走進材料科學(xué)

1、,,,,,人和動物的本質(zhì)區(qū)別?人可以利用工具從事生產(chǎn)、生活，積累經(jīng)驗，創(chuàng)造財富，進而制造更先進的工具在制造工具時，材料是必需的 然而，不是所有的物質(zhì)都能用于制造工具什么是材料？材料是具有一定性能，可以用來制作器件、構(gòu)件、工具、裝置等物品的物質(zhì)簡單地說，材料是人類可用來制造有用器件的物質(zhì),,,材料是人類社會進步的物質(zhì)基礎(chǔ)材料是人類社會進步的主要標(biāo)志,材料是人類社會進步的里程碑,在古代，材料首先用

2、于統(tǒng)治階級的生活、祭祀、戰(zhàn)爭經(jīng)驗的積累，先進武器、精美祭器的需求，嚴(yán)酷的管理制度，促進了新材料的應(yīng)用在現(xiàn)代，材料廣泛用于大眾的生活、生產(chǎn)科學(xué)的知識體系，不斷更新的制造業(yè)技術(shù)，追求高品質(zhì)生活、高性能器具，是新材料發(fā)展的動力,材料與人類文明發(fā)展,人類文明進程的劃分依據(jù)是什么 所使用的、占主導(dǎo)地位的材料,—— 石器時代、銅器時代、鐵器時代、鋼鐵時代、合成材料時代、復(fù)合材料時代……—— 發(fā)展得越來越快,材料劃時代,材料

3、是人類文明、社會進步、科學(xué)技術(shù)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)和技術(shù)先導(dǎo)在歷史上，人們將石器、青銅器、鐵器等當(dāng)時的主導(dǎo)材料作為時代的標(biāo)志，稱其為石器時代、青銅器時代和鐵器時代在近代材料種類極其繁多，各種新材料不斷涌現(xiàn)，很難用一種材料來代表當(dāng)今時代的特征：新材料時代,人類文明進化時代是以材料的使用來劃分的從遠(yuǎn)古的石器時代，到鐵器時代，再到如今的新材料時代，人類社會先后經(jīng)過了七個不同時代,以材料區(qū)分的七個時代,,燧石：神奇的石頭,石器時代 (Sto

4、ne Age) BC 400,000 ~ 4,500,人類主要以石頭、骨頭、木制作簡單的工具,陶器(Pottery),陶器的出現(xiàn)是人類跨入新石器時代的重要標(biāo)志之一中國陶器制作歷史至少有8000年以上,西安半坡人面網(wǎng)紋陶盆,戰(zhàn)國陶制四通水管,石器時代 (Stone Age) BC 400,000 ~ 4,500,青銅時代(Bronze Age)BC 4,500 ~ 1,000大量使用青銅工具、青銅禮器的時期,從礦石中提煉銅 —

5、冶金業(yè)的黎明,人類學(xué)會了用炭加熱銅，造出純度更高的銅把銅和錫礦石熔合后可得一種堅度高的合金--青銅，以青銅來造出各種武器,埃及古墓壁畫是人類冶金業(yè)的最早紀(jì)錄之一,古稱金或吉金，是紅銅與其它元素(錫、鎳、鉛、磷等)的合金中國青銅時代大致對應(yīng)夏商周至秦漢，時間跨度約2000年春秋戰(zhàn)國時期，齊國工匠寫成[考工記]，提出[金有六齊]，是世界科技史上最早的冶銅經(jīng)驗總結(jié),青銅：第一種合金,夏鉞(yuè),戈,三星堆,突目面具

6、商代晚期，高64.5cm，寬138cm，眼球柱狀外突長達13.5cm,三星堆立人像鑄于商代晚期，高1.72m，底座高0.9m，通高2.62m，是世界上最大的青銅立人像,鐵器時代與之前時代的主要區(qū)別在于，農(nóng)業(yè)發(fā)展、宗教信仰與文化模式實際上所說的鐵器時代指是的早期階段最先使用鐵器的是古埃及與蘇美，BC 4000已極少量使用鐵器，但大多鐵由隕石得到，而非由鐵礦提取BC 3000~2000，小亞細(xì)亞、埃及與美索不達米亞越來越多地由隕

