郝士明

(东北大学 材料学院， 沈阳 110819)

材料发展大事记

郝士明

(东北大学 材料学院， 沈阳 110819)

这是为拙作《材料图传》补写的大事记，计257件，内容限于该书范围.蒙各方厚爱，《材料图传》出版后，读者反馈了很多肯定性意见.但也指出，书中涉及的材料相关事件很多，而书中内容是按分类叙述的，致使事件时序交叉反复，难以把握各事件的总体时间顺序.而事件自然时序本身也是具有科学意义的.鉴于该书再版时间制约因素尚多.谨先以此形式答报各方读者的关心.

续表 年大事件书节序BC15世纪瓷器于BC1500年的商初发端，被称作“原始瓷”；到东周时期(BC7世纪左右)的越窑青瓷已近于成熟期．东汉(AC2世纪)的越窑青瓷达到了稳定的高水平期．2 2 17BC12世纪BC1182年赫梯被邻国亚述王国攻灭．开战前亚述先盗取了赫梯的块炼铁技术，使其铁制武器优势丧失．此后块炼铁技术传入周边各国．2 2 7BC9世纪块炼铁技术传入我国：河南三门峡遗址中西周末年之玉柄虢季剑，为渗碳块炼铁剑．2 2 8BC8世纪中国发明铸铁制造技术．山西天马-曲村遗址发现西周前期铸铁残片．2 2 9BC8世纪中国春秋时期起，将铸铁用于犁锄等农具，至战国盛行，农业生产获大发展．2 2 9BC6世纪BC5～6世纪印度出现乌兹钢技术：用坩埚熔制2公斤以下的高碳钢锭，能经锻造制成刀剑，如大马士革剑．技术神秘，成品率极低，价格如金．2 3 5BC5世纪儒家经典《周礼》冬官《考工记》详细记载了2500年前的青铜合金的成分、性能及用途．是最早的金属材料百科经典．2 2 5BC3世纪中国战国晚期，已经能够将厚度不大的铸铁件，高温加热脱碳锻打，制成含碳量相当于钢的器物．2 2 10BC2世纪中国发明重大制钢技术“炒钢”的证据：徐州狮子山西汉楚王陵遗址发现炒钢制铁矛．2 2 11105中国东汉黄门官蔡伦总结前人经验，将造纸原料扩大到树皮、废网等，最终发明优质、价廉、资源可持续的，具有广泛应用价值的造纸术．2 2 15184中国发明百炼钢、灌钢等大量制取钢制品的特殊锻造方法．2 2 121450德国工匠古登堡成为第一位留下姓名的金属材料发明者．他1450年发明的Pb-Sn-Sb合金用于制造印刷铅字．是通过活字印刷传播文化的起点之一．2 2 211556德国医生阿格里科拉的遗著《冶金学》出版．明末德传教士汤若望译该书成中文，取名：《坤舆格致》．美国31任总统胡佛在任职总统前，曾将该书译成英文，发表在《矿冶杂志》上．此书图文并茂，是矿冶领域开山之作．2 2 211638伽利略创建材料力学．1678年英国科学家胡克测定材料弹性模量．1620～1680年法国科学家马利奥特测定了木材的拉伸性能．2 4 21665英国科学家胡克1660年代制作复式显微镜，观察微观世界，1665年其巨著《微观图画》出版．图集中用铅笔忠实地描绘出植物细胞，昆虫复眼等微观细节．几乎同时，荷兰先驱者列文虎克用单镜头显微镜发现了微生物．2 4 416881688年法国的纳夫制出大块抛光玻璃，玻璃工业文明开始．这之前的几个里程碑是：1226年英国首次制出玻璃宽板，1330年法国首次制出冕牌玻璃，1620年英国首次制出吹制玻璃板等．2 3 101709英国工匠达比父子发明煤干馏制取焦炭．利用焦炭的高强度解决了炉料支撑和通风问题，大幅度提高了高炉水平．1729年第二代达比建成近代高炉，完成由木炭向焦炭的转变，英国成为制铁大国．2 3 11750英国工匠洪兹曼父子研究继承了乌兹钢秘密，探索出用坩埚炼制少量高碳钢的技术．成为谢菲尔德工具钢品牌．1850年后德国克虏伯家族将其引入到德国，用于生产军工产品．2 3 517501750年英国的多龙德用折射率不同的玻璃制凹透镜(燧石玻璃)和凸透镜(冕牌玻璃)，合成后使不同颜色光线聚焦在一起，解决了透镜色差问题．2 4 141755英国工程师斯密顿研究发现：要获得水硬性必须采用含粘土的石灰石烧制，为近代水泥研制奠定了理论基础．2 3 10

