cailaio材 料 化 学课件

《cailaio材 料 化 学课件》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、材料化学ChemistryofMaterials龚江宏清华大学材料科学与工程系旧石器时代新石器时代陶器时代青铜器时代铁器时代历史学家把某一类材料的特征及其广泛应用作为人类文明史各个阶段的一种标志钢硅塑料合成材料半导体精密陶瓷复合材料纳米材料……我们现在所处的时代应该称为什么时代？材料成为了一个新的独立的科学门类。这个新学科与物理、化学、力学、机械、冶金、化工等传统科学门类水乳交融，但是具有其独特的鲜明的个性。也正是因为与各个传统科学门类水乳交融，材料学科在不同的场合就被划分成了材料物理、材料化学、材料力学、材料工程学等诸多分支。本课程所涉及的内容

2、就属于材料化学这一分支。而作为本课程的绪论，这里我们将首先来讨论几个相关的名词：材料材料科学材料化学第一章绪论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。师昌绪主编：《材料大辞典》p.58材料是“具有一定性能的物质,可以用来制成一些机器、器件、结构和产品”。美国科学院、美国工程院联合编写《材料：人类的需求》材料是可以用来制造有用的构件、器件或物品的物质材料=物质Materials=Matter水是材料？冰是材料？几乎所有的物质都可以称为是材料什么样的材料值得我们关注？并不是所有的材料都能引起人们的广泛关注那么下一个问题就是先

3、来看看材料的发展历史……群居洞穴的猿人通过简单加工获得石器以狩猎、护身和生存；随着对石器加工制作水平的提高，出现了原始手工业如制陶和纺织青铜时代大约源于4000~5000年前。青铜是铜锡铝等元素组成的合金，与纯铜相比，青铜熔点低，硬度高，比石器易制作且耐用。青铜器大大促进了农业和手工业的出现。铁器时代被认为是始于2000多年前，由铁制作的农具、手工工具及各种兵器得以广泛应用，大大促进了当时社会的发展。钢铁、水泥等材料的出现和广泛应用，人类社会开始从农业和手工业社会进入了工业社会。本世纪半导体硅、高集成芯片的出现和广泛应用，则把人类由工业社会推向信

4、息和知识经济社会。一方面，材料是人类生存和生活必不可缺少的部分，是人类文明的物质基础和先导，是直接推动社会发展的动力。另一方面，随着社会的发展，科学技术的进步以及自然资源和能源的逐渐减少，人们所关注的、所使用的材料种类也在发生着变化……因此材料的定义可以发展为：人类社会所能够接受的经济地制造有用器件的物质一个例子高比强铝合金給20世纪的“新”材料带来了第一个突破比强：比强度，也就是材料的强度与密度之比。具有高强度、低密度的材料无疑具有应用优势。钢的比强度为：0.64106cm铝合金的比强度为：2.64106cm后者是前者的4倍，这对于结构材料

5、来说是几千年来的一个飞跃。铝铝是一种轻金属，密度2.7g/cm3,大约是铁的1/3。纯铝的拉伸强度只有48MPa，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HansOersted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

6、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www.alcoa.com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

7、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：合金强化时效硬化在Al中加入Cu、Mn、Si、Mg、Fe、Zn等元素，形成所谓的铝合金以提高Al的强度。把合金强化处理后形成的铝合金加热到一定温度以上进行“熔解处理”，使合金处于均匀的单相状态，然后快速淬火，保持其单相组织。此后再在稍高于室温

8、的温度下加热，使合金中慢慢析出第二相，以提高合金的强度。铝合金的出现，大大拓宽了铝的用途……航天飞机、大型客机铝门窗、铝活动建筑铝细粉是