材料化学60178.ppt

旧石器时代 新石器时代 陶器时代 青铜器时代 铁器时代 钢 硅 塑料 合成材料 半导体 精密陶瓷 复合材料 纳米材料 …… 第一章 绪 论 1.1 什么是材料？ 材料是可以用来制造有用的构件、器件或物品的物质 因此材料的定义可以发展为： 一个例子 铝 铝是一种轻金属，密度 2.7 g/cm3,大约是铁的 1/3。纯铝的拉伸强度只有 48 MPa，只有钢的1/10 左右。因此在早期并未得到重视。 Al 在地壳中含量丰富，占 1/12，但主要以 Al2O3的状态存在。18 世纪发现了 Al 元素的存在，1825 年丹麦物理学家 Hans Oersted 第一次成功地提炼出金属铝，但是提炼方法比较复杂，产量很低，使得其价格极为昂贵。 铝曾经比金银还要珍贵…… 100多年前，为了表彰门捷列夫对化学的杰出贡献，英国皇家学会不惜重金制作了一个比黄金还要贵重的奖杯──铝杯，赠送给门捷列夫。 法国皇帝拿破仑三世为了显示自己的尊贵，用铝作了一顶头盔，成为轰动一时的新闻。每逢盛大国宴，别人都用银制餐具，而他独自使用一套铝制餐具。 技术的进步让铝走出了首饰店…… 1886 年， 22 岁的美国人 Hall 发明了熔盐电解法制取金属铝，此法投产后，金属铝的产量迅速增长，价格则大幅度下降 ，从而把铝的大规模生产变成了现实。这个年轻人组成了一个大公司，这就是今天美国美铝公司 (Alcoa) 的前身。 将氧化铝 (A12O3) 溶解在熔融的冰晶石 (Na3AlF6) 中进行电解(电解液温度接近 1000℃) 在 上可以找到很多关于铝以及铝合金的信息 美铝的生意是从一把铝壶开始的…… 从铝壶做起，慢慢延伸到了烹调器具、锡箔纸、电线和电缆……。 现在，美铝了成为公认的世界上最大的原铝、铝加工产品和氧化铝生产商。美铝的产品广泛的应用于航空航天、汽车、包装、建筑、商业运输以及工业市场。 铝的应用市场的打开…… 铝的应用市场的打开是从 20 世纪 30 年代开始的。为了提高铝的比强度，当时关于铝的研究有两个热门话题： 合金强化 时效硬化 铝合金的出现，大大拓宽了铝的用途…… 一般说来，一种材料能否在一个时代引起人们关注、得到广泛使用应该从以下几方面加以分析 资 源 能 源 环 保 经 济 质 量 石棉是含有铁、镁、镍、钙、铝等元素的硅酸盐，分为温石棉和青石棉两种，由于具有结实、抗弯、绝缘、隔热、保温、耐酸碱腐蚀等优点，所以被广泛用于建筑、造船、航天和交通机械中隔热、保温、防火等领域。石棉经过加工后制成的纺织、石棉水泥制品，具有耐磨、绝缘等特点，还可制成防火材料、滤料、填料等。据统计，石棉的各种用途已逾千种 。 近年来的研究表明石棉是一种致癌物质，欧美国家许多癌症的病因，都曾与石棉污染有关。目前这种状况正在向发展中国家转移。据保守估计，今后30年中死于石棉污染者将达到100万，其中大多数是制造含石棉的地板、天花板、屋顶材料、接合剂和自动闸的工人。若进行大规模楼层定向爆破、拆除等工作时，现场附近人员不采取防护措施，也极可能被构成伤害。 专家估计，全世界每年约有20万人死于与石棉有关的癌症，其中约25％死于肺癌，10％死于恶性间皮瘤。 在欧盟的15个国家中，已有12个禁止使用石棉，沙特阿拉伯也将它列在禁用之列，阿根廷、智利等国也随之仿效。目前美国也不再生产石棉，其石棉使用仅依靠进口。 钢铁工业在发达国家已进入衰退阶段，原因是有许多新材料来代替钢铁，并且钢铁生产污染环境，他们往往把这些企业放在第三世界国家。 钢铁在我国还在成熟阶段，钢铁的需求量很大，不但每年产量有所增加,每年还需进口2000万吨。 据估计,我国的钢产量达到12000万～15000万吨，才能满足国内市场需要。 1.2 材料的分类及要素 按材料的组成分类 金属材料 (Metal) 钢铁材料、非铁材料、合金 有机高分子材料 (Polymer) 天然的、合成的 无机非金属材料 (Ceramics) 陶器、瓷器、水泥、玻璃、耐火材料、新型陶瓷 复合材料 (Composites) 按材料的用途分类 结构材料 支撑件、连接件、传动件、紧固件等 功能材料 磁性材料、电子材料、信息记录材料、光学材料、敏感材料、能源材料、生物医学材料等 结构材料与功能材料的划分并不严格 生物医学材料？ 按材料内部原子排列情况分类 晶态材料 非晶态材料 液态材料 气态材料 从材料尺度角度分类 三维材料 块体材料 二维材料 薄膜、涂层等 (金刚石薄膜、高温超导薄膜、半导体薄膜、耐磨涂层) 一维材料 纤维、晶须等 (光导纤维、高强纤维) 零维材料 粉 体 1.3 材料科学 20 世纪对于材料的发展历史来说是一个值得大书