材料的发展史精.ppt

材料的发展史1第1页，本讲稿共85页刘颖刘颖 教授教授/博士生导师博士生导师19651965年生年生,99,99年博士生毕业并获博士学位年博士生毕业并获博士学位材料学院副院长材料学院副院长/纳米材料技术研究中心副主任纳米材料技术研究中心副主任主要研究领域：金属功能材料和纳米材料主要研究领域：金属功能材料和纳米材料主持国家主持国家863863计划和国家攻关计划等课题二十余项计划和国家攻关计划等课题二十余项主要荣誉和奖励：主要荣誉和奖励：享受国务院政府特殊津贴专家享受国务院政府特殊津贴专家/四川省学术带头人四川省学术带头人/教育部新世纪优教育部新世纪优秀人才秀人才四川杰出青年科技基金获得者四川杰出青年科技基金获得者/四川省青年科技奖四川省青年科技奖四川省有突出贡献博士学位获得者。四川省有突出贡献博士学位获得者。国家科技进步二等奖（国家科技进步二等奖（20062006年）年）四川省科技进步奖一等奖（四川省科技进步奖一等奖（20042004年）和二等奖（年）和二等奖（20002000年）年）四川省教学成果奖二等奖和三等奖（四川省教学成果奖二等奖和三等奖（20042004年度）年度）2第2页，本讲稿共85页唐正华1979-1983 成都科技大学本科学习1983-1985 重庆仪表材料所工作1985-1988 成都科技大学硕士学习1988-2002 四川大学讲师,副教授2002-2006 南非 university of pretoria 博士科研经历：一直从事钢的质量与加工方面的研究，曾经担任两届中国金属学会夹杂物委员会理事兼秘书3第3页，本讲稿共85页第一讲第一讲 材料发展历史材料发展历史 4第4页，本讲稿共85页什么是材料？其重要意义是什么？什么是材料？其重要意义是什么？世世界界是是由由物物质质构构成成的的，材材料料就就是是人人们们用用来来制制成成各各种种机机器器、器件、结构等具有某种特性的物质实体器件、结构等具有某种特性的物质实体。材材料料是是人人类类社社会会生生活活的的物物质质基基础础，材材料料的的发发展展引引起起时时代代的变迁，推动人类文明和社会的进步的变迁，推动人类文明和社会的进步。在在知知识识经经济济时时代代，材材料料与与能能源源和和信信息息并并列列为为现现代代科科学学技技术术的三大支柱，其作用和意义尤为突出。的三大支柱，其作用和意义尤为突出。5第5页，本讲稿共85页材料与人类社会的关系如何？材料与人类社会的关系如何？在人类社会的发展和进步过程中，材料在人类社会的发展和进步过程中，材料是一个带有时是一个带有时代和文明标志的基础。代和文明标志的基础。人类和材料的关系人类和材料的关系非常广泛、非常密切，也非常重非常广泛、非常密切，也非常重要要，在这点上很少能有其他领域与之相比。，在这点上很少能有其他领域与之相比。人类文明的发展史，就是一部人类文明的发展史，就是一部利用材料、制造材料和利用材料、制造材料和创造材料创造材料的历史。的历史。6第6页，本讲稿共85页材料是人类一切生产和生活的材料是人类一切生产和生活的物质基础物质基础，历来是历来是生产力生产力的标志，的标志，人类社会进步的人类社会进步的里程碑里程碑。对材料认识和利用的能力，决定社会形态和人类生对材料认识和利用的能力，决定社会形态和人类生活质量。活质量。人类从没中断过追求更好的材料，或使材料具有更优异的人类从没中断过追求更好的材料，或使材料具有更优异的性质或新的功能，性质或新的功能，从而满足人类社会发展中层出不穷的新从而满足人类社会发展中层出不穷的新需要。需要。7第7页，本讲稿共85页 一一种种新新材材料料的的出出现现，常常常常引引起起生生产产力力大大发发展展，进进而而推推动动社社会会进进步步。正正是是如如此此，才才有有了了今今天天人人类类丰丰富富多多彩彩、璀璀璨夺目的世界与文化。璨夺目的世界与文化。没有没有半导体单晶硅半导体单晶硅，不可能有今天发达的微电子工业；，不可能有今天发达的微电子工业；没有没有低损耗光纤低损耗光纤，不可能有当今蓬勃的光纤网络社会。，不可能有当今蓬勃的光纤网络社会。单晶硅棒单晶硅片单晶芯片电子元件8第8页，本讲稿共85页天然材料天然材料 陶瓷陶瓷 青铜青铜 铁铁 钢钢 有色金属有色金属 高分子材料高分子材料 新型材料新型材料 材料发展的历史演进材料发展的历史演进9第9页，本讲稿共85页一部人类文明史，从某种意义上说，也可称为世界材料一部人类文明史，从某种意义上说，也可称为世界材料发展史。