第一講材料發展歷史
1、 什麼是材料？其重要意義是什麼？
世界是由物質構成的，材料就是人們用來製成各種機器、器件、結構等具有某種特性的物質實體。材料是人類社會生活的物質基礎，材料的發展導致時代的變遷，推動人類的物質文明和社會進步。在人類即將進入知識經濟的新時代，材料與能源和資訊並列為現代科學技術的三大支柱、其作用和意義尤為重要。
2、材料與人類社會的關係如何？
在人類社會的發展和進步過程中．材料是是乙個帶有時代和文明標誌的基礎。人類和材料的關係非常廣泛、非常密切。也非常重要，在這點上很少能有其他領域與之相比。
其實，人類文明的發展史．就是一部學習利用材料、製造材料、創新材料的歷史。材料是人類一切生產和生活活動的物質基礎，歷來是生產力的標誌，被看成是人類社會進步的里程碑。對材料的認識和利用的能力，決定著社會的形態和人類生活的質量，所以人類從來沒有中斷過追求更好的材料，讓材料具有更優異的性質或者前獨特的功能，從而滿足人類世世代代發展中層出不窮的新的需要和追求。
一種新材料的出現，常常引起生產力大發展，進而推動社會進步。
正是如此，才有了今天人類豐富多彩、璀璨奪目的世界與文化。如沒有半導體單晶矽材料，便不可能有今天的微電子工業；因為有了低損耗的光導纖維，當今世界蓬勃發展的光纖通訊才得以實現。所以，一部人類文明史，從某種意義上說，也可以稱之為世界材料發展史。
每一種新材料的發現，每一項新材料技術的應用，都會結社會生產和人類的生活帶來巨大改變，把人類社會推向前進。
3、材料發展歷史
在人類發展的歷史長河中，材料起著舉足輕重的作用，人類對材料的應用一直是社會文明程序的里程碑。古代的石器、青銅器、鐵器等的興起和廣泛利用，極大地改變了人們的生活和生產方式，對社會進步起到了關鍵性的推動作用，這些具體的材料(石器、青銅器、鐵器)被歷史學家作為劃分某乙個時代的重要標誌．如石器時代、青銅器時代、鐵器時代等。
3.1 石器時代
大約在22023年前．人類就學會使用材料了。今天人們從考古學家挖掘的人類當年所使用的各種用途的鋒利石片，可以想象人類遠祖的艱苦和聰明。他們能區別、選用各種石頭創造出各種用具，用於生產、生活和戰爭。
這是一段漫長的進化過程和時代，歷史學家們早就公允地把那個年代叫做「石器時代」。此時的人類只能利用岩石、樹木、獸皮、骨骼等天然材料並進行粗糙加工，除此之外別無他物。所以，石器時代的生產工具極其落後，人類社會的生產力也是極端低下，所以社會發展極其緩慢，人類文化也是相當簡單和粗俗的。
3.2 陶器時代
石器時代時期，氣候的乾燥或者閃電雷擊等自然因素的作用，自然火災時有發生。經火灼烤後的大地，不但給人們留下了營養豐富的食物，引起人類形體(如牙齒、消化系統)上的變化，更重要的是給人們留下了一種全新的東西——由軟軟的粘土所燒成的堅硬塊體。在大自然的啟發下，西元前2023年，人們發現用粘土製成的罐放在熾熱的煤塊上，經過焙燒後會變硬，可以用來盛水並且不變形，這代表著人類發明了陶器。
這是人類第一次有意識地將一種天然無機材料轉變成具有新奇效能的新材料，它不但意味著人類進入了陶器時代，還意味著材料工藝或工程的開端。
陶器在中國具有悠久的歷史沉澱。半坡村出土的碗、缽、釜、罐、瓶等，甚至還有吹氣能發聲的陶塤。從著名的仰韶文化遺址出土的陶器中，人們發現當時祖先們已經掌握了燒製黑色陶器和白色陶器的配方和技術。
3000多年前的殷、周時期，祖先已經掌握的釉陶的製備方法(這需要爐窯溫度達到1200℃，才能將金屬氧化物燒製成釉，1200℃有利於金屬的冶煉)。陶器的繁衍發展，後來形成了秦始皇陵墓中兵馬俑軍陣的壯觀。製陶技術逐漸發展為製瓷技術，製備的瓷器經過絲綢之路逐漸傳播到全世界，對世界文明產生了很大的影響。
所以，瓷器的英文名稱「china」和「中國」交相輝映。
