淺談材料歷史發展與材料成型技術序言:作為一名材料成型及其控制工程在校本科生,研究材料發展與本專業關系是一個專業知識擴展也是對本身能力增強。本文關鍵簡單地介紹材料發展史以及對應材料成型技術發展史。摘要:石器時代第一次材料技術革命銅熔煉以及鑄造技術鐵器時代鐵規模冶煉技術、鑄造技術第二次材料技術革命”鋼鐵陶瓷有色金屬混凝土高分子材料歷史沿革從人類社會發展和歷史進程宏觀來看,材料是人類賴以生存和發展物質基礎,也是社會現代化物質基礎和先導。而材料和材料技術進步和發展,首先應歸功于金屬材料制備和成型加工技術發展。人類從漫長石器時代進化到青銅時代（有學者稱之為“第一次材料技術革命”）,首先得益于銅熔煉以及鑄造技術進步和發展,而由銅器時代進入到鐵器時代,得益于鐵規模冶煉技術、鑄造技術進步和發展（所謂“第二次材料技術革命”）。直到16世紀中葉,冶金（金屬材料制備與成型加工）才由“技藝”逐步發展成為“冶金學”,人類開始重視從“科學”角度來研究金屬材料組成、制備與加工工藝、性能之間關系,迎來了所謂“第三次材料技術革命”——人類從較為單一青銅、鑄鐵時代進入到合金化時代,催生了人類歷史第一次工業革命,推進了近代工業快速發展。進入20世紀以后,材料合成技術、符合技術出現和發展,推進了現代工業快速發展,而電子信息、航天航空等尖端技術發展,反過來對高性能優異材料研究開發提出了更高要求,起到了強大促進作用,促成了一系列新材料和新材料技術出現和發展。通常而言,材料需要經歷制備、成型加工、零件或結構后處理等工序才能進入實際應用,所以,材料制備與成型加工技術,與材料成份和結構、材料性質一起,組成了決定材料使用性能最基礎三大要素。優異工業國家對材料制備與成型加工技術研究開發十分重視。美國制訂了“為了工業材料發展計劃”,其關鍵是開放優異制備與成型加工技術,提升材料性能,降低生產成本,滿足未來工業發展對材料需求。德國開展“二十一世紀新材料研究計劃”將材料制備與成型加工技術列為六個關鍵內容之一。在歐盟“第六框架”計劃中,優異制備技術時新材料領域研究關鍵之一。日本在20世紀90年代后期,前后實施了“超級金屬”、“超鋼鐵”計劃,關鍵是發展優異制備加工技術,正確控制組織,大幅度提升材料性能,達成降低材料用量、節省資源和能源目。新材料研究、開發與應用,綜合反應了一個國家科學技術與工業化水平,而優異制備與成型加工技術發展,對于新材料研制、應用和產業化含有決定性作用。優異制備與成型加工技術出現與應用,加上了新材料研究開發、生產和應用進程,促成了諸如微電子和生物醫用材料等新興產業形成,促進了現代航天航空,交通運輸,能源環境保護等高技術產業發展。傳統結構材料向高性能“,復合化,結構功效一體化發展,尤其需要優異制備與成型加工技術及裝備,可使材料生產過程愈加高效,節能和潔凈,從而提升傳統材料產業國際競爭力。其次,開展本科學領域色前沿和基礎研究,并綜合利用相關學科基礎理論和科技發展結果,提供預備新材料新原理新方法,也是材料科學與工程學科本身發展需求。所以,材料優異制備與成型加工技術發展,對提升國家綜合實力,突破優異工業國家技術壁壘與封鎖,保障國家安全,改善人民生活質量,以及促進材料科學與技術本身進步與發展,含有十分關鍵作用,也是國民經濟和社會可連續發展重大需求。材料發展與成型技術發展歷史Ⅰ、基礎材料篇1、石器時代材料與成型技術數百萬年前,人類擺脫了動物界,開始有意識地使用石頭。除了骨頭之外,石頭是人類最早使用材料之一。因為人類本身能力有限,大家開始重視利用外物對本身進行強化,自然產生巖石經過遠古人類打磨變成石刀、石斧、刮削器等工具。在這個時代材料類型單一,無法進行人工合成,全部依靠自然產生。