发展史。古代古代石器、青铜器、铁器石器、青铜器、铁器等的兴起和广泛应用，极大改等的兴起和广泛应用，极大改变了人们的生活和生产方式，变了人们的生活和生产方式，对社会进步起到关键性推动对社会进步起到关键性推动作用作用，这些材料被历史学家作为划分某一个时代的重要这些材料被历史学家作为划分某一个时代的重要标志：标志：如如石器时代、青铜器时代、铁器时代石器时代、青铜器时代、铁器时代等。等。每一种新材料的发现，每一项新材料技术的应用，都每一种新材料的发现，每一项新材料技术的应用，都会给社会生产和人类生活带来巨大改变，推动人类社会给社会生产和人类生活带来巨大改变，推动人类社会前进。会前进。10第10页，本讲稿共85页（1 1）天然材料）天然材料大约大约25000年前，人类就学会使用材料。年前，人类就学会使用材料。自然界中大量存在，人类可以直接从自然中获取，经过自然界中大量存在，人类可以直接从自然中获取，经过简单的加工就可为人类所用。简单的加工就可为人类所用。主要是竹、木、骨、牙、皮、毛、主要是竹、木、骨、牙、皮、毛、石石等天然材料，等天然材料，并进并进行粗糙加工，除此之外别无他物行粗糙加工，除此之外别无他物。竹筷骨针石制品皮毛制品11第11页，本讲稿共85页典型典型的天然材料的天然材料石器石器从挖掘的人类当年所使用的各种用途的锋利石片，可从挖掘的人类当年所使用的各种用途的锋利石片，可想象人类远祖的艰苦。想象人类远祖的艰苦。他们能区别、选用各种石头，创造出刀、斧、针各种器他们能区别、选用各种石头，创造出刀、斧、针各种器具，用于生产、生活和战争。具，用于生产、生活和战争。石刀石刀石斧石斧石针石针12第12页，本讲稿共85页石器时代的生产工具极其落后，人类社会的生产力也极端低石器时代的生产工具极其落后，人类社会的生产力也极端低下，社会发展极其缓慢，人类文明也是相当简单和粗俗的。下，社会发展极其缓慢，人类文明也是相当简单和粗俗的。石器工具13第13页，本讲稿共85页据考古学家分析，距今约一万年前陶器开始出现，据考古学家分析，距今约一万年前陶器开始出现，人们人们用粘土或以粘土、长石、石英为主的混合物，经用粘土或以粘土、长石、石英为主的混合物，经成型、干燥、烧制（烧制温度低于成型、干燥、烧制（烧制温度低于1200），），得到坚得到坚硬的陶器。硬的陶器。陶是人类创造的第一种陶是人类创造的第一种“人造材料人造材料”，由于高温烧制产，由于高温烧制产生物理化学变化，得到和粘土不一样的新物质。生物理化学变化，得到和粘土不一样的新物质。新石器时代晚期新石器时代晚期(公元前公元前3000一前一前2800年年)黑陶豆黑陶豆陶体的黑色是因为渗入了碳陶体的黑色是因为渗入了碳（2）陶器（无机非金属材料）陶器（无机非金属材料）14第14页，本讲稿共85页我国陶器大约出我国陶器大约出现在现在8000年前，年前，具有悠久的历史。具有悠久的历史。半坡村出土的碗、半坡村出土的碗、钵、釜、罐、瓶钵、釜、罐、瓶等，甚至还有能等，甚至还有能吹气发声的陶埙。吹气发声的陶埙。半坡变体鸟纹盆半坡变体鸟纹盆 半坡小口尖底瓶半坡小口尖底瓶 半坡陶盆半坡陶盆 陶埙陶埙15第15页，本讲稿共85页从著名的仰韶和龙山文化遗址出土的陶器中，从著名的仰韶和龙山文化遗址出土的陶器中，人们发现当时祖先已经掌握了烧制黑色陶器人们发现当时祖先已经掌握了烧制黑色陶器和白色陶器的配方和技术。和白色陶器的配方和技术。仰韶白陶瓶仰韶白陶瓶龙山黑陶瓶龙山黑陶瓶16第16页，本讲稿共85页闻名于世的闻名于世的秦始皇兵马俑秦始皇兵马俑是典型的陶制品；是典型的陶制品；著名的著名的唐三彩唐三彩创始于唐高宗时期，用白粘土作胎，以创始于唐高宗时期，用白粘土作胎，以Cu、Fe、Co等矿物作釉的着色剂，两次烧制后成为绚丽多彩的等矿物作釉的着色剂，两次烧制后成为绚丽多彩的陶器精品；陶器精品；江苏宜兴江苏宜兴紫砂壶紫砂壶(紫砂泥由粘土、云母、赤铁矿等组成，紫砂泥由粘土、云母、赤铁矿等组成，其中其中Fe2O3含量约含量约7-10，TiO21)制造技术精湛，制造技术精湛，色泽淳朴，造型独特，别具一格。色泽淳朴，造型独特，别具一格。兵马俑兵马俑 唐三彩马唐三彩马 方韵紫砂壶方韵紫砂壶17第17页，本讲稿共85页商 陶酒尊唐 三彩俑陶的出现，陶的出现，人类可吃煮熟的谷物，喝煮开的水，可长时间储人类可吃煮熟的谷物，喝煮开的水，可长时间储存食物存食物，促进人类进化促进人类进化。