第一章_材料合成与制备前言与绪论.ppt

《第一章_材料合成与制备前言与绪论.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第一章_材料合成与制备前言与绪论.ppt（85页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、Chapter5 Preparation of MaterialsPreparation of Materials材料制备技术材料制备技术王王王王 娟娟娟娟 娟娟娟娟1l课程介绍课程介绍 材材料料已已成成为为当当今今科科学学技技术术和和社社会会发发展展的的重重要要支支柱柱，材材料料科科学学与与基基础础科科学学亦亦日日益益融融合合形形成成了了新新的的边边沿沿科科学学材材料料化化学学和和材材料料物物理理。在在该该专专业业本本科科生生大大三三的的第第二二学学期期开开设设材材料料合合成成这这门门课课，旨旨在在将将同同学学们们在在大大学学初初期期的的知知识识模模块块融融和和在在一一起起，是是专专业业培培

2、养养的的很很重重要要的的一一个个环环节节，也也是是对对大大学学所所学学知知识识的的一一次次汇汇总总应应用用，是是理理论论知知识识与与实实践践结结合合的的一一次次训训练练，属属于于综综合合性性质质很很强强的的高高级级专专业业课课，共共32学学时时，讲讲课课28，实实验验4。通通过过学学习习，要要求求学学生生掌掌握握几几种种材材料料的的制制备备技技术术，理理解解其其制制备备原原理理，知知道道所所用用的的主主要要仪仪器器设设备备和和基基本本实实验验思思路路、知知道道不不同同制制备备方方法法的的特特点点，扩扩大大视视野野，最最终终学学会自己设计实验，合成材料会自己设计实验，合成材料。2l学习方式学习方

3、式 课课程程以以课课堂堂讲讲授授为为主主，配配有有实实验验课课程程，同同时时可可通通过过查查阅阅文文献献及及课课堂堂讨讨论论等等形形式式，借借以以促促进进学学生生了了解解并并学学习习材材料料化化学学和和材材料料物物理理领领域域内内材材料料合合成成的的基基本本方方法法以以及及理理论论，同时掌握一些新的材料合成技术。同时掌握一些新的材料合成技术。34材材料料制制备备化学合成工艺技术Chapter5 Preparation of Materialsl课程重点及学习内容课程重点及学习内容 单晶制备单晶制备 非晶材料的制备非晶材料的制备 薄膜制备技术薄膜制备技术 复复合合材材料料及及其其制制备备技技术术

4、（高高聚聚物物基基、金属基、陶瓷基）金属基、陶瓷基）结构陶瓷结构陶瓷 功能陶瓷功能陶瓷 电电子子陶陶瓷瓷通通讯讯器器件件（压压电电陶陶瓷瓷变变压压器器、扬声器扬声器)生产技术生产技术 功能高分子制备技术功能高分子制备技术 纳米合成技术纳米合成技术4l 参考资料参考资料 1、教材：、教材：曹曹茂茂盛盛等等主主编编，材材料料合合成成与与制制备备方方法法，哈哈尔尔滨滨工业大学出版社，工业大学出版社，2001年年8月。月。2、其它信息库：、其它信息库：课堂课堂 图书馆图书馆（各章所需的参考书将会在每章列出来）（各章所需的参考书将会在每章列出来）网络网络 实验课程中实验课程中5l课程考察与成绩评定课程考

5、察与成绩评定 总评积分公式为总评积分公式为 100701020，即，即 总评考试成绩总评考试成绩 实验成绩平时成绩实验成绩平时成绩 1、考试成绩、考试成绩 常规闭卷，满分常规闭卷，满分100，占，占70 2、实验成绩、实验成绩 试验老师给出，满分试验老师给出，满分100，占，占10 3、平时成绩平时成绩 到课情况、课堂听讲、回答问题到课情况、课堂听讲、回答问题 情况为主，满分情况为主，满分100，占，占206 绪绪 论论1 1、材料的定义、材料的定义通俗定义：通俗定义：材料是原料中取得的生产物质的原料。材料是原料中取得的生产物质的原料。材材料料是是制制成成成成品品的的东东西西。例例如如：高高分

6、分子子、金属、陶瓷等等。金属、陶瓷等等。7国内外国内外3 3部大型辞书对材料的定义：部大型辞书对材料的定义：Longman Dictionary朗曼词典朗曼词典 anything from which something is or may be made。Oxford Advanced LearnerEnglish-Chinese Dictionary that of which something is can be made or which something is done。材料的专业涵义材料的专业涵义8辞海辞海：把把自自然然界界经经过过开开采采而而获获得得的的劳劳动动对对象象称称为

7、为原原料料。因因此此，自自然然存存在在的的，而而未未经经过过人人类类任任何何劳劳动动输输入入的的就就不不能能称称为为原原料料。例例如如，开开采采出出来来的的矿矿物物是是冶冶金金的的原原料料，种种植植出出来来的的小小麦麦是是制制造造面面粉粉的的原原料料，单单采采掘掘工工业业中中就就没没有有原原料，而自身长出也未收割的小麦就不是原料。料，而自身长出也未收割的小麦就不是原料。同同样样，在在加加工工工工业业中中，一一般般把把来来自自采采掘掘工工业业和和农农业业的的劳劳动动对对象象称称为为原原料料，把把经经过过工工业业加加工工的的原原料料（如如钢钢铁铁、水泥）称为水泥）称为材料材料，而材料和原料合称为，

