材料科学与人类文明课程复习资料Word文档格式.docx

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当今世界各个国家的政府对材料科学技术发展日趋重视，新材料作为新技术革命的先锋，其发展对经济、科技、国防以及综合国力的增强都具有特殊重要的作用。

2.人类文明的涵义和基本结构

德国学者诺贝特•埃利亚斯在其《文明的进程》一书中指出：

“‘文明’这一概念所涉及到的是完全不同的东西：

技术水准、礼仪规范、宗教思想、风俗习惯以及科学知识的发展等等；

它既可以指居住状况或男女共同生活的方式，也可以指法律惩处或食品烹调；

仔细观察的话，几乎每一件事都是以‘文明’或‘不文明’的方式进行的。

所以，要用几句话囊括‘文明’所有的含义几乎是不可能的。

”

在马克思主义经典著作中，文明概念也有多种表述，而通常是在三种意义上加以使用的。

第一种是在时间界限意义上的文明，它指人类社会发展到高级阶段的社会现象，与其相对的是蒙昧和野蛮时期。

第二种是广义文化意义上的文明，指人类在改造客观世界和主观世界活动中的全部成果。

第三种是社会进步状态意义上的文明，即人类改造世界的积极成果。

毛泽东在谈到旧中国的发展前途时也说过：

“要把一个被旧文化统治因而愚昧落后的中国，变为一个被新文化统治因而文明先进的中国。

” 

这里讲的文明表示人类社会物质、精神、制度不断发展、进步的状态。

我们所说的文明主要是指第三种意义上的文明，即通过人类改造世界的积极成果所体现出来的人类社会生活的进步过程和状态。

这种意义上的文明具有创造性、进步性和变化性三重特征。

文明作为人类改造世界的积极成果，其不断发展的背后蕴藏着不竭的动力，这就是人类追求美好生活的需要。

既然追求美好生活，满足生活需要是人类文明发展的动力和实质，所以人类生活需要的内容和结构也就决定了文明建设的内容和结构。

在马克思主义者看来，生活这个概念总是和满足人的生存和发展的需要联系在一起的，所谓生活，指的是人类生存活动的过程和方式，指人类保证并不断改善自身生存状况、提高生存质量的过程和方式。

马克思指出：

“物质生活的生产方式制约着整个社会生活、政治生活和精神生活过程。

当我们这样来理解生活时，就其主要内容而言可大体上概括为三个基本方面：

即物质生活、政治生活和精神生活。

为了满足人类的三大生活需要，构成文明发展的三个基本内容:

即物质文明、政治文明和精神文明。

物质文明指的是通过改造自然的积极成果所表现出来的人们的物质生活的进步状况。

政治文明指的是通过改造社会的积极成果所表现出来的人们社会政治生活的进步状况。

精神文明指的是指通过改造主观世界的积极成果所表现出来的人们的精神生活的进步状况。

3.人类文明简史

中华民族具有5000年的历史．历史学家往往会根据当时的标志性材料而将人类社会划分为原始文明时代、石器时代、青铜器时代、铁器时代、钢铁时代等。

什么是标志性材料呢?

