材料(金屬)科學(xué)與人類文明

材料(金屬)科學(xué)與人類文明.第一頁，共23頁。什么是材料？？

材料是人類社會所能接受的，可經(jīng)濟(jì)地制造有用物品的東西;

Matiarialsisastufffromwhichathingismade

forusing.

天然材料

人工材料

第一頁第二頁，共23頁。

材料的分類

用途:結(jié)構(gòu)材料（受力，承載）

功能材料（半導(dǎo)體，超導(dǎo)體）

屬性：金屬材料，無機(jī)非金屬材料，有機(jī)高分子材料

物理形態(tài)：晶體，非晶體，納米

幾何形態(tài)：三維，二維，一維，零維

發(fā)展:1，傳統(tǒng)材料（鋼鐵，鋁，水泥，陶瓷，

塑料）

2，

新材料（納米材料，金屬間化合物，

低溫超導(dǎo)草料，非晶態(tài)合金）第二頁第三頁，共23頁。

@1中國古代金屬材料的應(yīng)用；

@2金屬簡介：第三頁第四頁，共23頁。＠以材料劃分下的的中國文明石器時(shí)代時(shí)間：1.8萬年前開始，至公元前5千年到2千年前成就：世界文明快速發(fā)展的早期,為人類社會發(fā)展提供了積極影響。青銅器時(shí)代時(shí)間：夏，商，春秋，戰(zhàn)國早期，約1700年；成就：禮樂器、兵器及雜器；司母戊方鼎，爵、角、斝、觶、觚、尊、方彝，鼎、豆，大克鼎，壺，還有敦。鐵器時(shí)代時(shí)間：公元前1400年，至現(xiàn)代，成就：中國及世界古代發(fā)展最快速，成就最高的時(shí)代新材料時(shí)代時(shí)間：第一次工業(yè)革命后成就:金、銀、銅、鐵、錫、鉛、汞等金屬材料和其他聚合材料，陶瓷，稀土，纖維，木材，化工材料；第四頁第五頁，共23頁。曾侯乙尊通高33.1厘米，口徑25厘米，重約9公斤;曾侯乙盤通約高24厘米，口徑57.6厘米，重19.2公斤。全套器物通高42厘米，口徑58厘米，重約30公斤。曾侯乙尊盤裝飾紛繁復(fù)雜，銅尊上是用34個(gè)部件，經(jīng)過56處鑄接、焊接而連成一體，尊體上裝飾著28條蟠龍和32條蟠螭，是春秋戰(zhàn)國時(shí)期最復(fù)雜、最精美的青銅器件。

經(jīng)專家鑒定，此系采用失蠟法鑄造，尊與盤精美細(xì)膩的鏤孔附飾，玲瓏剔透，精巧華麗。其鑄造上的高度技巧，有著鬼斧神工之妙。這一發(fā)現(xiàn)，證實(shí)了在二千四百年前的戰(zhàn)國早期，中國的失蠟法鑄造技術(shù)已經(jīng)達(dá)到極高的水準(zhǔn)。盤尊第五頁第六頁，共23頁。青銅時(shí)代：

四羊方尊司母戊鼎龍形青銅器第六頁第七頁，共23頁。冶金技術(shù)的發(fā)展：

《開工天物》明朝時(shí)期我國還有了金屬材料方面的較為專業(yè)的書籍。像明朝宋應(yīng)星著《天工開物》一書，內(nèi)有冶鐵，煉鋼，鑄鐘，鍛鐵，淬火等各種金屬加工方法，它是世界上有關(guān)金屬加工工藝最早的科學(xué)著作之一，這充分反映了我國人民在金屬加工工藝方面的卓越成就。第七頁第八頁，共23頁。1．鐵合金的定義和用途。

鐵合金是鐵與一種或幾種金屬或非金屬元素組成的合金。鐵合金是煉鋼和機(jī)械鑄造業(yè)的主要原料之一，在煉鋼和鑄造時(shí)用作脫氧劑、脫硫劑和合金添加劑。