8、而材料和原料合称为原材料原材料。9 辞海辞海定义可以总结为定义可以总结为 原料原料 材料材料经过人类劳动而经过人类劳动而取得的取得的劳动对象劳动对象 经过二次加经过二次加工的工的原料原料10上述定义的欠缺上述定义的欠缺共性 3个定义都指出了：材料是用来制作 某种物件或完成某一事情的。差异 两种英文定义均未能指出材料使用过 程中本质方面的变化。辞海的定义虽 然阐明了原料和材料之间的联系和区 别，但也没有指出材料在使用中本质 的变化。11l使用这些定义在实际中带来不便使用这些定义在实际中带来不便 如如 化工品烧碱化工品烧碱(NaOH)？按定义应是材料，但类似不胜枚举的化工产品都是原料。按定义应是材

9、料，但类似不胜枚举的化工产品都是原料。来自采掘工业的沙石、木材等等？来自采掘工业的沙石、木材等等？按定义似乎应是原料，但习惯上将其归入建筑材料。按定义似乎应是原料，但习惯上将其归入建筑材料。l思考？思考？食盐在加工中失去了其原质，食盐在加工中失去了其原质，烧碱在应用于其它化工加工烧碱在应用于其它化工加工过程时，也要失去原质，而食盐和烧碱一般都被看作是化过程时，也要失去原质，而食盐和烧碱一般都被看作是化工原料，故原料在加工中一般均失去了原质。工原料，故原料在加工中一般均失去了原质。12 因此，现代材料学可以如此来定义材料：因此，现代材料学可以如此来定义材料：经经过过人人类类劳劳动动获获得得的的、

10、在在进进一一步步的的加加工工过过程程中中仍仍然然保保持持原原质质的的劳劳动动对对象象称称为为材材料料（Materials）。例例例例如如如如：钢钢钢钢铁铁铁铁、金金金金属属属属、陶陶陶陶瓷瓷瓷瓷、木木木木材材材材等。等。等。等。原原料料（Raw materials）：潜潜入入了了劳劳动动价价值值，但但在在以以后后应应用用中中原原质质会会发发生生变变化化的的劳动对象。劳动对象。如烧碱、中和反应所用的盐酸等化工原料。如烧碱、中和反应所用的盐酸等化工原料。如烧碱、中和反应所用的盐酸等化工原料。如烧碱、中和反应所用的盐酸等化工原料。132 2、材料的分类、材料的分类从从来源来源上分，材料可以分为：上分

11、，材料可以分为：天然的天然的木材，石料木材，石料 合成合成化学纤维，塑料，金属，陶瓷化学纤维，塑料，金属，陶瓷 半天然半天然纸张，布料纸张，布料14按照材料的按照材料的化学属性化学属性可以分可以分有机高分子材料有机高分子材料黑色金属黑色金属 （铁、锰、铬及其合金）（铁、锰、铬及其合金）有色金属有色金属金属材料金属材料单晶形态单晶形态多晶形态。新型陶瓷材料（多晶形态。新型陶瓷材料（New Ceramics）或精细陶瓷（）或精细陶瓷（Fine Ceramics）。）。以脂肪族或芳香族的以脂肪族或芳香族的C-CC-C共价键为基础共价键为基础结构的大分子组成。一般又分为塑料、结构的大分子组成。一般又分

12、为塑料、橡胶和纤维。橡胶和纤维。复合材料复合材料金属、无机非金属和有机高分子材料金属、无机非金属和有机高分子材料等有机结合等有机结合无机非金属材料无机非金属材料15 “杂化材料杂化材料”从从80年年代代开开始始，日日本本理理部部化化学学研研究究所所山山田田瑛瑛、雀雀部部博博之之等等人人，在在应应用用化化学学学学科科中中提提出出“杂杂化化”（hybrid）的的概概念念 两两种种以以上上不不同同种种类类的的有有机机、无无机机和和金金属属材材料料在在原原子子、分分子子水水平平上上杂杂化化，从从而而产产生生具具有有新新型型原原子子、分分子子集集合合结结构构的的物物质质，属于分子复合材料的范畴属于分子复

13、合材料的范畴。构构造造机机制制：离离子子界界面面消消失失，完完全全结结晶晶化化，因因此此这种材料具有许多新的性能和用途。这种材料具有许多新的性能和用途。16按材料的按材料的性能性能分类分类 任任何何材材料料在在使使用用过过程程中中都都能能提提供供可可利利用用的的某某种种或某些功能。根据这些性能可以将材料分为或某些功能。根据这些性能可以将材料分为2大类：大类：结构材料（结构材料（Structural material）以以力力学学性性能能，如如受受力力形形变变、脆脆性性断断裂裂和和强强度度等等作作为为应应用用性性能能，具具有有抵抵抗抗外外力力作作用用而而保保持持自自己己的的形形状状、结结构构不不

