第一讲 材料的发展史.

现代新型材料与纳米材料
New Materials and Nanometer-Materials
第一讲 材料发展历史
什么是材料？其重要意义是什么？
例子：
70－80年代电话－80年代后期的程控电话（进入家庭）
－90年代的光纤通信（个人移动电话的普及） 90年代电脑内存28M－后期到56M－21世纪初的256M －现在的1~2G 磁记录：录像带－VCD－DVD 电视机：显像管－等离子－液晶 手机的变化
• •
阔眉大眼，眼球呈柱状外突，中间有一道箍 似可旋转，极像现代的望远镜
• 巨大的鹰钩鼻，上翘至耳根的大嘴
• 一双猪耳朵状的大耳朵，离奇怪异且巨大的青铜像
真正使三星堆遗址名扬四海的是
• 1986年7-9月两个商代大型祭祀坑的发现 • 遗址两坑上千件国宝重器的轰然显世,震惊了世界 • 被定性为“古文化、古国遗址”
并蒸干水银，使一层薄金紧密地附着 在器物表面，是一种防止铜器发生氧 化的表面处理工艺。
西汉长信宫灯的特点
• 将铸造、表面处理、结构学、环境保护巧妙地结合在
一起； • 创“技术精华”于一身，集“优美实用”于一体；
长信宫灯的功能： • 灯座铸成跪姿的宫女状； • 宫女跪坐的姿态端庄典雅； • 宫女的左臂紧身，左手紧握托座； • 宫女的右臂高抬过顶，稳扶灯罩； • 刻划出宫女尽职尽责的逼真形象；
– 文化内涵最为丰富的古蜀文化遗址
三星堆博物馆
• 1929年春天，当地农民燕道诚掏水沟时发现一坑精美的玉石器 • 1933年，前华西大学美籍教授葛维汉，林名均教授组成考古发 掘队首次对三星堆进行发掘 • 由此拉开了对三星堆半个世纪的发掘研究历程
• 1988年大规模发掘，主要由四川大学师生参与。
三星堆青铜文物
• 油烟及未完全燃烧的残碳由袖部进入头腔内, 碰到腔壁冷却减速以后就会附着在腔体内侧； • 宫女的头部是可拆卸的，可定期清除积垢。
下面再举几个有影响的青铜文物：
河南省安阳晚商遗址出土司母 戊鼎，重量857kg,外形尺寸：长× 宽×高（133×78×110cm），此 鼎重量是迄今为止世界上最古老的 大型青铜器
有更优异的性质或者前所未有的功能来满足人类世世代代
发展中层出不穷的新的需要和追求。
所以，一部人类文明史，从某种意义上说，也可以称之
为世界材料发展史。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的生活带来巨大改变，把 人类社会推向前进。
材料发展的历史演进
• 天然材料
陶瓷
青铜
铁
钢
物质填充，制品形成的气孔较少，这种吸水率小于0.5%
的陶瓷称瓷器。另外，瓷器一般表面有釉，也是属于烧制 产生的玻璃质物质。
瓷器中的材料知识
宋五大名窑（官、哥、汝、定、 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、釉材料的膨 胀系数不同，在冷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。宋以前的瓷器中常有开片现象，只是到了宋 代才开始将开片作为装饰。
有色金属
高分子材料
新型材料
在人类发展的历史长河中，材料起着举足轻重的作用， 人类对材料的应用一直是社会文明进程的里程碑。古代的 石器、青铜器、铁器等的兴起和广泛利用，极大地改变了
人们的生活和生产方式，对社会进步起到了关键性的推动
作用，这些具体的材料(石器、青铜器、铁器)被历史学家 作为划分某一个时代的重要标志。如石器时代、青铜器时 代、铁器时代等。
(1) 天然材料
• 包括竹、木、骨、牙、皮、毛、石等材料。
• 自然界当中大量存在，人类可以直接从自然当中获取。 • 经过比较简单的加工就可以为人类所利用。
骨针
竹筷
石制品
皮毛制品
典型的天然材料——石器
大约25,000年前．人类就学会使用材料。今天人们从考古
学家挖掘的人类当年所使用的各种用途的锋利石片，可以想
• 在人类社会的发展和进步过程中，材料是一个带有时 代和文明标志的基础。人类和材料的关系非常广泛、非常 密切。也非常重要，在这点上很少能有其他领域与之相比。 其实，人类文明的发展史，就是一部学习利用材料、制造
