材料科学与人类文明绪论
新材料技术绪论
Fan
50年代后涡轮 喷气发动机
Low Pressure Compressor or Booster
Low Pressure Turbine Combustor
23 High Pressure Compressor
Slide 5
高推重比发动机对材料要求
（1）按基体可分为金属基、高分子基、 无机非金属基复合材料
（2）按用途可分为结构复合材料和功能 复合材料
33
2．按使用性能分类
1）结构材料：以力学性能为基础， 用于制造受力构件的材料。 2）功能材料：是利用物质的特殊 物理、化学性能或生物功能等而形 成的一类材料。
34
3．按结构分类 晶态材料 非晶态材料 准晶态材料
12
7.新材料时代
1990年 新材料是指那些正在发展，且具有一 般传统材料所不可比拟的优异性能或 特定功能、应用前景良好的一类材料。 时代特征： •由多种材料决定社会和经济发展 •以人造为特征 •为了特定的需要可设计和加工而成 13
二、新材料是社会现代化的先导
材料发展是高新技术社会现代化的先 导，是一个国家科学技术和工业水平 的反映和标志。
具有优良的力学性能，特别是高强度和 高韧性，优良的可加工性。 a.铁及铁基合金 b.非铁金属及其合金
30
2）无机非金属材料
它是以某些元素的氧化物、碳化物、 氢化物、卤化物以及硅酸盐、铝酸 盐、磷酸盐、硼酸盐等物质组成的 材料(宝石、陶瓷、水泥、玻璃等)。 特点：耐高温、高硬度、抗腐蚀、 以及优良的介电、光学、电磁性能 及其功能转换特性等。
8
4.水泥时代
公元元年 早在公元元年左右，希腊、古罗马 人就将石灰和火山灰的混合物做建 筑材料，这是最早应用的水泥。今 日，它已发展成庞大的家族，是建 房修桥筑路等领域的基础材料，有 石材不可替代的优越性。
材料导论第九章 材料概论绪论
航空、航天 金属＋高分子 结构材料 材料 生物材料
无机非金属 高分子
智能材料 功能材料 电子材料
陶瓷＋高分子
光学材料磁性材料能源材料
各种材料的典型强度:
2、按材料的功能分类
有机高分子 <无机非金属 <复合材料 <金属、合金
3、按材料的性能分类
按物理效应分为： 导电材料、半导体材料
绝缘材料、磁性材料 透光材料、高强度材料 高温材料、超硬材料等
体薄膜 ➢ 三维材料 块状材料。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
三、材料的四要素
性质/使用性能
组成
（工程）
结构
（化学）
（物理学）
合成与加工
探索这四个要素之间的关系覆盖从基础学科到 工程的全部内容。
2、结构
材料结构： 是影响材料性能的基本因素，
随化学组成及外界条件改变
宏观组织结构：
＞10-4 m 肉眼可见
显微组织结构： 10-4 ~10-8 m 显微镜观察
安全性的各种性能指标。
四、 材料科学与工程
1、材料科学与工程－关于材料成分、结构、工艺 和性能与应用之间有关知识开发和应用的科学。
是一个多学科的交叉领域，是从科学到工程的一 个专业连续领域
材料科学专注于理解材料成分、结构、工艺和 性能之间的关系。
材料工程则着重于将物质或原料转变成具有适当 结构、满足使用性能要求的材料——材料化过程。
➢ 合成是新技术开发的关键要素、人造材料的 唯一实现途径
4、性质/性能
性质 材料对电、磁、光、热、机械载荷的反应，
主要决定于材料的组成与结构。
力学性质 强度、硬度、钢度、塑性、韧性
物理性质 电学性质、磁学性质、光学性质、热学性质
高分子材料学经典教材
