材料合成與制備緒論

材料合成與制備

孫洪巍2007.09.12Tel.67766013,67766884Mail:hwsun@0緒論0.1材料的定義與分類0.1.1材料的定義三大材料:無(wú)機(jī)非金屬材料、高分子材料、金屬材料無(wú)機(jī)非金屬材料(inorganicnonmeta-llicmaterials):以某些元素的氧化物、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、硼酸鹽等物質(zhì)組成的材料。材料的定義:

世界經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織(OECD)定義:材料是供作單獨(dú)地或組合式地履行相當(dāng)持久性功能的固體物質(zhì)。

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)(COSMAT)定義: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)。

中國(guó)《材料科學(xué)技術(shù)百科全書》定義:材料是人類用以制成用于生活和生產(chǎn)的物品、器件、構(gòu)件、機(jī)器和其他產(chǎn)品的那些物質(zhì)。材料的三大要素:

(1)物質(zhì)性:材料屬于物質(zhì),但不是所有的物質(zhì)都屬于材料;

(2)功能性:材料在人們制造物質(zhì)財(cái)富的過(guò)程中,至少應(yīng)具有一點(diǎn)持久性功能,而不是消耗品;

(3)可加工性:材料應(yīng)具有有經(jīng)濟(jì)效益的可加工性,以利于人們將其加工成型為所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品。0.1.2材料的分類材料的種類繁多,性能千差萬(wàn)別?，F(xiàn)行的分類方法很多,通常是依照人們各式各樣的要求,行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),學(xué)科特點(diǎn)等對(duì)材料進(jìn)行分類。以下是現(xiàn)行常用的材料分類方法。

按來(lái)源分

按照材料的來(lái)源可分為天然材料(如石料,木材,天然橡膠,棉花等)和人造材料(如鋼鐵,化纖,合成橡膠,水泥,玻璃,陶瓷,塑料等)兩類,是簡(jiǎn)易而直觀的分類方法。

按邏輯規(guī)則分

按照邏輯上的“有無(wú)”“是非”觀,可將材料按下圖分類:圖0.1材料的邏輯分類屬種類亞類物質(zhì)材料無(wú)機(jī)材料有機(jī)材料金屬材料非金屬材料復(fù)合材料

按材料物理化學(xué)特征分按元素種類、物理化學(xué)特征和材料中存在的化學(xué)鍵性質(zhì),可以將材料分成下面4類:

金屬材料:主要化合鍵為金屬鍵

無(wú)機(jī)非金屬材料:主要化合鍵為離子鍵,

包含許多共價(jià)鍵材料

高分子材料:主要化合鍵為共價(jià)鍵

復(fù)合材料:含多種主要化合鍵這是一種具有實(shí)質(zhì)性的分類方法,可較好的從本質(zhì)上理解這幾類材料性能上的差別。但這種分類法存在無(wú)法將現(xiàn)有材料明確區(qū)分開來(lái)的缺點(diǎn)。事實(shí)上,現(xiàn)存的許多材料很難簡(jiǎn)單地按化學(xué)鍵類型嚴(yán)格的區(qū)分為上述四類中的某一類。四類材料的相互關(guān)系可以用圖1.2表示,其中每一類還可繼續(xù)細(xì)分:

金

屬

材

料:有色金屬、黑色金屬、金屬間化合物等;

高

分

子

材

料:合成橡膠、塑料、樹脂、合成纖維等;

無(wú)機(jī)非金屬材料:陶瓷、玻璃、耐火材料、水泥、膠凝材料、磨具磨料等;

復(fù)合材料: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。圖1.2材料的分類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

按材料的聚集狀態(tài)分類

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:材料固體液體氣體晶體非晶體復(fù)相單晶材料多晶材料非晶態(tài)材料復(fù)合材料液晶材料氣體激光器材料圖0.3材料的分類

按材料工業(yè)行業(yè)分類按國(guó)際通用分類方法.我國(guó)材料工業(yè)分類為:材料工業(yè)應(yīng)用分類黑色金屬材料有色金屬材料核材料建筑材料宇航材料船舶材料耐火材料兵器材料儀器儀表材料電子材料光學(xué)材料感光材料包裝材料圖0.4材料工業(yè)應(yīng)用分類

按材料功能分類

這是一種從材料的功能性出發(fā)來(lái)分類的方法,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。詳見表0.1。

