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1、关于化学与社会生活材料关于化学与社会生活材料第1页，讲稿共162张，创作于星期一新材料一旦应用，大大促进了科学技术和生产的发展，材料新材料一旦应用，大大促进了科学技术和生产的发展，材料是人类文明的基石。是人类文明的基石。材料第2页，讲稿共162张，创作于星期一新材料也使人类的文明生活发生变化。材料是人类生活提高新材料也使人类的文明生活发生变化。材料是人类生活提高的重要标志。的重要标志。第3页，讲稿共162张，创作于星期一 材料是指能为人类作有用物件的物质。材料是指能为人类作有用物件的物质。人类利用材料的历史发展：人类利用材料的历史发展：陶器陶器 青铜青铜铁器铁器半导体半导体高分子高分子材料材料
2、各种材料百花齐放各种材料百花齐放第4页，讲稿共162张，创作于星期一1 1、按化学组成分：、按化学组成分：金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料、复合材料金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料、复合材料 2 2、按使用性能分：、按使用性能分：结构材料结构材料力学性能力学性能 功能材料功能材料光、电、磁、热、声特性和效应光、电、磁、热、声特性和效应3 3、按材料的应用对象：、按材料的应用对象：信息材料、能源材料、生物材料、建筑材料信息材料、能源材料、生物材料、建筑材料 材料的分类第5页，讲稿共162张，创作于星期一n结构与功能相结合。要求材料不仅能起到结构上的作用，而且能具有特定的功能。n智
3、能型。要求材料本身具有感知、自我调节和反馈的能力，即具有敏感和驱动的双重功能。n少污染。为了人类的健康，要求材料的制作和废弃的过程中尽可能少对环境污染。n可再生。一方面是保护和充分利用自然的资源，另一方面又不为地球积存太多的废料。n节约能源。要求制造时能耗少；要求能够帮助节能和利用新的能源。n长寿命。要求材料能少维修或不维修，物美价廉。材料的新要求第6页，讲稿共162张，创作于星期一u多相复合材料，包括纤维（或晶须）增强或补强的复合材料、第二相颗粒弥散的复合材料、两（多）相复合材料、无机和有机复合材料、无机物和金属复合材料、梯度功能复合材料以及纳米复合材料等，它们已成为当前材料研究的重要对象。
4、（组成）u纳米材料，指材料的晶粒和晶界等显微构造达到纳米级尺度水平的材料。从微米级到纳米级的进步，不仅是制备工艺上的跃进，而且将推动材料科学理论的发展。纳米级材料将会有意想不到的新的和高的性能。（构成尺寸）材料研制方向第7页，讲稿共162张，创作于星期一u智能材料，它既能像人的五官那样感知客观世界，又能能动地对外作功、发射声波、辐射电磁波和热能，甚至促进化学反应和改变颜色等类似有生命物质的智慧反应。当然这类材料的智慧功能的获得是材料与电子、光电子技术结合的结果。（功能）u生物材料，为了保障人类的健康和长寿，生物材料的发展尤为人们所注意。生物材料的目标是对人体组织的矫形、修复、再造、充填以维持其