7、石提練鐵，多于禮儀當(dāng)時鐵是極昂貴的金屬，比金還要昂貴有考古證據(jù)指出，鐵是當(dāng)時煉銅生成的副產(chǎn)品，稱為海綿鐵對當(dāng)時的冶練技術(shù)來說，不可能大量生產(chǎn) 世界上最早進入鐵器時代的是西臺帝國，約BC 1400掌握了冶鐵技術(shù)BC1200，中東各地廣泛運用鐵，但并未取代青銅的主導(dǎo)地位BC 1000，歐洲出現(xiàn)鐵制工具，可能是由小亞細(xì)亞西傳而來BC 800，尼德蘭出現(xiàn)鐵制工具美洲及大洋洲沒有鐵器時代，鐵由歐洲人傳入,中國是世界上利用鐵最

8、早的國家之一19000年前，周口店“山頂洞人”就開始使用赤鐵礦粉作為赭紅色顏料，涂于裝飾品上或者隨葬撒在尸體周圍。為天然礦物顏料利用的開端新石器時代(距今10000~4000) 興起制陶業(yè)，發(fā)明繪制各種風(fēng)格的彩陶。繪制赭紅色彩陶的原料就是赭石(赤鐵礦)1972，河北北藁(gǎo)城臺西村商代(BC 13世紀(jì))中期遺址出土鐵刃青銅鉞。刃部是隕鐵加熱鍛造而成中國在BC 6世紀(jì)已出現(xiàn)了生鐵制品,鐵硬度高、熔點高，鐵礦蘊含量高

9、相對青銅來說，鐵來得便宜，可在各方面運用，其需求很快便遠(yuǎn)超青銅,水泥時代(Cement Age)0BC —,cement由拉丁文caementum發(fā)展而來，意為碎石、片石2000年前，希臘和古羅馬人在建筑中使用一種石灰和火山灰的混合物，它們在水中緩慢反應(yīng)生成堅硬的固體。為最早應(yīng)用的水泥19世紀(jì)初，英、法等將粘土化石灰(或泥灰?guī)r)燒結(jié)成為水硬性材料，其中Al2O3、 SiO2含量之和達到20~35%，稱為天然水泥1824，英國

10、用石灰石和粘土的混合物燒成一種水硬性的膠凝材料，凝結(jié)硬固后的顏色、外觀和當(dāng)時英國用于建筑的優(yōu)質(zhì)波特蘭石頭相似，故稱為波特蘭水泥1825，波特蘭水泥在英國建廠生產(chǎn),水泥生產(chǎn)工藝以石灰石和粘土為主要原料，經(jīng)破碎、配料、磨細(xì)制成生料，喂入水泥窯中煅燒成熟料，加入適量石膏，磨細(xì)而成,1871年，日本開始建造水泥廠1889年，中國在唐山建造了第一座水泥廠,鋼時代(Steel Age)1800 —,煉鐵、煉鋼的大工業(yè)生產(chǎn)分別于17世紀(jì)20年代

11、、19世紀(jì)70年代最先在英國發(fā)展起來,1875，全世界生鐵產(chǎn)量為1400萬噸，鋼產(chǎn)量190萬噸1875~1913，西歐、美國的工業(yè)化需要大量鋼鐵，相繼發(fā)展了轉(zhuǎn)爐和平爐，生鐵和鋼產(chǎn)量都迅速增長1913，全世界生鐵產(chǎn)量為8000萬噸，鋼產(chǎn)量7650萬1914~1950，發(fā)生兩次世界大戰(zhàn)、多次資本主義經(jīng)濟危機，鋼鐵生產(chǎn)發(fā)展緩慢1950，全世界生鐵產(chǎn)量為1.30億噸，鋼產(chǎn)量1.89億噸1950~1974，發(fā)展了氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼

12、和連續(xù)鑄鋼技術(shù)、帶鋼熱連軋機和冷連軋機(技術(shù)進步)，鋼鐵生產(chǎn)能力提高1974，全世界生鐵產(chǎn)量為5.05億噸，鋼產(chǎn)量7.10億噸1973，開始石油調(diào)價和世界性的經(jīng)濟蕭條，鋼鐵生產(chǎn)發(fā)展轉(zhuǎn)慢1979，世界生鐵和鋼的產(chǎn)量創(chuàng)造新的紀(jì)錄，分別達5.29億噸和7.47億噸,硅時代(Silicon Age)1500 —,第二次世界大戰(zhàn)中，開始用硅制作雷達的高頻晶體檢波器。所用的硅純度低，不是單晶體1950，制出第1只硅晶體管1952，用