陶器可以說是人類創造的第乙個無機非金屬材料。這個劃時代的發明不僅意味著使用材料的變化，而且比這更深遠重要的是人類第一次有意識地創造發明了自然界沒有的，並且全新效能的「新」材料。從此人類能離開上天的賜予而進入自力創造材料的時代。
恩格斯曾論述人類從低階階段向文明階段的發展是從學會製陶開始的。
3.3青銅時代
大約在西元前2023年，人類在用粘土燒成陶器的過程發現了金屬銅和錫(碳酸鹽分解後的co2與燃料炭生成還原氣體co，從而還原金屬氧化物)。西元前2023年左右，煉銅技術的成熟標誌著人類進入青銅時代。青銅冶鑄業的出現，表明人類能夠從礦石中提取金屬，再用它去製造工具，用於改造自然。
這是生產力發展到乙個新階段的標誌，也是科學技術進步的乙個重要標誌。青銅業的發展，又促使百工的出現，並帶動各個行業一起興盛起來。商代社會，正是由於青銅業的發展，才創造了燦爛的青銅文明。
青銅——cusn合金是人類歷史上發明的第乙個合金。熔化的青銅在冷凝時的體積略有脹大，所以填充性較好，氣孔也少，這都使青銅在應用上具有更廣泛的適應性，所以青銅的生產發展很快，逐步取代了一部分石器、木器、骨器和紅銅器，而成為生產工具的重要組成部分。青銅生產工具的出現，在生產力的發展上起了劃時代的作用。
青銅工具如斧、鋸、鑿、錐等，青銅農具有鋤、鏟等已廣泛使用，青銅工具在生產中的效用，使青銅冶鑄技術日益重要，因而能獲得飛速的發展。一言九鼎
然而，青銅器的最大歷史貢獻並不在於對生產力的推動，而在於社會秩序的建立。西周中晚期有著嚴格的列鼎制度，即用形狀花紋相同而大小依次遞減的奇陣列鼎來代表貴族的身份。《春秋公羊傳》記載，天子用9鼎，諸侯用7鼎，卿大夫用5鼎，士用3鼎或1鼎。
此外，作為酒器、水器、樂器的青銅器也有著代表不同身份的等級差別。青銅的出爐並沒有給當時的勞動者帶來創業的衝動，而那些控制了青銅所有權和使用權的統治者也不願意將這一歷史創造推廣到物質生產之中去，而是將青銅虛化，用以比附人的不同身份。也是第一次，人類在這個文明時代自覺地將人與工具二者的意義聯絡起來。
青銅器在奴隸制時代除了作為禮器而具有獨一無二的地位外，還有乙個重要用途就是用來鑄造**，如鉞、戈、矛、戟、刀、劍、弩、鏃、盔等。青銅**相對於石製和純銅**來說，其威力如同槍炮對刀戟，當軍隊和戰爭成為乙個國家的暴力機器和手段的時候，青銅更是以它4.7倍於純銅的硬度頻頻向統治貴族領取赫赫戰功。
由於大部分的青銅的所有和使用被統治者控制，因而青銅**對維持統治階級的統治起到了十分重要的作用。因此，在人類社會秩序的第一次大整頓中，青銅起到了乙個軟硬兼施的作用，
世界上最早進入青銅時代的地區是西亞。在兩河流域發現的蘇美爾早王朝時期的雕有獅子形象的大型銅刀及阿卡德王國時期薩爾貢一世的青銅像等，都是較早的著名青銅器實物。我國在青銅器的製造和應用方面有著輝煌的成就。
春秋時候人們已經認識到青銅效能和成分的關係，製造出不同效能的青銅製品。在河南安陽出土的司母戊鼎是世界上最大的古老青銅製品。湖北江陵出土的越王勾踐劍、隨州出土的青銅編鐘、四川廣漢出現的三星堆文化等，都代表了我國在青銅時代的輝煌。
青銅器的應用還代表著人們已經掌握了冶煉、鑄造和鍛造等材料成形和加工技術。青銅時代冶煉技術已經比較發達，為鐵器時代的到來奠定了堅實的理論。
3.4鐵器時代
人們最早知道的鐵是隕石中的鐵，古代埃及人稱之為神物。在很久以前，人們就曾用這種天然鐵製作過刀刃和飾物，這是人類使用鐵的最早情況。地球上的天然鐵是少見的，所以鐵的冶煉和鐵器的製造經歷了乙個很長的時期。
當人們在冶煉青銅的基礎上經過試錯，逐漸掌握了冶煉鐵的技術，宣告著鐵器時代的到來。
鐵器的崛起正式宣告了青銅退出歷史舞台，這並非偶然。鐵的效能比銅優越，資源比銅更豐富，加工製造比銅更容易，**也比銅便宜的多。例如，由於鐵的**十分便宜，鐵製農具大面積推廣應用；加上鐵的耐磨效能大大高於青銅，鐵製農具更加耐用，對農業生產有相當大的促進作用，因而鐵製農具迅速占領了生產材料市場。
