其他金属及其合金

中国古代冶金发展的特点

近代冶金技术的发展

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在新石器时代后期人类开始使用金属，经历了铜─青铜（包括铜砷、铜锡、铜铅和铜锌合金），见铜合金─铁（包括块炼铁、生铁、熟铁或钢）几个时代。世界各地进入铜器、铁器时代的时间各不相同，技术发展的道路也各有特色。冶金技术和金属的使用同人类的文明紧密联系在一起。新石器时期的制陶技术（用高温和还原气氛烧制黑陶）促进了冶金技术的产生和发展。冶金技术的发展提供了用青铜、铁等金属及各种合金材料制造的生活用具、生产工具和武器，提高了社会生产力，推动了社会进步。中国、印度、北非和西亚地区冶金技术的进步是同那里的古代文明紧密联系在一起的。16世纪以后,生铁冶炼技术向西欧各地传播,导致了以用煤冶铁为基础的冶金技术的发展，这一发展后来又和物理、化学、力学的成就相结合,增进了对冶金和金属的了解,逐渐形成了冶金学，进一步促进了近代冶金技术的发展。

铜器时代──铜石并用时代

人类在新石器时代晚期开始利用天然金属。此后逐渐以矿石为原料冶铸铜器。此时以使用石器为主，也使用少量小件铜器，被称为铜器时代或铜石并用时代。

早期对天然金属（铜、金、陨铁）的使用 在现在伊朗西部艾利库什（Ali Kosh）地区发现公元前七、八千纪用天然铜片卷成的铜珠。在伊朗中部纳马克湖南部泰佩锡亚勒克（Tepe Sialk）发现了公元前五千纪的铜针。在克尔曼（Kerman）之南的叶海亚 （Yahya）地区发现了公元前五千纪后期天然铜制成的铜器。

天然金虽然容易发现，但一般块金尺寸较小，数量较少。砂金的利用则有待冶金方法的出现，所以出现较晚。世界上已发现的金制品最早的为公元前五千年。南美最早使用的金属则为天然金。在秘鲁，对金的加工始于公元前1500年，而用铜和铜银合金则在公元前1000年以后。11～14世纪的金人反映了印第安文化。(见彩图)

随着科学技术和工业的发展，新的冶炼方法和精炼方法不断出现。1866年德国发明了发电机，它的出现使电解法提纯铜的工业方法得到实现(1869)，从而满足电气工业对高纯铜的需要，也开创了电冶金这一新领域。埃鲁(P.L.T. Héroult)在1899年首先用电弧炉炼钢。虽然低频感应炉早在1877年已经出现,但没有得到发展;诺思拉普(J.K.Northrop)所发明的高频感应炉炼钢(1927)终于取代坩埚法成为高合金钢生产的普遍方法，并使真空冶炼成为可能。

工业的发展促进了对新材料的需要，新的金属不断投入使用。继钨钢（1882，后来发展为高速工具钢）之后，相继出现了高锰耐磨钢和锰钢(1887～1889)，接着又出现了轰动工程界的镍钢(1889)和耐蚀铬钢（见不锈耐酸钢）。在非铁金属方面，包括轻金属(铝、镁、钛)，难熔金属（钨、钼、锆、铪、铌、钽），稀土金属、放射性元素等，在18、19世纪已经先后发现。

从19世纪初，戴维(H.Davy)成功地电解了熔融的氢氧化钠、氢氧化钾，得到金属钠、钾(1807)，开创了熔盐电解方法。1886年美国霍尔(C.M.Hall)和法国埃鲁分别将氧化铝加入熔融冰晶石，电解得到了廉价的铝。经过将近一个世纪，铝已成为用量仅次于铁的第二大金属。

钛是另一个由于科学技术发展的需要进入工业生产的金属。1791年发现钛以后，1825年用钾还原氟钛酸钾获得金属钛，1910年用钠还原法从四氯化钛制得纯钛。40年代用镁代替钠作还原剂，并使钛的大量生产和真空熔炼加工等技术逐步解决后，钛及钛合金的广泛应用才得到实现。

在近代物理化学的指导下，核技术和电子工业的需要促进了稀有金属的生产。铀和其他核燃料以及锆、铪的生产及其分离,钽、铌的分离，稀土元素的分离,促进了离子交换、溶剂萃取、同位素分离和生产、熔盐电解等一系列新技术的发展。第二次世界大战以后，电子工业和半导体工业对超纯材料(见超纯金属)的要求导致区域熔炼(1946)及各种单晶制备方法和气相沉积法(1960)的出现。近年来非晶态金属的制备和具有金属导体性质的非金属的出现，更扩大了冶金技术的领域。

在金属加工方面，欧洲在16世纪以后发展出使用机械的金属塑性加工(或称压力加工)方法。最早的蒸汽锻锤安装在法国(1842)，而水压机则是英国的发明(1861)。在轧制铅片的手摇轧机基础上欧洲出现了由珀内尔 (J.Purnell)设计出的带孔型的双辊轧机(1766)用以轧制棒状产品。科特(H.Cort)用有孔型的轧机轧制了熟铁，成为生产型材的有效加工方法，科特因此被西方誉为“近代轧制之父”。1836年蒸汽机驱动轧机(二辊、三辊)的出现是金属加工的重要进步。为了减薄钢板厚度，英国在1720年左右发明了薄板叠轧的技术，某些工厂至今还在应用。19世纪50年代，厚钢板生产的发展已使法、英两国相继用10厘米厚的轧制铁板制造战舰的装甲。

18世纪末至19世纪初出现的金属挤压技术是金属加工的另一重大成就，此法最早应用于铅管的生产(1797)，后来用以挤压铜及其合金(1894)和铝及其合金(1930)并成为某些低塑性金属开坯的重要手段。70年代利用液等静压下挤压的方法加工脆性材料如钼、锆（见等静压加工），还利用有些合金在一定温度范围内的超塑性，发展出超塑性加工方法。

由于各种加工方法的发展和对金属及合金组织的了解，发展出利用形变加工控制合金组织的技术（见塑性加工与金属组织），使材料性能得到更好的发挥，例如取向硅钢片以及用控制轧制提高钢材的强度和韧性等。这些新工艺和新型材料的出现迫使钢铁工业大规模生产每一阶段都必须严格遵守规定的工艺和要求，是生产科学化的重大进步。

人类对金属及其合金经过6000年以上的使用和研究，已经有了一些深入的了解。如果对合金成分、电子和原子运动、晶体缺陷、晶体结构、固态相变之间的关系以及它们和各种性能间的关系得到更加彻底的了解，将会进一步发展出新的合金和材料，并充分发挥它们的各种物理、力学、化学性能。金属学和冶金学的发展，将能促进更加经济有效地获得日益增多的金属材料。

R.F. Tylecote, A History of Metallurgy, TheMetall Society,London,1976.