材料与人类发展

材料与人类发展

作者：李帆机械工程学院机械（硕）21班2120104008

摘要：人类社会的发展进程也是材料使用的一部发展史，材料的发展伴随着整个人类社

会的文明进程。现代工业技术的发展，同样与材料紧密相连。现在人类正处于人工合成材料的新时代。

关键词：发展，焦炭炼铁，机床，纳米材料。

正文：

材料是人类生活中广泛应用的物质，它是社会发展和进步的标志。历史学家根据制造生产工具的材料将人类生活的时代划分为石器时代、青铜时代、和铁器时代。现在人类正处于人工合成材料的新时代，材料的品种、数量和质量已是衡量一个国家技术和国民经济水平以及国防力量的重要标志之一。

人类在地球上出现之后，最早使用的工具是石头，到了原始社会末期，开始使用陶器，制陶技术的发展为炼铜准备了必要条件，在奴隶社会，青铜技术已经得到很大发展。我国的青铜技术虽然晚于古埃及和西亚，始于夏代之前，但发展很快，到了商周时代，青铜冶炼和铸造水平已发展到较高水平。由青铜器过渡到铁器是生产工具的重大发展，对社会进步起到了巨大的推动作用。在此，我们将探讨一下铁器的出现及发展所带来的巨大影响。

我国从春秋战国时期开始大量使用铁器，推动了奴隶社会向封建社会的过渡。到了汉代，先冶铁后炼钢的技术已居于世界领先地位。从西汉到明朝，我国的钢铁技术已经远远超于世界各国，而且钢铁热处理技术也得到很大发展，达到相当高的水平。而到了近代，我国的冶铁技术却日趋没落。因为在十八世纪，一项在冶铁领域的里程碑式的变革使人类进入了“钢铁时代”，这项技术就是焦炭炼铁的发明。

在十七世纪的早期，英国的木材供应已经非常短缺，燃料的匮乏成了阻碍炼铁业发展的主要问题。解决问题的唯一途径就是找到一种合适的燃料代替木炭炼铁。当时，煤炭作为燃料在制砖、玻璃等行业已得到广泛应用，因此，煤炭成为了代替木炭的最佳选择。用煤炭作为燃料看起来简单，然而该过程的实现却花费了半个世纪的时间。著名的英国人杜德利对于用矿煤炼铁进行了多次试验，但却并未获得成功。困扰他的问题在于，用矿煤作为燃料时，煤块燃烧产生的硫会导致贴的热脆性，使铁无法锻造成形。将煤炼成焦炭是解决这一问题的最终办法。

完成这一技术变革的是十八世纪初的英国人达比。达比经过了多次试验，发现焦炭并不如木炭那样容易燃烧。因此，他改变了炼铁高炉的内径使之适应焦炭炼铁，同时为高炉配备了一套新的鼓风设备，改进后的高炉于1709年成功炼出生铁。这是一项里程碑式的变革，它是英国炼铁工业革命的起点，之后一系列的技术变革使得炼铁工业的发展到了一个前所未有的高度，人类由此而进入了“钢铁时代”。

焦炭炼铁的成功实现带来的影响是巨大的。首先，它使得炼铁工业摆脱了对于木炭的依赖，在提高了炼铁效率与质量的同时，极大的保护了森林资源，为环境做出了贡献。同时，焦炭炼铁的成功有效的带动了其他一系列的技术变革，尤其是在动力方面。经过一系列的技术变革之后，炼铁实现了大规模机械化生产，极大地扩大了市场对于铁的需求。由于炼铁对

于燃料的需要，也是的煤矿也有了极大的发展。由于铁产量的提升，使其能够替代木材而广泛的使用在建筑领域。并且，优质廉价的熟铁的大量获得，直接地推动了铁路建设的大发展。总之，这项技术变革的意义是毫无疑问的。

20世纪以来，以硅为代表的半导体材料的出现，为信息技术和自动化技术奠定了基础，加之各种高性能的磁材料以及激光材料与光导纤维等的出现，是人类社会进入了信息时代。21世纪更是现代科技和生产突飞猛进的时代，各行业各领域的不断发展，不仅要求生产更多具有高强度和特殊性能的金属材料，还要求发展更多更好的非金属材料。我所学的专业是机械工程专业，对于机械，则不可能来开材料。对于机械中最基本的机床，我们可以从工程材料在机床中的应用来发现材料对于机械行业不可替代的重要性。

机床是车床、铣床、刨床、磨床、钻床等的总称。它的主要结构由运动源、传动系统、支承件和导轨以及操作系统四部分组成。对于机床的支承件和导轨，齿轮、轴承、丝杠和螺母、螺栓、弹簧、刀具等都由各类性质不同的金属材料加工成。同时，其他的非金属工程材料在机床上也需要用到。塑料和塑料基复合材料用于制作滑动轴承、凸轮和滚子、手柄电器开关等。橡胶和橡胶基复合材料用于制作机床的胶带和密封垫圈。陶瓷材料则用于制造形状简单的不重磨刀片，用其装夹在夹具中对难加工材料制成的零件进行半精加工和精加工。总的来说，没有这些材料，也就没有机床，机床技术的发展在很大的程度上取决于材料的性能，因此，发展材料对于机床领域有着非常重要的作用。

在上一次课上，老师系统的介绍了纳米材料的发展进程，同时通过机械工程材料课程的学习，我们对于纳米材料有了一个初步的认识，对于这种新型材料也充满了好奇。纳米材料是指显微结构尺寸小于100nm，并且具有某些特殊性能的材料。纳米材料具有许多不同于其他宏观材料的优良特性。如:纳米微粒能够完全吸收电磁波，是很好的雷达隐形材料；反应活性增大，如纳米金属微粒在空气中会燃烧；催化效果明显改善；强度明显提高；低温下午热阻，导热性能优良；同时导电性能优良，具有超导性。

奇特的性能使纳米材料具有诱人的广阔应用前景，人们已经或正在开发它的应用，主要涉及电子工业、原子能工业、化学工业以及生物医学等领域。在生物和医学方面，可利用对超细金属颗粒的反应进行微生物分解和发酵的控制以及细胞分离研究等，也可用于研究抗肿瘤药物与致癌物质的作用机制等。

无论是纳米材料还是其他功能材料，对于社会的发展都起着至关重要的作用。对于材料科学的研究，是一个国家发展的前提。我们座位21世纪的学生，更应该多关注这方面的知识，同时，作为一名机械学生，更需要对工程材料的使用有很好的掌握，为以后的发展打下基础。

参考书目：《机械工程材料》西安交通大学沈莲主编

附录：通过一学期的学习，我们对材料与人类文明这门课有非常好的印象。本门课的教

授内容贴近实际，不仅包括对许多重要的传统材料的介绍，还有许多新兴的具有非常大的发展潜力的材料的介绍。使我们充分了解了材料在人类文明发展中所扮演的贯穿始终的重要角色。老师的教授水平相当不错，对各部分内容合理规划，细心讲解，同时不仅仅专注于PPt，而是利用现实中的许多实例进行论证。本门课的课时安排个人觉得有必要在以后适当增加一点课时，能让学生更多的了解这方面的知识。