陶器也是最初的耐火材料，陶器也是最初的耐火材料，为以后的铜、铁冶炼提供物为以后的铜、铁冶炼提供物质条件质条件。猪纹陶盆陶器的现实意义陶器的现实意义18第18页，本讲稿共85页陶器是人类创造的第一种无机非金属材料。陶器是人类创造的第一种无机非金属材料。人类第一次有意识地创造发明出自然界没有的，并且具人类第一次有意识地创造发明出自然界没有的，并且具有全新性能的有全新性能的“新新”材料材料，标志着人类能离开上天的赐予，标志着人类能离开上天的赐予，开始进入自力创造材料的时代。开始进入自力创造材料的时代。恩格斯论述恩格斯论述：人类从低级阶段向文明阶段的发展就是从：人类从低级阶段向文明阶段的发展就是从学会制陶开始的。学会制陶开始的。陶器的出现成为陶器的出现成为新石器时代开始的标志之一新石器时代开始的标志之一。陶器的理论意义陶器的理论意义19第19页，本讲稿共85页陶器的不足是不致密、易渗陶器的不足是不致密、易渗漏、强度也不高。漏、强度也不高。3000多年前多年前的殷、周时期，的殷、周时期，发明了釉瓷。发明了釉瓷。炉窑温度达到炉窑温度达到1200，能能将将金属氧化物烧制成釉瓷，用金属氧化物烧制成釉瓷，用途更为广泛，质地比陶更为途更为广泛，质地比陶更为细腻，外观美观。细腻，外观美观。陶向瓷的过渡陶向瓷的过渡 商朝釉瓷商朝釉瓷20第20页，本讲稿共85页什么是瓷器？瓷土与陶土相比，瓷土与陶土相比，Fe2O3、CaO、MgO等助熔剂物质明显等助熔剂物质明显减少，减少，SiO2含量也降至含量也降至70以下，以下，Al2O3含量显著增加含量显著增加。瓷器制造工艺水平有很大改进，瓷器制造工艺水平有很大改进，烧结温度提高到烧结温度提高到1200以上以上，反映出人类改造自然的能力增强。，反映出人类改造自然的能力增强。釉料釉料是用矿物是用矿物(长石、方解石、石英等长石、方解石、石英等)和颜料按一定比例和颜料按一定比例配制，高温下釉料被熔融并均匀覆盖在瓷器表面，冷却后质配制，高温下釉料被熔融并均匀覆盖在瓷器表面，冷却后质地坚硬、光滑、不粘污，并可调配成各种颜色。地坚硬、光滑、不粘污，并可调配成各种颜色。21第21页，本讲稿共85页瓷器中的材料知识宋五大名窑（官、哥、汝、定、宋五大名窑（官、哥、汝、定、柴窑）之一：哥窑瓷器柴窑）之一：哥窑瓷器 开片即是瓷器釉面出现裂纹的现象。开片主要是两开片即是瓷器釉面出现裂纹的现象。开片主要是两种因素造成的，一是成形时坯泥沿一定方向延伸，影种因素造成的，一是成形时坯泥沿一定方向延伸，影响分子的排列；二是胎、釉材料的响分子的排列；二是胎、釉材料的膨胀系数不同膨胀系数不同，在冷，在冷却过程中收缩率也有差异，形成开片。因而，开片却过程中收缩率也有差异，形成开片。因而，开片是瓷器烧成过程中的一种缺陷，只是到了宋代才开是瓷器烧成过程中的一种缺陷，只是到了宋代才开始将开片作为装饰。始将开片作为装饰。青花瓷青花瓷青花瓷器以钴的化合物为发色剂，绘制在烧制过青花瓷器以钴的化合物为发色剂，绘制在烧制过的胎体上，挂釉后再经过一次烧制而最终完成。的胎体上，挂釉后再经过一次烧制而最终完成。22第22页，本讲稿共85页江西景德镇的江西景德镇的薄胎瓷器薄胎瓷器被赞为洁如玉、明如镜、薄如纸、声被赞为洁如玉、明如镜、薄如纸、声如磐。如磐。瓷器作为中华文明象征，大量流传。瓷器作为中华文明象征，大量流传。9世纪世纪传至阿拉伯国传至阿拉伯国家，家，13世纪世纪传到日本，传到日本，15世纪世纪传到欧洲，传到欧洲，以其以其福美绝伦征福美绝伦征服了西方。服了西方。辉煌的瓷器之国景德镇四大名瓷景德镇四大名瓷青花、玲珑、颜色釉、粉彩青花、玲珑、颜色釉、粉彩23第23页，本讲稿共85页24第24页，本讲稿共85页25第25页，本讲稿共85页（3）青）青铜铜我国我国青铜青铜的冶炼的冶炼已可追溯到公元前已可追溯到公元前3600年。年。晚于晚于埃及和西亚民族埃及和西亚民族（伊朗、伊拉克）。（伊朗、伊拉克）。发展快、水平高。发展快、水平高。到殷、西周时期已经发展到较高水平。到殷、西周时期已经发展到较高水平。青铜即铜锡合金，其冶青铜即铜锡合金，其冶炼温度较低，制作器具的成炼温度较低，制作器具的成型性好，是人类最早大规模型性好，是人类最早大规模利用的金属材料。利用的金属材料。