材料学的伟大时刻

材料科学与工程历史大事件时间意义
最早的烧制陶瓷：发现于摩拉维亚的公元前 28000 材料加工的开始
巴甫洛夫山遗址的以动物和人类为年（推测）
外形的小型雕塑、厚板和圆球，陶瓷
的制作由此开始
最早的冶金学始于远古新石器时代，公元前 8000 年使得石器被更加耐用，多功能的铜
人类开发了装饰性锤延铜材（推测）器所替代
在现代土耳其周边，人们发现可以从公元前 5000 年成为冶金提取术—开发地球矿物宝孔雀石和蓝铜矿中萃取液体铜以及（推测）藏的手段
熔融的金属可铸成不同的形状。

埃及人首次熔炼铁（或许是作为铜精公元前 3500 年揭开了将成为世界主导冶金材料的
炼的一种副产品），微量的铁主要用（推测）第一个制备秘密
于装饰或礼仪。

在现代叙利亚和土耳其地区，金属业公元前 3000 年建立了合金的概念——将两种或以
劳动者发现在铜矿石熔炼前加入锡（推测）上的金属熔合在一起以获得性能优
矿可以制造出青铜器于组分的产物
伊朗西北部人发明了玻璃。

公元前 2200 年成为第二种伟大的非金属工程材料
（推测）（继陶瓷之后）。

中国制陶艺人使用高岭土制备出首公元前 1500 年开始了这种陶瓷的优秀制作工艺和
批精细陶瓷（推测）艺术的历史
近东地区金属业劳动者开发出熔模公元前 1500 年建立了创造和复制复杂冶金结构的
铸造造型工艺（推测）能力
南印度的金属业劳动者发展了坩埚公元前 300 年生产出几百年后成为著名的“大马
炼钢。

（推测）士革”剑钢的“伍兹钢”，激发了数代
工匠、铁匠和冶金学家
中国金属业劳动者开发了铁铸造工公元前 200 年创立了此后数个世纪中国主要制造
艺（推测）铁器的方法
估计是在现代叙利亚、黎巴嫩、约旦公元前 100 年使大、透明且防漏容器的快速制造
和以色列地区的某地，腓尼基人发明（推测）成为可能
了玻璃吹制技术
在印度德里，铁匠锻造并竖起一根高400 年抵抗了超过 1500 年有害环境的影
7 米的铁桩（推测）响，创造了一个长期的材料科学和
考古学共有的研究兴趣
古腾堡（ Johannes Gutenberg）发明了1450 年确立了大众传播的基本技术
一种浇铸在铜合金铸模内、适于批量
高精度印刷出版需求的铅-锡 -锑合
金。

约翰森丰肯（ Johanson Funcken）开1451 年开始了采矿和金属加工回收其他操
发了一种方法，可以从经常混杂的矿作的副产品
石中将银和铅、铜分开。

比林古乔 (Vannoccio Biringuccio) 出1540 年提供了最早的铸造时间的书面说明
版了《火法技艺》 (De La Pirotechnia)
阿格里科拉（ Georgius Agricola ）发1556 年表了《论冶金》。

伽利略在已征询有关造船的问题后1593 年出版 Della Scienza Mechanica （“关于
机械知识”）
列文虎克（ Anton van Leeuwenhoek ）1668 年制做出放大倍数超过 200 倍的光学显（推测）微镜。

达拜（ Abraham Darby I ）发现熔炼铁1709 年鼓风熔炉中，使用焦炭可以有效替代
木炭
在英国，发出了第一个胶的专利（鱼1750 年胶，一种非常明确的粘合剂）
斯米顿（ John Smeaton）发明了现代1755 年混凝土（水凝水泥）。

布鲁纳特利（ Luigi Brugnatelli ）发明1805 年电镀技术
从盐的电解过程，戴维（Sir Humphry 1807 年Davy ）发现了分离出来的钾、钙、锶、
钡和镁金属元素。