而巖石關鍵成份是二氧化硅,及少許金屬及金屬化合物。對應加工技術也是極其單一和低效率,關鍵依靠認為打磨,粗糙成型。不過我們仍然能夠認為這是一次材料技術改革,大家經過對自己周圍事物認識開始了工具制造,開啟了人類進發以及繁榮人類文明大門。2、新石器時代陶瓷材料陶瓷材料是用天然或合成化合物經過成形和高溫燒結制成一類無機非金屬材料。它含有高熔點、高硬度、高耐磨性、耐氧化等優點。可用作結構材料、刀具材料,因為陶瓷還含有一些特殊性能,又可作為功效材料。在古代大家關鍵利用陶瓷材料加工成日常生活中用具,比如花瓶、碗、盤等等。陶瓷有分為一般陶瓷和特種陶瓷材料。一般陶瓷采取天然原料如長石、粘土和石英等燒結而成,是經典硅酸鹽材料,關鍵組成元素是硅、鋁、氧,這三種元素占地殼元素總量90%,一般陶瓷起源豐富、成本低、工藝成熟。這類陶瓷按性能特征和用途又可分為日用陶瓷、建筑陶瓷、電絕緣陶瓷、化工陶瓷等。特種陶瓷材料采取高純度人工合成原料,利用精密控制工藝成形燒結制成,通常含有一些特殊性能,以適應多種需要。依據其關鍵成份,有氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、金屬陶瓷等;特種陶瓷含有特殊力學、光、聲、電、磁、熱等性能。3、青銅器時代到來銅金屬冶煉加工我們祖先在二千五百多年前春秋時期已會冶煉生鐵,大家在尋求石料和加工工程中,逐步識別了自然銅與銅礦石。比如孔雀石很可能是大家最早用于冶煉銅礦石。當初冶煉銅礦石方法是將礦石與木炭在冶煉爐中進行冶煉。因為這些礦石是氧化礦,所以這種冶煉被稱作氧化礦還原熔煉。在青銅時代早期,就發明了金屬澆鑄這一關鍵工藝技術。它關鍵用于合金成份大于10％合金,因為這時已經不能再用錘打方法進行加工。青銅熔煉是個突破,以后便能生產成份不一樣新材料,冶金邁入技術歷史前列。在前期新舊石器時代,在燒制陶器過程中積累起來豐富經驗,為青銅冶鑄業提供了必需高溫知識、耐火材料、造型材料與造型技術等條件。至于加工方面就只有經過高溫和大量鑄造成型,比如戰場上兵器絕大多數都是經過對天然銅礦石冶煉,鑄造,錘鍛而形成。經過歷史檢驗,我們能夠發覺古代先人鑄造技術以及對應材料除雜技術都是非常成熟,相較于同時期西方歐洲國家我們祖先愈加優異。銅器即使在現代不再像“青銅時代”那么大量利用,不過它作為材料發展史上璀璨明星,是基礎材料。4、鐵器時代鋼鐵技術發展鐵器時代是人類發展史中一個極為關鍵時代,大家最早知道鐵是隕石中鐵,古代埃及人稱之為神物。在很久以前,大家就曾用這種天然鐵制作過刀刃和飾物,這是人類使用鐵最早情況。地球上天然鐵是少見,所以鐵冶煉和鐵器制造經歷了一個很長時期。鐵出現,在很大程度上與隕鐵發覺相關,但鐵礦開采可能與銅礦開采相關。鐵加工曾有兩個技術中心,一個中心是西亞,另一個中心是中國。當大家在冶煉青銅基礎上逐步掌握了冶煉鐵技術以后,鐵器時代就到來了。中國古代掌握制鐵技術,大約是在春秋末年以后,戰國期間已逐步成熟。制鐵基礎原理,跟現在基礎相同。首先是冶鐵,采取碳還原法。然后將這些軟鐵塊鍛打成所要形狀,形狀比較粗糙。以后發明了鼓風工具,從而建造了大鼓風爐,提升了爐溫,能夠煉出液體生鐵。于是有了鑄鐵技術,用陶土或鐵制做模范,把鐵水澆鑄進去,從而造出了精細產品,于是鐵制農具和精良武器得以普及。再深入就是深入制含碳量更少、柔韌性愈加好鋼,不過中國古代無法達成足夠爐溫,所以只能用長久加熱和鍛打方法進行滲碳,制出“不合格”鋼,但比通常生鐵已經有了很大進步。進入現代,經過第一、二次工業革命,生產力大大提升,對于鋼鐵技術研究愈加系統愈加深入,一直到19世紀前半期,人類一直生活在“鐵器時代”。