苏美尔文明中的青铜塑像，出现苏美尔文明中的青铜塑像，出现年代年代-公元前公元前4000年年26第26页，本讲稿共85页铜爵铜爵高高30.5厘米、口径厘米、口径17-18厘米，距今厘米，距今3600年年河南堰师二里头文化河南堰师二里头文化青青铜锛铜锛越越绝书绝书载载：禹穴之：禹穴之时时，以，以铜为铜为兵，以兵，以凿凿伊伊阙阙，通，通龙龙门门，东东注入海注入海牛首牛首兽兽面面纹纹鼎鼎西周，器形端庄，西周，器形端庄，文文饰饰在商代基在商代基础础上上进进一步一步发发展，展，是今已知我国最大青是今已知我国最大青铜铜器之一，器之一，27第27页，本讲稿共85页青铜钱币青铜钱币刀币、布币、环钱、铜贝等刀币、布币、环钱、铜贝等28第28页，本讲稿共85页 四羊纹铜尊四羊纹铜尊 商商 青铜器的最大历史贡献在于社会秩序的建立青铜器的最大历史贡献在于社会秩序的建立。西周中晚期有严格的列鼎制度，用形状花纹相同而大小依次西周中晚期有严格的列鼎制度，用形状花纹相同而大小依次递减的奇数组鼎来递减的奇数组鼎来代表贵族身份代表贵族身份。春秋公羊传春秋公羊传记载：天子用记载：天子用9鼎，诸侯用鼎，诸侯用7鼎，卿大夫用鼎，卿大夫用5鼎，士用鼎，士用3鼎或鼎或1鼎。鼎。人类文明第一次将人与工具二者的意义联系起来人类文明第一次将人与工具二者的意义联系起来。青铜礼器青铜礼器鼎鼎 周周 29第29页，本讲稿共85页青铜武器青铜武器越王勾践剑越王勾践剑青铜戈青铜头盔青铜的一个重要用途就是青铜的一个重要用途就是铸造武器铸造武器，如钺、戈、矛、，如钺、戈、矛、戟、刀、剑、弩、镞、盔等。戟、刀、剑、弩、镞、盔等。青铜武器相对于石制和纯铜武器来说，其威力如同枪青铜武器相对于石制和纯铜武器来说，其威力如同枪炮对刀戟，当军队和战争成为一个国家的暴力机器和炮对刀戟，当军队和战争成为一个国家的暴力机器和手段的时候，手段的时候，青铜以它青铜以它4.7倍于纯铜的硬度倍于纯铜的硬度频频向统治贵频频向统治贵族领取赫赫战功。族领取赫赫战功。第30页，本讲稿共85页青铜工具青铜工具青铜斧青铜犁春秋初期，出现大量青铜工具（斧、锯、凿、锥等）春秋初期，出现大量青铜工具（斧、锯、凿、锥等）和青铜农具（锄、铲等）。和青铜农具（锄、铲等）。青铜工具极大促进农业技术的提青铜工具极大促进农业技术的提高，高，相关的冶铸技术获得飞速发展。相关的冶铸技术获得飞速发展。时代时代石器石器铜器铜器铁器铁器新石器时代晚期新石器时代晚期33夏商西周夏商西周2752春秋春秋153战国战国440青铜时代农具统计（青铜时代农具统计（372件）件）31第31页，本讲稿共85页 铜三足鸟铜三足鸟 西周西周 铜奔马铜奔马(马踏飞燕马踏飞燕)汉汉 秦始皇陵铜车马秦始皇陵铜车马秦秦 爵爵 商商 其它青铜制品其它青铜制品32第32页，本讲稿共85页西汉长信宫灯的特点西汉长信宫灯的特点将铸造、表面处理、结构学、环境保护巧妙地将铸造、表面处理、结构学、环境保护巧妙地结合在一起；结合在一起；创创“技术精华技术精华”于一身，集于一身，集“优美实用优美实用”于一于一体；体；青铜表面处理工艺青铜表面处理工艺-鎏金鎏金,即以即以热水银溶解金箔，然后涂附在热水银溶解金箔，然后涂附在铜器表面并蒸干水银，使一层铜器表面并蒸干水银，使一层薄金紧密地附着在器物表面，薄金紧密地附着在器物表面，是一种防止铜器发生氧化的表是一种防止铜器发生氧化的表面处理工艺。面处理工艺。33第33页，本讲稿共85页长信宫灯的功能：长信宫灯的功能：灯座铸成灯座铸成跪姿跪姿的宫女状，跪坐的姿的宫女状，跪坐的姿态态端庄典雅；端庄典雅；宫女的宫女的左臂紧身，左手紧握托座，左臂紧身，左手紧握托座，右臂右臂高抬过顶，稳扶灯罩，刻画出高抬过顶，稳扶灯罩，刻画出宫女宫女尽职尽责尽职尽责的的逼真形象；逼真形象；油灯设计油灯设计别致，托座上装有别致，托座上装有灯碗，灯碗，灯碗上铸有灯碗上铸有油池、灯芯座、转动手油池、灯芯座、转动手柄柄及及半圈弧形壁。半圈弧形壁。34第34页，本讲稿共85页油灯的周边有油灯的周边有槽，槽，可使转门可使转门转动。转动。拨动平板，可使拨动平板，可使灯碗以托座灯碗以托座为轴，绕为轴，绕右袖圆口右袖圆口作近作近360度度转动，使转动，使光照光照方向转动方向转动，拉动拉动转门转门还能改变还能改变遮光角度遮光角度35第35页，本讲稿共85页有有巧妙的消烟灭尘装置。巧妙的消烟灭尘装置。宫灯是宫灯是空心的，空心的，壁厚均匀，壁厚均匀，而且较薄；而且较薄；宫女的右袖连通空心，形成宫女的右袖连通空心，形成一条一条烟道。油烟烟道。油烟及未完全燃及未完全燃烧的烧的残碳残碳由袖部进入腔体内由袖部进入腔体内,碰到腔壁冷却后附着在腔体碰到腔壁冷却后附着在腔体内侧；内侧；宫女的宫女的头部头部是可拆卸的，可是可拆卸的，可定期清除积垢。