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1、,材料科学与人类文明,宋义虎高分子科学与工程学系,第一章 绪 论第二章 材料使用简史材料使用史(文明划代史)；中华文明在材料史上的定位第三章 材料与材料科学：材料分类、选用原则、材料科学第四章 材料结构基础：键、晶体结构与缺陷、合金 第五章 材料性能基础：热、导电、超导、介电、光学、磁、力学第六章 常用结构材料简介：金属、陶瓷与璃、高分子、复合材料第七章 信息材料：处理、传递、 存储、 显示材料第八章 智能材料：构成、应用、种类第九章 生物医用材料：发展简史、分类、特征与评价、常用材料第十章 材料与环境的关系及环境材料：废旧材料处理、新材料,课程内容,第一章 绪论,人和动物的本质区别?人可以利
2、用工具从事生产、生活，积累经验，创造财富，进而制造更先进的工具在制造工具时，材料是必需的 然而，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物质基础材料是人类社会进步的主要标志,材料是人类社会进步的里程碑,在古代，材料首先用于统治阶级的生活、祭祀、战争经验的积累，先进武器、精美祭器的需求，严酷的管理制度，促进了新材料的应用在现代，材料广泛用于大众的生活、生产科学的知识体系，不断更新的制造业技术，追求高品质生活、高性能器具，是新材料发展的动力,材料与人类文明发展,人类
3、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,材料划时代,材料是人类文明、社会进步、科学技术发展的物质基础和技术先导在历史上，人们将石器、青铜器、铁器等当时的主导材料作为时代的标志，称其为石器时代、青铜器时代和铁器时代在近代材料种类极其繁多，各种新材料不断涌现，很难用一种材料来代表当今时代的特征：新材料时代,人类文明进化时代是以材料的使用来划分的从远古的石器时代，到铁器时代，再到如今的新材料时代，人类社会先后经过了七个不同时代,以材料区分的七个时代,燧石：神奇的石头,石器时代 (Stone Age)
4、BC 400,000 4,500,人类主要以石头、骨头、木制作简单的工具,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中国陶器制作历史至少有8000年以上,西安半坡人面网纹陶盆,战国陶制四通水管,石器时代 (Stone Age) BC 400,000 4,500,青铜时代(Bronze Age)BC 4,500 1,000大量使用青铜工具、青铜礼器的时期,从矿石中提炼铜 冶金业的黎明,人类学会了用炭加热铜，造出纯度更高的铜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,埃及古墓壁画是人类冶金业的最早纪录之一,古称金或吉金，是红铜与其它元素(锡、镍、铅
5、、磷等)的合金中国青铜时代大致对应夏商周至秦汉，时间跨度约2000年春秋战国时期，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,青铜：第一种合金,夏钺(yu),戈,三星堆,突目面具商代晚期，高64.5cm，宽138cm，眼球柱状外突长达13.5cm,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,青铜乐器,错金犀牛尊(战国),越王勾践宝剑(湖北江陵楚墓出土)注意剑纹,BC1450 铁制车轮,AD1500 廉价的冶铁业,铁器时代(Iron Age)BC1000 ,人类使用铁来制造工具和武器,战国铁犁头,战国铁锄,战国凹形铁锄
6、(长沙砂子塘),铁器时代与之前时代的主要区别在于，农业发展、宗教信仰与文化模式实际上所说的铁器时代指是的早期阶段最先使用铁器的是古埃及与苏美，BC 4000已极少量使用铁器，但大多铁由陨石得到，而非由铁矿提取BC 30002000，小亚细亚、埃及与美索不达米亚越来越多地由陨石提练铁，多于礼仪当时铁是极昂贵的金属，比金还要昂贵有考古证据指出，铁是当时炼铜生成的副产品，称为海绵铁对当时的冶练技术来说，不可能大量生产 世界上最早进入铁器时代的是西台帝国，约BC 1400掌握了冶铁技术BC1200，中东各地广泛运用铁，但并未取代青铜的主导地位BC 1000，欧洲出现铁制工具，可能是由小亚细亚西传而来B
