设计材料发展史.doc

1、设计材料发展史1.第一代材料第一代材料以石器时代的石器、骨器等天然材料为主。石器时代。是考古学对早期人类历史分期的第一个时代、即从出现人类到铜器的出现、大约始于距今二三百万年、止于距今 6000 至 4000 年左右。这一时代是人类从猿人经过漫长的历史、逐步进化为现代人的时期. 石器时代也分旧石器时代和新石器时代。石器，坦 桑 尼 亚 奥 杜 韦 峡 谷 发 现 的 最 早 石 制 工 具 ， 大 约 距 今 200 万 年左 右 ， 其 典 型 的 石 器 是 用 砾 右 打 制 的 砍 砸 器 。在 旧 石 器 时 代 制 作 石 器 最 原 始 的 办 法 ， 是 把 一 块 石 头 加

2、 以 敲 击 或 碰 击 使之 形 成 刃 口 ， 即 成 石 器 。 打 制 切 割 用 的 带 有 薄 刃 的 石 器 ， 则 有 一 定 的 方 法 和步 骤 ： 先 从 石 块 上 打 下 所 需 要 的 石 片 ， 再把 打 下 的 石 片 加 以 修 整 而 成 石 器 。 初 期 ，石 器 是 用 石 锤 敲 击 修 整 的 ， 边 缘 不 太 平 齐 。到 了 中 期 ， 使 用 木 棒 或 骨 棒 修 整 ， 边 缘 比较 平 整 了 。 及 至 后 期 ， 修 整 技 术 进 一 步 提高 ， 创 造 了 压 制 法 。 压 制 的 工 具 主 要 是 骨 、角 或 硬 木

3、 。 用 压 制 法 修 整 出 来 的 石 器 已 经比 较 精 细 。 旧 石 器 时 代 石 器到 新 石 器 时 代 ， 石 器 制 造 技 术 有 了 很 大 进步 。 首 先 ， 对 石 料 的 选 择 、 切 割 、 磨 制 、 钻 孔 、雕 刻 等 工 序 已 有 一 定 要 求 。 石 料 选 定 后 ， 先 打制 成 石 器 的 雏 形 ， 然 后 把 刃 部 或 整 个 表 面 放 在砺 石 上 加 水 和 沙 子 磨 光 。 这 就 成 了 磨 制 石 器 。新石器时代石器骨器，顾名思义骨头制品，骨制品包括动物的骨、角、牙制品。原始人类发达的狩猎业和畜牧业， 为骨制品的

4、问世和应用流行提供了前提和条件。据考古资料， 骨制品的历史源远流长， 与石制品、木制品一样， 同属人类最早开发利用的生产或生活用品最早的骨制品,可上溯到旧石器时代的阿舍利文化期, 阿舍利文化的石器手斧, 被研究者认为是用骨棒或木棒在火石结核上交互打制而成的, 这种打制手斧的骨棒, 便是最早 的骨制品。利用骨质工具对石器进行细致的二 次加工, 这在莫斯特文化中也表现得十分明显。 到了旧石器时代晚期, 骨制品的制作利用已发 展到一个较高的水平阶段, 骨器和象牙器已被广 泛利用, 流行的骨制品种类很多, 有鱼叉、针、 标枪、投矛器、弓箭、尖头器柄穿孔器柄、穿 孔牙饰和贝壳、手镯、串珠项链、垂饰。 骨

5、器新 石 器 时 代 的 骨 制 品 。 在 应 用 范 围 和 加 工 种 类 上 都 较 前 此 时 期 有 了 进 一步 的 发 展 。 工 艺 水 平 也 有 所 提 高 。 骨 制 品 并 成 为 各 文 化 中 所 见 的 最 主 要 的 遗物 之 一 , 具 有 与 石 器 一 样 的 广 泛 的 , 普 遍 的 流 行 性 。 此 时 期 的 骨 制 品 器 类主 要 见 有 骨 篦 子 、 骨 纺 锤 、 骨 鱼 钩 、 鱼 叉 、 骨 扣 、 骨 针 、 锥 、 钩 、 锄 、 斧 、短 剑 、 箭 镞 、 鱼 镖 等 等 。2.第二代材料第二代材料以陶、青铜和铁等从从矿物