定期清除积垢。36第36页，本讲稿共85页下面再举几个有影响的青铜文物：下面再举几个有影响的青铜文物：河南安阳晚商遗址出河南安阳晚商遗址出土的土的司母戊大司母戊大方鼎方鼎，商王文丁祭母所用；，商王文丁祭母所用；外形尺寸：高外形尺寸：高133cm，宽，宽78cm，长，长110cm；重量：重量：857kg，是迄今为止世界上最是迄今为止世界上最古老的大型青铜器古老的大型青铜器。分别铸成鼎身、鼎耳、鼎足等部，分别铸成鼎身、鼎耳、鼎足等部，然后合铸成一个整体。然后合铸成一个整体。A.司母戊鼎司母戊鼎37第37页，本讲稿共85页B.B.湖北隋县出土的战国青铜编钟湖北隋县出土的战国青铜编钟共有共有65个个，总重量，总重量2500kg；最大编钟重最大编钟重203kg；最小编钟重仅有最小编钟重仅有2.4kg；编钟编钟全部用青铜铸造；全部用青铜铸造；编钟铸造水平相当高；编钟铸造水平相当高；音侓准确、音色优美；音侓准确、音色优美；曾侯乙编钟曾侯乙编钟38第38页，本讲稿共85页C.四川广汉三星堆遗址介绍四川广汉三星堆遗址介绍遗址位于广汉市南兴镇北遗址位于广汉市南兴镇北南距成都南距成都40公里公里遗址面积达遗址面积达12平方公里平方公里是是四四川川境境内内目目前前所所知知一一处处范范围围最最广广、延延续续时时间间最最长、文化内涵最为丰富的古蜀文化遗址长、文化内涵最为丰富的古蜀文化遗址三星堆博物馆三星堆博物馆39第39页，本讲稿共85页1929年春天，当地农民燕道诚掏水沟时发现一坑精美的玉石年春天，当地农民燕道诚掏水沟时发现一坑精美的玉石器；器；1933年，年，华西大学华西大学美籍教授葛维汉，林名均教授组成美籍教授葛维汉，林名均教授组成考古发掘队，首次对三星堆进行发掘，由此拉开了对三星考古发掘队，首次对三星堆进行发掘，由此拉开了对三星堆的发掘研究历程堆的发掘研究历程1988年大规模发掘，主要由年大规模发掘，主要由四川大学师生参与四川大学师生参与。使三星堆遗址使三星堆遗址名扬四海的是名扬四海的是1986年年7-9月发现两个商代大型祭祀坑，月发现两个商代大型祭祀坑，遗址遗址两坑上千件两坑上千件国宝重器国宝重器轰然显世，震惊世界；轰然显世，震惊世界；被定性为被定性为“古文化、古国遗址古文化、古国遗址”。40第40页，本讲稿共85页三星堆遗址三星堆遗址被誉为世界被誉为世界第第9大奇迹；大奇迹；发掘出大量文物，填补了中国考古学、青铜文化、青铜发掘出大量文物，填补了中国考古学、青铜文化、青铜艺术史上的诸多空白，具有很高的历史价值和艺术价值；艺术史上的诸多空白，具有很高的历史价值和艺术价值；向人们展示了早在三四千年古蜀丰富的物质文化遗存，揭向人们展示了早在三四千年古蜀丰富的物质文化遗存，揭示了示了“开国何茫然开国何茫然”的古代蜀国的文化面貌，把巴蜀早的古代蜀国的文化面貌，把巴蜀早期历史向前推期历史向前推1000多年；多年；揭示了中华民族起源的多元性；揭示了中华民族起源的多元性；41第41页，本讲稿共85页验验证证了了传传说说中中的的古古蜀蜀王王鱼鱼凫凫氏氏和和杜杜宇宇氏氏的的历历史史是是真实可信的；真实可信的；雄雄辩辩的的证证明明商商周周时时期期的的古古蜀蜀国国已已有有高高度度发发达达的的青青铜文化；铜文化；古蜀王杜宇古蜀王杜宇杜鹃暮春至，哀杜鹃暮春至，哀哀叫其间。我见哀叫其间。我见常再拜，重是古常再拜，重是古帝魂。帝魂。杜甫杜甫杜鹃杜鹃 42第42页，本讲稿共85页三星堆青铜文物三星堆青铜文物文物出土文物出土轰动整个世界，轰动整个世界，品种多，铸造水平高；品种多，铸造水平高；有有的的文文物物只只有有4mm厚厚，在在当当时时需需要要有有相相当当高高的的冶冶铸铸技技术；术；青青铜铜冶冶铸铸技技术术和和文文化化艺艺术术相相当当发发达达，否否定定了了古古蜀蜀国国文文化化比中原文化发展缓慢；比中原文化发展缓慢；43第43页，本讲稿共85页四川广汉三星堆青铜文物四川广汉三星堆青铜文物 商代晚期铸造商代晚期铸造金面平顶人头像金面平顶人头像 人头像人头像头上冠形物似遥感天线，是否用来头上冠形物似遥感天线，是否用来接收接收宇宙的神秘信号宇宙的神秘信号？青铜兽面青铜兽面44第44页，本讲稿共85页青铜龙夔柱形器，青铜龙夔柱形器，高高41.1cm,宽宽15.56cm青铜人面具青铜人面具青铜鹰头铃青铜鹰头铃45第45页，本讲稿共85页迄今为止发现的世界上最大的青铜面具是迄今为止发现的世界上最大的青铜面具是1986年从三星年从三星堆堆2号祭祀坑内出土的，号祭祀坑内出土的，重约重约100公斤、高约公斤、高约80厘米、厘米、宽宽138厘米厘米。