7、C 800，尼德兰出现铁制工具美洲及大洋洲没有铁器时代，铁由欧洲人传入,中国是世界上利用铁最早的国家之一19000年前，周口店“山顶洞人”就开始使用赤铁矿粉作为赭红色颜料，涂于装饰品上或者随葬撒在尸体周围。为天然矿物颜料利用的开端新石器时代(距今100004000) 兴起制陶业，发明绘制各种风格的彩陶。绘制赭红色彩陶的原料就是赭石(赤铁矿)1972，河北北藁(go)城台西村商代(BC 13世纪)中期遗址出土铁刃青铜钺。刃部是陨铁加热锻造而成中国在BC 6世纪已出现了生铁制品,铁硬度高、熔点高，铁矿蕴含量高相对青铜来说，铁来得便宜，可在各方面运用，其需求很快便远超青铜,水泥时代(Cement A
8、ge)0BC ,cement由拉丁文caementum发展而来，意为碎石、片石2000年前，希腊和古罗马人在建筑中使用一种石灰和火山灰的混合物，它们在水中缓慢反应生成坚硬的固体。为最早应用的水泥19世纪初，英、法等将粘土化石灰(或泥灰岩)烧结成为水硬性材料，其中Al2O3、 SiO2含量之和达到2035%，称为天然水泥1824，英国用石灰石和粘土的混合物烧成一种水硬性的胶凝材料，凝结硬固后的颜色、外观和当时英国用于建筑的优质波特兰石头相似，故称为波特兰水泥1825，波特兰水泥在英国建厂生产,水泥生产工艺以石灰石和粘土为主要原料，经破碎、配料、磨细制成生料，喂入水泥窑中煅烧成熟料，加入适量石膏，
9、磨细而成,1871年，日本开始建造水泥厂1889年，中国在唐山建造了第一座水泥厂,钢时代(Steel Age)1800 ,炼铁、炼钢的大工业生产分别于17世纪20年代、19世纪70年代最先在英国发展起来,1875，全世界生铁产量为1400万吨，钢产量190万吨18751913，西欧、美国的工业化需要大量钢铁，相继发展了转炉和平炉，生铁和钢产量都迅速增长1913，全世界生铁产量为8000万吨，钢产量7650万19141950，发生两次世界大战、多次资本主义经济危机，钢铁生产发展缓慢1950，全世界生铁产量为1.30亿吨，钢产量1.89亿吨19501974，发展了氧气顶吹转炉炼钢和连续铸钢技术、带
10、钢热连轧机和冷连轧机(技术进步)，钢铁生产能力提高1974，全世界生铁产量为5.05亿吨，钢产量7.10亿吨1973，开始石油调价和世界性的经济萧条，钢铁生产发展转慢1979，世界生铁和钢的产量创造新的纪录，分别达5.29亿吨和7.47亿吨,硅时代(Silicon Age)1500 ,第二次世界大战中，开始用硅制作雷达的高频晶体检波器。所用的硅纯度低，不是单晶体1950，制出第1只硅晶体管1952，用直拉法培育硅单晶成功1953，用无坩埚区域熔化法拉制单晶1955，采用Zn还原SiCl4法生产纯硅，但不能满足制造晶体管的要求1956，氢还原SiHCl3法1960，用氢还原SiHCl3法进行工业
11、生产，已具规模硅整流器、硅闸流管问世，促使硅材料的生产一跃而居半导体材料的首位1960年代，硅外延生长单晶技术和硅平面工艺硅晶体管制造技术趋于成熟，集成电路迅速发展1980年代初，全世界多晶硅产量达2500吨,科学技术的发展史，就是材料发现、运用的发展史,原理成品 发展时间,电 机18211886 65,真空管 18821915 33,无线电18871922 35,X 光18951913 18,雷 达19351940 5,原子堆19391942 3,半导体19481951 3,激 光19581960 2,科学原理的发现时间、产业化时间的对照,车始于轮子的发明，轮子的使用是陆地交通工具变革的开始
12、，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BC 3500，古巴比伦的苏美尔诞生了带轮的车，是在橇板下面装上轮子而成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BC 2500，欧亚之间地区使用两轮和四轮的木质马车埃及古代墓葬中曾发现BC 1500前后的两轮战车BC 2000，中国中原地区开始制造以圆木板为行走部件的车辆(轮子) 发明有辐车轮，比实体车轮轻便许多装有辐式车轮的车子用马来拉，速度更快，车身更轻巧灵活，被用在战争中18世纪后，随着第一次产业革命的兴起，开始大量