鐵合金的品種很多，一般按照其所含元素分類。

(1)硅鐵：工業(yè)硅鐵——含硅95%、75%、45%等硅鐵

貧硅鐵（含硅12%）

硅鋁合金

硅鈣合金

(2)錳鐵：高碳錳鐵（含碳為7%）中碳錳鐵（含碳1.0~1.5%）

低碳錳鐵（含碳0

(3)鉻鐵：高碳鉻鐵（含碳為4~8%）

中碳鉻鐵（含碳為0.5~4%）

低碳鉻鐵（含碳0.15~0.50%）

微碳鉻鐵（含碳為0.06%）

超微碳鉻鐵（含碳小于0.03%）

(4)其它鐵合金。除了以上幾類鐵合金外，還有鎢鐵、鉬鐵、鈦鐵、釩鐵、磷鐵、硼鐵、鎳鐵、鈮鐵、鋯鐵、稀土合金等。

第八頁第九頁，共23頁。其中七種常見金屬的比較：金銀。金的單質(zhì)（游離態(tài)形式）通稱黃金，是一種廣受歡迎的貴金屬，在很多世紀(jì)以來一直都被用作貨幣、保值物及珠寶。在自然界中，金以單質(zhì)的形式出現(xiàn)在巖石中的金塊或金粒、地下礦脈及沖積層中。黃金亦是貨幣金屬之一。金的單質(zhì)在室溫下為固體，密度高、柔軟、光亮、抗腐蝕，其展性及延性均是已知金屬中最高的。銀是一種化學(xué)元素，化學(xué)符號Ag（來自拉丁語Argentum），原子序數(shù)47，是一種銀白色的過渡金屬。銀在自然界中很少量以游離態(tài)單質(zhì)存在，主要以含銀化合物礦石存在。銀的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，活躍性低，價(jià)格貴，導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能很好，不易受化學(xué)藥品腐蝕，質(zhì)軟，銅鐵銅元素是一種金屬化學(xué)元素，也是人體所必須的一種微量元素，銅也是人類發(fā)現(xiàn)最早的金屬之一，是人類廣泛使用的一種金屬，屬于重金屬。銅是人類最早使用的金屬。早在史前時(shí)代，人們就開始采掘露天銅礦，鐵是一種化學(xué)元素，為晶體，它的化學(xué)符號是Fe，原子序數(shù)是26，在化學(xué)元素周期表中位于第4周期、第VIII族，是鐵族元素的代表。是最常用的金屬。它是過渡金屬的一種，是地殼含量第二高的金屬元素。鐵制物件發(fā)現(xiàn)于公元前3500年的古埃及。它們包含7.5%的鎳，表明它們來自流星。古代小亞細(xì)亞半島（也就是現(xiàn)今的土耳其）的赫梯人在3500年前（公元前1500年前）是第一個(gè)從鐵礦石中熔煉鐵的，這種新的、堅(jiān)硬的金屬給了他們經(jīng)濟(jì)和政治上的力量，鐵器時(shí)代開始了。中國也是最早發(fā)現(xiàn)和掌握煉鐵技術(shù)的國家之一。1973年在中國河北省出土了一件商代鐵刃青銅鉞，表明3300多年以前中國人認(rèn)識了鐵，熟悉了鐵的鍛造性能，識別了鐵與青銅在性質(zhì)上的差別第九頁第十頁，共23頁。其中七種常見金屬的比較：4，錫鉛@1錫是排列在白金、黃金、白銀之后的第四種稀有金屬，對人體無害，被稱為綠色金屬。純錫制品主要有餐具(碗、盤、碟等)、酒具（酒壺、酒杯、溫酒具等）、茶具(茶壺、茶杯、茶葉罐等)、祭具（燭臺、香爐、香臺等）、文具（筆筒、筆洗等）；而鉛與錫恰恰相反，@2鉛是一種金屬元素，可用作耐硫酸腐蝕、防丙種射線、蓄電池等的材料。其合金可作鉛字、軸承、電纜包皮等之用，還可做體育運(yùn)動器材鉛球，早在7000年前人類就已經(jīng)認(rèn)識鉛了5，汞汞是化學(xué)元素，元素周期表第80位。俗稱水銀。還有“白澒、姹女、澒、神膠、元水、鉛精、流珠、元珠、赤汞、砂汞、靈液、活寶、子明”等別稱。元素符號Hg，汞在自然界中分布量極小，被認(rèn)為是稀有金屬，但是人們很早就發(fā)現(xiàn)了水銀。天然的硫化汞又稱為朱砂，由于具有鮮紅的色澤，因而很早就被人們用作紅色顏料。根據(jù)殷虛出土的甲骨文上涂有丹砂，可以證明中國在有史以前就使用了天然的硫化汞。第十頁第十一頁，共23頁。現(xiàn)代金屬材料；現(xiàn)代金屬材料的發(fā)展及成就；