46第46页，本讲稿共85页青铜人立像青铜人立像国宝级文物，目前世界上最国宝级文物，目前世界上最大最完整的青铜人立像，号大最完整的青铜人立像，号称称“铜像之王铜像之王”青铜神树青铜神树造型巧夺天工，树干高造型巧夺天工，树干高384cm，是目前世界上最早、树株最，是目前世界上最早、树株最高的青铜神树高的青铜神树47第47页，本讲稿共85页（4 4）铁器）铁器铁铁是是地地球球上上储储量量居居于于第第三三的的元元素素（前前两两位位为为硅、铝），来源于大型恒星的聚变。硅、铝），来源于大型恒星的聚变。中中国国同同埃埃及及、美美索索不不达达米米亚亚等等古古国国一一样样，对对铁的认识都是从铁的认识都是从陨铁陨铁开始的。开始的。陨铁陨铁世界最早的铁器赫梯世界最早的铁器赫梯铁器铁器48第48页，本讲稿共85页青铜器到铁器并不是偶然的青铜器到铁器并不是偶然的铜的精炼带动铁的冶炼；铜的精炼带动铁的冶炼；赤铁矿赤铁矿(Fe2O3)与赤铜矿与赤铜矿(CuO)极为相似，青铜冶极为相似，青铜冶炼所需的炼所需的高温和还原气氛，为一氧化碳与铁矿石高温和还原气氛，为一氧化碳与铁矿石接触还原金属铁创造极为有利的条件接触还原金属铁创造极为有利的条件；青铜熔炼时，为造渣和降低熔点，往往加入青铜熔炼时，为造渣和降低熔点，往往加入氧化氧化铁作为熔剂铁作为熔剂，直接为铁矿石还原积累经验；，直接为铁矿石还原积累经验；49第49页，本讲稿共85页铁戈铁戈铁农具铁农具铁器的崛起宣告青铜退出历史舞台：铁器的崛起宣告青铜退出历史舞台：铁铁制制农农具具的的强强度度和和硬硬度度比比铜铜高高，更更加加耐耐用用；铁铁制制农农具具来来源源广广泛泛，价价格格便便宜宜，迅迅速速占占领领生生产产资资料料市市场场，对对农农业业生生产产有有更更大大的的促促进进作作用。用。铁铁制制盔盔甲甲比比铜铜制制盔盔甲甲轻轻，增增加加战战士士的的灵灵活活性性；铁铁制制兵兵器器比比铜铜制制兵兵器器轻轻巧巧、锋锋利利和和耐耐用用，因因而而铁铁制制装装备备大大大大提提高高军军队队的的战战斗斗力，迅速占领军备材料市场。力，迅速占领军备材料市场。50第50页，本讲稿共85页中国在春秋战国时期发明了生铁冶铁技术，用铁水浇铸中国在春秋战国时期发明了生铁冶铁技术，用铁水浇铸农具、工具，大量使用。农具、工具，大量使用。中国最早关于使用铁制工具的文字记载是中国最早关于使用铁制工具的文字记载是左传左传中的中的晋国铸铁鼎。晋国铸铁鼎。晋国铁鼎晋国铁鼎左传左传昭公二十九年，晋赵秧、荀寅率昭公二十九年，晋赵秧、荀寅率师城汝滨，以铸刑鼎，著范宣子所为师城汝滨，以铸刑鼎，著范宣子所为刑刑书书焉。焉。秦始皇秦始皇收天下之兵聚之咸阳，销锋铸收天下之兵聚之咸阳，销锋铸以为金人十二。以为金人十二。51第51页，本讲稿共85页中国古代的大型铸铁件：中国古代的大型铸铁件：河北沧州铁狮河北沧州铁狮五代后周广顺三年（公元五代后周广顺三年（公元953年）铸造。年）铸造。总高总高5.4米，头高米，头高1.5米。米。身长身长6.8米，宽米，宽3米，总重量达米，总重量达40吨吨。52第52页，本讲稿共85页湖北当阳铁塔湖北当阳铁塔宋朝嘉祐六年宋朝嘉祐六年(公元公元1061年年)铸造。铸造。铁塔高七丈，重铁塔高七丈，重106600斤斤，由基座、，由基座、塔身及塔顶组成。塔身及塔顶组成。塔身塔身13层，每层均有平座、塔身和腰檐；层，每层均有平座、塔身和腰檐；腰檐上铸有瓦垄、屋檐；檐角上铸有凌腰檐上铸有瓦垄、屋檐；檐角上铸有凌空的龙首。空的龙首。铁塔的基座和塔身上铸有许多神态各铁塔的基座和塔身上铸有许多神态各异的佛像及纹饰，基座八角各立一金异的佛像及纹饰，基座八角各立一金刚武士。刚武士。53第53页，本讲稿共85页山西晋祠铁人山西晋祠铁人北宋绍圣四年（公元北宋绍圣四年（公元1097年）铸造年）铸造铸造属于分节、叠铸而成铸造属于分节、叠铸而成高高2米以上米以上河南南阳汉代冶铁遗址出土的河南南阳汉代冶铁遗址出土的铁斧铁斧直径直径2米左右米左右隋朝铸造的隋朝铸造的大铁佛像大铁佛像，高，高70尺尺河南登封大铁人河南登封大铁人铁人铸于铁人铸于公元公元1064年年每尊铁人高达十一尺余每尊铁人高达十一尺余54第54页，本讲稿共85页铁器的广泛使用使人类的工具制造进入了一个全新的领域，铁器的广泛使用使人类的工具制造进入了一个全新的领域，生产力得到极大提高生产力得到极大提高。