5、原有功能。它要求材料具有相适应的性能外，还必须有与人体组织的相容性以及一定的的生物活性。材料研制方向第8页，讲稿共162张，创作于星期一 新兴材料的研制和生产，是科学技术知识密集的新兴产业。它的发展与新工艺、新技术密切相关。美国约有1/3的科技人员从事材料科学研究、开发和应用工作。目前，我国也在不断提高原有材料性能的基础上，大力发展新型材料，以满足社会发展的需要。第9页，讲稿共162张，创作于星期一n金属材料n无机非金属材料n合成高分子材料n复合材料 主要内容第10页，讲稿共162张，创作于星期一 金属材料第11页，讲稿共162张，创作于星期一青铜青铜 钢铁钢铁 铝及铝合金铝及铝合金 钛及钛合
6、金钛及钛合金 金属分类金属分类：黑色金属黑色金属铁、锰、铬及其合金铁、锰、铬及其合金 有色金属有色金属除去黑色金属外的金属除去黑色金属外的金属 金属材料潜力无穷金属材料潜力无穷你知道吗？第12页，讲稿共162张，创作于星期一钢铁用量占金属材料总用量的钢铁用量占金属材料总用量的80%，品质繁多，品质繁多钢铁都为铁炭合金钢铁都为铁炭合金按含炭量多少分为：按含炭量多少分为：生铁生铁2.04.31.7%C钢钢0.32.0%C熟铁熟铁0.3%C一、钢铁一、钢铁一、钢铁一、钢铁 第13页，讲稿共162张，创作于星期一 1、生铁、生铁（1）性能：含炭）性能：含炭2.04.3%具有脆性（含硫、磷）具有脆性（含
7、硫、磷）（2）炼铁：）炼铁：铁矿石、燃料、熔剂、空气铁矿石、燃料、熔剂、空气（3）用途：）用途：90%用于炼钢；用于炼钢；10%用于铸造用于铸造（4）品种：）品种：白口铁白口铁化合碳化合碳灰口铁灰口铁石墨碳石墨碳铸铁铸铁含炭量大于含炭量大于2%的生铁经重新熔炼后则称为铸铁的生铁经重新熔炼后则称为铸铁球墨铸铁球墨铸铁浇铸前往铁水中加入少量球化剂浇铸前往铁水中加入少量球化剂（钙、镁、（钙、镁、稀土元素等）和石墨化剂（硅铁或硅钙合金）则碳稀土元素等）和石墨化剂（硅铁或硅钙合金）则碳以球状石墨结晶存在，称为球墨铸铁以球状石墨结晶存在，称为球墨铸铁第14页，讲稿共162张，创作于星期一（1）碳钢中几种元
8、素的影响：碳钢中几种元素的影响：C：碳含量增加可提高钢的强度和硬度，降低钢的塑性和韧性S：有害元素，热加工时易开裂热脆现象P：有害元素，低温时使钢显著变脆冷脆现象 Mn：炼钢时作为脱氧剂加入，与S生成MnS可清除S的影响，能提高钢的强度和硬度Si：作为脱氧剂加入，对钢的性能影响不大。2、碳钢、碳钢第15页，讲稿共162张，创作于星期一(2)(2)炼钢技术炼钢技术u热处理技术 运用钢材因加热与冷却过程不同而得到不同内部结构的变化规律来改变钢材的机械性能机理：在加热或冷却过程中发生同素异构转变现象 退火 缓慢加热，保温，随炉缓慢冷却降低硬度消除内应力 正火 退火的特殊形式，在空气中冷却，硬度比退火
9、大 淬火 加热到一定温度以上，保温，在水、盐水、油介质中 快速冷却，提高硬度 回火 淬火后再加热，保温，冷却，降低淬火钢件中内应力 提高塑性韧性 第16页，讲稿共162张，创作于星期一u化学热处理化学热处理在活性介质中加热，使某些元素渗入，改变表层化学成分化学热处理的目的主要是提高钢件表面的硬度、耐磨性、抗蚀性、抗疲劳强度和抗氧化性等。渗碳增碳 氮化增氮 氰化碳氮共渗，高硬度高耐磨性 渗金属合金元素，可获得某些特殊性能 渗铬：硬度，耐磨，抗蚀 渗硅：耐酸 渗铝：耐热，抗氧化 第17页，讲稿共162张，创作于星期一碳钢的用途碳钢的用途第18页，讲稿共162张，创作于星期一n改善钢的组织和性能而特
