材料科学与人类文明市公开课获奖课件

1、材料科学与人类文明第1页第1页何谓材料？材料是人类社会可经济地制造有用物品物质。第2页第2页米-26直升机展示强悍起吊能力：采用8片16米长矩形桨叶旋翼，是世界采用桨叶片数最多单旋翼直升机，其桨毂由钛合金制成。第3页第3页第4页第4页材料研究之美第5页第5页材料研究之美第6页第6页材料研究之美第7页第7页第8页第8页第9页第9页绪 论材料和人类文明发展史概述材料定义分类本课程主要内容及目的 第10页第10页人和动物本质区别?人能够利用工具从事生产、生活，创造财富，积累经验，进而制造更先进工具；在制造工具时，材料是必需，但不是所有物质都能用于制造工具。什么是材料？材料是含有一定性能，能够用来制作

2、器件、构件、工具、装置等物品物质。简朴地说，材料是人类可用来制造有用器件物质。第11页第11页材料是人类社会进步里程碑第12页第12页材料与人类文明发展人类文明进程划分依据是什么 所使用、占主导地位材料 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、信息材料时代 发展得越来越快第13页第13页人类文明与材料公元前8世纪古希腊哲学家赫西奥德劳动与时令诗篇里，把人类发展划分成黄金、白银、青铜、英雄和铁5个世纪； 中国东汉袁康所撰越绝书中把人类使用工具，分成石、玉、铜、铁四个阶段； 1836年丹麦学者C. J. 汤姆森提出石器时代、青铜时代和铁器时代分期。第14页第14页从远古

3、石器时代到铁器时代再到如今新材料时代，先后经过了七个不同时代公元前10万年石器时代公元前30公元前10公元前0年181950年1990年青铜器时代铁器时代水泥时代钢时代硅时代新材料时代以材料区别七个时代第15页第15页不同历史阶段各类材料相对主要性第16页第16页石器时代2百万年前开始，人类有目地在生产生活中利用天然材料（石头、木头、黏土、动物皮毛等）。第17页第17页燧石：神奇石头400,000 BC 4,500 BC石器时代 (Stone Age) 人类主要以石头、骨头、木制作简朴工具第18页第18页陶器(Pottery)陶器出现是人类跨入新石器时代主要标志之一据考古资料，中国陶器制作历史

4、至少有80以上西安半坡人面网纹陶盆战国陶制四通水管第19页第19页4,500 BC 1,000 BC青铜时代 (Bronze Age)大量使用青铜工具及青铜礼器时期从矿石中提炼铜 冶金业拂晓埃及古墓壁画是人类冶金业最早纪录之一人类学会了用炭把铜加热以造出纯度更高铜, 而把铜和锡矿石熔合后可得一个坚度高合金 - 青铜，以青铜来造出各种武器第20页第20页青铜器时代锡青铜（Bronze）铜 - 25%锡合金+其它元素，具备良好强韧性、耐腐蚀性、良好加工性能等。第21页第21页古称金或吉金，是紫铜与其它元素（锡、镍、铅、磷等）合金中国青铜时代大体相应夏商周至秦汉，时间跨度约两千年春秋战国时期，齐国工

5、匠写成考工记，提出金有六齐，是世界科技史上最早冶铜经验总结 青铜：第一个合金夏钺戈第22页第22页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，是世界上最大青铜立人像第23页第23页司母戊鼎司母戊鼎，商代大鼎，1939年出土，鼎高133cm，重875kg。为已知中国古代体量最大青铜器铜禁，中国已知最早应用失蜡法铸造作品，春秋时代楚国王子午墓出土，年代为公元前6世纪第24页第24页温文尔雅四羊方尊（战国）错金犀牛尊战国曾侯乙青铜编钟第25页第25页湖北江陵楚墓出土越王勾践宝剑第26页第

6、26页1450BC 铁制车轮1500AD 廉价冶铁业1000BC 铁器时代 (Iron Age)第27页第27页战国铁犁头战国铁锄湖南长沙砂子塘战国凹形铁锄第28页第28页铁性能更加好，原料更易得。在当代仍在大规模应用。第29页第29页 科学技术发展史，就是材料发展史原理成品 发展时间电机18211886 65真空管 18821915 33无线电18871922 35X光18951913 18雷达19351940 5原子堆19391942 3半导体19481951 3激光19581960 2科学原理发觉时间与其产业化时间对照第30页第30页轮子发展与材料发展关系第31页第31页车始于轮子创造，