13、直拉法培育硅單晶成功1953，用無坩堝區(qū)域熔化法拉制單晶1955，采用Zn還原SiCl4法生產(chǎn)純硅，但不能滿足制造晶體管的要求1956，氫還原SiHCl3法1960，用氫還原SiHCl3法進行工業(yè)生產(chǎn)，已具規(guī)模硅整流器、硅閘流管問世，促使硅材料的生產(chǎn)一躍而居半導(dǎo)體材料的首位1960年代，硅外延生長單晶技術(shù)和硅平面工藝硅晶體管制造技術(shù)趨于成熟，集成電路迅速發(fā)展1980年代初，全世界多晶硅產(chǎn)量達2500噸,,科學(xué)技術(shù)的發(fā)

14、展史，就是材料發(fā)現(xiàn)、運用的發(fā)展史,原理成品 發(fā)展時間,電 機18211886 65,真空管 18821915 33,無線電18871922 35,X 光18951913 18,雷 達19351940 5,原子堆19391942 3,半導(dǎo)體19481951 3,激 光195819

15、60 2,,,,科學(xué)原理的發(fā)現(xiàn)時間、產(chǎn)業(yè)化時間的對照,新材料時代 (New Material Age),發(fā)射架上的長征三號運載火箭,寶鋼高爐,材料、能源、信息是當(dāng)代社會文明和國民經(jīng)濟的三大支柱，是人類社會進步和科學(xué)技術(shù)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)和技術(shù)先導(dǎo)材料是全球新技術(shù)革命的四大標(biāo)志之一(新材料技術(shù)、新能源技術(shù)、信息技術(shù)、生物技術(shù)),材料是科技進步的核心,建筑、交通、能源、計算機、通信、多媒體、生物醫(yī)學(xué)工程等，無一不依賴材料科學(xué)與技

16、術(shù)的發(fā)展來實現(xiàn)和突破沒有鋼鐵材料，就沒有今天的高樓大廈沒有專門為噴氣發(fā)動機設(shè)計的材料，就沒有靠飛機旅行的今天沒有耐高溫復(fù)合涂層材料，就沒有人類探索外空的飛船沒有固體微電子電路，就沒有計算機,根據(jù)人們對材料物理和化學(xué)性能的了解，為了特定需要而設(shè)計、加工材料半導(dǎo)體單晶硅、砷化嫁、光導(dǎo)纖維、超導(dǎo)等新材料的開發(fā)和應(yīng)用，促進了新工業(yè)的出現(xiàn)和發(fā)展，極大的推動了社會文明與經(jīng)濟的發(fā)展 新材料

17、 新技術(shù) 新工業(yè),,,材料是科技進步的核心,材料與能源,能源材料是能源工業(yè)和能源技術(shù)所使用的材料，按使用目的不同分為新能源材料、節(jié)能材料和儲氫材料等新能源材料包括增值堆用核材料(鈾、氘、氚為代表)、聚變堆材料、太陽能電池(單晶硅、多晶硅、非晶硅等)節(jié)能材料包括非晶體金屬磁性材料(用作變壓器鐵芯的Fe-Mn-B-Si合金)和超導(dǎo)材料(Nb-Ti、Nb-Sn巨型磁體用材料)儲氫材料(儲氫電極合金材料)以及高比

18、能電池(如鈉硫電池、鎳氫電池、嵌鋰碳負(fù)極和LiCoO2正極為代表的鋰離子電池)等 目前鈉硫電池的比能量達137W·h/Kg，而鉛蓄電池的比能量只有30W h/Kg,瑞士核電站,氧化鈾,鎢釩鋼（W-V steel）鉻釩鋼（Cr-V steel）鎳基高溫合金（Hastelloy material）,核反應(yīng)堆材料耐中子輻射、腐蝕、高溫,燒結(jié)后,燒結(jié)前,材料與能源,核能材料,芯片除用于計算機外，還可制作其他各種電器如錄