10、意加入的元素称为合金元素。合金可分为三种基本类型:相互溶解,形成金属固溶体,如Cu、Zn形成的黄铜合金；相互起化学作用，形成金属化合物，如Al-Ti合金，它的耐腐蚀性比不锈钢高100倍；相互混合，形成机械混合物，如焊锡。n钢中常加的元素：Mn、Si、Cr、Ni、Al、B、W、Mo、V、Ti 3、合金钢、合金钢第19页，讲稿共162张，创作于星期一纯金属内原子的纯金属内原子的纯金属内原子的纯金属内原子的排列十分规整排列十分规整排列十分规整排列十分规整合金内原子层之间的相合金内原子层之间的相合金内原子层之间的相合金内原子层之间的相对滑动变得困难对滑动变得困难对滑动变得困难对滑动变得困难第20页，讲
11、稿共162张，创作于星期一 镁合金密度小，硬度大，阻尼性、导热性、切削加工性、铸造性能好、电磁屏蔽能力强、尺寸稳定、资源丰富(2%)、容易回收等优点，在交通运输、航空、航天等领域得到广泛用途。镁中加入的金属有铝、锌、锰等。加入铝和锰能使镁合金的晶粒细化,强度提高,加入锰会提高镁合金的抗腐蚀能力。二、镁合金二、镁合金二、镁合金二、镁合金 底部采用铝镁合金，便于散热的同时带来轻盈坚固的特性。采用铝镁合金做支架西门子铝镁合金滑盖手机 第21页，讲稿共162张，创作于星期一 镁合金可以分成变形镁合金和铸造镁合金两类：镁合金可以分成变形镁合金和铸造镁合金两类：1 1、变形镁合金、变形镁合金镁镁-锰系合金
12、。可进行各种压力加工而制成管、棒、板、型材和锻件，锰系合金。可进行各种压力加工而制成管、棒、板、型材和锻件，主要用作航空、航天器的结构材料。主要用作航空、航天器的结构材料。镁镁-铝铝-锌系合金。均为高塑性锻造镁合金。锌系合金。均为高塑性锻造镁合金。镁镁-锌锌-锆系合金。属高强镁合金。由于塑性较差，不易焊接，主要锆系合金。属高强镁合金。由于塑性较差，不易焊接，主要生产挤压制品和锻件。生产挤压制品和锻件。2 2、铸造镁合金、铸造镁合金与变形镁合金相比，在应用方面占统治地位。主要分无锆和含与变形镁合金相比，在应用方面占统治地位。主要分无锆和含锆镁合金。锆镁合金。第22页，讲稿共162张，创作于星期一
13、 2002年英国科学家开发成功具有极高强度和延展性的镁合金，这种镁合金采用急速凝固法制成，它的成分中97%是镁，钇和锌分别占2%和1%,具有100-200nm的微观结构。它的强度大约是超级铝合金的3倍,据称是当时世界上强度最高的合金。此外它还具有超塑性、高耐热性和高耐腐蚀性。由于镁在飞机、导弹和航天飞机上的突出作用，在第一、由于镁在飞机、导弹和航天飞机上的突出作用，在第一、第二次世界大战期间，镁的生产和产量与称作第二次世界大战期间，镁的生产和产量与称作“战争的晴雨战争的晴雨表表”。你知道吗？第23页，讲稿共162张，创作于星期一三、铝合金三、铝合金三、铝合金三、铝合金 铝合金密度小，硬度大，导
