介紹金屬材料中一些處于發(fā)展前沿的材料

【專家解說(shuō)】：這是看別人的，你自己整理一下材料科學(xué)發(fā)展與人類社會(huì)進(jìn)步回顧歷史，人類的歷史是一部材料不斷進(jìn)步發(fā)展的歷史。正是在歷史發(fā)展過(guò)程中以及與此相聯(lián)系的人類知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的增長(zhǎng)過(guò)程中，材料的使用才得以發(fā)展。在人類發(fā)展史的早期階段，直接獲取的自然財(cái)富被用于滿足最簡(jiǎn)單的需要。隨著分工程度的深化，對(duì)在自然界尋覓到的原始材料進(jìn)行加工的興趣提高了。 世界是由物質(zhì)組成的，對(duì)人類有用的物質(zhì)即材料，按其組成和化學(xué)鍵性質(zhì)可將材料分成四大類:金屬材料(包括純金屬及其合金);有機(jī)高分子材料;無(wú)機(jī)非金屬材料;復(fù)合材料。下面僅談?wù)劷饘俨牧吓c非金屬材料對(duì)社會(huì)的發(fā)展: 一.金屬材料與人類社會(huì)的發(fā)展 眾所周知，金屬工具的制造和使用標(biāo)志著人類文明的一個(gè)重大進(jìn)步。從青銅到鋼鐵，再到當(dāng)今形形色色的合金材料，人類在自身不斷進(jìn)步的同時(shí)，從未放松過(guò)對(duì)金屬材料的研究和開發(fā)。主要談?wù)劷饘僭谌祟惿鐣?huì)中的地位，應(yīng)用等方面展開。論述金屬材料與人類社會(huì)之間的關(guān)系，回顧金屬過(guò)去在人類歷史中的作用，分析其在現(xiàn)代社會(huì)的地位，并且展望金屬才來(lái)的在未來(lái)的發(fā)展前景。 從100萬(wàn)年以前,原始人以石頭作為工具,稱舊石器時(shí)代。1萬(wàn)年以前,人類對(duì)石器進(jìn)行加工,使之成為器皿和精致的工具,從而進(jìn)入新石器時(shí)代?，F(xiàn)在考古發(fā)掘證明我國(guó)在八千多年前已經(jīng)制成實(shí)用的陶器,在六千多年前已經(jīng)冶煉出黃銅,在四千多年前已有簡(jiǎn)單的青銅工具,在三千多年前已用隕鐵制造兵器。我們的祖先在二千五百多年前的春秋時(shí)期已會(huì)冶煉生鐵,比歐洲要早一千八百多年以上。18世紀(jì),鋼鐵工業(yè)的發(fā)展,成為產(chǎn)業(yè)革命的重要內(nèi)容和物質(zhì)基礎(chǔ)。19世紀(jì)中葉,現(xiàn)代平爐和轉(zhuǎn)爐鎳管煉鋼技術(shù)的出現(xiàn),使人類真正進(jìn)入了鋼鐵時(shí)代。 金屬的在人類社會(huì)的過(guò)去時(shí)中扮演的角色多為一個(gè)時(shí)期的社會(huì)性質(zhì)的縮影。如新石器時(shí)代，青銅器時(shí)代等等，而之所會(huì)如此為這些時(shí)代命名，歸根結(jié)底，最主要的原因，便是人類在這一石器開發(fā)出了某種新的金屬，而這一金屬幾乎決定了人類在這一時(shí)期的文明發(fā)展進(jìn)程。到舊石器時(shí)代末期，人們已能制造出可安裝竹木桶的石矛、標(biāo)槍、石斧等兵器，進(jìn)而發(fā)明了拋射兵器--弓箭。這充分顯示出中國(guó)古代勞動(dòng)人民的聰明才智和精湛技能，人們就此告別愚昧走向文明。新石器時(shí)代，石兵器的制造技術(shù)已有很大進(jìn)步，種類日漸增多。 而青銅兵器時(shí)期從夏朝算起一直延續(xù)到春秋戰(zhàn)國(guó)。