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以史鉴今!材料人不可不知的材料简史

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发表于 2015-10-26 15:23:07 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
以史鉴今!材料人不可不知的材料简史

材料、bet222体育投注和能源是现代技术的三大支柱,其中材料则是最基础的。人类从诞生的那天起,就开始开发和利用材料;而材料从被人类利用的那天起,就与我们的生活息息相关。人类使用材料的历史,与人类本身的历史一样长,人类就是在使用材料、制造工具的过程中,不断进化、走向成熟的。一部人类文明史,从某种意义上说,也可以称之为一部材料科学发展史。

材料科学技术的发展在人类历史上具有重要的地位。历史上,材料被视为人类社会进化的里程碑,对材料的认识和利用的能力,决定着社会的形态和人类生活的质量,历史学家也把材料及其器具作为划分时代的标志:如从旧石器时代开始,经过新石器时代、青铜器时代、铁器时代、钢铁时代、高分子时代、高性能陶瓷时代,直到复合材料时代。新材料是科学技术进步的基础,其它领域的革新和突破都必须依赖材料的新旧更替。新材料技术的不断发展,为整个科学技术的进步提供了坚实的基础,而科学技术整体的进展,对材料的品种和性能提出了更高的要求,反过来刺激了新材料技术的发展。所以说,一部科学技术发展史也称得上是一部材料发展史。

人类使用材料的开端


人类起源的端绪极难判定,通常概括地说人类历史有200多万年,其中有历史记载的部分最多只有只有五六千年,就时间而论,人类历史几乎全部是史前史,史前史一般可分为旧石器时代和新石器时代,新时期时代也只有1万年左右,其余99%处于旧石器时代。

漫长的旧石器时期


旧石器时代又称蒙昧时代,在最初的200万年里,材料的应用进步缓慢。“斧子”可称得上是万能型工具,旧石器时代的早期技术主要看“手斧”,除手斧外,还发展出薄刃斧、手镐。弓箭是旧石器时代材料运用的高峰,这是以天然聚合物为主的材料集成大创造,石镞、木箭杆、树胶、天然纤维弓弦、木竹弓体的材料的综合应用,是晚期智人成为地球主人的标志性事件。


手斧

这个时期的人类,已经积累起对于不同石材的辨识能力,了解不同石材在硬度、韧性上的差异,会选择一些硬度适中、具有一些韧性的石材进行加工。除就地取材外,对于燧石、黑曜石、玛瑙更加珍惜对于石材的方向性有了一定的认识。智人已经掌握所谓的“石核”技术,即掌握了一些石头的取向性特征,可以通过敲击石块的某一核心,可以获得需要的形状。在敲制石器方面已经掌握了若干方法,如直接打击的锤击法、砸击法、碰砧法,以及间接打击的压剥法、击钎法等等。


出现现代人的新石器时期


新石器时代是现代人时代,其体型和智商与现在各民族人类并无差别。这个时期的标志一是出现了磨制石器,改进了形制和性能;二是发明了陶器,,这是人类最伟大的进步;三是发明农业。

新石器时期


中国新时期时代开启后,早期为9000-7000年前,骨蚌贝器兴起,制陶、农业发达。这一时期,材料技术方面也有了不小的进步。前期最明显的进步就是学会了石器钻孔,这是一项划时代的发展,有孔可以安装长度适宜的手柄,人们摆脱了只有用手才能使用石器的状态,人的能力得到了大幅度提高。人们对陶土的性质有了足够的认识,对于添加沙子防止开裂有足够的经验积累,陶器在各地普及,许多遗迹多出土了精美的陶器,有的甚至有了彩色设计。农具已经从通用的工具中分离出来,翻地、收割、碾米等骨器石器都有了极大的发展。大批以农业为主的先民出现,因此,定居生活开始,大量的木器、竹器以及泥土等建筑材料也有了很大发展。