6、中提取出来的材料为主。陶器，陶 器 的 发 明 ， 是 人 类 文 明 发 展 的 重 要 标 志 ，是 人 类 第 一 次 利 用 天 然 物 ， 按 照 自 己 的 意 志 ， 创 造 出来 的 一 种 崭 新 的 东 西 。 人 们 把 粘 土 加 水 混 和 后 ， 制 成各 种 器 物 ， 干 燥 后 经 火 焙 烧 ， 产 生 质 的 变 化 ， 形 成 陶器 。 它 揭 开 了 人 类 利 用 自 然 、 改 造 自 然 的 新 篇 章 ， 具有 重 大 的 划 时 代 的 意 义 。 陶 器 的 出 现 ， 标 志 着 新 石 器时 代 的 开 端 。 陶 器 的 发 明 ，

7、也 大 大 改 善 了 人 类 的 生 活条 件 ， 在 人 类 发 展 史 上 开 辟 了 新 纪 元 。 陶 器陶 器 究 竟 是 怎 样 发 明 的 ， 目 前 还 缺 乏 可 靠 的 材 料 予 以 详 尽 地 说 明 。 摩尔 根 古 代 社 会 一 书 的 注 引 中 指 出 ： “古 奎 是 九 世 纪 最 早 提 出 陶 器 发 明 的第 一 个 人 ， 即 人 们 将 粘 土 涂 于 可 以 燃 烧 的 容 器 上 以 防 火 ， 其 后 ， 他 们 发 现 只是 粘 土 一 种 可 以 达 到 这 种 目 的 。 因 此 ， 制 陶 术 便 出 现 于 世 界 之 上 了

8、”。 恩格 斯 在 家 庭 、 私 有 制 和 国 家 的 起 源 一 书 中 进 一 步 指 出 ： “可 以 证 明 ，在 许 多 地 方 ， 也 许 是 一 切 地 方 ， 陶 器 的 制 造 都 是 由 于 在 编 制 的 或 木 制 的 容 器上 涂 上 粘 土 使 之 能 够 耐 火 而 产 生 的 。 在 这 样 做 时 ， 人 们 不 久 便 发 现 ， 成 型 的粘 土 不 要 内 部 的 容 器 ， 也 可 以 用 于 这 个 目 的 ”。 陶 器 的 发 明 并 不 是 某 一 个地 区 或 某 一 个 部 落 古 代 先 民 的 专 利 品 ， 它 是 人 类 在 长

9、期 的 生 活 实 践 中 ， 任 何一 个 古 代 农 业 部 落 和 人 群 ， 都 能 各 自 独 立 创 造 出 来 。 中 国 古 代 先 民 至 少 在 1 万 年 以 前 就 已 掌 握 了制 作 陶 器 的 技 术 ， 并 已 懂 得 了 在 做 炊 器 用 的 陶 器中 要 加 进 砂 粒 ， 以 防 烧 裂 。 陶 器 的 发 明 ， 在 制 造 技 术 上 是 一 个 重 大 的突 破 。 用 泥 土 烧 制 的 陶 器 ， 既 改 变 了 物 体 的 性 质 ，又 塑 造 出 便 于 使 用 的 形 状 。 它 使 人 们 在 处 理 食 物时 ， 除 了 烧 烤 之

10、外 ， 又 增 加 了 蒸 煮 的 方 法 。 在 长期 的 生 活 实 践 中 不 断 总 结 、 提 高 ， 因 而 在 制 作 技术 、 器 物 造 型 和 装 饰 方 面 ， 都 在 不 断 改 进 ， 创 造和 制 作 了 一 批 批 精 美 的 生 活 用 品 与 艺 术 品 。 陶 器是 新 石 器 时 代 先 民 制 造 的 物 品 中 数 量 最 多 的 一 种 ，也 是 这 一 时 期 工 艺 技 术 水 平 的 代 表 性 器 物 。 陶 器青 铜 器 ， 青铜器是由青铜（红铜和锡的合金）制成的各种器具，诞生于人类文明的青铜时代。由于青铜器在世界各地 均有出现，所以也是一