多分散性的描述：分布曲线法、分散系数HI法。
▲常见三大合成材料的相对分子质量范围
塑料
高密度聚乙烯 聚氯乙烯 聚苯乙烯 聚碳酸酯
相对分子质量
6～30万 5～15万 10～30万 2～6万
橡胶
天然橡胶 丁苯橡胶 顺丁橡胶 氯丁橡胶
从上面所叙述材料的发展可 以看到，科学发展是无止境的， 一时的满足和安于现状就会导致 落后，不断进取、不断创新才更 有所作为。
人类需求是推动科学发展的 动力。
绪论
一、高聚物的基本概论 ●高聚物
高聚物（high polymer）是高分子化合物（macromolecular compound）的简称，是由 成千上万个原子通过化学键连接而成的高分子（macromolecule）所组成的化合物。
第一章：绪 论 高分子材料学简介
人类的文明史=材料的发展史
材料包括： 金属材料 无机非金属材料
有机高分子材料
复合材料
INTRODUCTION
• Advancement in technology is directly associated with the development of new materials
Man-made (Synthetic) Macromolecules
1839 Elastic property improvement of natural rubber by vulcanization
1870 Commercialization of celluloid (75% cellulose nitrate + 25% camphor)
《材料科学与人类文明》课程教学大纲
《材料科学与人类文明》课程教学大纲1、课程名称：材料科学与人类文明课程负责人：赵建华2、学时与学分：30学时2学分3、课程类别：文化素质选修课4、课程教材：赵建华主编，《材料科技与人类文明》，华中科技大学出版社， 2011.75、参考教材：左铁镛编，《新型材料-人类文明进步的阶梯》，化学工业出版社出版社，2002.9陈贻瑞，王健.《基础材料和新材料》，天津大学出版社，19996、开课单位：重庆大学材料科学与工程学院7、课程的目的、性质和任务专科从石器时代、铁器时代到信息新纪元，人类前行的每一个脚印无不印证着材料科学技术的发展，人类文明史就是材料发展史。
新型材料是科学技术赖以发展的物质基础，是未来新技术革命的先导，新材料的知识是人们迈入科学殿堂的重要基础。
本课程通过材料与人类历史、材料与人类生活、材料科技与可持续发展等部分的论述，使学生在了解材料发展历史及环境材料、信息材料、能源材料等新型材料科技知识的同时，能够认识材料对人类历史、环境、能源、信息、军事、科学技术及人类生活的巨大作用，在今后的工作中能够科学地开发或应用材料，在材料科技方面提高科技文化素质。
8、课程的主要内容第1章绪论1.2.1 材料科技的发展历程1.2.2 材料在现代社会中的作用1.2.3 材料的政治经济学地位第2章青铜及古代铸冶技术2.1 青铜时代的文化遗产2.1.1 先秦青铜铸器分类2.1.2 台湾收藏的先秦青铜器精品2.1.3 流失到国外的先秦青铜稀世珍宝2.2 中国青铜铸造技术2.2.1 型范正--技艺高超的陶范铸造2.2.2 “金锡美”--铜锡六齐的发明2.2.3 失蜡铸造巧夺天工2.2.4 铸器装饰及表面处理2.3 青铜铸器精品欣赏2.3.1 铸器铭文记载历史2.3.2 罕见的人面人像青铜雕塑2.3.3 编钟—中国青铜文明的灵魂第3章陶瓷3.1 瑰丽多姿的古代陶瓷3.2 陶瓷与中国文化3.2.1 陶瓷与食文化3.2.2 陶瓷与茶文化3.2.3 