【正文】 其主要的材料依靠是鋼鐵的飛速發(fā)展，實現(xiàn)了高爐、轉(zhuǎn)爐、平爐制造優(yōu)質(zhì)鋼材的工業(yè)化。第二次技術革命開始于19世紀末，以電的發(fā)明和廣泛應用為標志，由于遠距離送電材料以及通訊、照明用的各種材料的工業(yè)化，實現(xiàn)了電氣化。其結(jié)果是石油開采、鋼鐵冶煉、化學工業(yè)、飛機工業(yè)、電氣工業(yè)、電報電話等迅猛發(fā)展，組成了現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)群，使人類跨進了一個新的時代，實現(xiàn)了向現(xiàn)代社會的轉(zhuǎn)變。其主要材料依托是紫銅、黃銅、鋁、鎢等有色金屬以及高分子絕緣材料的迅猛發(fā)展。第三次技術革命始于20世紀中期，以原子能應用為主要標志。1942年12月，意大利物理學家費米在美國建立了第一個核反應堆，實現(xiàn)了控制核裂變，使核能利用有了可能，實現(xiàn)了合成材料、半導體材料等大規(guī)模工業(yè)化、民用化，把工業(yè)文明推到頂點，開啟了通向信息社會文明的大門。其主要材料依托是鈦合金、先進合金、高溫陶瓷、先進復合材料等材料的迅猛發(fā)展。第四次技術革命始于20世紀70年代，它是以計算機，特別是微電子技術、生物工程技術和空間技術為主要標志，新型材料、新能源、生物工程、航天工業(yè)、海洋開發(fā)等新興技術是主攻方向。其主要材料依托是以硅、砷化鎵為代表的半導體材料、先進高分子材料、先進復合材料、生物相容材料等的迅猛發(fā)展。在煉鋼時加進金屬錳，就能煉出錳鋼。錳鋼最大的特點是強硬堅韌，是工業(yè)建設的棟梁之材，是國防建設的“鐵甲衛(wèi)士”。錳鋼的問世，是一位年輕的冶金學家（英國的哈德菲爾德）藐視權威，以他那錳鋼般的意志頑強攻關的結(jié)果。權威們告誡人們，％，否則它就會越來越脆。在經(jīng)過了幾百次的失敗以后，他終于發(fā)現(xiàn)當錳的含量達到13％時，錳鋼一改它昔日脆弱的形象，變得既有很好的硬度，又富有韌性了。不銹鋼，是以鐵為主體元素，加上一定比例的鉻、鎳、鉬、錳等金屬煉成的耐腐蝕合金材料。不銹鋼以其锃亮的外表、良好的機械性能和對酸性腐蝕物質(zhì)的強大抗御能力贏得了人們的歡迎，是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中常用的金屬材料。冶金專家布里爾利在一次偶然發(fā)現(xiàn)，由電爐煉成的含鉻8％，％的合金鋼經(jīng)過熱處理后，具有極好的耐腐蝕性能，特別是不怕酸性物質(zhì)的腐蝕。布里爾利把它起名為“不銹鋼”。到1898年，美國工人技師泰勒創(chuàng)造了一個奇跡。他想研制一種耐高溫的高速刀具鋼。他分析了鎢錳鋼的成分，認為鎢是好的，熔點高達3380℃，受熱肯定不會變軟，問題一定是出在熔點和硬度都不夠高的錳身上。泰勒思考了很久，決定采用鉻取代錳。泰勒趕緊安排試驗冶煉含鉻鎢鋼。經(jīng)過一段時間的試驗，合乎要求的含鉻鎢鋼煉出來了。新材料做的車刀的切削速度比過去提高了5倍!在這之后，泰勒又對鎢鉻鋼刀做了不少改進，使它能在五六百攝氏度下也不變軟，切削速度達到每秒10米(600米／分鐘)，可與奧運會100米跑的冠軍比一比速度。