第四章新材料技术罗
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金属陶瓷是由一种或几种陶瓷相与 金属相或合金所组成的复合材料
第四章新材料技术罗
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5．材料的智能化阶段 自然界中的材料都具有自适应、自诊断合资修复的功 能。如所有的动物或植物都能在没有受到绝对破坏的 情况下进行自诊断和修复。人工材料目前还不能做到 这一点。但是近三四十年研制出的一些材料已经具备 了其中的部分功能。这就是目前最吸引人们注意的智 能材料，如形状记忆合金、光致变色玻璃等等。尽管 近10余年来，智能材料的研究取得了重大进展，但是 离理想智能材料的目标还相距甚远，而且严格来讲， 目前研制成功的智能材料还只是一种智能结构。
第四章新材料技术罗
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如上所述，在20世纪中，材料经历了五个发展阶段中 的三个阶段，这种发展速度是前所未有的。总的说来， 本世纪材料科学的发展有以下几个特点:超纯化（从 天然材料到合成材料）、量子化（从宏观控制到微观 和介质控制）、复合化（从单一到复合）及可设计化 （从经验到理论）。 当前，高技术新材料的发展日新月异，材料科学的内 涵也日益丰富，21世纪会出现什么样的高技术材料， 材料科学又将发展到何种程度，我们很难预料。
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9
材料学科发展至今日，追溯其历史相关性，它主要是来自冶 金与化工。 虽然现在物理、化学、电子、能源、信息、建筑等许多学科 领域都有致力于研究材料的学术内容，但它们都只偏重于某 些特定的材料或材料四要素中的一个。针对多数材料，较多 地涉及四要素中主要方面的学科只有冶金与化工。 而面对所有材料，面向所有四个要素，特别是它们之间关系 的学科则只有“材料科学与工程”。
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3
1．使用纯天然材料的初级阶段
在原古时代，人类只能使用பைடு நூலகம்然材料（如兽皮、甲骨、
羽毛、树木、草叶、石块、泥土等），相当于人们
通常所说的旧石器时代。这一阶段，人类所能利用
的材料都是纯天然的，在这一阶段的后期，虽然人
类文明的程度有了很大进步，在制造器物方面有了
种种技巧，但是都只是纯天然材料的简单加工。
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当前的材料
从使用要求：多样化、复合化、智能化、高性能 从 应 用：结构材料—功能材料—结构/功能一体化材料 从 材 料：金属（合金）--金属间化合物—金属/非金
属化合物—金属/非金属复合材料—非金属 复合材料 从组织结构：多晶—单晶—微晶—纳米晶—非晶 从形态尺度：块体—薄膜—线材（一维）
第四章
新材料技术
第四章新材料技术罗
1
材料是指用来加工成器件、结构件或其他可供使用的 物质。新材料是那些新近发展或正在发展之中的具有比 传统材料的性能更为优异的一类材料。新材料的发展与 新技术密切相关，并且是多种学科相互交叉和渗透的结 果。新材料是新技术发展的必要物质基础，是当代新技 术革命的先导。
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人工合成塑料、合成纤维及合成橡胶等合成高分子材料 的出现，加上已有的金属材料和陶瓷材料（无机非金属 材料）构成了现代材料的三大支柱。除合成高分子材料 以外，人类也合成了一系列的合金材料和无机非金属材 料。超导材料、半导体材料、光纤等材料都是这一阶段 的杰出代表。 从这一阶段开始，人们不再是单纯地采 用天然矿石和原料，经过简单的煅烧或冶炼来制造材料， 而且能利用一系列物理与化学原理及现象来创造新的材 料。
和陶瓷等等。
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3．利用物理与化学原理合成材料的阶段 20世纪初，随着物理学和化学等科学的发展以及各种检 测技术的出现，人类一方面从化学角度出发，开始研究 材料的化学组成、化学键、结构及合成方法，另一方面 从物理学角度出发开始研究材料的物性，就是以凝聚态 物理、晶体物理和固体物理等作为基础来说明材料组成、 结构及性能间的关系，并研究材料制备和使用材料的有 关工艺性问题。 由于物理和化学等科学理论在材料技术中的应用，从而 出现了材料科学。在此基础上，人类开始了人工合成材 料的新阶段。这一阶段以合成高分子材料的出现为开端， 一直延续到现在，而且仍将继续下去。
