材料科学与人类文明.pptx
《材料科学与人类文明.pptx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《材料科学与人类文明.pptx(94页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、材料科学与人类文明材料科学与人类文明宋义虎宋义虎高分子科学与工程学系高分子科学与工程学系 课件下载方法课件下载方法 ftp:/10.14.204.110:21/ftp:/10.14.204.110:21/用户名:用户名:polymerpolymer密密 码:码:666666666666第一章第一章 绪绪 论论第二章第二章 材料使用简史:材料使用简史:材料使用史(文明划代史);中华文明在材料史上的定位第三章第三章 材料与材料科学:材料与材料科学:材料分类、选用原则、材料科学第四章第四章 材料结构基础:材料结构基础:键、晶体结构与缺陷、合金 第五章第五章 材料性能基础:材料性能基础:热、导电、超导
2、、介电、光学、磁、力学第六章第六章 常用结构材料简介:常用结构材料简介:金属、陶瓷与璃、高分子、复合材料第第七七章章 信息材料:信息材料:处理、传递、存储、显示材料第第八八章章 智能材料:智能材料:构成、应用、种类第九章第九章 生物医用材料:生物医用材料:发展简史、分类、特征与评价、常用材料第十章第十章 材料与环境的关系及环境材料:材料与环境的关系及环境材料:废旧材料处理、新材料课程内容课程内容 第一章第一章 绪论绪论人和动物的本质区别?人可利用工具从事生产、生活,积累经验,创造财富,进而制造更先进的工具制造工具时,材料是必需的 然而,不是所有的物质都能用于制造工具什么是材料?具有一定性能,可
3、用来制作器件、构件、工具、装置等的物质具有一定性能,可用来制作器件、构件、工具、装置等的物质简单地说,材料是人类可用来制造有用器件的物质两个问题两个问题物质基础主要标志材料是人类社会进步的里程碑材料是人类社会进步的里程碑古代,材料首先首先用于统治阶级的生活、祭祀、战争新材料的发展与应用,取决于工匠经验的积累先进武器、精美祭器的需求严酷的管理制度现代,材料广泛用于民众的生活、生产新材料发展的动力,源于科学的知识体系不断更新的制造业技术(苹果的推介)人们对高品质生活、高性能器具的追求材料与人类文明发展材料与人类文明发展石器时代、铜器时代、铁器时代、钢铁时代、合成材料时代、复合材料时代人类文明进程的
4、划分依据是什么人类文明进程的划分依据是什么?所使用的、占主导地位的材料历史上,人们将石器、青铜器、铁器等当时的主导材料作为时代的标志,称为石器时代、青铜器时代和铁器时代近代,材料种类极其繁多,各种新材料不断涌现,很难用一种材料来代表当今时代的特征:新材料时代人类文明的进化时代,以材料的使用来划分人类社会先后经过了7个不同的文明时代公元前10万年公元前3000年公元前1000年公元前0年1800年1950年1990年石器时代青铜器时代铁器时代水泥时代钢时代硅时代新材料时代材料与人类文明发展材料与人类文明发展燧石:神奇的石头石器时代石器时代(StoneAge)BC400,0004,500主要以石头
5、、骨头、木制作简单的工具材料与人类文明发展材料与人类文明发展陶器陶器(Pottery)n陶器的出现,是人类跨入新石新石器时代的重要标志器时代的重要标志之一青铜时代青铜时代(BronzeAge)BC4,5001,000大量使用青铜工具、青铜礼器的时期从矿石中提炼铜 冶金业的黎明人类学会了用炭加热铜,造出纯度更高的铜把铜、锡矿石熔合,得一种坚度高的合金-青铜,以青铜来造出各种武器埃及古墓壁画是人类冶金业的最早纪录之一材料与人类文明发展材料与人类文明发展l古称金或吉金,是红铜与其它元素(锡、镍、铅、磷等)的合金l中国青铜时代大致对应夏商周至秦汉,约2000年l春秋战国时期,齐国工匠写成考工记,提出金