标志性材料是指构成社会生产力的主流材料．所以材料发展的历史从生产力的侧面反映了人类社会发展的文明史。

原始文明时代在远古时期,人类靠个人打猎、捉鱼和采摘植物的果实为生,这既是生活方式又是生产方式。

这时,还谈不上有什么明确的组织方式。

在这个时期,􀀂

努力在自然界中求生存是唯一的追求,唯一的目标。

石器时代

古生物学研究证明：

在这个时期，人类除了能加工粗糙的石器外，还能制造工具，用骨针把兽皮缝制成衣服。

除了拳状锲之外，还有刮刀和刮板。

骨头、象牙、石头和植物编织物常常被用来制造鱼叉、鱼钩和鱼网等。

在已经发现的旧石器时代的人类遗址里，可以看到我们的祖先用石头打磨制成的石刀、石斧、刮削器等，这些就是人类早期曾经用过的工具。

劳动工具的出现，也带来了社会物质和人类文明的进步。

在这个时期，除了能加工粗糙的石器外，还能制造工具。

骨头、象牙、石头和植物编织物被用来制造鱼叉、鱼钩和鱼网等。

原始时代和史前时期用“划时代材料”来命名历史阶段，形象地说明了材料在人类历史上的重要性。

青铜器时代

一般来说，原始的农业、手工业和文字是青铜时代的特征。

用青铜制造的各种物品，不仅显示出我们祖先精湛的艺术才能。

更主要的是青铜材料代表一种新的生产力登上了历史舞台，有力地促进了生产的发展。

铁器时代

在考古学上，铁器时代（TheIronPeriod）是指人们开始使用金属铁来制造武器和工具的时代。

这一时代诞生的古希腊文明、古罗马文明、波斯文明、印度文明、华夏文明（秦汉文化）在农业经济、宗教信仰与文化模式等方面都有了自身显著的特征。

铁器的出现及精巧的铁犁铧使得农业经济的效率愈加提高，土地利用率进一步提高，粮食继续增收。

粮食增收促进非农业人口比例加大，手工业产品的种类日趋丰富，产品贸易渐成规模，商人成为社会生活中的重要阶层，人类社会的城市化进程与文明程度大幅提高。

根据考古挖掘和现有的文献来判断，铁这种材料在公元前12世纪最终占据了人类文明的统治地位。

我国的传统冶炼和浇铸技术，包括精密浇铸技术延续发展了一千多年，直到六百多年前的明朝还在世界上处于遥遥领先地位，这也是我国灿烂的古代文化繁荣的基础，我国劳动人民对人类文明作出了巨大贡献。

钢铁时代

4．材料是社会进步的标尺

旧石器时代可追溯到公元前10万年左右，那时的原始人类用天然的石、木、竹、骨等材料作为狩猎的工具，生产效率当然很低。

青铜是人类社会中最早出现的金属材料，它使人类社会从新石器时代转入青铜器时代。

铜和青铜性能上不如铁，把炼铜技术用于炼铁，用铁来制造农具．促使农业生产力得到空前的提高。

铁器在农业上的广泛应用，推动丁以农业为中心的科学技术日益发展，并促使奴隶社会解体和封建社会兴起。

我国在公元前3世纪铁器已在农业上推广使用，秦汉时期农业经济相当发达，到了唐宋时代，经济繁荣，科学文化发达，社会安定，国泰民安，处于盛世，形成了我国封建社会的科学文化高峰。

5.照亮人类文明的七种金属

在人类文明发展史上，人们发现了七种至今仍然广泛应用着的金属，它们是金银铜铁锡铅汞。

这七种金属的发现及应用对人类社会产生了深远的影响。

6.航天科技与人类文明

具有通信距离远、容量大、质量好、可靠性高、机动灵活等优点的卫星通信,已成为现代通信的重要手段。

卫星通信把分散的电子计算机设备连成全国乃至国际的信息网络,大大发挥了计算机系统的效用,给人们带来了极大方便。

通信卫星在保护地面环境的前提下,极大地提高了人类的文明程度。

气象卫星预报天气变化

气象卫星是从太空对地球和大气层进行气鉴观测的航天器。

气象卫星已成为人类预防灾害、节约资源、保护环境的重要帮手。

资源卫星节约利用资源

地球资源卫星是勘测地球资源的航天器,能“看透”地层,发现人们肉眼看不到的地下宝藏、历史古迹和地层结构,能普查森林、海洋等资源,能鉴别农作物的收成和考察各种严重自然灾害。

