材料的發(fā)展史最新PPT通用課件

1、工程材料應(yīng)用淺析王超第一講 材料發(fā)展歷史 23世界是由物質(zhì)構(gòu)成的，材料就是人們用來制成各種機(jī)器、器件、結(jié)構(gòu)等具有某種特性的物質(zhì)實(shí)體。材料是人類社會(huì)生活的物質(zhì)基礎(chǔ)，材料的發(fā)展導(dǎo)致時(shí)代的變遷，推動(dòng)人類的物質(zhì)文明和社會(huì)進(jìn)步。在人類即將進(jìn)入知識(shí)經(jīng)濟(jì)的新時(shí)代，材料與能源和信息并列為現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的三大支柱、其作用和意義尤為重要。4材料與人類社會(huì)的關(guān)系如何？ 在人類社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步過程中材料是一個(gè)帶有時(shí)代和文明標(biāo)志的基礎(chǔ)。人類和材料的關(guān)系非常廣泛、非常密切。也非常重要，在這點(diǎn)上很少能有其他領(lǐng)域與之相比。其實(shí)，人類文明的發(fā)展史就是一部學(xué)習(xí)利用材料、制造材料、創(chuàng)新材料的歷史。5材料是人類一切生產(chǎn)和生活活動(dòng)的物質(zhì)

2、基礎(chǔ)，歷來是生產(chǎn)力的標(biāo)志，被看成是人類社會(huì)進(jìn)步的里程碑。對(duì)材料的認(rèn)識(shí)和利用的能力，決定著社會(huì)的形態(tài)和人類生活的質(zhì)量，所以人類從來沒有中斷過追求更好的材料，讓材料具有更優(yōu)異的性質(zhì)或者前所未有的功能來滿足人類世世代代發(fā)展中層出不窮的新的需要和追求。6所以，一部人類文明史，從某種意義上說，也可以稱之為世界材料發(fā)展史。每一種新材料的發(fā)現(xiàn)，每一項(xiàng)新材料技術(shù)的應(yīng)用，都會(huì)給社會(huì)生產(chǎn)和人類的生活帶來巨大改變，把人類社會(huì)推向前進(jìn)。 7天然材料 陶瓷 青銅 鐵 鋼 有色金屬 高分子材料 新型材料 材料發(fā)展的歷史演進(jìn)8在人類發(fā)展的歷史長河中，材料起著舉足輕重的作用，人類對(duì)材料的應(yīng)用一直是社會(huì)文明進(jìn)程的里程碑。古代的

3、石器、青銅器、鐵器等的興起和廣泛利用，極大地改變了人們的生活和生產(chǎn)方式，對(duì)社會(huì)進(jìn)步起到了關(guān)鍵性的推動(dòng)作用，這些具體的材料(石器、青銅器、鐵器)被歷史學(xué)家作為劃分某一個(gè)時(shí)代的重要標(biāo)志。如石器時(shí)代、青銅器時(shí)代、鐵器時(shí)代等。 9（1）天然材料包括竹、木、骨、牙、皮、毛、石等材料。自然界當(dāng)中大量存在，人類可以直接從自然當(dāng)中獲取。經(jīng)過比較簡單的加工就可以為人類所利用。竹筷骨針石制品皮毛制品10典型的天然材料石器大約25,000年前人類就學(xué)會(huì)使用材料。今天人們從考古學(xué)家挖掘的人類當(dāng)年所使用的各種用途的鋒利石片，可以想象人類遠(yuǎn)祖的艱苦和聰明。他們能區(qū)別、選用各種石頭創(chuàng)造出各種用具，用于生產(chǎn)、生活和戰(zhàn)爭。 石