14、变变的的特特点点。如如制制造造工工具具、机机器器、车车辆辆用用的的钢钢铁铁材材料料，建建筑筑房房屋屋、桥桥梁梁和和铁铁路路用用的的混混凝土材料。凝土材料。17功能材料（功能材料（Functional material）：）：指指具具有有优优良良的的电电学学、磁磁学学、光光学学、热热学学、声声学学、力力学学、化化学学和和生生物物学学功功能能及及相相互互转转化化的的性性能能，被被用用于于非非结结构构目目的的高高技技术术材材料料。如如光光致致变变色色材材料料、电电致致变变色色、形形状状记记忆忆材材料料等等。此此概概念念1965年年由由美美国国贝贝尔尔研研究究所所的的J.A.Morton博博士士提提出

15、出，现现已已被被各国材料界重视和接受。各国材料界重视和接受。18功能材料的功能及其示例功能材料的功能及其示例热学性能热学性能热容、热传导、热稳定；热容、热传导、热稳定；光学性能光学性能与光的作用、吸光、发光和透光性；与光的作用、吸光、发光和透光性；电学性能电学性能导电、介电和压电性等；导电、介电和压电性等；磁学性能磁学性能永磁、硬磁、软磁等；永磁、硬磁、软磁等；化学性能化学性能反应性、催化等；反应性、催化等；生物功能生物功能适应、生物活性、保健等。适应、生物活性、保健等。19注意：一种材料属于结构材料还是功能材注意：一种材料属于结构材料还是功能材注意：一种材料属于结构材料还是功能材注意：一种材

16、料属于结构材料还是功能材 料，由使用料，由使用料，由使用料，由使用 目的决定。目的决定。目的决定。目的决定。举例：举例：弹性材料弹性材料 应用力学性能应用力学性能用于非结构目的用于非结构目的 属于功能材料；属于功能材料；结构陶瓷结构陶瓷 应用力学性能应用力学性能用于结构目的用于结构目的 属于结构材料；属于结构材料；普通玻璃普通玻璃 应用力学性能应用力学性能用于结构目的用于结构目的 属于结构材料；属于结构材料；特种玻璃特种玻璃 应用光学性能应用光学性能用于非结构目的用于非结构目的 属于功能材料。属于功能材料。20按材料的按材料的化学组成化学组成分类分类材材料料有机材料有机材料无机材料无机材料木材

17、木材石材石材人工晶体人工晶体高性能陶瓷高性能陶瓷化学纤维化学纤维塑料塑料钢材钢材砖瓦砖瓦纸张纸张布料布料陶器陶器21金属材料金属材料非金属材料非金属材料高分子材料高分子材料复合材料复合材料金属结构材金属结构材料料金属功能金属功能材料材料新型陶瓷新型陶瓷材料材料特种特种玻璃玻璃超耐热合金超耐热合金非晶合金非晶合金轻质合金等轻质合金等导电材料导电材料形状记忆形状记忆 合金合金贮氢合金贮氢合金超导合金超导合金电气陶瓷电气陶瓷工程陶瓷工程陶瓷超硬陶瓷超硬陶瓷敏敏感感元元件件陶瓷陶瓷快快离离子子导导体体纳米陶瓷纳米陶瓷优优异异机机械械性性能能特种玻璃特种玻璃导电性能玻璃导电性能玻璃光学性能玻璃光学性能玻

18、璃耐耐辐辐射射性性能能玻玻璃璃集成电路材料集成电路材料磁记录材料磁记录材料人工单晶材料人工单晶材料塑塑料料、橡橡胶胶、纤维纤维涂料、粘合剂涂料、粘合剂工程高分子工程高分子功功能能高高分分子子材材料料液晶材料液晶材料纤纤维维增增强强材材料料聚聚合合物物基基复复合材料合材料金金属属基基复复合合材料材料无无机机基基复复合合材料材料新材料体系的新材料体系的混合分类法混合分类法22根据根据性质性质分类分类 物理性质物理性质高强、超塑性、高温、低温、导高强、超塑性、高温、低温、导电、半导体、绝缘、绝热等电、半导体、绝缘、绝热等 其它功能性质其它功能性质结构材料、功能材料结构材料、功能材料按按技术成熟程度技

19、术成熟程度及及发展前景发展前景划分划分 传统材料，如普通金属、钢铁、有机物传统材料，如普通金属、钢铁、有机物 新型材料，如智能材料、传感材料、光纤等新型材料，如智能材料、传感材料、光纤等233 3 材料的发展历程材料的发展历程 第第一一代代为为天天然然材材料料 在在原原始始社社会会生生产产技技术术水水平平低低下下，人人类类使使用用的的材材料料只只能能是是自自然然界界的的动动物物、植植物物和和矿矿物物，主主要要的的工工具具是棍棒，用石料加工的磨制石器。是棍棒，用石料加工的磨制石器。24 第第二二代代为为烧烧炼炼材材料料 烧烧炼炼材材料料是是烧烧结结材材料料和和冶冶炼炼材材料料的的总总称称。人人类

