抗 水性水性,12世紀(jì)時(shí)常將其稱為水泥。世紀(jì)時(shí)常將其稱為水泥。 18世紀(jì)中葉世紀(jì)中葉(1759)英國(guó)工程師英國(guó)工程師J.斯米斯米 頓頓(Smeaton)發(fā)現(xiàn)用含粘土的石灰石可發(fā)現(xiàn)用含粘土的石

24、灰石可 燒制成水硬性的石灰燒制成水硬性的石灰,其硬化后的堅(jiān)固性其硬化后的堅(jiān)固性 和耐久性如同波特蘭石和耐久性如同波特蘭石(英國(guó)波特蘭島石英國(guó)波特蘭島石 灰石灰石),故將其命名為波特蘭水泥。故將其命名為波特蘭水泥。19世紀(jì)世紀(jì) 初法國(guó)初法國(guó)L.J.維卡維卡(Vicat)利用含粘土巖石和利用含粘土巖石和 石灰石混合細(xì)磨后制得水硬性水泥。石灰石混合細(xì)磨后制得水硬性水泥。 1824年英國(guó)建筑工人年英國(guó)建筑工人J.阿斯普丁阿斯普丁(Aspdin) 用二次煅燒法燒成了波特蘭水泥用二次煅燒法燒成了波特蘭水泥,并獲得并獲得 專利專利,從此開(kāi)始了近代水泥的工業(yè)生產(chǎn)。從此開(kāi)始了近代水泥的工業(yè)生產(chǎn)。 進(jìn)入進(jìn)入20世

25、紀(jì)世紀(jì),逐漸發(fā)展了各種逐漸發(fā)展了各種 用途的硅酸鹽水泥。如鋁硅酸鹽水用途的硅酸鹽水泥。如鋁硅酸鹽水 泥泥(19071909年年,法國(guó)法國(guó))、白色水泥、白色水泥 (30年代年代,歐洲各國(guó)歐洲各國(guó))、膨脹水泥、膨脹水泥(40 年代年代,前蘇聯(lián)前蘇聯(lián)),此后又陸續(xù)發(fā)展了硫此后又陸續(xù)發(fā)展了硫 鋁酸鹽水泥、氟鋁酸鹽水泥、鐵鋁鋁酸鹽水泥、氟鋁酸鹽水泥、鐵鋁 酸鹽水泥等。目前水泥品種已達(dá)酸鹽水泥等。目前水泥品種已達(dá) 100余種。余種。 0.2.2 金屬材料的發(fā)展簡(jiǎn)史金屬材料的發(fā)展簡(jiǎn)史 人類(lèi)最早使用的金屬是自然銅人類(lèi)最早使用的金屬是自然銅 和金和金(約約9000年前的西亞地區(qū)年前的西亞地區(qū))。約。約 6000

26、7000年前人類(lèi)學(xué)會(huì)了冶煉銅年前人類(lèi)學(xué)會(huì)了冶煉銅 (伊朗至兩流河域上游伊朗至兩流河域上游)。約。約5000年年 前兩河流域上游已出現(xiàn)含錫青銅。前兩河流域上游已出現(xiàn)含錫青銅。 中國(guó)于中國(guó)于42004500年前進(jìn)入青銅時(shí)年前進(jìn)入青銅時(shí) 代。代。 鐵的規(guī)模生產(chǎn)始于公元前鐵的規(guī)模生產(chǎn)始于公元前14世紀(jì)土世紀(jì)土 耳其半島中部耳其半島中部Anotolia地區(qū)地區(qū),公元前公元前8世世 紀(jì)歐洲及埃及進(jìn)入鐵器時(shí)代紀(jì)歐洲及埃及進(jìn)入鐵器時(shí)代,中國(guó)公元前中國(guó)公元前 6世紀(jì)末世紀(jì)末,5世紀(jì)初進(jìn)入鐵器時(shí)代世紀(jì)初進(jìn)入鐵器時(shí)代,并在戰(zhàn)并在戰(zhàn) 國(guó)時(shí)期開(kāi)始使用生鐵國(guó)時(shí)期開(kāi)始使用生鐵,中國(guó)春秋末期出現(xiàn)中國(guó)春秋末期出現(xiàn) 人工鍛煉鋼。