13、制造较耐用的金属轮子时至今日，汽车轮子要求更高，金属轮子的外围更加上橡胶轮胎，以避震、增强附着摩擦力,例1: 轮子的发展,例1: 轮子的发展,第一次产业革命发生于18世纪中叶的英国，而后遍及欧洲、北美第一次产业革命以纺织机械革新为起点，以蒸汽机广泛使用为标志，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代替了以手工技术为基础的手工工场，将人类推入蒸汽时代,材料与产业革命,在开发了铁和铜等新材料后，蒸汽机得以使用并逐步推广，由此引发第一次产业革命是“铁和煤的革命”,第一次科技革命发生的条件技术条件：英国当时在开僻海外市场、掠夺殖民地、进行圈地运动，形成了资金、劳动力、原料和广阔市
14、场基础；工场手工业迅速发展，技术水平提高，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科学条件：在17、18世纪，牛顿等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产业条件：1860年代起，棉纺织业中出现一系列新工具机，工业上迫切需要制造出能够产生巨大而稳定动力的机械装置。于是，以瓦特改进的蒸汽机为代表的动力机应运而生,材料与产业革命,第二次产业革命处于19世纪后半期20世纪中叶，以新能源的广泛利用、石油的开发、新机器和新产品的创制、远距离传递信息手段的新发展等为特征，大力发展飞机、汽车和其他工业其间出现的电力、钢铁、化工“三大技术
15、”和汽车、飞机、无线电通讯“三大文明第二次产业革命是“钢和电以及石油业的革命”支撑第二次产业的仍是新材料开发，如合金钢、铝合金，以及各种非金属材料的发展,材料与产业革命,第二次产业革命主要表现在电气工业、内燃机技术与石油业、材料革命与钢铁时代、化工时代、电信业的发达、电影业的兴起等使工业化国家之间经济发展的不平衡加剧使后起资本主义国家生产呈跳跃式发展，赶上并超过老牌资本主义国家使工业化国家和非工业化国家在社会经济发展水平上的差距也越来越大,材料与产业革命,新材料时代 (New Material Age),发射架上的长征三号运载火箭,宝钢高炉,材料、能源、信息是当代社会文明和国民经济的三大支柱，
16、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),材料是科技进步的核心,建筑、交通、能源、计算机、通信、多媒体、生物医学工程等，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,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，促进了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
17、 新材料 新技术 新工业,材料是科技进步的核心,材料的应用,铝合金的主要应用领域,战机,舰船,人造卫星,钛材料与日常生活,钛合金自行车：“自行车发烧友” 选择钛合金制自行车钛合金是航空航天产品中采用的高性能材料它以其独特的魅力，成为国际上公认的生产各类比赛及休闲用高档自行车最先进、最理想的材料通常用于需要抗腐蚀，耐疲劳，高弹性的场合,形状记忆合金百叶窗,钛材料与日常生活,眼镜架,钛材料与日常生活,锌白铜眼镜架是价格最低廉的金属镜架，但其耐蚀性差，容易形成绿色的铜锈蒙乃尔合金(含有铜、锌、镍)、镍合金的加工性能好，所制造的眼镜架款式很多，受到青少年的喜爱，但其耐蚀性也不高；游离态的镍离子容易造成
18、皮肤过敏,贵金属镜架价格昂贵，普通消费者难以承受钛合金、钛合金及钛镍形状记忆合金的耐蚀性好，且重量轻，现在中高挡的金属眼镜架大部分都用这三种材料制成钛镍形状记忆合金不易焊接，眼镜架款式单一钛合金制成的眼镜架重量轻(普通镍基合金镜架重量的48%-60%)、强度高、耐腐蚀、表面易着色、美观、耐用除普通钛合金的优点外，钛合金加工性能好、焊接技术优良,1990年代初，钛合金眼镜架于在国外发展成熟，并开始批量生产1998前，钛合金镜架曾占据日本市场的60%以上,眼镜架,钛材料与日常生活,目前市场出售的眼镜架有纯钛制品、TiNi超弹性合金制品、以及和其它材料并用的不等通常合金架的比重约为8.9g/cm3，
19、纯钛架的比重约为4.5g/cm3,用钛制作的手表在国外市场已早有出售目前世界上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,据说是钛合金外壳哦！,手表,钛材料与日常生活,照相机,纯钛戒指,钛金发王,钛手链,用钛制作的日用品有照相机、手提箱、保温瓶、耳环、手镯、戒指、项链、胸针等,钛材料与日常生活,材料与计算机,材料科学的发展是计算机飞速发展的基础,计算机的发展已经历了4代。目前正在发展第5代电子管时代：第1代(1946-1958)，以电子管作为逻辑部件晶体管时代：第2代(1959-1964)，采用晶体管作为逻辑部件小规模集成