20世纪中叶以来，世界各国对新材料的研究和开发 都十分重视，出现了一个“材料革命”的新时代。当前 人类进入知识经济时代，材料与信息、能源并称为现代 科学技术的三大支柱，成为现代科学技术发展的物质基 础。
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2
第一节 材料技术发展简史 材料的历史与人类史一样久远。从考古学的角度，人类
文明曾被划分为旧石器时代、新石器时代、青铜器 时代、铁器时代等，由此可见材料的发展对人类社 会的影响。材料也是人类进化的标志之一，任何工 程技术都离不开材料的设计和制造工艺，一种新材 料的出现，必将支持和促进当时文明的发展和技术 的进步。 从人类的出现到20世纪的今天，人类的文明程度不断提 高，材料及材料科学也在不断发展。在人类文明的 进程中，材料大致经历了以下五个发展阶段。
图 是材料、冶金及化工学科与现代材料领域的关系。它显 示，大部分新型材料仍然位于三大学科的交汇范围。
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10
金属材料制备加工 的冶金过程及其相关
冶金
化工
有机、无机材料 制备、合成的化 学过程及其相关
②
⑤⑥ ⑦⑧⑨
④
③⑩
①
⑦⑾
材料
材料 加工、制备、 合成、测试、 表征、总体
①金属结构材料 ②陶瓷结构材料 ③碳/碳结构材料 ④高分子结构材料 ⑤超导材料 ⑥生物材料 ⑦磁性材料 ⑧光/声材料 ⑨电子材料 ⑩催化材料 ⑾机电材料
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4．材料的复合化阶段 20世纪50年代金属陶瓷的出现标志着复合材料时代的 到来。随后又出现了玻璃钢、铝塑薄膜、梯度功能材料 以及最近出现的抗菌材料的热潮，都是复合材料的典型 实例。它们都是为了适应高新技术的发展以及人类文明 程度的提高而产生的。到这时，人类已经可以利用新的 物理、化学方法，根据实际需要设计独特性能的材料。
2．人类单纯利用火制造材料的阶段
这一阶段横跨人们通常所说的新石器时代、铜器时代和
铁器时代，也就是距今约10000年前到20世纪初的一
个漫长的时期，并且延续至今，它们分别以人类的
三大人造材料为象征，即陶、铜和铁。这一阶段主
要是人类利用火来对天然材料进行煅烧、冶炼和加
工的时代。例如人类第四用章新天材料然技术罗的矿土烧制陶器、砖瓦
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5．材料的智能化阶段 自然界中的材料都具有自适应、自诊断合资修复的功 能。如所有的动物或植物都能在没有受到绝对破坏的 情况下进行自诊断和修复。人工材料目前还不能做到 这一点。但是近三四十年研制出的一些材料已经具备 了其中的部分功能。这就是目前最吸引人们注意的智 能材料，如形状记忆合金、光致变色玻璃等等。尽管 近10余年来，智能材料的研究取得了重大进展，但是 离理想智能材料的目标还相距甚远，而且严格来讲， 目前研制成功的智能材料还只是一种智能结构。
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如上所述，在20世纪中，材料经历了五个发展阶段中 的三个阶段，这种发展速度是前所未有的。总的说来， 本世纪材料科学的发展有以下几个特点:超纯化（从 天然材料到合成材料）、量子化（从宏观控制到微观 和介质控制）、复合化（从单一到复合）及可设计化 （从经验到理论）。 当前，高技术新材料的发展日新月异，材料科学的内 涵也日益丰富，21世纪会出现什么样的高技术材料， 材料科学又将发展到何种程度，我们很难预料。
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材料学科发展至今日，追溯其历史相关性，它主要是来自冶 金与化工。 虽然现在物理、化学、电子、能源、信息、建筑等许多学科 领域都有致力于研究材料的学术内容，但它们都只偏重于某 些特定的材料或材料四要素中的一个。针对多数材料，较多 地涉及四要素中主要方面的学科只有冶金与化工。 而面对所有材料，面向所有四个要素，特别是它们之间关系 的学科则只有“材料科学与工程”。
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1．使用纯天然材料的初级阶段
在原古时代，人类只能使用பைடு நூலகம்然材料（如兽皮、甲骨、
羽毛、树木、草叶、石块、泥土等），相当于人们
通常所说的旧石器时代。这一阶段，人类所能利用
的材料都是纯天然的，在这一阶段的后期，虽然人
