材料是社会材料是社会进进步的物步的物质质基基础础。材料是人材料是人类进类进步的主要步的主要标标志。志。人人类类文明文明进进程的划分依据是什么程的划分依据是什么?所使用的、占主导地位的材料 石器石器时时代、代、铜铜器器时时代、代、铁铁器器时时代、代、钢铁时钢铁时代、合成代、合成材料材料时时代、复合材料代、复合材料时时代代 发发展得越来越快展得越来越快1.2.1 材料与人类文明18建筑材料划材料划时时代代材材料料是是人人类类文文明明、社社会会进进步步、科科学学技技术术发发展展的的物物质质基基础础和技和技术术先先导导。在在历历史史上上，人人们们将将石石器器、青青铜铜器器、铁铁器器等等当当时时的的主主导导材材料料作作为为时时代代的的标标志志，称称其其为为石石器器时时代代、青青铜铜器器时时代代和和铁铁器器时时代。代。在在近近代代材材料料种种类类极极其其繁繁多多，各各种种新新材材料料不不断断涌涌现现，很很难难用一种材料来代表当今用一种材料来代表当今时时代的特征：新材料代的特征：新材料时时代。代。1.2.1 材料与人类文明19人人类类文明文明进进化化时时代是以材料的使用来划分的。代是以材料的使用来划分的。从从远远古的石器古的石器时时代到代到铁铁器器时时代再到如今的新材料代再到如今的新材料时时代，代，先后先后经过经过了七个不同了七个不同时时代。代。公元前公元前10万年万年石器时代石器时代公元前公元前3000年年公元前公元前1000年年公元前公元前0年年1800年年1950年年1990年年青铜器时代青铜器时代铁器时代铁器时代水泥时代水泥时代钢时代钢时代硅时代（合成材料）硅时代（合成材料）新材料时代新材料时代以材料区分的七个以材料区分的七个时时代代1.2.1 材料与人类文明20燧石：神奇的石头400,000BC4,500BC石器石器时时代代(StoneAge) 人类主要以石头、骨头、木制作简单的工具。1.2.1 材料与人类文明21陶器陶器(Pottery)陶器的出现是人类跨入新石器新石器时时代的重要代的重要标标志志之一据考古资料，中国陶器制作历史至少有8000年年以上西安半坡人面网西安半坡人面网纹纹陶盆陶盆战战国陶制四通水管国陶制四通水管1.2.1 材料与人类文明224,500BC1,000BC青青铜时铜时代代(BronzeAge)从矿石中提炼铜 冶金业的黎明埃及古墓壁画是人类冶金业的最早纪录之一人人类类学会了用炭把学会了用炭把铜铜加加热热以以造出造出纯纯度更高的度更高的铜铜,而把而把铜铜和和锡锡矿矿石熔合后可得一种石熔合后可得一种坚坚度高的合度高的合金金-青青铜铜，以青，以青铜铜来造出各种武来造出各种武器。器。 大量使用青铜工具及青铜礼器的时期。1.2.1 材料与人类文明23古称金或吉金，是铜与其它元素（锡、镍、铅、磷等）的合金中国青铜时代大致对应夏商周至秦汉，时间跨度约两千年。春秋战国时期，齐国工匠写成考工考工记记，提出“金有六齐”，是世界科技史上最早的冶铜经验总结。 青青铜铜：第一种合金：第一种合金夏夏钺钺戈戈1.2.1 材料与人类文明24三星堆三星堆突目面具 铸于商代晚期，高64.5cm，宽138cm，眼球柱状外突长达13.5cm三星堆立人像铸于商代晚期，高1.72m，底座高0.9m，通高2.62m，是世界上最大的青铜立人像1.2.1 材料与人类文明25司母戊鼎司母戊鼎 司母戊鼎，商代大鼎，1939年出土，鼎高133cm，重875kg。为已知的中国古代体量最大的青铜器。1.2.1 材料与人类文明铜禁，中国已知最早应用失蜡法铸造的作品，春秋时代的楚国王子午墓出土，年代为公元前6世纪。