表0.1材料的功能分類序號(hào)功能類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0.1材料的功能分類序號(hào)功能類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0.1材料的功能分類序號(hào)功能類型特定功能材料名稱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0.1材料的功能分類序號(hào)功能類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0.1材料的功能分類序號(hào)功能類型特定功能材料名稱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

無(wú)機(jī)非金屬材料的分類上一節(jié),我們論了材料的一般分類方法,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。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。其分類方法大體與上述分類方法相似。因此,僅給出無(wú)機(jī)非金屬材料的工業(yè)應(yīng)用分類,見下圖。.無(wú)機(jī)非金屬材料工業(yè)應(yīng)用分類新型陶瓷材料膠結(jié)材料磨具材料耐火材料粘土制品玻璃日用陶瓷特種耐火材料堿性耐火材料氧化硅質(zhì)耐火材料粘土質(zhì)耐火材料建筑衛(wèi)生陶瓷工業(yè)陶瓷結(jié)構(gòu)粘土制品微晶玻璃玻璃

0.2材料的發(fā)展簡(jiǎn)史

在舊石器時(shí)代,人類為了自身的生存和發(fā)展,在與自然界斗爭(zhēng)的過(guò)程中逐漸學(xué)會(huì)了使用木材、動(dòng)物毛皮、石頭等天然材料。進(jìn)入新石器時(shí)代后,以陶器的發(fā)明為標(biāo)志,人類逐漸學(xué)會(huì)了制陶、制瓷、金屬冶煉、石灰、水泥、玻璃等的燒制與加工技術(shù),使人類社會(huì)踏上了從材料的必然王國(guó)到自由王國(guó)的歷程。

0.2.1無(wú)機(jī)非金屬材料的發(fā)展簡(jiǎn)史陶瓷:現(xiàn)今的考古成果表明,人類大約在距今1到1.5萬(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1~1.2萬(wàn)年前就制造了陶器。此后經(jīng)歷了陶器、印文硬陶、原始瓷,進(jìn)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:

廣西柳州大龍?zhí)鄂庺~嘴文化陶片:12280年;

河北徐水前頭莊文化遺址陶片:9700~10500年;

廣西桂林甄皮巖文化遺址陶器:9000~10000年;

江西萬(wàn)年縣大源仙人洞陶器:

約10000年;湖南澧縣彭頭山陶器:8200~9100年;

河南賈河遺址陶器:7800年;

河北邯鄲磁山文化:7050~7350年;

河南鄭州裴李崗文化:6850~7450年;

浙江河姆渡文化:5360~6300年;

仰韶文化:約5000年;

大汶口文化(山東寧陽(yáng)堡頭村):

4200~6000年;

龍山文化(山東章丘龍山鎮(zhèn)城子崖):

3800~4300年;

原始瓷器:商周晚期;

較成熟的瓷器:東周;

瓷器的鼎盛時(shí)期:宋。中國(guó)是瓷器發(fā)明者,在商周晚期就出現(xiàn)了原始瓷器,漢唐時(shí)期出現(xiàn)真正的瓷器,宋代則形成瓷器的鼎盛時(shí)期。在唐朝,中國(guó)的瓷器和制瓷技術(shù)由海陸“絲綢之路”傳向東亞和西亞各國(guó)。直到18世紀(jì),歐洲各國(guó)才學(xué)會(huì)中國(guó)的制瓷技術(shù),但后來(lái)居上。歐洲19世紀(jì)大都采用機(jī)器生產(chǎn)陶瓷,產(chǎn)量和質(zhì)量都直線上升。

19世紀(jì)冶金工業(yè)和電力工業(yè)的興起,陶瓷成為新興工業(yè)材料,如耐火材料、絕緣子,相繼發(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。進(jìn)入20世紀(jì)以來(lái),由于電子、通訊、能源、軍事等新興技術(shù)的發(fā)展和需要,除了工程陶瓷材料外,各種磁性陶瓷、電子陶瓷、生物陶瓷、高溫超導(dǎo)陶瓷(86年)得到高速發(fā)展。到今天,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,發(fā)揮著舉足輕重的作用。玻璃:約在公元前2500年,埃及和美索不達(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(B.C221~770年)首先發(fā)明了高鉛鋇硅酸鹽玻璃。腓泥基人(地中海東岸古國(guó),約今黎巴嫩和敘利亞沿海一帶)2300年前用草木灰代替鈉石熔制玻璃,并發(fā)明了用金屬管吹制玻璃的方法。公元前1世紀(jì),玻璃制造業(yè)中心由腓尼基移至羅馬,并利用玻璃的透明性制成了窗玻璃、棱鏡和放大鏡。11世紀(jì)到15世紀(jì),歐洲的威尼斯成為玻璃的制造中心。16世紀(jì)以后,威尼斯的玻璃工匠逃亡國(guó)外,使玻璃技術(shù)得以傳播。