19、相機、洗衣機、廚房設(shè)備、家用電器，以及各種自動控制設(shè)備半導(dǎo)體材料是電子技術(shù)和計算機產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)，一個國家在芯片技術(shù)方面的成就，決定著其整個戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)、高技術(shù)產(chǎn)業(yè)方面的成就現(xiàn)在，從計算機芯片的工作原理中獲得啟發(fā)，創(chuàng)造性地將半導(dǎo)體技術(shù)和生物技術(shù)結(jié)合起來，開發(fā)出生物芯片，廣泛用于醫(yī)學(xué)臨床檢測、藥物開發(fā)、環(huán)境監(jiān)測等,材料與信息,材料與信息,集成電路體積小，重量輕，引出線和焊接點少，壽命長，可靠性高，性能好，成本低，便于大規(guī)模生產(chǎn)不僅廣泛應(yīng)

20、用在工、民用電子設(shè)備如收錄機、電視機、計算機等，同時廣泛的應(yīng)用在軍事、通訊、遙控等方面用集成電路來裝配電子設(shè)備，其裝配密度比晶體管可提高幾十倍至幾千倍，設(shè)備的穩(wěn)定工作時間也大大提高,材料與信息,100年前，美國科學(xué)家貝爾做過用光傳輸語言的實驗1966，發(fā)現(xiàn)提高玻璃純度可減少光傳播過程中的損耗1970，美國康寧公司用高純石英玻璃制造出現(xiàn)代光導(dǎo)纖維，被譽為百年不遇的發(fā)明光纖是一種比頭發(fā)還細(xì)的高純度玻璃絲，一根細(xì)絲就能同時傳輸2

21、000路通話，且不失真、不受環(huán)境干擾、不易被竊聽、傳輸特別快(比銅纜快72000倍),沒有遠(yuǎn)程通信技術(shù)，整個世界的發(fā)展不會有今天這樣快遠(yuǎn)程通信技術(shù)的發(fā)展與光導(dǎo)纖維的問世密切相關(guān),材料與計算機,材料科學(xué)的發(fā)展是計算機飛速發(fā)展的基礎(chǔ),計算機的發(fā)展已經(jīng)歷了4代。目前正在發(fā)展第5代電子管時代：第1代(1946-1958)，以電子管作為邏輯部件晶體管時代：第2代(1959-1964)，采用晶體管作為邏輯部件小規(guī)模集成電路時代：第3代(1

22、965-1970)，用集成電路作為邏輯元件大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路時代：第4代(1971-1989)，大規(guī)模集成電路應(yīng)用于計算機，寄存器多，速度快計算機科學(xué)時代：第5代，主要有智能型計算機、分布式計算機系統(tǒng)、多媒體技術(shù),材料與計算機,計算機經(jīng)歷：電子管 → 晶體管 → 集成電路時代,材料科學(xué)的發(fā)展是計算機飛速發(fā)展的基礎(chǔ),電子管 —— 晶體管 —— 集成電路,鎢、鉬電極,鍺、硅半導(dǎo)體,單晶硅片，高純鈦、SiO

23、2、鉻薄膜,電子管電極材料：鎢、鉬,16K內(nèi)存器,三級電子管圖的大小與實物相當(dāng),由大量電子管組成的第一臺計算機重300噸，用電相當(dāng)于1個小城市,由大量電子管組成的16K內(nèi)存器。圖中的女士要用顯微鏡才能看到現(xiàn)在的集成電路16K內(nèi)存器,1883，愛迪生在研制燈泡中發(fā)現(xiàn)愛迪生效應(yīng)：把金屬板與燈絲一起密封在燈泡內(nèi)，通電后給金屬板加正電壓，發(fā)熱的燈絲與金屬板間有電流流過，相反則沒有電流 1897，湯姆遜發(fā)現(xiàn)電子，人們才知道，原來燈絲加熱后有

