材料的发展史

现代新型材料与纳米材料NewMaterialsandNanometer-Materials（1）材料科学与工程学院刘颖教授/博士导师唐正华副教授/硕士导师李军副教授/硕士导师2•拓宽学习纳米材料和新材料的知识面•达到提高文化素质教育的目的•迎接知识经济和国际竞争的挑战•揭示材料成分-组织(结构)-性能之间的关系•为工程结构,机器零件和产品使用提供正确选择材料和合理用材的基本原则和方法课程的研究对象和主要任务3刘颖教授/博士生导师1965年生，99年博士生毕业并获博士学位二级教授/材料学院副院长主要研究领域：金属功能材料和纳米材料主持国家863计划和国家攻关计划等课题三十余项主要荣誉和奖励：宝钢优秀教师/国务院政府特殊津贴专家/四川省学术带头人/教育部新世纪优秀人才四川杰出青年科技基金获得者/四川省青年科技奖四川省有突出贡献博士学位获得者国家科技进步二等奖（2006年）四川省科技进步奖一等奖（2004年）和二等奖（2000年）四川省教学成果奖二等奖和三等奖（2004年度）4唐正华1979-1983成都科技大学本科学习1983-1985重庆仪表材料所工作1985-1988成都科技大学硕士学习1988-2002四川大学讲师，副教授2002-2006南非universityofpretoria博士科研经历：一直从事钢的质量与加工方面的研究，曾经担任两届中国金属学会夹杂物委员会理事兼秘书5第一讲材料发展历史6什么是材料？其重要作用是什么？•材料是人们用来制成各种物品、器件和构件等具有某种特性的物质实体。•材料是人类社会生活的物质基础，材料的发展引起时代的变迁，推动人类文明的发展和社会的进步。•在知识经济时代，材料、能源和信息并列为现代科学技术的三大支柱，其作用和意义尤为突出。7材料与人类社会的关系如何？•人类社会和材料的关系非常广泛、非常密切，非常重要，在这点上很少有其他领域能与之相比。人类文明的发展史是一部利用材料、制造材料和创造材料的历史。材料是生产力的标志，是人类社会进步的里程碑。对材料认识和利用的能力决定社会形态和生活质量人类从未中断过追求更好的材料，或使材料具有更优异的性质或新的功能。8•一部人类文明史，从某种意义上说，也是世界材料的发展史。陶瓷、青铜和铁等材料的兴起和广泛应用对社会进步起到关键性推动作用，这些材料成为划分一个时代的重要标志，如石器时代、青铜时代、铁器时代等。9•每种新材料的发现和应用，都会给人类社会带来巨大改变，满足人类社会发展中层出不穷的新需要，推动人类社会向前发展。没有半导体单晶硅，不可能有当今发达的微电子工业；没有低损耗光纤，不可能有当今蓬勃发展的网络社会；没有高分子复合材料，不可能有当今竞争的太空开发；单晶硅棒单晶硅片单晶芯片电子元件1011•天然材料陶-瓷青铜铁钢有色金属高分子材料新型材料材料发展的历史演进12（1）天然材料•大约25000年前，人类就学会使用材料。自然界中大量存在，人类从自然中可直接获取，经过简单的加工就可为人类所用。主要是骨、牙、皮、毛、竹、木、石等天然材料，并进行粗糙加工，除此之外别无他物。竹筷骨针石制品皮毛制品13典型的天然材料—石器•区别、选用各种石头，创造出刀、斧、针各种器具，用于生产、生活和战争。•从挖掘的人类当年所使用的各种用途的锋利石片，可以想象人类远祖的艰苦。石刀石斧石针14•旧石器时代的生产工具极其落后，人类社会的生产力也极端低下，社会发展极其缓慢，人类文明也是相当简单和粗俗的。旧石器工具简单的人类文明15•据考古学家分析，距今约一万年前陶器开始出现，•人们用粘土或以粘土、长石、石英为主的混合物，经成型、干燥、烧制（烧制温度低于1200℃），得到坚硬的陶器。•陶是人类制造的第一种“人造材料”，由于高温烧制产生化学变化，得到和粘土不一样的新物质。新石器时代晚期(公元前3000一前2800年)黑陶陶体的黑色是因为碳的渗入（2）陶器（无机非金属材料）16我国陶器大约出现在8000年前，具有悠久的历史。