13材料与奈米科技的发展与人物.ppt

第十三章材料與奈米科技的發展與人物 材料科技 研究 材料成分 製造方法 物理特性（硬度、延展性、熔點、密度、導電性、導熱性、熱膨脹系數等） 化學特性（對酸鹼之抗腐蝕性、抗氧化性或防銹性、生化反應等） 材料的分類 金屬材料 陶瓷材料 聚合體（或稱高分子材料或塑膠） 複合材料 半導體材料 金屬材料 鋼鐵 純鐵：含碳量低於0.02%，韌性及塑性佳，然而硬度差 普通碳鋼：含碳量為0.02%—2.0%，強度高，韌性和塑性佳，應用範圍最廣 鑄鐵：含碳量為2.0%—4.5%，質硬且脆，塑性差，通常採用鑄造方式製造成品，一般常見於工具機之底座或是鑄成肖像 不銹鋼─含有鉻、鎳等元素，可在表面產生一層保護膜以避免氧化生銹 304不銹鋼俗稱白鐵，用量較多 316不銹鋼之鉻、鎳含量與304不銹鋼差不多，但是316不銹鋼多含了1%—3%的鉬，因此特別抗氯鹽的局部腐蝕，價格也比較貴，應用於對耐腐蝕性要求較高的環境 輕金屬 鋁合金：其中鋁合金具有質輕及耐蝕之優點而廣受使用，因為鋁合金外表會形成氧化鋁薄層以防止內部材料進一步氧化。常用於鋁門窗、飲料罐等。鋁銅合金及鋁鋅鎂相當堅韌，可作為飛機材料。鋁亦可用作電線，在一般的IC或發光二極體（LED）上，其電線有些會用鋁矽合金線 鋁也可用在三五族光電半導體上，如砷化鋁鎵（AlxGa1-xAs）等，只要改變鋁與鎵之濃度比，可做出不同波長的雷射二極體（LD）或發光二極體 鎂合金具有相當低之比重，現今之行動電話及筆記型電腦在輕薄短小及防電磁波外洩的要求下，其外殼材料已經逐漸使用鎂合金 鈦合金純鈦的比重較鎂合金或鋁合金高。然而相較於鋼鐵而言，鈦合金具有質輕，強度較鋼硬，熔點高（1672℃），且不畏強酸、強鹼腐蝕之優點，一般應用於眼鏡架、高爾夫球具及航空器上。在飛機上，部分須要耐高溫的零件就必須以鈦合金來製作 有色金屬 常見的有色金屬為銅及金，。銅（純銅熔點為1083℃）及銅合金之使用已有超過千年的歷史 純銅（又稱紅銅）的導電性僅次於純銀，而銀很貴，所以電線、電纜幾乎全為純銅的天下；另外，由於銅的優良導熱性，使其在散熱器及熱交換器上亦居有主要之地位 黃銅（銅鋅合金） 青銅（銅錫合金）等 青銅器 貴重金屬─金、銀、白金及其合金 黃金（熔點1064℃）主要用在飾品及貨幣。由於純金的延展性非常的好，31克的金可展成300平方英尺，或是拉成毛髮般的細線 純金定位為24K，為了增加強度、硬度及耐磨性，金與銅元素可依照不同比例製作成14K至18K的K金，作為裝飾、項鍊及戒指等之用 黃金的比重高達19.3，而純銅的比重為8.93，所以配成K金後體積會變大，阿基米德即是利用此現象而判定花圈並非純金製成 由於金的導電率高且不會產生氧化作用，所以目前之光電半導體工業的連接線均以純金線為主，1998年的使用量即高達數公噸之多 銀（熔點962℃）的比重為10.49，主要用於貨幣及食物容器。銀為最佳之導電體，但由於價格昂貴而無法做為一般導電材料。銀必須添加其它元素以增加強度及硬度，主要的合金元素為銅，法定純銀之成分為92.5%的銀及7.5%的銅。銀的反射率高，所以被用於玻璃鍍銀作成鏡子；底片上的感光粒子主要為溴化銀（AgBr）；此外，銀可作成銀錫汞或銀錫銅汞合金（俗稱汞齊），廣泛應用於鑲牙材料 白金（熔點1769℃）的比重為21.43，其延性及展性均非常的好，可加工成錢幣、珠寶裝飾品，由於具有良好之耐蝕性及抗氧化性，在實驗室中常被用於高溫熱電偶、電化學的電極、坩堝、電路接點等。又具有獨特的觸媒作用而廣泛應用於石化工業；若利用白金作汽車觸媒轉換器，則可減少廢棄之排放量 低熔點金屬─鉛、錫、鋅及汞 鉛(熔點327℃)的比重為11.36，，廣用於子彈頭及釣魚、網魚之重錘等。而鉛合金之應用中，則以鉛銻合金應用於鉛酸電池，鉛錫合金應用於焊接之銲錫，鉛鋅鎘合金應用於保險絲等之易熔合金，鉛銻錫合金應用於印刷用鉛版之活字合金 錫(熔點232℃)的比重為5.8（灰錫）或7.3（白錫），灰錫與白錫之轉換溫度為13.2℃，高於此溫度為白錫。錫廣用於鍍錫鐵板，亦即是馬口鐵，耐蝕性良好，作為一般食品罐頭，其有機酸錫具有抑制腐蝕的作用；錫又可與其他低熔點金屬配成易熔合金或軟焊材料等 鋅(熔點420℃)的產量僅次於鋁及銅，鋅的比重為7.13，鋅合金廣用於壓鑄模具 汞的比重為13.6，熔點為?38.8℃，所以，我們一般看到的都是液態的汞，最常見的就是水銀溫度計及牙科用的汞齊 鎳(熔點1455℃) 與鐵一樣具有磁性，比重為8.91，常用於貨幣中之添加元素、不銹鋼的合金元素，或電池及觸媒等材料 鎳基超合金是耐熱金屬，用於超音速戰鬥機之推進器中的渦輪葉片 形狀記憶合金 形狀記憶合金：在某個溫度以下，可製成任意形狀，而一旦恢復原來的溫度，形狀