材料组成的优化选修IB.ppt

* 第二单元 材料组成的优化 材料的性能取决于材料的化学组成和结构。 1. 合金 由金属与另一种(或几种)金属或非金属所组成的具有金属通性的物质。 根据结构的不同，合金主要类型是： (1)混合物合金（共熔混合物），当液态合金凝固时，构成合金的各组分分别结晶而成的合金，如焊锡、铋镉合金等； (2)固熔体合金，当液态合金凝固时形成固溶体的合金，如金银合金等； 改变材料的组成 (3)金属互化物合金，各组分相互形成化合物的合金，如铜、锌组成的黄铜（β-黄铜、γ-黄铜和ε-黄铜）等。 各类型合金都有以下通性： (1)多数合金熔点低于其组分中任一种组成金属的熔点；(2)硬度比其组分中任一金属的硬度大； (3)合金的导电性和导热性低于任一组分金属。利用合金的这一特性，可以制造高电阻和高热阻材料。还可制造有特殊性能的材料，如在铁中掺入15％铬和9％镍得到一种耐腐蚀的不锈钢，适用于化学工业。(4)有的抗腐蚀能力强(如不锈钢) 常用合金：钢铁、铝合金、铜合金 特种合金：耐蚀合金、耐热合金 、钛合金 （Ti-Al-V合金为代表的超塑性合金 ）、磁性合金（永磁合金有稀土、钴系、铁、铬、钴系和锰、铝、碳系合金 ） 、钾钠合金 、贮氢合金 储氢合金：能以金属氢化物的形式吸收氢，是一种安全、经济而有效的储氢方法。 金属贮氢的原理在于金属(M)与氢生成金属氢化物(MHx) ： 金属与氢的反应，是一个可逆过程。正向反应，吸氢、放热；逆向反应，释氢、吸热。改变温度与压力条件可使反应按正向、逆向反复进行，实现材料的吸释氢功能。 LaNi5 + 3H2 → LaNi5H6 ΔH= - 31.77kJ·mol-1 ← 200~300kPa 2.硅酸盐材料和特种陶瓷 硅酸盐材料是以含硅物质为原料高温烧制而成的。 水泥工业 原料 设备 主要性质 反应条件 水泥成分 水泥应用 硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙 石灰石、黏土、辅助原料 水 泥 回 转 窑 高温 水硬性 建筑粘合剂 水泥砂浆、 钢筋混凝土 玻璃 （1）含有Na2SiO3,CaSiO3和 SiO2 ，主要成分是SiO2，玻璃态物质，没有固定熔点 （2）反应材料：石灰石，纯碱，石英 （3）反应原理： Na2CO3+SiO2======Na2SiO3+CO2↑ 高温 CaCO3+SiO2======CaSiO3+CO2↑ 高温 （4）玻璃的种类 运动器材，汽车火车用窗玻璃 耐高温，耐腐蚀，高强度，抗震裂 钢化玻璃 玻璃钢，宇航服，光导，通讯材料 耐腐蚀，耐高温，不导电，隔热，防虫蛀 玻璃纤维 眼镜，照相机，显微镜，望远镜透镜 透光性好，有折光性和色散性 光学玻璃 化学仪器，高压水银灯，紫外灯罩 膨胀系数小，耐酸碱，强度大，滤光 石英玻璃 窗玻璃、玻璃器皿 在较高温度下易软化 普通玻璃 用途 特性 种类 陶瓷 （1）主要原料：黏土 Al2O3·2SiO2·2H2O （2）釉料——金属及其化合物 使陶瓷表面光滑，不渗水，具有丰富的色彩。 （3）特性：抗氧化性，抗酸碱腐蚀，耐高温，易成形。 （4）传统生产过程：混和、成型、干燥、烧结、冷却 （5）主要种类： 土器：砖瓦 红瓦（自然冷却，Fe2O3含量较多） 青瓦 (淋水冷却，Fe3O4、FeO较多) 炻器： 水缸、砂锅 陶器：江苏宜兴的紫砂壶、秦汉兵马俑 瓷器： 唐三彩 宋代钧瓷 特种陶瓷：是有别于传统或普通陶瓷而言的，又叫高技术陶瓷、先进陶瓷、精细陶瓷、新型陶瓷、现代陶瓷、高性能陶瓷、工程陶瓷等。 特种陶瓷是在传统陶瓷的基础上发展起来的，是指采用高度精选的原料，具有能精确控制的化学组成，按照便于进行的结构设计及便于控制的制备方法进行制造、加工的，具有优异特性的陶瓷。 特种陶瓷一般分为结构陶瓷和功能陶瓷两大类，结构陶瓷是指用于各种结构部件，以发挥其机械、热、化学和生物等功能的高性能陶瓷。功能陶瓷是指那些可利用电、磁、声、光、热、弹等性质或其耦合效应以实现某种使用功能的先进陶瓷，也可以叫做特种功能陶瓷。 精细陶瓷的应用（P76) 精细陶瓷 　　又称高性能陶瓷、高技术陶瓷。按其用途可分成工程陶瓷和功能陶瓷两大类。前者主要利用它们的高硬度、高熔点、耐磨损、耐腐蚀性能，又称结构陶瓷；后者主要利用它们的光、声、电、热、磁等物理特性，又称电子陶瓷。按化学组成可分成氧化物类和非氧化物类。前者包括各种氧化物和含氧酸盐；后者包括氮化物、碳化物、硼化物等。前一类一般作功能陶瓷用，后一类作工程陶瓷用。有些品种用于制造发动机部件、汽车部件、电视机、吹风机、火灾警报器、高温挤型模具等。还可用于制造耐高温喷嘴，适合国防的需要。 　　3、 在制备工艺上，突破了传统陶瓷以炉窑为主要生产手段的界限，广泛采用真空烧结，