11、种世界性文明的象征。最早的青 铜器出现于约 5000 年到 6000 年间的西亚两河流域地 区。苏美尔文明时期的雕有狮子形象的大型铜刀是早 期青铜器的代表。青铜器在 2000 多年前逐渐由铁器所 取代。中国青铜器制作精美，在世界各地青铜器中堪 称艺术价值最高。中国青铜器代表着中国在先秦时期 高超的技术与文化。 青铜器铁器，铁器是以铁矿石冶炼加工制成的器物。铁器的出现使人类历史产生了划时代的进步。在世界上最早进行人工炼铁的是居住在小亚细亚的赫梯人，年代约在公元前 1400 年左右。前 1300前 1100 年，冶铁术传入两河流域和古埃及，欧洲的部分地区于前 1000 年左右也进入铁器时代。但当时

12、冶炼的都是块炼铁，一直到中世纪末（1400 年左右）欧洲发明水力鼓风炉以后，才出现冶炼生铁。铁器春 秋 战 国 时 代 是 中 国 的 早 期 铁 器 时 代 。 虽 然 商 代 铁 刃 铜 钺 的 发 现 ， 表 明金 属 铁 早 在 3000 多 年 前 即 已 被 中 国 人 认 识 ， 但 是 中 国 开 始 冶 铁 和 使 用 铁器 的 确 切 时 间 仍 是 在 春 秋 时 期 。 最 早 的 人 工 冶 炼 的 铁 器 -铜 柄 铁 剑 出 土 于甘 肃 省 灵 台 的 一 座 春 秋 早 期 墓 中 。 初 期 制 作 的 铁 器 多 为 削 、 刀 等 一 些 小 工 具 。

13、1976 年 ， 湖 南 省 长 沙 杨 家 山 65 号 墓 （ 相 当 春 秋 晚 期 ） 中 甚 至 还 出 土 了 一把 锻 制 的 中 碳 钢 剑 ， 长 38.4 厘 米 。 经 鉴 定 ： 它 含 碳 达 0.5 左 右 ， 并 经过 高 温 退 火 处 理 ， 金 相 组 织 比 较 均 匀 。 战 国 中 期 以后 ， 铁 工 具 在 农 业 和 手 工 业 中 逐 渐 替 代 传 统 的 铜 工具 而 取 得 支 配 地 位 ， 在 社 会 生 产 和 生 活 中 发 挥 着 巨大 的 作 用 。 炼 铁 技 术 也 不 断 提 高 ， 铁 器 遍 布 七 国 ，并 传 播

14、 到 北 方 的 匈 奴 和 南 方 的 百 越 。 冶 金 业 在 中 国的 出 现 虽 然 晚 于 西 亚 和 欧 洲 ， 但 它 的 发 展 却 比 它 们 迅 猛 ， 并 在 以 后 的 相 当长 的 一 段 时 间 ， 走 在 世 界 冶 金 技 术 的 前 列 。 铁 器春 秋 战 国 时 代 铁 器 的 类 型 有 农 具 、 手 工 具 、 兵 器 及 杂 器 ， 而 以 农 具 和 手工 具 为 大 宗 。 与 铭 刻 文 字 有 关 的 手 工 具 有 ： 锛 、 凿 、 锥 、 锤 、 刮 刀 、 削 、 钩 、针 、 锯 、 斧 。 管 子 海 王 篇 称 ： 工 匠

15、必 有 斧 、 锛 、 凿 、 锯 、 锤 ， 是 当 时手 工 艺 的 真 实 写 照 。 正 如 论 语 卫 灵 公 所 言 ： “工 欲 善 其 事 ， 必 先 利 其器 “。 铁 工 具 远 比 铜 工 具 锋 利 ， 它 在 铭 刻 文 字 中 的 运 用 ， 如 同 毛 笔 在 书 写 文字 中 的 运 用 一 样 ， 必 然 引 发 一 场 技 术 革 命 和 艺 术 革 命 ， 这 在 石 刻 文 字 和 古 玺文 字 上 尤 其 突 出 。第 三 代 材 料第 三 代 材 料 主 要 以 高 分 子 材 料 为 主 。高分子材料，是以高分子化合物为基础的材料。高分子材料是由相