20、电路时代：第3代(1965-1970)，用集成电路作为逻辑元件大规模及超大规模集成电路时代：第4代(1971-1989)，大规模集成电路应用于计算机，寄存器多，速度快计算机科学时代：第5代，主要有智能型计算机、分布式计算机系统、多媒体技术,材料与计算机,计算机经历：电子管 晶体管 集成电路时代,材料科学的发展是计算机飞速发展的基础,电子管 晶体管 集成电路,钨、钼电极,锗、硅半导体,单晶硅片，高纯钛、SiO2、铬薄膜,电子管电极材料：钨、钼,16K内存器,三级电子管图的大小与实物相当,由大量电子管组成的第一台计算机重300吨，用电相当于1个小城市,由大量电子管组成的16K内存器。图中的女士要用
21、显微镜才能看到现在的集成电路16K内存器,10万,3千万,1883，爱迪生在研制灯泡中发现爱迪生效应：把金属板与灯丝一起密封在灯泡内，通电后给金属板加正电压，发热的灯丝与金属板间有电流流过，相反则没有电流 1897，汤姆逊发现电子，人们才知道，原来灯丝加热后有电子射出1904，弗莱明(英国)造出第1只二极管。在真空管中放置两块金属板，加热负极时，就有电子射向正极。利用二极管可检测到无线电信号，但无法控制电子流大小，电信号非常微弱1905，德福雷斯特(美国) 在二极管正、负极间加一金属栅极，制成第1只三极管。后来发现，三极管有放大作用，改变栅极电压，即可改变电流大小三极管的发明为无线电通讯和广播
22、开辟了道路。1906，费丁生(美国)发明调幅波，使高频信号带着声音的振幅发射出去。费丁生成功地 进行了首次无线电广播，收音机诞生了；1914，高真空管问世，无线电广播 方有大规模发展。1920，美国威斯汀豪斯公司在匹兹堡建成第1座广播电台。 1926，美国成立全国广播公司三极管放大系数只有330，阴极-栅极间电容太大，本身容易产生振荡1913，林格慕(美国)在三极管里增加第二栅极，制成四极管，放大倍数可达1606001926，荷兰菲利浦公司首次发明五极管1928，兹沃里 金(美国)发明电视显像管1939，美国无线电公司推出现代意义上的电子电视,电子管,推动了无线电电子学的蓬勃发展,上世纪初，无
23、线电爱好者发现，某些半导体矿石有单向导电性，很适合做检波 器。这使科学家们想到，用半导体可制作与电子管同样性能的晶体管由于许多理论和 技术问题没有解决，真正发明晶体管时已到了40年代末1947，贝尔电话实验室肖克利、巴丁、布拉坦研制成功第1只晶体管(1956诺贝尔物理奖)1950，肖克莱等人又发明了晶体三极管与电子管相比，晶体管具有体积小、重量轻、耗能低、寿命长、制造工艺简单、使用 时不需预热等优点，大大加速了电子技术的发展,晶体管,1956，富勒和赖斯(美国)发明半导体生产的扩散工艺，为集成电路提供了工艺技术1958，德克萨斯仪器公司(美国)用一块硅晶制成包括电阻、电容在内的分立元件实验电路
24、，确定了集成电路的标准封装尺寸，为大规模工业化生产做好了准备 1959，仙童公司(美国)研究出SiO2扩散技术和PN结隔离技术，完成集成电路制作的全部工艺，推出了第一块集成电路。接着，光刻技术等相继发明1961，德克萨斯公司同美空军合作，利用集成电路制成第1台试验性计算机。该机有587块集成电路，只有285克，体积100cm3，功耗仅16W1969，出现大规模集成电路1970年代中期，出现一块硅片上包含十万个晶体管的超大规模集成电路,集成电路,将晶体管与电子线路做在一块半导体晶片上，构成一个整体,材料与计算机,材料与计算机移动存储器,Terbium(Tb),材料与信息,信息材料指用于信息的探测
25、、传输、显示、运算和处理的光电信息材料 主要包括监测和传感(获取)信息的材料、传输信息的材料、 存储信息的材料、运算和处理信息的材料,人类在步入信息时代的同时，也进入信息材料竞争的时代,1965，Intel摩尔提出摩尔定律，预言芯片容量每18个月就要加倍1966，美国RCA公司研制出CMOS集成电路，研制出第一块门阵列(50门)1971，Intel推出1kb动态随机存储器(DRAM)，标志着大规模集成电路出现 Intel公司推出全球第一个微处理器4004，采用MOS工艺1971，一个芯片上有3000个晶体管1978，64kb DRAM诞生，不足0.5cm2的硅片上集成了14万个晶体管，标志着超