14、电导热性能好，耐腐蚀性能好，易于加工。铝是仅次于铁的第二大金属材料 铝中加入的金属有镁、铜、锌、锰、硅等。经过热处理使强度大为提高的铝合金称为硬铝合金。增加铜和镁的含量，可提高硬铝合金的强度，但是铜含量的增加会降低合金的抗腐蚀性。加入少量的锰会提高硬铝合金的耐热性，还可降低合金在焊接时形成裂纹的倾向。第24页，讲稿共162张，创作于星期一 以锂作为合金元素添加到铝中而形成铝以锂作为合金元素添加到铝中而形成铝锂合金。锂合金。在导弹和航天运载技术中，贮箱在轨道器在导弹和航天运载技术中，贮箱在轨道器进入轨道之前进入轨道之前9 min9 min，推进剂消耗完毕后，推进剂消耗完毕后，坠落并销毁。为了降低
15、进入空间运输系统坠落并销毁。为了降低进入空间运输系统的有效载荷成本，美国于的有效载荷成本，美国于9090年代利用成熟年代利用成熟的结构材料技术研制重复使用运载器的结构材料技术研制重复使用运载器(RLV)(RLV)。轻质高强度的低温贮箱是美国发展重复使轻质高强度的低温贮箱是美国发展重复使用运载器（用运载器（RLVRLV）的最关键技术之一）的最关键技术之一 。其。其中采用了铝合金和铝锂合金。中采用了铝合金和铝锂合金。铝锂合金焊件铝锂合金焊件铝锂合金煅件铝锂合金煅件第25页，讲稿共162张，创作于星期一四、钛合金四、钛合金四、钛合金四、钛合金 钛比钢轻，但机械强度可与钢媲美，在极为广泛的温度范围内保
16、持其机械强度，而且不会生锈，尤其对海水和绝大部分酸。金属钛几乎能溶解所有的金属。地壳中钛的含量极为丰富，含钛的矿物有70多种，目前工业上主要用钛铁矿（FeTiO3）和金红石（TiO2），采用钠热法、碘化法或镁热法将钛铁矿石中的钛还原出来。这样还原出来的钛呈疏松多孔的海绵状，称为海绵钛。金属钛金属钛 钛合金喇叭佳能数码相机采用 钛合金机身第26页，讲稿共162张，创作于星期一 钛可和多种金属形成合金。加入的主要金属元素有：铝、钒、铬、钼、锰和铁等。这些合金元素能与钛形成置换固溶体或金属化合物而使合金强度提高。加铝可改善抗氧化性能；加钼可显著提高对盐酸的耐蚀性，加锡能提高抗热性。目前钛及钛合金3/
17、4左右用于航空航天领域，是制造超音速飞机、火箭、导弹和航天飞机不可缺少的材料，被称为“航空金属”。钛合金作为耐热、耐腐蚀材料，被广泛用于化工、石油、发电等工业中。钛与生物组织和体液有良好的兼容性，可以作为生物材料用于制造人工关节、心脏起搏器。钛合金钛合金 钛合金烤瓷牙 钛合金换颅骨高尔夫钛合金球头第27页，讲稿共162张，创作于星期一 我国钛钒储藏量居世界第一,占全世界70左右.中国钛矿分布于10多个省区。钛矿主要为钒钛磁铁矿中的钛矿、金红石矿和钛铁矿砂矿等。中国钛钒矿资源主要分布在四川、云南、广西等西部地区，以攀枝花为主要储藏地.攀枝花的二氧化钛保有储量8.98亿吨，其中表内储量5.978亿
18、吨，约占全国储量的93%，世界储量的59%.钒矿总保有储量V2O5 2596万吨，占全国储量的58%，世界的34.7%.最近,在我国泌阳-南阳桐柏之间又发现了世界最大的金红石矿,有巨大的开采价值.使我国钛钒矿资源又有了新的增长.第28页，讲稿共162张，创作于星期一五、几种特殊的金属材料五、几种特殊的金属材料五、几种特殊的金属材料五、几种特殊的金属材料 n形状记忆合金形状记忆合金n储氢合金储氢合金n金属的超导性金属的超导性n金属玻璃金属玻璃n未来的金属合金未来的金属合金第29页，讲稿共162张，创作于星期一 在在20世纪世纪60年代初，美国海军研究所一个研究小组，偶然发现年代初，美国海军研究所