半坡村出土的碗、钵、釜、罐、瓶等，甚至还有能吹气发声的陶埙。半坡变体鸟纹盆半坡小口尖底瓶半坡陶盆陶埙17从著名的仰韶和龙山文化遗址出土的陶器中，人们发现当时祖先已经掌握了烧制黑色陶器和白色陶器的配方和技术。仰韶白陶瓶龙山黑陶瓶18•闻名于世的秦始皇兵马俑是典型的陶制品；•著名的唐三彩创始于唐高宗时期，用白粘土作胎，以Cu、Fe、Co等矿物作釉的着色剂，两次烧制后成为绚丽多彩的陶器精品；•江苏宜兴紫砂壶(紫砂泥由粘土、云母、赤铁矿等组成，其中Fe2O3含量约7％-10％，TiO2＞1％)制造技术精湛，色泽淳朴，造型独特，别具一格。兵马俑唐三彩马方韵紫砂壶19商陶酒尊唐三彩俑陶的出现，人类可长时间储存食物，可吃煮熟的谷物，喝煮开的水，促进人类进化。陶器也是最初的耐火材料，为以后的铜、铁冶炼提供物质条件。猪纹陶盆陶器的现实意义20•陶器是人类第一次有意识地制造出自然界没有的，并且具有全新性能的“新”材料，标志着人类能离开上天的赐予，开始进入自力创造材料的时代。•恩格斯论述：人类从低级阶段向文明阶段的发展就是从学会制陶开始的。•陶器的出现成为新石器时代开始的标志之一。陶器的理论意义磨制石器养畜业21•陶器不致密、易渗漏、强度也不高。•3000多年前的殷、周时期，发明了釉瓷。•炉窑温度达到1200℃，能将金属氧化物烧制成釉瓷，标志着人类改造自然的能力增强。•瓷的质地比陶更细腻，外观更美观，用途更广泛，陶向瓷的过渡商朝釉瓷22什么是瓷器？•瓷土与陶土相比，CaO、MgO等助熔剂明显减少，SiO2含量降至70％以下，Al2O3含量显著增加。釉料是用矿物(长石、方解石、石英等)和颜料按一定比例配制而成，高温下釉料熔融并均匀覆盖在瓷器表面，冷却后质地坚硬、光滑、不粘污，并可调配成各种颜色。纵有家财万贯不如钧瓷一片汝瓷莲花碗定瓷刻花碗官瓷弦文瓶23瓷器中的材料知识宋五大名窑（官、哥、汝、定、钧窑）之一：哥窑瓷器开片即是瓷器釉面出现裂纹的现象—金丝铁线。开片原因：胎、釉材料的膨胀系数不同，在冷却过程中收缩率也有差异，形成开片。掌握开片规律，宋代开始将开片作为装饰。青花瓷青花瓷器以钴的化合物为发色剂，绘制在烧制胎体上，挂釉后再经过一次烧制而完成。哥瓷八方碗哥瓷瓶元青花瓷瓶24•江西景德镇的薄胎瓷器被赞为洁如玉、明如镜、薄如纸、声如磐。•瓷器作为中华文明象征，大量流传：9世纪传至阿拉伯国家，13世纪传到日本，15世纪传到欧洲，以其福美绝伦征服了西方。辉煌的瓷器之国景德镇四大名瓷粉彩、青花、玲珑、颜色釉清乾隆青花穿花龙纹梅瓶薄瓷碗2526（3）青铜•我国青铜的冶炼已可追溯到公元前3600年。•晚于埃及和西亚民族（伊朗、伊拉克）。•发展快、水平高。•到殷、西周时期已经发展到较高水平。青铜即铜锡合金，其冶炼温度较低，制作器具的成型性好，是人类最早大规模利用的金属材料。苏美尔文明中的青铜塑像，出现年代-公元前4000年27青铜钱币—刀币、布币、环钱、铜贝等青铜的出现表明人类能够从矿石中提取金属并冶炼合金，再用它去制造工具，用于改造自然。生产力发展到一个新阶段的标志，也是科学技术进步的一个重要标志。28•铜爵—高30.5厘米、口径17-18厘米，距今3600年河南堰师二里头文化•青铜锛—《越绝书》载：禹穴之时，以铜为兵，以凿伊阙，通龙门，东注入海•牛首兽面纹鼎—西周，器形端庄，文饰在商代基础上进一步发展，是今已知我国最大青铜器之一，29四羊纹铜尊商青铜器的最大历史贡献在于社会秩序的建立，人类文明第一次将人与工具二者的意义联系起来。•西周中晚期有严格的列鼎制度，用形状花纹相同而大小依次递减的奇数组鼎来代表贵族身份。•《春秋公羊传》记载：天子用九鼎，诸侯用七鼎，卿大夫用五鼎，士用三鼎或一鼎。青铜礼器鼎周青铜武器越王勾践剑青铜戈青铜头盔青铜的一个重要用途就是铸造武器，如钺、戈、矛、戟、刀、剑、弩、镞、盔等。