進入20世紀以后，刀具材料又有了一次飛躍，那就是誕生了硬質(zhì)合金。1907年，德國冶金專家施特勒爾用碳化鎢的硬質(zhì)顆粒，加上鐵和鈷的粉末，先壓制成型，再以高溫燒結(jié)，讓鐵和鈷熔化而成為粘結(jié)材料，使碳化鎢緊緊地“團結(jié)”起來，制成了硬質(zhì)合金。硬質(zhì)合金一經(jīng)問世，便受到了熱烈歡迎。人們發(fā)現(xiàn)用它制作的刀具，在1000℃的高溫下也不會變軟，切削速度可達到每分鐘2000米以上，比普通碳素鋼刀高出100多倍。鋁是地殼中含量最多，分布最廣的金屬元素。我們腳下的粘土，就是鋁的藏身之處、所以人們稱鋁是“來自粘土的白銀”。在今天，鋁是產(chǎn)量僅次于鐵的第二金屬。生活中隨處可見。但在100多年前，鋁比黃金還要貴幾倍，是王公貴族才能賞玩的珍寶。說明：炭沒有從鋁手里奪取氧的能力，那就換一種思路，讓氯氣從氧那里把鋁奪過來。他向燒得發(fā)紅的礬土里通入氯氣，發(fā)現(xiàn)有一些液體流出來，得到了應該是氯化鋁。他仔細地把這些液體收集好，再加熱并加入還原能力強大的鉀汞劑(合金)，讓它代替炭去把鋁還原出來。實驗分析結(jié)果告訴他，有氯化鉀生成。鉀汞劑已經(jīng)變成了鋁汞劑，加熱以后汞蒸發(fā)掉了，可鋁也再一次變成了白色的礬土。由于鋁的需求量越來越大，原料礬土的供應也變得緊張。自然界純礬土礦很有限，大部分的礦石含有一半的鐵硅和其它雜質(zhì)，不能直接用來煉鋁。有必要尋求一種廉價的方法將氧化鋁提取出來。奧地利化學家拜爾采用煅燒礦石，然后粉碎，再加入氫氧化鈉，使其與氧化鋁反應，生成氫氧化鋁。然后分離出氫氧化鋁，最后加熱使氫氧化鋁分解，就可以得到純凈的礬土了。他們研究發(fā)現(xiàn)：，還有銅鋁合金、銅鋅合金、銅鎳臺金、鎳鋁合金等；，甚至是組成雖然相同，但熱處理方法不同的合金，被“喚醒記憶”恢復原有形狀的溫度就有所不風，即使反復變形上百萬次也不會斷裂。氫是一種高效的燃料，它的比熱是航空煤油的三倍，也就是說1公斤的氫可以代替3公斤煤油，目前任何化學燃料都無法和它相比。更重要的是它是一種潔凈的、無污染的燃料。因為氫燃燒時與氧結(jié)合，剩下的只是水，避免了產(chǎn)生有害的廢棄物。通常，人們只是把易與氫氣結(jié)合成金屬氫化物的合金才稱為“儲氫合金”。金屬為什么具有儲氫的本領呢? 因為氫是一種很活潑的元素，能與許多金屬起化學反應。一個金屬原子能與兩個、三個或更多的氫原子結(jié)合，生成穩(wěn)定的金屬氫化物，同時放出熱量。當稍微加熱，金屬氫化物吸收熱量后，就會分解出高純度的氫氣。研究表明，能滿足儲氫材料基本條件的合金，其成分中的主要元素有鎂、鈦、鈮、釩、鋯和稀土類金屬，添加元素有鉻、鐵、錳、鈷、鎳、銅等?，F(xiàn)在研究開發(fā)的合金，有鑭鎳、鈦鐵、鎂鎳、混合稀土、非晶態(tài)類儲氫合金。儲氫合金有很好的吸附性能，不需要高壓高溫就能貯存氫和釋放氫，并且兩者的數(shù)量很大，而且吸附性能也不會因反復貯藏、釋放而減弱，因而特別適用于貯藏和運輸氫，其理論貯氫量可為同體積高壓貯氣瓶的1000—1300倍，而且不會形成氫氣壓力，使之成為可靠的貯氫手段。晶須是一種直徑為幾微米到幾十微米、長度可達數(shù)厘米的單晶體，可以在自然界生成，也可由人工制成。