6、有六齐,是世界科技史上最早的冶铜经验总结 青铜:第一种合金青铜:第一种合金材料与人类文明发展材料与人类文明发展夏钺(yu)戈Gefuding Gui,Late Shang Shanghai Museum戈父丁簋三星堆三星堆 BC2800-BC800,商、周三星堆立人像,晚商高1.72m,底座高0.9m,世界上最大的青铜立人像材料与人类文明发展材料与人类文明发展突目面具,晚商高64.5cm,宽138cm,眼球柱状外突长达13.5cm青铜人头,高27cm青铜乐器青铜乐器错金犀牛尊错金犀牛尊(战国战国)材料与人类文明发展材料与人类文明发展越王勾践剑越王勾践剑(湖北江陵楚墓出土湖北江陵楚墓出土)注意剑
7、纹注意剑纹BC1450 铁制车轮AD1500 廉价的冶铁业铁器时代铁器时代(IronAge)BC1000人类使用铁来制造工具和武器材料与人类文明发展材料与人类文明发展Silla iron armor,Three Kingdoms of Korea,AD300战国铁犁头战国铁犁头战国铁锄战国铁锄战国凹形铁锄战国凹形铁锄(长沙砂子塘长沙砂子塘)材料与人类文明发展材料与人类文明发展Pu with openwork interlaced dragons design,Late Spring and Autumn,Shanghai Museum铁器时代与之前时代的主要区别在于,农业发展、宗教信仰与文化模
8、式 实际所说的铁器时代,指的是早期阶段最先使用铁器的是古埃及、苏美,BC 4000已极少量使用铁器但多由陨石得到,而非由铁矿提取BC 30002000,小亚细亚、埃及、美索不达米亚越来越多地由陨石提练铁,多于礼仪有考古证据指出,铁是当时炼铜生成的副产品,称海绵铁对当时的冶练技术来说,不可能大量生产 (昂贵)最早进入铁器时代的是西台(Hittite,赫梯)帝国,约BC 1400掌握了冶铁技术BC1200,中东各地广泛运用铁,但并未取代青铜的主导地位BC 1000,欧洲出现铁制工具,可能是由小亚细亚西传而来BC 800,尼德兰出现铁制工具美洲、大洋洲,没有铁器时代,铁由欧洲人传入材料与人类文明发展
9、材料与人类文明发展中国是世界上利用铁最早的国家之一19000年前,周口店“山顶洞人”使用赤铁矿粉作为赭红色颜料,涂于装饰品上,或随葬撒在尸体周围。为天然矿物颜料利用的开端新石器时代(距今100004000)兴起制陶业,发明绘制各种风格的彩陶。绘制赭红色彩陶的原料就是赭石(赤铁矿)材料与人类文明发展材料与人类文明发展1972,河北北藁(go)城台西村商(BC 13世纪)中期遗址出土铁刃青铜钺 刃部是陨铁加热锻造而成中国在BC 6世纪出现生铁制品铁硬度高、熔点高,铁矿蕴含量高相对青铜来说,铁来得便宜,可在各方面运用,其需求很快便远超青铜材料与人类文明发展材料与人类文明发展1977,北京平谷县出土。
10、长8.7cm1990,河南三门峡虢gu国墓(虢季墓)出土,剑长20cm,茎长13cm。西周晚期剑柄是一株竹子。竹子已拔出数节,数支螺旋上冲的叶片盘旋直入铁质剑身用陨铁锻造成薄刃,浇铸青铜柄部而成“中华第一剑”东周铁器水泥时代水泥时代(CementAge)0BCcement由拉丁文caementum发展而来,意为碎石、片石2000年前,希腊、罗马在建筑中使用石灰和火山灰的混合物,在水中缓慢反应生成坚硬的固体。为最早应用的水泥水泥生产工艺以石灰石、粘土为主要原料,经破碎、配料、磨细制成生料,喂入水泥窑中煅烧成熟料,加入适量石膏,磨细而成1871,日本开始建造水泥厂1889,中国在唐山建造了第一座水