青铜武器相对于石制和木制武器来说，其威力如同枪炮对刀戟；当军队和战争成为一个国家的暴力机器和手段的时候，青铜以它的强度和硬度频频向统治贵族领取赫赫战功。31青铜工具青铜斧青铜犁春秋初期，出现大量青铜工具（斧、锯、凿、锥等）和青铜农具（锄、铲等），极大促进农业技术的提高，相关的冶铸技术获得飞速发展。时代石器铜器铁器新石器时代晚期33夏商西周2752春秋153战国440青铜时代农具统计（372件）32铜三足鸟西周铜奔马(马踏飞燕)汉秦始皇陵铜车马秦爵商其它青铜制品33西汉长信宫灯的特点•将表面处理、铸造、结构学、环境保护巧妙地结合在一起；•创“技术精华”于一身，集“优美实用”于一体；•青铜表面处理工艺鎏金-以水银溶解金箔，然后涂附在铜器表面，蒸干水银后使一层薄金紧密地附着在器物表面；•防止铜器发生氧化的表面处理工艺。34长信宫灯的特点•刻画出宫女尽职尽责的逼真形象；灯座铸成跪姿的宫女状，跪坐的姿态端庄典雅；宫女左臂紧身，左手紧握托座，右臂高抬过顶，稳扶灯罩•油灯设计别致，托座上装有灯碗，灯碗上铸有油池、灯芯座、手柄、转动槽和转门等；拨动手柄，可使灯碗以托座为轴，绕右袖圆口作近360度转动，使光照方向转动；拉动转门还能改变遮光角度；35•巧妙的消烟灭尘装置。宫灯是空心的，壁厚均匀，而且较薄；宫女的右袖连通空心，形成一条烟道，油烟及未完全燃烧的残碳由袖部进入腔体内，碰到腔壁冷却后附着在腔体内侧；宫女的头部是可拆卸的，可定期清除积垢。36有影响的青铜文物：•河南安阳晚商遗址出土的司母戊大方鼎，商王祖庚祭母所用；•外形尺寸：高133cm，宽78cm，长110cm；•重量：857kg，是迄今为止世界上最古老的大型青铜器。•分别铸成鼎身、鼎耳、鼎足等部，然后合铸成一个整体。A.司母戊鼎37B.湖北隋县出土的战国青铜编钟•编钟铸造水平相当高；•全部用青铜铸造；•共有65个，总重量2500kg；•最大编钟重203kg；•最小编钟重仅2.4kg；•音侓准确、音色优美；曾侯乙编钟38C.四川广汉三星堆遗址介绍遗址位于广汉市南兴镇北南距成都40公里遗址面积达12平方公里范围最广、延续时间最长、文化内涵最为丰富的古蜀文化遗址三星堆博物馆39•1929年春天，当地农民燕道诚劳动时发现一坑精美的玉石器；•1933年，华西大学美籍教授葛维汉，林名均教授组成考古发掘队，首次对三星堆进行发掘，由此拉开对三星堆的发掘研究历程；•1988年大规模发掘，主要由四川大学师生参与；•三星堆遗址名扬四海1986年7-9月发现两个商代大型祭祀坑，上千件国宝重器轰然显世，震惊世界；被定性为“古文化、古国遗址”。40三星堆遗址•世界第9大奇迹，有很高的历史价值和艺术价值；•填补了中国考古学、青铜文化、青铜艺术史上的诸多空白；•展示了三四千年前古蜀丰富的物质文化，揭示了“开国何茫然”的古蜀国的文化面貌，把巴蜀历史向前推了一千多年；•雄辩的证明：商周时期的古蜀国已有高度发达的青铜文化，显示了中华民族起源的多元性；41三星堆青铜文物文物出土轰动整个世界，品种多，铸造水平高；有的文物只有4mm厚，在当时需要有相当高的冶铸技术；青铜冶铸技术和文化艺术相当发达，否定了古蜀国文化比中原文化发展缓慢的论断；42四川广汉三星堆青铜文物商代晚期铸造金面平顶人头像人头像•头上冠形物似遥感天线，是否用来接收宇宙的神秘信号？青铜兽面43•迄今为止发现的世界上最大的青铜面具是1986年从三星堆2号祭祀坑内出土的，•高约80厘米、宽138厘米、重约100公斤。44青铜人立像•国宝级文物，目前世界上最大最完整的青铜人立像，号称“铜像之王”青铜神树•造型巧夺天工，树干高384cm，是目前世界上最早、树株最高的青铜树45（4）铁器•铁是地球上储量居于第三的元素，来源于大型恒星的聚变。•中国同埃及、美索不达米亚等古国一样，对铁的认识都是从陨铁开始的。陨铁世界最早的铁器赫梯铁器46•青铜器到铁器并不是偶然的青铜的精炼带动铁的冶炼；赤铁矿(Fe2O3)与赤铜矿(CuO)极为相似，青铜冶炼