续表 年大事件书节序1772英国化学家舍勒于1772年，普利斯特里于1773年，各自独立发现了氧气．但普氏却终生相信燃素说；拉瓦锡继续用精确实验，证明氧气是大气的组分之一，约占五分之一，奠定现代化学的基础．2 4 11781瑞典化学家贝格曼创建分析化学．1781年他论证：熟铁、生铁和钢是同类物质，仅含碳量不同．1798年克劳埃特用实验证实了该判断．2 4 11783英国工程师亨利·考特取得刻槽轧辊专利，实现水力驱动的可锻铁压力加工．2 3 21784英国工程师亨利·考特发明用焦炭加热的搅拌冶炼反射炉．实现焦炭与冶炼分区减少污染．生铁中加入粉碎的铁矿石．熔化后用铁棒搅拌，使铁水与矿石、热空气充分接触以脱碳，大量制取可锻铁．卡尔·马克思高度评价此发明．2 3 117951795年德国化学家克拉普鲁斯在分析“金红石”时，意识到这里含有新元素．他主张用希腊神话中大地之子“Titanium”来命名该元素．2 3 311796英国工匠帕克用泥灰岩烧制出棕色的水泥，即罗马水泥．又称天然水泥．2 3 918021802年盖-吕萨克明确了绝对温度温标———热力学温标，推定绝对零度是-273℃．从理论上解决了应用气体温度计可测定任意温度，包括高温温度．2 4 71812德国矿物学家莫斯提出一种对物质硬度分级的方法，称为莫氏硬度．这种硬度数字只是级别符号，并无物理意义．2 3 221813法国技师毕加发现石灰和粘土按三比一混合可制成水泥．2 3 918201820～1822年，英国科学家法拉第在贝塞麦发明炼钢法之前，开始研究合金钢基础问题．他建立了研究Fe-M(合金元素)二元合金性质的经典方法．2 3 618211821年德国科学家塞贝克发现：两种不同金属组成一个回路，当一个节点被加热时这个回路周围将出现磁场，使磁针偏转．2 4 71824英国工匠约瑟夫·阿普丁父子发明水泥．真正实现了“物美价廉”：水硬性好、强度高、原料丰富、价格便宜．也称“波兰特水泥”，即现代水泥．2 3 91825丹麦科学家奥斯特，用钾汞齐还原无水氯化铝，再蒸发掉汞，第一次制得了纯铝．人们称奥斯特是制铝第一人，他也是电流磁场的发现者．2 3 161827德国科学家沃勒用钾还原无水氯化铝制得少量铝粉．1845年他使氯化铝气体通过熔融金属钾，制得少许铝珠，用此测定了铝的密度、延展性和熔点等．2 3 161833英国科学家法拉第发现Ag2S与金属相反，当温度提高时其电阻变小，导电性增强．还发现多种化合物都有这种规律，只是Ag2S最明显．这是半导体的最初发现．该特征后被称作半导体第一特征．2 3 251839美国冶金工程师巴比特发明了一种锡基轴承合金，用来制作轴瓦，极好地解决了旋转轴的支撑和减摩问题．称作巴氏合金．2 3 71839法国物理学家贝克莱尔家族的第二代A E 贝克莱尔，在19岁帮助父亲A C 贝克莱尔做实验时，发现光生伏打效应，后被称作半导体第二特征．2 3 2518441819年苏格兰化学家马金托希发现橡胶能被煤焦油溶解，可制防水布．1820年兴建了第一个橡胶厂．1828年英国人用胶乳制成防雨布．1844年美国工匠古德伊尔研究成功硫化工艺后，橡胶才真正成为重要实用材料．2 3 1218511851年伦敦首届世界博览会上，约瑟夫·帕克斯顿的全部使用大块玻璃和型钢的设计大获成功，效果轰动．大大节约了经费．成为玻璃建筑先驱．2 3 10

续表 年大事件书节序1856英国工程师贝塞麦发明空气底吹转炉炼钢．1856年，贝塞麦豪迈宣布他的发明：“考特的渣铁难分、不停锻造的时代过去了！做好铸型吧！，准备把钢铸成各种需要的形状吧！”从此开始了由可锻铁转变为钢的时代．2 3 31856法国化学家德维尔1854年用钠还原氯化铝制出纯铝，成本极高．1855年他制得的纯铝在巴黎世界博览会上展出，价格比白金还昂贵．2 3 161860法拉第1826年最早明确橡胶的化学式为C5H8．1860年C G 威廉斯从天然橡胶中分离出了C5H8，取名异戊二烯；1879年G 布查德用热裂解法制得了异戊二烯，并制成弹性体．得出结论：合成橡胶是可能的．2 3 1318601807年英国力学家托马斯·杨等开创材料弹性理论；1860-1870年间德国学者建立了疲劳强度、屈服强度的概念和测定方法；艾卓1903年建立冲击韧性概念，夏比1904年开创冲击韧性实验研究方法；1920年格里菲斯创立断裂力学理论．2 4 21863英国谢菲尔德钢铁世家继承人索拜是位岩相学家．1863年他用岩相观察的经验和方法，在显微镜下观察钢试样，发现了碳化物和纯铁的微观形态．2 4 51865法国工程师马丁与德国工程师西门子兄弟合作，发明了可以大量冶炼更高质量钢的平炉炼钢法．风靡世界达一个世纪．2 3 41866英国化学家格拉哈姆最早发现了金属钯的储氢特性，形成储氢概念．2 6 161867俄国工程师切尔诺夫根据钢加热后淬火能否变硬，判断出钢存在一种临界温度．只有加热超过此温度才能淬火硬化．2 4 71868英国工程师马谢特发明了镇静钢．他还发明了高碳含量的碳素工具钢．1868年他发明了锰钨空冷自硬钢，被称作“马谢特钢”，可制作高速切削工具．他还发明了CrWMn、9CrSi等工具钢．被尊称“合金钢之父”．2 3 61869美国印刷工约翰·海尔特1869年研究发现：在硝化纤维中再加入樟脑，可热压成各种形状，制成又硬又轫的材料，完全可以代替象牙制作台球．他将这种新材料命名为“赛璐珞”，意为假象牙．这是人类合成的第一个材料．2 3 141871德国化学家阿道夫·拜耳通过研究酚和甲醛的反应，合成出靛蓝并获得了1905年诺贝尔化学奖．但他没注意该反应的产物之一，即沉在玻璃器底的固体残渣．这种固体产物1904年被开发成第一个塑料———酚醛树脂．2 3 151873英国电力工程师史密斯发现，硒的电阻会因为光线的照射而明显变小．这一效应后被称作半导体第四特征．2 3 251873美国科学家吉布斯在1873～1879年推导出相律，成为判断材料相平衡关系的最重要的理论依据．2 4 91874德国物理学家布劳恩在研究晶体的导电性时，发现金属与方铅矿晶体的接触点有整流效应，即导电方向性．后被称作半导体第三特征．2 3 251874德国科学家阿贝研究出物镜成像原理．最关键部分是明确了像的分辨率由物镜孔径、光线波长决定，并形成定量公式．为改进物镜质量指出了方向．2 4 1418771877年德国物理学家莱曼首次观察到液态下的晶化．1888年奥地利植物学家莱茵泽尔在加热胆固醇脂时，发现浑浊溶体突变为清澈液体．经二人联合研究，明确是液态晶体的变化．遂命名了“液晶”．2 6 41879英国年轻书记员托马斯爱好化学，通过在自家业余实验，发明碱性炉衬，解决了炼钢过程中去除有害杂质硫和磷的重大课题．推动了钢质量的提高．2 3 41880法国工程师奥斯蒙，美国工程师豪乌，德国工程师马丁等从1880年代起用金相显微镜观察钢铁的组织，在1900年代初建立起钢铁材料组织学．2 4 6