奥古斯特（ Auguste Taveau）从银币1816 年和汞之中研制出一种牙科汞合金。

柯西（ Augustin Cauchy ）向法兰西科1822 年学院提出他的应力与应变理论。

尤勒（ Friedrich Wohler ）分离出元素1827 年铝
威廉（ Wihelm Albert ）开发了可作为1827 年采矿悬挂电缆的铁丝绳
古特异（ Charles Goodyear）发明了硫1844 年化橡胶
乔治（ George Audemars）使用的桑树1855 年树皮的内部纤维创造了专利“人造
丝”。

贝西默（ Henry Bessemer）申请了底1856 年吹酸性过程专利。

埃米尔和皮埃尔马丁（ Emile and 1863 年Pierre Martin ）发展西门子马丁平炉
成型。

肖比（Henry Clifton Sorby ）采用光学1863 年显微镜揭示了钢的微观结构
门捷列夫（ Dmitri Mendeleev ）设计1864 年提供了系统而详细说明的 16 世纪矿业和冶金的实践研究
科学地处理了材料的强度问题
使人类能够研究肉眼无法看到的自然世界及其结构。

大大降低了炼铁成本（使大规模生产），减少了毁林地区。

启动了与自然和合成胶粘剂发展的快速更迭。

成为当代的主导建筑材料
开始了广泛运用的功能和装饰用品的工业制造过程。

确立了电冶金和电化学基础。

使可重复且低成本的牙科填充材料成为可能，并确立了金属用于生物材料的最早的例子之一。

提出了最早关于应力的相近的定
义：材料截面单位面积上的载荷
发现了地壳中含量最丰富的金属元素
提出了一种大型建筑和工业超过麻绳的局限性机会指数的飞跃。

使得交通，电力，制造业，以及其他各行各业的有了巨大的进展
引领出人造丝的制造和合成纤维的时代，在纺织制造和材料工业产生深远的影响。

引领出廉价、大吨位炼钢时代，为运输业、建筑物和通用工业带来巨大进步
通过使用煤气灶加热废钢和铁矿石的混合物生产大量的基础钢材 - 帮助使钢铁成为世界上回收率最高的金属。

引领了金属和冶金科学中显微摄影的使用。

成为材料科学家和工程师普遍使用
出元素周期表。

诺贝尔（ Alfred Nobel ）申请炸药的
发明专利
吉布斯（J.Willard Gibbs ）发表《论非均相物质之平衡》著名论文（两部分）的第一部分
威廉姆西门子 (William Siemens)申请弧式电炉专利
皮埃尔（ Pierre Manhes）建造了首个冰铜转换器
的参考工具
1867 年对大规模开采提供了无法估量的帮
助
1876 年为了解现代热力学和物理化学提供
了基础
1878 年引领了现代弧式电炉——现代钢铁
电力生产的原形电炉
1880 年开启了铜制造的现代时期
霍尔（ Charles Martin Hall ）和希鲁特（P aul H éroult ）同时独立地发现氧
化铝可电解还原为铝
马登斯（Adolf Martens ）在研究一组硬合金钢的微观结构时发现，不同于
很少呈现共格条纹的其它低档钢，这种钢具有多种条纹，特别是在不同取向微晶粒的带状区域
皮埃尔（Pierre）和居里（ Marie Curie ）发现放射性
奥斯汀（ William Roberts-Austen ）发展了铁碳相图
布氏（ Johann August Brinell ）开发了一种测试，通过用一个钢球或金刚石
圆锥挤压样品表面来评价金属的硬
度
查尔斯文森特（ Charles Vincent Potter）发展了浮选工艺来将金属硫
化矿与其他无用的矿石分开。

古利特（ Leon Guillet ）发展出第一个不锈钢合金成分
阿尔弗雷德 (Alfred Wilm) 发现了铝合
金的沉淀硬化
贝克兰（ Leo Baekeland ）合成了热硬化的塑料酚醛树脂
威廉姆（ William D. Coolidge ）运用粉末冶金的方法设计了韧性钨丝，用于制造高效，高照明强度的灯丝
欧乃斯（ Kammerlingh Omnes）在研究极低温下纯金属时发现超导性
劳厄（ Max von Laue ）发现晶体的 X 射线衍射。

1886 年提供的铝的大量生产的商业应用基
础
1890 年开始了显微镜用于金属的晶体结构
的辨别，并将这些观察结果与材料
的物理性质相关联
1896 年标志着现代对自发辐射和民用、军
用放射性应用研究的时代的到来。