又如，由於鐵的密度比銅小，強度和硬度比銅高，在相同防護效果下，鐵製盔甲比銅製盔甲輕的多，大大增加了戰士的靈活性；鐵的硬度也大大高於銅，鐵製兵器比銅製兵器更加鋒利，更加耐用。所以，鐵製**裝備的出現大大提高了軍隊的戰鬥力，因而鐵製**也迅速占領了軍備材料市場。
世界上最早製造鐵器的是小亞細亞的西臺人，時間在西元前2023年左右。約在西元前2023年代，古希臘和古羅馬開始普遍使用鐵製的工具和兵器。約在西元前500年左右，歐洲大陸普遍使用鐵器。
中國最早的關於使用鐵製工具的文字記載，是《左傳》中的晉國鑄鐵鼎。在春秋時期，中國已經在農業、手工業生產上廣泛使用鐵器。我國從西元前7世紀開始大量使用鐵器。
鐵器的廣泛使用，使人類的工具製造進入了乙個全新的領域，生產力得到極大的提高。鐵器的使用，導致了世界上一些民族從原始社會發展到奴隸社會，也推動了一些民族脫離了奴隸制的枷鎖而進入了封建社會。在中國的春秋戰國時期，奴隸制開始瓦解，出現了孔子所說的禮崩樂壞的社會混亂。
這位心事重重的沒落貴族，站在一座石拱橋上，面對滾滾東逝水，不得不發出「逝者如斯夫」的嘆息。我國古文化遺址中，隨處可以看見鐵器的蹤跡。如河北滄州的鐵獅、湖北當陽的鐵塔、山西晉祠的鐵人等，代表著我國鐵器的製造和冶煉達到了相當高的水平。
3.5 鋼鐵
中國早在漢代，就在世界上最先用「百煉鋼法」煉出了鋼。這種方法是在熟鐵中再加進適量的碳，經過反覆加熱冶煉，儘量減少雜質，從而煉出具有更高強度和硬度的鋼。但是，這種方法的冶煉過程很複雜，一直未能發展起來。
一直到19世紀前半期，人類始終生活在「鐵器時代」。
19世紀中期**和土耳其之間爆發了克什公尺亞戰爭。在此期間，英國人貝西默研製了一種具有來福螺旋線新式步槍，子彈沿槍膛射出時旋轉飛出，更加穩定地沿著彈道前進。射擊距離增大，命中率也明顯提高。
步槍的成功使貝西默將來福螺旋線應用到大炮的設計中。新式大炮在使用過程中經常出現炸膛的情況，這是因為來福線對炮膛要求很高，如果炮彈與炮膛之間間隙過大，火藥**氣體洩漏，炮彈旋轉力量不足；如果炮彈與炮膛之間間隙過小，火藥**使炮膛內壓力驟然增大，當時的大炮都是用鑄鐵製造的，火藥**使炮膛內壓力驟然增大，超過鑄鐵的極限強度，造成炸膛。為了挽救花費多年心血的大炮，貝西默開始致力於尋找提高鑄鐵強度的方法。
在一位化學家的幫助下，貝西默發現，引起鑄鐵不硬的原因是因為其中的含碳量太高。要減少鑄鐵中的含碳量，貝西默設計了空氣吹入法，在鐵水排出之前吹入空氣，讓空氣中的氧氣與鐵水中的碳進行反應，降低碳含量，使其達到鋼的含碳量標準(小於2.11%)。
於是，通紅的鐵水沸騰了，鋼花四濺，映紅了夜空，貝西默煉出了鐵匠們一致稱讚的鋼材。隨著空氣吹入法的不斷完善，大規模生產鋼材成為可能，鋼材逐漸取代鐵器成為人類社會的主導材料。
鋼鐵時代的到來很大程度上還應歸功於英國地質學家和顯微技術的先驅henry clifton sorby，他在1866 年第一次用光學顯微鏡研究鋼的斷口表面的組織，發現其具有晶態的特徵，而且其晶態組織還隨鋼的成分及其熱處理的變化而有所不同。這種對金屬內部組織變化的獨創性觀察與從分析化學得到的有關成分方面的新知識結合起來，標誌人們對材料基本特性所能認識的程度發生了深刻的變化。
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一 課程基本資訊 課程編號 13103106 課程類別 專業核心課程 適應專業 材料物理 總學時 54學時 學分數 3學分 課程簡介 奈米技術和奈米材料科學是20世紀80年代末發展起來的新興學科。由於奈米材料具有許多傳統材料無法媲美的奇異特性和非凡的特殊功能，因此在各行各業中將有空前的應用前景，它將...
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