11、泥厂材料与人类文明发展材料与人类文明发展19世纪初,英、法等将粘土化石灰(或泥灰岩)烧结成为水硬性材料,为天然水泥1824,英国用石灰石、粘土混合物烧成水硬性的胶凝材料,凝结硬固后,其颜色、外观和当时英国用于建筑的优质波特兰石头相似,故称为波特兰水泥1825,波特兰水泥在英国建厂生产钢时代钢时代(SteelAge)1800炼铁、炼钢的大工业生产,分别开始于1620、1870年代。最先在英国发展起来1875,全世界生铁产量为1400万吨,钢产量190万吨18751913,西欧、美国工业化需大量钢铁,相继发展转炉和平炉,钢铁产量迅速增长1913,全世界生铁产量8000万吨,钢产量7650万吨191
12、41950,发生两次世界大战、多次资本主义经济危机,钢铁生产发展缓慢1950,全世界生铁产量1.30亿吨,钢产量1.89亿吨19501974,发展了氧气顶吹转炉炼钢和连续铸钢技术、带钢热连轧机和冷连轧机(技术进步),钢铁生产能力提高1974,全世界生铁产量为5.05亿吨,钢产量7.10亿吨1973,开始石油调价和世界性的经济萧条,钢铁生产发展转慢1979,世界生铁和钢的产量创造新的纪录,分别达5.29亿吨和7.47亿吨材料与人类文明发展材料与人类文明发展硅时代硅时代(SiliconAge)1500二战中,开始用硅制作雷达的高频晶体检波器。所用的硅纯度低,不是单晶1950,制出第1只硅晶体管19
13、52,用直拉法制出硅单晶1953,用无坩埚区域熔化法拉制单晶1955,采用Zn还原SiCl4法生产纯硅,但不能满足制造晶体管的要求1956,氢还原SiHCl3法1960,氢还原SiHCl3法工业生产,已具规模硅整流器、硅闸流管问世,促使硅材料生产跃居半导体材料的首位1960年代,外延生长硅单晶技术和硅平面工艺硅晶体管制造技术趋于成熟,集成电路迅速发展1980年代初,全世界多晶硅产量达2500吨1998,我国制出12英寸单晶硅材料与人类文明发展材料与人类文明发展多晶硅单晶硅新材料时代新材料时代(NewMaterialAge)发射架上的长征三号运载火箭发射架上的长征三号运载火箭宝钢高炉宝钢高炉材料
14、、能源、信息是当代社会文明和国民经济的3大支柱 是社会进步和科学技术发展的物质基础和技术先导材料是全球新技术革命的四大标志四大标志之一(新材料技术、新能源技术、信息技术、生物技术新材料技术、新能源技术、信息技术、生物技术)材料与人类文明发展材料与人类文明发展铝合金的铝合金的主要应用领域主要应用领域战机舰船人造卫星材料与人类文明发展材料与人类文明发展科学技术的发展史,就是材料发现、运用的发展史科学技术的发展史,就是材料发现、运用的发展史原理成品 发展时间电 机18211886 65真空管 18821915 33无线电18871922 35X 光18951913 18雷 达19351940 5原子
15、堆19391942 3半导体19481951 3激 光19581960 2科学原理的发现时间、产业化时间的对照科学原理的发现时间、产业化时间的对照材料与材料与科学技术的科学技术的发展发展材料是科技进步的核心材料与材料与科学技术的科学技术的发展发展建筑、交通、能源、计算机、通信、多媒体、生物医学工程等,无不依赖材料科学与技术的发展来实现和突破没有钢铁材料,就没有今天的高楼大厦没有专门为喷气发动机设计的材料,就没有靠飞机旅行的今天没有耐高温复合涂层材料,就没有人类探索外空的飞船没有固体微电子电路,就没有计算机半导体单晶硅、砷化嫁、光导纤维、超导等新材料,促进了新工业的诞生和发展,极大地推动了社会文