材料、创新材料的历史。
• 材料是人类一切生产和生活活动的物质基础，历来是 生产力的标志，被看成是人类社会进步的里程碑。对材料 的认识和利用的能力，决定着社会的形态和人类生活的质 量，所以人类从来没有中断过追求更好的材料，让材料具
陶向瓷的过渡
• 3000多年前的殷、周时期发 明了釉陶。 • 炉窑温度达到1200℃，能将
金属氧化物烧制成釉瓷的用途
更为广泛，质地比陶更为细腻、 外观美观。
商朝 釉瓷
什么是瓷器？
• 在设计陶瓷配方时，根据使用要求，加入了较多的熔 剂原料，并且配方中所使用的原料在焙烧过程中所产生的 气体也较少，这样焙烧后产生的空洞少，有足够的玻璃相
•
•
世界上目前发现的最大
最完整的青铜大立人像
•
号称“铜像之王”
青铜神树
• 造型巧夺天工
• 将美发挥到极致的杰作 • 树干高384 cm • 是目前世界上最早、树株最高的 青铜神树
青铜龙夔柱形器， • 高41.1 cm,宽15.56 cm
青铜人面具
青铜鹰头铃
（4）铁器
• 铁是地球上储量居于第三的元素（前两位为硅、铝），来源
石器工具
(2) 陶器（无机非金属材料）
• 陶器是由粘土或以粘土、长石、石英等为主的混合物， 经成型、干燥、烧制（烧制温度低于1200℃）而成的制 品的总称。
wenku.baidu.com
• 约50万年前人类学会了用火。
• 6-7千年以前的原始社会末期，我们的祖先开始用火烧 制陶器。
新石器时代晚期(公元前3000一前2800) 黑陶豆
四羊纹铜尊 商
鼎 周
青铜器的最大历史贡献并不在于对生产力的推动，而在
于社会秩序的建立。西周中晚期有着严格的列鼎制度，即用
形状花纹相同而大小依次递减的奇数组鼎来代表贵族的身份。
《春秋公羊传》记载，天子用9鼎，诸侯用7鼎，卿大夫用5 鼎，士用3鼎或1鼎。
青铜武器
青铜戈
青铜头盔
越王勾践剑
青铜的一个重要用途就是用来铸造武器，如钺、戈、
于大型恒星的聚变。
• 铁碳合金的硬度大于各种铜合金，铁的冶炼温度比铜更高。 • 青铜器到铁器是生产工具的重大发展。 • 春秋战国时期发明了生铁冶炼技术，用铁水浇铸成农具、工 具，开始大量使用铁器。 • 中国冶铁历史比欧洲早1900年。
铁戈
铁农具
铁的价格便宜，铁制农具大面积推广应用；铁的耐磨性能 高于青铜，铁制农具更加耐用，对农业生产有更大的促进作用， 铁制农具迅速占领了生产材料市场。铁的密度比铜小，强度和 硬度比铜高，铁制盔甲比铜制盔甲轻的多，增加了战士的灵活
A. 司母戊鼎
B.湖北隋县出土的战国青铜编钟
•
共有65个，总重量2500kg
• 最大编钟重203kg • 最小编钟重仅有2.4kg • 编钟全部用青铜铸造 曾侯乙编钟 • 编钟铸造水平相当高 • 音侓准确、音色优美
C. 四川广汉三星堆遗址介绍
– 遗址位于广汉市南兴镇北
– 南距成都40公里 – 遗址面积达12平方公里 – 是四川境内目前所知一处范围最广 – 延续时间最长
(3) 青 铜
•
• • • 我国青铜的冶炼在公元前2140--1711年开始。 晚于埃及和西亚民族（伊朗、伊拉克）。 发展快、水平高。 到殷、西周时期已经发展到较高水平。 青铜即铜锡合金，其冶炼温度较
低，制作器具的成型性好，是人类
最早大规模利用的金属材料。
Cu-Sn二元合金相图
青铜工具
青铜斧
三星堆青铜文物 • 铸造水平高
•
•
有的文物只有4 mm厚
要铸造壁厚只有4 mm的铸件在当时需要相当高的技术
•
•
文物出土轰动整个世界
青铜冶铸技术和文化艺术相当发达
四川广汉三星堆青铜文物 商代晚期铸造
金面平顶人头像 人头像 头上冠形物似遥感天线，是否用
青铜兽面
来接收宇宙的神秘信号？
青铜人立像 • 国宝级文物
性；铁制兵器也比铜制兵器锋利、耐用。所以，铁制武器装备
大大提高了军队的战斗力，迅速占领了军备材料市场。
中国最早的关于使用铁制工具的文字记载，是《左传》
中的晋国铸铁鼎。在春秋时期，中国已经在农业、手工业生
产上广泛使用铁器。我国从公元前 7 世纪开始大量使用铁器。
晋国铁鼎
• 中国古代的大型铸铁件：