续表 年大事件书节序1882英国工程师哈德菲尔德发明了耐磨高锰钢，被称作哈德菲尔德钢，我国称锰13钢．该钢自发明以来，一直沿用至今；哈德菲尔德还发明了电工硅钢，即后来大放光彩的硅钢片用钢．哈氏被称为合金钢发展的奠基者．2 3 61886美国材料与试验学会ASTM成立，肩负起制定各类标准、试验方法、协调供需双方质量要求的使命．2 3 81886美国的霍尔和法国的埃鲁特同时于1886年独立发明冰晶石-氧化铝熔盐电解法．通过电解制得了纯铝，成本大降．二人分别在美国和法国取得专利权．2 3 1618861808年英国化学家戴维制取了纯镁，比钛早102年．德国化学家本生1852年发明电解法制镁，德国于1886年建第一个用本生电解法制镁工厂．2 5 191887法国工程师奥斯蒙利用示差热分析方法最早实测了纯铁和钢中的临界温度：910℃(同素异晶转变)，768℃(磁性转变)和723℃(共析转变)．2 4 718881875年德国科学家W 西门子发明电阻温度计；1888年法国化学家勒夏特列发明铂-铂铑热电偶．温差电势比温差电阻更易测量，误差更小，成为测定高温温度的主要方法．2 4 71893中国湖广总督张之洞在任职期间于1889年筹建汉阳铁厂，1893年建成，成为亚洲最大的钢厂．2 3 31895德国物理学家伦琴发现X射线．立刻用来制作人体透视装置；也很快设计出探测材料内部缺陷的仪器．X射线对材料的更大价值是揭示原子排布的结构．2 4 101896瑞士物理学家纪尧姆研制成一种热膨胀系数极小的铁镍合金，称作“因瓦合金”．热膨胀系数远低于任何金属，只有铁的1/10．经适当处理，膨胀系数可接近于零．他因此获1920年度诺贝尔物理奖，这是材料研究唯一的一次获奖．2 3 718961887～1896年，英国科学家罗伯茨-奥斯汀实测了铁-碳合金熔点和重要固态相变温度与含碳量的关系．美国科学家豪乌评论：“这些数据可能被更精确更完整的数据替换，但是他创建的形式是永恒的”．第一个相图诞生．2 4 81897英国工程师沃尔夫-巴瑞推动统一钢梁图纸．1901年沃尔夫-巴瑞主持制定了第一个钢铁产品的英国标准，也是世界上第一个钢铁材料的国家标准．2 3 91898美国工程师泰勒及怀特，进一步提高马谢特钢的钨含量，并加入铬和钒，最终发明了18W-4Cr-1V型高速工具钢，创造了1800米/秒的高切削速度．2 3 61899法国工程师埃鲁特发明三相电弧炉炼钢．通过石墨电极向炉内输入电能，冶金过程更加可控，成分更加准确，钢材质量进一步提高．2 3 41900从1900年到1910年，德国化学家哈里斯测定出橡胶不是异戊二烯小分子的集合体，而是异戊二烯成分的长链大分子，分子量可以达到十万量级．2 3 1319001900年瑞典科学家布林奈尔发明第一个具有物理意义的硬度数值测定法：测单位压痕面积承受的载荷重力．载荷固定时，压痕越大硬度数值越小．2 4 31900荷兰科学家罗泽布姆根据吉布斯相律，对罗伯茨-奥斯汀实测的铁-碳二元相图进行了修正，使之符合相律，成为表征系统热力学关系的重要方式．2 4 81901开发出高碳含量和一定铬含量(可与钢中的碳形成碳化物)的轴承钢，能够适应更高的旋转速度和支撑强度．2 3 71901法国学者勒夏特列为金相显微镜设计了倒置试样的照明光学系统，各国金相显微镜批量生产．2 4 14

