傳統(tǒng)材料材料性質(zhì)

即延性和展性.延性就是能延長的性質(zhì),例如鐵能制成鐵絲;展性是能展開的性質(zhì),鋁能制成很薄的鋁箔.一般來說,延性優(yōu)良的物質(zhì)展性也優(yōu)良,所以可統(tǒng)稱為延展性。

屬于化學性質(zhì),比如見光或受熱是否容易分解,是否易和氧氣反應等。

就是指當材料在一定溫度和壓力下,受到外力作用時可產(chǎn)生形變,而外力去除后仍能保持受力時的狀態(tài)。

?所謂材料,是指人類用來制作有用物件的物質(zhì);材料是人類生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎,是人類社會文明的重要支柱.

新材料則是指最近發(fā)展或正在發(fā)展之中的具有比傳統(tǒng)材料更為優(yōu)異的性能的一類材料.

材料科學技術的每一次重大突破,都會引起生產(chǎn)技術的革命,極大加速社會發(fā)展的進程.

歷史分期: 以人類使用工具的材料劃分

石器時代 陶器時代 青銅器時代 鐵器時代 硅時代。

包括純金屬以及合金,合金是混合物.

如銅,鋁,鋼鐵

無機非金屬材料:如水泥,陶瓷,玻璃

有機合成材料:如塑料,橡膠,合成纖維

合金的組成由兩種或兩種以上的金屬的結合構成,一般它在功能上會具有各金屬成分的優(yōu)點,甚至會有一些新功能出現(xiàn)。

煉鐵:鐵礦石與石灰石,焦炭混合后在空氣中加熱,可得到生鐵.

煉鋼:生鐵在富氧空氣中加熱,降低含碳量后得到鋼.

生鐵一般硬而脆,工業(yè)上適合鑄造,不適合鍛造.鋼一般有一定的韌性,既適合鑄造,也適合鍛造.所以鋼的用途更廣

鋼鐵的銹蝕:實質(zhì)上是鐵在有水存在的情況下,發(fā)生緩慢氧化的過程

由于鐵銹疏松,透氣性,吸水性較好,所以鋼鐵制品一旦生銹,如不及時處理,生銹的過程不會自動停止,只會越來越快.

關于金屬的污染:一是冶煉金屬時產(chǎn)生廢氣,廢渣造成的污染.一是廢棄金屬對環(huán)境造成的污染.

鋼的分類:生鐵和鋼的比較，煉鐵和煉鋼。

銅的物理性質(zhì) :純銅呈紫紅色,熔點約1083.4℃,沸點2567℃,密度8.92g/cm3,具有良好的延展性.1g純銅可拉成3000m細銅絲或壓延成面積為10m2幾乎透明的銅箔.

純銅的導電性僅次于銀,但比銀便宜得多,所以當今世界一半以上的銅用于電力和電訊工業(yè)上.

銅在潮濕的空氣中易在其表面生成堿式碳酸銅(銅綠).銅常用于制造銅線,電極以及電鍍工業(yè).

銅合金。

鋁的物理性質(zhì):

純凈的鋁是具有銀白色光澤的金屬,有良好的延展性,制成鋁箔可包裝紙煙,糖果.

鋁的導電性僅次于銀和銅(導電率為銅的64%,密度小于2.70g/cm3,為銅的30%),因而鋁廣泛地代替銅做電纜.

鋁有良好的導熱性,大量用于制做炊具,還可以做太陽能的吸收裝置

鋁是人類繼銅,鐵之后,第三種被廣泛應用的金屬.

鋁的化學性質(zhì)很活潑,在空氣中很快生成一層致密的氧化物薄膜,可防止進一步氧化,此氧化膜不溶于水,因而使鋁不與水作用

鋁在氧氣中加熱時劇烈地燃燒,發(fā)出炫目的白光,并放出大量的熱.

鋁與氧結合的能力很強,是親氧元素,它能從許多金屬氧化物中奪取氧,而且產(chǎn)生大量的熱,溫度很高,可使游離出來的金屬熔化.由此可制取金屬,常稱鋁熱法,冶金工業(yè)上用鋁熱法制備金屬鉻,錳,釩等.例如:

Cr2O3 + 2Al = Al2O3 + 2Cr

鋁是兩性金屬,可與稀酸(鹽酸或硫酸),強堿溶液反應生成鹽,同時放出氫氣.