4、刀石斧11人類只能利用巖石、樹木、獸皮、骨骼等天然材料并進(jìn)行粗糙的加工，除此之外別無他物。所以，石器時(shí)代的生產(chǎn)工具極其落后，人類社會(huì)的生產(chǎn)力也是極端低下，所以社會(huì)發(fā)展極其緩慢，人類文化也是相當(dāng)簡單和粗俗的。 石器工具12 （2）陶器（無機(jī)非金屬材料）陶器是由粘土或以粘土、長石、石英等為主的混合物，經(jīng)成型、干燥、燒制（燒制溫度低于1200）而成的制品的總稱。約50萬年前人類學(xué)會(huì)了用火。6-7千年以前的原始社會(huì)末期，我們的祖先開始用火燒制陶器。 新石器時(shí)代晚期(公元前3000一前2800) 黑陶豆陶體的黑色是因?yàn)闈B入了碳13商 陶酒尊唐 三彩俑陶土可塑性強(qiáng)，可以獲得人們希望形狀的器物。陶的出現(xiàn)，使

5、蒸煮食物更為方便，促進(jìn)人類進(jìn)化。陶俑的出現(xiàn)，代替了以人殉葬的野蠻做法。 豬紋陶盆14陶器在中國具有悠久的歷史沉淀。半坡村出土的碗、缽、釜、罐、瓶等，甚至還有吹氣能發(fā)聲的陶塤。 半坡變體鳥紋盆 半坡小口尖底瓶 半坡陶盆 陶塤15 從著名的仰韶和龍山文化遺址出土的陶器中，人們發(fā)現(xiàn)當(dāng)時(shí)祖先們已經(jīng)掌握了燒制黑色陶器和白色陶器的配方和技術(shù)。 仰韶白陶瓶龍山黑陶瓶16小節(jié)：陶器可以說是人類創(chuàng)造的第一個(gè)無機(jī)非金屬材料。這個(gè)劃時(shí)代的發(fā)明不僅意味著使用材料的變化，而且比這更深遠(yuǎn)重要的是人類第一次有意識(shí)地創(chuàng)造發(fā)明了自然界沒有的，并且全新性能的“新”材料。從此人類能離開上天的賜予而進(jìn)入自力創(chuàng)造材料的時(shí)代。恩格斯曾論

6、述人類從低級(jí)階段向文明階段的發(fā)展是從學(xué)會(huì)制陶開始的。 173000多年前的殷、周時(shí)期發(fā)明了釉陶。爐窯溫度達(dá)到1200，能將金屬氧化物燒制成釉瓷的用途更為廣泛，質(zhì)地比陶更為細(xì)膩、外觀美觀。 陶向瓷的過渡 商朝釉瓷18什么是瓷器？在設(shè)計(jì)陶瓷配方時(shí)，根據(jù)使用要求，加入了較多的熔劑原料，并且配方中所使用的原料在焙燒過程中所產(chǎn)生的氣體也較少，這樣焙燒后產(chǎn)生的空洞少，有足夠的玻璃相物質(zhì)填充，制品形成的氣孔較少，這種吸水率小于0.5%的陶瓷稱瓷器。另外，瓷器一般表面有釉，也是屬于燒制產(chǎn)生的玻璃質(zhì)物質(zhì)。 19瓷器中的材料知識(shí)宋五大名窯（官、哥、汝、定、柴窯）之一：哥窯瓷器 開片即是瓷器釉面出現(xiàn)裂紋的現(xiàn)象。開片

7、主要是兩種因素造成的，一是成形時(shí)坯泥沿一定方向延伸，影響分子的排列；二是胎、釉材料的膨脹系數(shù)不同，在冷卻過程中收縮率也有差異，形成開片。因而，開片是瓷器燒成過程中的一種缺陷。宋以前的瓷器中常有開片現(xiàn)象，只是到了宋代才開始將開片作為裝飾。 青花瓷器 青花瓷器以鈷的化合物為發(fā)色劑，繪制在燒制過的胎體上，掛釉后再經(jīng)過一次燒制而最終完成。20瓷器9世紀(jì)傳至非洲和阿拉伯國家。瓷器13世紀(jì)傳到日本。瓷器15世紀(jì)傳到歐洲。瓷器成了中國文化的象征“CHINA”。瓷器對(duì)世界文明產(chǎn)生了很大的影響。輝煌的瓷器之國瓷器的用途：禮儀用途（如古代的祭祀等）、生活用途（食物容器、裝飾品等）21222324（3）青 銅 我國