新石器陶器


中期为7000-5000年前,各类工具有大幅度改善,制陶业、农业高度发达。这一时期最重要的标志就是磨制石器的普遍化,磨制的数量和水平均有极大提高,磨制石箭簇的出现使得弓箭的杀伤力大幅度提高,大型动物的射杀成为了可能。磨制技术的发展造就了人类社会手工业和农业的分工。陶器的制作也有了极大进步:①材料更加讲究,除沙子外,又出现了贝壳屑、木屑、碳屑等掺和料,陶器的急冷急热性能得到了改善,颜色也可以得到改变;②使用了轮制技术,贾功律得到提高的同时,形状控制也得到保证;③发明了彩绘技术,图形抽象古朴,非常美观。

晚期为5000-4000年前,各类工具继续改善、陶器玉器发达,初期铜器出现。这个时期材料进步非常巨大,首先表现在对各种各样的石材做了清晰的分类,特别是“玉石”这个品类;其次大大发展了对石器特别是玉石的加工技术,如“解玉”、“逐玉”等,出现了玉石加工这个新行当。对于陶器来说器行更加复杂,功能更加精细,彩绘更加流畅精到,掌握了控制窑温和气氛的技术。这个时期,部分地区出现了青铜器,铜器已经有冷锻法,也有单范铸与简单合范铸造。


短暂的铜石并用时期


新时期晚期有一铜石并用的短暂新老交汇的过渡阶段,这是铜和石都缺乏全面性能优势的时期。铜器的出现,石器最终要全部淘汰,但石器极其廉价,近乎零价格,彻底的铜石交替要取决于铜器价格的大幅度下降。这个交替也必须要求铜器的性能全面超越石器,只有天然纯铜是不能实现的,必须等到炼出青铜的时刻,而且还有个青铜冶金技术成熟化的问题。

王权萌芽的前青铜器时代


在新石器时期初期的9000年前,伊朗就有了使用天然铜的记录,那时可能只被看作是一种特俗的柔软石头。一般认为青铜冶金术6000年前最早在伊朗起源。同时期,金、银的数量极少,天然铁只能是陨铁,数量更少,真正对人类生产和生活产生影响的还是从矿石中提取铜的技术,然后用以制成武器和器具,极大促进了人类文明的进步。我国的铜冶金方面比西亚地区要晚1000年左右,在我国,出土东乡林家青铜刀是最早的青铜制品,约成型于公元前3280-2740年前后。但在同期铜冶金制品属于孤品。真正有说服力的的青铜冶金是稍晚的齐家文化各遗址,距今约4000年左右。在这个时期,人类基本通过失蜡法铸造出精美生动的青铜像。


东乡林家遗址出土的“中华第一刀


新石器时期中后期,自然崇拜和原始宗教逐渐兴起,各种祭祀、庆祝使用的神器、礼器、明器成为陶器、玉器中的重要种类,制作水平极高。国际上流行的国家文明标准有三个要素:文字、都市、青铜器。新时期时期晚期,在材料领域的主要特征是祭祀用具及兵器材料技术的发展,王权初步萌芽。
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 楼主| 发表于 2015-10-26 15:23:22 | 只看该作者
材料的古代史


发明文字,是人类从“史前时期”进入“历史时期”的主要标志,但也有很多考古学家认为应当把青铜冶炼术的出现作为进入“国家文明时期”的另一重要标志。全球进入文明时期有很大差异,这个时期内与材料发展关系最密切的人类生产已变成农牧业和手工业活动,服务于战争和武器的需要是材料的重要内容。这个时期发生了一次打的社会大分工——职业商人的出现。


金属材料史


这个时期最重要的成就是是铸铁术的出现,铁器价格迅速下降,性价比大幅度提高,铸铁的出现是人类进入铁器时代的新里程碑。中华文明在全球范围内中心地位的确立,都是与铸铁为代表的材料技术进步及其在农业生产上的成功应用密不可分。


