第5章 化学与材料.ppt

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1、第5章化学与材料基本要求1、掌握各区元素原子的结构特征，并能从原子的电子层结构了解常用工程材料在元素周期系中的分布2、了解近年来的新型材料(高分子材料,陶瓷材料,纳米材料,复合材料,液晶材料)的组成与性能5.1常用工程材料在周期系中的分布5.2几种新型材料5.2.1金属材料5.2.2高分子材料5.2.3陶瓷材料5.2.4复合材料5.2.5液晶材料材料的分类1） 按用途分为结构材料和功能材料结构材料：利用材料的力学和理、化性质功能材料：利用材料的热、光、电、磁等性能2） 按成分、特性分为：金属材

2、料黑金属：铁、铬、锰及合金有色金属：除了黑金属以外的金属无机非金属材料（陶瓷材料）传统陶瓷精细陶瓷有机高分子材料：塑料、纤维、橡胶以及涂料、黏合剂等复合材料：由以上三种材料复合而成按化学活泼性分：活泼中等活泼不活泼s区ds区、p区d区5.1常用工程材料在周期系中的分布Li--密度最小的金属,0.5gml-1He----熔点最低的单质Cr----硬度最大的金属(9)W----熔点最高的金属(3410℃)Hg---熔点最低的金属1金属的性质物理性质：①光泽：金属晶体大多呈银白色，Au—黄色，Bi—淡

3、红，Cu—紫红色；②密度：按5g.cm-3为标准,分为轻金属,重金属；5.2金属材料③熔点：金属熔点差别很大。如：Hg、W；⑤磁性：分铁磁材料(Fe、Co、Ni)；顺磁材料(Mn、Cr、Mo、W）；逆磁材料(Cu、Sn、Pb、Zn）；⑥延、展性：即机械加工性能良好；⑦热胀冷缩(但Sb、Bi相反)。④导电、导热：金属越纯，导电、热性越好;2几种新型金属材料轻质合金—以轻金属为主要成分的合金。铝合金：密度小，强度高。“硬铝”耐蚀，可用于车，不用于船。钛合金：密度不大，强度很高，抗蚀性好，耐高、低温（

4、-200-500℃），用于飞机。硬质合金—以硬质化合物为硬质相，以合金为粘结相的复合材料（TiN、AlN、TiC、WC、SiC）具有高硬度、耐磨、强度、韧性。—具有“记忆”自己形状特性的合金。如Ti-Ni（各50%）合金，在温度40度发生晶格转变：菱形晶格立方晶格晶格的变化，改变了合金形状。记忆合金贮氢合金—以金属氢化物的形式吸收氢，是一种安全、经济而有效的贮氢方法。金属氢化物不仅具有贮氢特性，而且具有将化学能与热能或机械能相互转化的机能，从而能利用反应过程中的焓变开发热能的化学储存与输送。贮氢

5、的原理金属(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。M+xH2→MHx+H（生成热）贮氢合金要求:贮氢量大；金属氢化物容易形成，稍加热又容易分解；室温下吸、放氢的速度快；使用寿命长；成本低。贮氢合金主要有三大系列：镁系贮氢合金：MgH2,Mg2Ni稀土系贮氢合金：如：LaNi5中添加MnNiMn,MnNiAl钛系贮氢合金：TiH4,TiMn1.51.光导纤维从

6、高纯的二氧化硅或石英玻璃的熔融体中，拉出直径约为100微米的细丝，称为石英玻璃纤维。（玻璃可以透光，但在传播过程中光损耗较大，而用石英玻璃纤维光损耗大为降低，故这种纤维称为光导纤维。）5.3陶瓷材料皮料—低折射率的玻璃；光纤的组成：芯料—高折射率，高透光度，不析晶的玻璃；获得2009年度诺贝尔物理学奖的华人高锟发明了石英玻璃，制造出世界上第一根光导纤维，因此被冠以“光纤之父”的称号。多组分玻璃光纤；复合材料光纤；石英光纤（高纯度或掺杂）。光在芯料和皮料界面上全反射，入射光封闭在芯料内，经过无数次

7、全反射，锯齿状传播。通信原理：光纤材料：光缆结构图利用光导纤维可以进行光纤通讯，用最新的氟玻璃制成的光导纤维，可以把光信号传输到太平洋彼岸而不需要任何中继站。光损耗较大光导纤维可以在短距离使用，特别适合做人体内窥镜，如：胃镜、膀胱镜、直肠镜、子宫镜等。2.超导陶瓷1911年荷兰物理学家Onnes发现汞（水银）在4.2K附近电阻突然下降为零.超导电性：零电阻现象.超导临界温度：电阻突然消失的温度.超导体：在一定温度下具有超导电性的物体.目前已发现30种单质，8000种金属、合金、化合物具有超导性。

8、1987年赵宗贤等，YBa2Cu3O7-x(Tc=90K)1993年Hg-Ba-Cu-O(Tc=133.5K)应用：1） 用超导材料输电2） 超导发电机3） 磁力悬浮高速列车4） 可控热核聚变3.纳米陶瓷从陶瓷材料的发展史上看，经历了三次飞跃从陶器到瓷器-----第一次飞跃从传统陶瓷到精细陶瓷---第二次飞跃从精细陶瓷到纳米陶瓷---第三次飞跃（超韧性陶瓷）纳米材料：粒径为1-100纳米，纳米材料具有表面效应、界面效应、量子尺寸效应。棉、麻、丝、毛、角、胶、塑料、橡胶、纤维┄它们是人们越来越熟悉