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金屬材料的歷史現(xiàn)狀及未來
一、金屬材料的歷史
人類在大約公元前五千年由石器時代進入銅器時代，而后又在公元前一千二百年步入了所謂的鐵器時代。此時出現(xiàn)的金屬材料表明當時的社會生產(chǎn)力達到了一個新的高度，人們發(fā)現(xiàn)陶器能夠承受高溫，掌握了用火在陶質(zhì)容器內(nèi)把金屬熔化、然后將液態(tài)的金屬倒進模腔內(nèi)，以鑄成所需的工具。金屬銅的應(yīng)用早于金屬鐵，這是因為天然銅在自然界中存在而鐵則被氧化，同時金屬銅的熔點比金屬鐵的要低。在煉銅技術(shù)逐步提升時，我們的祖先已經(jīng)不知不覺的發(fā)現(xiàn)了“合金”，最早的合金可能是青銅，它大約由百分之十的錫及百分之九十的銅構(gòu)成。隨著青銅技術(shù)的不斷發(fā)展，人們意識到增大錫的比例會使合金變硬換句話說，“合金”比單一的金屬擁有更好的性能。此后，更延伸出黃銅等適用于不同場合的合金。不久，人類社會從青銅時代進入鐵器時代。鐵器時代已經(jīng)能運用很復(fù)雜的金屬加工來生產(chǎn)鐵器。鐵的高硬度、高熔點與鐵礦的高蘊含量，使得鐵相對青銅來說來得便宜及可在各方面運用，所以其需求很快便遠超青銅。而在幾百年后的歐洲，資本主義萌芽帶來的社會化大生產(chǎn)也促使著金屬的冶煉和材料的制造向著工廠化、規(guī)模化發(fā)展。一些效率更高的大型煉鐵爐被建造起來。英國在18世紀初已經(jīng)出現(xiàn)了“高爐”的原型，日產(chǎn)鐵以噸計。一開始工人們使用木炭等天然燃料，后來改用焦炭，并安裝上鼓風(fēng)機，從此慢慢演變?yōu)榻母郀t，這是煉鐵工業(yè)的起點。由于鐵的大規(guī)模生產(chǎn)，人類物質(zhì)文明的進一步提高，鐵軌等應(yīng)運而生。19世紀一個英國人找到了將鐵煉成鋼的方法。他把空氣直接鼓入鐵水中,使雜質(zhì)燒掉。后來知道，鐵水中含有C、S、P等雜質(zhì)，將影響鐵的強度和脆性等；為提高鐵的性能，需要對鐵水進行再冶煉，以去除上述雜質(zhì)。對鐵水進行重新冶煉以調(diào)整其成分的過程叫作煉鋼。在之后的一些由于鐵的性能不足而引發(fā)的事故中，人類意識到鋼是更適合的工程材料，于是代替鐵軌的鋼軌等鋼材在人類社會中蔓延開來。由于金屬材料的優(yōu)良導(dǎo)電性，第二次工業(yè)革命的迅速開展并使人類步入電
氣時代。近代以來，合金鋼以及其他金屬材料飛速發(fā)展。高速鋼、不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼、電工用鋼等特種鋼如雨后春筍般地相繼出現(xiàn)，其他合金如鋁合金、銅合金、鈦合金、鎢合金、鉬合金、鎳合金等等加上各種稀有合金也不斷發(fā)展，金屬材料在全社會的經(jīng)濟發(fā)展中具有了不可替代的地位。
二、金屬材料的現(xiàn)狀
金屬材料是指金屬元素或以金屬元素為主構(gòu)成的具有金屬特性的材料的統(tǒng)稱。包括純金屬、合金、金屬材料金屬間化合物和特種金屬材料等。當前，金屬材料通常分為黑色金屬、有色金屬和特種金屬材料。黑色金屬材料又稱為鋼鐵材料，包括工業(yè)純鐵、鑄鐵、碳鋼材料，以及各種用途的結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼、耐熱鋼、高溫合金不銹鋼等鋼材。廣義的黑色金屬還包括鉻、錳及其合金材料。