它強度極高，接近晶體的理論強度。因晶須十分細小，故一般不能獨立使用，但可編織成線材或與其他聚合物復合成纖維增強復合材料。經(jīng)現(xiàn)代的X射線衍射技術顯示，晶須內(nèi)部的原子完全按照同樣的方向和部位排列。這是一種沒有任何缺陷的理想晶體。而在一般金屬中，雖說總體上原子是有規(guī)則排列的，但局部地方，一些原子的排列并不規(guī)則，因而，晶體構造中產(chǎn)生了缺陷。設想：將硝化纖維薄膜夾在兩層玻璃中間，設法把它們粘成一體，就可以做成不傷人的安全玻璃。困難：硝化纖維“脾氣暴躁”，見火就燒．有時溫度一高還會自己燒起來。怎樣使它與玻璃緊密結(jié)合起來？ 方案：?——粘合牢度太低。，再趁軟把硝化纖維壓在一起?——實驗不是著火就是爆炸，太危險。所謂先進陶瓷，是以高純、超細的人工合成的無機化合物為原料，采用精密控制的制備工藝燒結(jié)而成的，比傳統(tǒng)陶瓷性能更加優(yōu)異的新一代陶瓷。先進陶瓷又稱為高性能陶瓷、精細陶瓷、新型陶瓷或高科技陶瓷。先進陶瓷按化學成分可分為氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、硼化物陶瓷、硅化物陶瓷、氟化物陶瓷、硫化物陶瓷等。(1)陶瓷的耐熱性好，這可以提高發(fā)動機的工作溫度，從而使發(fā)動機效率大大提高。例如，對燃氣輪機來說，目前作為其制造材料的鎳基耐熱合金，工作溫度在1000℃左右；若采用陶瓷材料，工作溫度可達1300℃，使發(fā)動機．效率提高30％左右。(2)工作溫度高，可使燃料充分燃燒，尾氣中的污染成分大大減少。這不僅降低了能源消耗，而且減少了環(huán)境污染。(3)陶瓷的熱傳導性比金屬低，這使發(fā)動機的熱量不易散發(fā)，可節(jié)省能源。(4)陶瓷具有較高的高溫強度和熱穩(wěn)定性，這可延長發(fā)動機的使用壽命。目前，這種陶瓷滾動軸承已經(jīng)問世。陶瓷滾動軸承具有下列優(yōu)點：(1)陶瓷的耐蝕性好，所以陶瓷滾動軸承適合于在有腐蝕性介質(zhì)的惡劣環(huán)境中工作；(2)陶瓷滾動體的密度比鋼低，轉(zhuǎn)動時對外圈的離心作用力可降低40％，故使用壽命長；(3)陶瓷的熱膨脹系數(shù)比鋼小，在軸承的間隙一定時，允許在溫差變化較大的環(huán)境中工作；(4)陶瓷的彈性模量比鋼高，具有較好的剛度，有利于提高工作速度，達到較高的精度。人造金剛石：金剛石是大家熟悉的高級裝飾品，又是已知材料中最硬的，由于天然金剛石礦床不多，故價格很貴。而商業(yè)上、工業(yè)上都有很大需求，于是人們希望能夠人工合成。金剛石和石墨都是有碳元素組成，但是兩者的性能卻千差萬別，一個很硬，一個很軟。這為我們?nèi)斯ず铣商峁┝司€索。塑料、合成纖維和合成橡膠，是合成高分子化合物的三大家族。纖維和橡膠都有天然的存在，惟有塑料沒有天然的存在，是人類創(chuàng)造力的產(chǎn)物。雖說塑料的誕生是受自然界的樹脂類物質(zhì)啟發(fā)而起步的，但在塑料的發(fā)展過程中，完全是人類以豐富的想象力和艱苦卓絕的努力，才創(chuàng)造出這一個嶄新的材料領域。聚乙烯是由乙烯單體聚合而成，為發(fā)展最快、產(chǎn)量最大的一種熱塑性聚合物。