陶瓷与酒文化3.2.4 陶器与儒家文化3.3 现代陶瓷材料第4章材料在工业革命中的作用4.1 工业革命前的准备4.1.1 工业革命的背景4.1.2 工业革命前的材料应用4.2 纺织业是世界工业的摇篮4.2.1 棉纺织业的技术革新4.2.2 其他行业的发展4.3 蒸汽机的发明与改进4.2.1 发明蒸汽机的条件4.2.2 巴本“蒸骨锅”、塞维利蒸汽机和纽科门蒸汽机4.2.3 瓦特改进蒸汽机4.2.4 瓦特蒸汽机走向成功的关键4.4 蒸汽时代的到来4.3.1 蒸汽动力的推动4.3.2 交通运输业的变革4.3.3 机器制造业的蓬勃发展4.5 钢铁业的发展4.5.1 从陨铁开始的事业4.5.2 用煤代替木炭炼铁4.5.3 坩埚炼钢法和搅拌炼铁法4.5.4 “铁疯子”开创钢铁时代4.5.5 钢铁时代第5章建筑材料与人居环境5.1 概述5.1.1 建筑及其发展5.1.2 人居环境的概念5.2 建筑材料5.2.1 建筑材料的发展5.2.2 传统建筑材料5.2.3 近代建筑材料5.2.4 现代建筑材料5.2.5 新型建筑材料5.2.6 “城市，让生活更美好”—2010上海世博会中的建筑与材料5.3 建筑材料与人居环境5.3.1 人居环境与土木工程、建筑材料5.3.2 室内环境评价与建筑材料5.4 建筑材料的节能与环保5.4.1 节能环保是建筑材料发展的必然要求5.4.2 节能环保建筑材料5.4.3 建筑材料未来的发展第6章轻量化材料与便捷交通6.1 概述6.1.1 轻量化材料6.1.2 常用轻量化材料6.2 汽车轻量化6.2.1 汽车轻量化的定义6.2.2 汽车轻量化的意义6.2.3 汽车轻量化的实现方式6.2.4 汽车轻量化材料的应用6.2.5 汽车轻量化材料技术的发展应用6.3 航空工业的轻量化6.4 交通轨道的轻量化6.4 船舶制造的轻量化第7章编织人类美好生活的纺织材料7.1 纺织材料的历史7.1.1 原始手工纺织7.1.2 手工机器纺织7.1.3 历代纺织品简介7.1.4 丝绸之路7.2 常用纺织材料7.2.1 纺织纤维7.2.2 纱线7.2.3 织物7.3 新型纺织材料7.3.1 新型纤维材料7.3.2 功能性纺织材料7.3.3 高性能纺织材料第8章信息材料8.1 引言8.1.1 信息8.1.2 信息技术8.1.3 信息材料8.2 信息获取材料8.2.1传感器材料分类8.2.2 传感器功能材料8.2.3 传感器功能材料展望8.3 信息传递材料8.3.1 光纤通信材料8.3.2 微波通信材料8.3.3 GSM数字蜂窝移动通信材料8.4 信息存储材料8.4.1 磁光存储材料8.4.2 全息存储材料8.5 信息显示材料8.5.1 液晶显示材料（LCD）8.5.2 等离子体显示材料（PDP）8.5.3 阴极射线管材料（CRT）8.5.4 其它信息显示材料8.6 信息处理材料8.6.1 微电子信息处理材料8.6.2 光电子信息处理材料8.6.3 集成光路材料8.6.4 光电子集成回路材料8.7 其它信息材料第9章材料与环境：人类的责任9.1 材料与资源、环境的关系9.1.1 材料与资源的关系9.1.2 材料与环境的关系9.1.3 我国材料工业与资源、环境的状况9.2 环境材料的概念及其研究的内容9.2.1 环境材料的概念和含义9.2.2 环境材料的特征及其分类9.2.3 环境材料的研究内容9.3 材料的环境影响评价（LCA）9.3.1 环境材料的判据9.3.2 常见的环境指标及其表达方法9.3.3 生命周期评价方法9.3.4 LCA数据库与评价软件9.3.5 