16、明与经济的发展现在,人们可根据对材料理化性能的了解,为了特定需要而设计、加工材料 新材料 新技术 新工业在开发铁和铜等新材料后,蒸汽机得以使用、推广,引发第一次产业革命材料与产业革命材料与产业革命第一次产业革命发生于18世纪中叶的英国,而后遍及欧洲、北美起点:纺织机械革新标志:蒸汽机广泛使用结果:实现了工业生产从手工工具到机械化的转变 以机器为主体的机器工厂代替了以手工技术为基础的手工工场 人类进入蒸汽时代“铁和煤的革命”1733,凯伊(制梭工人),发明飞梭,大大提高了织布效率1765,哈格里夫斯(织布工),发明手摇纺纱“珍妮机”,使大规模织布厂得以建立。第一次工业革命的开端1769,理查德阿
17、克莱特,发明卷轴纺纱机1779,塞缪尔克隆普顿(童工),发明走锭精纺机,又称“骡机”。纺出的棉纱柔软、精细、结实1785,卡特赖特(牧师),发明水力织布机,织布工效提高40倍“珍妮机”1800,英国棉纺业基本实现机械化 材料与产业革命材料与产业革命第一次科技革命第一次科技革命技术条件英国当时在开僻海外市场、掠夺殖民地、进行圈地运动,形成资金、劳动力、原料和广阔的市场基础工场手工业迅速发展,技术水平提高,促进了操作过程的专业化和熟练程度,为用机器代替人手操作提供了准备条件科学条件17、18世纪,牛顿等一批科学家掌握了科学理论,创办了各种学术团体,广泛交流学术思想,促使科技革命的发生产业条件186
18、0年代起,棉纺织业中出现一系列新新工工具具机机,工业上迫切需要制造出能够产生巨大而稳定动力的机械装置机械装置以瓦特改进的蒸汽机为代表的动力机应运而生瓦特改良蒸汽机瓦特之前的蒸汽机(纽科门蒸汽机),耗煤量大、效率低1765-1790,瓦特进行了一系列发明,比如分离式冷凝器、汽缸外设绝热层、油润滑活塞、行星式齿轮、平行运动连杆、离心式调速器、节气阀、压力计,使蒸汽机效率提高到纽科门机的3倍多,发明出现代意义的蒸汽机第二次产业革命 19世纪70年代-20世纪初科学技术的突出发展:电力的广泛应用、内燃机和新交通工具的创制、新通讯手段的发明、化学工业的建立u控制论创始人维纳提出,第二次工业革命典型特征为
19、自动化基本特征:新能源的广泛利用、石油的开发、新机器和新产品的创制、远距离传递信息主要表现:电气工业、内燃机技术与石油业、材料革命(钢铁时代、化工时代)、电信业的发达、电影业的兴起等出现电力、钢铁、化工“三大技术”出现汽车、飞机、无线电通讯“三大文明支撑第二次产业的新材料,如合金钢、铝合金、各种非金属材料材料与产业革命材料与产业革命l使工业化国家之间经济发展的不平衡加剧使工业化国家之间经济发展的不平衡加剧l使后起资本主义国家生产呈跳跃式发展,赶上并超过老牌资本主义国家使后起资本主义国家生产呈跳跃式发展,赶上并超过老牌资本主义国家l使工业化国家和非工业化国家在社会经济发展水平上的差距也越来越大使
20、工业化国家和非工业化国家在社会经济发展水平上的差距也越来越大“钢、电、石油业的革命”由“蒸汽时代”进入“电气时代”车始于轮子的发明。车轮是陆地交通工具变革的开始,是人类历史上最重要的发明之一是人类历史上最重要的发明之一有了车,人类的活动范围变大,人与人之间的交往和物质的交流也增多了例例1:1:轮子的发展轮子的发展材料与人类生活材料与人类生活木柱是轮子的雏型BC 3500,古巴比伦的苏美尔诞生了带轮的车,是在橇板下面装上轮子而成最原始的车轮是圆木片,后采用木板拼接,将木纹走向不同的木板交错着钉在一起,可防止开裂BC 2500,欧亚地区使用两轮、四轮的木质马车埃及,古墓葬中曾发现约BC1500的两
21、轮战车BC 2000,中国中原地区开始制造圆木板轮子的车辆 发明有辐车轮,比实体车轮轻便许多辐式轮车身更轻巧灵活,用马来拉,速度更快,被用在战争中18世纪后,随着第一次产业革命的兴起,开始大量制造较耐用的金属轮子时至今日,汽车轮子要求更高,金属轮子的外围更加上橡胶轮胎,以避震、增强附着摩擦力古代的轮子人类用火150万年,用轮子仅6千年据美史学家斯塔夫里阿诺斯著全球通史,最早的车轮出现在美索不达米亚,BC3000将轴装到手推车上,轮子不直接和车身连接例例2:2:钛材料钛材料钛合金是航空航天产品中采用的高性能材料常用于需要抗腐蚀、耐疲劳、高弹性的场合 钛合金以其独特的魅力,成为国际上公认的生产各类