聚乙烯質(zhì)感類似石蠟狀，無味無毒，有良好的耐低溫性、化學穩(wěn)定性、加工性、電絕緣性，但耐熱性不高，只可在80℃下使用。由高壓法所得的聚乙烯，分子質(zhì)量較低，分子的支鏈較多，密度較小，所以又稱低密度聚乙烯(LDPE)，為半透明狀，質(zhì)地柔軟，耐沖擊，常用于制作薄膜、軟管、瓶類等包裝材料及電絕緣護套等。超高分子量聚乙烯(簡稱UHMPE)的分子質(zhì)量達上百萬，使結(jié)晶困難。與普通PE相比，耐磨性、抗沖擊性、自潤滑性、生理相容性、耐蝕性更好，但其硬度、強度、耐熱性低些?？捎糜谀湍ポ斔凸艿?、機床耐磨導軌、小齒輪、人工關節(jié)、防彈衣、滑雪板等。最輕且價低的塑料：聚丙烯(PP)聚丙烯是由丙烯單體聚合而成的熱塑性聚合物，常用的PP，耐蝕性、電絕緣性優(yōu)良，力學性能、耐熱性（可達150 ℃）在通用熱塑性塑料中最高，耐疲勞性好，是常見塑料中密度最低、價格最低的塑料，但低溫脆性大及耐老化性不好。其無味無毒，是可進行高溫熱水消毒的少數(shù)塑料品種之一。最鮮艷且成形性特好的塑料：聚苯乙烯（PS）聚苯乙烯為苯乙烯單體聚合而成的典型線型無定形熱塑性塑料。PS極易染成鮮艷色彩，透明度僅次于有機玻璃，制品表面富有光澤；幾乎可用各種成形方法進行成形加工，成形收縮特小，可成形性非常突出；電絕緣性（特別是高頻絕緣性）極好，剛性好、脆性大，為敲擊時惟一有清脆的類似金屬聲的塑料；其無味無毒，但抗沖擊強度低，易脆裂；不耐高溫（100 ℃以下使用），戶外長期使用易變黃變脆。與“尼龍—66”相比，聚酯纖維的優(yōu)點：。它彈性足，尤其是彈性模量要比尼龍66高2～3倍，不容易產(chǎn)生折皺，經(jīng)熨燙后有“一朝定型，永不變形”的功效。聚酯纖維既不怕高溫又耐得低溫。將其在150℃的熱空氣中加熱1000小時，還能保持50％以上的強度，而尼龍66在此溫度下差不多已經(jīng)“毀尸滅跡”了。聚酯纖維的熔化溫度高達250℃、但在零下100℃的低溫環(huán)境中也不會降低性能。；它在干燥情況下強度與尼龍66不相上下、而且在潮濕條件下依然如故。尼龍66受潮后強度會下降10％～15％，聚酯的抗沖擊能力比尼龍要強整整4倍。3.“生命力”旺盛。把它放在玻璃瓶里曬上一年，強度并沒有太大的降低，而如果換成尼龍，同樣曬一年，強度會有大幅度的下降。、汽油等有機溶劑，不怕含氯的氧化劑，不怕稀酸、稀堿溶液的腐蝕作用。橡膠、人稱“彈性之王”，最大的特點是富有彈性，可以在外力作用下伸長七八倍。但外力一消失，又迅速恢復其原來的長度。除了彈性好以外，橡膠還有防水、絕緣、氣密、抗震、耐磨等一系列優(yōu)良性能。橡膠是當今社會不可缺少的重要戰(zhàn)略物資，是現(xiàn)代人生活中非常熟悉的材料之一。橡膠家族分為天然的和人工合成的兩大分支。無論是天然橡膠，還是合成橡膠，都是化學家們付出了大量辛勤的勞動后，才得以進入人類生活的。人造“大然橡膠”與真正天然的橡膠相比，可以說是“巧手勝天成”的杰作。它的彈性、耐磨性、耐溫性、氣密性等各項性能指標都與天然橡膠相同，甚至它的缺點也和天然橡膠一樣——耐油性不太好。不同在于它在合成時的原料特別純，所以產(chǎn)品中不含天然橡膠里常有的植物蛋白及脂肪等雜質(zhì)，電絕緣性能比天然橡膠好，耐老化的時間也更長。