续表 年大事件书节序1902法国化学家沃乃吉发明焰熔法制备红宝石单晶体，开辟了人工制作装饰用单晶块状宝石的历史．2 6 101904美国化学家贝克兰在研究酚和甲醛反应时，关注固态残渣的行为．最终在众多竞争对手中率先证明：反应产物能制成一种既具绝缘性，又具可塑性的类似橡胶的物质．这就是第一个合成塑料“酚醛树脂”的诞生．2 3 151904英国工程师富兰克林于1904年，美国工程师多勒于1905年先后开发了压铸技术在机器零件制造上的应用，1927年捷克的波拉克改进了压铸机，使得铝、镁、铜零件均能生产，成为镁制品的主要生产形式．2 5 2019061906年，德国工程师维尔姆经过反复研究，终于通过添加铜实现了铝的有效强化，铝的强度提高了5倍．这是第一个铝合金．因为纯铝太软，新合金就叫作硬铝，即“杜拉铝”．2 3 1719071907年美国发明家海恩斯发明司太立合金．一种高碳的钴铬钨或钴钨合金．明确了：提高碳化物体积分数可大幅度提高硬度，又不会像生铁一样脆．2 3 221908荷兰化学家范拉尔探讨了计算二元合金相图的原理．利用了一种后来被称作“正规溶体近似”的模型．2 6 181910俄国化学家列别捷夫用酒精制出丁二烯，并用金属钠作为催化剂进行液相本体聚合，人工合成了丁钠橡胶．2 3 1319101910年美国化学家亨特首次用Na还原TiCl4制得纯度达99 9%的金属钛．1940年卢森堡科学家克劳尔用镁还原TiCl4，成功地制取了海绵钛．并用氩气电弧炉和水冷铜坩埚重熔海绵钛，获得致密可锻钛，奠定钛工业化基础．2 3 31191220世纪初英国冶金学家亨利·布雷尔利在研究各种成分钢的性能时发现，大部分保存试样已锈蚀，但含碳0 24%、含铬12 8%的试样却光洁如初，据此发明了Cr13型不锈钢．哈特菲尔德1924年发明了18-8型镍铬不锈钢．2 3 181912德国物理学家劳厄认为：只要X射线波长和晶体中的原子间距具有相同数量级，在用X射线照射晶体时就能观察到干涉现象．1912年他与合作者用实验证实了此判断．2 4 111912德国物理学家劳伦斯·布拉格与其父亨利·布拉格利用原子面反射概念，成功地解释了劳厄的实验结果．并以更简洁的方式解释了X射线晶体衍射，提出著名的布拉格方程．2 4 111914旅美瑞士学者埃尔曼发明磁导率远大于Fe-Si合金的新型软磁材料，一种Fe-Ni合金．后被称作“坡莫合金”．1924～1947年获得不断改进．2 3 191914科学家考尼伯格根据固体导电特征，将其分成导体、绝缘体和半导体(当时称“可变导体”)．这是半导体科学概念的首次提出．1931年英国物理学家威尔逊提出半导体能带理论，是半导体科学概念成熟的标志．2 3 2519141907年由奥地利科学家路德维克设计，美国工程师洛克威尔兄弟1914年开发出的洛氏硬度计．使用顶角120°圆锥形金刚石做压头，主要针对高硬度材料，测定压入深度．测定中、低硬度材料时用淬火钢球压头．2 4 31916日本东北大学本多光太郎教授发明KS钢．一种含钴含钨的高碳钢．这是第一个人造永磁材料．最大磁能积比普通合金钢高1倍以上．2 3 191916波兰科学家丘克拉斯基发明晶种提拉法制备大尺寸单晶，被称作丘克拉斯基法或CZ法．对半导体、人工晶体材料、金属材料研究贡献巨大．2 6 1019201920年代汽车减速箱齿轮的切削加工费超过成本的3/4，受此启发，开始设计专用的含硫“易切削钢”．1937年出现了自动机床专用易切削钢．2 3 23

续表 年大事件书节序19201920年德国化学家斯陶丁格的“论聚合”划时代论文发表，提出了“高分子”、“长链大分子”等概念．聚合理论提出后，大量新聚合物被制造出来：聚氯乙烯(1928)，聚苯乙烯(1930)，高压聚乙烯(1935)等．2 4 221921英国维克斯公司工程师史密斯和桑德兰1921年开发出维氏硬度计．压头金刚石是顶角136°四面锥体，压痕呈更大的正方形，提高了测量精度．硬度值是单位压痕面积上的载荷重力．可以测定任何材料的硬度包括显微硬度．2 4 319221922年，瑞典学者威斯特格林等用高温X射线衍射法证明：纯铁只有两种晶体结构：体心立方α相和面心立方γ相，排除了低温β相和高温δ相．2 4 121922法国晶体学家弗里德尔根据分子的排列特征将液晶分为三类：(1)向列型，(2)层列型，(3)胆甾型．2 6 41923德国科学家施勒特尔采用粉末冶金法，制备了碳化钨体积分数超过80%的硬质合金．近20%的钴是粘结剂．事实证明：粉末冶金是制备这种材料唯一可行的方法．WC的硬度为HV1400～1800，而熔点在2800℃以上．2 3 221923美国科学家贝茵1923年在Cu-Au系统Cu3Au和CuAu3特殊成分比的固溶体的X射线衍射结果中，找到了原子有序排布证据———超结构衍射线．2 4 1219261926年保罗·迈瑞卡(P·Merica)申请的在镍铬合金中添加少量铝的专利，是超合金的发端．超合金，主要指镍基高温合金．一系列科技工作者继续对它的发展做出了重要贡献．2 3 2719261926年芬克和坎贝尔证明，钢淬火得到的马氏体，并非体心立方相，而是体心正方相，只是正方度a/c接近于1．钢马氏体正方化是高硬度产生的原因．正方化起因于碳的溶入．1927年苏联学者库尔久莫夫也得到相同结果．2 4 121926苏联物理学家雅科夫·弗伦克尔经理论分析估算，晶体材料的屈服强度约等于切变弹性模量的六分之一．单晶铜切变弹性模量约9300MPa，理论屈服强度应为1540MPa；实测屈服强度只有1MPa．这说明理论存在严重缺陷．2 4 171926德国物理化学家塔曼在1912年提出：所有相变都是通过第一步“形核”，和第二步“长大”完成的．沃尔默继承发展了这一观点：所有熔化与凝固、同素异晶转变都是如此．1926年沃尔默得出实验规律，建立了形核理论．2 4 1919271927年苏联学者库尔久莫夫与导师萨克斯一起，测得钢中马氏体和母相的位向关系，明确了马氏体相变的切变特征，和无扩散性质．2 4 20，2 4 1219291929年德国医生福伯曼为探索临床心导管检查，将650毫米长的橡胶导尿管，插入自己的肘静脉并送至右心房．步行到另一楼层的放射线科，向导管内注入显影剂，记录下人类历史上第一张心导管X射线影像．2 6 111930由于渗碳表面处理的重要性，各国开发出一些适合于利用渗碳工艺实现表面强化的专用钢种，如20CrMnTi、12Cr2Ni4W等．2 3 231931日本东京大学教授三岛德七发明Fe-Ni-Al系合金MK钢，并申请了专利．永磁性能超过KS钢．本多光太郎闻讯组织队伍赶超，1933年发明了新KS钢，性能稍超过MK钢一点，却付出了合金成本大幅度提高的代价．2 3 201933英国学者奥利弗在MK钢和新KS钢之的基础上，发明高性能永磁合金“Alnico(铝镍钴合金)”．永磁性能达到前所未有的新高度．2 3 201933日本东京工业大学教授加藤与五郎和武井武合作，创制出铁氧体永磁材料，当时称OP磁石(即氧化物永磁体)．在世界上开启了一个氧化物磁性材料的新时代．粉末冶金工艺发挥了决定性作用，成为性价比最好的磁性材料．2 3 21

