设计材料发展史

1.第一代材料

第一代材料以石器时代的石器、骨器等天然材料

为主。石器时代。是考古学对早期人类历史分期的第

一个时代、即从出现人类到铜器的出现、大约始于距

今二三百万年、止于距今6000至4000年左右。这一

时代是人类从猿人经过漫长的历史、逐步进化为现代

人的时期. 石器时代也分旧石器时代和新石器时代。

石器，坦桑尼亚奥杜韦峡谷发现的最早石制工具，大约距今200万年左右，其典型的石器是用砾右打制的砍砸器。

在旧石器时代制作石器最原始的办法，是把一块石头加以敲击或碰击使之形成刃口，即成石器。打制切割用的带有薄刃的石器，则有一定的方法和步骤：先从石块上打下所需要的石片，

再把打下的石片加以修整而成石器。初期，

石器是用石锤敲击修整的，边缘不太平齐。

到了中期，使用木棒或骨棒修整，边缘比

较平整了。及至后期，修整技术进一步提

高，创造了压制法。压制的工具主要是骨、

角或硬木。用压制法修整出来的石器已经

比较精细。旧石器时代石器

到新石器时代，石器制造技术有了很大进

步。首先，对石料的选择、切割、磨制、钻孔、

雕刻等工序已有一定要求。石料选定后，先打

制成石器的雏形，然后把刃部或整个表面放在

砺石上加水和沙子磨光。这就成了磨制石器。

新石器时代石器

骨器，顾名思义骨头制品，骨制品包括动物的骨、角、牙制品。原始人类发达的狩猎业和畜牧业，为骨制品的问世和应用流行提供了前提和条件。据考古资料，骨制品的历史源远流长，与石制品、木制品一样，同属人类最早开发利用的生产或生活用品

最早的骨制品,可上溯到旧石器时代的阿舍利文化期, 阿舍利文化的石器手斧, 被研究者认为是用骨棒或木棒在火石结核上交互打制而成的, 这种打制手斧的骨棒, 便是最早的骨制品。利用骨质工具对

石器进行细致的二次加工, 这在莫斯特文化中也表现得十分明显。到了旧石器时代晚期, 骨制品的制作利用已发展到一个较高的水平阶段, 骨器和象牙器已被广泛利用, 流行的骨制品种类很多, 有鱼叉、针、标枪、投矛器、弓箭、尖头器柄穿孔器柄、穿孔牙饰和贝壳、手镯、串珠项链、垂饰。骨器

新石器时代的骨制品。在应用范围和加工种类上都较前此时期有了进一步的发展。工艺水平也有所提高。骨制品并成为各文化中所见的最主要的遗物之一, 具有与石器一样的广泛的, 普遍的流行性。此时期的骨制品器类主要见有骨篦子、骨纺锤、骨鱼钩、鱼叉、骨扣、骨针、锥、钩、锄、斧、短剑、箭镞、鱼镖等等。

2.第二代材料

第二代材料以陶、青铜和铁等从从矿物中提取出来的材料为主。

陶器，陶器的发明，是人类文明发展的重要标

志，是人类第一次利用天然物，按照自己的意志，创造出来的一种崭新的东西。人们把粘土加水混和后，制成各种器物，干燥后经火焙烧，产生质的变化，形成陶器。它揭开了人类利用自然、改造自然的新篇章，具有重大的划时代的意义。陶器的出现，标志着新石器时代的开端。陶器的发明，也大大改善了人类的生活条件，在人类发展史上开辟了新纪元。

陶器

陶器究竟是怎样发明的，目前还缺乏可靠的材料予以详尽地说明。摩尔根《古代社会》一书的注引中指出：“古奎是九世纪最早提出陶器发明的第一个人，即人们将粘土涂于可以燃烧的容器上以防火，其后，他们发现只是粘土一种可以达到这种目的。因此，制陶术便出现于世界之上了”。恩格斯在《家庭、私有制和国家的起源》一书中进一步指出：“可以证明，在许多地方，也许是一切地方，陶器的制造都是由于在编制的或木制的容器上涂上粘土使之能够耐火而产生的。在这样做时，人们不久便发现，成型的粘土不要内部的容器，也可以用于这个目的”。陶器的发明并不是某一个地区或某一个部落古代先民的专利品，它是人类在长期的生活实践中，任何一个古代农业部落和人群，都能各自独立创造出来。

中国古代先民至少在1万年以前就已掌握

了制作陶器的技术，并已懂得了在做炊器用的陶

器中要加进砂粒，以防烧裂。

陶器的发明，在制造技术上是一个重大的突破。用泥土烧制的陶器，既改变了物体的性质，又塑造出便于使用的形状。它使人们在处理食物时，除了烧烤之外，又增加了蒸煮的方法。在长期的生活实践中不断总结、提高，因而在制作技术、器物造型和装饰方面，都在不断改进，创造和制作了一批批精美的生活用品与艺术品。陶器是新石器时代先民制造的物品中数量最多的一种，也是这一时期工艺技术水平的代表性器物。陶器