7、是陆地交通变革开始，是人类历史上最主要创造之一。车使人类活动范围变大，人际交往和物质交流也增多了。木柱是轮子雏型，听说5500多年前，生活在美索不达米亚平原苏美人首先创造了车。最原始车轮就是圆木片，以后为了制作方便，采取木板拼接，将木纹走向不同木板交织着钉在一起，能够预防开裂。据李约瑟考证，约在四千五百年到三千五百年前，中国出现了第一辆车子。左传记载车是四千年前夏代奚钟创造。三千多年前殷代考古文物中发觉殉葬车，由车厢、车辕和两个轮子组成，已是比较成熟交通工具了。公元前，人类创造了有辐车轮，比实体车轮轻便了许多，用马拉辐式车轮车子，速度快，运动轻巧灵活，被古人当作战车应用。进入18世纪后，伴随第

8、一次产业革命兴起，生产规模快速扩大，人类开始大量制造较耐用金属轮子。时至今日，汽车所用轮子要求更高，金属轮子外围愈加上橡胶轮胎，以作避震及增强附着摩擦力之用轮子发展与材料发展关系第32页第32页第一次科技革命发生于18世纪中叶英国，而后遍及欧洲和北美国家。这次革命以纺织机械革新为起点，以蒸汽机广泛使用为标志，实现了工业生产从手工工具到机械化转变，使以机器为主体工厂制度化替了以手工技术为基础手工工场，从而把人类带进了蒸汽时代。第一次科技革命发生条件当初英国正在开辟海外市场以及进行“圈地运动”, 具备大量资金、劳动力、原料和辽阔市场基础，工场手工业快速发展起来，技术水平提升又增进了操作过程专业化和

9、纯熟程度，为用机器代替人手操作提供了准备条件在1718世纪英国，牛顿一批科学家掌握了力学理论，开办了各种学术团队，广泛交流学术思想；促使科技革命发生从18世纪60年代起，棉纺织业中一系列新工具机出现，制造能产生巨大、稳定动力机械装置成了工业上迫切需要。于是，以瓦特改进蒸汽机为代表动力机就应运而生材料与技术革命第33页第33页第二次技术革命开始于19世纪末，以电创造和广泛应用为标志，始终延续到20世纪中叶，以石油开发和新能源广泛使用为突破口，大力发展飞机、汽车和其它工业，支持这个时期产业革命仍然是新材料开发，如合金钢、铝合金以及各种非金属材料发展。材料与技术革命第34页第34页第三次技术革命开始

10、于20世纪中叶，以原子能应用为标志，实现了合成材料、半导体材料等大规模工业化、民用化。 材料与技术革命第35页第35页核能材料瑞士核电站 氧化铀 钨钒钢（W-V steel）铬钒钢（Cr-V steel）镍基高温合金（Hastelloy material）核反应堆材料耐中子辐射、腐蚀、高温烧结后烧结前第36页第36页第四次技术革命开始于20世纪70年代，以计算机、微电子技术、生物工程技术与空间技术为主要标志。 材料与技术革命第37页第37页新材料时代 (New Material Age)长征三号运载火箭在发射架上图片宝钢高炉材料、能源、信息是当代社会文明和国民经济三大支柱，是人类社会进步和科学

11、技术发展物质基础和技术先导。材料是全球新技术革命四大标志之一（新材料技术、新能源技术、信息技术、生物技术）。第38页第38页汽车工业：金属、玻璃、各种塑料、涂料航空航天：高温合金、隔热材料、轻型高强度材料能源工业：储氢合金、燃料电池、太阳能电池电子信息：半导体材料、超导材料、磁统计材料生物技术：人工关节、人工皮肤、人工脏器农业：人造土壤、地面覆盖日常生活：包装材料、建筑材料 当代社会 三大支柱能源、信息和材料（1998）生物工程，信息技术和新材料第39页第39页材料是所有科技进步关键建筑、交通、能源、计算机、通信、多媒体、生物医学工程无一不依赖材料科学与技术发展来实现和突破没有钢铁材料，就没有

12、今天高楼大厦没有专门为喷气发动机用高温材料，就没有靠飞机旅行交通没有耐高温复合涂层材料，就没有些人类摸索外空飞船没有固体微电子电路，就没有计算机第40页第40页火箭第41页第41页第42页第42页材料应用铝合金主要应用领域战机舰船导弹火箭人造卫星战车高速列车汽车高层建筑第43页第43页新材料特性 依据人们对材料物理和化学性能理解，为了特定需要而设计、加工材料半导体单晶硅、砷化嫁、光导纤维、超导等新材料开发和应用，使得新技术得以生产和应用，从而增进新工业出现和发展，极大推动了社会文明与经济发展 新材料 新技术 新工业第44页第44页材料与日常生活钛合金自行车：“自行车发热友” 选择钛合金制自行车