材料的生命周期评价方法（MLCA）9.4 材料的生态设计与典型环境材料9.4.1 材料的生态设计9.4.2 典型环境材料第10章新能源材料10.1 概述10.1.1 能源及其应用10.1.2 能源材料10.2 新型二次电池及其材料10.2.1 电池的种类10.2.2 Ni／MH二次电池（镍氢电池）10.2.3 锂离子二次电池材料10.3 燃料电池及其材料10.3.1 概述10.3.2 燃料电池的组成10.3.3 固体氧化物燃料电池（SOFC）10.3.4 燃料电池的应用10.3.5 储氢合金10.4 LED绿色照明10.4.1 LED（Light Emitting Diode）的特点与应用10.4.2 LED的结构与光学特性10.4.3 LED材料10.5 太阳能的利用与材料10.5.1 光热转换材料10.5.2 光电转换材料10.5.3 太阳能电池的发展10.5.4 太阳能电池的应用10.6 核能材料10.6.1 概述10.6.2 核能应用10.6.3 核能材料9、课程的教学基本要求第1章绪论掌握材料的概念与分类，了解材料科技在人类文明进步中的作用及材料的政治经济学地位第2章青铜及古代铸冶技术掌握先秦青铜铸器分类及特点，了解青铜的陶范铸造及失蜡铸造过程，了解六齐的概念及特点，了解青铜在人类历史上的作用第3章陶瓷熟悉陶瓷的变化历史，掌握陶瓷的产生对人类历史的作用以及在材料的发展上的意义，了解陶瓷与人类文化的联系第4章材料在工业革命中的作用了解工业革命的发展过程，熟悉材料在工业革命中的作用，了解钢铁是如何与工业革命互动发展的第5章建筑材料与人居环境掌握人居环境的概念及建筑材料的发展过程，了解建筑材料未来的发展趋势第6章轻量化材料与便捷交通掌握轻量化材料的概念及意义，了解常用轻量化材料类型及特点第7章编织人类美好生活的纺织材料了解纺织材料的发展历史，了解常用纺织材料的组织及性能第8章信息材料熟悉典型信息获取材料、信息传送材料、信息存储材料、信息显示材料、信息处理材料的种类及特点，了解信息材料对信息技术进步的影响。
材料科学基础(上海交大)--绪论
第一次产业革命的突破口是推广应用蒸汽 但只有在开发了铁和铜等新材料以后， 机 ， 但只有在开发了铁和铜等新材料以后 ， 蒸汽机才得以使用并逐步推广。 蒸汽机才得以使用并逐步推广。 第二次产业革命一直延续到20世纪中叶 ， 第二次产业革命一直延续到 20世纪中叶 20 世纪中叶， 以石油开发和新能源广泛使用为突破口，大力 以石油开发和新能源广泛使用为突破口， 发展飞机、汽车和其他工业， 发展飞机、汽车和其他工业，支持这个时期产 业革命的仍然是新材料开发。如合金钢、 业革命的仍然是新材料开发。如合金钢、铝合 金以及各种非金属材料的发展。 金以及各种非金属材料的发展。
先进（或新型）无机非金属材料是用氧化物、 先进（或新型）无机非金属材料是用氧化物、 是用氧化物 氮化物、碳化物、硼化物、硫化物、 氮化物、碳化物、硼化物、硫化物、硅化物以 及各种无机非金属化合物经特殊的先进工艺制 成的材料。主要包括先进陶瓷、非晶态材料、 成的材料。主要包括先进陶瓷、非晶态材料、 人工晶体、无机涂层、无机纤维等。 人工晶体、无机涂层、无机纤维等。
材料科学基础课程的教学内容
材料科学基础课程是材料科学与工程专业的重要 的学科基础课之一，主要介绍材料科学中的共性规律， 的学科基础课之一，主要介绍材料科学中的共性规律， 即材料的组成-形成（工艺）条件-结构-性能-材料用 即材料的组成-形成（工艺）条件-结构-性能途之间相互关系及制约规律。内容主要包括： 途之间相互关系及制约规律。内容主要包括：材料种 类、晶体结构、缺陷化学、非晶体结构、材料的表面 晶体结构、缺陷化学、非晶体结构、 与界面、相图、扩散、相变、 与界面、相图、扩散、相变、固相反应及烧结等基础 知识。 知识。
