物流货物材料基础教学课件作者王建武项目一.ppt

项目一 材料认知,,,2,任务一 材料的发展及分类,任务二 材料的微观组织认知,返回,任务一材料的发展及分类,一、材料的发展历程 人类从猿人发展为现代人、发展到有文字记载的文明人的历史，可以说就是一部材料和技术的演变史人与其他动物的显著标志之一是会制造和使用工具也可以说，人类之所以在万物中脱颖而出，会利用材料来制造和使用工具是至关重要的 在人类的发展史上，历史学家早就把人类对材料的认识和利用作为其发展阶段的标志，如石器时代、陶器时代、青铜器时代和铁器时代 早在史前，原始人类在与自然界的抗争中开始学会了使用石器、骨器和术器来捕杀猎物，学会了利用动物的皮革、大自然的茅草和树皮来遮身、挡风遮雨，在用火过程中还学会了制造陶器进而人类在寻找石器的过程中又逐渐认识了矿石，并在烧陶过程中发现并发展了冶炼术下一页,返回,任务一材料的发展及分类,人类从此由石器时代、陶器时代进入了青铜器时代、铁器时代人类的智慧也从利用天然材料发展到按照自己需求来制备材料的新阶段 早在一百万年以前，人类开始用天然的石头做工具，进行狩猎和生产，标志着人类进入旧石器时代 大约一万年以前，人类知道对石头进行加工，使之成为精致的器皿或工具，从而进入新石器时代。

8 000年前，中国就开始用蚕丝做衣服，4 500年前，印度人开始种植棉花，这些都标志着人类使用材料促进文明进步在新石器时代，人类已知道使用自然铜和天然金，但毕竟数量太少，分散细小，没有对人类社会产生重要影响上一页,下一页,返回,任务一材料的发展及分类,在8 000-9 000年前，还处于新石器时代，人类已发明了用混土成型，再火烧固化制作陶器陶器可以盛水、煮食物水在100℃沸腾而保持恒温，烧煮食物的营养成分不但不被破坏，而且更易于消化吸收人类的饮食生活习性由烧烤发展为蒸煮，生存状况彻底改观因此，文学家认为陶器是人类最伟大的发明 在烧制陶器过程中，人们偶然发现了金属铜和锡，从而使人类进入青铜时代，这是人类利用金属的开始，也是人类文明发展的重要里程碑 中华民族在公元前2 700年已经开始使用青铜器了至今已有约5 000年的历史，商周(公元前17世纪到公元前3世纪)进入了鼎盛时期，如河南安阳出土的重达875千克的鼎、湖北隋县的编钟、西安青铜车马都充分反映了当时中国冶金技术水平和制造工艺的高超上一页,下一页,返回,任务一材料的发展及分类,公元前14一公元前13世纪前，人类已开始用铁，3 000年前铁工具比青铜工具更为普遍，人类开始进入了铁器时代。

中国出土的最早的人工冶铁制品大约出现在公元前9世纪到春秋(公元前770-476年)末期，我国生铁技术有较大突破，遥遥领先于世界其他地区，如用生铁退火而制成韧性铸铁以及生铁炼钢技术的发明，促进了生产力的极大发展，对战国和秦汉农业、水利和军事的发展起到很大作用 早在公元2世纪，中国的钢和丝绸已驰名罗马帝国丝绸之路闻界，至今为人称道，它就是把中华民族发现、发展的丝绸材料和制品推向世界的见证 公元前5世纪即春秋末期生铁技术已经在黄河、长江流域传播这些技术于公元6-7世纪传入朝鲜半岛、日本和北欧，推动了整个世界文明的进步上一页,下一页,返回,任务一材料的发展及分类,随着世界文明的进步，蒸汽机、电动机相继出现，这对金属材料提出了更高的要求，同时对钢铁冶金技术产生了更大的推动作用 1854年和1864年先后发明了转炉和平炉炼钢，使世界钢产量有了快速发展，如1850年世界钢产量为6万吨，1890年达2 800万吨，这大大促进了机械制造、铁道交通及纺织工业的发展随之电炉冶炼开始，不同类型的特殊钢相继问世，把人类带进了现代物质文明在此前后，铜、铝也得到大量应用，而后镁、钦和很多稀有金属都相继被发现，从而使金属材料在整个20世纪占据了结构材料的主导地位。