26青青铜乐铜乐器器（战战国）国）错错金犀牛尊金犀牛尊1.2.1 材料与人类文明27曾候乙尊盘湖北江陵楚墓出土越王勾践宝剑1.2.1 材料与人类文明27 铜铜三足三足鸟鸟 西周西周 铜铜奔奔马马( (马马踏踏飞飞燕燕) ) 汉汉 秦始皇陵秦始皇陵铜车马铜车马秦秦 爵爵 商商 其它青其它青铜铜制品制品291.2.1 材料与人类文明1450BC 铁制车轮1500AD 廉价的冶铁业1000BC铁铁器器时时代代(IronAge) 公元前14世纪至公元前13世纪，人类开始使用并铸造铁器，当青铜器逐渐被铁器广泛替代时，标志着人类进入了铁器时代。1.2.1 材料与人类文明30战战国国铁铁犁犁头头战战国国铁锄铁锄湖南湖南长长沙砂子塘沙砂子塘战战国凹形国凹形铁锄铁锄 中国最早出现冶铁制品大约是在公元前9世纪。到了春秋末期，中国人就发明了在高温下用木炭还原铁矿石生产铁的方法，以及在半熔状态下锻造各种器具和武器的技术。1.2.1 材料与人类文明32水泥水泥时时代代(CementAge)0BC2000年前，希腊和古年前，希腊和古罗马罗马人在建筑中使用一种人在建筑中使用一种石灰和火山灰的混合物，它石灰和火山灰的混合物，它们们在水中在水中缓缓慢反慢反应应生成生成坚坚硬的固体。硬的固体。为为最早最早应应用的水泥。用的水泥。19世世纪纪初，英、法等将粘土化石灰初，英、法等将粘土化石灰(或泥灰岩或泥灰岩)烧结烧结成成为为水硬性材料，其中水硬性材料，其中Al2O3、SiO2含量之和含量之和达到达到2035%，称，称为为天然水泥。天然水泥。1824，英国用石灰石和粘土的混合物，英国用石灰石和粘土的混合物烧烧成一种成一种水硬性的胶凝材料，凝水硬性的胶凝材料，凝结结硬固后的硬固后的颜颜色、外色、外观观和当和当时时英国用于建筑的英国用于建筑的优质优质波特波特兰兰石石头头相似，故称相似，故称为为波波特特兰兰水泥。水泥。1825，波特，波特兰兰水泥在英国建厂生水泥在英国建厂生产产。水泥生水泥生产产工工艺艺以石灰石和粘土以石灰石和粘土为为主主要原料，要原料，经经破碎、配破碎、配料、磨料、磨细细制成生料，制成生料，喂入水泥窑中煅喂入水泥窑中煅烧烧成成熟料，加入适量石膏，熟料，加入适量石膏，磨磨细细而成。而成。18711871年，日本开始建造水泥厂年，日本开始建造水泥厂18891889年，中国在唐山建造了第一座水泥厂。年，中国在唐山建造了第一座水泥厂。1.2.1 材料与人类文明32 18世纪，出现了用钢铁制造的蒸汽机。19世纪发明的内燃机和电动机对金属材料提出了更高要求，同时对钢铁冶金技术产生了更大的推动作用。 18世纪至20世纪，金属材料占据了结构材料的主导地位。 比如，火车铁轨的问世就是钢铁材料大量生产和应用的成功例子。钢铁时钢铁时代代(SteelAge)1800：1.2.1 材料与人类文明33 1854年和1864年，欧洲先后出现了转炉和平炉炼钢技术。随着电炉冶炼技术的出现，不同类型的特种钢相继问世：1887年高锰钢1900年高速钢1910年镍铬不锈钢1.2.1 材料与人类文明3418艾菲艾菲尔尔铁铁塔塔钢钢的的应应用用旧金山金旧金山金门门大大桥桥建筑建筑设备设备351.2.1 材料与人类文明 同时，铜、铝及其合金大量使用，铅、锌、镁、钛和很多稀有金属相继被发现。世界钢产量从1850年的6万吨突增到1900年的2800万吨，人类进入了辉煌的钢铁时代。 由此带动了冶金业、纺织业、机械制造业、交通运输业及航空工业等的迅速发展。轮船、汽车、飞机、电灯等的出现，使人类生活大大改善。 1.2.1 材料与人类文明362010年世界年世界钢钢产产量达量达13.5亿亿吨，吨，中国突破中国突破6亿亿吨，吨，占占44.3%。 19世纪末期，西方科学家发明了人造丝，这是人类改造自然材料的又一里程碑。20世纪初，各种人工合成有机高分子材料相继问世。目前，全世界三大有机合成材料的年产量已达亿吨以上。1909年合成酚醛树脂（电木）1920年合成聚苯乙烯(PS)1931年合成聚氯乙烯（PVC）1941年合成聚酰胺、聚碳酸酯（尼龙）1.2.1 材料与人类文明合成材料合成材料时时代代1900：37 在20世纪下半叶，合成高分子材料得到了飞速发展，已经深入人类社会的方方面面。