传统的无机非金属材料之二： 传统的无机非金属材料之二：玻璃
玻璃是由熔体过冷所制得的非晶态材料。 玻璃是由熔体过冷所制得的非晶态材料。根据其形成 网络的组分不同可分为硅酸盐玻璃、硼酸盐玻璃、 网络的组分不同可分为硅酸盐玻璃、硼酸盐玻璃、磷酸盐 玻璃等，其网络形成剂分为SiO2、B2O3和P2O5。习惯上玻 玻璃等，其网络形成剂分为SiO 璃态材料可分为普通玻璃和特种玻璃两大类。 璃态材料可分为普通玻璃和特种玻璃两大类。 普通玻璃 两大类 普通玻璃是指采用天然原料，能够大规模生产的玻璃。 普通玻璃是指采用天然原料，能够大规模生产的玻璃。 普通玻璃包括日用玻璃、建筑玻璃、微晶玻璃、 普通玻璃包括日用玻璃、建筑玻璃、微晶玻璃、光学玻璃 和玻璃纤维等。 和玻璃纤维等。
金属材料学第一章和绪论
合金钢的分类
按合金元素的总含量的多少分为： 高合金钢（合金元素含量>10%）， 中合金钢（合金元素含量在5~10%）； 低合金钢（合金元素含量<5%）
绪论与第一章
材料学—西安理工大学材料学院
§1.2 合金元素的分类及对铁基 二元相图的影响（作用）
一、合金元素的分类：
铁族金属：Co、Ni、Mn 难熔金属：熔点比Fe高的金属W、Mo、 Nb、V、Cr
2、材料的定义与分类 3、材料学的研究内容与特点 4、研究的机遇与挑战 5、课程的主要内容、特点与目标
绪论与第一章
材料学—西安理工大学材料学院
1、材料与人类文明以及材料在现在工业部门 的重要性及意义
当代社会文明与国民经济的3大支柱：材料、能源与信息
材料可以实现能源的转换、存储和应用；同时材料是信息传输、 存储的载体
微合金钢：某些合金元素（如Nb、Ti、Zr、 B），即使其含量在0.1%（B在0.001%）时， 亦可能显著的影响钢的组织和性能，这一类钢 称为~
绪论与第一章
材料学—西安理工大学材料学院
合金 钢的 性能 特点
更高的力学性能
优良的热处理工艺 性能
特殊的物理与化学 性能
更高的价格
绪论与第一章
材料学—西安理工大学材料学院
碳化物形成元素与非碳化物形成元素在周期 表中分布有什么规律呢？
绪论与第一章
材料学—西安理工大学材料学院
Ⅰ A
H
Ⅱ A
Li Be
Na
Mg
Ⅲ B
Ⅳ B
Ⅴ B
Ⅵ B
Ⅶ B
0
Ⅲ A
Ⅳ A
Ⅴ ⅥA A
Ⅶ A
He
B C N O F Ne
同济大学材料科学基础绪论资料
一门新的综合性学科的诞生。
什么是材料科学 ？
• 材料科学是一门以材料为研究对象，介于基础科
学与应用科学之间的称之为应用基础科学的学科。
• 基本内容： • （1）从化学的角度出发，研究材料的化学组成、
键性、结构与性能的关系及其规律
• （2）从物理的角度出发，研究材料的组成原子、
材料科学学科形成的 深层次原因分析（4）
许多不同类型的材料可以相互代替和补充， 能更充分发挥各种材料的优越性，达到物 尽其用的目的。（复合材料的原理问题的 提出）
材料科学学科形成的 深层次原因分析（5）
• 最后，复合材料在多数情况下是不同类型
材料的组合，如果对不同类型材料没有一 个全面的了解，作为新材料发展之一的复 合材料的研究开发必然受到影响。对各类 材料有一个深入的了解是复合材料发展的 基础。
离子或分子等的排列形式或方式。
• （B）性质： • 赋予材料的价值和应用性.