续表 年大事件书节序1934英国物理学家泰勒、匈牙利科学家欧罗万和波浪依1934年不约而同地提出：晶体都不是完整的，都会存在一种叫做“位错”的缺陷，可使滑移容易进行．预先存在的位错，可解释为什么实际屈服强度只有理论估算值的千分之一．2 4 171935荷兰菲利浦公司物理学家斯诺克，研制出性能优良的尖晶石结构含锌软磁铁氧体，1946年实现规模生产．1956年研究出亚铁磁性Y-Fe-O铁氧体．2 3 211935美国化学家卡罗塞斯发明尼龙，学名为聚酰胺，英文简称为PA．标志三大合成材料的最后一个：合成纤维发明完成．尼龙有“第一人造纤维”美称．1939年实现工业化．后来尼龙还成为“第一工程塑料”．2 3 291936苏联物理学家朗道1936-1937年间探明二级相变的原子间相互作用根源．成为著名的“朗道十诫”之一．材料中的二级相变包括金属中的磁性转变、固溶体中的有序-无序转变、常导态-超导态转变等．2 4 201937美国和日本发明了含铅易切削钢；1963年德国发明含钙易切削钢．几乎完全消除了夹杂物对机械性能的不利影响．2 3 2319371937年法国学者纪尼叶及英国学者普莱斯顿几乎同时用X射线衍射劳厄相特征给出了在Al-Cu合金中发生铜原子富集(GP区)的解释．材料学家无法用显微镜解释的杜拉铝时效硬化，第一次获得了理论认知．2 4 1219371990年代人们发现：早在1937年，苏联概率论大师考尔莫高洛夫比美国学者迈尔和阿弗拉米早两年，已在苏联科学院《科学》杂志上发表了相变动力学内容与J-Mehl-Avrami方程相同的论文，数学更加严整．2 4 1919381930年B F 谢菲尔德提出第一种淬透性标准试验方法．1938年伯恩斯等提出了SAC法，适合低淬透性钢的表征；1938年乔米尼设计了末端淬火法，适合中、高淬透性的表征，沿用至今．2 3 2419381938年美国欧文斯-科宁玻璃纤维公司成立．玻璃纤维不仅能够弹性变形，而且有很高的屈服强度，可以高达2000MPa．2 3 301939德国科学家卢斯卡1933年制成了二级放大的电子显微镜，获得金属纤维的1万倍放大像．卢斯卡1937年应西门子公司之邀建立超显微学实验室．1939年西门子公司最早制造出分辨率达30埃的实用电子显微镜，批量生产．2 4 1519391939年美国科学家柏格斯对位错做了更科学的描述：可以用一个矢量来表征位错的基本性质．后被称作柏氏矢量，被广泛采用．由该矢量还自然引出了螺型位错的概念，使位错线可以成为一条完整的环状线．2 4 181939美国冶金学家迈尔等在1939年提出，自发形核相变体积分数与时间关系的Johnson-Mehl方程．美国化学家阿弗拉米(Avrami)在1939年《化学物理杂志》上也发表了内容完全相同的方程式．化学家称之为阿弗拉米方程．2 4 191940蠕变是固体材料在远低于屈服强度的应力下的缓慢永久性变形．蠕变的第一个定量模型是纳巴罗与赫尔令等在1940年代提出的扩散机制模型．当材料被加热，蠕变因温度升高而加剧．在熔点附近蠕变会剧烈加速．2 4 2119411941年加拿大工程师皮江发明外热蒸馏罐内硅铁还原白云石新工艺，被称作“皮江法”．使镁生产成本大幅度下降．2 5 1919421939年美国碱性玻璃纤维问世．1942年热固性聚酯进入市场．玻璃纤维增强聚酯(GFRP)的屈服强度达到300MPa．玻璃纤维增强塑料(FRP)作为第一个复合材料正式登上历史舞台．2 3 30