人类对铜器和铁器的应用，大大促进了社会的发展和进步这一事实表明生产技术对社会生产力发展的巨大推动，使社会生产力起了革命性的变化，从而加速了人类社会发展的进程—把人类物质文明推向前进因此，人类社会的发展和进步都是和材料的发展分不开的如图1-1所示上一页,下一页,返回,任务一材料的发展及分类,随着有机化学的发展，19世纪末期，西方科学家仿制中国丝绸发明了人造丝，这是人类改造自然材料的又一里程碑20世纪初，各种人工合成的有机高分子材料相继问世如1909年的酚醛树脂(电术)，1920年的聚苯乙烯，1931年的聚氯乙烯及1941年的尼龙等，它们以性能优异、资源丰富、建设投资少、收效快而得到迅速发展目前，世界三大有机合成材料(树脂、纤维和橡胶)年产量逾亿吨而且有机材料的性能不断提高、附加值大幅度增加，特别是特种聚合物正向功能材料各个领域进军，显示出巨大的潜力 陶瓷本来用作建筑材料、容器或装饰品等，由于其资源丰富、密度小、高硬度、耐腐蚀、膨胀系数小、耐高温、耐磨等特点，到了20世纪中叶，通过合成及其他制备方法，被做成各种类型的先进陶瓷上一页,下一页,返回,任务一材料的发展及分类,它的研究领域成为近几十年来材料中非常活跃的领域之一，有人甚至认为“新陶器时代”即将到来。

但由于其脆性问题难以解决，且价格过高，作为结构材料没有得到如钢铁或高分子材料一样的广泛应用 复合材料是20世纪后期发展起来的另一类材料众所周知，人类很早就开始制造复合材料，如泥巴中混入碎麻或麦秆用以建造房屋，和钢筋水泥一样，是脆性 材料和韧性材料的复合近几十年来，利用树脂的易成型和金属韧性好，无机非金属的高模量、高强度、耐高温，做成了树脂基复合材料或金属基复合材料，前者已得到广泛应用，后者因其制作困难、价格高而受到一定限制为了改善陶瓷的性能，也制成陶瓷基复合材料碳是使用温度最高的材料(可达2 500 0C )，为了克服其热震性能差，提高其力学性能而制出的碳一碳复合材料已广泛用于军工，并扩展到民用上一页,下一页,返回,任务一材料的发展及分类,可以看出，自19世纪中叶现代炼钢技术出现以后，金属材料的重要性急剧增加，一直到20世纪中叶，由于人工合成有机材料、陶瓷材料及先进复合材料迅速发展，金属材料的重要性逐渐下降，但21世纪上半叶前，金属材料仍将占重要位置 二、材料的分类 材料的种类繁多，按化学成分主要分为金属材料、有机高分子材料和无机非金属材料三类它们鼎足而立，成为材料世界的三大家族，金属材料是最重要的。

目前，无论从产量还是使用范围来衡量，它都居于首位材料的分类如图1-2所示上一页,下一页,返回,任务一材料的发展及分类,我国是世界上最早发现和使用金属材料的国家之一，早在公元前16世纪的商朝就已经开始使用青铜，商周时期不仅掌握了铸铜的冶炼技术，而且能根据不同用途配制不同成分的铜锡合金1939年在河南安阳武官村出土的司母戊鼎，重达875千克，是迄今世界最古老的大型青铜器春秋战国时期，铁器也得到了广泛的应用，不但能冶铁、铸剑，而且开始利用淬火来提高刀剑的性能，说明当时已掌握了炼钢、锻造和热处理等技术直到明代，我国金属材料的生产和使用在世界上都处于领先的地位明代以后由于长期的封建统治和帝国主义的侵略，使我国生产力的发展受到了束缚，新中国成立后我国冶金工业得到了飞速的发展，1949年生铁产量仅有24. 6万吨，钢产量5. 8万吨，到2003年钢铁产量已超过2亿吨，2004年达到了2. 6亿吨并建成了首钢、鞍钢、宝钢、武钢、攀钢等一些现代化的钢铁工业基地上一页,下一页,返回,任务一材料的发展及分类,自然界中所有的物质都是由元素的原子组成，在人类已发现的107种类元素中，有89种都是金属元素，如金、银、铜、铁、锡、铅、锌、铝等。