金屬是人類社會賴以生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)是構(gòu)成現(xiàn)代文明社會的支撐材料。金屬是人類社會賴以生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)是構(gòu)成現(xiàn)代文明社會的支撐材料。因此,要求與之相關(guān)的有色金屬材料也同步向高精度、高性能、低能耗、低成本方向發(fā)展。如,在發(fā)達(dá)國家,水箱銅帶材與汽車工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步同步發(fā)展,汽車水箱普遍使用管帶式水箱。水箱銅帶的厚度已減薄到0.038～0.045mm,最薄達(dá)到0.025mm。由于采用了較薄的銅帶制作水箱,使水箱的散熱性能更好,結(jié)構(gòu)也更加緊湊,材料消耗比管片式水箱低30％～汽車水箱圖片如下圖：下第十一頁第十二頁，共23頁。第十二頁第十三頁，共23頁。新材料節(jié)能汽車：

概念？

材料是汽車工業(yè)的基礎(chǔ)。簡而言之，汽車應(yīng)用材料包括了制造汽車各種零部件用的汽車工程材料，以及汽車在使用過程中使用的燃料和工業(yè)液等汽車運(yùn)行材料。達(dá)到了節(jié)能和環(huán)保的要求，

在質(zhì)量和能耗方面有很大的進(jìn)步。第十三頁第十四頁，共23頁。汽車應(yīng)用新材料后減能對比》》》第十四頁第十五頁，共23頁。金屬材料在航空業(yè)的發(fā)展及應(yīng)用：材料制備與材料表面加工特種技術(shù)由于在優(yōu)化傳統(tǒng)材料、開發(fā)新型產(chǎn)品，提高材料使用功能和性能方面具有獨(dú)特優(yōu)勢，因而在國民經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)中發(fā)揮著越來越重要的作用。近年來中科院力學(xué)所利用自身的學(xué)科優(yōu)勢，加強(qiáng)其與材料學(xué)科的交叉和融合，針對國家急需開發(fā)了一系列新型材料制備與材料表面加工特種技術(shù)。利用高溫氣動霧化技術(shù)可以制備各種超細(xì)微粉材料。譬如：作為軍工（用作固體火箭燃料）、化工（用作催化劑）和汽車制造（用作金屬車身）；金屬材料在國防建設(shè)中起著重要的作用，復(fù)合材料在飛機(jī)上的應(yīng)用：1，應(yīng)用部位由次承力結(jié)構(gòu)向主承力結(jié)構(gòu)過渡。2，復(fù)合材料在飛機(jī)上的用量日益增多。圖為殲﹣15飛機(jī)在遼寧艦上起飛；第十五頁第十六頁，共23頁。第十六頁第十七頁，共23頁。第十七頁第十八頁，共23頁。

浩大的物質(zhì)世界中有色金屬材料是一個(gè)光彩奪目、五彩斑斕的金屬王國。在目前已發(fā)現(xiàn)的109種元素中有93種元素被稱為金屬(包括半金屬),其余16種為非金屬。在這93種金屬元素中除鐵以外的92種金屬(含半金屬)統(tǒng)稱為有色金屬或非鐵金屬。金屬是人類社會賴以生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)是構(gòu)成現(xiàn)代文明社會的支撐材料。

歷史文脈上研究金屬及其工藝具有挖掘、開發(fā)、繁榮金屬文化的重要意義和學(xué)術(shù)價(jià)值金屬及其工藝是人類進(jìn)入文明社會的重要標(biāo)青銅的發(fā)明是文明劃時(shí)代的偉大創(chuàng)造引領(lǐng)人類進(jìn)入青銅時(shí)代人類在文明進(jìn)程中所經(jīng)歷的農(nóng)業(yè)文明、工業(yè)文明金屬及其工藝都是其重要的文化表征并在近、現(xiàn)代新科技的迅猛發(fā)展中延續(xù)著其表征意義在世界文明的未來走向中有著起重大的推動作用的可能性。第十八頁第十九頁，共23頁。

材料總述:材料的開發(fā)與應(yīng)用在人類社會進(jìn)步上起了極為關(guān)鍵的作用。人類文明史上的石器時(shí)代、銅器時(shí)代、鐵器時(shí)代的劃分就是以所用材料命名的。材料、能源、信息是當(dāng)代技術(shù)的三大支柱，其中信息與能源技術(shù)的發(fā)展離不開材料技術(shù)的支持。材料是人類生存和生活必不可少的部分是人類文明的物質(zhì)基礎(chǔ)和先導(dǎo)?？偠灾祟愇拿鞯陌l(fā)展和社會的進(jìn)步與金屬材料的關(guān)系十分密切。繼石器時(shí)代之后出現(xiàn)了銅器時(shí)代、鐵器時(shí)代，其均以金屬材料的應(yīng)用為其時(shí)代的顯著標(biāo)志。金屬材料的應(yīng)用伴隨人類整個(gè)發(fā)展史并隨著科技的發(fā)展越來越頻繁地應(yīng)用于現(xiàn)代建設(shè)中。

第十九頁第二十頁，共