16、对分子质量较高的化合物构成的材料，包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料，高分子是生命存在的形式。所有的生命体都可以看作是高分子的集合。高 分 子 材 料 按 特 性 分 为 橡 胶 、 纤 维 、 塑 料 、高 分 子 胶 粘 剂 、 高 分 子 涂 料 和 高 分 子 基 复 合材 料 等 。 橡 胶 是 一 类 线 型 柔 性 高 分 子 聚 合 物 。其 分 子 链 间 次 价 力 小 ， 分 子 链 柔 性 好 ， 在 外力 作 用 下 可 产 生 较 大 形 变 ， 除 去 外 力 后 能迅 速 恢 复 原 状 。 有 天 然 橡 胶 和 合 成 橡 胶 两 种 。

17、橡 胶 高 分 子 纤 维 分 为 天 然 纤 维 和 化 学 纤 维 。 前 者 指 蚕 丝 、 棉 、 麻 、 毛 等 。后 者 是 以 天 然 高 分 子 或 合 成 高 分 子 为 原 料 ， 经 过 纺 丝 和 后 处 理 制 得 。 纤 维 的次 价 力 大 、 形 变 能 力 小 、 模 量 高 ， 一 般 为 结晶 聚 合 物 。 塑 料 是 以 合 成 树 脂 或 化 学 改 性 的 天 然高 分 子 为 主 要 成 分 ， 再 加 入 填 料 、 增 塑 剂 和其 他 添 加 剂 制 得 。 其 分 子 间 次 价 力 、 模 量 和形 变 量 等 介 于 橡 胶 和 纤

18、维 之 间 。 通 常 按 合 成树 脂 的 特 性 分 为 热 固 性 塑 料 和 热 塑 性 塑 料 ； 按 用 途 又 分 为 通 用 塑 料 和 工 程塑 料 。 塑 料 瓶 高 分 子 胶 粘 剂 是 以 合 成 天 然 高 分 子 化 合 物 为 主 体 制 成 的 胶 粘 材 料 。分 为 天 然 和 合 成 胶 粘 剂 两 种 。 应 用 较 多 的 是 合 成 胶 粘 剂 。 高 分 子 涂 料 是 以 聚 合 物 为 主 要 成 膜 物 质 ， 添 加 溶 剂 和 各 种 添 加 剂 制得 。 根 据 成 膜 物 质 不 同 ， 分 为 油 脂 涂 料 、 天 然 树 脂

19、涂 料 和 合 成 树 脂 涂 料 。 高 分 子 基 复 合 材 料 是 以 高 分 子 化 合 物 为 基 体 ， 添 加 各 种 增 强 材 料 制 得的 一 种 复 合 材 料 。 它 综 合 了 原 有 材 料 的 性 能 特 点 ， 并 可 根 据 需 要 进 行 材 料 设计 。 高 分 子 符 合 材 料 也 称 为 高 分 子 改 性 ， 改 性 分 为 分 子 改 性 和 共 混 改 性 。 功 能 高 分 子 材 料 。 功 能 高 分 子 材 料 除 具 有 聚合 物 的 一 般 力 学 性 能 、 绝 缘 性 能 和 热 性 能 外 ， 还 具有 物 质 、 能 量

20、和 信 息 的 转 换 、 磁 性 、 传 递 和 储 存 等特 殊 功 能 。 已 实 用 的 有 高 分 子 信 息 转 换 材 料 、 高 分子 透 明 材 料 、 高 分 子 模 拟 酶 、 生 物 降 解 高 分 子 材 料 、高 分 子 形 状 记 忆 材 料 和 医 用 、 药 用 高 分 子 材 料 等 。 保 水 剂第 四 代 材 料第四代材料主要以复合材料为主复合材料，是由两种或两 种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方 法，在宏观上组成具有新性能的材料。各种材 料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使 复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各 种不同的要求。复合材料的基

21、体材料分为金属 和非金属两大类。金属基体常用的有铝、镁、铜、 钛及其合金。非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、 橡塑复合材料 石墨、碳等。增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝和硬质细粒等复 合 材 料 的 发 展 和 应 用 复 合 材 料 是 指 由 两 种 或 两 种 以 上 不 同 物 质 以 不 同方 式 组 合 而 成 的 材 料 ， 它 可 以 发 挥 各 种 材 料 的 优 点 ， 克 服 单 一 材 料 的 缺 陷 ，扩 大 材 料 的 应 用 范 围 。 由 于 复 合 材 料 具 有 重 量 轻 、 强 度 高 、 加 工

