名詞解釋
冶金學metallurgy
冶金學詳細介紹
研究從礦石中提取金屬或金屬化合物，用各種加工方法製成具有一定性能的金屬材料的學科。以研究金屬的製取、加工和改進金屬性能的各種技術為起點，發展到對金屬的成分、組織結構、性能和有關基礎理論的研究。冶金學是古老和高度發展的學科之一。人類自進入青銅時代以來，同金屬及製品的關係日益密切。在現代社會中，人們的衣食住行都離不開金屬材料，人們從事生產或其他活動所用的工具和設施也都要使用金屬材料。可以說，沒有金屬材料便沒有人類的物質文明。16世紀以前的冶金業，基本上是經驗式的操作實踐，技術水平較低，生產規模不大。17世紀以來冶金生產不斷取得進展。在此基礎上，由於近代自然科學理論和實驗方法的產生和發展，逐步形成冶金學。19世紀到20世紀中葉，冶金學、冶金生產和技術發展極其迅速，成就很大。20世紀下半葉以後，電子技術特別是積體電路和電子計算機的發展，對冶金產生深刻的影響：一是電子計算機的套用使自動化技術與冶金工藝的結合越來越緊密；二是電子器件對材料性能提出了新的要求，從而促使冶金學發展成為材料科學的一個重要組成部分。發展概況
冶金作為一門生產技術，起源十分古老。人類從使用石器、陶器進入到使用金屬，是文明的一次飛躍。人類使用天然金屬（主要是天然銅）距今已8000多年。但天然銅資源稀少，要使用更多的銅必須從礦石中提取。世界上最早煉銅的是美索不達米亞地區，時間大致在公元前38～前36世紀。最早的青銅是在蘇米爾（Sumer）地區出現的，大約在公元前30世紀。在人類文明史中，大量使用青銅的時代稱為青銅時代。鐵器的使用是人類文明的又一大進步。最早煉鐵的是在黑海南岸的山區，大約在公元前14世紀。到公元前13世紀，鐵器的套用在埃及已占一定的比重，一般認為這是人類文明進入鐵器時代的開端。在歐洲，公元前11世紀中歐開始用鐵，但向西歐傳播則極其緩慢，直到公元前55年，隨著羅馬人的入侵，鐵才傳入不列顛。中世紀的1000多年內，冶金技術進展十分緩慢。直至14～16世紀歐洲才發展為採用水力鼓風，加大、加高煉鐵爐，生產出鑄鐵。15世紀的歐洲，儘管熟鐵器已廣泛套用，但銅和青銅仍是生產得最多的金屬。16世紀歐洲出現資本主義的萌芽，冶金企業轉移到資本家手中，資本家互相競爭，推動了生產技術的發展。另一方面，機器、造船等工業的發展又為冶金業開闢了市場和提供了技術裝備。在1640年以後的250年中，主要發生在英國以高爐煉鐵、煉鋼為主的冶金生產和技術變革，尤其是1700～1890年，一系列重要的技術發明創造使英國的煉鐵、煉鋼工業得到蓬勃發展。這些發明在煉鐵方面有：1790年A.達比用焦炭代替木炭煉鐵成功，使冶鐵業擺脫了木炭資源(森林)的限制；1828年J.B.尼爾森採用熱風使煉鐵煉焦比降低，生產效率成倍提高。在煉鋼方面有：1740年B.亨茨曼首次採用坩堝煉鋼法生產鑄鋼件；1856年H.貝塞麥發明轉爐煉鋼法，開創了煉鋼新紀元；1855年K.W.西門子發明了蓄熱室，1864年P.E.馬丁利用該原理創造平爐煉鋼法，從而擴大了煉鋼的原料來源；1879年S.G.托馬斯和P.C.吉爾克里斯特發展出鹼性轉爐煉鋼法，成功地解決了高磷生鐵煉優質鋼的問題。在軋鋼方面有：1697年J.漢伯里用平輥軋制出熟鐵板，供生產鍍錫鐵板之用；1783年H.科特用孔型軋制生產熟鐵棒，這種方法後來用於生產型材。這些發明創造使英國煉鐵、煉鋼工業在18～19世紀走在世紀最前面。煉鋼情況也是一樣，銅資源並不充裕的英國，在19世紀60年代竟成了世界上產銅最多的國家。概況