类文明的程度有了很大进步，在制造器物方面有了
种种技巧，但是都只是纯天然材料的简单加工。
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当前的材料
从使用要求：多样化、复合化、智能化、高性能 从 应 用：结构材料—功能材料—结构/功能一体化材料 从 材 料：金属（合金）--金属间化合物—金属/非金
属化合物—金属/非金属复合材料—非金属 复合材料 从组织结构：多晶—单晶—微晶—纳米晶—非晶 从形态尺度：块体—薄膜—线材（一维）
第四章
新材料技术
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材料是指用来加工成器件、结构件或其他可供使用的 物质。新材料是那些新近发展或正在发展之中的具有比 传统材料的性能更为优异的一类材料。新材料的发展与 新技术密切相关，并且是多种学科相互交叉和渗透的结 果。新材料是新技术发展的必要物质基础，是当代新技 术革命的先导。
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人工合成塑料、合成纤维及合成橡胶等合成高分子材料 的出现，加上已有的金属材料和陶瓷材料（无机非金属 材料）构成了现代材料的三大支柱。除合成高分子材料 以外，人类也合成了一系列的合金材料和无机非金属材 料。超导材料、半导体材料、光纤等材料都是这一阶段 的杰出代表。 从这一阶段开始，人们不再是单纯地采 用天然矿石和原料，经过简单的煅烧或冶炼来制造材料， 而且能利用一系列物理与化学原理及现象来创造新的材 料。
和陶瓷等等。
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3．利用物理与化学原理合成材料的阶段 20世纪初，随着物理学和化学等科学的发展以及各种检 测技术的出现，人类一方面从化学角度出发，开始研究 材料的化学组成、化学键、结构及合成方法，另一方面 从物理学角度出发开始研究材料的物性，就是以凝聚态 物理、晶体物理和固体物理等作为基础来说明材料组成、 结构及性能间的关系，并研究材料制备和使用材料的有 关工艺性问题。 由于物理和化学等科学理论在材料技术中的应用，从而 出现了材料科学。在此基础上，人类开始了人工合成材 料的新阶段。这一阶段以合成高分子材料的出现为开端， 一直延续到现在，而且仍将继续下去。
20世纪中叶以来，世界各国对新材料的研究和开发 都十分重视，出现了一个“材料革命”的新时代。当前 人类进入知识经济时代，材料与信息、能源并称为现代 科学技术的三大支柱，成为现代科学技术发展的物质基 础。
第四章新材料技术罗
2
第一节 材料技术发展简史 材料的历史与人类史一样久远。从考古学的角度，人类
文明曾被划分为旧石器时代、新石器时代、青铜器 时代、铁器时代等，由此可见材料的发展对人类社 会的影响。材料也是人类进化的标志之一，任何工 程技术都离不开材料的设计和制造工艺，一种新材 料的出现，必将支持和促进当时文明的发展和技术 的进步。 从人类的出现到20世纪的今天，人类的文明程度不断提 高，材料及材料科学也在不断发展。在人类文明的 进程中，材料大致经历了以下五个发展阶段。
图 是材料、冶金及化工学科与现代材料领域的关系。它显 示，大部分新型材料仍然位于三大学科的交汇范围。
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10
金属材料制备加工 的冶金过程及其相关
冶金
化工
有机、无机材料 制备、合成的化 学过程及其相关
②
⑤⑥ ⑦⑧⑨
④
③⑩
①
⑦⑾
材料
材料 加工、制备、 合成、测试、 表征、总体
①金属结构材料 ②陶瓷结构材料 ③碳/碳结构材料 ④高分子结构材料 ⑤超导材料 ⑥生物材料 ⑦磁性材料 ⑧光/声材料 ⑨电子材料 ⑩催化材料 ⑾机电材料
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4．材料的复合化阶段 20世纪50年代金属陶瓷的出现标志着复合材料时代的 到来。随后又出现了玻璃钢、铝塑薄膜、梯度功能材料 以及最近出现的抗菌材料的热潮，都是复合材料的典型 实例。它们都是为了适应高新技术的发展以及人类文明 程度的提高而产生的。到这时，人类已经可以利用新的 物理、化学方法，根据实际需要设计独特性能的材料。
2．人类单纯利用火制造材料的阶段
这一阶段横跨人们通常所说的新石器时代、铜器时代和
铁器时代，也就是距今约10000年前到20世纪初的一
个漫长的时期，并且延续至今，它们分别以人类的
三大人造材料为象征，即陶、铜和铁。这一阶段主
要是人类利用火来对天然材料进行煅烧、冶炼和加
工的时代。例如人类第四用章新天材料然技术罗的矿土烧制陶器、砖瓦