7.材料的业绩

7.1飞机发展的关键

1903年，美国莱特兄弟发明了世界上第一架飞机，所用原料是木材和帆布。

飞行速度每小时只有16公里，和骑自行车的速度差不多。

1911年，铝合金研制成功，很快取代了木材和帆布，到第一次世界大战期间，全金属结构的飞机已很普遍了。

例如到1939年，螺旋桨飞机创造的最高时速已达755公里，仅36年的时间，飞行速度提高了47倍。

从铝合金的耐热性来讲，当飞机速度达到两倍音速时，铝的强度会显著降低；

三倍音速时，就会发生空中解体。

要制造表面耐温超过180℃，即飞行速度为音速2．5倍的飞机，需要用钛合金（可承受550℃温度）代替铝合金。

一架波音767飞机，由于采用复合材料减重450公斤，采用超高强度钢减重900公斤，采用改进铝合金减重363斤三项总计共1．7吨。

据统计，飞机结构如，减轻一公斤，每年可节省燃料2900公斤，可见其经济效益有多大。

航天飞机的研制成功，是人类征服太空的又一次胜利，也显示出在现代技术革命中材料举足轻重的地位。

7.2材料—农业现代化的坚强后盾

农业现代化最显著的特征是要在生产中大量采用各种先进的工业技术和新材料，换句话说，现代化农业要由工业部门投入大量物资，用现代工业的装备武装农业。

拖拉机是应用最广泛的一种农业机械。

制造拖拉机不仅消耗材料多，而且要求零部件质量好、寿命长，这些零部件都要用性能优越的材料来制造。

由于材料质量和设计制造水平的提高，使得拖拉机的结构和性能也得到不断改进。

不但向大型化、大马力、高速度和高效率方向发展，还可对配套农具实现自动调节和控制。

它除了能耕地、整地、播种外，根据需要，交换不同的农具，还能干推土、铲运、开沟、施肥、收获、割草等几十种工作。

7.3新能源中的老问题

从20世纪70年代的能源危机以来，新能源的开发和节能技术引起了普遍重视。

这些技术中除核反应堆已经进入实用阶段，其他都比较年轻。

例如，太阳能、深层地热和氢能等还存在各种各样的问题。

一些过去进展缓慢的领域，如煤的气化和液化，重新成为研究的重点。

这些技术的突破，在很大程度上将依赖于新材料的进展，目前使用的材料大多不能满足苛刻的工作环境要求。

太阳能是一种稀薄的能源，每平方米最多为一千瓦，而按目前太阳能装置的转换效率（约为10％），则只能获得0.1千瓦。

唯一可行的办法是改进材料，提高反射镜的反射效率和集热效率。

现在太阳能电池的转换效率有所提高，为约13％左右，但硅、镓半导体的价格很高，很难大规模使用。

此外太阳能电站多位于沙漠和偏僻地区，输电材料也待改进。

由此可见，太阳能的利用是否能够普及，有赖于材料科学家的努力。

利用某些合金与氢反应吸收大量氢气，吸氢量高达体积的数十倍或上千倍，而加热以后又很容易使氢气再释放出来，这些合金为钛合金、镧镍合金和镁镍合金等，所形成的金属氢化物是固体，因此储存时不需要高压和低温。

这些合金材料对于氢的利用将起到重要的作用。

7.4国防军事的当务之急

单就武器来讲，不论是常规武器（如弹药和坦克、军用飞机还是现代化武器如原子弹、氢弹、中子弹、核潜艇等，哪一样都离不开材料，尤其是性能优异的新型材料。

从每一代坦克和反坦克武器的交替出现，我们不难看出，战争中一种武器或装备的克敌制胜，在很大程度上是由制造这种武器、装备的材料决定的。

这也说明，为了赢得战争的主动权和实现国防现代化，在国防建设和军事工程中，往往把新材料的研制作为当务之急，道理就在这里。

7.5节能技术的突破

各工业大国在开发新能源的同时，普遍注意到节能技术，因为在工矿使用的能源中，几乎有一半的热量被作为废热排入大气和江海之中。

充分发挥现有设备的潜力，尽可能达到极限效率也是节能的一种重要手段。

“月光”计划中把一台高温燃气涡轮和一台汽轮机串联作为试验方案，这时燃气温度高达1500℃，普通涡轮叶片使用的镍钴基超级高温合金已无能为力了，必须采用氮化硅、碳化硅、塞龙（Si-Al-O-N化合物等）等精陶瓷才能满足要求。

在电车和汽车上也可用飞轮把刹车能储蓄起来，以便在加速时使用，这些方面的研究工作正在进行。

飞轮的特点是旋转时必然产生动力损失，设计高性能飞轮应在选材和制