1898 年开始了对冶金中最重要的相图的工
作，为其他材料系统不可缺少的研
究工具提供了基础。

1900 年建立了（现在仍常用的）一种可靠
的方法来确定的几乎所有材料的硬
度性能。

1901 年开启了从采矿得到的日益难以处理
的低品质矿石中大量获得金属的可
能。

1904 年扩大了在腐蚀环境下使用的钢材的
多功能性
1906 年产生了硬铝——第一高强度的铝合
金
1909 年标志着“塑料时代”和现代塑料工业
的开始
1909 年促进了电灯的迅速扩展并启动了现
代粉末冶金学
1911 年形成了现代高温和低温超导体发现
及由此产生的高性能应用的基础1912 年创建了表征晶体结构的方法，并启
发了布拉格父子 (W. H. Bragg and
W. L. Bragg ) 发展晶体衍射理论，深
阿尔贝索弗尔 (Albert Sauveur) 出版金1912 年相及钢铁热处理。

玻尔（ Niels Bohr ）发表了他的原子1913 年结构模型
柴氏（ Jan Czochralski）发表论文《适1918 年合的金属结晶速率测量新方法》，其
中他描述了金属单晶生长的方法。

格里菲斯（ A.A. Griffith ）发表“固体1920 年的断裂和流变现象”，引出采用能量
平衡原理解释断裂问题
施陶丁格（ Hermann Staudinger）发1920 年表关于聚合物是由共价键结合的短
链分子单元构成的长链
约翰（ John B Tytus ）发明了钢的连续1923 年热轧。

卡尔施罗特尔（ Karl Schroter）发明1923 年硬质合金作为材料的一类。

科尼利厄斯（ Cornelius H. Keller ）申1925 年请专利：硫化烷基黄原酸酯收集器。

海森堡（ Werner Heisenberg）发展了1925 年矩阵力学，薛定谔（ Erwin
Schr?dinger ）创立了波动力学和原子
非相干薛定谔方程
沃尔朗斯伯里塞蒙（ Waldo Lonsbury 1926 年Semon）发明增塑聚氯乙烯（ PVC ）。

迈瑞卡（Paul Merica ）申请在镍 -铬合1926 年金中添加入少量铝制备出首个“超合
金”（高温合金）的专利
克林顿戴维森（ Clinton Davisson ）与1927 年莱斯特革末（ Lester Germer）实验证
实该电子的波动性。

西格弗里德（ Siegfried Junghans）完1927 年善了对有色金属的连铸过程。

阿诺德末菲（ Amold Sommerfeld ）将1927 年量子统计运用到的金属电子德鲁德
模型中，发展了金属自由电子理论。

弗里茨（ Fritz Pfleumer ）申请磁带的1928 年专利
阿恩（ Ame Olander）在金镉合金中1932 年发现了形状记忆效应。

化了晶体结构与材料性能关系的理
解
发表的“加工 -结构 -特性”范例，指导材料科学和工程领域。

介绍了电子在分离的轨道上绕原子
核旋转，而元素的化学性质很大程
度上取决于不同轨道上电子数目的
理论
成为生长高温材料的选择方法，如
半导体芯片工业中的硅晶体。

产生了断裂力学领域
为高分子化学领域的诞生奠定基础
提供了廉价，大规模生产钢片、钢
板的基础
为工具和金属切割行业的主力材料
提供了基础。

开始了硫化物浮选的革命，使原本
无价值的矿藏变为了富矿带
建立了量子力学基础
成为世界上最多功能且广泛使用的
建筑材料之一。

导致喷气发动机的商业化，以及现
代电力涡轮机械效率的提高。

为今天的固态电子学提供必需的基
础工作。

提供了大容量连铸商业开发的基
础。

为金属固体的电子在晶体结构中的
行为创立了一个简单的模型，并帮
助确立了固态理论的基础
确立了数据记录的技术，并引领了
随后的许多发现。

引领了形状记忆合金在医学和其他
应用中的商业化发展
诺尔（ Max Knoll ）和卢斯卡（ Ernst Ruska）建造出首台透射电子显微镜
欧罗万（ Egon Orowan ）、保利
尼（ Michael Polyani ）和泰勒
（ G.I. Taylor）三篇独立的论文提出韧性材料的塑性形变可以依据位错理论解释
卡罗泽（ Wallace Hume Carothers）、希尔（Julian Hill ）和其他研究人员申请聚合物尼龙的专利
埃里希施密特（Erich Schmid）和沃
尔特博厄斯（ Walter Boas ）发
表
Kristallplastizitaet ，详细介绍了对金属单晶的塑性变形的 15 年的研究。