19、一个研究小组，偶然发现镍钛合金丝竟然也具有一种镍钛合金丝竟然也具有一种“形状记忆形状记忆”的本领。的本领。科学家们对此进行了深入的研究，发现铜锌合金、铜铝镍合科学家们对此进行了深入的研究，发现铜锌合金、铜铝镍合金、铜铝镍合金、铜金锌合金等也都具有这种奇特的本领，即金、铜铝镍合金、铜金锌合金等也都具有这种奇特的本领，即人们可以在一定温度范围根据需要改变它们的形状，到了一定人们可以在一定温度范围根据需要改变它们的形状，到了一定的特定温度，它们便一个个自动恢复到自己原来的形状。而这的特定温度，它们便一个个自动恢复到自己原来的形状。而这一一“改变改变恢复恢复”的现象可重复进行，其记忆力决不会降低。人的
20、现象可重复进行，其记忆力决不会降低。人们把这种现象叫做们把这种现象叫做“形状记忆效应形状记忆效应”，将具有，将具有“形状记忆效应形状记忆效应”的的合金，叫做合金，叫做“形状记忆合金形状记忆合金”。何谓形状记忆合金何谓形状记忆合金你知道记忆合金的发现你知道记忆合金的发现历史吗？历史吗？1、形状记忆合金、形状记忆合金第30页，讲稿共162张，创作于星期一 50%50%50%50%镍和镍和镍和镍和50%50%50%50%钛的合金在温度升高到钛的合金在温度升高到钛的合金在温度升高到钛的合金在温度升高到40404040 C C C C以上时，能以上时，能以上时，能以上时，能“记记记记住住住住”自己原来的
21、形状。自己原来的形状。自己原来的形状。自己原来的形状。镍镍镍镍钛钛钛钛记记记记忆忆忆忆合合合合金金金金“花花花花瓣瓣瓣瓣”在在在在相相相相应应应应的的的的温温温温度度度度下下下下慢慢慢慢慢慢慢慢绽绽绽绽放放放放第31页，讲稿共162张，创作于星期一 合金的这种记忆效应是由合金的合金的这种记忆效应是由合金的“相变化相变化”来实现的，随着来实现的，随着温度的改变，合金的结构从一相转变到另一相。在转变温度以下，温度的改变，合金的结构从一相转变到另一相。在转变温度以下，金属晶体结构处于一种不稳定结构状态，在转变温度以上，金属金属晶体结构处于一种不稳定结构状态，在转变温度以上，金属结构是一种稳定结构状态
22、，一旦把材料加热到转变温度以上，不结构是一种稳定结构状态，一旦把材料加热到转变温度以上，不稳定的晶体结构就转变成稳定结构，材料也就恢复了原来的形状。稳定的晶体结构就转变成稳定结构，材料也就恢复了原来的形状。记忆合金为何具有记忆合金为何具有“记忆记忆”第32页，讲稿共162张，创作于星期一记忆合金的应用记忆合金的应用 用记忆合金用记忆合金制作的眼镜架。制作的眼镜架。当这种眼镜架弯当这种眼镜架弯曲时，只要将它曲时，只要将它放入放入5555的温水的温水中，即可恢复到中，即可恢复到原来的形状原来的形状 在在民用产品民用产品方面，形状记忆合金可用于移动电话天线、方面，形状记忆合金可用于移动电话天线、钓鱼
23、线、眼镜的镜架等。钓鱼线、眼镜的镜架等。在在医疗器械医疗器械方面，形状记忆合金可用于矫正脊椎骨，方面，形状记忆合金可用于矫正脊椎骨，校正牙齿。校正牙齿。形形形形状状状状记记记记忆忆忆忆合合合合金金金金矫矫矫矫正正正正牙牙牙牙齿齿齿齿第33页，讲稿共162张，创作于星期一 也有人用记忆合金黄铜弹簧制成防烫伤也有人用记忆合金黄铜弹簧制成防烫伤莲蓬头，当水的温度太高时，弹簧可以自莲蓬头，当水的温度太高时，弹簧可以自行关闭热水，以防止淋浴时意外烫伤。行关闭热水，以防止淋浴时意外烫伤。记忆合金制成元件，安装在工厂、仓库、记忆合金制成元件，安装在工厂、仓库、宾馆等建筑的电路中，人们会迅速将火宾馆等建筑的电