• 指材料对电、磁、光、热、机械载荷的反应，
主要决定于材料的组成与结构。
• （C）使用性能： • 是材料在使用条件下应用性能的度量.
也指在使用状态下表现的行为，它与材料设计、工
程环境密切相关。实用性能包括可靠性、耐用性、寿
材料结构关系
• 材料的结构包括不同晶体结构和非晶体，以及显微镜下
的微观结构，哪些主要因素能够影响和改变结构？只有 了解了这些才能实现控制结构的目的。
• 材料的性能包括物理性能、化学性能、力学性能。 • 其内部结构包括四个层次：①原子结构；②结合键；③
原子的排列方式；④显微组织
• （A）组织结构： • 包含着决定材料性质和使用性能的原子、
材料科学学科形成的 深层次原因分析（2）
材料科学基础-绪论
航空材料 材料的主要性能取决 于 母 体 ， 加 入 合 金元 素 成 分 将 改善 金 属 的物 理 及 机 械 性能 — 强 度 、 耐 力 、 使 用寿 命 。 在飞 机 发 动 机 中一 种 掺 镍化 合 物制成称作718合金被广 泛的用于制造波音777客 机上的发动机的压缩机 、 叶片及紧固件。
• 《材料科学基础》 潘金生主编 清华大学出版社
• 《金属材料及热处理》 崔忠圻主编
新材料阶段的特征
• 是一个由多种材料决定社会和经济发展的时代；
• 新材料以人造为特征，非自然界中现成有的; • 新材料是根据我们对材料的物理和化学性能的了解，为了特定 的需要设计和加工而成的； • 这些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，从而使国家财富和就业增加。
（四）材料的应用 • 让我们回顾几项有影响的事例，以便加深理解材料的发展在人类社会发 展中起了举足轻重的作用。 • 计算机与材料 1、计算机经历：电子管→晶体管→集成电路时代 2、个人电脑移动存储器的比较 材料科学的发展是计算机飞速发展的基础
种类 软盘 CD－RW MO(磁光盘) 使用的材料 氧化铁 以ZnS等为主的陶 瓷材料 TbFeCo合金磁光 材料 存储容量 1.44 Mb 650 Mb 650 Mb，1.3G 特点 容量小，文本文件存储 CD光盘，价低，用量大 需专用驱动器，价格高，局限 在广告图形用户
•
•
硅时代（1950年）
新材料时代（1990年）
材料科学基础的地位
• 材料(Materials)是国民经济的物质基础。 • 材料无处不在，无处不有
工农业生产 国防 科学技术 人民生活
材料 材料品种 能源 现代技术的三大支柱 数量 国家现代化程度标志之一 信息 质量
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燧石：神奇的石头
陶器(Pottery)
• 陶器的出现是人类 跨入新石器时代的 重要标志之一
西安半坡人面网纹陶盆
• 据考古资料，中国 陶器制作历史至少 有8000年以上
战国陶制四通水管
4,500 BC — 1,000 BC 青铜时代 (Bronze Age)
大量使用青铜工具及青铜礼器的时期
埃及古墓壁画 是人类冶金业的最早纪录之一 人类学会了用炭把铜加热以造出 纯度更高的铜, 而把铜和锡矿石 熔合后可得一种坚度高的合金 -青铜，以青铜来造出各种武器
材料与技术革命
第二次技术革命开始于19世纪末，以电的发明和广泛 应用为标志，一直延续到20世纪中叶，以石油开发和 新能源广泛使用为突破口，大力发展飞机、汽车和其 他工业，支持这个时期产业革命的仍然是新材料开发， 如合金钢、铝合金以及各种非金属材料的发展。
材料与技术革命
第三次技术革命开始于20世纪中叶，以原子能应用
材料与日常生活
钛合金自行车：“自行车发烧友” 选择钛合金制自行车。 通常用于需要抗腐蚀，耐疲劳，高弹性的场合
材料与日常生活
形状记忆合金百叶窗
材料与日常生活
眼镜架 目前市场出售的眼镜架有 纯钛制品、TiNi超弹性合金 制品等 其优点是耐腐蚀、不变色、 质轻
材料与日常生活
手表
用钛制作的手表在国外市场 已早有出售，目前世界上已 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 此外，还有供运动员和潜水 员使用的特制手表