17世紀(jì),歐洲許多國(guó)家都建立玻璃工廠,并開始用煤代替木柴做燃料,在玻璃配料中開始使用工業(yè)純堿(Na2CO3)。1790年瑞士狄南(Guinand)發(fā)明攪辦法制造光學(xué)玻璃;18世紀(jì)末,美國(guó)M.歐文斯(Owens)發(fā)明自動(dòng)吹瓶機(jī);1867年,德國(guó)西門子兄弟發(fā)明以煤為燃料的連續(xù)式池爐;1905年,比利時(shí)E.氟克(FoulCault)第一次成功地從池爐中直接拉制出平板玻璃;1952年英國(guó)皮爾金頓公司發(fā)明浮法平板玻璃。從此,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、瓶罐玻璃、平板玻璃、光學(xué)玻璃等得到不斷發(fā)展外,各種新型玻璃,如:微晶玻璃(50年代)、生物玻璃(69年、USAL.亨奇)、激光玻璃(60年代)、金屬玻璃(60年代)、光學(xué)纖維(70年代)、半導(dǎo)體玻璃(70年代)、超導(dǎo)玻璃(80年代)等也得到迅速發(fā)展。水泥:石灰用作泥灰最早見于巴比倫和仰韶時(shí)代的晚期(約4500~5000年前)。公元前3世紀(jì),羅馬人發(fā)現(xiàn)用石灰和火山灰磨細(xì)混合,其硬化后堅(jiān)硬防水,并可與碎石混合,從而制得水硬性火山灰。由于這種砂漿具有抗水性,12世紀(jì)時(shí)常將其稱為水泥。18世紀(jì)中葉(1759)英國(guó)工程師J.斯米頓(Smeaton)發(fā)現(xiàn)用含粘土的石灰石可燒制成水硬性的石灰,其硬化后的堅(jiān)固性和耐久性如同波特蘭石(英國(guó)波特蘭島石灰石),故將其命名為波特蘭水泥。19世紀(jì)初法國(guó)L.J.維卡(Vicat)利用含粘土巖石和石灰石混合細(xì)磨后制得水硬性水泥。1824年英國(guó)建筑工人J.阿斯普丁(Aspdin)用二次煅燒法燒成了波特蘭水泥,并獲得專利,從此開始了近代水泥的工業(yè)生產(chǎn)。進(jìn)入20世紀(jì),逐漸發(fā)展了各種用途的硅酸鹽水泥。如鋁硅酸鹽水泥(1907~1909年,法國(guó))、白色水泥(30年代,歐洲各國(guó))、膨脹水泥(40年代,前蘇聯(lián)),此后又陸續(xù)發(fā)展了硫鋁酸鹽水泥、氟鋁酸鹽水泥、鐵鋁酸鹽水泥等。目前水泥品種已達(dá)100余種。

0.2.2金屬材料的發(fā)展簡(jiǎn)史人類最早使用的金屬是自然銅和金(約9000年前的西亞地區(qū))。約6000~7000年前人類學(xué)會(huì)了冶煉銅(伊朗至兩流河域上游)。約5000年前兩河流域上游已出現(xiàn)含錫青銅。中國(guó)于4200~4500年前進(jìn)入青銅時(shí)代。鐵的規(guī)模生產(chǎn)始于公元前14世紀(jì)土耳其半島中部Anotolia地區(qū),公元前8世紀(jì)歐洲及埃及進(jìn)入鐵器時(shí)代,中國(guó)公元前6世紀(jì)末,5世紀(jì)初進(jìn)入鐵器時(shí)代,并在戰(zhàn)國(guó)時(shí)期開始使用生鐵,中國(guó)春秋末期出現(xiàn)人工鍛煉鋼。公元1世紀(jì)發(fā)明攪拌煉鋼。1856年英國(guó)H.貝塞麥(Bessemer)發(fā)明轉(zhuǎn)爐煉鋼。1856~1864年,英國(guó)K.W.西門子(Siemens)和法國(guó)P.E.馬丁(Martin)發(fā)明平爐煉鋼。