青铜器，青铜器是由青铜（红铜和锡的合金）制成的各种器具，诞生于人类文明的青铜时代。由于青铜器在世界各地均有出现，

所以也是一种世界性文明的象征。最早的青铜器出现于约5000年到6000年间的西亚两河流域地区。苏美尔文明时期的雕有狮子形象的大型铜刀是早期青铜器的代表。青铜器在2000多年前逐渐由铁器所取代。中国青铜器制作精美，在世界各地青铜器中堪称艺术价值最高。中国青铜器代表着中国在先秦时期高超的技术与文化。青铜器

铁器，铁器是以铁矿石冶炼加工制成的器物。铁器的出现使人类历史产生了

划时代的进步。在世界上最早进行人工炼铁的

是居住在小亚细亚的赫梯人，年代约在公元前

1400年左右。前1300～前1100年，冶铁术传

入两河流域和古埃及，欧洲的部分地区于前

1000年左右也进入铁器时代。但当时冶炼的都

是块炼铁，一直到中世纪末（1400年左右）欧

洲发明水力鼓风炉以后，才出现冶炼生铁。

铁器

春秋战国时代是中国的早期铁器时代。虽然商代铁刃铜钺的发现，表明金属铁早在3000 多年前即已被中国人认识，但是中国开始冶铁和使用铁器的确切时间仍是在春秋时期。最早的人工冶炼的铁器--铜柄铁剑出土于甘肃省灵台的一座春秋早期墓中。初期制作的铁器多为削、刀等一些小工具。1976年，湖南省长沙杨家山65 号墓（相当春秋晚期）中甚至还出土了一把锻制的中碳钢剑，长38.4 厘米。经鉴定：它含碳达0.5％左右，并经过高温退火处理，金相组织比较均匀。战国中期以后，铁工具在农业

和手工业中逐渐替代传统的铜工具而取得支配地

位，在社会生产和生活中发挥着巨大的作用。炼铁技术也不断提高，铁器遍布七国，并传播到北方的

匈奴和南方的百越。冶金业在中国的出现虽然晚于

西亚和欧洲，但它的发展却比它们迅猛，并在以后

的相当长的一段时间，走在世界冶金技术的前列。铁器

春秋战国时代铁器的类型有农具、手工具、兵器及杂器，而以农具和手工具为大宗。与铭刻文字有关的手工具有：锛、凿、锥、锤、刮刀、削、钩、针、锯、斧。《管子·海王篇》称：工匠必有斧、锛、凿、锯、锤，是当时手工艺的真实写照。正如《论语·卫灵公》所言："工欲善其事，必先利其器"。铁工具远比铜工具锋利，它在铭刻文字中的运用，如同毛笔在书写文字中的运用一样，必然引发一场技术革命和艺术革命，这在石刻文字和古玺文字上尤其突出。

第三代材料

第三代材料主要以高分子材料为主。

高分子材料，是以高分子化合物为基础的材料。高分子材料是由相对分子质量较高的化合物构成的材料，包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料，高分子是生命存在的形式。所有的生命体都可以看作是高分子的集合。

高分子材料按特性分为橡胶、纤维、塑料、高分子胶粘剂、高分子涂料和高分子基复合材料等。

①橡胶是一类线型柔性高分子聚合

物。其分子链间次价力小，分子链柔性好，在外力作用下可产生较大形变，除去外力后能迅速恢复原状。有天然橡胶和合成橡胶两种。橡胶

②高分子纤维分为天然纤维和化学纤维。前者指蚕丝、棉、麻、毛等。后者是以天然高分子或合成高分子为原料，经过纺丝和后处理制得。纤维

的次价力大、形变能力小、模量高，一般为

结晶聚合物。

③塑料是以合成树脂或化学改性的天

然高分子为主要成分，再加入填料、增塑剂

和其他添加剂制得。其分子间次价力、模量

和形变量等介于橡胶和纤维之间。通常按合

成树脂的特性分为热固性塑料和热塑性塑

料；按用途又分为通用塑料和工程塑料。塑料瓶

④高分子胶粘剂是以合成天然高分子化合物为主体制成的胶粘材料。分为天然和合成胶粘剂两种。应用较多的是合成胶粘剂。

⑤高分子涂料是以聚合物为主要成膜物质，添加溶剂和各种添加剂制得。根据成膜物质不同，分为油脂涂料、天然树脂涂料和合成树脂涂料。

⑥高分子基复合材料是以高分子化合物为基体，添加各种增强材料制得的一种复合材料。它综合了原有材料的性能特点，并可根据需要进行材料设计。高分子符合材料也称为高分子改性，改性分为分子改性和共混改性。

⑦功能高分子材料。功能高分子材料除具有聚

合物的一般力学性能、绝缘性能和热性能外，还具

有物质、能量和信息的转换、磁性、传递和储存等

特殊功能。已实用的有高分子信息转换材料、高分

子透明材料、高分子模拟酶、生物降解高分子材料、

高分子形状记忆材料和医用、药用高分子材料等。保水剂

第四代材料

第四代材料主要以复合材料为主

复合材料，是由两种或两种以上不同性质

的材料，通过物理或化学的方法，在宏观上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、橡塑复合材料石墨、碳等。增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝和硬质细粒等

