Наука и технологии

 Материалы будущего

Издательство «Химия» 1985 г.

Краткая история материалов

Короткий исторический экскурс дает представление, как в связи с расширением человеческого опыта и знаний внедрялись и совершенствовались различные материалы.

 При этом мы увидим, что определенные материалы и их группы при данных общественных условиях более других способны удовлетворить технические и экономические потребности общества, и одновременно узнаем, что история развития материалов диалектически взаимосвязана с историей общественного развития.

На очень ранних стадиях истории человечества непосредственно добываемые природные богатства служили для удовлетворения простейших потребностей. Ступени производства: природные богатства - сырье - материалы - продукт почти совпадали. Разделение труда отсутствовало, и было необходимо удовлетворить лишь собственные прямые потребности. Лишь с возрастанием разделения труда увеличился интерес к изменению природных веществ.

Развивающаяся техника и связанное с этим постепенно растущее использование материалов во все исторические эпохи были безусловно необходимой предпосылкой желания людей улучшить свою жизнь. Без определенных материалов в соответствующем количестве, качестве, форме и порядке, без приобретения необходимых для этого знаний и умений человечество осталось бы на примитивной ступени развития.

Более миллиона лет, с момента отделения человека от животного мира, люди сознательно использовали камень. Камень и кость были первыми материалами, которые сначала в первозданном виде, а затем обработанные преумножили собственную силу человека. Человек должен был развивать способности, которые давали ему возможность одержать победу в единоборстве с окружающим миром. Сначала люди дополняли действие своих рук, пальцев, ногтей и зубов с помощью элементарных орудий из камня и кости, которые они держали непосредственно в руках. Когда они приобрели способность обрабатывать камень, это было настоящей технической революцией. Камень был ценен еще и потому, что с его помощью люди около 500000 лет назад стали добывать огонь.

Наряду с каменными орудиями для обработки предметов потребления уже в это время, как показывают археологические изыскания, существовали орудия труда для производства орудий труда. Кроме молота теперь уже применяются нож и скребок. Из кости, древесины, камня и растительных волокон изготовлялись рабочие инструменты, гарпуны, рыболовные крючки, сети и т.п.

Наименование определенных временных периодов при помощи «сделавших эпоху» материалов правильно отражают их значение в древней и ранней истории человечества первобытного общества. Хотя материалы в это время оставались еще обычным сырьем, выросли способности людей. Они научились перерабатывать непосредственно сырье   во   все   более   сложные   изделия.

Приблизительно с 7000 лет до н. э. началось первое общественное разделение труда, выделились скотоводство и земледелие. При этом были созданы многообразные виды материалов и продукты на их основе, как например, изделия из глины, тканей и пряжи. До этого времени доля материальных затрат в составе продукта человеческой деятельности была невелика - он состоял в основном из непосредственно затраченного труда, то есть из живого труда. Лишь в результате разделения труда и с возникновением специализированных форм производства мы различаем элементы рабочего процесса, называемые рабочая сила, средства труда и предмет труда. Этот временной период имея в виду тысячелетнее эволюционное развитие -можно рассматривать как время рождения материала вместе с образованием овеществленного труда.

В 7 тысячелетии до нашей эры впервые применяется в качестве материала медь. Плавление и литье металла, производство керамики и развитие животноводства завершили создание новой основы производства. Вместе с овладением технологией обжига еще большее значение приобрела глина.

С освоением орошаемого земледелия и выделением его в качестве самостоятельной отрасли производства человечество достигло новой ступени развития. Заселение долин рек Ближнего Востока сделало возможным отделение земледелия от ремесла. Это второе общественное разделение труда привело к резкому возрастанию производительности труда - появилась возможность производить излишки продуктов и обменивать их.

Если представить, что охотнику времен палеолита необходима была площадь охотничьих угодий около 20 км2 для того, чтобы прокормиться, а при поливном земледелии на той же площади могли найти себе пропитание 9000 человек, то становится ясно, что это было началом эпохи интенсивного прогресса, который значительно ускорился с появлением самостоятельных ремесел. Цветная керамика-поразительное техническое достижение этого времени. Наряду с простой бытовой посудой археологи нашли множество оригинально выполненных и искусно расписанных сосудов.

В 4 тысячелетии до нашей эры в производстве преобладают уже металлические инструменты, в то время как камень в качестве материала для орудий несколько теряет свое значение. Главным достижением совершенствующейся технологии металлов была оловянная бронза. Лишь в этом виде медь превзошла по своим свойствам камень. Сначала сплавы меди с другими металлами, такими как свинец, цинк, серебро и олово, получали случайно. Однако скоро заметили, что получаемые при этом бронзы имеют лучшие свойства, чем чистая медь, а содержание 6-20% олова в сплаве с медью приводит к наилучшим результатам.

Уже в ранний бронзовый век было освоено литье металлов, которое применялось в основном при содержании легирующей добавки более 10%, когда обработка ковкой была невозможна. Это был шаг вперед : люди научились получать новые материалы различного состава, металлургия вступила в историю техники. Затем последовала обработка металлов с помощью различных методов их разделения, формования и сплавления. Уже тогда важную роль играли источники энергии и рациональное их использование (см. приложение 8а). Недаром первыми нашли применение легкоплавкие металлы. По мере того как получение и переработка руды количественно расширялись и качественно дифференцировались, связанная с этим деятельность становилась все больше и больше функцией специалистов, искусством которых мы и по сей день не перестаем восхищаться.

Освоение железа вначале часто связывали с открытием метеоритного железа. Однако на самом деле переход к железу был обусловлен истощением запасов меди. Технологический центр переработки железа находился сначала в Передней Азии, в средиземноморской области, а затем в Китае. Там же появились первые вестники самой ранней механизации-машины, приводимые в действие с помощью воды и животных, то есть там человечество сделало шажок по пути, который в конце концов привел к промышленному перевороту 18—19 веков.

Все больше ремесленников могли самостоятельно добывать и обрабатывать металл. При этом они значительно улучшали сталь. Наибольшую известность получила хайдарабадская сталь, которую в древности называли сирийским железом.

Для плавления руды служил древесный уголь, который однако без добавочного кислорода дает температуру только около 900 °С. Загрязненный шлаком продукт очищали с помощью прокаливания и ковки, чтобы получить кузнечное железо.

Как можно судить по археологическим раскопкам и расшифрованным текстам, найденным в Передней Азии, железо доминировало окончательно с 12 столетия до н. э. Вместе с железом «открылась дорога» и для других металлических материалов и быстрого прогресса техники.

К началу первого тысячелетия нашего летоисчисления техника достигла первой наивысшей точки своего развития. Крушение Римской империи и последующие столетия застоя замедлили развитие технического прогресса и многих областей общественной жизни.