24、電子射出1904，弗萊明(英國)造出第1只二極管。在真空管中放置兩塊金屬板，加熱負(fù)極時，就有電子射向正極。利用二極管可檢測到無線電信號，但無法控制電子流大小，電信號非常微弱1905，德福雷斯特(美國) 在二極管正、負(fù)極間加一金屬柵極，制成第1只三極管。后來發(fā)現(xiàn)，三極管有放大作用，改變柵極電壓，即可改變電流大小三極管的發(fā)明為無線電通訊和廣播開辟了道路。1906，費丁生(美國)發(fā)明調(diào)幅波，使高頻信號帶著聲音的振幅發(fā)射出去。費丁生成功

25、地 進行了首次無線電廣播，收音機誕生了；1914，高真空管問世，無線電廣播 方有大規(guī)模發(fā)展。1920，美國威斯汀豪斯公司在匹茲堡建成第1座廣播電臺。 1926，美國成立全國廣播公司三極管放大系數(shù)只有3~30，陰極-柵極間電容太大，本身容易產(chǎn)生振蕩1913，林格慕(美國)在三極管里增加第二柵極，制成四極管，放大倍數(shù)可達160~6001926，荷蘭菲利浦公司首次發(fā)明五極管1928，茲沃里 金(美國)發(fā)明電視顯像管1939，美國無

26、線電公司推出現(xiàn)代意義上的電子電視,電子管,推動了無線電電子學(xué)的蓬勃發(fā)展,上世紀(jì)初，無線電愛好者發(fā)現(xiàn)，某些半導(dǎo)體礦石有單向?qū)щ娦?，很適合做檢波 器。這使科學(xué)家們想到，用半導(dǎo)體可制作與電子管同樣性能的晶體管由于許多理論和 技術(shù)問題沒有解決，真正發(fā)明晶體管時已到了40年代末1947，貝爾電話實驗室肖克利、巴丁、布拉坦研制成功第1只晶體管(1956諾貝爾物理獎)1950，肖克萊等人又發(fā)明了晶體三極管與電子管相比，晶體管具有體積小

27、、重量輕、耗能低、壽命長、制造工藝簡單、使用 時不需預(yù)熱等優(yōu)點，大大加速了電子技術(shù)的發(fā)展,晶體管,1956，富勒和賴斯(美國)發(fā)明半導(dǎo)體生產(chǎn)的擴散工藝，為集成電路提供了工藝技術(shù)1958，德克薩斯儀器公司(美國)用一塊硅晶制成包括電阻、電容在內(nèi)的分立元件實驗電路，確定了集成電路的標(biāo)準(zhǔn)封裝尺寸，為大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)做好了準(zhǔn)備 1959，仙童公司(美國)研究出SiO2擴散技術(shù)和PN結(jié)隔離技術(shù)，完成集成電路制作的全部工藝，推出了第一塊集成電路

28、。接著，光刻技術(shù)等相繼發(fā)明1961，德克薩斯公司同美空軍合作，利用集成電路制成第1臺試驗性計算機。該機有587塊集成電路，只有285克，體積<100cm3，功耗僅16W1969，出現(xiàn)大規(guī)模集成電路1970年代中期，出現(xiàn)一塊硅片上包含十萬個晶體管的超大規(guī)模集成電路,集成電路,將晶體管與電子線路做在一塊半導(dǎo)體晶片上，構(gòu)成一個整體,材料與交通,福特2000與西納給2010，兩款由材料工程師設(shè)計的汽車,汽車用高強鋼，比原先輕24%，

29、而強度高34%,材料與交通,汽車,汽車材料是汽車品質(zhì)的基礎(chǔ)，汽車技術(shù)的發(fā)展在很大程度上依托于汽車材料的發(fā)展,材料與交通,汽車,車殼材料早期的轎車，車身沿用馬車車身結(jié)構(gòu)，整個車身以木材料為主1912，由愛德華.巴特首次制成了全金屬的車身1925，文森卓.蘭西亞發(fā)明承載式車身。車身由鋼板沖壓成型的金屬結(jié)構(gòu)件和大型復(fù)蓋件組成。這種金屬結(jié)構(gòu)的車身一直沿用至今，得到不斷的完善和發(fā)展 復(fù)合材料 主要是碳纖維復(fù)合材料。重量極輕，可達到與剛