27、公元人工鍛煉鋼。公元1世紀(jì)發(fā)明攪拌煉鋼。世紀(jì)發(fā)明攪拌煉鋼。 1856年英國(guó)年英國(guó)H.貝塞麥貝塞麥(Bessemer)發(fā)明發(fā)明 轉(zhuǎn)爐煉鋼。轉(zhuǎn)爐煉鋼。18561864年年,英國(guó)英國(guó)K.W.西西 門(mén)子門(mén)子(Siemens)和法國(guó)和法國(guó)P.E.馬丁馬丁(Martin) 發(fā)明平爐煉鋼。發(fā)明平爐煉鋼。 1899年法國(guó)年法國(guó)P.L.T.埃魯埃魯(Her- oult)發(fā)明電弧爐煉鋼發(fā)明電弧爐煉鋼, 1886年年 P.L.T.埃魯埃魯(法國(guó)法國(guó))及及C.M.霍爾霍爾(美美)同同 時(shí)發(fā)明用冰晶石時(shí)發(fā)明用冰晶石-氧化鋁熔鹽電解氧化鋁熔鹽電解 法制取金屬鋁。法制取金屬鋁。1910年年,美國(guó)冶金美國(guó)冶金 學(xué)家學(xué)家M.A

28、.亨特亨特(Hunter)用鈉還原法用鈉還原法 制得金屬鈦制得金屬鈦,1948年開(kāi)始工業(yè)化生年開(kāi)始工業(yè)化生 產(chǎn)鈦。產(chǎn)鈦。 17世紀(jì)以前中國(guó)已掌握銅、世紀(jì)以前中國(guó)已掌握銅、 鐵、金、銀、錫、鉛、鋅等金屬的鐵、金、銀、錫、鉛、鋅等金屬的 冶煉。冶煉。18世紀(jì)到世紀(jì)到20世紀(jì)世紀(jì),人們陸續(xù)人們陸續(xù) 掌握了掌握了Ni、Cr、Mn、Mo、V、Co、 Si等金屬材料的冶煉。逐漸形成今等金屬材料的冶煉。逐漸形成今 天種類(lèi)繁多的包括黑色金屬天種類(lèi)繁多的包括黑色金屬(鋼鐵鋼鐵 及合金及合金)和有色金屬和有色金屬(除黑色金屬外除黑色金屬外) 材料材料,形成了現(xiàn)代工業(yè)最重要的材形成了現(xiàn)代工業(yè)最重要的材 料體系之一。

29、料體系之一。 0.2.3 有機(jī)高分子材料有機(jī)高分子材料 人類(lèi)使用高分子材料可以追溯到人類(lèi)使用高分子材料可以追溯到 8000年以前年以前,如木材如木材(舊石器時(shí)代舊石器時(shí)代)、羊毛、羊毛 (8000年前的新石器時(shí)代年前的新石器時(shí)代)、麻、麻(6000年年 前的半坡文化前的半坡文化)、棉布、棉布(4500年前印度河年前印度河 流域流域)、蠶絲織物、蠶絲織物(約約5000年前太湖流域、年前太湖流域、 中國(guó)漢代中國(guó)漢代(A.D105年年)蔡倫造紙等蔡倫造紙等,但直但直 到到19世紀(jì)世紀(jì)30年代末人類(lèi)才進(jìn)入對(duì)天然高年代末人類(lèi)才進(jìn)入對(duì)天然高 分子材料的化學(xué)改性階段。分子材料的化學(xué)改性階段。 1839,美國(guó)

30、美國(guó),C.固特首先開(kāi)始對(duì)固特首先開(kāi)始對(duì) 天然橡膠進(jìn)行硫化天然橡膠進(jìn)行硫化, 1845年年,德國(guó)施德國(guó)施 魏策爾等研制硝化纖維素。魏策爾等研制硝化纖維素。1909 年年,美國(guó)美國(guó)L.H.貝克蘭貝克蘭(Backeland)制制 成第一種合成高分子材料酚醛樹(shù)脂成第一種合成高分子材料酚醛樹(shù)脂 (電木電木),標(biāo)志著人類(lèi)應(yīng)用合成高分子標(biāo)志著人類(lèi)應(yīng)用合成高分子 材料的開(kāi)始。材料的開(kāi)始。1912年年,德國(guó)德國(guó)F.克拉克拉 克制成聚氯乙烯?？酥瞥删勐纫蚁?。 20年代初合成聚異戊二烯丁橡年代初合成聚異戊二烯丁橡 膠膠;1929年年W.H.卡羅瑟斯用縮聚反應(yīng)制卡羅瑟斯用縮聚反應(yīng)制 成尼龍成尼龍6(聚酰胺聚酰胺)和聚

