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1、第6章材料与化学化学与材料科学技术材料化学是由材料和化学两大学科的交叉融合产生的新型交叉学科研究材料制备(或合成)、材料加工、材料结构与性能研究制备材料的化学方法材料的化学处理方法研究材料的化学和物理特性主要内容1.金属材料2.无机非金属材料3.有机高分子材料4.复合材料5.纳米材料与纳米科技1.金属材料金属材料：是以金属元素为基础的材料。金属单质一般有良好的塑性，但其机械性能往往很难满足工程技术等多方面的需要，因此，金属材料更多以合金的形式使用。由于价电子的高度离域性,决定了它们具有良好的导电、导热性能和易氧化腐蚀的性能。高密度可塑性形变，加工成各种复杂形状。
2、高延展性，决定了具有高冲击和断裂韧性。合金的基本结构类型合金：是由两种或两种以上的金属元素(或金属与非金属元素)组成，具有金属特征和更优异性能与使用效能的材料。包括三种结构类型。相互溶解而形成金属固溶体—强度提高，延展性和导电导热性能下降。相互起化学作用而形成化合物—性能随化合物组成、结构与性能而变化。无化学相互作用的机械混合物—性能平均、熔点下降。轻质合金轻质合金:由轻金属(Al,Mg,Ti,Li等)形成的合金材料。铝合金:金属铝的密度仅2.7g/cm3,导电导热，但强度、硬度和耐磨性能差,若与Mg、Cu、Zn、Mn、Si等形成合金，机械性能会大幅度改善。硬铝
3、合金:经热处理提高强度的铝合金,其制品的强度和钢相近,而质量仅为钢的1／4左右，但耐腐蚀性较差。如Al-Cu-Mg,Al-Cu-Mg-Zn等。防锈铝合金:用压力加工法提高强度的铝合金，可耐海水腐蚀，可用于造船工业等。如Al-Mn,Al-Mg等。铝锂合金:锂是最轻金属，其密度为0.534g/cm3，是铝的1/5，钢的1/15。飞机上改用铝锂合金后，重量可减轻8％~16％。如B737飞机可减重2178kg，B747SP飞机可减重4200kg。轻质合金钛合金：钛与Al,V,Cr,Mo,Mn和Fe可形成固熔体或金属间化合物而使其强度提高。具有高强度，高韧性，耐腐蚀，质地
4、轻，抗磁性,耐高温等优点,是宇航工业的重要结构材料。轻质合金形状记忆合金形状记忆效应：指合金材料变形后，在一定条件下仍能恢复到变形前原始形状的能力。这类合金存在一对可逆转变的晶体结构,在某一转变温度发生相转变。如Ti-Ni(各50%)合金，在T发生晶形转变，晶格的变化，改变了材料形状。因此，只要控制温度就可以控制合金材料的形状。菱形晶格立方晶格形状记忆合金1951年,美国人发现Au-Cd合金有记忆形状的特性。现已发现多种合金系统,In-Tl、Ni-Ti、Ti-Ni-Cu、Ti-Ni-Nb等。形状记忆合金是一种智能材料,可广泛应用于宇航、自控、医疗和生活等领域。形
5、状记忆合金的应用：如，人造卫星上庞大的天线可以用记忆合金制作。发射前，将抛物面天线折叠起来装进卫星体内，火箭升空把人造卫星送到预定轨道后，只需加温，折叠的卫星天线因具有“记忆”功能而自然展开，恢复抛物面形状。形状记忆合金形状记忆合金的应用：又如，不久的将来，汽车外壳也可以用记忆合金制作。如果不小心碰瘪了，只要用电吹风加加温就可恢复原状，既省钱又省力，很是方便。形状记忆合金贮氢合金贮氢合金:某些过渡金属、合金和金属间化合物,由于其特殊的晶体结构,使氢原子容易进入其晶格的间隙中并形成金属氢化物,氢与这些金属的结合力很弱,但贮氢量很大,可以贮存比其本身体积大1000~
6、1300倍的氢,加热时氢又能从金属中释放出来。贮氢合金金属合金(M)在一定温度和压力条件下,与氢生成金属氢化物(MHx):上式为可逆反应，常温常压下向右进行，加热或减压反应向左进行。吸放氢反应快，可逆性优良的合金可作贮氢材料。吸氢时贮氢材料放热，放氢时贮氢材料吸热，可反复多次使用。M+H2→MHxΔH<01968年美国布鲁海文国家实验室首先发现镁-镍合金具有吸氢特性,1969年荷兰菲利普实验室发现钐钴（SmCo5）合金,镧-镍（LaNi5）合金在常温下具有良好的可逆吸放氢性能。已经成功开发了镁系,稀土系,钛系,锆系贮氢合金等。贮氢合金贮运氢气,既轻便又安全,作为
7、一种新型贮能材料具有极为广泛的应用前景。贮氢合金贮氢材料最基本的应用是氢气的贮存、运输、净化和分离；利用储氢合金制造镍氢电池；用于氢能汽车；作催化剂；制成蓄热装置、热泵、空调及氢气压缩机。贮氢合金贮氢容器耐热合金耐热合金:能在高于700℃条件下工作的金属合金。“耐热”是指材料在高温下能保持足够强度和良好的抗氧化性。通常是由第ⅤB~ⅦB和Ⅷ族高熔点金属形成。包括铁基,镍基,钴基,铌基和钨基等合金。广泛应用于制造涡轮发电机,各种燃气轮机热端部件等。耐腐蚀合金耐腐蚀金属:通常具备下述条件之一热力学稳定性高:一般是贵金属Pt，Pd，Au，Ag，Cu等。易于钝化的金属:A
8、l,Nb,Ta,Ti,Z