青铜器


对于中华文明来说,青铜器在夏、商、西周这几个时期得到长足的发展,并且在西周,青铜器文化达到高峰。夏代,青铜加工技术尚很初级,纹饰简单,产量很少,十分名贵。中华文明龙图腾最直接、最正统根源的代表“绿松石龙”应该是这个时期的代表作。商朝是中国青铜文化辉煌灿烂的时代,前期质朴大方,后期纹饰繁缛,形制、种类多样,可谓洋洋大观。这一时期出土的不仅有青铜器具,而且有大量铸范,说明这个时期的青铜材料方面和铸造技术方面都有了极大的进步。西周,青铜器文化达到了顶峰,各种青铜器陆续出现,铜器数量激增,而且铸造精湛,有造型雄奇的重物出世,且多长篇铭文。《周礼·考工记》载有“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”。这可以说是正是根据用途,明确性能,根据性能,设计成分的材料设计思想的最早体现。


河南洛阳偃师二里头夏代遗址出土的绿松石龙


铁器


陨铁的运用除外,赫梯民族约在公元前1800年左右,在冶铜术的基础上最早发明了块炼铁,制作出的铁是铜的价格60倍。我国最晚在公元前8世纪左右境内的铁制品,在春秋期间,铁器大量出现,不仅有块炼铁、块炼铁渗碳钢,而且有铸铁出现。约在春秋战国交际时期,冶铁技术出现大量变革,发展出可冶炼液态高碳生铁,即铸铁技术,可以直接铸造各种铁器,后通过热处理大幅度提高材料性能,为提高农业生产率创造了条件。几乎同时,铸铁韧化技术也随即出现,其后经过200-400年的实践,又创造出生铁脱碳制钢技术,比西亚、欧洲早了近20个世纪,铁器时代又上一个新台阶,铁器文明的最高潮是“钢文明”。最迟在汉代发明生铁脱碳制钢的同时,还兴起了利用液态生铁制钢的另一种形式,即炒钢技术,与生铁脱碳技术相比,其成功率基本上是100%,可谓是近代炼钢术出现之前的主流制钢方法。相比而言,欧洲用炒钢法生产熟铁始于18世纪。汉代以来中国一直在为生铁的进步而努力,百炼钢、灌钢也陆续出现,这是通过锻合生铁与熟铁,是碳量趋于均匀的制钢方法。


其它材料


衣服的原材料


对于衣服来说,天然纤维一直占据重要地位。天然纤维不仅用在了衣服的生产上,而且直接应用到关乎人类生存的社会生产中,如石斧、骨器的连接,渔网、甚至弓箭的弦都离不开天然纤维,后期的造纸也离不开这些天然纤维。河姆渡、仰韶文化遗址都发现了大量的纺轮、骨梭等工具,湖南羊头山出土的麻布历史都超过了6000年。最先出现的纤维材料应该是葛和麻,从河姆渡文化起,开始养蚕,有了桑蚕丝纤维,借助于蚕,中国创造了光辉灿烂的丝绸文化。人们最初关注的只是植物纤维,如羊毛这种短纤维应该是纺丝技术相对成熟才开始受到关注。棉花最早出现于7000-6000年前的印度河流域,对我国来说属于外来品。由于纤维短,也要求成熟的纺纱技术,知道宋元时期,棉花才得到了普遍应用。


古老的高分子复合材料


对于这类材料来说,中国人独创的漆器是最典型的代表。漆器是由天然大漆与内胎共同构成,涂漆的目的并非是为了防腐。胎器可以是木、竹、皮革。漆陶器,河姆渡时期的漆木碗都是典型的漆器。漆汁是一种天然高分子材料,主要成分为漆酶、漆酚、树脂质和水,干后成为坚硬的膜。“夹纻胎”的形成是典型的、标志漆器成熟的标志,胎漆复合,相互依存,漆不可无胎,胎更不可无漆,典型的层状复合材料。这种轻巧的“夹纻胎”初见于战国、两汉以后逐渐流行。