诺曼( Norman de Bruyne) 开发了复合塑料
戈登石，是由酚醛树脂粘结的高档亚
麻纤维组成。

安德烈吉尼尔（ Andre Guinier ）和普
雷斯顿 (G. D. Preston)独立报告在时效硬化的铝铜合金中观察到线条的扩散。

哈恩（ Otto Hahn ）和斯特拉斯曼（Fritz
Strassmann）发现用中子轰击可分裂
铀原子核
奥尔 (Rusell Ohl) 、索斯沃恩（ George
Southworth ）、斯卡夫（Jack Scaff）和塞若（ Henry Theuerer）发现硅存
在 P型和 N 型结构
威廉克罗尔开发出一种经济的提取
钛的过程。

弗兰克斯佩丁（ Frank Spedding）开发出一种由铀金属卤化物提取高纯
度铀的高效过程。

巴丁（ J. Bardeen）、布拉顿（ W. H.
Brattain ）和肖克利（W. Shockley ）发明晶体管。

比尔 (Bill Pfann) 发明了区域提纯
尼克（ Nick Holonyak, Jr. ）开发了第
一个实用可见光光谱发光二极管
（L ED ）。

唐纳德斯图基(S. Donald Stookey) 发1933 年
1934 年
1935 年
1935 年
1937 年
1937 年
1939 年
1939 年
1940 年
1942 年
1948 年
1951 年
1952 年
1952 年
到达新的长度尺度，并改善了对物
质结构的认识。

为现代固体力学的发展提供重要见
解。

大大减少了对丝绸的需求，同时成
为了聚合物快速发展的推动力。

引出对金属的重要性质，塑性变形
的更好的理解
为玻璃纤维的发展铺平道路
引出了对沉淀硬化机制的进一步理
解
确立了核裂变，并引出了其在能源
和原子武器中的应用。

为 8 年后发明的晶体管提供了必要
的先导工作。

确立了生产用于高性能飞机，耐腐
蚀反应堆等产品所需要的高纯钛的
主要手段。

使曼哈顿计划中原子弹的发展成为
可能。

成为所有现代电子学的基石和微芯
片与计算机技术的基础。

使高纯度材料的制备成为可能，例
如改善电子应用中只管重要的半导
体
标志着在半导体器件中使用Ⅲ、 V 族
合金的开始，包括异质结和量子阱异
质结构。

引出了微晶玻璃和康宁锅
现了一种将玻璃物体转化为精细陶瓷的热处理工艺。

在瑞典的一个团队利用高温高压制
造了第一颗人造钻石。

杰拉尔德皮尔逊 (Gerald Pearson)，达里尔查平 (Daryl Chapin) ，和开尔文富勒（ Calvin Fuller ）推出了贝尔太阳能电池 -世界上第一个成功地将太阳光直接转化为电力的装置。

彼得施 (Peter Hirsch) 和同事利用透射电子显微镜试验验证了材料中位错的
存在。

基比（ Jack Kilby ）将电阻器、二极
管和晶体管集成为一个锗的单片集成
电路（即微芯片）
弗兰克 (Frank VerSnyder) 开发了定向凝固柱状晶涡轮叶片
波勒（ Pol Duwez ）使用快速冷却制
造出的金硅合金在室温下保持无定
形。

斯蒂芬妮（ Stephanie Kwolek ）发明了高强度，低重量塑料芳纶
剑桥仪器公司（ Cambridge Instruments ）开发出商业扫描电子显微镜
卡尔（ Karl J. Strnat）和同事在稀土
钴金属间化合物中发现晶体磁各向异性。

