第八讲 材料与化学.ppt

第八讲 材料与化学 8-1 材料的分类 一、按用途分类1、结构材料-----主要是利用材料的力学和理化性质，广泛用于机械制造、工程建设、交通运输和能源等各个工业部门。2、功能材料-----主要是利用材料的光、电、磁等性能用于电子激光、通讯、能源和生物工程等许多高新技术领域。功能材料还包括新发展的智能材料，它具有自我修复和时间轴等功能。功能材料将是21世纪的材料。二、按材料的成分和特性分类1、无机材料-----包括金属材料（黑色金属和有色金属材料）、无机非金属材料或称陶瓷材料（传统陶瓷和精细陶瓷材料）。2、有机高分子材料-----是一类合成高分子材料，主要指塑料、合成纤维和合成橡胶，此外还有涂料和胶粘剂等。3、复合材料-----即由金属材料、陶瓷材料和高分子材料复合组成。三、传统材料和新型材料1、传统材料-----是指生产工艺已经成熟、并已投入工业生产的材料。2、新型材料-----是指新发展或正在发展的具有特殊功能的材料，如高温超导材料、工程陶瓷、功能高分子材料等。 8-2 广泛用途的金属材料 一、黑色金属与有色金属 1、黑色金属-----主要包括铁、锰、铬以及它们的合金，是应用最为广泛的结构材料。 2、有色金属-----即除黑色金属以外的其它金属及其合金，包括： (1)轻金属，如IA、ⅡA和A1 (2)重金属，如Cu、Ni、Pb、Sn、Hg等 (3)贵金属，如Au、Ag、Pt等 (4)希有金属，如Ga、Mo、W、Ge等 (5)稀土金属，如Se、Y和La系金属 (6)人造金属元素或称放射性金属元素，如Ra、Pu等 二、金属键和金属的晶体结构 1、金属的通性 元素周期表中80多种金属元素，其共同特征或通性： （1）金属键-----金属原子、离子和自由电子之间的相互作用力。没有方向性和没有饱和性。 （2）金属具有金属光泽、传热、导电性和延展性等优异的物理性能，广泛应用于国民经济的各个部门。 （3）晶体结构-----金属原子不同的堆积方式 主要包括六方最密堆积、立方最密堆积和体心立方堆积。 三、钢铁------铁和碳合金体系的总称 1、主要的铁矿石 -----地壳中铁主要以氧化物、硫化物和碳酸盐形式存在，如 赤铁矿：Fe2O3 褐铁矿：Fe2O3·2Fe(OH)3 磁铁矿：FeO·Fe2O3 菱铁矿：FeCO3 黄铁矿：FeS2 2、钢铁冶炼的基本化学原理 （1）炼铁： （2）炼钢 所谓炼钢，其过程主要控制生铁中的含碳量，同时除去其它杂质，如P、 Si等。 钢与铁的区别-----含碳量不同： 生铁：含C量 2% 纯铁：含C量 0.02% 钢： 含C量 2% -- 0.02%，并又分为低碳钢（ 0.25%）、中碳钢（0.25% -- 0.6%）、高碳钢（ 0.6%） 所以，钢铁实际上是铁和碳的合金体系的总称。 3、铁合金或合金钢 -----即根据其需要，再在钢铁中加入一定量的其它金属形成合金钢，例如不锈钢、锰钢、钼锰、钒钢、钛钢等。多用于军用钢或其它结构钢，其主要性能特点是坚硬、抗腐蚀性能高。 四、性能非凡的合金 1、铝合金 -----为提高铅材的硬度，常加入镁（Mg）、铜（Cu）、锌（Zn）、锰（Mn）、锂（Li）、硅（Si）等元素，其性能特点是强度高，相对密度小，易成型，广泛用于飞机制造业。一般铝合金也广泛用于建筑材料，如门窗材料等。 2、新型合金材料 种类繁多，例如： （1）形状记忆合金（功能材料） -----具有特殊的形状记忆功能。用这种合金 做成的金属丝，即使将它揉成一团，但只要 达到某个温度，它便能在瞬间恢复原状。广 泛用于卫星、航空、生物工程、医药、能源和自动化。 （2）高温合金 例如涡轮叶片是飞机和航天飞机涡轮喷气发动机的关键部位，工作温度高、受力最复杂、也最容易损坏。一般选镍基（Ni）和钴基（Co）高温合金作材料制造叶片。 （3）贮氢合金 -----利用金属或合金与氢形成氢化物而把氢贮存起来。氢是21世纪要开发的新能源之一，氢能源的优点是发热值高，又没有污染，且资源丰富。其化学反应 五、进入公众视野的稀土材料 今年3月（2012年3月），美国联合欧盟和日本向世界贸易组织（WTO）提 起一项针对中国限制稀土出口的贸易诉讼。稀土，一时在国际上成为一个非常热 门的话题，渐渐进入公众的视野。4月8日，中国稀土行业协会成立。 科学家告诉我们，稀土具有丰富的磁、光、电的特性，不仅在绿色能源、军 工、航空航天等领域占有重要地位，也早跟人们的日常生活密不可分，甚至央