Как возникла наука о материалах?

Ещё первобытные люди научились отбирать для своих нужд лучшие природные материалы, такие как камень, дерево, кожи животных и др…

Поскольку природные материалы в первозданном виде со временем перестали удовлетворять людей, они научились обрабатывать их, подвергая действию огня и воды; материалы при этом всё более теряли сходство с естественными. Наконец стали появляться искусственные материалы, совершенно не похожие на исходное сырьё: плавленные металлы, стекло, керамика.

С точки зрения эксплуатационных свойств, внешнего вида и доступности сырья эти материалы были намного лучше природных. Освоение каждого нового инструментального материала существенно повышало производительность труда.

Поиски более совершенных материалов, продолжающиеся и до настоящего времени, привели к развитию современных материаловедческих наук. Благодаря осмыслению физических процессов, протекающих в глубинах веществ, появилась возможность получать материалы с заранее заданными свойствами.

Сильная зависимость свойств материалов от наличия и характера распределения в них легирующих добавок определяет наиболее распространённый способ создания новых материалов, заключающийся в выборе относительно простого по составу соединения, наиболее подходящего по параметрам к заданным, с последующим изменением его свойств в желательном направлении при помощи различных добавок.

Метод плодотворен, однако не безупречен из-за многообразия веществ и требуемых параметров. Более эффективно сочетание этого эмпирического метода с теоретическими достижениями материаловедения, что позволяет целенаправленно применять модификаторы. Наиболее удачный пример такой взаимосвязи — достижения химии и физики твердого тела, позволивших выявить в материалах сложные физические эффекты. Так, открытие сверхпроводимости или сегнетоэлектричества стимулировало поиски соответствующих материалов.

За изобретением следует период более или менее длительных исследований, направленных на определение потенциальных возможностей новых материалов и ограничений их применения. Затем начинается долгий и трудный процесс, называемый внедрением. Он включает практическую реализацию возможностей материала, оптимизацию технологического процесса, преобразование материала в продукцию. К сожалению, часто бывает, что отечественные изобретения реализуются прежде всего за рубежом.

Среди требований, применяемых к новым материалам, можно отметить высокую прочность, стойкость к разрушению, низкую плотность, сочетающиеся со стабильностью и воспроизводимостью свойств, надёжностью.

Главные направления разработок — создание новых металлических сплавов, особенно сплавов лития и алюминия, позволяющих снижать массу изделий; сплавов, обладающих высокой прочностью, сопротивлением усталости, вязкость разрушения материалов; новых керамических материалов, особенно конструкционных, на основе нитрида кремния, оксида алюминия и др., а также функциональных, обладающих особыми электрическими, магнитными и оптическими свойствами; термопластичных и термореактивных полимеров и композиционных материалов с повышенной вязкостью разрушения.

Не менее важные исследования посвящены улучшению и удешевлению уже имеющихся материалов. Модернизированные традиционные и новые виды материалов относят к перспективным. Многие из них только начинают использовать в промышленности, однако объём их производства непрерывно растет.