拉里亨奇（ Larry Hench ）和他的同事开发整形外科使用的生物活性玻璃。

詹姆斯费加森（ James Fergason）利用扭曲向列场的影响制造了第一个
当代的液晶显示器。

鲍勃毛雷尔（ Bob Maurer），彼得舒尔茨（ Peter Schultz ）和唐纳德凯克（D onald Keck ）发明低损耗光纤。

白川英树（ Hideki Shirakawa ），艾伦麦克德尔米德（ Alan MacDiarmid ）
和艾伦黑格（ Alan Heeger ）宣布导电有机聚合物的发现。

海因里希罗雷尔（Heinrich Rohrer）和格德宾尼（Gerd Karl Bining ）发明了扫描隧道显微镜。

1953 年产生了工业钻石业，运用于机械加
工，电子应用，以及其它各种领域。

1954 年成为了太阳能生产和光电探测技术
的基础。

1956 年不仅明确验证了位错理论，也同时
展示了透射电子显微镜在材料研究
中的巨大作用
1958 年使微处理器和因此产生的高速、高
效、便捷、费用低廉、无处不在的
计算和通信系统称为可能。

1958 年使喷气发动机的性能得以提升，每
年仅燃料成本就为航空公司节省了
数百万美元。

1959 年创建了一个旨在以对分子的理解为
基础设计新材料的新兴学科。

1964 年提高了轮胎，船壳，防弹衣，航空
业部件等的性能
1965 年提供了在比光学显微镜更大的放大
倍数、景深下表面高分辨率成像的
方法。

1966 年引出用钐钴及后来钕 -铁 -硼制作高
性能永磁铁用于电子设备和其他领
域。

1969 年改变了生物材料的模式，使之包括
种植体与宿主组织的界面结合。

1970 年完全重新定义了许多产品和应用，
包括电脑显示器，医疗和工业设备，
以及大量的消费电子产品。

1970 年为完全变革电信的宽带提供了基
础。

1977 年引出平板显示器、有机发光二极管、
太阳能电池板和光放大器的开发利
用。

1981 年提供金属表面的三维原子级图像，
并迅速被广泛用于研究表面粗糙度
和观察表面缺陷。

柯尔（ Robert Curl, Jr），理查德斯莫利 (Richard Smalley) 和哈罗德沃尔特克罗托 (Harold Walter Kroto) 发现一些碳形成 60 原子的球形分子，称为布基球。

朱经武制造了一个超导钇钡铜氧化
物陶瓷。

唐艾格勒（ Don Eigler ）利用扫描隧道电子显微镜用单个氙原子写出了“IBM ”
饭岛澄男（ Sumio Iijima ）发现碳原子呈管状结构排列的纳米管
伊莱（ Eli Yablonovich ）通过在晶体材料表面钻洞使特定波长的光在材
料中无法传播已获得“光子晶体”。

1985 年开启了碳可以组成几乎无数多种结
构的可能性。

1987 年开启超导材料大规模应用的可能性
1989 年证明原子可以被逐个操控，是“自下
而上”生产纳米结构的基础。

1991 年创造了许多重要的结构和非结构的
可能的应用，因为碳纳米管在仅有
钢的六分之一的质量是强度是钢的
100 倍，同时它拥有特殊的热、电
性能
1991 年建立“光子晶体管”的发展基础
比林古乔 (Biringuccio,Vannoccio) （1480～约 1539）
意大利冶金学家。

青年时期周游意大利和德国，考察冶金作业，后在铁矿、锻造厂和兵工厂工作。

1513 年主管造币厂，此后在威尼斯和佛罗伦萨共和国铸造火炮和修建城堡。

1538 年任教皇的铸造厂和兵工厂主
管人。

1540 年在他死后出版了著作《火法技艺》，共10卷，包括金属矿，半矿产品，试金术和矿石熔炼的
准备工作，金、银分离，金、银、铜、铅、锡的合金，巨型塑像和大炮的铸造，熔炉和熔炼金属法，小型
铸件的铸造，其他火法技术，硝石、火药和烟火的制造。

书中附有83 幅木刻图，描绘蒸馏用炉、鼓风设备、钻炮膛和拉丝装置。

《火法技艺》一书保存了早期冶金和无机化学的许多实用资料。