有色金屬材料是指除鐵、鉻、錳以外的所有金屬及其合金材料，通常分為輕金屬、重金屬、貴金屬、半金屬、稀有金屬和稀土金屬材料等，有色合金材料的強度和硬度一般比純金屬材料高，并且具有電阻大、電阻溫度系數(shù)小的特點。特種金屬材料包括不同用途的結(jié)構(gòu)金屬材料和功能金屬材料。其中有通過快速冷凝工藝獲得的非晶態(tài)金屬材料，以及準晶、微晶、納米晶金屬材料等；還有隱身、抗氫、超導(dǎo)、形狀記憶、耐磨、減振阻尼等特殊功能合金以及金屬基復(fù)合材料等。同時，我們也形成了對金屬材料研究的一系列系統(tǒng)方法。把金屬的表面磨光拋光,然后放在酸中浸蝕、在顯微鏡下即可觀察不同的花樣也就是顯微組織結(jié)構(gòu)，從而研究金屬的性能形成了金相學(xué)。金相學(xué)的出項幫助人們揭示金屬材料微觀的奧秘。X射線的出現(xiàn)及應(yīng)用于觀察金屬中原子的排列促使人們了解各種金屬中原子在空間分布的規(guī)律，加深了人們對金屬的微觀結(jié)構(gòu)的認識通過金相和X光衍射等手段，人們對金屬材料的成分、顯微組織結(jié)構(gòu)和性能間的關(guān)系進行了大量研究，發(fā)現(xiàn)了許多規(guī)律，解釋了大量過去不可思議的現(xiàn)象，奠定了金屬材料科學(xué)的基礎(chǔ)，并大大推動了合金鋼及熱處理等科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。當今，人們在金屬材料的領(lǐng)域中，逐步由經(jīng)驗上升為理論，由被動變?yōu)橹鲃樱?/p>
由理論去指導(dǎo)實踐，再由實踐去發(fā)展理論。
三、金屬材料的未來
當下社會，金屬材料在人類社會中的地位受到了前所未有的挑戰(zhàn)。一方面是高分子材料和陶瓷材料對傳統(tǒng)金屬材料造成沖擊。首先是高分子材料。高分子材料尤其是工程塑料，從性能到應(yīng)用的許多方面已能和傳統(tǒng)的金屬材料相抗衡，加上其原料豐富、價格便宜、產(chǎn)量驚人，已經(jīng)迅速崛起。其次是陶瓷材料，陶瓷材料在現(xiàn)代電子工業(yè)中占有異常重要的地位。另一方面金屬材料自身對能源、資源和環(huán)境三方面造成的消耗很大。金屬材料經(jīng)過數(shù)千年的發(fā)展，某些主要的金屬礦產(chǎn)資源日漸緊張、高質(zhì)量的金屬礦產(chǎn)很快減少、低質(zhì)量的礦物使能源消耗和成本增加，這些都使金屬工業(yè)成為能源的最重要消耗者，同時也是嚴重的環(huán)境污染者。基于以上的原因，金屬材料的發(fā)展可以在以下兩個方面進行：
一是對已有的金屬材料要最大限度地提高它的質(zhì)量，挖掘它的潛力，使其產(chǎn)生最大的效益。這要求金屬材料的制造技術(shù)要有飛躍性的進步。冶煉技術(shù)、爐外精煉技術(shù)、鑄造技術(shù)、連鑄連軋技術(shù)、近終形加工成型技術(shù)、熱處理技術(shù)、粉末冶金技術(shù)等傳統(tǒng)工藝的改進，加上微量雜質(zhì)的控制技術(shù)、微量元素的合金化技術(shù)、高純凈度低偏析技術(shù)等的發(fā)明，都使金屬材料煥發(fā)了第二春。
二是希望金屬材料能夠開拓出新的功能，以適應(yīng)更高的使用要求。如鈦合金的記憶性以及生物親和性等，都是傳統(tǒng)金屬材料在未來發(fā)展的新方向。
總之，回顧了金屬材料的歷史、現(xiàn)狀和未來，我們有信心相信，金屬材料會在人類社會的明天展現(xiàn)出更好地服務(wù)人類的一面。
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