22、成 型 方 便 、弹 性 优 良 、 耐 化 学 腐 蚀 和 耐 候 性 好 等 特 点 ， 已 逐 步 取 代 木 材 及 金 属 合 金 ， 广泛 应 用 于 航 空 航 天 、 汽 车 、 电 子 电 气 、 建 筑 、 健 身 器 材 等 领 域 ， 在 近 几 年更 是 得 到 了 飞 速 发 展 。 随 着 科 技 的 发 展 ， 树 脂 与 玻 璃 纤 维 在 技 术 上 不 断 进 步 ， 生 产 厂 家 的 制 造能 力 普 遍 提 高 ， 使 得 玻 纤 增 强 复 合 材 料 的 价 格 成 本 已 被 许 多 行 业 接 受 ， 但 玻纤 增 强 复 合 材 料 的 强

23、 度 尚 不 足 以 和 金 属 匹 敌 。 因 此 ， 碳 纤 维 、 硼 纤 维 等 增 强复 合 材 料 相 继 问 世 ， 使 高 分 子 复 合 材 料 家 族 更 加 完 备 ， 已 经 成 为 众 多 产 业的 必 备 材 料 。 目 前 全 世 界 复 合 材 料 的 年 产 量 已 达 550 多 万 吨 ， 年 产 值 达1300 亿 美 元 以 上 ， 若 将 欧 、 美 的 军 事 航 空 航 天 的 高 价 值 产 品 计 入 ， 其 产 值 将更 为 惊 人 。 从 全 球 范 围 看 ， 世 界 复 合 材 料 的 生 产 主 要 集 中 在 欧 美 和 东 亚

24、地区 。 近 几 年 欧 美 复 合 材 料 产 需 均 持 续 增 长 ，而 亚 洲 的 日 本 则 因 经 济 不 景 气 ， 发 展 较 为 缓慢 ， 但 中 国 尤 其 是 中 国 内 地 的 市 场 发 展 迅 速 。据 世 界 主 要 复 合 材 料 生 产 商 PPG 公 司 统 计 ，2000 年 欧 洲 的 复 合 材 料 全 球 占 有 率 约 为32%， 年 产 量 约 200 万 吨 。 与 此 同 时 ， 美 国 复合 材 料 在 20 世 纪 90 年 代 年 均 增 长 率 约 为 美国 GDP 增 长 率 的 2 倍 ， 达 到 4%6%。2000 年 ， 美

25、国 复 合 材 料 的 年 产 量 达 170 万 吨 左 右 。 特 别 是 汽 车 用 复 合 材 料的 迅 速 增 加 使 得 美 国 汽 车 在 全 球 市 场 上 复 合 材 料 电 缆 支 架 重 新 崛起 。 亚 洲 近 几 年 复 合 材 料 的 发 展 情 况 与 政 治 经 济 的 整 体 变 化 密 切 相 关 ， 各 国的 占 有 率 变 化 很 大 。 总 体 而 言 ， 亚 洲 的 复 合 材 料 仍 将 继 续 增 长 ， 2000 年 的总 产 量 约 为 145 万 吨 ， 预 计 2005 年 总 产 量 将 达 180 万 吨 。 从 应 用 上 看 ，

26、复 合 材 料 在 美 国 和 欧 洲 主 要 用 于 航 空 航 天 、 汽 车 等 行 业 。2000 年 美 国 汽 车 零 件 的 复 合 材 料 用 量 达 14.8 万 吨 ， 欧 洲 汽 车 复 合 材 料 用 量到 2003 年 估 计 可 达 10.5 万 吨 。 而 在 日 本 ， 复 合 材 料 主 要 用 于 住 宅 建 设 ， 如卫 浴 设 备 等 ， 此 类 产 品 在 2000 年 的 用 量 达 7.5 万 吨 ， 汽 车 等 领 域 的 用 量 仅为 2.4 万 吨 。 不 过 从 全 球 范 围 看 ， 汽 车 工 业 是 复 合 材 料 最 大 的 用 户

