北京膏少车料莪俱乐部一科敦冶家饼座 材料与社会可持续发展 师昌绪 国家自然科学基金委员会 2006.10月于北京
1 北京青少年科技俱乐部－科技名家讲座 材料与社会可持续发展 师昌绪 2006.10月于北京 国家自然科学基金委员会
报告内容 前言 、材料在人类社会发展中的作用 二、材料在开发过程中所遇到的问题及对策 三、为了可持续发展,当前材料科学技术应重视 的几个环节 结语
2 前言 一、材料在人类社会发展中的作用 二、材料在开发过程中所遇到的问题及对策 三、为了可持续发展，当前材料科学技术应重视 的几个环节 结语 报告内容：
前言: 当前最关注的三大问题:资源、能源与环境都与材料有 密切关系。 材料是人类社会进步和人民生活水平提高不可或缺的物 质基础。生产材料是消耗资源与能源的大户,也是造成环 境污染的主要源头,但是材料又是开发能源和治理环境污 染的重要保障。 土木工程在社会发展中十分重要,2004年GDP13万亿元 513%为全社会固定资产投资拉动的,其中60-65%是土木 工程
3 前言： 当前最关注的三大问题：资源、能源与环境都与材料有 密切关系。 材料是人类社会进步和人民生活水平提高不可或缺的物 质基础。生产材料是消耗资源与能源的大户，也是造成环 境污染的主要源头，但是材料又是开发能源和治理环境污 染的重要保障。 土木工程在社会发展中十分重要，2004年GDP13万亿元， 51.3%为全社会固定资产投资拉动的，其中60－65％是土木 工程
材料在人类社会发展中的作用 1、以材料划分人类发展的历程 材料与文明 石器时代 青铜时代 铁器时代 电子材料 时代S 中国 中东 欧美 見目乱目目目目 公元前 公元
4 一、材料在人类社会发展中的作用 1、以材料划分人类发展的历程 石器时代 青铜时代 铁器时代 电子材料 时代(Si) 中国 中东 欧美 公元前 公元 材料与文明
2、以钢铁为主要标志的工业革命(英国) ■173年发明了飞梭促进了纺织工业大发展; ■1735年焦碳炼铁; ■1750年坩埚炼钢; ■1760年鼓风机(加速炼铁、炼钢); 11765年蒸汽机 11785年蒸汽机船; ■1796年蒸汽机车; 11856年转炉炼钢 ■1864年平炉炼钢; 11868-1914年各种合金钢出现;
5 2、以钢铁为主要标志的工业革命(英国) 1733年发明了飞梭促进了纺织工业大发展； 1735年焦碳炼铁； 1750年坩埚炼钢； 1760年鼓风机(加速炼铁、炼钢)； 1765年蒸汽机； 1785年蒸汽机船； 1796年蒸汽机车； 1856年转炉炼钢； 1864年平炉炼钢； 1868－1914年各种合金钢出现；
120000 113亿吨食 110000 100000 薄板坯200年 90000 次隆钟 80000 百床出现 油危机 危)机 70000 60000 氧气转 炉与连 40000 铸技术 出现 中国35亿吨 30000 二次 大战 20000 次危机 大战 1000 15p51953151950 05 19001910192019301940195019601970198019902000 年份 自1870年以来世界粗钢的产量发展报告
6 中国3.5亿吨 自1870年以来世界粗钢的产量发展报告
3、材料在人类社会现代化过程中发挥了关键作用 人类社会现代化的主要标志: e工农业生产实现电气化和自动化,劳动生产率大幅度提高 e人类活动的全球化和立体化; e现代农业则是依靠科学技术的进步,逐步从以经验为基础 的农业改造为以科学为基础的农业
7 3、材料在人类社会现代化过程中发挥了关键作用 人类社会现代化的主要标志： 工农业生产实现电气化和自动化，劳动生产率大幅度提高； 人类活动的全球化和立体化； 现代农业则是依靠科学技术的进步，逐步从以经验为基础 的农业改造为以科学为基础的农业
为实现交通的立体化,就需要高性能的飞机,一般 来说:飞机性能的提高,2/3靠材料。 主动载荷控制及颤震抑制 自动化设计 先进结构概念 新材料及改进型材料 30 42 20 29% 29 42 1950 1970 1980 U 2010 材料对飞机性能的提高所处地位
8 为实现交通的立体化，就需要高性能的飞机，一般 来说：飞机性能的提高，2/3靠材料。 材料对飞机性能的提高所处地位 42% 29 42 29％ 69%
航空发动机对材料的依赖程度更高,达到80%以上,除高比 强度和高比刚度,还要求耐高温、抗疲劳、抗氧化和腐蚀能力。 喷气发动机起源于上世纪40年代初,当时的工作温度在 700℃左右,而今民用机接近1500℃,而军用机在2000℃左右。 这就要求发展耐高温材料高温合金)。 高温合金的发展,先是锻造铁基或镍基合金,1958年采 用铸造,以提高合金元素含量,而后又定向凝固(965)、单晶 (1970),以消除晶界在高温下强度变低的影响;为了减少偏析 有当大件(如涡轮盘采用粉未冶金,这些材料再加冷却技术, 基本满足了要求
9 航空发动机对材料的依赖程度更高，达到80％以上，除高比 强度和高比刚度，还要求耐高温、抗疲劳、抗氧化和腐蚀能力。 喷气发动机起源于上世纪40年代初，当时的工作温度在 700℃左右，而今民用机接近1500℃，而军用机在2000℃左右。 这就要求发展耐高温材料(高温合金)。 高温合金的发展，先是锻造铁基或镍基合金，1958年采 用铸造，以提高合金元素含量，而后又定向凝固(1965)、单晶 (1970)，以消除晶界在高温下强度变低的影响；为了减少偏析， 有些大件(如涡轮盘)采用粉末冶金，这些材料再加冷却技术， 基本满足了要求
从民航机的发展历程,说明每座哩油耗逐年下降的情况, 这一方面是设计与机型的扩大所致,另一方面是材料不断改 进的结果,PW客机每减重Ikg,多赢利S104 惚客机从波音707到747,30年间x20 10每座哩的油耗降低了2.倍 MDIl A320200 燃油效率⌒每座嘿加仑 74004 DC1030 25倍 74-2008 A30C-84 DC=10=10 767-300 70 37-200AdN 37300 76200 DC863● 707-1200 DC9.8 737-200 L10-500 DC-930 Ady 9cn2-10 Comet 19505560670756 9095200005 初始服役年份 历代民机座哩的油耗
10 从民航机的发展历程，说明每座·哩油耗逐年下降的情况， 这一方面是设计与机型的扩大所致，另一方面是材料不断改 进的结果，PWA客机每减重1kg，多赢利$104 。 历代民机座·哩的油耗 燃 油 效 率 ( 每 座· 哩/ 加 仑) 初始服役年份 客机从波音707到747，30年间 每座·哩的油耗降低了2.5倍 2.5倍