材料科学与工程导论-第1章-材料与社会(2)ppt课件

1 2材料的地位和作用 1 2 1材料与人类文明 材料是人类社会进步的里程碑 17 材料是社会进步的物质基础 材料是人类进步的主要标志 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 1 2 1材料与人类文明 18 高层建筑 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 1 2 1材料与人类文明 19 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 先后经过了七个不同时代 以材料区分的七个时代 1 2 1材料与人类文明 20 燧石 神奇的石头 400 000BC 4 500BC石器时代 StoneAge 人类主要以石头 骨头 木制作简单的工具 1 2 1材料与人类文明 21 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据考古资料 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 1 2 1材料与人类文明 22 4 500BC 1 000BC青铜时代 BronzeAge 从矿石中提炼铜 冶金业的黎明 埃及古墓壁画是人类冶金业的最早纪录之一 人类学会了用炭把铜加热以造出纯度更高的铜 而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 大量使用青铜工具及青铜礼器的时期 1 2 1材料与人类文明 23 古称金或吉金 是铜与其它元素 锡 镍 铅 磷等 的合金中国青铜时代大致对应夏商周至秦汉 时间跨度约两千年 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 戈 1 2 1材料与人类文明 24 三星堆 突目面具铸于商代晚期 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 1 2 1材料与人类文明 25 司母戊鼎 司母戊鼎 商代大鼎 1939年出土 鼎高133cm 重875kg 为已知的中国古代体量最大的青铜器 1 2 1材料与人类文明 铜禁 中国已知最早应用失蜡法铸造的作品 春秋时代的楚国王子午墓出土 年代为公元前6世纪 26 青铜乐器 战国 错金犀牛尊 1 2 1材料与人类文明 27 曾候乙尊盘 湖北江陵楚墓出土越王勾践宝剑 1 2 1材料与人类文明 27 铜三足鸟西周 铜奔马 马踏飞燕 汉 秦始皇陵铜车马秦 爵商 其它青铜制品 29 1 2 1材料与人类文明 1450BC铁制车轮 1500AD廉价的冶铁业 1000BC 铁器时代 IronAge 公元前14世纪至公元前13世纪 人类开始使用并铸造铁器 当青铜器逐渐被铁器广泛替代时 标志着人类进入了铁器时代 1 2 1材料与人类文明 30 战国铁犁头 战国铁锄 湖南长沙砂子塘战国凹形铁锄 中国最早出现冶铁制品大约是在公元前9世纪 到了春秋末期 中国人就发明了在高温下用木炭还原铁矿石生产铁的方法 以及在半熔状态下锻造各种器具和武器的技术 1 2 1材料与人类文明 32 水泥时代 CementAge 0BC 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 1 2 1材料与人类文明 32 18世纪 出现了用钢铁制造的蒸汽机 19世纪发明的内燃机和电动机对金属材料提出了更高要求 同时对钢铁冶金技术产生了更大的推动作用 18世纪至20世纪 金属材料占据了结构材料的主导地位 比如 火车铁轨的问世就是钢铁材料大量生产和应用的成功例子 钢铁时代 SteelAge 1800 1 2 1材料与人类文明 33 1854年和1864年 欧洲先后出现了转炉和平炉炼钢技术 随着电炉冶炼技术的出现 不同类型的特种钢相继问世 1887年 高锰钢1900年 高速钢1910年 镍铬不锈钢 1 2 1材料与人类文明 34 19 艾菲尔铁塔 钢的应用 旧金山金门大桥 建筑 设备 35 1 2 1材料与人类文明 同时 铜 铝及其合金大量使用 铅 锌 镁 钛和很多稀有金属相继被发现 世界钢产量从1850年的6万吨突增到1900年的2800万吨 人类进入了辉煌的钢铁时代 由此带动了冶金业 纺织业 机械制造业 交通运输业及航空工业等的迅速发展 轮船 汽车 飞机 电灯等的出现 使人类生活大大改善 1 2 1材料与人类文明 36 2010年世界钢产量达13 5亿吨 中国突破6亿吨 占44 3 19世纪末期 西方科学家发明了人造丝 这是人类改造自然材料的又一里程碑 20世纪初 各种人工合成有机高分子材料相继问世 目前 全世界三大有机合成材料的年产量已达亿吨以上 1909年 合成酚醛树脂 电木 1920年 合成聚苯乙烯 PS 1931年 合成聚氯乙烯 PVC 1941年 合成聚酰胺 聚碳酸酯 尼龙 1 2 1材料与人类文明 合成材料时代1900 37 在20世纪下半叶 合成高分子材料得到了飞速发展 已经深入人类社会的方方面面 伴随着核能的应用 合成材料工业和以硅材料为支柱的半导体工业走向大规模工业化 人类开辟了以计算机技术 生物技术和空间技术为主要标志的新时代 20世纪中后期 通过使用合成原料和新的制备技术 出现了一系列具有特殊功能的先进陶瓷材料 由于陶瓷具有资源丰富 密度小 耐腐蚀 耐高温等特点 用途不断扩大 成为世界各国材料研究的重点 1 2 1材料与人类文明 38 硅时代 SiliconAge 1950 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 1 2 1材料与人类文明 39 20世纪90年代后 现代复合材料 各种新材料层出不穷 并得到快速发展 标志着人类已进入新材料时代 新材料使新技术得以产生和应用 而新技术又促进了新工业的出现和发展 新材料时代1900 1 2 1材料与人类文明 40 从人类利用材料的历史中可以清楚地看到 每一种重要新材料的发现和应用 都会把人类支配自然的能力提高到一个新的水平 材料科学技术的每一次重大突破都将引起生产技术的重大变革 甚至引发一场世界性的技术革命 大大加速社会发展的进程 给社会生产力和人类生活带来巨大的变革 把人类物质文明推向前进 1 2 1材料与人类文明 材料是所有科技进步的核心 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 就没有人类探索外太空的飞船 没有固体微电子电路 就没有计算机 41 材料与建筑 42 1 2 1材料与人类文明 材料与交通 43 1 2 1材料与人类文明 材料与国防现代化 44 1 2 1材料与人类文明 材料的发展史1 石器材料 对自然界天然物质作简单的打磨加工 陶器材料 人类通过加工技术以一定的工艺制造非天然物质材料的起点 2 青铜 铁器材料 加工 冶炼技术和工艺的改进 3 20世纪末主要的新材料 塑料 合成橡胶 化纤等各种高分子材料 特种陶瓷 特种玻璃 特种水泥 光导纤维