材料与人类文明－材料科学

在人类发展史的早期阶段,直接获取的自然财富被用于满足最简单的需要．自然财富、原料、材料、产品阶段几乎是协调一致的．由于没有分工,并且只不过是满足自身的直接需要,所以精加工的劳动比重很小．随着分工程度的深化,对在自然界寻觅到的原始材料进行加工的兴趣提高了．此后,长期以来所形成的社会关系,不断提供新的途径来更多地生产消费品和改善居住条件．如果人类想要改善生活条件,那么无论在哪个社会阶段,都必须发展技术及与此相联系的材料使用为前提．人身体上的“工具”、“发动设备”和感官均有局限性．如果没有具备相应数量、质量、形式和布局的一定材料,没有必要的知识和技能,人类便会停留在原始阶段。

数百万年前,人类摆脱了动物界,开始有意识地使用石头．除了骨头之外,石头是人类最早使用的材料之一．起初这种材料造型粗糙,但后来经过加工,使人类得以掌握多倍于体力的力量,人类被迫发展那些在与环境斗争中取胜的能力．人类先是用石头和骨头制成简单、基本的工具来补充手掌、手指、指甲和牙齿的功能．这些工具是手握的．当他们获得了不仅使用原始石头,而且进行加工的能力后,几乎等于完成了一次革命．当人类约在50万年前使用火时,石料的价值就更大了．人类是由劳动创造的,劳动又是从制造工具开始的．在已经发现的旧石器时代的人类遗址里,可以看到我们的祖先用石头打磨制成的石刀、石斧、刮削器等,这些就是人类早期曾经用过的工具．劳动工具的出现,也带来了社会物质和人类文明的进步。

四、五十万年前北京猿人群居洞穴,狩猎为生,使用的工具主要源于石头和骨头,制作粗糙,用途尚未分化．他们的生产力水平低下,生活维艰,甚至弱肉强食．考古学家还发现猿人有食人之风,也许猿人根本没有意识到这样做是否道德．至于打扮自己——美的概念,他们连想也不会想。

在18,000年前山顶洞人的洞穴里,曾发现七件穿孔的石珠,五件穿孔的海蚶壳和一百多只穿孔的象牙．这说明了比较温饱的人类萌发了爱美之心．山顶洞人掌握了磨制和钻孔技术,能制造比较精致的石器和骨器,用骨针把兽皮缝制成衣服。

古生物学研究证明: 在这个时期,除了能加工粗糙的石器外,还能制造工具．除了拳状锲之外,还有刮刀和刮板．骨头、象牙、石头和植物编织物被用来制造鱼叉、鱼钩和鱼网等．原始时代和史前时期用“划时代材料”来命名历史阶段,形象地说明了材料在人类历史上的重要性。

公元前15,000 到10,000年之间,形成了早期的农业．此间产生的初期劳动生产力革命——农业革命的必然结果,是原始社会的解体．虽然材料仍局限在传统原料之内,但人的能力提高了．他们可以把材料加工得更加精细,而且富有艺术性。

约在公元前7000年,开始了最早的社会分工,形成了游牧部落和农耕．同时,材料及其产品有了进一步的发展,如罐壶、纺织和编织产品．至此,人类活动的产物主要来自直接支出的劳动,即活劳动．直到劳动分工和出现专式的制作时,劳动过程的组成部分才被加以区别．这就是劳动力、劳动工具和劳动对象．这个时期(其演变过程长达数千年)可看作是材料诞生的时期,劳动是慢慢地被物化了。

六千多年前的西安半坡遗址为我们提供了丰富的文物和史料．出土的汲水用尖底陶罐、鱼纹彩陶盆、口沿有几十种符号的陶钵都十分精美．半坡人普遍使用磨制的石铲、石刀等石器．他们还把骨、角制成针、锥、鱼钩、鱼叉和弓箭．岩石、兽骨和陶土成为他们熟悉的材料。

石器的使用历史最为漫长,达二、三百万年之久．后来由于生产力的发展,我们的祖先在不断改进石器和寻找石料的劳动中,发现了天然铜块(自然铜),把它加热锻打,加工成各种器物,铜首次被有意识地用来作为材料．后来又发现把锡矿石加到铜里一起熔炼,制成的物品更加坚韧耐磨,这就是青铜．一般来说,原始的农业、手工业和文字是青铜时代的特征。