31、酯類(lèi)高聚物和聚酯類(lèi)高聚物; 30 年代開(kāi)發(fā)出氯丁橡膠年代開(kāi)發(fā)出氯丁橡膠(美國(guó)杜邦美國(guó)杜邦)、合成、合成 聚乙烯聚乙烯(英卜內(nèi)門(mén)化學(xué)公司英卜內(nèi)門(mén)化學(xué)公司)、丁苯橡膠、丁苯橡膠 (英英,E.春克爾春克爾)、丁腈橡膠、丁腈橡膠(德德,法本法本)、 聚 苯 乙 烯聚 苯 乙 烯 ( 德德 , 法 本法 本 ) 、 尼 龍、 尼 龍 6 6 (U.S.A,W.H卡羅瑟斯卡羅瑟斯,Carothers), 41 年開(kāi)始工業(yè)化生產(chǎn)聚氨脂年開(kāi)始工業(yè)化生產(chǎn)聚氨脂, 43年德國(guó)法年德國(guó)法 本公司開(kāi)始生產(chǎn)聚氨酯橡膠。本公司開(kāi)始生產(chǎn)聚氨酯橡膠。 1944年生產(chǎn)硅橡膠年生產(chǎn)硅橡膠(美通用電美通用電 器器)、環(huán)氧樹(shù)脂、環(huán)氧

32、樹(shù)脂(46年年,美美,殼牌化學(xué)公殼牌化學(xué)公 司司)、聚丙烯纖維、聚丙烯纖維(美美,50年年,杜邦杜邦)、 順丁橡膠順丁橡膠(美美,56年年,菲利普石油公司菲利普石油公司)、 氟橡膠氟橡膠(58年年,美美,杜邦公司杜邦公司)、聚甲醛、聚甲醛 工程塑料工程塑料(59年年,美美,杜邦杜邦),70年代進(jìn)年代進(jìn) 入工程塑料大發(fā)展時(shí)期入工程塑料大發(fā)展時(shí)期,目前目前,高分高分 子材料的工業(yè)生產(chǎn)量按體積算已超子材料的工業(yè)生產(chǎn)量按體積算已超 過(guò)鋼鐵材料。過(guò)鋼鐵材料。 0.3 材料的地位和作用材料的地位和作用 0.3.1 材料是人類(lèi)進(jìn)步的里程碑材料是人類(lèi)進(jìn)步的里程碑 材料的發(fā)展與人類(lèi)社會(huì)的進(jìn)步材料的發(fā)展與人類(lèi)社會(huì)

33、的進(jìn)步 密不可分。材料的發(fā)展歷程明確的密不可分。材料的發(fā)展歷程明確的 標(biāo)志出人類(lèi)社會(huì)文明進(jìn)步的歷程。標(biāo)志出人類(lèi)社會(huì)文明進(jìn)步的歷程。 材料是人類(lèi)社會(huì)賴以生存和發(fā)展的材料是人類(lèi)社會(huì)賴以生存和發(fā)展的 物質(zhì)基礎(chǔ)。物質(zhì)基礎(chǔ)。 人類(lèi)從其出現(xiàn)開(kāi)始人類(lèi)從其出現(xiàn)開(kāi)始,為了保護(hù)自己為了保護(hù)自己, 獲得和制作食物、工具、準(zhǔn)備衣著和居獲得和制作食物、工具、準(zhǔn)備衣著和居 所所,首先學(xué)會(huì)了利用天然材料首先學(xué)會(huì)了利用天然材料,進(jìn)而逐步進(jìn)而逐步 學(xué)會(huì)了對(duì)材料進(jìn)行加工、改造和改性學(xué)會(huì)了對(duì)材料進(jìn)行加工、改造和改性,并并 創(chuàng)造出許許多多的人工材料。人類(lèi)在利創(chuàng)造出許許多多的人工材料。人類(lèi)在利 用和創(chuàng)造新材料的過(guò)程中不斷加速著自用和創(chuàng)