战国初期，中农食五人；战国晚期，中农食七人；战国初期，中农食五人；战国晚期，中农食七人；人口：夏朝人口：夏朝-1355万，西汉万，西汉-5959万；万；粮食亩产：战国粮食亩产：战国-85斤，西汉斤，西汉-120斤；斤；粮食年产：以人均口粮粮食年产：以人均口粮500斤计算，西汉粮食年产量达到斤计算，西汉粮食年产量达到300亿斤；亿斤；强汉盛唐强汉盛唐坚实的农业基础，很大程度依靠铁制农具和铁制坚实的农业基础，很大程度依靠铁制农具和铁制工具的推广使用。工具的推广使用。铁器使一些民族从原始社会发展到奴隶社会，也推动铁器使一些民族从原始社会发展到奴隶社会，也推动一些民族脱离奴隶制的枷锁而进入封建社会。一些民族脱离奴隶制的枷锁而进入封建社会。铁器应用的意义铁器应用的意义55第55页，本讲稿共85页含含碳碳量量在在P-E之之间间的的铁铁碳碳合金为钢。合金为钢。距距今今1800年年前前出出现现两两步步炼炼钢钢技技术术，即即先先炼炼成成铁铁，再炼成钢。再炼成钢。直直到到19世世纪纪前前半半期期，人人类类始始终终生生活活在在“铁铁器器时时代代”。Fe-C合金相图合金相图（5）钢）钢56第56页，本讲稿共85页我国古代最早炼钢法可追溯到我国古代最早炼钢法可追溯到春秋战国时期春秋战国时期，以海绵，以海绵状块炼铁为原料经加热渗碳，碳由表及里渗入，然后状块炼铁为原料经加热渗碳，碳由表及里渗入，然后反复进行锻打，形成反复进行锻打，形成渗碳钢渗碳钢。这种方法不要特殊设备，也不要复杂技术，易于实现，这种方法不要特殊设备，也不要复杂技术，易于实现，成为中国最早的炼钢方法。成为中国最早的炼钢方法。河北易县燕下都出土一些渗碳钢器物，如剑、戟、矛河北易县燕下都出土一些渗碳钢器物，如剑、戟、矛等，经检验均为含碳量不同的钢制成。等，经检验均为含碳量不同的钢制成。燕下都遗址，今保定市易燕下都遗址，今保定市易县城东南县城东南 57第57页，本讲稿共85页两汉是中国古代炼钢技术的大发展时期，如生铁脱碳钢、两汉是中国古代炼钢技术的大发展时期，如生铁脱碳钢、炒钢、炒钢、百炼钢百炼钢等都是在这个时期发展的。等都是在这个时期发展的。“何意百炼刚，化为绕指柔何意百炼刚，化为绕指柔”(晋刘琨诗，慷慨激昂的韵晋刘琨诗，慷慨激昂的韵调中透出无限凄凉的意绪，将英雄失落的百端感慨表达得感调中透出无限凄凉的意绪，将英雄失落的百端感慨表达得感人至深人至深)汉军主战兵器汉军主战兵器-环首长刀（环首长刀（百炼钢打制）百炼钢打制）58第58页，本讲稿共85页现代炼钢起始于现代炼钢起始于1856年英国人年英国人HBessemer发明的发明的酸性酸性底吹转炉底吹转炉炼钢法，该法首次解决大规模生产液态钢的问题，炼钢法，该法首次解决大规模生产液态钢的问题，奠定近代炼钢工艺方法的基础。奠定近代炼钢工艺方法的基础。由于空气与铁水直接作用，由于空气与铁水直接作用，Bessemer法具有很快的冶法具有很快的冶炼速度，成为当时主要的炼钢方法。炼速度，成为当时主要的炼钢方法。HBessemerBessemer在舍菲尔德开办的炼钢厂在舍菲尔德开办的炼钢厂 59第59页，本讲稿共85页1879年年12月月29日，一列火车经过苏格兰泰河大铁桥时，大日，一列火车经过苏格兰泰河大铁桥时，大桥坍塌，桥坍塌，78人丧生。桥断的主要原因是所用铸铁存在的铸人丧生。桥断的主要原因是所用铸铁存在的铸造缺陷和材质问题等。造缺陷和材质问题等。血的教训使人们正视到当时已能大规模生产的血的教训使人们正视到当时已能大规模生产的钢是更适合钢是更适合的工程材料的工程材料，于是，钢轨、钢桥、钢船、钢枪、钢炮等逐，于是，钢轨、钢桥、钢船、钢枪、钢炮等逐步取代了铸铁。步取代了铸铁。泰河大桥泰河大桥60第60页，本讲稿共85页1910年发明的年发明的工具钢工具钢W18Cr4V有很高的硬度温度达到有很高的硬度温度达到600也不下降，大大提高刀具耐用度，使机床切削速也不下降，大大提高刀具耐用度，使机床切削速度成倍增长，被誉为度成倍增长，被誉为“高速钢高速钢”，对机械工业的发展起了，对机械工业的发展起了极其重要的推动作用。极其重要的推动作用。不锈钢不锈钢的发明是钢铁发展史上又一项重大成就，从的发明是钢铁发展史上又一项重大成就，从20世世纪纪20年代开始工业规模生产，为化学工业的发展做出重大年代开始工业规模生产，为化学工业的发展做出重大贡献。贡献。