26、大规模集成电路时代的来临1988，16M DRAM问世，1cm2的硅片上集成有3500万个晶体管，标志着进入超大规模集成电路阶段1979，Intel推出5MHz 8088微处理器，IBM基于8088推出全球第一台PC1999，德国研制成锗处理器，运算速度比硅处理器提高1倍,材料与信息,制造大规模集成电路的主要材料是单晶硅片,芯片除用于计算机外，还可制作其他各种电器如录相机、洗衣机、厨房设备、家用电器，以及各种自动控制设备半导体材料是电子技术和计算机产业的基础，一个国家在芯片技术方面的成就，决定着其整个战略产业、高技术产业方面的成就现在，从计算机芯片的工作原理中获得启发，创造性地将半导体技术和生
27、物技术结合起来，开发出生物芯片，广泛用于医学临床检测、药物开发、环境监测等,材料与信息,材料与信息,集成电路体积小，重量轻，引出线和焊接点少，寿命长，可靠性高，性能好，成本低，便于大规模生产不仅广泛应用在工、民用电子设备如收录机、电视机、计算机等，同时广泛的应用在军事、通讯、遥控等方面用集成电路来装配电子设备，其装配密度比晶体管可提高几十倍至几千倍，设备的稳定工作时间也大大提高,材料与信息,100年前，美国科学家贝尔做过用光传输语言的实验1966，发现提高玻璃纯度可减少光传播过程中的损耗1970，美国康宁公司用高纯石英玻璃制造出现代光导纤维，被誉为百年不遇的发明光纤是一种比头发还细的高纯度玻璃
28、丝，一根细丝就能同时传输2000路通话，且不失真、不受环境干扰、不易被窃听、传输特别快(比铜缆快72000倍),没有远程通信技术，整个世界的发展不会有今天这样快远程通信技术的发展与光导纤维的问世密切相关,材料与航空技术,航空航天材料主要包括新型金属材料(如先进铝合金、超高强度钢、高温合金、高熔点合金、铍及其合金)、烧蚀防热材料、新型复合材料还包括一些功能材料，如涂层材料、隔热材料、透明材料、阻尼材料、密封材料、润滑材料、粘合剂材料等大部分属于高分子材料和陶瓷材料，也有少量阻尼合金等金属材料,结构材料的 “三高一低” (高强度、高模量、耐高温、低密度),鍛铝2014 (LD10)的力学性能,卫星
29、发射，节省1kg重量将降低费用$20000，一次发射节约费用20%,铝理论强度为4700MPa，当今高强铝合金的最高强度不超过1000MPa,材料与航空技术,材料与航空技术,从莱特兄弟实现飞行的梦想以来，航空和航天器发生了巨变为了飞得快和远，就要采用强度高、比重小的材料，重视材料的比强度，即强度/比重之比因此，航空和航天器中铝、镁合金用量大随着航空技术的进一步发展，轻质、高比强度的钛合金、碳纤维高分子复合材料、硼纤维金属复合材料等得到愈来愈多的采用,材料与航空技术,材料与航空技术,钛的工业化生产是1948年开始的。航空工业发展的需要，使钛工业以年均约8的增长速度发展目前世界钛合金加工材年产量已
30、达4万余吨，钛合金牌号近30种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中国60年代中期开始钛材的工业化生产，并研制成TB2合金,钛合金 高强度 高韧性 耐腐蚀 质地轻,材料与航空技术,钛合金比重、强度和使用温度介于铝和钢之间，但比强度高，具有优异的抗海水腐蚀性能和超低温性能1950，美国首次在F-84战斗轰炸机上用作后机身隔热板、导风罩、机尾罩等非承力构件1960年代开始，钛合金的使用部位从后机身移向中机身、部分地代替结构钢制造隔框、梁、襟翼滑轨等重要承力构件钛合金在军用飞机中的用量迅速增加，达到飞机结构重量的2025%1970年代起，民用机开始大量使用钛合金
31、波音747客机用钛量3640kg马赫数2.5的飞机用钛主要是为了代替钢，以减轻结构重量美国SR-71高空高速侦察机(马赫数为3，飞行高度26.212km)，钛占飞机结构重量的93%，号称“全钛”飞机航空发动机的推重比从46提高到810，压气机出口温度从200300C增加到500600 C时，原来用铝制造的低压压气机盘和叶片必须改用钛合金，或用钛合金代替不锈钢制造高压压气机盘和叶片，以减轻结构重量,航天飞机用形状记忆合金,材料与航空技术,在美国卡拉维纳尔角航天基地待升空的穿梭机应用了成千上万种材料，特别是一些高技术的新型材料,材料与航空技术,美国现役,未来新式,材料与航空技术,未来的新式航天飞机