34、造新材料的過(guò)程中不斷加速著自 身的發(fā)展。縱觀材料發(fā)展的整個(gè)歷程身的發(fā)展。縱觀材料發(fā)展的整個(gè)歷程,材材 料的每一次重大發(fā)展料的每一次重大發(fā)展,都伴隨著人類(lèi)文明都伴隨著人類(lèi)文明 進(jìn)步的飛躍。因此進(jìn)步的飛躍。因此,人們常按材料的使用人們常按材料的使用 狀態(tài)來(lái)劃分社會(huì)文明進(jìn)步的不同時(shí)代。狀態(tài)來(lái)劃分社會(huì)文明進(jìn)步的不同時(shí)代。 舊石器時(shí)代舊石器時(shí)代:使用各種天然或經(jīng)簡(jiǎn)單加使用各種天然或經(jīng)簡(jiǎn)單加 工的天然材料。工的天然材料。約約11.5萬(wàn)年以前萬(wàn)年以前,這是這是 人類(lèi)社會(huì)早期發(fā)展時(shí)代人類(lèi)社會(huì)早期發(fā)展時(shí)代,根據(jù)現(xiàn)有的考古根據(jù)現(xiàn)有的考古 發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn),這一時(shí)期大約經(jīng)歷了三四百萬(wàn)年。這一時(shí)期大約經(jīng)歷了三四百萬(wàn)年。 從材

35、料的使用特征來(lái)看從材料的使用特征來(lái)看,屬屬木石并用時(shí)代木石并用時(shí)代。 人類(lèi)為了生存人類(lèi)為了生存,首先學(xué)會(huì)了用天然木材、首先學(xué)會(huì)了用天然木材、 動(dòng)物骨和犄角制造矛動(dòng)物骨和犄角制造矛,使用天然石塊使用天然石塊,進(jìn)進(jìn) 而用打制的有銳利邊角的石塊作工具和而用打制的有銳利邊角的石塊作工具和 武器武器,過(guò)著以狩獵、采集為主、茹毛飲血過(guò)著以狩獵、采集為主、茹毛飲血 的原始生活。的原始生活。 新石器時(shí)代新石器時(shí)代:使用各種天然或經(jīng)較精使用各種天然或經(jīng)較精 細(xì)加工的天然材料、發(fā)明陶器。細(xì)加工的天然材料、發(fā)明陶器。大約大約 在在11.5萬(wàn)年前。人類(lèi)在經(jīng)歷了一個(gè)漫萬(wàn)年前。人類(lèi)在經(jīng)歷了一個(gè)漫 長(zhǎng)的發(fā)展歷程之后長(zhǎng)的發(fā)展

36、歷程之后,開(kāi)始定居開(kāi)始定居,有了簡(jiǎn)單有了簡(jiǎn)單 的農(nóng)牧業(yè)的農(nóng)牧業(yè),學(xué)會(huì)了紡織學(xué)會(huì)了紡織,廣泛地使用各種廣泛地使用各種 磨制的精細(xì)石器磨制的精細(xì)石器,使用火和加工天然材使用火和加工天然材 料的技術(shù)日趨成熟料的技術(shù)日趨成熟,使陶器的發(fā)明成為使陶器的發(fā)明成為 必然。人類(lèi)開(kāi)始學(xué)會(huì)簡(jiǎn)單的制陶術(shù)必然。人類(lèi)開(kāi)始學(xué)會(huì)簡(jiǎn)單的制陶術(shù),用用 自己的雙手和智慧自己的雙手和智慧,通過(guò)化學(xué)反應(yīng)創(chuàng)造通過(guò)化學(xué)反應(yīng)創(chuàng)造 出第一種人造材料出第一種人造材料-陶器。陶器。 陶器的發(fā)明陶器的發(fā)明,使人類(lèi)可以吃烹煮過(guò)使人類(lèi)可以吃烹煮過(guò) 的食物的食物,對(duì)人類(lèi)體質(zhì)的發(fā)展產(chǎn)生了重大對(duì)人類(lèi)體質(zhì)的發(fā)展產(chǎn)生了重大 的影響。恩格斯在的影響。恩格斯在一書(shū)