這一時(shí)期伴隨我國(guó)的奴隸制社會(huì)，從興盛走向沒(méi)落。在商朝青銅文化日益繁榮的盛況下，青銅兵器迅速崛起。因而可見(jiàn)，金屬材料在古代社會(huì)是有著舉足輕重的地位的。而人們?cè)谝庾R(shí)到這點(diǎn)后，也加大了利用的幅度，這也在一定程度上促進(jìn)了金屬冶煉技術(shù)的發(fā)展。兩者是相輔相成的。 在我看來(lái)，這時(shí)由于金屬得天獨(dú)厚的各種優(yōu)勢(shì)所造成的，如塑性，耐久性，硬度等，而利用其中的一些特性，恰好能夠迎合一些新科技發(fā)展的需要，使得金屬材料在現(xiàn)代的應(yīng)用也更加與時(shí)俱進(jìn)。比如在航天航空技術(shù)的很多方面便需要金屬的參與，鋰是世界上最輕的金屬元素。1983年在巴黎國(guó)際航空博覽會(huì)上，世界上兩家最大的鋁合金生產(chǎn)企業(yè)--英國(guó)阿爾康鋁業(yè)公司和美國(guó)阿爾考鋁業(yè)公司，同時(shí)宣布研制成功新的革命性材料--鋁鋰合金。 因而可見(jiàn)，金屬能在現(xiàn)代社會(huì)立足一是因?yàn)槠浔旧砭哂械母鞣N性質(zhì)優(yōu)勢(shì)，第二點(diǎn)，也是最重要的一點(diǎn)，便是傳統(tǒng)金屬推動(dòng)了社會(huì)的進(jìn)步，從而使得人類又能力去不斷的開發(fā)新興的金屬。這么看來(lái)，金屬在人類社會(huì)的發(fā)展史，可以簡(jiǎn)化為傳統(tǒng)金屬促進(jìn)了高科技發(fā)展，而高科技又推動(dòng)了新興金屬在人類社會(huì)的應(yīng)用。有了以上這兩點(diǎn)，金屬能在現(xiàn)今社會(huì)立足并得到重視也就不足為奇了。 那么在未來(lái)社會(huì)中，金屬材料又會(huì)扮演著一個(gè)什么樣的角色呢?可以預(yù)見(jiàn)的是，金屬材料依然不會(huì)被人類忽視，甚至應(yīng)該是更受到重視和發(fā)展。但是就金屬材料從古至今的長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)律我們可以發(fā)現(xiàn)，金屬在人類的應(yīng)用歷史，正呈現(xiàn)著一種不斷減重的趨勢(shì)，即人類所最為依賴和一種的金屬質(zhì)量正在逐漸減少。這其實(shí)并不奇怪，在人類日新月異的技術(shù)，幾乎越是高端的技術(shù)，就越是追求精巧別致，比如如今火熱的納米技術(shù)，核能開發(fā)等。而金屬作為傳統(tǒng)的人類常用材料，自然也要跟上這一趨勢(shì)。這也便是人類在利用金屬的過(guò)程會(huì)漸漸向質(zhì)量輕的金屬去靠攏。從最初的銅鐵，到之后的鋁，到如今，未來(lái)最熱門的金屬已變?yōu)榱随V，鈦等輕金屬，這些，既證明了人類社會(huì)的不斷進(jìn)步，同時(shí)也讓金屬的價(jià)值得到了越來(lái)越大的發(fā)掘和提高。而在這其中，稀土的金屬的開發(fā)已成為了全世界的一個(gè)焦點(diǎn)，稀土金屬又稱稀土元素，是元素周期表ⅢB族中鈧、釔、鑭系17種元素的總稱，常用R或RE表示。它們的名稱和化學(xué)符號(hào)是鈧(Sc)、釔(Y)、鑭(La)、鈰(Ce)、鐠(Pr)、釹(Nd)、钷(Pm)、釤(Sm)、銪(Eu)、釓(Gd)、鋱(Tb)、鏑(Dy)、鈥(Ho)、鉺(Er)、銩(Tm)、鐿(Yb)、镥(Lu)。