材料科学与工程导论第章材料与社会()通用PPT课件

1、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

2、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。公元前10万年石器时代公元前3000年公元前1000年公元前0年1800年1950年1990年青铜器时代铁器时代水泥时代钢时代硅时代（合成材料）新材料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400,000 BC 4,500 BC石器时代 (Stone Age) 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800

3、0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224,500 BC 1,000 BC青铜时代 (Bronze Age)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

4、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

5、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291.2.1 材料与人类文明1450BC 铁制车轮1500AD 廉价的冶铁业1000BC 铁器时代 (Iron Age) 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(Cemen

6、t Age)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2035%，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188

7、9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(Steel Age)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3419艾菲尔铁塔钢的应用

8、旧金山金门大桥建筑设备351.2.1 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

9、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.

10、2.1 材料与人类文明38硅时代(Silicon Age)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