续表 年大事件书节序19431943年荷兰医生考尔夫成功进行了人工体外血液透析，被认为是人工肾的出现，是最早的人造器官．2 6 1219441944年美国莱特空军发展中心设计制作了以玻璃纤维增强塑料(FRP)为机身和机翼的飞机试飞成功．此后FRP迅速在船艇、汽车等领域应用．1946年开发出玻璃纤维增强尼龙，1951年开发出玻璃纤维增强聚苯乙烯．2 3 301945美国科学家乌拉姆和麦德罗帕里斯开发出一种概率计算方法．乌拉姆用赌城蒙特卡洛命名了这一应用极其广泛的方法．很多材料学问题都可用蒙特卡罗法得到模拟：如材料晶粒长大、相变进行速率等．2 6 171946美国物理学家甄納1946年对于一种液体共晶成两种晶体的理论性难题，给出了合理的解析．2 4 191946美国科学家科根达尔的实验证明：两种金属构成的代位式固溶体中，两种原子相向扩散的扩散系数可以并不相同，这是由不对称空位流造成的．这实际证明了晶体空位假说的正确性．并形成了组元本征扩散系数的概念．2 4 2119471947年巴丁和布莱坦发明了接触式晶体三极管．不久肖克莱又在硅中发现pn结的基础上，发明了平面型晶体三极管．从此奠定了计算机技术进步的物质基础．2 3 26194734岁的旅美中国学者葛庭燧，用他发明的扭摆(后来称葛氏摆)测定了铝的晶界内耗峰，根据内耗峰估算的晶界厚度只有2～3个原子间距．而并非原来设想的数百上千原子间距那么厚．2 4 131947英国材料科学家科垂耳提出，固溶体中的溶质原子更容易聚集在位错处，形成所谓的“科垂尔气团”．它可以解释固溶体因溶质原子，特别是间隙式原子对位错钉扎所引起的一些特殊行为．2 4 181947美国化学家鲍林提出元素电子空位浓度(NV)概念．其后大量实验证明，镍基高温合金中拓扑密排相(TCP)的析出与固溶体中的平均电子空位浓度有密切关系．可进而引导合金成分的设计．2 4 231949英国眼科医生利德雷为患者设计了第一个人工晶状体(也称人工晶体)．使用的材料是一种透明塑料PMMA，即聚甲基丙烯酸甲酯．2 6 1019501912年，英、德两国工程师注意到Al2O3陶瓷具有极高的硬度，只是韧性很低．1950年后在原料纯度、粒度和烧结工艺上的巨大进步，可制作出具有高综合性能的Al2O3陶瓷切削刀具．2 3 2219501950年英国科学家弗兰克与瑞德共同提出了一种位错增殖机制，解决了位错为什么会源源不断的生成．在垂直于切应力方向上，如果一段位错线的两端被钉扎，它将成为这种“弗兰克-瑞德位错源”．2 4 1819501950～1960年代，法国发明制镁新技术，即内热式以硅铁或铝还原白云石的连续制镁高效工艺，成本明显下降，成为目前主流制镁方法．2 5 1919501950年代初，英国科学家霍尔与佩奇定量阐明了金属晶粒细化对其屈服强度的贡献，成为材料强化的重要基础规律．2 5 2119511939年电子显微镜(TEM)问世以来，首先在生物医学领域获有效应用．1949年对金属薄膜的透过观察技术成功之后，位错的直接观察受到密切关注．取得预期结果．1951年的螺型位错照片是典型一例．2 4 181953德国化学家齐格勒和意大利化学家纳塔发明了新型催化剂，使乙烯在低压下可以聚合成高密度聚乙烯(1953)，丙烯可聚合成全同聚丙烯(1955)．由于不再需要高压，极大地降低了成本；且更易对产物结构与性质加以控制．2 4 22

续表 年大事件书节序19541950年代，美国贝尔实验室的科学家用单晶硅制成了光伏电池，为太阳能利用的现代化奠定了基础．2 6 151955法国博士生卡斯坦因在与导师纪尼叶探讨材料中的微小区域的化学成分分析时提出：可采用测定电子束入射该微区后所产生的标识X射线强度的方法．1955年他做出了这种设备的样机．从此电子探针(EPMA)诞生．2 4 161957受大量特殊形状实验相图启发，荷兰科学家梅杰令探讨了三元相图形态与各二元系正规溶体相互作用能之间的定量关系规律．2 6 181958美国材料科学家维斯特布鲁克提出：镍基高温合金的合金元素虽然可以多达10种以上，但是可以简化为Ni-Al二元系的γ和γ′的相平衡来分析，为镍基高温合金的合金设计指出了正确途径．2 3 2819581956年瑞典科学家希拉特论证了“负扩散系数”的热力学原理．1958年美国材料学家J·卡恩和J·希里亚德研究固溶体分解时，得到希拉特理论的支持．发现了不需要形核-长大的全新相变模式———失稳分解．2 4 2019581958年美国科学家伊文对带有裂纹的连续体进行分析，首次提出了“应力强度因子”，并在格里菲斯和欧罗万理论的基础上提出了“断裂韧性”概念，形成了材料断裂力学新方向，更新了人们对材料安全的认识．2 5 11958美国的瑞德在1951年第一次发现了Au-Cd合金中的形状记忆效应，并于1953年在In-Tl合金中也发现了同样现象．但直到1958年美国海军研究所彼勒等发现Ti-Ni合金的形状记忆效应，才引起了世界性的瞩目．2 6 11959美国福特公司研制出以TiC(N)为硬化相，用Ni-Mo合金作粘结相的硬质合金，可以使硬度进一步提高，达到HV1500左右．这是硬质合金发展史上的又一个里程碑．圆珠笔刚发明时，曾被建议用作“笔珠”．2 3 2219591959年美国物理学家费曼预言：如果能一个原子一个原子地制作物品，物品越小，物性越丰富；1962年日本物理学家久保亮五指出：金属微粒小于100nm时，电磁性能将发生变化，即“久保效应”．这些被认为是纳米时代的预言．2 5 161960英国物理学家森金斯1928年在金属中发现超塑性．他的描述是：金属材料在绝对温度的熔点一半左右，应变速率又很小时，伸长率可达到本身长度的3倍以上，即为超塑性．1960年代后，发现很多实用合金具有超塑性．2 4 2119601960年，美国学者杜威和两名博士生，把Au-Si合金的小液滴以每秒约100万度的冷速急剧冷却下来时，通过X射线衍射分析得知，获得了后来被称作“金属玻璃”的非晶态合金．这是首次发现非晶合金．2 6 219601953年美国学者洛萨和萨利拉简开始反渗透膜研究，并于1960年成功制备了第一张聚合物反渗透膜．1974年聚合物反渗透膜在海水淡化方面取得突破．其后，掀起了膜分离材料的研究热潮．2 6 51960美国科学家梅曼以红宝石晶体为工作介质，成功地研制出第一台激光发生器．是人工晶体首次作为功能材料的应用．2 6 101960英国科学家首次提出“有限元”概念，使有限元方法从结构工程强度分析扩展到几乎所有的科学技术领域，成为实用高效的数值分析方法．如材料领域的金属塑性变形计算，复合材料结构强度分析等．2 6 1719611961年苏联学者李夫舍茨和德国学者瓦格纳确定：在加热奥氏体化、控制冷却中，碳(或氮)化物的析出长大符合李夫舍茨-瓦格纳方程；而碳(或氮)化物尺寸、数量又决定了奥氏体、铁素体的晶粒尺寸．2 5 3