30、質(zhì)材料同樣的穩(wěn)定性和安全性，大大提高汽車的靈敏性和操縱性，尤其是在轉(zhuǎn)彎處可提高車速 合金 主要是鋁合金。鋁合金車殼具有質(zhì)量輕、節(jié)能、散熱好、耐腐蝕等特點 鋁 中高檔汽車越來越多使用鋁，鋁質(zhì)車身比鋼質(zhì)車身輕約40％ 鋼 主要有鍍鋅鋼、低碳鋼、高強度鋼等鍍鋅鋼板有良好的抗腐蝕能力，廣泛應(yīng)用在汽車上低碳鋼板有很好的塑性加工性能，能滿足車身拼焊的要求高強度鋼板是在低碳鋼板的基礎(chǔ)上采用強化方法得到的，可在厚度減薄的情況下

31、依然保持汽車車身的機械性能要求，從而減輕了汽車重量,材料與交通,汽車,鋁合金是汽車上應(yīng)用得最快最廣的輕金屬，這主要是因為鋁合金本身的性能已經(jīng)達到重量輕、強度高、耐腐蝕的要求。早期鋁合金僅用于變速器外殼、汽油泵、化油器等不受強沖擊元件。到了現(xiàn)代，鋁材中添加強化元素后，鋁材的強度大大加強，仍具有質(zhì)輕、散熱性好等特性，可滿足發(fā)動機活塞及汽缸蓋等較劇烈工作環(huán)境的要求鋁圈是鋁合金在車上的第二個應(yīng)用廣泛的領(lǐng)域。因為質(zhì)輕、散熱性好，鋁制車圈降低了

32、整車的質(zhì)量，可及時將制動器的熱量散發(fā)出去，以免出現(xiàn)制動熱衰退使用鋁合金最經(jīng)典的范例是德國奧迪汽車公司在1999年推出的奧迪A2，為世界第一款大批量生產(chǎn)的全鋁轎車。該車車身采用全鋁空間框架車身，是一種用于飛行器結(jié)構(gòu)的高難技術(shù)，使車身重量比傳統(tǒng)鋼制車身輕40%以上，只有895kg,20世紀(jì)初，人們成功地制取了液氦，獲得4K低溫 ，發(fā)現(xiàn)水銀在4K突然電阻全沒有了，成為超導(dǎo)體從20世紀(jì)初到80年代，約70年間，超導(dǎo)臨界溫度只提

33、高了不到30度在80年代末，超導(dǎo)臨界溫度提高到125K在高溫超導(dǎo)材料的研究方面，我國處于世界領(lǐng)先水平1987，在世界上率先研制出超導(dǎo)臨界溫度90~100K的Y-Ba-O-Cu高溫超導(dǎo)體2001，清華大學(xué)試制成功500m的高溫超導(dǎo)帶材，進入產(chǎn)業(yè)化,超導(dǎo)磁懸浮列車,材料與交通,乘坐平穩(wěn)、安全、快捷、十分安靜,1980’s高溫超導(dǎo)體,超導(dǎo)磁懸浮列車,超導(dǎo)首先應(yīng)用于磁懸浮列車?yán)贸瑢?dǎo)體中強電流引起的強磁場間同性相斥作用，使磁懸浮

34、列車浮起來的日本、德國都已投入試用，時速500km1994，我國西南交通大學(xué)做成43m長的磁懸浮列車試驗線，車重4噸,材料與建筑,材料與建筑,建筑材料可分為結(jié)構(gòu)材料、裝飾材料和某些專用材料結(jié)構(gòu)材料包括木材、竹材、石材、水泥、混凝土、金屬、磚瓦、陶瓷、玻璃、工程塑料、復(fù)合材料等裝飾材料包括各種涂料、油漆、鍍層、貼面、各色瓷磚、具有特殊效果的玻璃等專用材料指用于防水、防潮、防腐、防火、阻燃、隔音、隔熱、保溫、密封等的材料建

35、筑材料長期承受風(fēng)吹、日曬、雨淋、磨損、腐蝕等，性能會逐漸變化，建筑材料的合理選用至關(guān)重要，首先應(yīng)當(dāng)安全、經(jīng)久耐用建筑材料用量很大，直接影響到工程的造價，通常建材費用占工程總造價的一半以上。因此，在考慮技術(shù)性能時，必須兼顧經(jīng)濟性中國傳統(tǒng)的建筑以木結(jié)構(gòu)建筑為主，西方的傳統(tǒng)建筑以磚-石結(jié)構(gòu)為主現(xiàn)代建筑以鋼筋混凝土為主,材料與航空技術(shù),航空航天材料主要包括新型金屬材料(如先進鋁合金、超高強度鋼、高溫合金、高熔點合金、鈹及其合金)、燒蝕

