材料发展人类文明论文

浅析材料发展与人类文明

【摘要】我们生活的世界资源是有限的，而我们的生活又如此依赖各种材料。我们看到的和用到的每样东西都是分离自地球上的物质：汽车、飞机、电脑、电视、盘子甚至还有人造关节。本文介绍了材料的发展史和材料对人类古代和近现代文明的贡献。

【关键词】材料；人类文明；发展

能为人类制造有用器件的物质是材料。金属、陶瓷、塑料、玻璃、纤维、木材、砂子、石子等都可以称为材料。人类社会形态和生活质量都取决于人类对材料的认识和利用的能力。人类的衣、食、住、行均离不开材料。人类社会的文明进程也是依据可以使用的占主导地位的材料而划分的，历史学家据此将人类历史划分为石器时代、铜器时代、铁器时代、钢铁时代、复合材料时代等等。

当人类开始用压制法从石核上取得长而锋利的薄片即“石刀”时，人类就进入了石器时代。石器时代的人类从食物采集者成为食物生产者，石器时代按时间推进，分为旧石器时代和新石器时代。旧石器时代从公元前250万年延续至公元前1万年左右，这时的人类学会了对自然材料进行加工，改变材料的外在形态。这时对石器加工的方式主要是打制法。当打制法进一步优化为磨制法后人类进入了新石器时代。比如石镰，是一种收割用农具，其作用与石刀相同。石镰有平刃和凹刃两种，分有齿和无齿两类，用磨制法制作。河南新郑的裴李岗村出土的锯齿刃石镰距今大约8000年。新石器因采用了新的加工方法而更锋利和经久耐用。这时期人类还发明了

陶器，制陶是通过火烧制泥土改变其内在性质。这是人类第一次有意识的创造自然界原本没有的“新”材料。考古发掘证明我国在八千多年前已经制成实用的陶器，河南省三门峡市仰韶村出土的鱼纹陶器、彩陶人面鱼纹盆等是距今约5000年到7000年间最有代表性的陶器。

公元前4500年到公元前1000年左右，人类学会了从矿石中提炼铜，这是人类的青铜时代，人类形成了早期的欧亚大陆文明。铜和青铜及其昂贵和稀少，不能广泛地用来制造武器和工具。人类最初把天然金属看做坚韧可锻打的石头，采用石器加工法对天然金属进行冷加工。后来才学会用熔炼的方法从矿石中提炼铜。之后发现铜经过热处理能成为液体，并能通过模型表现出各种形状，冷却之后的铜硬度高，边刃锋利优于石器。人类学会提炼铜后，又掌握了在冶炼铜时加入一些其他金属冶炼更为经久耐用的铜合金。掺入锡产生的青铜制造武器因不易碎比石器更可靠，更受欢迎。青铜，是人类历史里的第一种合金，青铜铸造工艺的出现使人们得到了他们需要的形状和性质。春秋战国时期，齐国工匠写成的《考工记》一书中，提出了“金有六齐”，这是世界科技史上最早的冶铜经验总结。中国著名的青铜器有四川广汉南兴镇三星堆出土的立人像、突目面具，河南安阳武官村出土的司母戊鼎，陕西宝鸡出土的铜禁等。

人们在青铜时代从陨石中认识了纯铁并制作了陨铁制品。但当时的人类不知道地球上以铁矿石化合物的形式存在的铁元素远比

铜丰富。铁的熔点比铜高很多，铁在古代熔炉里不能完全液化，得

不到纯铁，只能得到一种灰色的多孔体即生铁。这种新金属不易铸造，还要耗费更多的燃料。由于容易生锈，锋刃较易失去。从铁的性质来看，跟铜相比不是一种更好的金属材料。以后才发现将炽热的生铁反复锤打、加热、投入冷水即淬火，并与木炭燃料接触，可使性质坚硬。但冶炼铁矿的工艺与冶炼铜和铜合金的工艺是根本不同的。所以发现的不仅仅是一种新金属，而且要找到这种金属对应的新冶金术，难度较大。因此铁的发现较早，但应用来得较迟。出土的最早铁制车轮制造于公元前1450年。用新的冶铸方法之后的铁可以获得坚硬的性质，但是生锈的缺点并没有改变。但由于铁矿比铜和锡矿的分布大大广泛，使制铁成本相应低廉。因此易锈的缺陷得到了补偿。