37、中深刻地把人類(lèi)學(xué)一書(shū)中深刻地把人類(lèi)學(xué) 會(huì)制陶術(shù)標(biāo)志為會(huì)制陶術(shù)標(biāo)志為人類(lèi)蒙昧?xí)r代的結(jié)束人類(lèi)蒙昧?xí)r代的結(jié)束 和野蠻時(shí)代的開(kāi)始和野蠻時(shí)代的開(kāi)始。陶器是人類(lèi)長(zhǎng)期。陶器是人類(lèi)長(zhǎng)期 同自然界斗爭(zhēng)中的一項(xiàng)劃時(shí)代發(fā)明創(chuàng)同自然界斗爭(zhēng)中的一項(xiàng)劃時(shí)代發(fā)明創(chuàng) 造造,為以后銅鐵的冶煉提供了物質(zhì)和技為以后銅鐵的冶煉提供了物質(zhì)和技 術(shù)基礎(chǔ)。術(shù)基礎(chǔ)。 銅器時(shí)代銅器時(shí)代:包括使用經(jīng)加工的天然包括使用經(jīng)加工的天然 材料、陶器材料、陶器, 銅器銅器(紅銅、青銅紅銅、青銅), 人人 類(lèi)進(jìn)入奴隸社會(huì)類(lèi)進(jìn)入奴隸社會(huì); 產(chǎn)生國(guó)家。隨著產(chǎn)生國(guó)家。隨著 制陶技術(shù)水平制陶技術(shù)水平,尤其是燒成溫度的尤其是燒成溫度的 提高提高,人類(lèi)用火的技術(shù)也日臻

38、成熟。人類(lèi)用火的技術(shù)也日臻成熟。 并從自然界中存在的天然銅、金并從自然界中存在的天然銅、金, 逐漸發(fā)現(xiàn)了金屬和礦石的關(guān)系逐漸發(fā)現(xiàn)了金屬和礦石的關(guān)系,學(xué)學(xué) 會(huì)了用含銅礦石冶煉銅的技術(shù)。會(huì)了用含銅礦石冶煉銅的技術(shù)。 世界上最早冶銅是美索不達(dá)米世界上最早冶銅是美索不達(dá)米 亞亞(Mesopotamia,敘利亞?wèn)|部和伊敘利亞?wèn)|部和伊 拉克境內(nèi)的底格里斯河和幼發(fā)拉底拉克境內(nèi)的底格里斯河和幼發(fā)拉底 河河 - - 兩 河 流 域兩 河 流 域 ) 和 埃 及和 埃 及 , 距 今 約距 今 約 60007000年。中國(guó)在距今約年。中國(guó)在距今約 50005500年間出現(xiàn)冶銅術(shù)年間出現(xiàn)冶銅術(shù),如齊家如齊家 文化文

39、化(B.C3000年年,1924年發(fā)現(xiàn)于甘年發(fā)現(xiàn)于甘 肅和正文家坪肅和正文家坪,分布于甘肅洮河、大分布于甘肅洮河、大 夏河、渭河上游和青海潢水流域夏河、渭河上游和青海潢水流域)。 在距今約在距今約42004000年年(馬家窯文馬家窯文 化化,甘肅臨洮馬家窯甘肅臨洮馬家窯,B.C20003000年年) 前前,中國(guó)已進(jìn)入青銅時(shí)代中國(guó)已進(jìn)入青銅時(shí)代(錫青銅錫青銅),商代商代 (B.C1066 1600)已有發(fā)達(dá)的青銅器。已有發(fā)達(dá)的青銅器。 冶銅技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展冶銅技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展,改進(jìn)了工改進(jìn)了工 具具,極大地提高了生產(chǎn)力極大地提高了生產(chǎn)力,促進(jìn)了農(nóng)業(yè)的促進(jìn)了農(nóng)業(yè)的 發(fā)展發(fā)展,改善了人類(lèi)的生活條件改

40、善了人類(lèi)的生活條件,人類(lèi)社會(huì)人類(lèi)社會(huì) 開(kāi)始出現(xiàn)私有制開(kāi)始出現(xiàn)私有制,進(jìn)入奴隸社會(huì)進(jìn)入奴隸社會(huì),并產(chǎn)生并產(chǎn)生 了國(guó)家。了國(guó)家。 鐵器時(shí)代鐵器時(shí)代: 除陶器、銅器進(jìn)一步發(fā)展外除陶器、銅器進(jìn)一步發(fā)展外, 又發(fā)明了瓷器又發(fā)明了瓷器,并開(kāi)始冶煉和使用鐵。地并開(kāi)始冶煉和使用鐵。地 球上存在的自然鐵主要來(lái)自宇宙空間的球上存在的自然鐵主要來(lái)自宇宙空間的 隕鐵。在西亞各地發(fā)現(xiàn)的人造鐵器可以隕鐵。在西亞各地發(fā)現(xiàn)的人造鐵器可以 早到公元前早到公元前30世紀(jì)中葉世紀(jì)中葉,距今約距今約4500年。年。 冶鐵技術(shù)的真正發(fā)展起源于赫梯王國(guó)冶鐵技術(shù)的真正發(fā)展起源于赫梯王國(guó) (B.C1400年左右年左右,位于小亞細(xì)亞中部位于小