1899年法國(guó)P.L.T.埃魯(Her-oult)發(fā)明電弧爐煉鋼,1886年P(guān).L.T.埃魯(法國(guó))及C.M.霍爾(美)同時(shí)發(fā)明用冰晶石--氧化鋁熔鹽電解法制取金屬鋁。1910年,美國(guó)冶金學(xué)家M.A.亨特(Hunter)用鈉還原法制得金屬鈦,1948年開始工業(yè)化生產(chǎn)鈦。17世紀(jì)以前中國(guó)已掌握銅、鐵、金、銀、錫、鉛、鋅等金屬的冶煉。18世紀(jì)到20世紀(jì),人們陸續(xù)掌握了Ni、Cr、Mn、Mo、V、Co、Si等金屬材料的冶煉。逐漸形成今天種類繁多的包括黑色金屬(鋼鐵及合金)和有色金屬(除黑色金屬外)材料,形成了現(xiàn)代工業(yè)最重要的材料體系之一。

0.2.3有機(jī)高分子材料人類使用高分子材料可以追溯到8000年以前,如木材(舊石器時(shí)代)、羊毛(8000年前的新石器時(shí)代)、麻(6000年前的半坡文化)、棉布(4500年前印度河流域)、蠶絲織物(約5000年前太湖流域、中國(guó)漢代(A.D105年)蔡倫造紙等,但直到19世紀(jì)30年代末人類才進(jìn)入對(duì)天然高分子材料的化學(xué)改性階段。

1839,美國(guó),C.固特首先開始對(duì)天然橡膠進(jìn)行硫化,1845年,德國(guó)施魏策爾等研制硝化纖維素。1909年,美國(guó)L.H.貝克蘭(Backeland)制成第一種合成高分子材料酚醛樹脂(電木),標(biāo)志著人類應(yīng)用合成高分子材料的開始。1912年,德國(guó)F.克拉克制成聚氯乙烯。

20年代初合成聚異戊二烯丁橡膠;1929年W.H.卡羅瑟斯用縮聚反應(yīng)制成尼龍6(聚酰胺)和聚酯類高聚物;30年代開發(fā)出氯丁橡膠(美國(guó)杜邦)、合成聚乙烯(英卜內(nèi)門化學(xué)公司)、丁苯橡膠(英,E.春克爾)、丁腈橡膠(德,法本)、聚苯乙烯(德,法本)、尼龍66(U.S.A,W.H卡羅瑟斯,Carothers),41年開始工業(yè)化生產(chǎn)聚氨脂,43年德國(guó)法本公司開始生產(chǎn)聚氨酯橡膠。

1944年生產(chǎn)硅橡膠(美通用電器)、環(huán)氧樹脂(46年,美,殼牌化學(xué)公司)、聚丙烯纖維(美,50年,杜邦)、順丁橡膠(美,56年,菲利普石油公司)、氟橡膠(58年,美,杜邦公司)、聚甲醛工程塑料(59年,美,杜邦),70年代進(jìn)入工程塑料大發(fā)展時(shí)期,目前,高分子材料的工業(yè)生產(chǎn)量按體積算已超過(guò)鋼鐵材料。