36、防熱材料、新型復(fù)合材料還包括一些功能材料，如涂層材料、隔熱材料、透明材料、阻尼材料、密封材料、潤滑材料、粘合劑材料等大部分屬于高分子材料和陶瓷材料，也有少量阻尼合金等金屬材料,從萊特兄弟實現(xiàn)飛行的夢想以來，航空和航天器發(fā)生了巨變?yōu)榱孙w得快和遠(yuǎn)，就要采用強度高、比重小的材料，重視材料的比強度，即強度/比重之比因此，航空和航天器中鋁、鎂合金用量大隨著航空技術(shù)的進一步發(fā)展，輕質(zhì)、高比強度的鈦合金、碳纖維高分子復(fù)合材料、硼纖維金屬

37、復(fù)合材料等得到愈來愈多的采用,材料與航空技術(shù),,結(jié)構(gòu)材料的 “三高一低” (高強度、高模量、耐高溫、低密度),鍛鋁2014 (LD10)的力學(xué)性能,,,,,衛(wèi)星發(fā)射，節(jié)省1kg重量將降低費用$20000，一次發(fā)射節(jié)約費用20%,鋁理論強度為4700MPa，當(dāng)今高強鋁合金的最高強度不超過1000MPa,材料與航空技術(shù),材料與航空技術(shù),鈦的工業(yè)化生產(chǎn)是1948年開始的。航空工業(yè)發(fā)展的需要，使鈦工業(yè)以年均約8％的增長速度發(fā)展目前世界鈦合金加

38、工材年產(chǎn)量已達4萬余噸，鈦合金牌號近30種鈦合金主要用于制作飛機發(fā)動機壓氣機部件，其次為火箭、導(dǎo)彈和高速飛機的結(jié)構(gòu)件中國60年代中期開始鈦材的工業(yè)化生產(chǎn)，并研制成TB2合金,鈦合金 高強度 高韌性 耐腐蝕 質(zhì)地輕,材料與航空技術(shù),鈦合金比重、強度和使用溫度介于鋁和鋼之間，但比強度高，具有優(yōu)異的抗海水腐蝕性能和超低溫性能1950，美國首次在F-84戰(zhàn)斗轟炸機上用作后機身隔熱板、導(dǎo)風(fēng)罩、機尾罩等非承力構(gòu)件1

39、960年代開始，鈦合金的使用部位從后機身移向中機身、部分地代替結(jié)構(gòu)鋼制造隔框、梁、襟翼滑軌等重要承力構(gòu)件鈦合金在軍用飛機中的用量迅速增加，達到飛機結(jié)構(gòu)重量的20~25%1970年代起，民用機開始大量使用鈦合金波音747客機用鈦量>3640kg馬赫數(shù)<2.5的飛機用鈦主要是為了代替鋼，以減輕結(jié)構(gòu)重量美國SR-71高空高速偵察機(馬赫數(shù)為3，飛行高度26.212km)，鈦占飛機結(jié)構(gòu)重量的93%，號稱“全鈦”飛機航

40、空發(fā)動機的推重比從4~6提高到8~10，壓氣機出口溫度從200~300?C增加到500~600 ?C時，原來用鋁制造的低壓壓氣機盤和葉片必須改用鈦合金，或用鈦合金代替不銹鋼制造高壓壓氣機盤和葉片，以減輕結(jié)構(gòu)重量,材料與國防現(xiàn)代化,B-2幽靈式轟炸機,當(dāng)代戰(zhàn)爭表現(xiàn)出高技術(shù)的特點如美國對伊拉克作戰(zhàn)、對科索沃的空中打擊都使用了隱形飛機、反輻射導(dǎo)彈、巡航導(dǎo)彈等，實行高密度精確打擊美國轟炸伊拉克使用的B-2幽靈式轟炸機，是一種隱形飛機隱形