8、青銅的冶煉在公元前2140-1711年開始。 晚于埃及和西亞民族（伊朗、伊拉克）。 發(fā)展快、水平高。 到殷、西周時(shí)期已經(jīng)發(fā)展到較高水平。 青銅即銅錫合金，其冶煉溫度較低，制作器具的成型性好，是人類最早大規(guī)模利用的金屬材料。Cu-Sn二元合金相圖25 青銅工具青銅斧青銅犁 青銅逐步取代部分石器、木器、骨器和紅銅器，成為生產(chǎn)工具的重要組成部分。青銅工具的出現(xiàn)，在生產(chǎn)力的發(fā)展上起了劃時(shí)代的作用。青銅工具如斧、鋸、鑿、錐等，青銅農(nóng)具有鋤、鏟等已廣泛使用，青銅工具在生產(chǎn)中的效用，使青銅冶鑄技術(shù)日益重要，因而獲得飛速發(fā)展。 26青銅錢幣刀幣、布幣、環(huán)錢、銅貝等27 四羊紋銅尊 商 青銅器的最大歷史貢獻(xiàn)并不

9、在于對(duì)生產(chǎn)力的推動(dòng)，而在于社會(huì)秩序的建立。西周中晚期有著嚴(yán)格的列鼎制度，即用形狀花紋相同而大小依次遞減的奇數(shù)組鼎來代表貴族的身份。春秋公羊傳記載，天子用9鼎，諸侯用7鼎，卿大夫用5鼎，士用3鼎或1鼎。 青銅禮器 鼎 周 28 青銅武器越王勾踐劍青銅戈青銅頭盔 青銅的一個(gè)重要用途就是用來鑄造武器，如鉞、戈、矛、戟、刀、劍、弩、鏃、盔等。青銅武器相對(duì)于石制和純銅武器來說，其威力如同槍炮對(duì)刀戟，當(dāng)軍隊(duì)和戰(zhàn)爭成為一個(gè)國家的暴力機(jī)器和手段的時(shí)候，青銅以它4.7倍于純銅的硬度頻頻向統(tǒng)治貴族領(lǐng)取赫赫戰(zhàn)功。 銅三足鳥 西周 銅奔馬(馬踏飛燕) 漢 秦始皇陵銅車馬 秦 爵 商 其它青銅制品30西漢長信宮燈的特點(diǎn)

10、將鑄造、表面處理、結(jié)構(gòu)學(xué)、環(huán)境保護(hù)巧妙地結(jié)合在一起；創(chuàng)“技術(shù)精華”于一身，集“優(yōu)美實(shí)用”于一體；青銅表面處理工藝-鎏金,即以熱水銀溶解金箔，然后涂附在銅器表面并蒸干水銀，使一層薄金緊密地附著在器物表面，是一種防止銅器發(fā)生氧化的表面處理工藝。31長信宮燈的功能：燈座鑄成跪姿的宮女狀；宮女跪坐的姿態(tài)端莊典雅；宮女的左臂緊身，左手緊握托座；宮女的右臂高抬過頂，穩(wěn)扶燈罩；刻劃出宮女盡職盡責(zé)的逼真形象；油燈設(shè)計(jì)別致，托座上裝有燈碗。32燈碗上鑄有油池、燈芯座、轉(zhuǎn)動(dòng)手柄及半圈弧形壁。油燈的周邊有槽,可使轉(zhuǎn)門轉(zhuǎn)動(dòng)。撥動(dòng)平板，可使燈碗以托座 為軸繞右袖圓口作近360度的轉(zhuǎn)動(dòng)，使光照方向轉(zhuǎn)動(dòng)，拉動(dòng)轉(zhuǎn)門又能改變遮

