1、材料与社会,主讲教师：时 间：,第二章新材料与社会进步,2.1材料与军事装备,1.材料的定义 我们生活的周围到处都是材料，那么究竟什么是材料？我们知道材料是宇宙万物中的一部分，但更具体地说材料是人类用以制成生活和生产中的物品、器件、构建、机器等一些产品的物质。 简单地说，材料是人类可用来制造有用器件的物质。,1.1材料与物质,生活中常见的材料,生活中经常看见的材料包括：金属、陶瓷、半导体、超导体、聚合物、木材、玻璃、陶瓷等，在古代人们把石头也作为制造工具的一种材料。,2.材料与物质的区别 材料是物质，但不是所有的物质都可以成为材料。 例如：燃料和化学原料、工业化学品、食物和药物等。但是关于材料
2、的定义并不那么严格，炸药、固体火箭推进剂也被称之为“含能材料”。,材料和物质是两个既紧密联系又涵义不同的概念。材料总是和一定的应用场合联系起来，可以由一种或若干种物质构成，同一种物质通过不同的加工/制备方法又可以成为不同的物质。 例如：木头： 家具 聚丙烯： 纤维材料 纸 塑料,1.2材料与社会的发展史,1.材料是社会进步的标志 材料的领域是庞大和多样的，并且与人类的生活和社会的进步密不可分。是人类一切生产和生活活动的物质基础，是生产力的标志是社会进步的标志。 从人类发展的历史证明，人类对材料的认识和利用能力，决定了社会形态和人类生活的质量。一种新材料的出现，常常引起生产力的大发展进而推动社会
3、的进步。,依据材料划分的时代史,从远古的石器时代，到铁器时代，再到如今的新材料时代，人类社会先后经过了七个不同时代。,石器时代,人类主要以石头、骨头、木制作简单的工具,燧石：神奇的石头,青铜：第一种合金古称金或吉金，是红铜与其它元素(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2000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,青铜器时代,越王勾践宝剑(湖北江陵楚墓出土)注意剑纹,铁器时代,铁器时代与之前时代的主要区别在于，农业发展、宗教信仰与文化模式最先使用铁器的是古埃及与苏美，BC 4000已极少量使用铁器，但大多铁由陨石得到
4、，而非由铁矿提取BC 30002000，小亚细亚、埃及与美索不达米亚越来越多地由陨石提练铁，多于礼仪当时铁是极昂贵的金属，比金还要昂贵有考古证据指出，铁是当时炼铜生成的副产品，称为海绵铁对当时的冶练技术来说，不可能大量生产 世界上最早进入铁器时代的是西台帝国，约BC 1400掌握了冶铁技术BC1200，中东各地广泛运用铁，但并未取代青铜的主导地位BC 1000，欧洲出现铁制工具，可能是由小亚细亚西传而来BC 800，尼德兰出现铁制工具美洲及大洋洲没有铁器时代，铁由欧洲人传入,中国是世界上利用铁最早的国家之一19000年前，周口店“山顶洞人”就开始使用赤铁矿粉作为赭红色颜料，涂于装饰品上或者随葬
5、撒在尸体周围。为天然矿物颜料利用的开端新石器时代(距今100004000) 兴起制陶业，发明绘制各种风格的彩陶。绘制赭红色彩陶的原料就是赭石(赤铁矿)1972，河北北藁(go)城台西村商代(BC 13世纪)中期遗址出土铁刃青铜钺。刃部是陨铁加热锻造而成中国在BC 6世纪已出现了生铁制品,人类使用铁来制造工具和武器,战国铁犁头,战国铁锄,战国凹形铁锄(长沙砂子塘),三星堆 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。突目面具 商代晚期，64.5cm，宽138cm，眼球柱状外突长达13.5cm,水泥时代,cement由拉丁文caementum发
6、展而来，意为碎石、片石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,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
7、，磨细而成,水泥生产工艺,钢时代,炼铁、炼钢的大工业生产分别于17世纪20年代、19世纪70年代最先在英国发展起来1875，全世界生铁产量为1400万吨，钢产量190万吨18751913，西欧、美国的工业化需要大量钢铁，相继发展了转炉和平炉，生铁和钢产量都迅速增长1913，全世界生铁产量为8000万吨，钢产量7650万19141950，发生两次世界大战、多次资本主义经济危机，钢铁生产发展缓慢1950，全世界生铁产量为1.30亿吨，钢产量1.89亿吨19501974，发展了氧气顶吹转炉炼钢和连续铸钢技术、带钢热连轧机和冷连轧机(技术进步)，钢铁生产能力提高1974，全世界生铁产量为5.05亿吨，
8、钢产量7.10亿吨1973，开始石油调价和世界性的经济萧条，钢铁生产发展转慢1979，世界生铁和钢的产量创造新的纪录，分别达5.29亿吨和7.47亿吨,硅时代,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
9、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,没有半导体单晶硅材料，便不可能有今天的微电子工业有了低损耗的光导纤维，当今世界蓬勃发展的通讯才得以实现。,新材料时代 (New Material Age),材料是全球新技术革命的四大标志之一(新材料技术、新能源技术、信息技术、生物技术)材料是科技进步的核心建筑、交通、能源、计算机、通信、多媒体、生物医学工程等，无一不依赖材料科学与技术的发展来实现和突破没有钢铁材料，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，就没有人类探索外空的飞船没有固体微电子电路，就没有
10、计算机,材料的应用,铝合金的主要应用领域,科学技术的发展史，就是材料发现、运用的发展史,科学原理的发现时间、产业化时间的对照,1.3材料的发展趋势,材料是社会进步的物质基础和先导，对国民经济和国防建设起着关键的支撑作用。新材料是高技术领域的重要组成部分，与信息、生命、能源并称为现代文明和社会发展的四大支柱。加强新材料的开发，对推动高新技术产业发展、促进传统产业升级换代和增强综合国力，具有重要的意义。,从社会进步的发展史可以看到，近代世界已经经历了两次工业革命都是以新材料的发现和应用为先导，钢铁工业的发展，为18世纪以蒸汽机的发明和应用为代表的第一次世界革命奠定了物质基础。20世纪以来，以电子技
11、术，特别是微电子技术的发明和应用为第二次世界革命，硅单晶材料起着起着先导和核心作用。随着激光材料和光导纤维的问世，人类社会步入了信息时代。由此决定了材料发展的必然趋势。,1.功能材料向多功能化、集成化、小型化和智能化方向发展2.结构材料向高性能化、复合化、功能化和低成本方向发展3.薄膜和低维材料发展迅速，生物医用材料异军突起4.新材料制品的精加工和近净成形技术受到高度重视5材料及其制品与生态环境的协调性倍受重视，以满足社会的可持续发展,1.4本课程学习内容与要求,本课程主要学习材料与社会发展的必然联系、材料在社会发展中起到的重要作用及金属材料、新型高分子材料、新型陶瓷材料、信息材料、智能材料的相关信息及应用。,