伴随着核能的应用、合成材料工业和以硅材料为支柱的半导体工业走向大规模工业化，人类开辟了以计算机技术、生物技术和空间技术为主要标志的新时代。 20世纪中后期，通过使用合成原料和新的制备技术，出现了一系列具有特殊功能的先进陶瓷材料。由于陶瓷具有资源丰富、密度小、耐腐蚀、耐高温等特点，用途不断扩大，成为世界各国材料研究的重点。1.2.1 材料与人类文明38硅硅时时代代(SiliconAge)1950 第二次世界大第二次世界大战战中，开始用硅制作雷达的高中，开始用硅制作雷达的高频频晶体晶体检检波器。所用的硅波器。所用的硅纯纯度低，不是度低，不是单单晶体。晶体。1950，制出第，制出第1只硅晶体管。只硅晶体管。1952，用直拉法培育硅，用直拉法培育硅单单晶成功。晶成功。1953，用无坩，用无坩埚埚区域熔化法拉制区域熔化法拉制单单晶。晶。1955，采用，采用Zn还还原原SiCl4法生法生产纯产纯硅，但不能硅，但不能满满足制造晶体管的要求足制造晶体管的要求1956，氢还氢还原原SiHCl3法。法。1960，用，用氢还氢还原原SiHCl3法法进进行工行工业业生生产产，已具，已具规规模。模。硅整流器、硅硅整流器、硅闸闸流管流管问问世，促使硅材料的生世，促使硅材料的生产产一一跃跃而居半而居半导导体材料的首体材料的首位。位。1960年代，硅外延生年代，硅外延生长单长单晶技晶技术术和硅平面工和硅平面工艺艺。硅晶体管制造技硅晶体管制造技术趋术趋于成熟，集成于成熟，集成电电路迅速路迅速发发展。展。1980年代初，全世界多晶硅年代初，全世界多晶硅产产量达量达2500吨。吨。1.2.1 材料与人类文明39 20世纪90年代后，现代复合材料、各种新材料层出不穷，并得到快速发展，标志着人类已进入新材料时代。 新材料使新技术得以产生和应用，而新技术又促进了新工业的出现和发展。 新材料新材料时时代代1900：1.2.1 材料与人类文明40 从人类利用材料的历史中可以清楚地看到：每一种重要新材料的发现和应用，都会把人类支配自然的能力提高到一个新的水平。材料科学技术的每一次重大突破都将引起生产技术的重大变革，甚至引发一场世界性的技术革命，大大加速社会发展的进程，给社会生产力和人类生活带来巨大的变革，把人类物质文明推向前进。1.2.1 材料与人类文明材料是所有科技材料是所有科技进进步的核心。步的核心。没有没有钢铁钢铁材料，就没有今天的高楼大厦。材料，就没有今天的高楼大厦。没有没有专门为喷专门为喷气气发动发动机机设计设计的材料，就没有靠的材料，就没有靠飞飞机旅行的今天。机旅行的今天。没有耐高温复合涂没有耐高温复合涂层层材料，就没有人材料，就没有人类类探索外太空的探索外太空的飞飞船。船。没有固体微没有固体微电电子子电电路，就没有路，就没有计计算机。算机。41材料与建筑421.2.1 材料与人类文明材料与交通431.2.1 材料与人类文明材料与国防现代化 441.2.1 材料与人类文明材料的材料的发发展史展史1)石器材料石器材料-对自然界天然物质作简单的打磨加工。陶器材料陶器材料-人类通过加工技术以一定的工艺制造非天然物质材料的起点。2)青青铜铜、铁铁器材料器材料-加工、冶炼技术和工艺的改进。3)20世世纪纪末主要的新材料末主要的新材料-塑料、合成橡胶、化纤等各种高分子材料，特种陶瓷、特种玻璃、特种水泥、光导纤维、碳纤维、硼纤维等硅酸盐和无机功能新材料，记忆合金、非晶态金属、晶须、超导材料、超塑性金属、超弹性合金等型金属材料，以及纤维增强、叠层复合等新型复合材料。4)第四代、第五代材料第四代、第五代材料-纳米材料、超晶格膜、超纯材料等“极限材料”和“分子设计”材料等。1.2.1 材料与人类文明45