現在,鋼鐵已經成為人類生活中不可或缺基礎材料。5、混凝土森林19,萬國博覽會上展示了鋼筋混凝土在很多方面使用,在建材領域引發了一場革命。法國工程師艾納比克1867年在巴黎博覽會上看到莫尼爾用鐵絲網和混凝土制作花盆、浴盆、和水箱后,受到啟發,于是設法把這種材料應用于房屋建筑上。1879年,她開始制造鋼筋混凝土樓板,以后發展為整套建筑使用由鋼筋箍和縱向桿加固混凝土結構梁。僅幾年后,她在巴黎建造公寓大樓時采取了經過改善迄今仍普遍使用鋼筋混凝土主柱、橫梁和樓板。1884年德國建筑企業購置了莫尼爾專利,進行了第一批鋼筋混凝土科學試驗,研究了鋼筋混凝土強度、耐火能力。鋼筋與混凝土粘結力。1887年德國工程師科倫首先發表了鋼筋混凝土計算方法;英國人威爾森申請了鋼筋混凝土板專利;美國人海厄特對混凝土橫梁進行了試驗。1895年——19,法國用鋼筋混凝土建成了第一批橋梁和人行道。19艾布拉姆發表了著名計算混凝土強度水灰比理論。鋼筋混凝土開始成為改變這個世界景觀關鍵材料。混凝土是現代最關鍵土木工程材料之一,我們生活城市,我們居住房屋大多都是以鋼筋混凝土為框架建成,是當之無愧基礎材料。Ⅱ、新材料篇有色金屬近代以來,大家除了發展鋼鐵材料以外,還深入發展了金、銀、銅、鈦、鋁、鎂、鉬等有色金屬及其合金材料。全世界每年金屬材料總產量約達八億噸,其中黑色金屬約占95％,有色金屬只占5％。有色金屬資源開發和利用,不只是對鋼鐵材料補充,更關鍵是可發揮和開發鋼鐵材料不含有多種特殊性能。在特定領域中,還必需采取有色金屬才能最大程度滿足現代科學技術對多種材科性能所提出要求。鋁合金:20世紀上半葉,材料學家用合金化和時效強化,把Al合金強度提升到700MPa,其比強度為(強度/密度)2.64×106cm,是鋼(0.61×106cm)4倍多,這意味著達成一樣強度Al合金用量只有鋼1/4,這為Al合金作為一個結構材料帶來極大優勢,對于結構材料來說無疑是一個飛躍。沒有高比強度Al合金,就沒有現代航天航空成就。有色金屬關鍵用途。噴氣發動機、火箭、煤炭、石油化工等現代化工業技術所要超耐熱合金(Ni基合金);電力、電工、電子工業所需要導體材料、電阻和儀表材料(Cu基合金);原子能發電和核技術所需要核燃料和稀有金屬Be、Nb、Zr、Hf、V等;大規模集成電路和計算機所需要Au、Ag等良導體和Ga、In、Ge等半導體;高性能永磁材料所需要Nd、Pr、Dy等稀土金屬,這些都需要有色金屬材料,其性能是鋼鐵材料無法替換。高分子材料高分子材料,以高分子化合物為基礎材料。高分子材料是由相對分子質量較高化合物組成材料,包含橡膠、塑料、纖維、涂料、膠粘劑和高分子基復合材料,高分子是生命存在形式。全部生命體都能夠看作是高分子集合。高分子材料按起源分為天然、半合成（改性天然高分子材料）和合成高分子材料。天然高分子是生命起源和進化基礎。人類社會一開始就利用天然高分子材料作為生活資料和生產資料,并掌握了其加工技術。如利用蠶絲、棉、毛織成織物,用木材、棉、麻造紙等。19世紀30年代末期,進入天然高分子化學改性階段,出現半合成高分子材料。19出現合成高分子酚醛樹脂,標志著人類應用合成高分子材料開始。現代,高分子材料已與金屬材料、無機非金屬材料相同,成為科學技術、經濟建設中關鍵材料。高分子特征:質量輕,自重小;良好地絕緣性能;低熱導性能;良好地化學穩定性能;寬范圍力學可選擇性;良好地耐磨耐疲憊性。高分子材料發展之快速,對人類生活各領域影響之深入和廣泛．在目前各高新技術中發揮作用之重大,是通常傳統材料難以比擬。沒有高分子材料,探測宇宙空間飛船、高密度存放光盤、飛機跨越太平洋不停站飛行、