История материаловедения

Наука о материалах имеет глубокую историю развития. Условно можно выделить три основных этапа в ее истории, не равных по своей продолжительности.

Первый этап охватывает наиболее длительный период. Исходным моментов для становления науки о материалах явилось получение керамики путем сознательного изменения структуры глины при ее нагревании и обжиге. С течением времени человечество познало самородные, а затем и рудные металлы, крепость и жесткость которых были известны уже с 8-го тыс. до н. э. Холоднокованая самородная медь была вытеснена медью, выплавленной из руд, которые встречались в природе чаще и в больших количествах. В дальнейшем к меди стали добавлять другие металлы. Вскоре человечество вступило из бронзового века в железный, поскольку железные руды оказались доступнее медных. В 1-м тысячелетии до н. э. научились железо соединять с углеродом. Первыми и наиболее правдоподобными суждениями о сущности качества материалов и о слагающих частицах вещества были суждения древнегреческих философов Демокрита (около 460 или 470 до н. э.) и Эпикура (341–270 до н. э.). Их учения об атомизме возникли под влиянием наблюдений за состоянием и свойствами природных камней, керамики, бронзы и стали. Примерно к тому же времени относится и философия древнегреческого ученого Аристотеля, который установил 18 качеств у материалов: плавкость–неплавкость, вязкость–хрупкость, горючесть–негорючесть и т. п. К первому периоду относится и средневековье с характерной для него алхимией. К этому периоду относится и учение Декарта (1596–1650) о том, что природа представляет собой непрерывную совокупность материальных частиц, что движение материального мира вечно и сводится к перемещению мельчайших частиц  атомов. Перемещение атомов или, как их тогда называли, корпускул, составляло основу корпускулярной теории строения вещества, что было значительным достижением в области познания составов, внутренних взаимодействий и свойств веществ. В первых книгах по материаловедению Бирингуччо (1480–1539) и Агриколы (1494–1555) суммировались эмпирические сведения о сущности операций, выполняемых в литейном и кузнечном производствах, о плавлении руд и характере металлургического производства. Большой вклад в развитие науки о материалах был внесен гениальными русскими учеными М. В. Ломоносовым и Д. И. Менделеевым. М. В. Ломоносов (1711–1765) заложил основы передовой русской философии и науки, особенно в области химии, физики, геологии. Он явился основоположником курса физической химии и химической атомистики, обосновывающей атомно-молекулярное строение вещества. Д. И. Менделеев (1834–1907) открыл важнейшую закономерность природы – периодический закон и создал таблицу, в соответствии с которым свойства элементов находятся в периодической зависимости от величины их атомной массы. Для первого этапа становления и развития материаловедения, который начался с глубокой древности и продолжался до начала второй половины XIX в., характерно сравнительно ограниченное количество разновидностей материалов и опытных данных по их качественным характеристикам. Однако были установлены некоторые общие зависимости свойств веществ, особенно механических, от их состава. Менее изученной оставалась зависимость свойств от структуры, хотя еще в 1665 г. английский ученый Роберт Гук выявил у металлов типичную кристаллическую структуру, т. е. за 200 лет до открытия микроструктуры стали под микроскопом английским ученым Генри Сорби.

Второй этап развития материаловедения условно начался со второй половины XIX в. и закончился в первой половине XX в. Он отличается сравнительно быстрым ростом производства новых материалов. Например, кроме применявшихся на первом этапе камня немолотого или грубо околотого, меди, бронзы, железа и стали, керамики, стекла, отдельных вяжущих, например гипса, извести, появились новые цементы, и начался массовый выпуск портландцемента, открытого Е. Челиевым в начале XIX в. Кроме того, быстро развивалось производство цементных бетонов различного назначения; сформировалась специальная наука о бетонах – бетоноведение. В конце XIX в. формируется технология изготовления железобетона. Этот высокопрочный материал был предложен французскими учеными Ламбо и Ковалье, садовником Монье (1850–1870). Уровень познания поднялся так, что в цементной, полимерной, стекольной и некоторых других отраслях разрыв во времени между окончанием научной разработки и внедрением ее в производство становился весьма малым, т. е. наука превращалась в непосредственную производительную силу.

Третий этапохватывает период со второй половины XX в. до настоящего времени. Этот этап материаловедения характеризовался не только развитием практики, но и теории, систематизацией теоретических знаний о материалах в их сложной совокупности и взаимосвязи. Были установлены общие закономерности в свойствах искусственных и природных материалов оптимальной структуры, общие научные принципы в технологиях различных материалов, общие методы оптимизации их структуры, обобщение критериев (качественные и количественные) прогрессивных технологий и др. Первые обобщения в науке о материалах выразились в разработке Д. С. Белянкина (1876-1953). Новым импульсом развития материаловедческой науки на третьем этапе стала физико-химическая механика - пограничная наука между физической химией и механикой, разработанная П. А. Ребиндером при участии большой группы ученых. В этой области науки показаны основы управления технологическими процессами получения различных материалов с заданными свойствами, высокой надежностью и долговечностью. С начала второй половины XX в. возникла и получила последующее развитие теория искусственных материалов И. А. Рыбьева, над которой работают и в настоящее время.

Дата добавления: 2014-11-29