41、亞細(xì)亞中部,黑黑 海南岸古國(guó)海南岸古國(guó),相當(dāng)于土耳其克澤爾河流域相當(dāng)于土耳其克澤爾河流域) 距今約距今約3500年左右年左右,公元前公元前10001200年年 間向巴爾干半島及南歐傳播。間向巴爾干半島及南歐傳播。 埃及、中國(guó)于公元前8世紀(jì)中葉 進(jìn)入鐵器時(shí)代。鐵器的重大發(fā)展則 開(kāi)始于約2500年前生鐵的發(fā)明。 它影響了世界農(nóng)業(yè)和人口的分布、它影響了世界農(nóng)業(yè)和人口的分布、 經(jīng)濟(jì)和政治的發(fā)展經(jīng)濟(jì)和政治的發(fā)展,為封建農(nóng)業(yè)、為封建農(nóng)業(yè)、 手工業(yè)的發(fā)展奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)手工業(yè)的發(fā)展奠定了物質(zhì)基礎(chǔ),促促 使人類(lèi)社會(huì)發(fā)展進(jìn)入封建社會(huì)。鋼使人類(lèi)社會(huì)發(fā)展進(jìn)入封建社會(huì)。鋼 鐵工業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展鐵工業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展,又將人類(lèi)

42、社又將人類(lèi)社 會(huì)推進(jìn)到資本主義社會(huì)。會(huì)推進(jìn)到資本主義社會(huì)。 鐵鐵-硅時(shí)代硅時(shí)代:約始于約始于50年前年前,人類(lèi)處于資人類(lèi)處于資 本主義、社會(huì)主義并存本主義、社會(huì)主義并存,開(kāi)始進(jìn)入信息社開(kāi)始進(jìn)入信息社 會(huì)和知識(shí)社會(huì)。鐵器時(shí)代從公元前約會(huì)和知識(shí)社會(huì)。鐵器時(shí)代從公元前約10 世紀(jì)一直延續(xù)到今天。由于鐵在地殼資世紀(jì)一直延續(xù)到今天。由于鐵在地殼資 源中的分布源中的分布(克拉克數(shù)排序?yàn)榭死藬?shù)排序?yàn)?),鐵的本鐵的本 質(zhì)質(zhì)(過(guò)渡金屬元素過(guò)渡金屬元素)和冶煉金屬過(guò)程的熱和冶煉金屬過(guò)程的熱 力學(xué)條件等優(yōu)越性力學(xué)條件等優(yōu)越性,鐵及其合金在近代得鐵及其合金在近代得 到了巨大發(fā)展到了巨大發(fā)展,一直而且將繼續(xù)是人類(lèi)文

43、一直而且將繼續(xù)是人類(lèi)文 明的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。明的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。 在現(xiàn)代在現(xiàn)代,鋁、銅、鈦及其合金工業(yè)也得到鋁、銅、鈦及其合金工業(yè)也得到 長(zhǎng)足的發(fā)展長(zhǎng)足的發(fā)展,并與鋼鐵及其合金一起成為并與鋼鐵及其合金一起成為 現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)三大材料之一的金屬材料現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)三大材料之一的金屬材料 主體。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步主體。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,現(xiàn)代信息技現(xiàn)代信息技 術(shù)飛速發(fā)展術(shù)飛速發(fā)展,以硅為代表的一系列半導(dǎo)體以硅為代表的一系列半導(dǎo)體 及其它功能材料、及其它功能材料、SiO2基光導(dǎo)纖維材料基光導(dǎo)纖維材料 對(duì)人類(lèi)文明進(jìn)步產(chǎn)生了重大影響對(duì)人類(lèi)文明進(jìn)步產(chǎn)生了重大影響,奠定了奠定了 現(xiàn)代電子計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)的基礎(chǔ)現(xiàn)代電子