把鋁放入冷硝酸中,會使其"鈍化",而不與稀酸反應.

鋁的最主要用途是制造各種輕質(zhì)合金,鋁合金具有質(zhì)輕硬度大的優(yōu)點,廣泛地應用于航空,汽車工業(yè)以及國防工業(yè)上,同時在日常生活中的應用也越來越廣泛,如制造門窗,家俱和飲具等.純鋁也大量用來制作電線和電纜,此外也用于制造特種漆料,藥膏,化妝品軟管和容器及包裝箔等.有機鋁化合物,如三乙基鋁為立體定向聚合催化劑.

鋁的用途

(1)鋁的密度很小,僅為2.7g/cm3,雖然它比較軟,但可制成各種鋁合金,如硬鋁,超硬鋁;防銹鋁,鑄鋁等.這些鋁合金廣泛應用于飛機,汽車,火車,船舶等制造工業(yè).此外,宇宙火箭,航天飛機,人造衛(wèi)星也使用大量的鋁及其合金.例如,一架超音速飛機約由70%的鋁及其合金構成.船舶建造中也大量使用鋁,一艘大型客船的用鋁量常達幾千噸.

(2)鋁的導電性僅次于銀,銅,雖然它的導電率只有銅的2/3,但密度只有銅的1/3,所以輸送同量的電,鋁線的質(zhì)量只有銅線的一半.鋁表面的氧化膜不僅有耐腐蝕的能力,而且有一定的絕緣性,所以鋁在電器制造工業(yè),電線電纜工業(yè)和無線電工業(yè)中有廣泛的用途.

(3)鋁是熱的良導體,它的導熱能力比鐵大3倍,工業(yè)上可用鋁制造各種熱交換器,散熱材料和炊具等.

(4)鋁的表面因有致密的氧化物保護膜,不易受到腐蝕,常被用來制造化學反應器,醫(yī)療器械,冷凍裝置,石油和天然氣管道等.

(5)鋁粉具有銀白色光澤(一般金屬在粉末狀時的顏色多為黑色),常用來做涂料,俗稱銀粉,銀漆,以保護鐵制品不被腐蝕,而且美觀.

(6)鋁在氧氣中燃燒能放出大量的熱和耀眼的光,常用于制造爆炸混合物,如銨鋁炸藥(由硝酸銨,木炭粉,鋁粉,煙黑及其它可燃性有機物混合而成),燃燒混合物(如用鋁熱劑做的炸彈和炮彈可用來攻擊難以著火的目標或坦克,大炮等)和照明混合物(如含硝酸鋇68%,鋁粉28%,蟲膠4 %)

(7)鋁熱劑常用來熔煉難熔金屬和焊接鋼軌等.鋁還用做煉鋼過程中的脫氧劑.鋁粉和石墨,二氧化鈦(或其它高熔點金屬的氧化物)按一定比率均勻混合后,涂在金屬上,經(jīng)高溫煅燒而制成耐高溫的金屬陶瓷,它在火箭及導彈技術上有重要應用.

(9)鋁板對光的反射性能也很好,鋁越純,其反射能力越好,因此常用來制造高質(zhì)量的反射鏡,如太陽灶反射鏡等.

(10)鋁具有吸音性能,音響效果也較好,所以廣播室,現(xiàn)代化大型建筑室內(nèi)的天花板等也常用鋁.

鋁的生物功能:

鋁不但是人體必需的微量元素之一,還可以入藥治病.如用Al(OH)3治療胃病及十二指腸潰瘍已有多年歷史.胃舒平等也是含鋁藥物.人體內(nèi)的微量鋁可阻擋腸道內(nèi)磷的吸收,降低血磷,阻止繼發(fā)性副甲狀腺機能亢進引起的血磷增高,軟組織鈣化及腎結石形成,但是,過量鋁攝入身體也會帶來危害.由于鋁制品及鋁化合物的廣泛應用,現(xiàn)代人身體內(nèi)的鋁含量比古代人增加了2倍.當鋁制品盛放咸,酸性或堿性食物時,其表面保護膜就會遭到破壞,氧化鋁就會被溶解成膠體溶液.這種氧化鋁融合在食物中,便會使人體鋁攝入量增多.如此,日積月累,勢必影響健康.