27、 ， 今 后 发展 潜 力 仍 十 分 巨 大 ， 目 前 还 有 许 多 新 技 术 正 在 开 发 中 。 例 如 ， 为 降 低 发 动 机噪 声 ， 增 加 轿 车 的 舒 适 性 ， 正 着 力 开 发 两 层 冷 轧 板 间 粘 附 热 塑 性 树 脂 的 减 振钢 板 ； 为 满 足 发 动 机 向 高 速 、 增 压 、 高 负 荷 方 向 发 展 的 要 求 ， 发 动 机 活 塞 、连 杆 、 轴 瓦 已 开 始 应 用 金 属 基 复 合 材 料 。 为 满 足 汽 车 轻 量 化 要 求 ， 必 将 会有 越 来 越 多 的 新 型 复 合 材 料 将 被 应 用 到

28、汽 车 制 造 业 中 。 与 此 同 时 ， 随 着 近 年来 人 们 对 环 保 问 题 的 日 益 重 视 ， 高 分 子 复 合 材 料 取 代 木 材 方 面 的 应 用 也 得 到了 进 一 步 推 广 。 例 如 ， 用 植 物 纤 维 与 废 塑 料 加 工 而 成 的 复 合 材 料 ， 在 北 美已 被 大 量 用 作 托 盘 和 包 装 箱 ， 用 以 替 代 木 制 产 品 ； 而 可 降 解 复 合 材 料 也 成 为国 内 外 开 发 研 究 的 重 点 。 另 外 ， 纳 米 技 术 逐 渐 引 起 人 们 的 关 注 ， 纳 米 复 合 材 料 的 研 究 开

29、发 也 成 为新 的 热 点 。 以 纳 米 改 性 塑 料 ， 可 使 塑 料 的 聚 集 态 及 结 晶 形 态 发 生 改 变 ， 从 而使 之 具 有 新 的 性 能 ， 在 克 服 传 统 材 料 刚 性 与 韧 性 难 以 相 容 的 矛 盾 的 同 时 ，大 大 提 高 了 材 料 的 综 合 性 能 。第 五 代 材 料第 五 代 材 料 是 材 料 的 特 征 随 环 境 和 时 间 而 变 化 的 复 合 材 料 ， 也 称 智 能 材料 。智能材料，是一种能感知外部刺激，能够判断并适当处理且本身可执行的新型功能材料。智能材料是继天然材料、合成高分子材料、人工设计材料之后的

30、第四代材料，是现代高技术新材料发展的重要方向之一，将支撑未来高技术的发展，使传统意义下的功能材料和结构材料之间的界线逐渐消失，实现结构功能化、功能多样化。科学家预言，智能材料的研制和大规模应用将导致材料科学发展的重大革命。一般说来，智能材料有七大功能，即传感功能、反馈功能、信息识别与积累功能、响应功能、自诊断能力、自修复能力和自适应能力。智 能 材 料 的 构 想 来 源 于 仿 生 （ 仿 生 就 是 模仿 大 自 然 中 生 物 的 一 些 独 特 功 能 制 造 人 类 使 用的 工 具 ， 如 模 仿 蜻 蜓 制 造 飞 机 等 等 ） ， 它 的 目标 就 是 想 研 制 出 一 种

31、 材 料 ， 使 它 成 为 具 有 类 似于 生 物 的 各 种 功 能 的 “活 ”的 材 料 。 因 此 智能 材 料 必 须 具 备 感 知 、 驱 动 和 控 制 这 三 个 基 本要 素 。 但 是 现 有 的 材 料 一 般 比 较 单 一 ， 难 以 满足 智 能 材 料 的 要 求 ， 所 以 智 能 材 料 一 般 由 两 种 或 两 种 以 上 的 材 料 复 合 构 成 一个 智 能 材 料 系 统 。 智 能 复 合 材 料 这 就 使 得 智 能 材 料 的 设 计 、 制 造 、加 工 和 性 能 结 构 特 征 均 涉 及 到 了 材 料 学 的 最 前 沿 领 域 ， 使 智 能 材 料 代 表 了材 料 科 学 的 最 活 跃 方 面 和 最 先 进 的 发 展 方 向 。以上就是我了解到的材料发展史，谢谢观赏！