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来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2017-09-18 19:20 标签： 2017年邮票大小版预订
新材料工程_豆搜网
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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" "炼金术" 到 , 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 1821 年,英国科学家戴维 (H.Davy)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 1881 年由爱迪生在进 行了 7895 次实验,试用了 1600 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 4 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.1973 年埃及和 以色列之间爆发战争,双方 18 天内损失坦克达 2000 多辆,消耗钢铁约 10 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(CO2 )气体,再与焦炭发生反应,得到还原剂一氧化碳 (CO).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 99.9%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 0.4%,韧性较好. 生铁:含碳量高于 1.7%,质地硬而脆,强度较高. 钢:含碳量介于 0.4%～1.7%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, 韧性有所提高,可以部分代替钢. 生铁中由于碳的含量高,使铁的脆性增加,韧性降低,而钢则由于含碳 量适宜,强度高又韧性好,因而应用广泛.钢主要分为两大类:碳素钢和合 金钢. 碳素钢又叫普通钢,其主要成分是铁和碳,其余元素含量虽然很少,但 也能影响其性质.例如,硅能增加钢的强度和硬度,但降低其韧性.锰能增 加钢的强度,硬度和韧性,提高耐磨性.磷和硫都是有害杂质,它们使钢在 高温下或低温下脆性增加,易破坏断裂. 碳素钢主要用作结构钢和工具钢.目前美国有 90%的建筑采用钢结构而
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