當人體內(nèi)蓄積的鋁超過正常值5倍以上,即可破壞某些酶的活性,降低胃酸,引起消化功能紊亂.

鋁還可以抑制消化道對磷的吸收,干擾磷的代謝,破壞正常鈣磷的比例,影響骨骼和牙齒的發(fā)育,并能使骨骼脫鈣,軟化,疏松.

在正常人的大腦中,鋁的含量僅為2 mg~3mg.由于鋁的攝入量過多,天長日久也會在大腦中堆積起來,尤其易堆積在大腦皮層和隨意運動的大腦海馬區(qū)等部位,使人的記憶力減退,情緒淡漠,反應遲鈍,心情煩躁,精神萎靡,使人腦組織老化速度加快,這種現(xiàn)象被人們稱為老年癡呆癥.

此外,長期攝鋁過多,還會使人的皮膚皺紋增多,頭發(fā)容易脫落,視力下降.

使用鋁制炊具的另一個最大弊端,在于隔絕了人們攝取鐵的一條重要渠道,使患缺鐵性貧血的人與日俱增,尤其是婦女兒童更為明顯.

為了減少鋁制炊具中鋁對人體的過量攝入,在使用鋁制炊具時,要注意以下幾點: 1.應避免同其它硬質(zhì)器具摩擦,以防鋁表面氧化膜被破壞;2.鋁制品不宜久放鹽,醬,醋,酒,茶,水果汁,發(fā)酵粉,牛奶等調(diào)味品和飲料,以防鋁溶解進入食物;3.鋁鍋燒煮食物時間不宜太久,應控制在4h以內(nèi).不要在鋁鍋內(nèi)炸食品;4.由于氟對鋁的腐蝕性強,所以在含氟量高的水質(zhì)中,盡量減少使用鋁制炊具.

在酸雨地區(qū),酸雨滲入地下,會引起地下水酸化,酸化的水中的鋁,銅,鋅,鎘比中性地下水中高幾十倍.

鋁合金

以鋁為基加入其他元素組成的合金.純鋁的導電,導熱和耐蝕性能良好,主要用作導電,導熱材料,但強度低,不宜作結構材料.鋁可與許多化學元素形成合金以改善性能.鋁合金比重輕,比強度接近合金鋼,比剛度超過鋼,塑性好,鑄造和可切削性也較好,適宜制造重量輕的結構部件,因此成為航空工業(yè)不可缺少的材料,在交通運輸,建筑,輕工,化工,儀表機械等部門,在家用器具方面也得到廣泛應用.鋁及某些鋁合金用陽極氧化等法處理,通過著色工藝,生成各種顏色,廣泛作包裝,裝飾材料使用.

鋁合金的主要應用領域:戰(zhàn)機、艦船、導彈、火箭、人造衛(wèi)星、戰(zhàn)車、高速列車、汽車、高層建筑。

水泥:水泥是最常用的建筑材料,它也是硅酸鹽,普通的水泥也稱為波特蘭水泥.它是由石灰石和粘土配合,加熱到燒結的程度,而后粉碎研磨制成,舊時也稱水門汀,是由英文音譯而來.

水泥在空氣或水中都能硬化

水泥主要性質(zhì)

普通水泥主要成分

反應條件

主要設備

主要原料

黏土

石灰石

石膏(輔料)

水泥回轉(zhuǎn)窯

高溫

硅酸三鈣:3CaO*SiO2

硅酸二鈣:2CaO*SiO2

鋁酸三鈣:3CaO*Al2O3

水硬性

1.建筑用粘合劑--水泥沙漿的 成分是什么

2.混凝土又是什么做成的

水泥 沙子 和水 的 混合物

水泥 沙子 和 碎石混合而成

陶瓷是一種古老的制品,它是由粘土或粘土加入石英和長石等的混合物經(jīng)成形,干燥和焙燒而成的 .

陶瓷:陶瓷是統(tǒng)稱,陶器和瓷器不一樣,陶器是質(zhì)地較粗的陶瓷制品.瓷器是質(zhì)地較細,不透明或半透明的陶瓷制品.在金屬表面覆蓋一層陶瓷質(zhì)材料,叫做陶瓷涂層.