11、光角度有巧妙的消煙滅塵裝置。33宮燈是空心的,壁厚均勻且較?。?宮女的右袖是連通空心的，形成一條煙道。油煙及未完全燃燒的殘?zhí)加尚洳窟M(jìn)入頭腔內(nèi),碰到腔壁冷卻減速以后就會(huì)附著在腔體內(nèi)側(cè)；宮女的頭部是可拆卸的，可定期清除積垢。34 下面再舉幾個(gè)有影響的青銅文物： 河南省安陽晚商遺址出土司母戊鼎，重量857kg,外形尺寸：長寬高（13378110cm），此鼎重量是迄今為止世界上最古老的大型青銅器A. 司母戊鼎35B.湖北隋縣出土的戰(zhàn)國青銅編鐘 共有65個(gè)，總重量2500kg 最大編鐘重203kg 最小編鐘重僅有2.4kg 編鐘全部用青銅鑄造 編鐘鑄造水平相當(dāng)高 音侓準(zhǔn)確、音色優(yōu)美曾侯乙編鐘36C. 四

12、川廣漢三星堆遺址介紹 遺址位于廣漢市南興鎮(zhèn)北南距成都40公里遺址面積達(dá)12平方公里是四川境內(nèi)目前所知一處范圍最廣延續(xù)時(shí)間最長文化內(nèi)涵最為豐富的古蜀文化遺址三星堆博物館371929年春天，當(dāng)?shù)剞r(nóng)民燕道誠掏水溝時(shí)發(fā)現(xiàn)一坑精美的玉石器1933年，前華西大學(xué)美籍教授葛維漢，林名均教授組成考古發(fā)掘隊(duì)首次對(duì)三星堆進(jìn)行發(fā)掘由此拉開了對(duì)三星堆半個(gè)世紀(jì)的發(fā)掘研究歷程1988年大規(guī)模發(fā)掘，主要由四川大學(xué)師生參與。38三星堆青銅文物 闊眉大眼，眼球呈柱狀外突，中間有一道箍 似可旋轉(zhuǎn)，極像現(xiàn)代的望遠(yuǎn)鏡巨大的鷹鉤鼻，上翹至耳根的大嘴一雙豬耳朵狀的大耳朵，離奇怪異且巨大的青銅像39真正使三星堆遺址名揚(yáng)四海的是1986年7

13、-9月兩個(gè)商代大型祭祀坑的發(fā)現(xiàn)遺址兩坑上千件國寶重器的轟然顯世,震驚了世界被定性為“古文化、古國遺址”三星堆祭祀坑40三星堆遺址被譽(yù)為世界第9大奇跡填補(bǔ)了中國考古學(xué)、青銅文化、青銅藝術(shù)史上的諸多空白向人們展示了早在三四千年蜀族的物質(zhì)文化遺存41揭示了“開國何茫然”的古代蜀國的文化面貌把巴蜀早期歷史向前推1000多年揭示了中華民族起源的多元性42三星堆否定了古蜀國文化比中原文化發(fā)展緩慢遺址文化距今有4800-2800年蜀文化逐漸溶入漢文化中，為秦建立統(tǒng)一國家作出了卓越貢獻(xiàn)43三星堆青銅文物鑄造水平高 有的文物只有4 mm厚 要鑄造壁厚只有4mm的鑄件在當(dāng)時(shí)需要相當(dāng)高的技術(shù) 文物出土轟動(dòng)整個(gè)世界

14、青銅冶鑄技術(shù)和文化藝術(shù)相當(dāng)發(fā)達(dá)44四川廣漢三星堆青銅文物 商代晚期鑄造金面平頂人頭像 人頭像頭上冠形物似遙感天線，是否用來接收宇宙的神秘信號(hào)？青銅獸面45青銅人立像 國寶級(jí)文物 世界上目前發(fā)現(xiàn)的最大 最完整的青銅大立人像 號(hào)稱“銅像之王”46青銅神樹造型巧奪天工將美發(fā)揮到極致的杰作樹干高384cm是目前世界上最早、樹株最高的青銅神樹47 青銅龍夔柱形器，高41.1cm,寬15.56cm青銅人面具青銅鷹頭鈴48（4）鐵器鐵是地球上儲(chǔ)量居于第三的元素（前兩位為硅、鋁），來源于大型恒星的聚變。鐵碳合金的硬度大于各種銅合金，鐵的冶煉溫度比銅更高。青銅器到鐵器是生產(chǎn)工具的重大發(fā)展。春秋戰(zhàn)國時(shí)期發(fā)明了生鐵