32、在结构上将采用单级火箭式全部回收利用的方案外壳材料将使用Ni-Cr-Fe合金外层隔热板由一层TiAl合金与一层绝热材料组成,各种载人、载物航天飞机每运载1kg有效载荷,成本费1万美元这样昂贵的费用使人类征服太空受到了很大限制现役航天飞机每次升空要丢掉一些部件,如辅助火箭和外部贮箱，外表面使用的是碳陶瓷片，二次飞行间需更换许多碳陶瓷片,材料与建筑,材料与建筑,建筑材料可分为结构材料、装饰材料和某些专用材料结构材料包括木材、竹材、石材、水泥、混凝土、金属、砖瓦、陶瓷、玻璃、工程塑料、复合材料等装饰材料包括各种涂料、油漆、镀层、贴面、各色瓷砖、具有特殊效果的玻璃等专用材料指用于防水、防潮、防腐、防火
33、、阻燃、隔音、隔热、保温、密封等的材料建筑材料长期承受风吹、日晒、雨淋、磨损、腐蚀等，性能会逐渐变化，建筑材料的合理选用至关重要，首先应当安全、经久耐用建筑材料用量很大，直接影响到工程的造价，通常建材费用占工程总造价的一半以上。因此，在考虑技术性能时，必须兼顾经济性中国传统的建筑以木结构建筑为主，西方的传统建筑以砖-石结构为主现代建筑以钢筋混凝土为主,材料与交通,福特2000与西纳给2010，两款由材料工程师设计的汽车,汽车用高强钢，比原先轻24%，而强度高34%,材料与交通,汽车,汽车材料是汽车品质的基础，汽车技术的发展在很大程度上依托于汽车材料的发展,材料与交通,汽车,车壳材料早期的轿车，
34、车身沿用马车车身结构，整个车身以木材料为主1912，由爱德华.巴特首次制成了全金属的车身1925，文森卓.兰西亚发明承载式车身。车身由钢板冲压成型的金属结构件和大型复盖件组成。这种金属结构的车身一直沿用至今，得到不断的完善和发展 复合材料 主要是碳纤维复合材料。重量极轻，可达到与刚质材料同样的稳定性和安全性，大大提高汽车的灵敏性和操纵性，尤其是在转弯处可提高车速 合金 主要是铝合金。铝合金车壳具有质量轻、节能、散热好、耐腐蚀等特点 铝 中高档汽车越来越多使用铝，铝质车身比钢质车身轻约40 钢 主要有镀锌钢、低碳钢、高强度钢等镀锌钢板有良好的抗腐蚀能力，广泛应用在汽车上低碳钢板有很好的塑性加工性
35、能，能满足车身拼焊的要求高强度钢板是在低碳钢板的基础上采用强化方法得到的，可在厚度减薄的情况下依然保持汽车车身的机械性能要求，从而减轻了汽车重量,材料与交通,汽车,铝合金是汽车上应用得最快最广的轻金属，这主要是因为铝合金本身的性能已经达到重量轻、强度高、耐腐蚀的要求。早期铝合金仅用于变速器外壳、汽油泵、化油器等不受强冲击元件。到了现代，铝材中添加强化元素后，铝材的强度大大加强，仍具有质轻、散热性好等特性，可满足发动机活塞及汽缸盖等较剧烈工作环境的要求铝圈是铝合金在车上的第二个应用广泛的领域。因为质轻、散热性好，铝制车圈降低了整车的质量，可及时将制动器的热量散发出去，以免出现制动热衰退使用铝合金
36、最经典的范例是德国奥迪汽车公司在1999年推出的奥迪A2，为世界第一款大批量生产的全铝轿车。该车车身采用全铝空间框架车身，是一种用于飞行器结构的高难技术，使车身重量比传统钢制车身轻40%以上，只有895kg,20世纪初，人们成功地制取了液氦，获得4K低温，发现水银在4K突然电阻全没有了，成为超导体从20世纪初到80年代，约70年间，超导临界温度只提高了不到30度在80年代末，超导临界温度提高到125K在高温超导材料的研究方面，我国处于世界领先水平1987，在世界上率先研制出超导临界温度90100K的Y-Ba-O-Cu高温超导体2001，清华大学试制成功500m的高温超导带材，进入产业化,超导磁
37、悬浮列车,材料与交通,乘坐平稳、安全、快捷、十分安静,1980s高温超导体,超导磁悬浮列车,超导首先应用于磁悬浮列车利用超导体中强电流引起的强磁场间同性相斥作用，使磁悬浮列车浮起来的日本、德国都已投入试用，时速500km1994，我国西南交通大学做成43m长的磁悬浮列车试验线，车重4吨,材料与国防现代化,B-2幽灵式轰炸机,当代战争表现出高技术的特点如美国对伊拉克作战、对科索沃的空中打击都使用了隐形飞机、反辐射导弹、巡航导弹等，实行高密度精确打击美国轰炸伊拉克使用的B-2幽灵式轰炸机，是一种隐形飞机隐形功能一方面由其外观设计来保证，另一方面就是在飞机对雷达波强反射的部位覆盖了吸波或反射波材料，