一般来说金属都具有一定的特征，如特殊的光泽、良好的导电性、导热性、塑性等凡是由金属元素或以金属元素为主而形成的，并具有一般金属特征的材料，统称金属材料因此，金属材料既包括纯金属，也包括合金;既包括冶炼产品，也包括加工产品所谓合金，是指由两种或两种以上金属元素或金属元素与非金属元素组成的具有金属特性的物质 习惯上把金属材料分为黑色金属材料和有色金属材料两大类黑色金属材料是指铁、铬、锰及其合金，如生铁、铁合金、钢和钢材;有色金属材料是指除黑色金属材料以外的所有金属及合金，如铜及铜合金、铝及铝合金、轴承合金、硬质合金等上一页,下一页,返回,任务一材料的发展及分类,有色金属及其合金的种类繁多，虽然它们的产量和使用量，不如黑色金属材料多，但它们却具有许多优良的特殊性能，如钦和钦合金的耐蚀性;铜和铝的导电、导热性;铅具有高的抗X射线和γ射线穿透的能力等 通常把除金属材料之外的一切材料统称为非金属材料非金属材料按组成、结构特点可分为无机非金属材料和有机非金属材料两大类，两者复合或任意一种与金属材料复合即为复合材料每一类又可分为若干种 无机非金属材料主要包括陶瓷及新兴的功能陶瓷、玻璃及玻璃纤维、非金属矿物材料、水泥及其衍生物混凝土等。

其中陶瓷是应用历史最悠久、应用最广泛的非金属材料 有机非金属材料主要包括合成塑料、橡胶、纤维、涂料和胶钻剂及术材上一页,下一页,返回,任务一材料的发展及分类,通常把分子量大于104，即分子量超过1万的分子叫高分子，又叫高分子化合物有的高分子化学组成较简单，由许多相同的结构单元重复连接而成而有的高分子化学组成比较复杂，没有重复的结构单元，常用的人工合成高分子化合物都是由简单的低分子化合物为原料聚合而成的，这些低分子原料称单体，相应的高分子化合物则称为高聚物由高聚物为基本组成成分的材料，叫高分子材料大多数高分子材料，除基本组分为聚合物外，为了获得实用性能或改善其加工性能，一般还有各种添加剂材料的组成及各成分之间的配比从根本上保证了制品的性能，而作为主要成分的高分子化合物对制品的性能起着主宰的作用 复合材料由两种或两种以上不同原材料组成，它不仅能使原材料的性能得到充分的发挥，还能通过复合而得到单一材料所不具备的性能上一页,下一页,返回,任务一材料的发展及分类,按基体可分为金属基复合材料、有机高分子材料基复合材料和无机非金属材料基复合材料，按强化相可分为颗粒增强复合材料和纤维增强复合材料 目前，非金属材料在国民经济中起着极为重要的作用。

没有砂石、水泥、术材、玻璃及混凝土等无机非金属材料，现代建筑工程将无法进行;没有工程塑料、橡胶及纤维等有机非金属材料，现代工业将无法进行;具有优越性能的复合材料更为尖端科学技术的发展提供了有利的条件一些性能优异的高分子材料的出现，使材料之王—钢铁的地位也受到严峻的挑战，有的甚至取而代之上一页,下一页,返回,任务一材料的发展及分类,三、材料对人类社会的意义 材料既是人类社会进步的里程碑，又是社会现代化的物质基础与先导在当今社会发展的今天，材料、能源、信息被认为是当代文明的三大支柱人类社会发展的历史证明，材料是社会进步的物质基础与先导，而新材料更是现代文明社会的先导 新材料的研制与开发对人类的文明起了举足轻重的作用1906年发明了电子管，从而出现了无线电技术、电视机、电子计算机;1948年发明了半导体晶体管，导致了电子设备的小型化、轻量化、节能化以及成本的降低、可靠性的提高与寿命的延长;1958年出现了集成电路，使计算机及各种电子设备发生一次飞跃上一页,下一页,返回,任务一材料的发展及分类,此后，集成电路的发展十分迅速，这就是以硅为主的半导体材料相应发展的结果进入20世纪90年代，集成电路的集成度进一步提高，加工技术达到0. 3 μm。

这些都与硅单晶体的生长和硅片的加工技术密切相关，即对单晶纯度与缺陷的要求不断提高，单晶直径不断增加，晶片的加工精度和表面质量提高，从而使芯片成品率大为提高，而价格急剧降低这就是硅材料研究与加工水平提高的直接结果，也是为什么计算机的功能愈来愈强，而价格却不断下降的重要原因 1946年，第一台计算机是由电子管制成的，信息处理速度每秒10万次，体积有几个房间大而大家现在都熟悉的装有奔腾处理器的台式计算机，信息处理速度已达每秒上亿次，。