15、冶煉技術(shù)，用鐵水澆鑄成農(nóng)具、工具，開始大量使用鐵器。中國冶鐵歷史比歐洲早1900年。49鐵戈鐵農(nóng)具 鐵的價(jià)格便宜，鐵制農(nóng)具大面積推廣應(yīng)用；鐵的耐磨性能高于青銅，鐵制農(nóng)具更加耐用，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有更大的促進(jìn)作用，鐵制農(nóng)具迅速占領(lǐng)了生產(chǎn)材料市場。鐵的密度比銅小，強(qiáng)度和硬度比銅高，鐵制盔甲比銅制盔甲輕的多，增加了戰(zhàn)士的靈活性；鐵制兵器也比銅制兵器鋒利、耐用。所以，鐵制武器裝備大大提高了軍隊(duì)的戰(zhàn)斗力，迅速占領(lǐng)了軍備材料市場。50中國最早的關(guān)于使用鐵制工具的文字記載，是左傳中的晉國鑄鐵鼎。在春秋時(shí)期，中國已經(jīng)在農(nóng)業(yè)、手工業(yè)生產(chǎn)上廣泛使用鐵器。我國從公元前7世紀(jì)開始大量使用鐵器。 晉國鐵鼎51 中國古代的大型

16、鑄鐵件：河北滄州鐵獅五代后周廣順三年（公元953年）鑄造?？偢?.4米，身高3.9米，頭高1.5米。身長6.8米，寬3米，總重量40噸 。52湖北當(dāng)陽鐵塔宋朝嘉祐六年（公元1061年）鑄造。鐵塔在殿前十三級(jí)，高七丈，重53,300kg，由基座、塔身及塔頂組成。 塔身13層, 除第一層外，每層均有平座、塔身和腰檐。腰檐上鑄有瓦壟、屋檐、檐角上鑄有凌空的龍首。鐵塔的基座和塔身上鑄有許多神態(tài)各異的佛像及紋飾，基座八角各立一金剛武士。53山西晉祠鐵人北宋紹圣四年（公元1097年）鑄造鑄造屬于分節(jié)、疊鑄而成高2米以上河南南陽瓦房莊漢代冶鐵遺址出土的鐵斧 直徑2米左右隋朝鑄造的大鐵佛像，高70尺河南登封大

17、鐵人鐵人鑄于公元1064年每尊鐵人高達(dá)十一尺余54（5）鋼含碳量在0.0218%-2.11%之間的鐵碳合金稱為鋼。冶煉溫度更高，強(qiáng)度較高，用途更廣。 距今1800年前出現(xiàn)了兩步煉鋼技術(shù)，即先煉成鐵，再煉成鋼，并一直沿用至今。但其工藝復(fù)雜，未能大面積推廣。一直到19世紀(jì)前半期，人類始終生活在“鐵器時(shí)代”。 55Fe-C合金相圖純鐵鋼鑄鐵貝西默設(shè)計(jì)了空氣吹入法，在鐵水排出之前吹入空氣，讓其中的氧氣與鐵水中的碳進(jìn)行反應(yīng)，降低碳含量，達(dá)到鋼的含碳量標(biāo)準(zhǔn)(小于2.11%)。56艾菲爾鐵塔鋼的應(yīng)用舊金山金門大橋建筑設(shè)備57（6）有色金屬近代以來，人們除了發(fā)展鋼鐵材料以外，還進(jìn)一步發(fā)展了金、銀、銅、鈦、鋁、

18、鎂、鉬等有色金屬及其合金材料。全世界每年金屬材料總產(chǎn)量約達(dá)八億噸，其中黑色金屬約占95，有色金屬只占5。有色金屬資源的開發(fā)和利用，不只是對(duì)鋼鐵材料的補(bǔ)充，更重要的是可以發(fā)揮和開發(fā)鋼鐵材料不具備的各種特殊性能，在特定領(lǐng)域中，還必須采用有色金屬才能最大限度滿足現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)對(duì)各種材科性能所提出的要求。 58鋁合金 20世紀(jì)上半葉，材料科學(xué)家利用合金化和時(shí)效強(qiáng)化，把Al合金的強(qiáng)度提高到700MPa，鋁合金的比強(qiáng)度為(強(qiáng)度/密度)2.64106cm是鋼的比強(qiáng)度(0.61106cm)的4倍有余。這意味著達(dá)到同樣強(qiáng)度, Al合金的用量只有鋼的1/4，這就為Al合金作為一種結(jié)構(gòu)材料帶來極大優(yōu)勢，對(duì)于結(jié)構(gòu)材料來