河姆渡时期漆木碗


古建筑用材料


建筑物是支撑生存空间的,许多文明遗址也就是建筑遗址。进入文明史后,大量材料用于建筑,古代东西方建筑的差别很大,西方主要用石,东方主要用木,石柱坚固持久,易抵御火灾,木柱轻便易用,易降解。陶、瓦也是古建筑重要的建筑材料,我国古代的木梁、木柱、瓦顶结构,与西方的石梁、石柱相比,可以容易的实现宏伟建筑的实施。出土的文物显示,两万年前的旧石器时代,我国已经出现的陶器,到战国和秦代,瓦器已十分精美。

中国的国宝瓷器


中国是瓷器的故乡,瓷器的发明是汉族对世界文明的伟大贡献,在英文中"瓷器"(china)一词已成为"中国"的代名词,充分说明中国瓷器的精美绝伦完全可以作为中国的代表。大约在公元前16世纪的商代中期,中国就出现了早期的瓷器。原始瓷作为陶器向瓷器过渡时期的产物,与各种陶器相比,具有胎质致密、经久耐用、便于清洗、外观华美等特点,因此发展前景广阔。原始瓷烧造工艺水平和产量的不断提高,为后来瓷器逐渐取代陶器,成为中国人日常生活的主要用器奠定了基础。

中国瓷器是从陶器发展演变而成的,原始瓷器起源于3000多年前。中国真正意义上的瓷器产生于东汉时期(公元25~220年)。至宋代时,名瓷名窑已遍及大半个中国,是瓷业最为繁荣的时期。当时的钧窑、哥窑、官窑、汝窑和定窑并称为五大名窑。被称为瓷都的江西景德镇在元代出产的青花瓷已成为瓷器的代表。元代出现的青花瓷釉质透明如水,胎体质薄轻巧,洁白的瓷体上敷以蓝色纹饰,素雅清新,充满生机。青花瓷一经出现便风靡一时,成为景德镇的传统名瓷之冠。清代初期,瓷器达到全面新高峰。


汝、官、哥、钧、定五大名窑珍品
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 楼主| 发表于 2015-10-26 15:23:32 | 只看该作者
厚积薄发的近代材料史


17、18世纪开始的近代社会,西方爆发了产业革命,生产关系发生了重大变革,世界性的材料中心转移到欧洲,然后转移到美国。材料的生产不仅仅是规模的扩大,而且是为了适应时代的需求,各种材料百花齐放,出现多种材料并起的繁荣局面。材料科学和技术在这一时期厚积薄发,全面开花,发展极为迅速。


钢铁材料新气象


这一时期,铸铁已不是新材料,欧洲改变了铁的生产路线,由块炼铁转变为高炉炼铁,增大了生产规模。18世纪英国达比父子改造高炉,是近代冶金的代表性事件。考特发明反射式搅拌炉后,可锻铁生产量大增,手工锻锤已跟不上需要,在1770年,考特又发明了水里驱动的压力加工机——轧钢机,为大规模生产钢铁材料奠定了基础。瑞典化学家贝格曼更是从本质上认清了钢的本质,于1781年指出,熟铁、生铁、钢都是铁碳合金,其差别仅在于碳的含量。1779年,皮尔德把蒸汽机用于轧钢机的驱动上,随后,英国人、德国人、美国人钢机陆续发明了带孔型轧辊的轧机、万能轧机、斜辊无缝钢管轧机、棒材线材的连轧机组、四辊厚板轧机,在1897年德国成功地应用电机传动轧机,轧钢机的发明和改进以爆发的形势迅速发展。英国人贝麦于1856年发明了酸性底吹转炉,基本实现了全液态冶炼,开启了伟大的钢时代。1879年,英国托马斯发明碱性炉衬解决了酸性转炉无法解决的钢中杂质硫磷含量高的问题,大大改善了钢的质量。

