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一、课题引入
首先请大家思考以下几个问题:
•同样是固体材料,为什么陶瓷、塑料和金属的性能和用途差
异很大?
•汽车在制造、运行和维修过程中一般用到哪些类型的材料?
•汽车的节能减排与材料应用有什么关系,汽车材料的发展如
何?
人不触电后,施救者采用何种物品将带电体拔开?
A、金属晾衣杆B、木制扫帚棒C、塑料衣架
刚学会吃饭的小朋友用哪种材料的小碗更合适?
A、普通陶瓷碗B、卡通玻璃碗
C、碎花塑料碗D、古典搪瓷碗(金属外壳涂瓷)
问题导出:1、为什么大多数金属导电,
而一般的塑料和陶瓷不导电?
2、为会陶瓷和玻璃比较脆,容易破碎,
而金属和塑料却有较好塑性?
1.1工程材料概述
一、固体的结合方式
金属材料、有机高分子材料、无机非金属材料具有明显的不同特性,比如:
金属一般能导电,具有较好的塑性;高分子材料低、质量轻;无机非金
属材料一般高、硬而脆。这些材料具有不同的特性主要是由于它们的组
成质点(原子、分子或离子)之间的结合方式和作用力(结合键)不同引起
的。
固体中的结合键有四种:离子键、共价键、金属键和分子键。与各类结合
键相应地,固体可分为离子晶体、共价晶体、金属晶体和分子晶体。
1.离子键和离子晶体
①离子键的结合力大,因此离子晶体的硬度和强度高,热膨胀系数小,
但脆性大;
②离子键为正常价化合物,键中很难产生可以自由的电子,所以离
子晶体都是良好的绝缘体;
③在离子键中,外层电子被牢固束缚,不会被可见光激发,因而不吸收
可见光,所以典型的离子晶体是无色透明的。
CuClFeSNaClAlO
223
2.共价键和共价晶体
①共价键的结合力很大,所以共价晶体强度和硬度很高,脆性大,和
沸点高,挥发性低,结构也比较稳定;
②由于相邻原子所共有的电子不能自由,共价晶体的导电能力较差。
HClHO
2
SiOSiCSiNFeC
2343
陶瓷的主要化学成分:
SiO(石英)AlO
223
3.金属键和金属晶体
①金属键中有大量自由电子使金属表现出优良的导电性;
②由于自由电子的活动性强及金属离子的作用,金属的导热性很好;
③金属键没有方向性,原子间也没有选择性,使金属表现出良好的塑性变
形能力;
④金属中的自由电子能吸收并随后辐射出大部分投射到表面的沟通,所以
金属不透明并呈特有的金属光泽。
金属原子之间的结合,自由电子云
4.分子键和分子晶体
分子键为键,由双原子分子的偶极形成的很弱的作用力(也
称范德华力)
由于范德华力很弱,所以分子晶体结合力很小,很低、硬度也
很低。
塑料、橡胶、合成纤维等
都属于高分子材料
金属材料:以金属键为主的结合方式
陶瓷材料:以离子键及共价键为主的结合方式
高分子材料:以分子键为主的结合方式
二、工程材料的分类
1.金属材料
金属材料是最重要的工程材料,包括纯金属和以金属为基的合金。以
金属元素为主体的金属材料,原子间的结合键基本上为金属键,具备金属
晶体的基本特性。
工业上把金属及其合金分为两大部分:黑色金属(包括铁、铬、锰和
它们的合金)和有色金属(除铁、铬、锰以外的所有金属及其合金)。
钢铸铁非铁金属
2.陶瓷材料
陶瓷材料属于无机非金属材料,是不含碳氢氧结
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