22、比赛及休闲用高档自行车最先进、最理想的材料材料与人类生活材料与人类生活钛合金自行车:“自行车发烧友”的选择形状记忆合金百叶窗形状记忆合金百叶窗例例2:2:钛材料钛材料材料与人类生活材料与人类生活眼镜架眼镜架p锌白铜眼镜架价格低廉,但耐蚀性差,容形成绿色铜锈p蒙乃尔合金(含有铜、锌、镍)、镍合金加工性能好,但耐蚀性不高;游离态的镍离子易造成皮肤过敏p贵金属镜架价格昂贵,普通消费者难以承受p钛合金、钛合金、钛镍形状记忆合金的耐蚀性好,重量轻。现在中高挡金属眼镜架大部分都用这三种材料制成p钛合金镜架重量轻(普通镍基合金镜架的48%-60%)、强度高、耐腐蚀、表面易着色p除普通钛合金的优点外,钛合金加
23、工性能好、焊接技术优良p钛镍形状记忆合金不易焊接,眼镜架款式单一例例2:2:钛材料钛材料材料与人类生活材料与人类生活p1990年代初,钛合金眼镜架于在国外批量生产p1998前,钛合金镜架曾占据日本市场的60%以上目前市场出售的眼镜架有纯钛制品、TiNi超弹性合金制品、其它钛合金通常合金架比重约8.9g/cm3,纯钛架比重约4.5g/cm3用钛制作的手表在国外市场已早有出售目前世界上有十多家表厂生产这种手表,其中有全钛表壳,也有部分用钛或用氮化钛、碳化氮等也有供运动员和潜水员使用的特制手表手表手表例例2:2:钛材料钛材料材料与人类生活材料与人类生活据说是钛合金外壳!香奈儿J12 Chromati
24、c钛陶瓷手表钛陶瓷拥有极高的耐磨性,其硬度仅次于蓝宝石照相机纯钛戒指钛金发王钛手链用钛制作的日用品有照相机、手提箱、保温瓶、耳环、手镯、戒指、项链、胸针等例例2:2:钛材料钛材料材料与人类生活材料与人类生活材料与计算机材料与计算机材料科学的发展是计算机飞速发展的基础材料科学的发展是计算机飞速发展的基础计算机的发展已经历了4代。目前正在发展第5代电子管时代:第1代(1946-1958),以电子管为逻辑部件晶体管时代:第2代(1959-1964),以晶体管为逻辑部件小规模集成电路时代:第3代(1965-1970),用集成电路为逻辑元件大/超大规模集成电路时代:第4代(1971-1989),应用大规
25、模集成电路,寄存器多,速度快计算机科学时代:第5代,智能型计算机、分布式计算机系统、多媒体技术 代年 限硬 件软 件运算速度一1946-1958 电子管、磁鼓符号语言、汇编语言数千次/秒二1959-1964 晶体管、磁芯批处理操作系统,高级语言 如FORTRAN数万-数十万次/秒三1965-1970 中小规模集成电路、磁芯、半导体存储器 分时操作系统,会话式语言,网络软件数十万-数百万次/秒四1971-大、超大规模集成电路、半成品存储器数据库系统,分布式操作系统,面向对象的语言系统数千万-数亿次/秒计算机经历:电子管计算机经历:电子管晶体管晶体管集成电路时代集成电路时代 电子管电子管晶体管晶体
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 材料科学 人类文明
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【丰****】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【丰****】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。