公元前2000年左右小亚细亚率先发展冶铁技术，该地区的赫梯帝国垄断了冶铁技术，导致铁制品少而昂贵。公元前1200年左右由于战争赫梯帝国灭亡，当地的铁匠分散到各地，使冶铁技术广泛传播，铁器时代才真正来临。冶炼铁和日益广泛的使用铁是欧亚大陆趋于整体化的基础。从提炼铁到日常生活中能大量使用铁器，经过了几百年历史。当锄头、斧、犁等农具同武器一样，用铁来制造时，立刻产生了深远的经济、社会和政治影响。普通农民买得起铁制工具，使得农业生产率大大提高，农业范围扩展到从前石斧工具无法对付的森林茂密区。农民们用坚固、锋利的铁斧和铁犁将农业由中东向东，经伊朗高原推广到中欧；向西经地中海地区，推广到北欧。中国的农民将活动范围从黄河流域向南扩展到长江流域；入

侵印度的雅利安人向东推进砍伐恒河流域的森林。廉价的铁制武器对欧亚大陆的军事也有重大影响。在青铜时代游牧民不能像城市的统治者那样以大量昂贵的青铜武器来装备自己。而冶铁技术普及后，每个村子都有铁匠能锻制优良便宜的新武器。游牧民除了在灵活机动上占有优势，在武器装备上也不再落后了。新的铁制工具也使人们能制造更大性能更好的船舶，使航海的距离更远，使贸易经济规模更大。

公元1500年，纺织机和蒸汽机的发明推动了炼铁的巨大需要，促使了鼓风机与熔炉的发明。1770年～1840年间英国发展了高炉，能成批生产铁。此时铁的产量已经丰富并且便宜，足以用于一般的建设。中国在汉代，曾用“百炼钢法”炼出了钢。这种方法是在熟铁中加进适量的碳，经过反复加热冶炼，最大化去除杂质，炼出具有更高强度和硬度的钢。但铸铁时代的人类没有形成钢材规模化生产。1850年“克里米亚战争”期间，贝西默发明了一种大炮，为改进铸铁材料的炮膛，需要生产钢。贝西默发明了“空气吹入法”来氧化铁水里的碳，并设计了固定式转炉。4年后又发明了移动式转炉。就这样，现代转炉炼钢技术的出现，使钢铁制品性能大大改观而成本也降低不少，人类才真正进入了钢铁时代。钢铁工业的发展，成为产业革命的重要内容和物质基础。同时，日渐扩大的采矿作业促进了化学的发展，使新矿石新金属被提炼出来。1886年出现电化学方法冶炼铝使铝成为一种常用金属。钢铁时代使人类有了新的全球性视野。

1939年发明了尼龙。尼龙的商业发展，标志着高分子这种物质开始进入材料的范畴。高分子材料广泛应用仅半个世纪时间，在年产量上已超过了钢，成为人类社会不可缺少的材料。1950年，陶瓷材料和陶瓷工艺出现了从传统陶瓷向先进陶瓷的转变，许多新型功能陶瓷形成了产业，满足各类行业的发展和需要。1960年电子管被硅芯片所代替，而后者向体积越来越小的方向发展。1980年发现高温超导体。2000年，中国西南交通大学磁悬浮列车与磁浮技术研究所研制成功世界首辆高温超导载人磁悬浮实验车。2002年世界第一条磁悬浮列车示范运营线上海磁悬浮列车建成后，从浦东龙阳路站到浦东国际机场，30多公里只需8分钟。人类进入了复合材料的时代。

如果按化学成分的不同可以将材料划分为金属材料、有机高分子材料以及他们的复合材料和无机非金属材料三大类。21世纪，新技术革命将继续改变我们的生活，材料科学家们将研究出更多具有特殊性能的材料。

参考文献

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[3]david scott，田兴玲，马清林.古代和历史时期金属制品金相学与显微结构[m].北京：科学出版社，2012（10）