0.3材料的地位和作用

0.3.1材料是人類進(jìn)步的里程碑材料的發(fā)展與人類社會(huì)的進(jìn)步密不可分。材料的發(fā)展歷程明確的標(biāo)志出人類社會(huì)文明進(jìn)步的歷程。材料是人類社會(huì)賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。人類從其出現(xiàn)開始,為了保護(hù)自己,獲得和制作食物、工具、準(zhǔn)備衣著和居所,首先學(xué)會(huì)了利用天然材料,進(jìn)而逐步學(xué)會(huì)了對(duì)材料進(jìn)行加工、改造和改性,并創(chuàng)造出許許多多的人工材料。人類在利用和創(chuàng)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,材料的每一次重大發(fā)展,都伴隨著人類文明進(jìn)步的飛躍。因此,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。舊石器時(shí)代:使用各種天然或經(jīng)簡(jiǎn)單加工的天然材料。約1~1.5萬(wàn)年以前,這是人類社會(huì)早期發(fā)展時(shí)代,根據(jù)現(xiàn)有的考古發(fā)現(xiàn),這一時(shí)期大約經(jīng)歷了三四百萬(wàn)年。從材料的使用特征來(lái)看,屬木石并用時(shí)代。人類為了生存,首先學(xué)會(huì)了用天然木材、動(dòng)物骨和犄角制造矛,使用天然石塊,進(jìn)而用打制的有銳利邊角的石塊作工具和武器,過(guò)著以狩獵、采集為主、茹毛飲血的原始生活。新石器時(shí)代: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。大約在1~1.5萬(wàn)年前。人類在經(jīng)歷了一個(gè)漫長(zhǎng)的發(fā)展歷程之后,開始定居,有了簡(jiǎn)單的農(nóng)牧業(yè),學(xué)會(huì)了紡織,廣泛地使用各種磨制的精細(xì)石器,使用火和加工天然材料的技術(shù)日趨成熟,使陶器的發(fā)明成為必然。人類開始學(xué)會(huì)簡(jiǎn)單的制陶術(shù),用自己的雙手和智慧,通過(guò)化學(xué)反應(yīng)創(chuàng)造出第一種人造材料---陶器。陶器的發(fā)明,使人類可以吃烹煮過(guò)的食物,對(duì)人類體質(zhì)的發(fā)展產(chǎn)生了重大的影響。恩格斯在<<家庭、私有制和國(guó)家的起源>>一書中深刻地把人類學(xué)會(huì)制陶術(shù)標(biāo)志為人類蒙昧?xí)r代的結(jié)束和野蠻時(shí)代的開始。陶器是人類長(zhǎng)期同自然界斗爭(zhēng)中的一項(xiàng)劃時(shí)代發(fā)明創(chuàng)造,為以后銅鐵的冶煉提供了物質(zhì)和技術(shù)基礎(chǔ)。銅器時(shí)代:包括使用經(jīng)加工的天然材料、陶器,銅器(紅銅、青銅),

人類進(jìn)入奴隸社會(huì);產(chǎn)生國(guó)家。隨著制陶技術(shù)水平,尤其是燒成溫度的提高,人類用火的技術(shù)也日臻成熟。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,學(xué)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)米亞(Mesopotamia,敘利亞?wèn)|部和伊拉克境內(nèi)的底格里斯河和幼發(fā)拉底河--兩河流域)和埃及,距今約6000~7000年。中國(guó)在距今約5000~5500年間出現(xiàn)冶銅術(shù),如齊家文化(B.C3000年,1924年發(fā)現(xiàn)于甘肅和正文家坪,分布于甘肅洮河、大夏河、渭河上游和青海潢水流域)。在距今約4200~4000年(馬家窯文化,甘肅臨洮馬家窯,B.C2000~3000年)前,中國(guó)已進(jìn)入青銅時(shí)代(錫青銅),商代(B.C1066~1600)已有發(fā)達(dá)的青銅器。

冶銅技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展,改進(jìn)了工具,極大地提高了生產(chǎn)力,促進(jìn)了農(nóng)業(yè)的發(fā)展,改善了人類的生活條件,人類社會(huì)開始出現(xiàn)私有制,進(jìn)入奴隸社會(huì),并產(chǎn)生了國(guó)家。鐵器時(shí)代:

除陶器、銅器進(jìn)一步發(fā)展外,又發(fā)明了瓷器,并開始冶煉和使用鐵。地球上存在的自然鐵主要來(lái)自宇宙空間的隕鐵。在西亞各地發(fā)現(xiàn)的人造鐵器可以早到公元前30世紀(jì)中葉,距今約4500年。冶鐵技術(shù)的真正發(fā)展起源于赫梯王國(guó)(B.C1400年左右,位于小亞細(xì)亞中部,黑海南岸古國(guó),相當(dāng)于土耳其克澤爾河流域)距今約3500年左右,公元前1000~1200年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、經(jīng)濟(jì)和政治的發(fā)展,為封建農(nóng)業(yè)、手工業(yè)的發(fā)展奠定了物質(zhì)基礎(chǔ),促使人類社會(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,又將人類社會(huì)推進(jìn)到資本主義社會(huì)。鐵-硅時(shí)代:約始于50年前,人類處于資本主義、社會(huì)主義并存,開始進(jìn)入信息社會(huì)和知識(shí)社會(huì)。鐵器時(shí)代從公元前約10世紀(jì)一直延續(xù)到今天。由于鐵在地殼資源中的分布(克拉克數(shù)排序?yàn)?),鐵的本質(zhì)(過(guò)渡金屬元素)和冶煉金屬過(guò)程的熱力學(xué)條件等優(yōu)越性,鐵及其合金在近代得到了巨大發(fā)展,一直而且將繼續(xù)是人類文明的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。在現(xiàn)代,鋁、銅、鈦及其合金工業(yè)也得到長(zhǎng)足的發(fā)展,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主體。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,現(xiàn)代信息技術(shù)飛速發(fā)展,以硅為代表的一系列半導(dǎo)體及其它功能材料、SiO2基光導(dǎo)纖維材料對(duì)人類文明進(jìn)步產(chǎn)生了重大影響,奠定了現(xiàn)代電子計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)的基礎(chǔ),并以每3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)代稱為鐵-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)基礎(chǔ)和先導(dǎo)鋼鐵:第一次工業(yè)革命------工業(yè)化;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:第三次工業(yè)革命---信息化、知識(shí)化;