19世纪后半叶开始的“钢文明时代”,还表现在各种钢种,特别是合金钢的大发展。合金钢的起步非常早,完全早于转炉的出现。M.法拉第,提出了合金的概念,并且与戴维一起做了许多相关的实验,对研制合金钢的系统研究贡献了一个重要方法。英国工程师R.马谢特,发明了许多工具钢,如CrWMn、9CrSi、W18Cr4V等,被称为合金钢之父。进入20世纪后,人们对钢铁材料还寄托于不尽希望,其中以不锈钢的发明最具象征意义,这直接解决了铁基材料最大的应用难题即腐蚀问题,布雷尔利因此也获得了很高的赞誉,被称为不锈钢之父。这之后钢的工艺性能和使用性能的改善的研究逐渐走向历史舞台,易切削钢、高淬透性刚的发明正是其中的代表之一。

钢铁材料的大规模生产以及在很多重要领域的应用,人们逐渐认识到钢铁需要标准化,钢铁标准化,对于钢铁的发展来说具有划时代的意义,标准化的质量管理制度的出现,大大推进了钢铁产品生产水平的发展。


第一金属铝的问世


铝是地壳中含量第一的金属元素,铝材料的开发极具典型性。从制得铝元素到工业化生产只用了80年,与铜铁上千年相比,开发速度可谓惊人。

铝和氧的亲和力过大,铝的氧化物特别稳定,绝无游离态铝的存在。最早制取铝的工作应该是英国人达瑞1807年分解无水氧化铝。正真得到纯铝的第一人是丹麦化学家奥斯特,他是用钾汞齐还原无水氯化铝,后蒸发掉汞获得的。德国人沃勒1827年制得出纯铝,并且在1845年首次初步测定了铝的密度、延展性、熔点等性质。初期制铝的成本极高,之后的科学家有再次探讨了制铝成本降低的方法。法国的德维尔首先提出了点解制铝的思路,德国科学家本生正真实现了电解制铝。美国人霍尔和法国的艾鲁特几乎同时独立设计了电解氧化铝的冰晶石溶液制得纯铝,因为不需还原剂钠,大大降低了成本。奥地利科学家拜耳1892年发明了从铝土中提取氧化铝的拜耳法,大大扩大了氧化铝资源的来源,铝的生产成本再次大幅度下降。

到了20世纪初期,铝的低密度、高导热性、高导电性、高耐腐蚀性等优势获得了人们的高度欢迎,但由于强度的原因,极大限制了铝的应用。高纯铝的屈服强度还不到10兆帕,连许多木材多不如。终于在1906年,也即电解制纯铝10年后,维尔姆通过合金化,反复摸索,获得了成功,第一个铝合金强度提高了至少5倍,而且还发现了铝合金的自然时效现象。


“老四”的诞生——钛合金走进历史


继钢铁、铝合金之后,20世纪中期,一种新型的结构用金属材料钛走进人们的视野。它在地壳中的含量仅次于铝、铁、镁,居常用金属材料第四位,优势极大,密度低、强度高、耐腐蚀好、综合性鞥优越。钛之贵,不在于稀有,而在于提取和熔制的困难。,钛的性质更加活泼,氧化物也更加稳定,这也是其发现和提取晚的主要原因。1791年,英国化学家格雷戈尔发现了白色的钛氧化物,1795年德国化学家克拉普鲁斯在分析红色的“金刚石”时,意识到了新元素的存在,并且主张用希腊神话中大地之子“Titan”来命名。但是直到1910年,美国化学家亨特才第一次用钠还原TICl4的方法制得纯度达99.9%的金属钛。15年后的1925年,范亚克和德波耳发明了碘化法从蒸汽中获得高纯钛,但成本极高,只能用于科学研究。30年后的1940年,卢森堡科学家用镁还原TICl4成功获得海绵钛,并用电弧炉和水冷铜坩埚重熔获得致密可锻的纯钛,这才奠定了工业化生产钛的基础。