稀土元素根據(jù)他們性質(zhì)上差異和分離工藝的要求一般分為輕稀土和重稀土兩組，其中鑭、鈰、鐠、釹、鉅、釤、銪為輕稀土。因而，金屬在未來(lái)的前景依然一片大好。 說(shuō)了那么多，金屬材料與人類社會(huì)進(jìn)步的關(guān)系已不需多言，其體現(xiàn)的價(jià)值早已不再是簡(jiǎn)單一種人類所熟知的材料而已了。更多的，是一種社會(huì)進(jìn)步的推動(dòng)力。顯而易見(jiàn)，金屬材料的存在讓人類的社會(huì)的進(jìn)步加速了很多。而能夠?qū)W會(huì)利用金屬材料，毫無(wú)疑問(wèn)，也是人類社會(huì)在不斷前進(jìn)中的一大幸事。所以，我們應(yīng)該感謝金屬材料在人類社會(huì)中起到的作用，也應(yīng)更好的在未來(lái)利用好金屬，讓他的光芒更加閃耀。 二.非金屬材料與人類社會(huì)的發(fā)展 無(wú)機(jī)非金屬材料在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、人們?nèi)粘Ｉ睢?guó)防及現(xiàn)代科技中都有著非常重要的作用，用途極為廣泛，為人類文明作出了重要的貢獻(xiàn)。作為常用的材料品種，塑料的應(yīng)用越老越廣泛，塑料合成樹脂與合成橡膠、合成纖維三大類合成高分子材料已與鋼鐵、木材、水泥一起構(gòu)成現(xiàn)代社會(huì)中的四大基礎(chǔ)材料，是支撐現(xiàn)代高科技發(fā)展的重要新型材料之一。任何新材料和技術(shù)的使用都是一把雙刃劍，塑料的大量使用有它的優(yōu)勢(shì)存在，但也隨之帶來(lái)了一系列的負(fù)面影響……因此，塑料加工工業(yè)在隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)穩(wěn)定高速發(fā)展保持高速增長(zhǎng)的同時(shí)，我們應(yīng)該找到一條環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展之路。實(shí)現(xiàn)我國(guó)塑料工業(yè)由大國(guó)到強(qiáng)國(guó)的可持續(xù)發(fā)展。 主要談?wù)勊芰献鳛橐环N非金屬材料的現(xiàn)狀分析;對(duì)人類生活的影響;以及對(duì)人類發(fā)展的趨勢(shì)等方面。 我國(guó)的塑料工業(yè)是以塑料加工為核心的塑料合成樹脂、助劑及添加劑和塑料加工機(jī)械與模具為一整體的“朝陽(yáng)工業(yè)”。塑料制品產(chǎn)值、產(chǎn)量持續(xù)增長(zhǎng)，市場(chǎng)需求穩(wěn)步增長(zhǎng);2008年塑料制品行業(yè)規(guī)模以上企業(yè)共計(jì)16277個(gè)，累計(jì)完成產(chǎn)量達(dá)到3713.79萬(wàn)噸，比上年同期增長(zhǎng)10.10%;總產(chǎn)值(現(xiàn)價(jià))9638.36億元，同比增長(zhǎng)20.86%，占輕工行業(yè)總產(chǎn)值93898億元的10.26%，居第三位。新產(chǎn)品產(chǎn)值為549.96億元，同比增長(zhǎng)31.11%;工業(yè)銷售產(chǎn)值為9407.07億元，同比增長(zhǎng)20.50%，產(chǎn)銷率為97.60%，仍保持較高水平;其中出口交貨值1847.20億元，同比增長(zhǎng)6.52%。 塑料可以說(shuō)是應(yīng)用于各行各業(yè)，方方面面。