20、类用用天天然然的的矿矿土土烧烧结结砖砖瓦瓦和和陶陶瓷瓷，制制出出了了玻玻璃璃和和水水泥泥，这这些些都都属属于于烧烧结结材材料料；从从各各种种天天然然的的矿矿石石中中提炼铜、铁等金属，则属于冶炼材料。提炼铜、铁等金属，则属于冶炼材料。25 5500BC，天然，天然金与铜被用作工具与武器金与铜被用作工具与武器 人类开始了金属的使用人类开始了金属的使用265000BC，熔炼和锤击改变了铜熔炼和锤击改变了铜 的性能，金属材料开始发展的性能，金属材料开始发展 274000BC，通过金属铸造工艺通过金属铸造工艺-人们得到了人们得到了 他们需要的形状。他们需要的形状。最早的模铸件最早的模铸件-一个铜制杖头一

21、个铜制杖头 283500BC，从矿石中提炼铜从矿石中提炼铜-冶金业的黎明冶金业的黎明 这张埃及古墓壁画这张埃及古墓壁画这张埃及古墓壁画这张埃及古墓壁画是人类冶金业的最是人类冶金业的最是人类冶金业的最是人类冶金业的最早纪录之一早纪录之一早纪录之一早纪录之一 293000BC，青铜的使用，青铜的使用-制造合金制造合金 青铜：第一种合金青铜：第一种合金青铜：第一种合金青铜：第一种合金 30 1450BC，铁的发现铁的发现 注：人类最早发现和使用的铁是陨铁（含铁量较高的铁、钴、镍等注：人类最早发现和使用的铁是陨铁（含铁量较高的铁、钴、镍等注：人类最早发现和使用的铁是陨铁（含铁量较高的铁、钴、镍等注：人

22、类最早发现和使用的铁是陨铁（含铁量较高的铁、钴、镍等金属的混合物）。在约公元前金属的混合物）。在约公元前金属的混合物）。在约公元前金属的混合物）。在约公元前15001500年左右，埃及和美索不达米亚开年左右，埃及和美索不达米亚开年左右，埃及和美索不达米亚开年左右，埃及和美索不达米亚开始有炼铁业：至公元前始有炼铁业：至公元前始有炼铁业：至公元前始有炼铁业：至公元前10001000年左右，铁器才基本上从日常用具中排年左右，铁器才基本上从日常用具中排年左右，铁器才基本上从日常用具中排年左右，铁器才基本上从日常用具中排挤了铜器而占统治地位、中国商代铜钺上就镶铸有铁刃，表明中国挤了铜器而占统治地位、中国

23、商代铜钺上就镶铸有铁刃，表明中国挤了铜器而占统治地位、中国商代铜钺上就镶铸有铁刃，表明中国挤了铜器而占统治地位、中国商代铜钺上就镶铸有铁刃，表明中国在公元前在公元前在公元前在公元前10001000多年就熟悉了铁的锻造性能。化学符号多年就熟悉了铁的锻造性能。化学符号多年就熟悉了铁的锻造性能。化学符号多年就熟悉了铁的锻造性能。化学符号FeFe来自铁的拉来自铁的拉来自铁的拉来自铁的拉丁文名丁文名丁文名丁文名ferrumferrum。31 1886AD，电化学，电化学方法冶炼铝，使铝方法冶炼铝，使铝成为一种常用金属。成为一种常用金属。32 1856AD，英国发明家贝塞麦，英国发明家贝塞麦（Henry

24、Bessemer，18131898）发明了钢铁冶炼的专利）发明了钢铁冶炼的专利贝塞麦转炉炼钢法贝塞麦转炉炼钢法，在铸造炉中熔，在铸造炉中熔化铁时使用鼓风设备，利用空气即化铁时使用鼓风设备，利用空气即可除去铁水中的碳，炼出熟铁或低可除去铁水中的碳，炼出熟铁或低碳钢。贝塞麦法的诞生使钢铁制品碳钢。贝塞麦法的诞生使钢铁制品性能大大改观而成本也降低不少，性能大大改观而成本也降低不少，这在冶金发展史上具有划时代的意这在冶金发展史上具有划时代的意义，标志着早期工业革命义，标志着早期工业革命“铁时代铁时代”向向“钢时代钢时代”的演变。的演变。贝塞麦曾任英国钢铁学会主席，贝塞麦曾任英国钢铁学会主席，1879年

25、当选为英国皇家学会会员年当选为英国皇家学会会员 33继次之后，继次之后，继次之后，继次之后，炼铁的需要促使了炼铁的需要促使了炼铁的需要促使了炼铁的需要促使了鼓风机与熔炉鼓风机与熔炉鼓风机与熔炉鼓风机与熔炉的发明的发明的发明的发明 廉价的冶铁业廉价的冶铁业廉价的冶铁业廉价的冶铁业 34第三代材料为合成材料第三代材料为合成材料 在在20世纪初期出现了化工合成产品，其中合成塑料、世纪初期出现了化工合成产品，其中合成塑料、合成橡胶和合成纤维已广泛地是用于生产和生活中。合成橡胶和合成纤维已广泛地是用于生产和生活中。从从1907年第一个小型酚醛树脂厂建立，到年第一个小型酚醛树脂厂建立，到1927年第年第一