• 河北沧州铁狮 • 五代后周广顺三年（公元953年）铸造。 • 总高5.4米，身高3.9米，头高1.5米。 • 身长6.8米，宽3米，总重量40吨 。
青花瓷器
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。
辉煌的瓷器之国
• 瓷器9世纪传至非洲和阿拉伯国家。
• 瓷器13世纪传到日本。
• 瓷器15世纪传到欧洲。 • 瓷器成了中国文化的象征——“CHINA”。 • 瓷器对世界文明产生了很大的影响。 瓷器的用途：礼仪用途（如古代的祭祀等）、生活用途（食 物容器等）等。
象人类远祖的艰苦和聪明。他们能区别、选用各种石头创造 出各种用具，用于生产、生活和战争。
石刀
石斧
人类只能利用岩石、树木、兽皮、骨骼等天然材料并进 行粗糙的加工，除此之外别无他物。所以，石器时代的生产 工具极其落后，人类社会的生产力也是极端低下，所以社会 发展极其缓慢，人类文化也是相当简单和粗俗的。
半坡陶盆
陶埙
从著名的仰韶和龙山文化遗址出土的陶器中，人们发 现当时祖先们已经掌握了烧制黑色陶器和白色陶器的配方 和技术。
仰韶白陶瓶
龙山黑陶瓶
小节：
陶器可以说是人类创造的第一个无机非金属材料。
这个划时代的发明不仅意味着使用材料的变化，而
且比这更深远重要的是人类第一次有意识地创造发 明了自然界没有的，并且全新性能的“新”材料。 从此人类能离开上天的赐予而进入自力创造材料的 时代。恩格斯曾论述人类从低级阶段向文明阶段的 发展是从学会制陶开始的。
湖北当阳铁塔 • 宋朝嘉祐六年（公元1061年）铸造。 • 铁塔在殿前十三级，高七丈，重53,300kg，由基座、塔身及 塔顶组成。 • 塔身13层, 除第一层外，每层均有平座、塔身和腰檐。腰檐
• 世界是由物质构成的，材料就是人们用来制成各种
机器、器件、结构等具有某种特性的物质实体。材料 是人类社会生活的物质基础，材料的发展导致时代的 变迁，推动人类的物质文明和社会进步。在人类即将 进入知识经济的新时代，材料与能源和信息并列为现 代科学技术的三大支柱、其作用和意义尤为重要。
材料与人类社会的关系如何？
三星堆祭祀坑
三星堆遗址
• 被誉为世界第9大奇迹 • 填补了中国考古学、青铜文化、青铜艺术史上的诸多空白 • 向人们展示了早在三四千年蜀族的物质文化遗存 • 揭示了“开国何茫然”的古代蜀国的文化面貌 • 把巴蜀早期历史向前推1000多年 • 揭示了中华民族起源的多元性
三星堆
• 否定了古蜀国文化比中原文化发展缓慢 • 遗址文化距今有4800--2800年 • 蜀文化逐渐溶入汉文化中，为秦建立统一国家作出了卓越 贡献
• 油灯设计别致，托座上装有灯碗。
• 灯碗上铸有油池、灯芯座、转动 手柄及半圈弧形壁。 • 油灯的周边有槽,可使转门转动。 • 拨动平板，可使灯碗以托座 为轴 绕右袖圆口作近360度的转动，使 光照方向转动，拉动转门又能改
变遮光角度
• 有巧妙的消烟灭尘装置。
• 宫灯是空心的,壁厚均匀且较薄； • 宫女的右袖是连通空心的，形成一条烟道。
青铜犁
青铜逐步取代部分石器、木器、骨器和红铜器，成为 生产工具的重要组成部分。青铜工具的出现，在生产力的 发展上起了划时代的作用。青铜工具如斧、锯、凿、锥等， 青铜农具有锄、铲 等已广泛使用，青铜工具在生产中的
效用，使青铜冶铸技术日益重要，因而获得飞速发展。
青铜钱币——刀币、布币、环钱、铜贝等
青铜礼器
矛、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，青铜以它4.7 倍于纯铜的硬度频频向统治贵族领取赫赫战功。
其它青铜制品
爵 商
铜三足鸟 西周
秦始皇陵铜车马
秦
铜奔马(马踏飞燕) 汉
青铜表面处理工艺-鎏金,即以热
水银溶解金箔，然后涂附在铜器表面
陶体的黑色是因为渗入了碳
猪纹陶盆
商
陶酒尊
唐
三彩俑
陶土可塑性强，可以获得人们希望形状的器物。 陶的出现，使蒸煮食物更为方便，促进人类进化。 陶俑的出现，代替了以人殉葬的野蛮做法。
陶器在中国具有
悠久的历史沉淀。
半坡村出土的碗、 钵、釜、罐、瓶 等，甚至还有吹 气能发声的陶埙。 半坡变体鸟纹盆 半坡小口尖底瓶