38、它可以是蒙皮外的涂料，也可以是贴或镀上去的材料。这种B-2型飞机机身的涂覆物厚达10mm，窗户上镀有金属薄膜，整个机身由于采用碳纤维复合材料呈黑色,防弹衣的高技术化是各国军需装备发展的重点1901，威廉麦肯雷总统被暗杀，防弹衣引起了美国国会的重视。当时，防弹衣可防住低速(弹速122m/s)手枪子弹，但无法防住步枪子弹第一次世界大战中，出现以天然纤维织物为服装衬里，配以钢板制成的防弹衣。实际是钢制铠甲，重9 kg第二次世界大战中，弹片杀伤力增加了80%，伤员中70%因受伤而死亡。英、美两国开始不遗余力地研制防弹衣,材料与国防现代化,1942，英军首先研制成功由三块高锰钢板组成的防弹背心1945，
39、美军研制成功铝合金与高强尼龙组合的防弹背心,朝鲜战争中，美陆军装备的是由12层防弹尼龙制成的T52型全尼龙防弹衣， 海军陆战队装备的是M1951型硬质“多隆”玻璃钢防弹背心，重2.73.6kg,材料与国防现代化,70年代初，美国杜邦公司研制成功超高强度、超高模量、耐高温的凯夫拉纤维美军率先使用凯夫拉制作防弹衣，并研制了轻重两种型号新防弹衣以凯夫拉纤维织物为主体材料，以防弹尼龙布作封套现在，完全用化学纤维制做防弹衣一种用18层尼龙和凯芙拉纤维制成的防弹衣只有1.03kg在极热的情况下，凯芙拉纤维不熔化也不流淌，而是凝固起来增加厚度，可以在身体周围形成免受烧伤的保护层,对于高速枪弹，尤其是步枪发射
40、的子弹，纯粹的软体防弹衣仍是难以胜任的为此，人们又研制出了软硬复合式防弹衣，以纤维复合材料作为增强面板或插板，以提高整体防弹衣的防弹能力,材料与能源,能源材料是能源工业和能源技术所使用的材料，按使用目的不同分为新能源材料、节能材料和储氢材料等新能源材料包括增值堆用核材料(铀、氘、氚为代表)、聚变堆材料、太阳能电池(单晶硅、多晶硅、非晶硅等)节能材料包括非晶体金属磁性材料(用作变压器铁芯的Fe-Mn-B-Si合金)和超导材料(Nb-Ti、Nb-Sn巨型磁体用材料)储氢材料(储氢电极合金材料)以及高比能电池(如钠硫电池、镍氢电池、嵌锂碳负极和LiCoO2正极为代表的锂离子电池)等 目前钠硫电池的比
41、能量达137Wh/Kg，而铅蓄电池的比能量只有30W h/Kg,瑞士核电站,氧化铀,钨钒钢（W-V steel）铬钒钢（Cr-V steel）镍基高温合金（Hastelloy material）,核反应堆材料耐中子辐射、腐蚀、高温,烧结后,烧结前,材料与能源,核能材料,2006年9月，美国金属杂志(Journal of Metals)发起评选材料科学与工程历史上“最伟大的材料事件”(Greatest Materials Moments)活动。JOM由美国矿物、金属与材料学会(The Minerals, Metals & Materials Society)主办“最伟大的材料事件”定义为：一项人
42、类的观测或者介入，导致人类对材料行为的理解产生标志性进展的关键或决定性事件。它开辟了材料利用的新纪元，或者产生了由材料引发的社会经济重大变化评选出的50项“最伟大的材料事件”清楚地展示，材料及其相关科学与技术的发展对人类文明与社会进步所做出的巨大贡献，以及材料科学与技术毋庸置疑的重要地位,50项“最伟大的材料事件”,在50项“最伟大的材料事件”中 材料制备技术及工艺 17项 新材料和新器件的发明 12项 提出新原理、新规律与揭示新结构、新现象 18项 先进仪器设备的发明 3项从50项“最伟大的材料事件”中可以看出古代材料与技术方面的重大事件，包括炼铁术、炼钢术、铜提取术及炼铜术、铁铸造技术、玻
43、璃的发明等，大多出自中国、埃及、伊朗、印度和土耳其等东方国家中国古代金属业劳动者开发的铁铸造工艺、制陶艺人使用高岭土制备首批精细陶瓷榜上有名然而，近代(1900后)材料发展中的重大事件，几乎全部由美、英、德等西方科学家与发明家包揽，表明西方工业发达国家主导着近代材料科学与工程的发展,50项“最伟大的材料事件”,50项“最伟大的材料事件”,50项“最伟大的材料事件”,50项“最伟大的材料事件”,50项“最伟大的材料事件”,50项“最伟大的材料事件”,20世纪科技发明史-与材料密切相关,20世纪前20年的人类发明齐柏林硬式飞艇、扬声器、空调、自动售货机、圣诞树彩灯、双刃安全剃刀、飞机、人造树胶、霓
44、虹灯、汽车电点火装置、纸杯、不锈钢、坦克、 爆米花烤箱,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,20世纪科技发明史-与材料密切相关,20世纪30年代的人类发明易拉罐、宝丽来太阳镜、自动洗衣店、道路斑马线、罐装啤酒、原子笔、施乐复印机、家用电冰箱、电脑、立体声录音机,20世纪科技发明史-与材料密切相关,20世纪40年代的人类发明尼龙丝袜、彩色电视、塔伯家用塑料制品、原子弹、微波炉、吉普车、宝丽来照相机、慢转密纹唱片、可多次使用的尿布、第一台由软件驱动的电脑,20世纪科技发明史-与材料密切相关,20世
