材料学的历史简述

姓名：何莞晨学号：2014012075材料学的历史简述1.按材料划分的时代生活离不开材料，人类的一切生产活动所需的工具都建立在合适的材料的基础上。同样，人类社会的发展历程，也是以材料为主要标志的。材料的进步标志着人类科技的进步，生产能力的增强，以及生活质量的提升。人类对材料的认识和利用能力，决定了社会的形态。考古学家常把材料及其器具作为划分时代的标志，如石器时代、青铜器时代、铁器时代、高分子材料时代等等。一百万年以前，祖先们便学会了用石头作为工具，进行狩猎和采集，进入了石器时代。随着使用技术的提高，充满智慧的先人开始将天然的粗大石料进行加工、打磨，变成更便于操控的器材，如刀、棍、箭、碗等。先进的工具使人们的生活水平有很大提升。锋利的刀具可以高效地采摘，还能进行收割，为种植打下了基础；棍棒、弓箭不仅可以防御猛兽，还能狩猎一些以前无法捕获的大型动物；石制容器可以储水，避免了旱灾造成的损失。随后的新石器时代中，祖先们又开始了陶器的使用，这种容易塑造、容易成形的材料，极大提高了储备物资的能力，使人们的生活水平更进一步。整个石器时代持续了约三百万年的时间，直到人类发现了优秀的金属材料——铜。早在四千多年前的新石器时代晚期，人类已开始加工和使用金属，最先进行加工使用的金属是铜。人们在采集石料的时候偶然发现与石料性质完全不同的材料，它不像石料那样容易劈裂剥落，反而有优越的延展性，并有光泽，还具有足够的硬度。人类便这样开始接触并使用铜。考古学的证据表明1，早在公元前二十一世纪，我国就掌握了炼铜工艺，进入了青铜器时代。相传禹统治时期便“以铜为兵”，“禹铸九鼎”2。青铜器的出现，对提高社会生产力起了划时代的作用。青铜器由于其优秀的强度和铸造性，被广泛的应用于食器、乐器、兵器、工具、货币、铜镜等各领域的制造。青铜器时代持续了数千年之久。随着金属冶炼技术的提高，比青铜器更加优秀的铁器，逐渐被人类所使用。铁比铜合金硬度更大，能用来制作更加锋利的器材。直到今天，铁以及它的衍生产品——钢，仍旧是人类发展无法取代的材料之一，广泛地被使用于建筑、能源、汽车、国防、电器、机械装备领域，并且需求量巨大。时至今日，越来越多的新型材料被研制出来，人们进入了多种材料共同发展、共同统治世界的时期。高分子材料塑料、橡胶、纤维已成为现代工业的支柱之一，各种性能优越的合金被应用于各类制造业，硅材料成为高新技术产业中不可或缺的元素……人类的生活质量也随着各种新型材料的应用日益提高。2.金属材料的发展史如果说材料标志着人类社会的进步，那金属材料的使用就标志着人类工业水平的发展。二十世纪之前，受到金属冶炼技术的限制，人类对于金属材料的利用顺序几乎完全按照它们的活动性由低到高的次序。最为惰性，也是最为昂贵的金属之一，金，在公元前六千年就被人类所使用3。金光泽灿烂，几乎不受腐蚀，置地较软便于加工，又因为其数量稀少，一直以来都被用做贵重的饰品。铜、银、铅等较为惰性的金属，在公元前四千年左右依次被人类所利用。人类铜的使用的意义是巨大的，铜器是人类使用的第一种金属工具。人类对使用铜的鼎盛时期是中国青铜器时代，从夏、商、西周时期直到春秋及战国早期，持续时间约一千六百余年。这个时期的青铜器主要分为礼乐器、兵器及杂器。直到秦汉末年，青铜器的社会地位逐渐下降，开始被陶瓷、铁器所取代。同时代的银起着和金同样的作用，象征着财富，而铅由于其高韧性、延展性和耐腐蚀性，被大量用作管道材料，其化合物直到今天还被用做颜料。汞的出现可追溯到公元前1500年，埃及人已经在古墓中使用汞。在古代中国。汞基本处于被误用的状态，人们普遍迷信汞的医疗功效，而不知道其毒性。今天人类已经在各个领域开始禁用含汞材料，并寻找汞的替代品。人类很早就开始对铁进行加工利用了，但是钢铁的大规模发展，还是上个世纪的事。钢铁可以说是人类现代工业的支柱。现代钢铁工业始建于19世纪初期，至今已有百年历史。但直到第二次世界大战前，钢铁工业发展缓慢，产量有限，生产国不多，且分布十分集中。二战后，世界钢铁工业迅猛发展。全球钢铁产量在1950年仅一亿多吨，到2013年，已经达到十六亿多吨4。在人类目前所使用的金属材料中，钢铁由于强度较大，价格较低，矿产丰富且便于冶炼，在建筑、机械、汽车、造船、铁道、石油、家电、集装箱等行业中有着极其广泛的应用，至今仍然是不可替代的金属材料。随着科技的发展，人类对金属材料的性能要求也在不断提高，对质量更轻、强度更大的金属的需求越来越迫切。铝合金、钛合金等性能较钢铁更为优秀的合金被研制出来，它们的作用和意义及其重大。铝合金的突出特点是密度小、强度高，广泛应用于制造飞机、舰艇和载重汽车等，可增加它们的载重量以及提高运行速度，并具有抗海水侵蚀，避磁性等特点。而钛合金主要用于制作飞机发动机压气机部件，其次为火箭、导弹和高速飞机的结构件。这些合金的使用极大地推动了我国工业的发展。面对21世纪人类科技虽然已推进到太空时代，电子资讯时代，各种新兴的材料如高分子材料，半导体材料。光电材料的白热化竞争，金属材料却未因而失去其魅力，反之在电脑、程控、材料等科技的支援下，金属材料不断在新的领域应用，仍是充满着无限发展的生命力。近一二十年来，金属材料的发展受到了巨大的压力，这种压力来自外部和内部两个方面。