材料科学与工程导论 第1章 材料与社会(2)

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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

2、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。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400,000BC—4,500BC石器时代(StoneAge)人类主

3、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224,500BC—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

4、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

5、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(IronAge)

6、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

7、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

8、.2.1材料与人类文明3218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331854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——