離開塑料，也就談不上社會(huì)進(jìn)步，人類發(fā)展了。 塑料制品作為一種新型材料，具有質(zhì)輕、防水、耐用、生產(chǎn)技術(shù)成熟、成本低等優(yōu)點(diǎn)。例如，大部分塑料的抗腐蝕能力強(qiáng)，不與酸、堿反應(yīng)，這體現(xiàn)了塑料制品的環(huán)保性能以及使用安全系數(shù)高，使用壽命有保障;塑料制造成本很低;塑料制品耐用、防水、質(zhì)輕，這是塑料制品最顯著的特質(zhì)，此優(yōu)點(diǎn)對(duì)于在飛機(jī)、輪船等運(yùn)輸工具上使用十分重要。只是因?yàn)檫@個(gè)特殊性能，塑料制品才能在短時(shí)間內(nèi)風(fēng)靡市場(chǎng)并在很多方面取代了金屬制品，節(jié)省了許多寶貴的不可再生資源，同時(shí)為消費(fèi)者帶來(lái)了更多的方便;塑料可塑性強(qiáng)，容易被塑制成不同形狀的制品，這一點(diǎn)是任何材料無(wú)法比擬的，因此，市場(chǎng)上才會(huì)出現(xiàn)那么多花樣百出的塑料制品，能極大地滿足消費(fèi)者的諸多個(gè)性需求;我們都基本知道，塑料是良好的絕緣體，在通訊、供電等領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛，為社會(huì)的發(fā)展發(fā)揮了巨大的功用。此外，塑料還可以用于制備燃料油和燃料氣，這樣能有效地降低原油消耗。從這些方面看來(lái)，塑料確實(shí)“功不可沒(méi)”。 缺點(diǎn)與優(yōu)點(diǎn)并存。 (1)造成“視覺(jué)污染”:被隨意丟棄在環(huán)境中的一次性的塑料制品給人們視覺(jué)上所造成的“臟亂差”感覺(jué)，它破壞了城市、農(nóng)村和風(fēng)景區(qū)的給人的景觀美感，甚至?xí)绊懭藗兊墓ぷ骱蜕钋榫w，它也破壞了城市的市容衛(wèi)生。 (2)造成對(duì)自然生態(tài)環(huán)境破壞:一次性的塑料制品由于其原料--高分子樹脂具有極強(qiáng)穩(wěn)定性的特點(diǎn)，它在自然環(huán)境狀態(tài)難以降解，長(zhǎng)久地日積月累，就會(huì)給自然生態(tài)環(huán)境造成破壞。直接破壞有:混在土壤中，會(huì)影響農(nóng)作物的生長(zhǎng)，導(dǎo)致農(nóng)作物的減產(chǎn);被家禽、家畜、野生動(dòng)物(甚至瀕危野生動(dòng)物)誤食，就會(huì)導(dǎo)致其死亡等;間接破壞主要是在處理一次性塑料制品過(guò)程中對(duì)環(huán)境造成的破壞，如采用填埋方法，會(huì)不斷占用寶貴的土地資源;如采用焚燒方法，會(huì)產(chǎn)生大量的有毒有害氣體，破壞大氣環(huán)境，造成二次污染;另外，在發(fā)泡的塑料餐盒、包裝材料的生產(chǎn)過(guò)程中由于采用氟氯烴作發(fā)泡劑，這將會(huì)對(duì)大氣臭氧層有嚴(yán)重的破壞作用。(3)影響人體健康:近來(lái)研究發(fā)現(xiàn)以聚苯乙烯PS為原料的一次性發(fā)泡的塑料餐盒中殘留一定量的苯乙烯單體，這對(duì)人體健康有害，國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家已限制PS塑料在食品包裝上的使用,或要求對(duì)其表面進(jìn)行涂覆處理，而我市目前仍大量使用此類塑料快餐盒。 