高速钢刀具高速钢刀具不锈钢容器不锈钢容器61第61页，本讲稿共85页艾菲尔铁塔艾菲尔铁塔钢的应用钢的应用旧金山金门大桥旧金山金门大桥建筑建筑设备设备62第62页，本讲稿共85页（6）有色金属）有色金属近代以来，人们除发展钢铁材料以外，还进一步发展近代以来，人们除发展钢铁材料以外，还进一步发展金、银、铜、钛、铝、镁、钼金、银、铜、钛、铝、镁、钼等有色金属及其合金材等有色金属及其合金材料。料。有色金属资源的开发和利用，不只是对钢铁材料的补充，更有色金属资源的开发和利用，不只是对钢铁材料的补充，更重要的是可发挥和开发钢铁材料不具备的各种特殊性能。重要的是可发挥和开发钢铁材料不具备的各种特殊性能。在特定领域中，还必须采用有色金属才能最大限度满足现在特定领域中，还必须采用有色金属才能最大限度满足现代科技对材科性能提出的要求。代科技对材科性能提出的要求。63第63页，本讲稿共85页20世纪上半叶，世纪上半叶，Al合金强度提高到合金强度提高到700MPa(合金化和合金化和时效强化时效强化)，其比强度，其比强度(强度强度/密度密度)为为2.64106cm，是，是钢钢(0.61106cm)的的4倍多倍多(达到同样强度达到同样强度Al合金用量只合金用量只需钢的需钢的1/4)，这对结构材料来说无疑是一个飞跃。，这对结构材料来说无疑是一个飞跃。没有高比强度没有高比强度Al合金，就没有现代航天航空成就。合金，就没有现代航天航空成就。铝合金铝合金64第64页，本讲稿共85页铝合金车体铝合金材料铝合金航空材料铝合金轮毂65第65页，本讲稿共85页有色金属重要用途。有色金属重要用途。喷气发动机、火箭、煤炭、石油化工等现代化工业技术所需喷气发动机、火箭、煤炭、石油化工等现代化工业技术所需超耐热合金超耐热合金(高温高温Ni基合金基合金)；电力、电工、电子工业所需要的导体材料、电阻和仪表材料电力、电工、电子工业所需要的导体材料、电阻和仪表材料(Cu基合金基合金)；原子能发电和核技术所需要的原子能发电和核技术所需要的核燃料核燃料和和稀有金属稀有金属Be、Nb、Zr、Hf、V等等；大规模集成电路和计算机所需要的大规模集成电路和计算机所需要的Au、Ag等良导体等良导体和和Ga、In、Ge等半导体等半导体；高性能永磁材料所需要的高性能永磁材料所需要的Nd、Pr、Dy等稀土金属等稀土金属，这些都需要有色金属材料，其具有的特殊物理效应是这些都需要有色金属材料，其具有的特殊物理效应是钢铁材料无法替代的。钢铁材料无法替代的。66第66页，本讲稿共85页铜衬电路板稀土NdFeB永磁合金锆壳核燃料管镁合金发动机部件67第67页，本讲稿共85页（7)高分子材料高分子材料人类文明出现以来，高分子材料就一直陪伴人们。人类文明出现以来，高分子材料就一直陪伴人们。天然高分子天然高分子(丝、皮、毛等丝、皮、毛等)从远古就被人发现利用。从远古就被人发现利用。不断改进加工技术，将棉、麻、丝、皮、毛等用于建筑、工具、不断改进加工技术，将棉、麻、丝、皮、毛等用于建筑、工具、纺织、造纸、制衣制革等；纺织、造纸、制衣制革等；把植物体内的把植物体内的“树脂树脂”(树流出的油脂树流出的油脂)用于涂料、粘合剂、药物和用于涂料、粘合剂、药物和溶剂等。溶剂等。天然橡胶丝绸68第68页，本讲稿共85页质量轻、自重小质量轻、自重小穿梭于太空的宇宙飞船、射程上万公里的战略导弹除要求有强大的推穿梭于太空的宇宙飞船、射程上万公里的战略导弹除要求有强大的推力系统外，质轻、耐烧蚀、高强度的壳体材料也十分重要。力系统外，质轻、耐烧蚀、高强度的壳体材料也十分重要。高分子材料的密度在高分子材料的密度在0.9-2.3g/cm3之间，对要求减轻自重的飞机、之间，对要求减轻自重的飞机、导弹、人造卫星、宇宙飞船有特殊意义。导弹、人造卫星、宇宙飞船有特殊意义。由高分子粘合剂与聚丙烯晴制成的由高分子粘合剂与聚丙烯晴制成的高强度、高模量碳纤维复高强度、高模量碳纤维复合材料合材料成为这些飞行器理想的壳体成为这些飞行器理想的壳体。波音波音787是世界上首款主体结构采用碳是世界上首款主体结构采用碳纤维复合材料制造的大型客机纤维复合材料制造的大型客机奔驰奔驰SLR跑车车身由碳纤维复合材料制成，跑车车身由碳纤维复合材料制成，车速可达车速可达334公里公里/小时小时 69第69页，本讲稿共85页良好的电绝缘性能良好的电绝缘性能常用塑料的体积电阻率高达常用塑料的体积电阻率高达1016-1020.cm，低，低密度聚密度聚乙烯乙烯的介电强度