日常生活：包装材料、建筑材料
• 材料是所有科技进步的核心
建筑、交通、能源、计算机、通信、多媒体、生物医学工程
无一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
从原理上看，“六齐”的出现表明 在战国时期人们对合金成分、性 戈 能和用途之间的关系已经有所认 识。
三星堆
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
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
司母戊鼎
微电子技术、生物工程技术与空间技术为主要标志。
新材料时代 (New Material Age)
材料、能源、信息是当代社会文明和国民经济的三大支柱，是人 类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之一（新材料技术、新能源技术、 信息技术、生物技术）。
宝钢高炉
长征三号运载火箭在发射架上的图片
以材料区分的七个时代
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
石器时代
2百万年前开始，人类有目的地在生产生活中利用 天然材料（石头、木头、黏土、动物皮毛等）。
400,000 BC — 4,500 BC 石器时代 (Stone Age) 人类主要以石头、骨头、 木制作简单的工具
火箭
材料的应用
战机 舰船
导弹
高层 建筑
火箭
铝合金的 主要应用领域
战车 人造 卫星 高速列车 汽车
新材料的特征
根据人们对材料物理和化学性能的了解，为了特定需要
而设计、加工材料
半导体单晶硅、砷化嫁、光导纤维、超导等新材料的开 发和应用，使得新技术得以生产和应用，从而促进新工 业的出现和发展，极大的推动了社会文明与经济的发展 新材料 新技术 新工业
• 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
• 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
温文尔雅的四羊方尊
（战国）错金犀牛尊
青铜乐器
湖北江陵楚墓出土越王勾践宝剑
1000BC — 铁器时代 (Iron Age)
现代社会
三 大 支 柱
能源、信息和材料（1998） 生物工程，信息技术和新材料
汽车工业：金属、玻璃、各种塑料、涂料 航空航天：高温合金、隔热材料、轻型高强度材料
能源工业：储氢合金、燃料电池、太阳能电池
电子信息：半导体材料、超导材料、磁记录材料 生物技术：人工关节、人工皮肤、人工脏器
农业：人造土壤、地面覆盖
材料科学与人类文明
浙江大学 2011
何谓材料？
材料是人类社会所能接受的、可经济地制 造有用物品的物质。
俄罗斯米-26直升机展示强悍起吊能力 米-26采用8片半径16米长的矩形桨叶旋翼，是世界采用桨叶片 数最多的单旋翼直升机，其桨毂由钛合金制成。
材料研究之美
材料研究之美
200nm
材料系2010研究生微结构摄影大赛
夏钺
• 春秋战国时期，齐国工匠写成《考 工记》，提出[金有六齐]，是世界 科技史上最早的冶铜经验总结
“六齐”一词最早见于《考工记》：“金有六 齐：六分其金而锡居一，谓之钟鼎之齐；五 分其金而锡居一，谓之斧斤之齐；四分其金 而锡居一,谓之戈戟之齐；三分其金而锡居 一,谓之大刃之齐;五分其金而锡居二,谓之削 杀矢之齐；金锡半，谓之鉴燧之齐。”
20世纪科技发明史--与材料密切相关
20世纪50年代的人类发明 信用卡、有线电视、动力方向盘、袖珍晶体管收音机、录像机、不粘锅、垒高儿 童拼装玩具、氢弹、水翼船、调制解调器、健身呼啦圈
20世纪科技发明史--与材料ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ切相关