复合材料的发展和应用复合材料是指由两种或两种以上不同物质以不同方式组合而成的材料，它可以发挥各种材料的优点，克服单一材料的缺陷，扩大材料的应用范围。由于复合材料具有重量轻、强度高、加工成型方便、弹性优良、耐化学腐蚀和耐候性好等特点，已逐步取代木材及金属合金，广泛应用于航空航天、汽车、电子电气、建筑、健身器材等领域，在近几年更是得到了飞速发展。

随着科技的发展，树脂与玻璃纤维在技术上不断进步，生产厂家的制

造能力普遍提高，使得玻纤增强复合材料的价格成本已被许多行业接受，但玻纤增强复合材料的强度尚不足以和金属匹敌。因此，碳纤维、硼纤维等增强复合材料相继问世，使高分子复合材料家族更加完备，已经成为众多产业的必备材料。目前全世界复合材料的年产量已达550多万吨，年产值达1300亿美元以上，若将欧、美的军事航空航天的高价值产品计入，其产值将更为惊人。从全球范围看，世界复合材料的生产主要集中在欧美和东亚地区。近几年欧美复合材料产需均持续增长，而亚洲的日本则因经济不景气，发展较为缓慢，但中国尤其是中国

内地的市场发展迅速。据世界主要复合材料生产商PPG公司统计，2000年欧洲的复合材料全球占有率约为32%，年产量约200万吨。与此同时，美国复合材料在20世纪90年代年均增长率约为美国GDP增长率的2倍，达到4%~6%。2000年，美国复合材料的年产量达170万吨左右。特别是汽车用复合材料的迅速增加使得美国汽车在全球市场上复合材料电缆支架重新崛起。亚洲近几年复合材料的发展情况与政治经济的整体变化密切相关，各国的占有率变化很大。总体而言，亚洲的复合材料仍将继续增长，2000年的总产量约为145万吨，预计2005年总产量将达180万吨。

从应用上看，复合材料在美国和欧洲主要用于航空航天、汽车等行业。2000年美国汽车零件的复合材料用量达14.8万吨，欧洲汽车复合材料用量到2003年估计可达10.5万吨。而在日本，复合材料主要用于住宅建设，如卫浴设备等，此类产品在2000年的用量达7.5万吨，汽车等领域的用量仅为2.4万吨。不过从全球范围看，汽车工业是复合材料最大的用户，今后发展潜力仍十分巨大，目前还有许多新技术正在开发中。例如，为降低发动机噪声，增加轿车的舒适性，正着力开发两层冷轧板间粘附热塑性树脂的减振钢板；为满足发动机向高速、增压、高负荷方向发展的要求，发动机活塞、连杆、轴瓦已开始应用金属基复合材料。为满足汽车轻量化要求，必将会有越来越多的新型复合材料将被应用到汽车制造业中。与此同时，随着近年来人们对环保问题的日益重视，高分子复合材料取代木材方面的应用也得到了进一步推广。例如，用植物纤维与废塑料加工而成的复合材料，在北美已被大量用作托盘和包装箱，用以替代木制产品；而可降解复合材料也成为国内外开发研究的重点。

另外，纳米技术逐渐引起人们的关注，纳米复合材料的研究开发也成为新的热点。以纳米改性塑料，可使塑料的聚集态及结晶形态发生改变，从而使之具有新的性能，在克服传统材料刚性与韧性难以相容的矛盾的同时，大大提高了材料的综合性能。

第五代材料

第五代材料是材料的特征随环境和时间而变化的复合材料，也称智能材料。

智能材料，是一种能感知外部刺激，能够判断并适当处理且本身可执行的新型功能材料。智能材料是继天然材料、合成高分子材料、人工设计材料之后的第四代材料，是现代高技术新材料发展的重要方向之一，将支撑未来高技术的发展，使传统意义下的功能材料和结构材料之间的界线逐渐消失，实现结构功能化、功能多样化。科学家预言，智能材料的研制和大规模应用将导致材料科学发展的重大革命。一般说来，智能材料有七大功能，即传感功能、反馈功能、信息识别与积累功能、响应功能、自诊断能力、自修复能力和自适应能力。

智能材料的构想来源于仿生（仿生就是模仿

大自然中生物的一些独特功能制造人类使用的

工具，如模仿蜻蜓制造飞机等等），它的目标就是想研制出一种材料，使它成为具有类似于生物的

各种功能的“活”的材料。因此智能材料必须具备感知、驱动和控制这三个基本要素。但是现有的材料一般比较单一，难以满足智能材料的要求，所以智能材料一般由两种或两种以上的材料复合

构成一个智能材料系统。智能复合材料这就使得智能材料的设计、制造、加工和性能结构特征均涉及到了材料学的最前沿领域，使智能材料代表了材料科学的最活跃方面和最先进的发展方向。

以上就是我了解到的材料发展史，谢谢观赏！