续表 年大事件书节序19741974年前后开发成功的先进陶瓷Si3N4和SiC，都是共价键极强的化合物材料，在性能方面具有：高硬度、耐热性、高强度、耐蚀性、耐磨性等突出的优势．2 5 1419741974年日本机械学家谷口纪男首先使用“纳米科技”一词．最早用来描述薄膜沉积和离子束处理中，所涉及到的是纳米尺度机械精度的控制．2 5 1719741968年法国科学家德热纳把各种有序-无序态转变统筹研究，使对液晶的认识取得了巨大突破．1974年出版的德热纳著《液晶物理学》一书成为经典．2 6 41975日立金属安来工厂工程师渡边力藏等对镍基高温合金的设计研究结果在1975年发表，取得巨大反响．设计出当时未知成分的3种性能优异的镍基高温合金．是PHACOMP模式取得的最有代表性的公开研究结果．2 4 2319761970年代初日本化学家白川英树的一位学生误将催化剂数量提高1000倍，结果却得到了银白色的聚乙炔薄膜，后经与美国化学家麦克狄阿密和物理学家黑格合作，在1976年制备出具有导电性的膜状聚乙炔．2 6 51977自1970年代兴起，于1985年完成的工程塑料应用热潮是结构材料的大事．五大工程塑料：聚酰胺(PA)；聚氧化甲醛(POM)；聚苯醚(PPO)；聚乙(丁)烯对钛酸盐聚酯(PET(PBT))；聚碳酸酯(PC)．比强度已超过钢．2 5 71979材料学家刘锦川(C T Liu)1970年代在美国NASA工作时发现：用Ni和Fe替代Co3V中部分Co，其结构将由D019变成L12型，性能由脆性变成塑性的．1979年日本东北大学博士生青木清，通过向多晶Ni3Al中加入微量元素硼，使Ni3Al多晶材料由零塑性，变成可弯曲180度的塑性材料．2 5 1219801980年代日本和德国已开发出“保证淬透性结构钢”．通过对钢的淬透性与成分关系的准确把握，在钢的熔炼中根据快速化学成分分析，适时进行成分微调，以达到精确保证淬透性．2 3 2419801980年代的金属间化合物热，激发了对Ti-Al系化合物的期待．美国曾寄希望于Ti3Al，但550℃左右的环境诱发脆性问题极难解决．1980年以后，γTiAl化合物材料研究进入了新时期，美国的金永文(Y W Kim)等有重要贡献．2 5 1319801980年代意大利科学家卡尔和帕利内罗将分子动力学模拟推进到第一性原理计算阶段之后，使其适于研究纳米尺度的材料行为，对实现多尺度材料组织形态模拟有贡献．2 6 171980我国拥有完全知识产权(包括材料)的150座位大型喷气式客机“运10”成功飞行，实现最远航程8600公里，最大时速930公里，最高飞行高度超过11000米．在空中禁区的西藏连续成功试飞7次．3 211982美国医生考尔夫用工业材料制成人工心脏，植入人体后存活112天2 6 121982美国考尔夫的学生加维克制成人工心脏，植入人体后存活620天2 6 1219831983年日本住友金属的材料学家佐川真人发明钕铁硼永磁体：Nd2Fe14B，使得最大磁能积在SmCo5和Sm2Co17的高水平上又翻了一番．这一进步再次冲击了世界材料领域．但有居里温度低，耐腐蚀性差等缺点．2 6 619841984年德国萨尔兰大学的格雷特与美国阿贡实验室希格尔相继成功制得纯金属纳米细粉．格雷特进一步将粒径为6nm的铁粒子通过原位加压成形烧结，制成晶粒为纳米量级的块体．被认为是纳米材料研究的正式开始．2 5 1619841984年以色列学者谢特曼发表论文称，在Al-Mn合金中发现了具有五次对称的准晶体．因有悖于已知的对称原理，遭到了一些学术名人长达十年的质疑、反对．中国科学家郭可信等于1985年发表：钛镍合金中发现了准晶相．1992年国际晶体学会建议修改晶体定义，以使准晶可以包括其中．2 5 18