41、功能一方面由其外觀設(shè)計來保證，另一方面就是在飛機對雷達波強反射的部位覆蓋了吸波或反射波材料，它可以是蒙皮外的涂料，也可以是貼或鍍上去的材料。這種B-2型飛機機身的涂覆物厚達10mm，窗戶上鍍有金屬薄膜，整個機身由于采用碳纖維復(fù)合材料呈黑色,防彈衣的高技術(shù)化是各國軍需裝備發(fā)展的重點1901，威廉·麥肯雷總統(tǒng)被暗殺，防彈衣引起了美國國會的重視。當(dāng)時，防彈衣可防住低速(彈速122m/s)手槍子彈，但無法防住步槍子彈第一次世界大

42、戰(zhàn)中，出現(xiàn)以天然纖維織物為服裝襯里，配以鋼板制成的防彈衣。實際是鋼制鎧甲，重9 kg第二次世界大戰(zhàn)中，彈片殺傷力增加了80%，傷員中70%因受傷而死亡。英、美兩國開始不遺余力地研制防彈衣,材料與國防現(xiàn)代化,1942，英軍首先研制成功由三塊高錳鋼板組成的防彈背心1945，美軍研制成功鋁合金與高強尼龍組合的防彈背心,朝鮮戰(zhàn)爭中，美陸軍裝備的是由12層防彈尼龍制成的T52型全尼龍防彈衣，

43、 海軍陸戰(zhàn)隊裝備的是M1951型硬質(zhì)“多隆”玻璃鋼防彈背心，重2.7~3.6kg,材料與國防現(xiàn)代化,70年代初，美國杜邦公司研制成功超高強度、超高模量、耐高溫的凱夫拉纖維美軍率先使用凱夫拉制作防彈衣，并研制了輕重兩種型號新防彈衣以凱夫拉纖維織物為主體材料，以防彈尼龍布作封套現(xiàn)在，完全用化學(xué)纖維制做防彈衣一種用18層尼龍和凱芙拉纖維制成的防彈衣只有1.03kg在極熱的情況下，凱芙拉纖維不熔化也不流淌，而是凝固起來增加厚度，可

44、以在身體周圍形成免受燒傷的保護層,對于高速槍彈，尤其是步槍發(fā)射的子彈，純粹的軟體防彈衣仍是難以勝任的為此，人們又研制出了軟硬復(fù)合式防彈衣，以纖維復(fù)合材料作為增強面板或插板，以提高整體防彈衣的防彈能力,,2006年9月，美國《金屬雜志》(Journal of Metals)發(fā)起評選材料科學(xué)與工程歷史上“最偉大的材料事件”(Greatest Materials Moments)活動。JOM由美國礦物、金屬與材料學(xué)會(The Mineral

45、s, Metals & Materials Society)主辦“最偉大的材料事件”定義為：一項人類的觀測或者介入，導(dǎo)致人類對材料行為的理解產(chǎn)生標(biāo)志性進展的關(guān)鍵或決定性事件。它開辟了材料利用的新紀(jì)元，或者產(chǎn)生了由材料引發(fā)的社會經(jīng)濟重大變化評選出的50項“最偉大的材料事件”清楚地展示，材料及其相關(guān)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展對人類文明與社會進步所做出的巨大貢獻，以及材料科學(xué)與技術(shù)毋庸置疑的重要地位,50項“最偉大的材料事件”,50項“

46、最偉大的材料事件”,50項“最偉大的材料事件”,,50項“最偉大的材料事件”,50項“最偉大的材料事件”,50項“最偉大的材料事件”,,,在50項“最偉大的材料事件”中 材料制備技術(shù)及工藝 17項 新材料和新器件的發(fā)明 12項

47、 提出新原理、新規(guī)律與揭示新結(jié)構(gòu)、新現(xiàn)象 18項 先進儀器設(shè)備的發(fā)明 3項從50項“最偉大的材料事件”中可以看出古代材料與技術(shù)方面的重大事件，包括煉鐵術(shù)、煉鋼術(shù)、銅提取術(shù)及煉銅術(shù)、鐵鑄造技術(shù)、玻璃的發(fā)明等，大多出自中國、埃及、伊朗、印度和土耳其等東方國家中國古代金屬業(yè)勞動者開發(fā)的鐵鑄造工藝、制陶