就外部来讲，材料领域从金属材料的一统天下转变为金属、陶瓷、高分子材料三足鼎立的新格局。从内部来讲主要是能源、资源和环境三个方面。这些问题对金属材料今后的发展提出了有力的挑战。3.材料科学成为一门学科虽然人类对材料的研究与利用自古以来就在进行，但是材料科学成为一门独立的学科还是上个世纪（20世纪）的事5。这很大程度上时因为人类对于材料性质的本质的了解逐渐加深的缘故。20世纪以来，人们在物理、化学、力学、生物学等学科上取得了卓越的成就，对物质结构、材料的理化性质和力学性能都有了更深入的了解，愈发认识到了对材料进行更深入研究的重要性，而不是仅停留在合成与利用层面上。与此同时，金属金属学、冶金学、工程陶瓷技术、高分子科学、半导体科学、复合材料科学以及纳米技术等新科学的发展促使了一系列新型材料的诞生，推进了人们对于材料的结构、生产工艺、性能以及相互作用的研究，这些前沿科学也为材料的设计、制造、加工与合理使用提供了充分的科学依据。现代的材料科学在以往的基础上，加强了对于复合材料、纳米材料的制备和创新，对于设计具有不同性能要求的材料复合工艺和纳米材料的凝聚过程，以及各类材料之间的相互渗透和交叉的性能以及综合性能的研究给予了更多的重视。现代材料科学不仅在材料的本质与其理化性能、力学性能放面有深入的研究，还对材料的加工过程有较高要求，于是材料科学还涉及到了工程技术学科以及制造加工材料的工程学科。在此基础上，“材料科学与工程”逐步形成学科，并发展成为一门独立的一级学科。作为一级学科的“材料科学与工程”下分三个二级学科：材料物理、材料化学、材料加工工程6。在20世纪中期及以前，世界上的大学中研究材料的专业多只有冶金专业，可见当时人们对金属材料的重视。但随着性能卓越的无机非金属材料、高分子复合材料的出现和应用，金属之外的材料受到的重视程度越来越高。1955年，美国西北大学设立了世界上第一个材料科学与工程系7。美国麻省理工学院在1967年设立了材料科学与工程系8，由原来的冶金专业改名而来，现在已处于世界材料科学的领袖地位9。到今天，材料科学与工程已成为一门改变世界的学科，其受重视程度已与当年不可同日而语。4.清华大学的材料专业材料科学与工程系建于1988年，由原工程物理系材料物理教研组，原机械工程系金属材料教研组和化学工程系无机非金属材料教研组组建而成10。清华大学材料科学与工程系建于1988年，由化学工程系的无机非金属材料专业、工程物理系的材料物理专业、原机械工程系的金属材料专业组成。20多年来，建成了一支高水平的师资队伍，做出了一批高水平的科研成果，培养了一批优秀的人才，大大提升了清华大学材料学科的实力、学术声誉、国内和国际影响力。2012年12月27日，经学校批准，由原材料科学与工程系、原机械工程系材料加工学科组建了材料学院。下设材料物理与化学系、材料加工工程系、无机非金属材料系、金属材料系、复合材料系。清华大学的材料专业虽然成立时间较短，但专业排名已经居于全国第一的水平11，世界排名也名列前茅12。学院瞄准材料科学前沿、国民经济主战场和国家重大需求开展研究，注重学科交叉，形成了材料微结构及表征、计算材料科学及工程仿真、材料制备工艺及加工工程、新型信息功能材料、新型能源材料、环境友好材料、再生医学及仿生材料、极端条件材料等有特色和在国内外有影响力的研究方向。近年来，在Nature、Science等刊物上发表了大量学术论文，获得了多项国家级奖励。据ISI统计，本学科近10年发表的SCI论文数量和被引用次数居全球高校前列13。5.国内材料科学的前沿以及现状简述目前材料科学的前沿领域主要有各类电池、石墨烯等高强度的复合材料、高温超导材料、与电子信息行业密不可分的硅材料、高分子聚合物、生物材料等等。在这些领域能否实现突破基本上决定了我国能否继续在科技、军事方面处于国际社会的领先地位。正是由于受到了复合材料、硅材料等的限制，使中国一直以来不能在大型飞机、航空母舰以及信息技术领域取得成就。我认为，中国在材料领域所以无法取得进一步突破，有以下几点原因。首先，中国对高级人才的重视程度不够，这导致国家培育出的尖端人才大量外流，无法为科研力量注入新鲜血液；其次，国家对材料领域的投入也不够，太急于求成，导致很多研究由于经费的不足而无法继续进行，这也使国内的科研项目充满了水分，无法取得实际进展；第三，中国的技术创新意识薄弱，在技术层面创新较少，从实验器材到设计，无处不依赖着进口。这使得中国在材料科学领域与世界顶尖水平还存在着一定的差距。我国的对于材料的研究与应用还任重道远。想要取得重大突破，既需要国家的大力支持，也需要我国材料科学工作者们的共同努力。作为一名材料学院的学生，我学业有成后，也会奋力投入到祖国的材料事业建设当中，争取至少为祖国健康工作50年，为祖国的发展添力！字数统计：4092参考：1.《考古学报》1960年02期2.“我国有色金属生产发展史话”周越先3.[4February2014]西北大学材料科学系“材料科学发展的历史”阮永新西北大学材料科学系麻省理工大学材料科学与工程系://ranking.tiandaoedu.com/introduction/usnews/129338.html10.清华大学材料科学与工程学院://://ranking.tia