13、。通惯用于需要抗腐蚀，耐疲劳，高弹性场合 第45页第45页材料与日常生活形状记忆合金百叶窗第46页第46页材料与日常生活当前市场发售眼镜架有纯钛制品、TiNi超弹性合金制品等其长处是耐腐蚀、不变色、质轻眼镜架第47页第47页材料与日常生活用钛制作手表在国外市场已早有发售，当前世界上已有十多家表厂生产这种手表，其中有全钛表壳，也有部分用钛或用氮化钛、碳化氮等另外，尚有供运动员和潜水员使用特制手表听说是钛合金外壳哦！手表第48页第48页材料与日常生活照相机纯钛戒指钛金发王钛手链用钛制作日用具尚有照相机、手提箱、保温瓶、耳环、手镯、戒指、项链、胸针等第49页第49页材料与建筑第50页第50页材料与交

14、通第51页第51页福特与西纳给这两款由材料工程师设计汽车将成为未来交通工具汽车用高强钢，比原先轻24%，而强度高34%。汽车第52页第52页20世纪科技创造史-与材料密切相关 20世纪前人类创造齐柏林硬式飞艇、扬声器、空气调整装置、自动售货机、圣诞树彩灯、双刃安全剃刀、飞机、人造树胶、霓虹灯、汽车上电点火装置、纸杯、不锈钢、坦克、 爆米花烤箱 第53页第53页20世纪科技创造史-与材料密切相关 20世纪代人类创造机器人、雪上汽车、自动手表、电动剃须刀、16毫米家庭型电影照相机、克里内克丝面巾纸、电视机、汽车无线电、红绿灯第54页第54页20世纪科技创造史-与材料密切相关 20世纪30年代人类创

15、造易拉罐、宝丽来太阳镜、自动洗衣店、道路斑马线、罐装啤酒、原子笔、施乐复印机、家用电冰箱、电脑、立体声录音机 第55页第55页20世纪科技创造史-与材料密切相关 20世纪40年代人类创造尼龙丝袜、彩色电视、塔伯家用塑料制品、原子弹、微波炉、吉普车、宝丽来照相机、慢转密纹唱片、可多次使用尿布、第一台由软件驱动电脑 第56页第56页20世纪科技创造史-与材料密切相关 20世纪50年代人类创造信用卡、有线电视、动力方向盘、袖珍晶体管收音机、录像机、不粘锅、垒高儿童拼装玩具、氢弹、水翼船、调制解调器、健身呼啦圈 第57页第57页20世纪科技创造史-与材料密切相关 20世纪60年代人类创造软接触镜头、纤

16、维笔尖钢笔、体重计、用做隆胸硅胶填充物、按钮电话、电脑鼠标、石英手表、“傻瓜”照相机、涡流浴室、影碟、盒式录音磁带、手提电脑、扫描仪、丙烯酸树脂涂料 第58页第58页20世纪科技创造史-与材料密切相关 20世纪70年代人类创造电脑软盘、袖珍计算器、可随意粘贴便条、Beta制大尺寸磁带录像系统、自动调焦照相机、苹果第二代电脑、移动 电话(手机)、索尼随身听第59页第59页20世纪科技创造史-与材料密切相关 20世纪80年代人类创造光盘、一次性照相机、高清楚度电视、人工合成皮肤、CD ROM、多普勒雷达，高温超导体、数字蜂窝电话 第60页第60页20世纪科技创造史-与材料密切相关 20世纪90年代

17、人类创造“哈勃”太空望远镜、DVD、可用于汽车上氢气燃料电池、“奔腾”处理器第61页第61页20世纪科技创造史-与材料密切相关 21世纪人类发明苹果iPod音乐随身听、人造肝脏、免清洁窗户、Segway新型交通工具、适于在北极严寒气候条件下骑行冰上自行车、防身夹克 第62页第62页材料未来发展 微型化纳米材料与结构 智能材料 环境保护材料可生物降解材料等 仿生材料 极限条件用材料第63页第63页材料金属材料无机非金属材料：陶瓷，玻璃，玻璃陶瓷等高分子材料：橡胶，塑料，胶粘剂复合材料：金属基，陶瓷基，高分子基黑色金属：钢，铁，钨有色金属：铝，铜，钛，金，银等材料分类按价键结构金属键离子键和共价键共价键和分子键第64页第64页金属材料容易加工、强度韧性好、导电导热第65页第65页陶瓷强度硬度高、脆、绝缘、耐热第66页第66页高分子轻、加工性好、绝缘、耐腐蚀第67页第67页复合材料强度和轻完美结合第68页第68页半导体当代信息产业基础材料第69页第69页材料分类按应用材料结构材料：以力学性能为主要功效功效材料：以物理，化学性能为主要功效第70页第70页功效材料含有优良光学、电学、磁学、声学、热学、力学、化学和生物学功效及其互相转化功效，被用于非结构目的之高技术材料。定义 磁性材料 软磁材料、硬磁材料、磁统计材料