44、計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)的基礎(chǔ),并以并以 每每3年翻兩番的速度不斷向前發(fā)展。因此年翻兩番的速度不斷向前發(fā)展。因此, 人們據(jù)此特點(diǎn)將這一時(shí)代稱為人們據(jù)此特點(diǎn)將這一時(shí)代稱為鐵鐵-硅時(shí)代硅時(shí)代. 0.3.2 材料是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的物質(zhì)材料是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的物質(zhì) 基礎(chǔ)和先導(dǎo)基礎(chǔ)和先導(dǎo) 鋼鐵鋼鐵:第一次工業(yè)革命-工業(yè)化; 鋼鐵及合金、鋁、銅等鋼鐵及合金、鋁、銅等:第二次工業(yè)革命 -電氣化; 金屬、硅基半導(dǎo)體、光纖金屬、硅基半導(dǎo)體、光纖:第三次工業(yè)革 命-信息化、知識(shí)化; 例證例證: 電子技術(shù)的進(jìn)步電子技術(shù)的進(jìn)步:半導(dǎo)體的發(fā)明半導(dǎo)體的發(fā)明:計(jì) 算機(jī)技術(shù);集成電路集成電路:計(jì)算機(jī)技術(shù)與信 息技術(shù)的飛速發(fā)展; 通

45、信技術(shù)的進(jìn)步通信技術(shù)的進(jìn)步:光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維:信息高速公信息高速公 路全球化路全球化; 能源技術(shù)進(jìn)步能源技術(shù)進(jìn)步: 高溫結(jié)構(gòu)材料與功能材高溫結(jié)構(gòu)材料與功能材 料料:發(fā)電、電池、太陽(yáng)能發(fā)電、電池、太陽(yáng)能; 航空航天技術(shù)航空航天技術(shù):高溫結(jié)構(gòu)材料、復(fù)合材料、高溫結(jié)構(gòu)材料、復(fù)合材料、 功能材料功能材料:飛行速度與精度不斷提高飛行速度與精度不斷提高; 醫(yī)學(xué)醫(yī)學(xué): 人工物材料、雜化材料人工物材料、雜化材料:人造骨骼、人造骨骼、 人造器官人造器官; 縱觀材料發(fā)展史縱觀材料發(fā)展史,可以清楚看到可以清楚看到,材材 料是人類(lèi)社會(huì)進(jìn)步的物質(zhì)基礎(chǔ)和先導(dǎo)。料是人類(lèi)社會(huì)進(jìn)步的物質(zhì)基礎(chǔ)和先導(dǎo)。 人類(lèi)學(xué)會(huì)制陶術(shù)便可以吃到經(jīng)

46、烹煮的食人類(lèi)學(xué)會(huì)制陶術(shù)便可以吃到經(jīng)烹煮的食 物物,開(kāi)始脫離茹毛飲血的野蠻時(shí)代開(kāi)始脫離茹毛飲血的野蠻時(shí)代,身體素身體素 質(zhì)得到提高質(zhì)得到提高,也為后來(lái)金屬的冶煉準(zhǔn)備了也為后來(lái)金屬的冶煉準(zhǔn)備了 物質(zhì)和技術(shù)基礎(chǔ)物質(zhì)和技術(shù)基礎(chǔ);青銅器的發(fā)明和使用使青銅器的發(fā)明和使用使 生產(chǎn)力有了明顯的提高生產(chǎn)力有了明顯的提高,推動(dòng)人類(lèi)進(jìn)入奴推動(dòng)人類(lèi)進(jìn)入奴 隸社會(huì)隸社會(huì),國(guó)家也由此產(chǎn)生國(guó)家也由此產(chǎn)生;鐵的冶煉和應(yīng)用鐵的冶煉和應(yīng)用, 進(jìn)一步提高了人類(lèi)改造自然界的能力進(jìn)一步提高了人類(lèi)改造自然界的能力,促促 使人類(lèi)進(jìn)入封建社會(huì)。使人類(lèi)進(jìn)入封建社會(huì)。 18世紀(jì)下半葉鋼鐵工業(yè)的大發(fā)世紀(jì)下半葉鋼鐵工業(yè)的大發(fā) 展展,促使蒸汽機(jī)的發(fā)明