搪瓷:在鋼鐵等制件的表面用陶瓷類材料進行處理,形成耐腐蝕的覆蓋層,就是搪瓷.可耐高溫,但易裂開。

陶瓷種類，性能

反應條件

生產(chǎn)過程

主要原料:黏土混合,成型,干燥,燒結,冷卻高溫

土陶,陶器,炻器,瓷器抗氧化,抗酸堿腐蝕,耐高溫,絕緣,易成型

陶瓷材料

1.傳統(tǒng)陶瓷

原料: 天然礦物( 巖石,沙子,粘土,……)

制備 : 燒制

例如 水泥,玻璃,磚瓦,耐火材料……

2.幾種新型陶瓷材料

(1) 高溫結構陶瓷

原料: 氮化硅,碳化硅,……

制備: 1700 ℃ 燒結

用途: 汽車,飛機發(fā)動機

陶瓷刀具 ( 超薄 )

( 2 ) 透明陶瓷 ( 光學陶瓷 )

特點 光學性能優(yōu)異

耐高溫 ( 熔點 2000 ℃ 以上 )

用途 高壓燈 ( 如高壓鈉燈 工作溫度 1200 ℃

壽命1-2萬小時)

防彈玻璃

( 3 ) 光導纖維

( 4 ) 生物陶瓷 特點: 耐腐蝕, 穩(wěn)定性好

用途: 人體器官,組織修復,再造

( 5 )金屬陶瓷

隨著火箭,人造衛(wèi)星及原子能等高技術的發(fā)展,對耐高溫材料提出了新的要求,人們希望材料既能在高溫時保持很高的強度和硬度,能經(jīng)得起激烈的機械震動和溫度變化,又有耐氧氣腐蝕和高絕緣性等性能.但無論是高熔點金屬還是陶瓷都無法同時滿足這些要求.

金屬陶瓷是由陶瓷和粘接金屬組成的非均質(zhì)的復合材料.陶瓷主要是氧化鋁,氧化鋯等耐高溫氧化物或它們的固溶體,粘接金屬主要是鉻,鉬,鎢,鈦等高熔點金屬.將陶瓷和粘接金屬研磨混合均勻,成型后在不活潑氣氛中燒結,就可制得金屬陶瓷.

金屬陶瓷兼有金屬和陶瓷的優(yōu)點,它密度小,硬度高,耐磨,導熱性好,不會因為驟冷或驟熱而脆裂.另外,在金屬表面涂一層氣密性好,熔點高,傳熱性能很差的陶瓷涂層,也能防止金屬或合金在高溫下氧化或腐蝕.

金屬陶瓷廣泛地應用于火箭,導彈,超音速飛機的外殼,燃燒室的火焰噴口等處.

有機合成材料 1.塑料

塑料是指可以塑造的材料,或者說具有可塑性的材料,它應該包括陶土和石膏之類的材料.

而目前塑料的概念已經(jīng)是專指高分子合成材料.塑料,纖維和橡膠并無嚴格的分界線,例如纖維未定向拉伸之前,或橡膠在低溫下都是塑料.

聚乙烯,聚丙烯,聚氯乙烯和聚丁烯等,它們的原料均來源于石油或天然氣,因此在塑料中是產(chǎn)量最大的品種.聚乙烯為其代表,如食品包裝袋,油桶是我們最熟悉的應用.但它的主要缺點是受熱和在空氣中易老化.

聚氯乙烯的最主要缺點是耐熱性差,超過60℃就要變形,還有一定毒性.不過目前已出現(xiàn)無毒的聚氯乙烯樹脂。

天然橡膠能從近500種不同植物中獲得,但主要是從熱帶植物--橡膠樹中取得.目前年產(chǎn)量為300萬噸.天然橡膠在綜合性能上均優(yōu)于目前所有的合成橡膠。

丁苯橡膠是合成橡膠的最大品種

氯丁橡膠也被稱為"萬能橡膠"

新型材料(超導材料,納米材料等)對人類生活方式和生活質(zhì)量的影響,對社會經(jīng)濟發(fā)展的影響,以及對環(huán)境的影響。