例證:

電子技術(shù)的進(jìn)步:半導(dǎo)體的發(fā)明:計(jì)算機(jī)技術(shù)…;集成電路:計(jì)算機(jī)技術(shù)與信息技術(shù)的飛速發(fā)展…;

通信技術(shù)的進(jìn)步:光導(dǎo)纖維:信息高速公路全球化…;

能源技術(shù)進(jìn)步:

高溫結(jié)構(gòu)材料與功能材料:發(fā)電、電池、太陽(yáng)能…;

航空航天技術(shù):高溫結(jié)構(gòu)材料、復(fù)合材料、功能材料:飛行速度與精度不斷提高…;

醫(yī)學(xué):

人工物材料、雜化材料:人造骨骼、人造器官…;縱觀材料發(fā)展史,可以清楚看到,材料是人類社會(huì)進(jìn)步的物質(zhì)基礎(chǔ)和先導(dǎo)。人類學(xué)會(huì)制陶術(shù)便可以吃到經(jīng)烹煮的食物,開始脫離茹毛飲血的野蠻時(shí)代,身體素質(zhì)得到提高,也為后來(lái)金屬的冶煉準(zhǔn)備了物質(zhì)和技術(shù)基礎(chǔ);青銅器的發(fā)明和使用使生產(chǎn)力有了明顯的提高,推動(dòng)人類進(jìn)入奴隸社會(huì),國(guó)家也由此產(chǎn)生;鐵的冶煉和應(yīng)用,進(jìn)一步提高了人類改造自然界的能力,促使人類進(jìn)入封建社會(huì)。

18世紀(jì)下半葉鋼鐵工業(yè)的大發(fā)展,促使蒸汽機(jī)的發(fā)明和應(yīng)用。導(dǎo)致第一次技術(shù)革命的產(chǎn)生。人類由此開始進(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電材料為重要基礎(chǔ)而發(fā)展的電力工業(yè),又促使第二次工業(yè)革命的形成,人類開始進(jìn)入電器時(shí)代。40年代以硅半導(dǎo)體材料、核能材料的發(fā)明和應(yīng)用,促使電子和核能技術(shù)進(jìn)入飛速發(fā)展時(shí)代,敲響了第三次技術(shù)革命的晨鐘?？傊?現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的新進(jìn)展,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,幾乎都與材料的進(jìn)展密切相關(guān)。材料是人類生存和文明進(jìn)步的物質(zhì)基礎(chǔ),是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的三大支柱之一(材料、能源、信息)。就材料本身的發(fā)展而言,已形成無(wú)機(jī)非金屬材料、金屬材料、高分子材料三足鼎立之勢(shì)。同時(shí),復(fù)合材料正在迅速發(fā)展。從材料本質(zhì)和性能的發(fā)展來(lái)看,大體上經(jīng)歷了第一代材料--天然材料(石材、木材、動(dòng)物皮毛、植物纖維)、第二代材料--人造(加工)材料(陶瓷、玻璃、水泥、金屬材料)、第三代材料--合成材料(合成橡膠、塑料、纖維)和第四代材料--復(fù)合材料(金屬基、樹酯基、陶瓷基、碳-碳復(fù)合材料)四個(gè)階段。第一代材料可以從人類開始使用材料一直延續(xù)到今天,第二代材料則可以從今天一直追溯到新石器時(shí)代人類發(fā)明陶器時(shí)止。第三代材料始于19世紀(jì)末,進(jìn)入20世紀(jì)蓬勃發(fā)展至今。第四代材料的使用雖然可追溯到遠(yuǎn)古,但現(xiàn)代復(fù)合材料的發(fā)展始于上世紀(jì)初。60年代以后開始迅速發(fā)展高性能復(fù)合材料。80年代后期出現(xiàn)先進(jìn)的機(jī)敏復(fù)合材料(SmartCompositeMat