续表 年大事件书节序19861986年，瑞士物理学家缪勒和德国物理学家柏诺兹在La-Ba-Cu-O系中发现临界温度超过30K的氧化物超导体．同年11月，日、中、美等国物理学家跟踪研究，确认了该系统的超导现象．全球展开氧化物超导体大会战．1987年2月美国的朱经武把临界温度提高到92K，超过液氮温度．中国的赵忠贤8天后把TC提高到100K．2 6 81987德国纳米材料科学家格雷特及其合作者凯尔奇，在1987年提倡陶瓷材料的纳米化，当陶瓷粒子尺寸达到纳米量级时，可以完全解决陶瓷的脆性问题．直至使得陶瓷具有超塑性．2 5 1419871987年国际标准化组织(ISO)在法国召开的外科植入物会议的心血管(TC150/WG)分会，第一次讨论了“生物材料”的定义．会议认为“生物材料”是指“以医疗为目的，用于和活组织接触以形成功能的无生命材料”．2 6 111988日本学者吉泽等发现：FeSiBCuNb块体金属玻璃在部分晶化处理后，非晶态基体中将出现5～20nm的晶化相，结果比处理前显示高得多的磁导率．2 5 171988法国科学家佛尔特和德国科学家格伦伯格独立发现了巨磁阻效应．读取硬盘数据的巨磁阻多层膜磁头的应用，使磁头灵敏度、分辨率大幅度提高，硬盘密度因此可大幅度增大，也可使硬盘尺寸减小．2 6 1319881988年日本的“模具”工业产值超过1 5万亿日元，首次超过了“机床”．这意味着：“加工材料”的第一方式不再是切削，而变成了冲压；第一工具材料也因此由“刀具材料”变成了“模具用钢”．3 919891989～1990年中国科学院金属所博士生卢柯与导师王景唐一起，发明了将非晶条带施以晶化处理，获取完整纳米组织的方法，晶粒尺寸小于100nm．证实了晶粒度小于100nm时，材料强度与晶粒尺寸的反常霍尔-佩奇关系．2 5 1619901990年代起，井上明久等最先制出大尺寸块体金属玻璃．居领先地位．1993年研制出大尺寸铁基金属玻璃．2 6 319901990年代研制出连续SiC纤维增韧Si3N4陶瓷．将Si3N4粉末制成浆料，将SiC纤维编织体浸渍其中，排出气体，干燥后于1300～1450℃氮气中烧结．纤维体积分数可达50%，与基体结合良好．冲击韧性与铸铁相近．2 5 101990美国1980年代关注的α2相合金，1990年代转为Ti2AlNb，一种在α2相基础上的三元有序结构，称作O相．高温比强度高，成形性好，有室温塑性以及超塑性．当前的重点是降低Nb含量，减小密度，提高比强度优势．2 5 131990日本科学家新原皓一在1990年代提出复相陶瓷的概念，并取得令人瞩目的结果：Al2O3-SiC(体积分数为5%)的晶内型纳米复相陶瓷，室温强度可达到单组分Al2O3陶瓷的3～4倍，1100℃下的强度可达1500MPa．2 5 141990日本材料学家山本良一从1990年起呼吁“环境意识材料”的重要性．他主编了《拯救地球》、《环境意识材料总览》、《一秒钟的世界》等多种有关保护环境的著作，创造了“环境意识材料”的英文词———Eco-Materials并介绍其概念，成为材料学者中积极的环境卫士．2 5 151990爱尔兰科学家科伊研发出新永磁体：Sm2Fe17化合物渗氮得到的化合物Sm2Fe17NX．居里温度比NdFeB提高170℃，理论磁能积上限值为447kJ/m3(56 2MGOe)，与NdFeB相当．具有耐腐蚀性、抗氧化性和耐热性能．2 6 719901990年代以来，英、法、意、美等国相继开发出强度达到1000MPa的非调质钢，钢的组织为低碳贝氏体和低碳马氏体类型．3 21992从1992年起以来，德国成功进行了精密铸造γTiAl叶片实验；1993年美国通用公司进行了发动机测试；1990年代末进行了燃气涡轮发动机试验．1999年后美国将γTiAl列为航天、汽车等领域的备选材料．3 6

续表 年大事件书节序1993杜威的学生约翰逊于1993年在Zr基合金中发现了可制成大尺寸块体的金属玻璃，临界冷速只需每秒1度．2 6 21996根据德国科学家格雷特1996年报道，当WC烧结体的晶粒尺寸从微米量级细化到纳米量级时，维氏硬度可以提高400个单位．(注：人类从铜器时代到铁器时代，硬度提高了约400个单位，但花了3000多年时间．)2 5 1719971997年日本首先提出“超级钢”概念：普通低碳钢在基本不改变成分，基本不提高成本的前提下，通过控轧控冷，使强度提高一倍，而其他性能保持不变．主要技术手段：(1)高纯净化；(2)低宏观偏析；(3)超细晶化．2002年日本成功将400MPa级别的钢强化到800MPa．2 5 2119981998年中国启动重大基础研究计划“新一代钢铁材料基础研究”，并于2002年底基本完成研究工作，成功开发出了200、400和800MPa级的超细晶粒钢生产工艺，已在宝钢、本钢等处批量生产．2 5 211998美籍华裔物理学家丁肇中．为了搜寻宇宙大爆炸产生的反物质设计了“磁谱仪”，核心部分是高强永磁体．他与中国科学家和工程师合作，1998年制成了块重达2吨的环状钕铁硼永磁体，并送上太空的空间工作站．2 6 61998美国奥地利裔化学家科恩在1960年代中期建立密度泛函理论．求算一个微观体系的电子密度可以不用求解薛定谔方程，在量子化学计算中大获成功，使第一原理计算成为可能．是化学史上一次革命．1980年代以来，该理论应用日益广泛．1998年获诺贝尔化学奖后，更在全球掀起热潮．求算新体系的未知热力学参数，和第一原理材料设计在这时兴起．2 6 192000钢铁是汽车中密度最大、强度最大材料，是安全保障．1995年钢铁占汽车总重量的68%(1378公斤)；2000年，钢铁降为62%(1244公斤)；减重须从减少钢铁入手，但又必须保证安全．3 222005我国超级钢产量达到400万吨．3 120062006年日本科学家石田清仁及其合作者通过向合金中添加W，使Co-Al二元系中不存在的Co3Al化合物，以Co3(Al，W)金属间化合物的形式出现了．从此有了可用Co3Al型化合物强化机制的新概念钴基高温合金．2 5 122008日本化学家细野秀雄在2008年报道了铁砷氧化物临界温度为26K的超导体，几乎同时起步的中国科学家陈仙辉等同年使铁基氧化物临界温度超过麦克米兰特征温度(40K)．3 222011法国的布加迪汽车公司，制造出一款“威龙16 4”新型汽车，号称“陶瓷车”，是集陶瓷、钛、铝、玻璃纤维、碳纤维等各种轻质材料于一身的样板车．3 62012全球原镁产量达85万吨．其中我国产量达70万吨，占82%，主要用于出口．我国镁产业尚有规模小而散，技术不够先进，环境负担较重等问题．2 5 192013美国斯坦福大学建成世界第一台碳纳米管计算机．其178个晶体管中，每个都是由10至200只碳纳米管构成．目前只能做排序、计数等简单运算；但是，它被认为可能开启电子设备20年后的新时代．3 1920132013年第一季度美国特斯拉全电动S型跑车销售量，第一次超过混合型能源的德系跑车：奔驰和奥迪．人们积极选择“零排放”．全电动车在没有政府补贴的情况下能够生存．光伏发电和充电电池管理成为核心技术．3 2320162009年我国C919大型客机总体技术完成方案通过．预计2015年大型运输机研制完成，2014年国产大型客机C919实现首飞，2016年交付航线使用．3 21

10.14186/j.cnki.1671-6620.2017.04.005

Z 126.24

A

1671-6620(2017)04-0261-15