1 材料与人类文明

第二节 材料是人类文明的里程碑
一、材料是人类历史阶段的标志
历史学家：旧石器时代 → 新石器时代 → 青铜器时代
→铁器时代 → ？ 问题1：为何青铜器时代在前？铁器时代在后？！ 问题1：现在是什么时代？！ 国外有人基于人类使用材料的历史并充分考虑近三、四十 年的发展，认为从过去到现在共经历了7个时代。 如表1-1所示：
例1：从马车→ 斯蒂芬森的蒸汽机车
例2：硅材料的应用 →触发了一个数十亿美元的工业 （从助听器到全球性的遥测技术，通讯已十分便利， 并且通过文化娱乐、各种私人计算机的出现与使用 ）
小结：材料、信息、能源归纳为人类文明的三大柱石，
而材料又是后二者及一切技术发展的物质基础。
返回本章
第三节 材料是社会现代化的物质基础与先导 一、材料与社会现代化
三、材料与环境
开采、生产和加工材料，必然对地球环境造成损伤和破坏。 是新世纪必须注意的大问题。
主要措施:注意材料开发应用的环境协调性和发展生态环境
材料。(见第二章)
返回目录
Return
Return
Return
Return
Return
Return
迥异的不同类型材料。
例如对矾土Al2O3，将其制成单晶体就可成为宝石或激光材料； 制成多孔的多晶体，则可用作催化剂载体或敏感材料；制成 致密的多晶体，就可成为集成电路用的放热基板材料、高速 或硬材料机械切削用的工具材料、高温电炉用的炉管等耐热 元件或高温电绝缘材料等。
二 材料的定义
材料的定义如下：
未来的光子计算机→有赖于光电子材料
信息高速公路→光导纤维材料（如一根 0.01mm的光纤维可 传输数以千计的电话，比一般同轴电缆有数量级的提高 ）
航空航天技术 →高比强度、高比刚度材料、高温材料。
例1：飞机发动机每减重一公斤，飞机可减重4公斤；航天 飞行器每减重1公斤，就可使运载火箭减轻500公斤。 例2：新开发出来的高强度高分子纤维芳纶，其比强度较之 高强度钢高出近100倍。有人设想用这种材料制成飞机，飞 行速度可达15马赫，从纽约到东京只需两小时。
哥伦比亚号全体人员合影
第一节 : 材料与物质
一 材料(material)和物质(substance)是两个既紧密联系而又涵
义不同的两个概念
材料是物质，但不是所有物质都可以成为材料。如燃料和化
学原料、工业化学品、食物和药物，一般都不算材料 。 材料是和一定的应用场合相联系的。
同一种物质，由于制备方法或加工方法的不同，可成为用场
图0-1 、图0-2 、图0-3、图0-4、图0-5、图0-6
无线电技术、电视机、电子计算机 →来自半导体材料的出
现与进步。
集成电路的集成度不断提高（0.3~0.1um）、价格不断降低
→芯片材料与成品率。
从磁带 →磁盘 →光盘 （光盘一张可以存储10万幅图像或50
万页以上的文字信息 ）→敏感材料
第一章 材料与人类文明
Materials and Human Civilization
第一节 材料与物质
第二节 材料是人类文明的里程碑
第三节 材料是社会现代化的物质基础与先导
第四节 材料循环：材料、能源、环境
材料用来制造各种机器和装备，以及大量的零部件
火车机车
汽
车
高压容器
阿拉斯加的输油管道
起重机
二、材料对近、现代科学技术的促进作用
科学技术的作用主要表现在三个方面：
①提供新的物质和材料； ②开发新的能源； ③发明灵巧的机器。 世界科技发展史表明，重大的技术革新往往起始于材料的革 新与开发。
例1：20世纪50年代镍基高温合金的出现，将材料使用温度由 原来的约700℃提高到900℃，从而导致了超音速飞机问世；
公元前10 公元前3000 万年 年 石器时代 青铜器时代 公元前 1000年 铁器时代 公元0年 水泥时代 1800年 钢时代 1950年 硅时代 1990年 新材料时代
二、材料的应用导致城市的建立
如美国钢城（底特律），先发迹于钢铁，后又进而依靠钢
铁发展汽车、飞机等； 如中国西北的酒钢公司和嘉峪关市（酒钢所在地）、镍都 金川公司与金昌市等。

图1-1为在全球范围的高度简化了的材料循环示意图。

① ② ③ ④ ⑤
图1-1所示的材料循环具有以下特点： 材料的循环总是一个从生到死的封闭系统。 材料循环是一项巨大的产业。 材料循环在国际交往中也起着一种相互联系的作用。 材料循环中的增值。 材料循环与社会。
二、材料与能源
①生产材料要消耗大量能源。 铝、铜因为采用电加工工艺（电解），因而每吨位的能耗 特别大。 ②能源工业本身离不开材料的应用与发展。 属于这一情况的有燃汽涡轮机、核反应堆、太阳能、磁流体 发电、高密度电池； 太阳能热水器的实用化和太阳能电池的效率.（光电转换材料） ③要节省能源、节省材料，节材的本身就是节能。
例2：1970年代高温陶瓷的应用(1000度)→航天飞机的发展.
有人称现时代为精密陶瓷时代、电子材料时代、复合材料时
代、塑料时代或合成材料时代→反映新材料的巨大影响及当 代材料的多样化。
中国从事与材料有关的科技人员约占全球科技人员的 1∕3
新世纪美国确定的三大经济发展 重点：信息产业、生物产业
电视塔
机 床
齿 轮
螺 栓
二战期间，美、英等盟军诺曼底登陆。 货轮（自由轮）横渡大西洋时船体断裂。
1950年，美国北极星导弹的固 体燃料发动机在试射时爆炸。
1986年1月28日，美国航天wk.baidu.com机“挑 战号”发射升空后75秒即发生爆炸
挑战号全体人员合影
2003年2月1日，美国使用次数最 多的“哥伦比亚”号航天飞机失事
：①有用的并能用来制造物品（件）的物质；②一般系指固
态的、可用于工程上的物质；③作为材料科学研究对象的材 料则主要是那些制造器件或物品的人造物质。 ：材料的几个判据： 其一，“人类社会所能接受的”，反映了资源、能源、环保的 考虑与要求，为战略性判据； 其二，“可经济地”，反映了经济性指标，经济效益与社会效 益，为经济判据； 其三，制造有用物件等，指具有各种性能，为质量判据,即战略 性判据：资源、能源、环保；经济性判据：价廉物美 美国MSE调查委员会，把材料定义为在机器、结构件、器件 和产品中因其性能而成为有用的物质。 返回本章
和纳米技术产业，其两大支柱为材料和先进制造技术，且纳 米技术的基础是纳米材料。
1985年至1987年，材料科学基础研究连续3年获得诺贝尔奖，
奖励的成果分别为量子霍尔（Hall）效应的发现、隧道扫描 电子显微镜的发明和高临界温度超导体的合成。 返回本章
第四节 材料循环：材料、能源、环境
一、地球—材料—地球
三、材料的应用推动经济发展
两次产业革命与材料
第一次产业（工业）革命的突破口：是推广应用蒸汽机和
纺织工业，以及稍后的机械制造、轮船、火车等，它们都 是以炼钢工业和钢铁材料的极大发展为其基础的 第二次产业（工业）革命的突破口：是石油开发和新能源 使用，大力推动了汽车、飞机等其他工业。其支撑仍是 新材料开发，离不开合金钢、铝合金以及其他非金属材料 的发展。