19、說無疑是幾千年來的一個(gè)飛躍。沒有高比強(qiáng)度的Al合金做基礎(chǔ)，就沒有現(xiàn)代的航天航空成就。 59鋁合金車體鋁合金材料鋁合金航空材料鋁合金輪轂60有色金屬在其他方面也有重要用途。 噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、火箭、煤炭、石油化工等現(xiàn)代化工業(yè)技術(shù)所需要的超耐熱合金；電力、電工、電子工業(yè)所需要的導(dǎo)體材料、電阻和儀表材料；原子能發(fā)電和核技術(shù)所需要的核燃料和稀有金屬Be、Nb、V等；大規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)所需要的Au、Ag、Cu、Al等良導(dǎo)體；高性能永磁材料所需要的Nd(釹)、Pr(鐠)等，以及能源、信息技術(shù)所需要的半導(dǎo)體、超導(dǎo)體和貯能材料等。這些都是有色金屬材料，其性能是鋼鐵材料所無法替代的。 61銅襯電路板稀土NdFeB

20、永磁合金鋯殼核燃料管鎂合金發(fā)動(dòng)機(jī)部件62（7) 高分子材料從人類文明出現(xiàn)以來，高分子材料就一直陪伴著人們。天然高分子，如絲、皮、毛等從遠(yuǎn)古開始就被人們發(fā)現(xiàn)并利用。在利用過程中，人們還不斷改進(jìn)加工技術(shù)，將木、棉、麻、絲、皮、毛等用于建筑、工具、用品、紡織、造紙、制衣制革、防寒制品把植物體內(nèi)的“樹脂”(樹流出的油脂)用于涂料、粘合劑、藥物和溶劑等。 天然橡膠絲綢63 1839年英國人古特異(Goodyear)在天然橡膠中加入硫磺，首次合成硫化橡膠；硫化橡膠天然橡膠高分子改性641832-1845年，人們用硝酸處理纖維索，得到硝化纖維；1872年，革新硝化纖維工藝，獲得celluloid“賽璐璐”材

21、料；1884年，賽璐璐用來制作照相底片、電影膠片等；1855年，法國人奧德馬爾制得硝化纖維人造絲；賽璐璐人造絲651872年，德國的拜爾(ABaycr)發(fā)現(xiàn)苯酚和甲醛在酸性介質(zhì)中反應(yīng)形成樹脂狀物質(zhì) 1907年，比利時(shí)人貝克蘭德(Bakeland)在拜爾等人的研究基礎(chǔ)上制得酚醛樹脂 ；1927年，美國的杜邦公司合成尼龍66；酚醛樹脂尼龍66高分子合成66聚乙烯1933年，英國的Robsin 制得聚乙烯；1941年，英國制備出滌綸纖維，在中國的俗 稱就是大家熟悉的“的確良”；1950年起，齊格勒催化劑的出現(xiàn)促使新型高 分子材料大量出現(xiàn)。滌綸纖維的確良布料67材料的復(fù)合 20世紀(jì)人類進(jìn)入新材料時(shí)代，衣、食、住、行以及科學(xué)技術(shù)的發(fā)展都離不開新材料，同時(shí)出現(xiàn)了各種材料的復(fù)合技術(shù)。金屬與無機(jī)材料的復(fù)合金屬與高分子材料的復(fù)合無機(jī)材料與高分子材料的復(fù)合金屬/高分子復(fù)合材料-粘結(jié)NdFeB磁體金屬/無機(jī)復(fù)合材料-景泰藍(lán)高分子/無機(jī)復(fù)合材料-絕緣板材68對(duì)材料發(fā)展歷史的小結(jié)從歷史的角度