公元前5500 到4000年之间,随着灌溉技术的出现以及顺乎自然而形成的手工业,人类进入其生存的一个新的历史阶段．早期东方人在河谷地区居住,使农业和手工业分开．这是第二次大的社会分工,它使劳动生产率急剧增长,从而使少数人能够占有剩余产品和行使他们的权力．可以想像,一个古代狩猎者为保障其生存基础,需要有20 平方公里的猎区；而以农田为生存基础的耕农,则可在相同的面积上养活9000 人．显然,这个时期的初期已取得了巨大的进步,而后来的自然手工业和灌溉技术更使其大大向前迈进,彩陶是这个时期引人注目的改进．考古人员除发现了简单的用品外,还发现大量的容器,尤其是有相当艺术价值的绘画的容器．金属铜比石头具有更广泛的用途,这使它更广泛被采用,而石头作为材料已退居第二位．更主要的发展成果是青铜,铜具有这种形式后,才大大优于石器．起初,人们只是无意识地在铜内加入其它金属,如铅、锌、银和锡而得到合金．但不久便认识到,这些真铜和假铜具有比纯铜更好的性质,而用6－20％的锌制成铜合金的效果最佳。

在青铜时代早期,就发明了金属浇铸这一重要工艺技术．它主要用于合金成分大于10％的合金,因为这时已经不能再用锤打的方式进行加工．青铜熔炼是个突破,此后便能生产成分不同的新材料,冶金迈入技术历史的前列．随之而来的是金属分割、成型、焊接等不同的金属加工技术,同时,也使社会物质水平和人类文明得到不同程度的提高。

在五千多年前的仰韶文化遗址中,发现了陶制纺轮和骨针,有的陶器上留有麻布纹的痕迹,说明人们已懂得纺织．在3500－3000年前的商代遗址中,出土了大量青铜器,包括青铜乐器铜铙．河南安阳出土的商代晚期大司母戊鼎重达875 千克,以其精美壮丽闻名中外．商代的墓葬物中已经有镀锡的铜器和锡、铅、金器,商代的甲骨文字中,有不少“车”、“舟”、”帆”字,反映出当时的交通已有相当高的水平。

我国的青铜冶炼始于夏代(公元前2140－公元前1711年)．进入奴隶社会以后,炼钢技术发展很快．所使用的劳动工具、武器、食具、货币、日用品和车马装饰,都是用青铜制造的,显示出我们祖先精湛的艺术才能．更主要的是青铜材料代表一种新的生产力登上了历史舞台,有力地促进了生产的发展和人类文明的进步。

铁的出现,在很大程度上与陨铁的发现有关,但铁矿开采可能与铜矿开采有关．铁加工曾有两个技术中心,一个中心是西亚,另一个中心是中国．在那里,当时正向最早期的机械过渡(使用动物和水轮作动力的最老的机器),直到18、19 世纪的工业革命才从数量和规模上超越了这个阶段．越来越多的手工业者能自力开采和加工金属．少数锻工场掌握了加工和制作最精良铜材的技术．淬火钢获得了声誉,古代称之为塞乐铁．为获得熔化金属矿石达到的温度,使用了木炭．但如果没有充分的氧气,木炭最高只能达到900℃,被熔碴污染的初级产品在炽热状态下加以锤打,使其净化,从而可得到可锻铁．根据考古挖掘和现有的文献来判断,铁在公元前12 世纪最终占据了统治地位。

2700－2400年前的春秋时代,我国人民已经掌握了冶铁技术,比欧洲早1800年左右．那时是战国时代,铸铁的生产和应用显著扩大,已经使用铁模铸造农具,白口铁、展性铸铁、麻口铁等品种相继出现,进而由铸铁发展到炼钢,并且发展了三种不同的炼钢方法。

我国的传统冶炼和浇铸技术,包括精密浇铸技术延续发展了一千多年,直到六百多年前的明朝还在世界上处于遥遥领先地位,这也是我国灿烂的古代文化繁荣的基础,我国劳动人民对人类文明作出了巨大贡献。

在公元一世纪来临时,技术发展达到了第一个高潮．罗马帝国的崩溃和此后许多世纪许多社会生活领域的停滞不前,禁锢了技术的进步。

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