20世纪60年代的人类发明 软接触镜头、纤维笔尖钢笔、体重计、用做隆胸的硅胶填充物、按钮电话、电脑 鼠标、石英手表、“傻瓜”照相机、涡流浴室、影碟、盒式录音磁带、手提电脑、 扫描仪、丙烯酸树脂涂料
成品 1886 1915 1922 1913 1940 1942 1951 1960
发展时间 65 33 35 18 5 3 3 2
例1: 轮子的发展
例1: 轮子的发展
车的发展始于轮子的发明，轮子的使用无疑是陆地交通工具变革的开始，它 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 木柱是轮子的雏型 据说5500多年前，生活在美索不达米亚平原的苏美人首先发明了车。最原始 的车轮就是圆木片，以后为了制作方便，采用木板拼接，将木纹走向不同的 木板交错着钉在一起，可以防止开裂 ~公元前2000年，人类发明了有辐的车轮，比实体车轮轻便了许多，装有辐 式车轮的车子用马来拉，速度就快多了，车身也变得轻巧灵活，被古人当作 武器用在战争中 进入18世纪后，随着第一次产业革命的兴起，生产规模迅速扩大，人类开始 大量制造较耐用的金属轮子 时至今日，汽车所用的轮子要求更高，金属轮子的外围更加上橡胶轮胎，以 作避震及增强附着摩擦力之用 未来磁浮的采用可使得轮子有完全被取缔
绪 论
材料和人类文明发展史概述
材料的定义分类
本课程的主要内容及目的
第一章 绪论
人和动物的本质区别? 人可以利用工具从事生产、生活，创造财富，积累经验，进而 制造更先进的工具 在制造工具时，材料是必需的 但不是所有的物质都能用于制造工具 什么是材料？
材料是具有一定性能，可以用来制作器件、构件、工具、装置等物品 的物质
简单地说，材料是人类可用来制造有用器件的物质
材料是人类社会进步的里程碑
材料与人类文明发展
• 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
—— 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……
—— 发展得越来越快
人类文明与材料
木器时代 ？
公元前8世纪古希腊哲学家赫西奥德的《劳
20世纪科技发明史--与材料密切相关
20世纪90年代的人类发明 “哈勃”太空望远镜、DVD、可用于汽车上的氢气燃料电池、“奔腾”处理器
材料与技术革命
在开发了铁和铜等新材料后，蒸汽机得以使用并逐步推广，由此引发第一次技术革命
第一次科技革命发生于18世纪中叶的英国，而后遍及欧洲和北美国家。这 次革命以纺织机械革新为起点，以蒸汽机的广泛使用为标志，实现了工业 生产从手工工具到机械化的转变，使以机器为主体的工厂制度化替了以手 工技术为基础的手工工场，从而把人类带进了蒸汽时代 第一次科技革命发生的条件 当时英国正在开僻海外市场、掠夺殖民地以及进行“圈地运动”, 这情况下 有大量资金、劳动力、原料和广阔市场的基础，工场手工业迅速发展起来， 技术水平的提高又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 在17、18世纪的英国，牛顿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 从18世纪60年代起，棉纺织业中一系列新工具机的出现，令制造能产生巨 大、稳定的动力的机械装置，成了工业上的迫切需要。于是，以瓦特改进 的蒸汽机为代表的动力机就应运而生
20世纪前20年的人类发明 齐柏林硬式飞艇、扬声器、空气调节装置、自动售货机、圣诞树彩灯、双刃安全 剃刀、飞机、人造树胶、霓虹灯、汽车上的电点火装置、纸杯、不锈钢、坦克、 爆米花烤箱
20世纪科技发明史--与材料密切相关
20世纪20年代的人类发明 机器人、雪上汽车、自动手表、电动剃须刀、16毫米家庭型电影摄影机、克里内 克丝面巾纸、电视机、汽车无线电、红绿灯
为标志，实现了合成材料、半导体材料等大规模工 业化、民用化。
核能材料
瑞士核电站 烧 结 前 烧 结 后
核反应堆材料 耐中子辐射、腐蚀、高温 钨钒钢（W-V steel） 铬钒钢（Cr-V steel） 镍基高温合金（Hastelloy material）
氧化铀