26、个热塑性聚氯乙烯塑料的生产实现商品化，一个热塑性聚氯乙烯塑料的生产实现商品化，1930年建立了聚合物概念后，聚合物工业迅猛发展起来，年建立了聚合物概念后，聚合物工业迅猛发展起来，这一领域的进展经历了新型塑料和合成纤维的深入研这一领域的进展经历了新型塑料和合成纤维的深入研究（究（1950-1970年）、工程塑料、聚合物合金、功年）、工程塑料、聚合物合金、功能聚合物材料的工业化（能聚合物材料的工业化（1970-1980年）、分子设年）、分子设计、高性能、高功能聚合物的合成（计、高性能、高功能聚合物的合成（1990年）等几年）等几个发展进程个发展进程。351939 1939 尼龙商业发展迅速发展尼龙

27、商业发展迅速发展高分子材料发展的关键时期高分子材料发展的关键时期 36 第四代第四代可设计的材料可设计的材料 并不满足于现有的材料，而是出现了根据实际需要并不满足于现有的材料，而是出现了根据实际需要而设计的具有特殊性能的材料，如而设计的具有特殊性能的材料，如金属陶瓷、铝塑薄膜金属陶瓷、铝塑薄膜等复合材料属于这一类。等复合材料属于这一类。第五代第五代智能材料，现代功能材料智能材料，现代功能材料 是近三、四十年来研制的一类新型功能材料，它们随是近三、四十年来研制的一类新型功能材料，它们随时间、环境的变化改变自己的性能或形状，好像具有智时间、环境的变化改变自己的性能或形状，好像具有智能。例如能。例如

28、自修复材料自修复材料、形状记忆材料等形状记忆材料等就属于这一类，就属于这一类，后者已开展在金属、高分子和复合材料领域内，应用广后者已开展在金属、高分子和复合材料领域内，应用广泛，极大地丰富和方便了现代航天、工业和医疗技术。泛，极大地丰富和方便了现代航天、工业和医疗技术。3738形状记忆合金形状记忆合金在军事和航天工业方面的应用在军事和航天工业方面的应用月面天线月面天线Chapter6 Metallic Materials3839 在工程方面的应用在工程方面的应用形状记忆合金管接口Chapter6 Metallic Materials3940Advantages形状记忆合金作紧固件、连接件的优势

29、：形状记忆合金作紧固件、连接件的优势：夹紧力大，接触密封可靠，避免了由于焊夹紧力大，接触密封可靠，避免了由于焊 接而产生的冶金缺陷；接而产生的冶金缺陷；适于不易焊接的接头；适于不易焊接的接头；金属与塑料等不同材料可以通过这种连接金属与塑料等不同材料可以通过这种连接 件连成一体；件连成一体；安装时不需要熟练的技术。安装时不需要熟练的技术。Chapter6 Metallic Materials4041 在医疗方面的应用在医疗方面的应用记忆型记忆型NiTi牙弓丝牙弓丝Chapter6 Metallic Materials脊柱矫形棒、人工关节、人造心脏、美体内衣等。4142Examples形状记忆合金

30、套管连接的铝合金假肢形状记忆合金套管连接的铝合金假肢形状记忆合金制成的血栓过滤器形状记忆合金制成的血栓过滤器Chapter6 Metallic Materials4243 形状记忆式热发动机形状记忆式热发动机形状记忆用于热发动机的原理形状记忆用于热发动机的原理Chapter6 Metallic Materials4344Examples美国人发明的镍钛诺尔热机美国人发明的镍钛诺尔热机JChapter6 Metallic Materials4445偏心曲柄型热机偏心曲柄型热机涡轮型热机涡轮型热机 Chapter6 Metallic Materials4546自控元件原理自控元件原理Chapter

31、6 Metallic Materials46474.4 SMAChapter6 Metallic Materials双程双程 CuZnAl 记忆合金弹簧记忆合金弹簧 47484.4 SMA双程双程 CuZnAl 记忆合金花记忆合金花Chapter6 Metallic Materials4849ExamplesTiNi 记忆合金眼镜架记忆合金眼镜架Chapter6 Metallic Materials超弹性超弹性耐腐蚀性耐腐蚀性重量轻重量轻494 材料与人类社会的关系材料与人类社会的关系 材料是人类社会进步的物质基础和先导，是人类进步的材料是人类社会进步的物质基础和先导，是人类进步的里程碑。里程

32、碑。（1）材料和人类社会发展关系密切）材料和人类社会发展关系密切50燧燧石石，这这种种容容易易制制成成工工具具的的石石头头，开始了制陶业的发展。开始了制陶业的发展。从从人人类类社社会会发发展展来来看看，使使用用材材料料经历了三大里程碑：经历了三大里程碑：石石器器时时代代：以以石石头头制制造造工工具具。可可以以划划分分为为旧旧石石器器时时代代（公公元元前前23百百万万年年至至约约1万万年年,从从原原始始部部落落到到母母系系社社会会）、中中石石器器时时代代（公公元元前前约约1万万年年至至78千千年年）、新新石石器器时时代代（公公元元前前78千千年年至至6千千年年）。这这期期间间，我我们们的的祖祖先