45、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-与材料密切相关,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,20世纪科技发明史-与材料密切相关,20世纪70年代的人类发明电脑软盘、袖珍计算器、可随意粘贴便条、Beta制大尺寸磁带录像系统、自动调焦照相机、苹果第二代电脑、 手机、索尼随身听,20世纪科技发明史-与材料密切相关,20世纪80年
46、代的人类发明光盘、一次性照相机、高清晰度电视、人工合成皮肤、CD ROM、多普勒雷达，高温超导体、数字蜂窝电话,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、氢气燃料电池、“奔腾”处理器,20世纪科技发明史-与材料密切相关,21世纪的人类发明苹果iPod音乐随身听、人造肝脏、免清洁窗户、Segway新型交通工具、适于在北极严寒气候条件下骑行的冰上自行车、防身夹克,20世纪科技发明史-与材料密切相关,20世纪的重大发明塑料,高分子的概念始于20世纪20年代，但应用更早19世纪以前，人们利用沥青、松香、琥珀、虫胶等天然树脂 我国最早的梳蓖取材于竹木、蹄脚
47、之类天然塑料清代，常州梳篦在美国费城、德国莱比锡以及巴拿马等国际博览会上荣获金奖1760，美国的罗伊斯用蹄脚制造装饰梳当时莱明斯特成为著名的“梳城”，集中了一批制梳工厂，导致许多塑料制造器械的发展，经过不断改进迄今仍在使用1839 美国人Goodyear发明硫化橡胶1855 英国人Parks用硝化纤维素与樟脑混合制得赛璐珞1869 海厄特在寻求制台球的象牙代用品时，把硝化纤维、樟脑、乙醇的混合物在高压下加热、在常压下硬化，研制出第一个合成塑料，是 一种坚韧材料，具有很大的拉伸强度，耐水， 耐油、耐酸，可低成本地生产各种颜色的产品，为现代塑料工业发展开拓了道路 1889 法国人De Chardo
48、nnet发明人造丝1907 酚醛树脂诞生,1910，美籍比利时化学家贝克兰德将酚醛树脂加热模压，制得第一种合成塑料贝克兰德将酚醛树脂添加木屑加热、加压模塑成各种制品，以他的姓氏命名为贝克里特，俗称称为电木,贝克兰德(1863-1944) 美国化学家1909 发明酚醛塑料,1926年3月，美国塑料杂志将塑料定义为 “一种物质的性质，使它可以形成任何想要的形状，而不像非塑性物质那样需要切凿”,20世纪的重大发明塑料,第一种合成塑料,一战后，无线电、收音机等电气工业迅猛发展，增加了对电木的需求，一直使用到今天,1918，奥地利化学家约翰制得脲醛树脂，用它制成的塑料无色而有耐光性，并有很高的硬度和强度
49、，更不易燃，能透过光线，又称电玉20世纪20年代，电玉在欧洲曾被用作玻璃代用品20世纪30年代，出现以尿素为原料的三聚氰胺甲醛树脂，可制造耐电弧的材料，且耐火、耐水、耐油30年代，合成一系列烯烃类加聚物，并实现工业化 PVC (19271937) PVAc (1936) PMMA (19271931) PS (19341937) LDPE (1939),20世纪的重大发明塑料,卡罗瑟斯,1928，美国杜邦公司成立基础化学研究所，32岁的卡罗瑟斯博士担任该所有机化学部的负责人1935，卡罗瑟斯以己二酸、己二胺为原料制得聚合物，由于这两个化合物均含有6个C原子，时称聚合物66卡罗瑟斯将该聚合物熔融
50、，经注射针压出，在张力下拉伸，制成纤维，即聚酰胺66纤维1939，实现工业化，名耐纶(Nylon)，是最早实现工业化的合成纤维品种 尼龙的合成奠定了合成纤维工业的基础1939.10.24，杜邦公公开销售尼龙丝长袜，引起轰动，被视为珍奇之物争相抢购人们用“象蛛丝一样细，象钢丝一样强，象绢丝一样美”的词句来赞誉这种纤维1940.05，尼龙纤维织品遍销美国各地,20世纪的重大发明塑料,第一种工业化合成纤维,二战期间，尼龙用于制降落伞、飞机轮胎帘子布、军服等军工产品,巨大的尼龙热气球,20世纪的重大发明塑料,由于尼龙的特性和广泛的用途，二后发展非常迅速尼龙的各种产品从丝袜、衣着到地毯，渔网等，以难以计