47、和應(yīng)用。導(dǎo)致促使蒸汽機(jī)的發(fā)明和應(yīng)用。導(dǎo)致 第一次技術(shù)革命第一次技術(shù)革命的產(chǎn)生。人類(lèi)由此的產(chǎn)生。人類(lèi)由此 開(kāi)始進(jìn)入資本主義工業(yè)化時(shí)代。開(kāi)始進(jìn)入資本主義工業(yè)化時(shí)代。19 世紀(jì)末以磁性材料和金屬鋁作為輸世紀(jì)末以磁性材料和金屬鋁作為輸 電材料為重要基礎(chǔ)而發(fā)展的電力工電材料為重要基礎(chǔ)而發(fā)展的電力工 業(yè)業(yè),又促使又促使第二次工業(yè)革命第二次工業(yè)革命的形成的形成,人人 類(lèi)開(kāi)始進(jìn)入電器時(shí)代。類(lèi)開(kāi)始進(jìn)入電器時(shí)代。 40年代以硅半導(dǎo)體材料、核能年代以硅半導(dǎo)體材料、核能 材料的發(fā)明和應(yīng)用材料的發(fā)明和應(yīng)用,促使電子和核能促使電子和核能 技術(shù)進(jìn)入飛速發(fā)展時(shí)代技術(shù)進(jìn)入飛速發(fā)展時(shí)代,敲響了敲響了第三第三 次技術(shù)革命次技術(shù)革命

48、的晨鐘?？傊某跨姟？傊?現(xiàn)代科學(xué)現(xiàn)代科學(xué) 技術(shù)的新進(jìn)展技術(shù)的新進(jìn)展,如核能技術(shù)、航天技如核能技術(shù)、航天技 術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、新能術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、新能 源技術(shù)、生物海洋技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)源技術(shù)、生物海洋技術(shù)、生物醫(yī)學(xué) 技術(shù)等的重要進(jìn)展技術(shù)等的重要進(jìn)展,幾乎都與材料的幾乎都與材料的 進(jìn)展密切相關(guān)。進(jìn)展密切相關(guān)。 材料是人類(lèi)生存和文明進(jìn)步材料是人類(lèi)生存和文明進(jìn)步 的物質(zhì)基礎(chǔ)的物質(zhì)基礎(chǔ),是是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的三現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的三 大支柱之一大支柱之一(材料、能源、信息材料、能源、信息)。 就材料本身的發(fā)展而言就材料本身的發(fā)展而言,已形成無(wú)已形成無(wú) 機(jī)非金屬材料、金屬材料、高分子機(jī)非金屬材料、

49、金屬材料、高分子 材料三足鼎立之勢(shì)。同時(shí)材料三足鼎立之勢(shì)。同時(shí),復(fù)合材復(fù)合材 料正在迅速發(fā)展。料正在迅速發(fā)展。 從材料本質(zhì)和性能的發(fā)展來(lái)從材料本質(zhì)和性能的發(fā)展來(lái) 看看,大體上經(jīng)歷了大體上經(jīng)歷了第一代材料第一代材料-天然天然 材料材料(石材、木材、動(dòng)物皮毛、植物石材、木材、動(dòng)物皮毛、植物 纖維纖維)、第二代材料第二代材料-人造人造(加工加工)材材 料料(陶瓷、玻璃、水泥、金屬材料陶瓷、玻璃、水泥、金屬材料)、 第三代材料第三代材料-合成材料合成材料(合成橡膠、合成橡膠、 塑料、纖維塑料、纖維)和和第四代材料第四代材料-復(fù)合材復(fù)合材 料料(金屬基、樹(shù)酯基、陶瓷基、碳金屬基、樹(shù)酯基、陶瓷基、碳- 碳復(fù)合材料碳復(fù)合材料)四個(gè)階段。四個(gè)階段。 第一代材料可以從人類(lèi)開(kāi)始使第一代材料可以從人類(lèi)開(kāi)始使 用材料一直延續(xù)到今天用材料一直延續(xù)到今天,第二代材第二代材 料則可以從今天一直追溯到新石器料則可以從今天一直追溯到新石器 時(shí)代人類(lèi)發(fā)明陶器時(shí)止。第三代材時(shí)代人類(lèi)發(fā)明陶器時(shí)止。第三代材 料始于料始于19世紀(jì)末世紀(jì)末,進(jìn)入進(jìn)入20世紀(jì)蓬勃世紀(jì)蓬勃 發(fā)展至今。第四代材料的使用雖然發(fā)展至今。第四代材料的使用雖然 可追溯到遠(yuǎn)古可追溯到