33、先以以石石器器为为主主要要工工具具，在在寻寻找找石石器器的的过过程程中中认认识识了了矿矿石石，发发明明了了火火，制制造造了了第第1种种人人造造材材料料陶陶，并并在在烧烧陶陶过过程程中中发发展展了了冶冶铜铜术术，开创了冶金技术。开创了冶金技术。（2）材料的使用程度是人类社会发展的里程碑）材料的使用程度是人类社会发展的里程碑515500BC天天然然金金与与铜铜被被用用作作工工具具与武器，开始了人类金属的使用。与武器，开始了人类金属的使用。铜铜器器时时代代：人人类类大大量量制制造造和和使使用用第第2种种人人造造材材料料“红红铜铜”和和“青青铜铜”。“红红铜铜”时时代代约约在在公公元元前前45千千年年

34、，即即原原始始社社会到奴隶社会初期；会到奴隶社会初期；“青青铜铜”时时代代约约在在我我国国商商周周时时代代和和私私有有制制建建立立的前夜。的前夜。523500BC 从矿石中提炼铜从矿石中提炼铜-冶金业的黎明冶金业的黎明 埃及的古墓壁画是人类冶金业的最早纪录之一埃及的古墓壁画是人类冶金业的最早纪录之一 531450BC 1450BC 铁的发现铁的发现铁的发现铁的发现 铁铁器器时时代代：人人类类制制造造和和使使用用第第3种种人人造造材材料料铸铸铁铁，此此后后是是钢钢铁铁工工业业的的迅迅猛猛发发展展,成成为为18世世纪纪产产业业革革命命的重要内容和物质基础。的重要内容和物质基础。人人类类社社会会发发

35、展展到到20世世纪纪中中叶叶以以来来，科科学学技技术术突突飞飞猛猛进进，日日新新月月异异，作作为为发发明明之之母母和和产产业业粮粮食食的的新新材材料料研研制制更更是是异异常常活活跃跃，出出现现了了称称之之为为聚聚合合物物时时代代、半半导导体体时时代代、先先进进陶陶瓷瓷时时代代和和复复合合材材料料时时代代等等种种种种提提法法。在在当当前前新新技技术术革革命命涉涉及及整整个个国国际际社社会会的的浪浪潮潮冲冲击击下下，人人类类进进入入了了一一个个材料革命的新时代。材料革命的新时代。541950S1950S，高温合金的发展，掺镍合金促进了，高温合金的发展，掺镍合金促进了，高温合金的发展，掺镍合金促进了

36、，高温合金的发展，掺镍合金促进了喷气发动机的发展。喷气发动机的发展。喷气发动机的发展。喷气发动机的发展。55（3）生活和工业中的材料科学）生活和工业中的材料科学 材材料料是是人人类类社社会会赖赖以以生生存存和和发发展展、征征服服自自然然和和改改造造自自然然的的物物质质基基础础。因因此此，材材料料是是社社会会进进步步的的物物质质基基础础和和先先导导，是是人人类类社社会会进进步步的的里里程程碑碑。纵纵观观人人们们利利用用材材料料的的历历史史，可可以以清清楚楚地地看看到到，每每一一种种重重要要的的新新材材料料的的发发展展和和应应用用，都都把把人人类类支支配配自自然然的的能能力力提提高高到到一一个个新

37、新水水平平。材材料料科科学学技技术术的的每每一一次次重重大大突突破破都都会会引引起起生生产产技技术术的的革革命命，大大大大加加速速社社会会发发展展的的进进程程，给给社社会会生生产产和和人人们们生生活活带带来来巨巨大大的的变变化化，把把人人类类物物质质文明推向前进。文明推向前进。复合材料铁器材料铜器材料石器材料56生活中的材料科学生活中的材料科学 钛结构自行车架的断面结构钛结构自行车架的断面结构 钛钢的焊接钛钢的焊接 57生命科学材料生命科学材料 1832年以来美国牙科协会一直年以来美国牙科协会一直使用专用的汞合金，它通常有使用专用的汞合金，它通常有下列材料组成：下列材料组成：50%Hg 汞汞

38、20%（最少）（最少）Ag 银银 15%（最多）（最多）Cu 铜铜 15%（最多）（最多）Sn 锡锡最近有一些病人抱怨口腔中发最近有一些病人抱怨口腔中发生电化学反应会生电化学反应会导致金属合金导致金属合金的分解。的分解。58 解决方案之一就是开发填补龋齿的新材料。口腔中特殊的解决方案之一就是开发填补龋齿的新材料。口腔中特殊的物理及化学环境对置入其中的材料是一个严峻的考验。具物理及化学环境对置入其中的材料是一个严峻的考验。具体来讲，它需要满足下列要求：体来讲，它需要满足下列要求：耐口腔中的酸；耐口腔中的酸；低热导率（这对你吃冷饮有好处）；低热导率（这对你吃冷饮有好处）；经得住数年的咀嚼力；经得住