其它材料的兴起


现代建筑材料——水泥的兴起


钢筋混凝土是近代建筑材料标志性的发展结果,其中水泥又是其中的关键环节。进入19世纪后,大量民用于工业建筑的兴建,对新的凝胶材料提出的需求,以前的凝胶材料已跟不上需求,尤其是海洋有关的建筑,耐水建筑材料的研发迫在眉睫。18世纪产业革命后,许多科学家工程师对耐水性高强度胶凝材料进行了不懈的努力。1755年,英国工程师J.斯密顿发现要获得水硬性必须采用含黏土的石灰石烧制,奠定了近代水泥研制的理论基础。1796年,英国工匠J.帕克用泥灰岩烧制出外观棕色的水泥。1813年,法国技师毕加发现石灰粘土三比一混合可制出水泥。1824年英国工匠约瑟夫阿普丁正真发明了货美价廉的水泥,水硬性好、强度高、原料丰富、价格便宜。


玻璃大生产


一般认为1688年法国最早进入工业制造玻璃时期,从此,规模逐渐扩大。到19世纪末已经可以大面积应用平面玻璃,进入普通玻璃和光学玻璃交相辉映的玻璃文明时代。实际早在新石器时期,人们就已经认识使用了天然的火山玻璃。公元前2000年,古埃及已有制作玻璃装饰品和简单器皿的记录。我国则是在公元前1000年就已经能制造出无色的玻璃釉,用以作为瓷器的外衣。公元12实际,欧洲出现了商业玻璃。玻璃工业文明开启有一下几个里程碑:1226年,英国首次制出玻璃宽版板,1330年法国首次制出冕牌玻璃,1620年英国首次制出吹制玻璃板,1688年法国的纳夫大块抛光玻璃开启了玻璃工业文明。1851年首届世博会园艺师约瑟夫大胆建议使用玻璃作为建筑展馆的主要材料,获得极大成功。1879年的爱迪生发明的电灯,玻璃再一次展现了自己的魅力。19世纪也是光学仪器的黄金时代,玻璃在望远镜、照相机、显微镜的应用,对于光学仪器的发展贡献极大。


合成材料初问世——塑料


德国科学家19世纪末发现的苯酚甲醛,到美国发明家手里,演变出了以烃类化合物为主体的庞大塑料家族。

1871年德国化学家拜耳研究酞染料时发现了苯酚甲醛树脂,不易溶解、黏糊糊的东西并未引起其兴趣。美国的贝克兰也就是后来的“塑料之父”重复这个实验时,这些东西引起了他的极大兴趣,又通过一系列的研究,终于在1907年使“酚醛树脂”作为第一个合成高分子聚合物来到人间。

可以说在近代材料获得了前所所未有的爆炸式发展,新合金的大量发明,超合金的问世,陶瓷的工业化,硫化橡胶的成功,人工橡胶的合成,赛璐珞的发明,陶瓷功能材料的突起,半导体晶体管的悄然登场,尼伦的发明,磁性材料的发明等等,这些材料在近代短短的几百年甚至是短短的几十年内突然在人们的视野中聚会,材料世界风起云涌,材料科学从此不再风平浪静。


材料科学的形成


在大规模钢铁生产时代来临之前,对钢铁本质的认识不像青铜那样,早在2000年前就明白了青铜硬度取决于锡的含量的多少,而是一直艰难中前行,直到在铁器使用3000年后的1781年,瑞典化学家才最终揭开了钢铁成分之谜:可锻铁、钢和生铁其实都是铁碳合金,差别只在于含碳量的不同。这是材料发展依赖于科学地第一个实际例证。

