文档介绍：新材料工程
材料工程的历史意义

材料是从原料中取得的生产产品的原始物料,包括人类在动物、植物或
矿物原料上转化出来的所有物质。材料不仅是劳动的对象,同时又是人类在
生产过程中创造人类物质文明和精神文明的支柱。材料的发展史过去是、现
在是、将来也永远是与人类的进化史紧密相连的。目前人类正处在跨出地球
之路的起点,不难想象:制造火箭、宇宙站、控测仪器等对材料的要求将会
达到何等高的程度⋯⋯。
材料能为人类制造形形色色的有用器件。历史学家曾用材料来划分人类
进化史的时代,石器时代、陶器时代、铜器时代、铁器时代⋯⋯因而得名。
人类的祖先告诉我们:他们用石头、骨骼、木材、兽皮等原料来制造工具和
武器、建造住所、缝制衣服、加工用品的时代叫做石器时代。后来,他们发
现容易塑造的粘土加热变硬,可制造陶器而进入了陶器时代。可见,人类凭
借自己的智慧发展到能将天然材料改造加工为人工材料,恰恰是人类从一个
时代进入另一个时代的里程碑。
人类的进化史与材料科学的发展息息相关,以材料科学为基础的科学技
术都已成为人类进化史上各个阶段的重要标志。从“钻木取火”到“炼金术”,
从“蒸汽机”到“电子技术”,从“计算机”到“宇航登月”,这些在人类
进化史上各个阶段的标志,已经载入了史册。现阶段的人类历史发展证明,
材料是实现工业、农业、国防和科学技术现代化的重要物质基础。材料科学
与信息科学、能源科学并列为现代人类文明的三大基础和支柱。而信息、能
源却又依赖着材料而发展。信息、能源的创新又使材料的生产和利用达到更
高的水平。各种新型材料伴随着高科技的涌现,导致某些产业部门的变革,
对世界经济和社会结构产生重大影响,从而使人类社会从低级向高级阶段推
进!
然而,材料科学的发展经历了非常艰难的年代。一代代的科学家们前赴
后继,谱写了改造大自然的伟大篇章。举例来说,从人类学会“钻木取火”
的那一天起,就梦想用一开就亮的方法照明。这个美梦却困扰了人类几百万
年。直到年,英国科学家戴维(~)和他的助手法拉第,
根据弧光放电原理制成了电弧灯。又经过美国的斯达尔、俄国的罗德金、英
国的斯万等为电灯实用化提出各种实验方案,最后,在年由爱迪生在进
行了次实验,试用了多种矿物和金属材料后,白炽灯才终于问世
了!可见对于一种造福于人类文明的技术,材料是一个重要的关键!选择适
合作灯丝的材料,没有成千上万次实验,没有研究、冶炼和制备材料的科学,
也许我们今天还在点蜡烛照明哩。
金属材料

金属材料是人类较早就开发利用,而且目前仍居世界主流的一类材料。
金属材料一般分为黑色金属材料和有色金属材料两大类。半导体材料和超导
材料也归入金属材料范畴。

钢铁

钢铁可以说是目前应用最广泛的材料。目前全球每年钢产量超过亿
吨。修房造屋,铺路架桥,要用钢铁;制造机器、设备要用钢铁;制造飞机、
轮船、大炮要用钢铁。在战争期间,钢铁的消耗量更为惊人。年埃及和
以色列之间爆发战争,双方天内损失坦克达多辆,消耗钢铁约
万吨。
钢铁是从哪儿来的呢?
自然界存在有陨铁,是小行星进入大气层燃烧冶炼后得到的。我们用的
钢铁都是用铁矿石冶炼而来,其方法是:把铁矿石和还原剂(一般用焦炭)
加入高炉,从炉腰鼓入大量空气(或者是富氧空气),点火使焦炭燃烧,产
生高温的二氧化碳()气体,再与焦炭发生反应,得到还原剂一氧化碳
()。在高温下,一氧化碳与铁矿石发生反应,还原出铁来成为铁水,而
其他杂质与造渣剂反应生成比铁水轻的渣浮在上面,除去渣就得到铁水。这
就是高炉炼铁。生成的铁水经过炉外精炼,就可得到铸造生铁。其余铁水装
入炼钢用的平炉、转炉或电炉中,在高温下通入氧气,使铁中的碳与氧气发
生反应,生成气体跑出来,再加入其他物质以控制其中氮、硫、磷等元素的
含量,就得到钢水。这就是炼钢。
铁按其中碳的含量来分类:
纯铁:纯度在%以上,是和锡类似的白色固体。它性能差,几乎没
有什么用途。
熟铁:含碳量低于%,韧性较好。
生铁:含碳量高于%,质地硬而脆,强度较高。
钢:含碳量介于%~ %之间。它性能良好,种类繁多,应用广。
生铁分为普通生铁和铸造生铁两类。普通生铁又叫炼钢生铁,仅用作炼
钢的原料。铸造生铁用于铸造各种零部件,以前多用灰口铁,其中的碳呈片
状分布在铁原子中。灰口铁熔点低,熔液的流动性好,适用于生产机床底盘、
农具、铁锅等强度高而不要求韧性好的用具。近年来人们又开发了一种新的
球墨铸铁,其中的碳呈球形分布在铁中。球墨铸铁机械强度高,加工性能好