39、数年的咀嚼力；耐骤冷骤热；耐骤冷骤热；当然还要口感舒适。当然还要口感舒适。59航空材料航空材料 718718合合合合金金金金被被被被广广广广泛泛泛泛的的的的用用用用于于于于制制制制造造造造飞飞飞飞机机机机发发发发动动动动机机机机的的的的压压压压缩缩缩缩机机机机、叶叶叶叶片片片片及及及及紧紧紧紧固固固固件件件件。图图图图示示示示为为为为GE90-92B GE90-92B 发发发发动动动动机机机机在在在在车车车车间间间间起起起起重重重重机机机机上上上上接接接接受受受受最最最最后后后后的的的的检检检检查查查查。这这这这种种种种发发发发动动动动机机机机即即即即将将将将装装装装备备备备在在在在新新新新型

40、型型型的的的的波波波波音音音音777777客机上。客机上。客机上。客机上。60复合材料复合材料 61高高高高强强强强钢钢钢钢：将将将将是是是是未未未未来来来来汽汽汽汽车车车车的的的的中中中中坚坚坚坚力力力力量量量量。近近近近来来来来，钢钢钢钢铁铁铁铁工工工工业业业业已已已已经经经经开开开开发发发发出出出出一一一一种种种种汽汽汽汽车车车车用用用用钢钢钢钢，比比比比原原原原先先先先的的的的轻轻轻轻24%24%，而而而而强强强强度度度度高高高高34%34%。新新新新型型型型钢钢钢钢材材材材的的的的优点是：优点是：优点是：优点是：高撞击能量吸收率；高撞击能量吸收率；高撞击能量吸收率；高撞击能量吸收率；

41、高强度高强度高强度高强度-质量比；质量比；质量比；质量比；实用新型制造工艺；实用新型制造工艺；实用新型制造工艺；实用新型制造工艺；可以有多种不同性能可以有多种不同性能可以有多种不同性能可以有多种不同性能(寿命寿命寿命寿命长、防锈等）。长、防锈等）。长、防锈等）。长、防锈等）。62 用耐磨聚酯材料用耐磨聚酯材料取代传取代传统轮胎材料，可以和钢统轮胎材料，可以和钢或铝制轮胎一决高下。或铝制轮胎一决高下。该轮胎的优点可不仅仅该轮胎的优点可不仅仅是时髦漂亮，而且聚酯是时髦漂亮，而且聚酯材料提供了优良的抗腐、材料提供了优良的抗腐、耐磨损性能，可以有效耐磨损性能，可以有效的抑制化学物对轮胎的的抑制化学物对

42、轮胎的侵蚀。侵蚀。新型耐磨材料新型耐磨材料631960s 制作越来越小的硅芯片制作越来越小的硅芯片 64 19661966年，一位英籍华人高琨博士发表一年，一位英籍华人高琨博士发表一年，一位英籍华人高琨博士发表一年，一位英籍华人高琨博士发表一篇著名的论文，首次提出，解决玻璃纯度篇著名的论文，首次提出，解决玻璃纯度篇著名的论文，首次提出，解决玻璃纯度篇著名的论文，首次提出，解决玻璃纯度和成分问题，就能够得到光传输衰减很小和成分问题，就能够得到光传输衰减很小和成分问题，就能够得到光传输衰减很小和成分问题，就能够得到光传输衰减很小的玻璃纤维，并指出提高玻璃的纯度可以的玻璃纤维，并指出提高玻璃的纯度可

43、以的玻璃纤维，并指出提高玻璃的纯度可以的玻璃纤维，并指出提高玻璃的纯度可以减少光传播过程中的损耗。减少光传播过程中的损耗。减少光传播过程中的损耗。减少光传播过程中的损耗。19701970年美国康年美国康年美国康年美国康宁公司将这一科研成果开发为商品，用高宁公司将这一科研成果开发为商品，用高宁公司将这一科研成果开发为商品，用高宁公司将这一科研成果开发为商品，用高纯石英玻璃制造出了现代纯石英玻璃制造出了现代纯石英玻璃制造出了现代纯石英玻璃制造出了现代光导纤维光导纤维光导纤维光导纤维。这种。这种。这种。这种光纤是一种比头发还细的高纯度玻璃丝光纤是一种比头发还细的高纯度玻璃丝光纤是一种比头发还细的高纯

44、度玻璃丝光纤是一种比头发还细的高纯度玻璃丝,一一一一根细丝就能同时传输根细丝就能同时传输根细丝就能同时传输根细丝就能同时传输20002000路通话，并且不路通话，并且不路通话，并且不路通话，并且不失真、不受环境干扰、不易被窃听、还传失真、不受环境干扰、不易被窃听、还传失真、不受环境干扰、不易被窃听、还传失真、不受环境干扰、不易被窃听、还传输特别快，光缆一秒钟传输的距离若改用输特别快，光缆一秒钟传输的距离若改用输特别快，光缆一秒钟传输的距离若改用输特别快，光缆一秒钟传输的距离若改用铜缆则要花上铜缆则要花上铜缆则要花上铜缆则要花上2020个小时，快了个小时，快了个小时，快了个小时，快了720007