对于材料力学性能和材料构建力学行为的探究在17世纪伽利略时代就开始,力学工程师和力学家就是当时的材料学家,那时已经有材料力学和对材料力学性能表征的学问。19世纪末钢铁材料成为材料主体后,又有了拉伸性能及塑性大小的表征。20世纪初又增加了硬度和冲击试验的评价。在光学玻璃和光学仪器上午支持下,材料还开启了一个对微米尺度细节的探究,它开始于1863年英国矿物学家索拜的工作。微观组织不仅很好的解释了力学性能,而且和刚刚形成的热力学理论建立了清晰的联系。人们随意配制得合金,最终形成怎样的微观组织,都要符合热力学规律,特别是相律的约束。材料细节的尺度在世界的发展前进中也向着更小的尺度迈进,特别是在电子理论与技术的支撑下,1931年,电子显微镜问世,位错被直接观测出来,解决了理论估算屈服强度的窘境。微观组织和相图分析难以解释和认识的“钢的淬火硬化”现象在19世纪末到20世纪初开展了世纪大讨论,这个问题直到伦琴发现X射线,以及劳厄、布拉格父子的晶体颜射理论和结构分析,才给出了圆满的解释。分析材料结构强大的科学分析方法也在这个过程逐步建立起来。各种功能材料性质的表征一直是直接与物理、化学等基础学科密切相连的。材料科学地理论框架已基本形成。再加上晶体学、扩散、相变、材料力学性能表征等一些列发展,到了1964年终于出现了用相计算方法,来排除镍基高温合金拓扑密排相析出的合金成分的科学筛选,合金设计初见端倪,可以认为材料科学形成于1964年。

从索拜起整整100年来的理性探索,形成了一个支撑材料发展完整、定量的“材料科学”规律体系,这是近代材料发展的重要成就。
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结束语


从1960年代中期“材料科学”形成开始直到现在,材料进入了一个走向高技术发展的新时期,这边是材料发展的现代阶段,也可称作“高技术材料”或“先进材料”阶段。这一阶段,结构材料和功能材料有了更加鲜明、确实的分野,结构材料在数量上占据主体地位,而且每年有很大增长。

在这个阶段,钢铁材料的成就最令人瞩目。1960年之后各种钢种已基本齐备,科研工作者转向追求钢材品质的提高,特别是夹杂物种类和数量上的控制。“加法不如减法”,科学家总结出了钢铁强韧化的一种新的重要途径——不是添加合金元素,而是去除杂质。钢铁的强韧性应战了时代的需求。无碳氮钢(IF钢)、超低碳化不锈钢、超低温用钢、耐热钢、无磁钢等等一些重要钢种陆续被开发出来。1997年日本首先提出了“超级钢”的概念,包括钢的纯净化、均匀化和细晶化,未来20年,超级钢将引导所有金属结构材料的发展。未来20年内,汽车用钢将成为最活跃的部分。节约能源和资源的紧迫要求,对钢铁材料的未来发展也开辟了新的路径,如“非调质钢”,没有后续的热处理工艺,节约了能源,将会在未来焕发出新的光彩。火力发电效率提高关键的耐热钢也将会是钢铁行业科研人员的努力方向。

此外,工程塑料的问世,复合材料的异军突起,更强的先进陶瓷材料的出现,环境意识材料的崛起,纳米材料的发明,准晶材料对对成性的挑战,,最新金属材料镁的崛起及大量应用,形状记忆合金的神奇记忆效应,金属玻璃的发现及发展,液晶材料的大放异彩,功能高分子材料的神奇,钕铁硼和反物质的探索、添加稀土的新的磁性材料的暂露头角,高超导材料材料的世界会战人工晶体的异彩纷呈,直接服务人体的生物医学材料的介入医疗,bet222体育投注材料的重大突破,太阳能转换和储氢材料的重大发展计算材料学和设计材料学的兴起等等,材料科学和工程在这个阶段都取得了前所未有辉煌成就。
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