1產(chǎn)業(yè)鏈上游:高附加值、高科技材料成為發(fā)展重點(diǎn)，改性塑料將逐步滿足國(guó)內(nèi)需求2 應(yīng)用市場(chǎng):塑料新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，應(yīng)用廣度和深度持續(xù)拓展3 承載空間:中國(guó)塑料工業(yè)有向集聚化、園區(qū)化發(fā)展的趨勢(shì) 事物都是一分為二的，我們需要全面地看問(wèn)題。關(guān)于塑料的優(yōu)與劣，我在上文中已經(jīng)進(jìn)行了初步的概括，要以一分為二的科學(xué)觀來(lái)看待問(wèn)題，我們不能因?yàn)樗芰嫌兄T多不可替代的優(yōu)點(diǎn)而把它捧上“神壇”、過(guò)于放大它的長(zhǎng)處，也不能因?yàn)樗芰洗嬖谥承┨煨缘娜毕荻阉话糇哟蛩?、否決它的功用以及在社會(huì)建設(shè)中所起的作用，我們要做的是不斷發(fā)揚(yáng)塑料的優(yōu)勢(shì)，彌補(bǔ)其缺陷，通過(guò)取長(zhǎng)補(bǔ)短來(lái)發(fā)揮塑料的最大功用，這才是理智的態(tài)度。當(dāng)前，塑料制品由于其特有的性能與優(yōu)勢(shì)，在商品市場(chǎng)上一直比較走俏，但是我們也不要一味地樂(lè)觀，我們應(yīng)該看到塑料的負(fù)面因素已經(jīng)對(duì)人們的健康造成了危害，也在一定程度上阻礙了社會(huì)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，因此我們有必要按照國(guó)家的環(huán)保經(jīng)濟(jì)法規(guī)辦事，不斷改善塑料制品的性能，杜絕塑料制品中的有害成分，將塑料制造業(yè)引向一個(gè)可持續(xù)發(fā)展的康莊大道，這是塑料業(yè)未來(lái)的必然方向。 在新的世紀(jì)里，會(huì)有更多的新材料問(wèn)世，傳統(tǒng)材料的性能得到進(jìn)一步提高，人類將生活在一個(gè)多元化材料的時(shí)代。尋求新材料在飛機(jī)上應(yīng)用成為未來(lái)飛機(jī)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。復(fù)合材料使用日益廣泛，陶瓷復(fù)合材料由于極好的耐高溫性能和低密度，越來(lái)越多地應(yīng)用到高溫耐磨的熱部件上傳統(tǒng)的金屬材料不斷被新研制的先進(jìn)合金材料所代替，如Al-Li合金，鈦合金等，以及更輕，更好的強(qiáng)度和更耐熱的金屬基復(fù)合材料。為適應(yīng)特種飛機(jī)的特種需要出現(xiàn)了特種材料，如航空電子器件用的高溫超導(dǎo)材料和專用于作戰(zhàn)飛機(jī)隱身的吸波材料和導(dǎo)電塑料等。 屬材料朝更輕、更強(qiáng)、耐高溫、抗腐蝕、抗疲勞，生產(chǎn)成本更低，結(jié)構(gòu)功能一體化的方向發(fā)展。先進(jìn)的陶瓷高溫結(jié)構(gòu)應(yīng)用繼續(xù)得到重視，功能陶瓷的發(fā)展方興未艾，光電子陶瓷材料具有無(wú)限的生命力。結(jié)構(gòu)高分子材料和功能高分子材料(導(dǎo)電、導(dǎo)熱、發(fā)光等)具有廣闊的發(fā)展前景，將在很多應(yīng)用里域內(nèi)與金屬材料和陶瓷材料展開競(jìng)爭(zhēng)。各種材料的生產(chǎn)與使用將更注重與環(huán)境的協(xié)調(diào)性，資源的再生和循環(huán)利用