中國古代冶金比歐洲先進，尤其是鑄鐵技術比歐洲要早2000年。從鑑定中國古代的鐵器表明，中國漢代生產的有些鑄鐵件中的石墨呈球絮狀，具有一定的柔韌性，與近代可鍛鑄鐵頗為相似。中國古代生產的鑄鐵和熱處理技術已能適應製造農具的要求，從漢代起鐵產量就已超過了銅。金屬種類，中國在春秋戰國之際即已掌握金、銀、銅、鐵、錫、鉛、汞等七種常用金屬。歐洲直到羅馬帝國末期才全部掌握上述金屬。中國在15世紀已有金屬鋅，較歐洲早300多年。綜觀古代世界冶金業的發展，金屬製品，特別是青銅器和鐵器，對人類社會生產力的發展起著巨大作用。冶金學的形成冶金生產技術直到18世紀末，才從近代自然科學中汲取營養，逐漸發育成一門近代科學——冶金學。16世紀以前，效益顯著的冶金操作大都憑個人經驗或者依靠師徒授受。由於缺乏書本記載，加上技術保密，有些技術甚至失傳。從開始冶銅到16世紀，人類從事冶金活動已有5000多年，可是能夠煉製的金屬總共只有七、八種，冶金技術進展十分緩慢。16世紀中葉，歐洲最早的兩本冶金著作：義大利比林古喬的《火法技藝》和德國阿格里科拉的《論冶金》先後問世。特別是後者較完整地記載了當時歐洲的冶金技術操作，起到承先啟後的作用。這兩本書被公認為歐洲冶金文獻中的先驅，影響深遠。在中國，冶金專著的出現雖然比歐洲早得多，但很可惜，宋代張潛著的《浸銅要略》早已散佚，明代傅浚著的《鐵冶志》也未能傳世。明末宋應星所著《天 工開物》，初刊於1637年，這本書較詳細地記載了中國當時的冶金技術。1740年英國B.亨茨曼開設坩堝煉鋼廠，是首次以冶煉法煉得的鋼，自此對鋼進行深入研究的條件初步具備了。這反映在兩個方面：①18世紀下半葉，T.伯格曼對鋼進行分析，作出“鋼是鐵與碳互動作用的產物”的結論。人們對鋼的實質才有較為正確的理解。碳的數量和形態是鋼進行金屬熱處理的依據，要制出好鋼，就必須在碳上作文章。從此，為鋼冶金指明了方向。②氧化及其反面——還原，是冶金的化學基礎。如果對這兩者缺乏認識，建立冶金科學就無從談起。以前人們認為氧化和燃燒是燃素的轉移，直到1786年，燃素學說被拉瓦錫等人徹底推翻，人們對氧化和燃燒現象才有了正確的認識。18世紀中葉，冶金產品只有鋼鐵和銅、鉛、錫、金、銀、鉑、鋅、汞等，銻、鉍、鈷、鎳等雖已被識別，但生產甚少，套用不多。冶金手段基本上還只有氧化法(如灰吹法)和碳還原法，遠不能滿足製取新金屬的需要。19世紀末，電能登上冶金歷史舞台，熔鹽電解法和水溶液電解法出現了，能產生高溫和控制冶鍊氣氛的電爐製造出來了。從此，冶金技術大步前進，發現並且生產出了一系列新的金屬和新的合金。冶金學受到其他學科的哺育而成長，冶金學也為其他學科提供了新的金屬材料和新的研究課題。金屬元素和金屬化合物的研究促進了化學的發展，金屬物理性質（如導電性、磁性）的研究成了凝聚態物理的重要內容。
分支學科冶金學不斷吸收自然科學，特別是物理學、化學、力學等方面的新成就，指導冶金生產技術向廣度和深度發展。另一方面，冶金生產又以豐富的實踐經驗，充實冶金學的內容，使冶金學逐步發展成為兩大領域。即提取冶金學和物理冶金學。
提取冶金學從礦石中提取金屬（包括金屬化合物)的生產過程稱為提取冶金學。由於這些生產過程伴有化學反應，故又稱為化學冶金學。它研究火法冶煉、濕法提取或電化學沉積等各種過程及方法的原理、流程、工藝及設備，故又稱為過程冶金學，中國習慣簡稱冶金學。即狹義的冶金學指的是提取冶金學。提取冶金學的任務是研究各種冶煉及提取方法，提高生產效率，節約能源，改進產品質量，降低成本，擴大品種並增加產量。包括鋼鐵冶煉、有色金屬冶煉和冶金過程的物理化學研究。
物理冶金學物理冶金學是通過成型加工的研究，製備有一定性能的金屬或合金材料的學科。又稱金屬學。金屬（包括合金）的性能(物理性能及力學性能)不僅與其化學成分有關，而且被成型加工或金屬熱處理過程產生的組innerlink' href="/wiki/%E7%B2%89%E6%9C%AB%E5%86%B6%E9%87%91">粉末冶金（制粉、壓製成型及燒結）及金屬塑性加工（壓、拔、軋、鍛）。研究金屬的塑性變形理論、塑性加工對金屬力學性能的影響以及金屬在使用過程中的力學行為，則稱之為力學冶金學，也屬於物理冶金學的一個組成部分。