45、2000倍。倍。倍。倍。光导纤维光导纤维光导纤维奠定了当代信息革命的基础651980s，高温超导体，高温超导的革命时代高温超导体，高温超导的革命时代 6667 汽车由于种种原因在不断发展：燃料短缺，空气污染，全汽车由于种种原因在不断发展：燃料短缺，空气污染，全汽车由于种种原因在不断发展：燃料短缺，空气污染，全汽车由于种种原因在不断发展：燃料短缺，空气污染，全球危机球危机球危机球危机迫使政府对汽车行业加以控制。但是一些汽车制造迫使政府对汽车行业加以控制。但是一些汽车制造迫使政府对汽车行业加以控制。但是一些汽车制造迫使政府对汽车行业加以控制。但是一些汽车制造商已能依仗自力，主动参与到革新中商已能依

46、仗自力，主动参与到革新中商已能依仗自力，主动参与到革新中商已能依仗自力，主动参与到革新中 福特福特福特福特20002000与西纳给与西纳给与西纳给与西纳给20102010，材料科学领域给推进系统（包含，材料科学领域给推进系统（包含，材料科学领域给推进系统（包含，材料科学领域给推进系统（包含内燃，气体涡轮机，及内燃，气体涡轮机，及内燃，气体涡轮机，及内燃，气体涡轮机，及燃料电池等混合电气系统燃料电池等混合电气系统燃料电池等混合电气系统燃料电池等混合电气系统）带来发展。铝合金工艺及低阻缆线）带来发展。铝合金工艺及低阻缆线）带来发展。铝合金工艺及低阻缆线）带来发展。铝合金工艺及低阻缆线等领域的进展将

47、使未来汽车行驶的更远，热耗减少，噪音也将等领域的进展将使未来汽车行驶的更远，热耗减少，噪音也将等领域的进展将使未来汽车行驶的更远，热耗减少，噪音也将等领域的进展将使未来汽车行驶的更远，热耗减少，噪音也将比现在的汽车更小。比现在的汽车更小。比现在的汽车更小。比现在的汽车更小。未来汽车材料未来汽车材料68轿车制造轿车制造69桥梁建造桥梁建造70717273智能传感材料智能传感材料7475机器人制造机器人制造76远程感应材料77摩天大厦与建筑材料78（4）材料与新技术革命材料与新技术革命 新新材材料料的的每每次次使使用用都都引引起起人人类类社社会会的的巨巨大大变变革革和和生生产产力力革革命命。18世

48、世纪纪以以来来世世界界范范围围内内的的生生产产力力变革和技术革命都以新材料使用为龙头：变革和技术革命都以新材料使用为龙头：第第一一次次技技术术革革命命产产业业革革命命 始始于于18世世纪纪的的英英国国产产业业革革命命，使使得得以以手手工工技技术术为为基基础础的的资资本本主主义义工工场场手手工工业业过过渡渡到到采采用用机机器器大大生生产产的的资资本本主主义义工工厂厂制制度度。这这场场工工业业革革命命的的物物质质基基础础是是钢钢铁铁材材料料，而伴随的新技术则是蒸汽机的发明；而伴随的新技术则是蒸汽机的发明；79 第第二二次次技技术术革革命命电电气气革革命命 1879年年爱爱迪迪生生发发明明了了电电灯

49、灯，把把电电力力革革命命的的曙曙光光带带给给了了人人类类，一一系系列列电电气气材材料料相相继继诞诞生生与与广广泛泛应应用用，产产生生了了巨巨大的生产力变革；大的生产力变革；第第三三次次技技术术革革命命电电子子革革命命 20世世纪纪中中叶叶，新新导导电电、导导磁磁材材料料和和半半导导体体材材料料的的发发明明和和应应用用，使使大大规规模模集集成成块块问问世世，带带来来了了计计算算机机的的广广泛泛应应用用，以以及及原原子子能能利利用用，大大大大发发展展了了生生产产力力和和科科学技术；学技术；80 第四次技术革命第四次技术革命 有说法提出：目前正处在有说法提出：目前正处在第四次技术革命的前夜。这次技术

50、革命以第四次技术革命的前夜。这次技术革命以信息信息技术、新材料技术、新能源技术和生物工程技术、新材料技术、新能源技术和生物工程技技术为基础。亦有人把材料、能源和信息科学看术为基础。亦有人把材料、能源和信息科学看作是现代科学技术的三大支柱，而材料科学技作是现代科学技术的三大支柱，而材料科学技术称为三大科学技术支柱之首。术称为三大科学技术支柱之首。81美国商业部对美国商业部对美国商业部对美国商业部对20002000年年年年1212项新型技术的预测项新型技术的预测项新型技术的预测项新型技术的预测项目项目产值产值/亿美元亿美元所占比例所占比例/分类分类先进材料先进材料超导材料超导材料150015005