24、路中，人们会迅速将火灾消灭在发生之前。灾消灭在发生之前。第34页，讲稿共162张，创作于星期一用用TiNi1TiNi1镍钛记忆合金制作的记忆合金热机实镍钛记忆合金制作的记忆合金热机实验装置。将冷热水分别置于两个水槽中，利用验装置。将冷热水分别置于两个水槽中，利用冷热水的交替作用，即可使水槽上方的螺旋桨冷热水的交替作用，即可使水槽上方的螺旋桨转动或停止转动或停止 在在建筑建筑方面，形状记忆合金是连接零件和管道的能手。方面，形状记忆合金是连接零件和管道的能手。用记忆合金连接管道用记忆合金连接管道第35页，讲稿共162张，创作于星期一 在在航天航空航天航空技术方面，利用形状记忆合金将折叠成小球技术方
25、面，利用形状记忆合金将折叠成小球的天线带到月球上，将其架设成直径为若干千米的半球形月的天线带到月球上，将其架设成直径为若干千米的半球形月面天线。面天线。第36页，讲稿共162张，创作于星期一 2020世纪世纪6060年代中期，科学家发现年代中期，科学家发现LaNiLaNi5 5和和FeTiFeTi等金属间等金属间化合物具有可逆储氢的作用，即储氢合金能与氢气发生化学化合物具有可逆储氢的作用，即储氢合金能与氢气发生化学反应，使氢分子在其表面被催化分解成氢原子，然后氢原子反应，使氢分子在其表面被催化分解成氢原子，然后氢原子再进入金属点阵内部，生成金属氢化物加热后又能释放出氢，再进入金属点阵内部，生成
26、金属氢化物加热后又能释放出氢，相当于储氢相当于储氢“容器容器”。从理论上讲，相当于氢气瓶重量。从理论上讲，相当于氢气瓶重量1/31/3的的某些金属，就能吸收与氢气瓶贮氢容量相当的氢气，而它的某些金属，就能吸收与氢气瓶贮氢容量相当的氢气，而它的体积却不到氢气瓶的体积却不到氢气瓶的1/101/10。具有储氢能力的金属和合金已经发现不少，其中接近实具有储氢能力的金属和合金已经发现不少，其中接近实用化的有：钛铁合金、镧镍合金、镁镍合金。用化的有：钛铁合金、镧镍合金、镁镍合金。2、储氢金属、储氢金属第37页，讲稿共162张，创作于星期一CaCuCaCuCaCuCaCu5 5 5 5的结构的结构的结构的结
27、构储氢合金储氢合金储氢合金储氢合金LaNiLaNiLaNiLaNi5 5 5 5结构结构结构结构和和和和CaCuCaCuCaCuCaCu5 5 5 5相同相同相同相同储储储储氢氢氢氢合合合合金金金金粉粉粉粉第38页，讲稿共162张，创作于星期一 贮氢材料的重要应用是制造稀土贮氢电池。稀土贮氢电池将作贮氢材料的重要应用是制造稀土贮氢电池。稀土贮氢电池将作为各种高级电子设备，如摄像机、磁带录象机、液晶电视接受器、为各种高级电子设备，如摄像机、磁带录象机、液晶电视接受器、语言处理机、书本式个人计算机、无码电话以及其他紧凑、轻便、语言处理机、书本式个人计算机、无码电话以及其他紧凑、轻便、易携带的电子设
28、备中的电源而获得广泛应用。易携带的电子设备中的电源而获得广泛应用。储氢材料储氢材料储氢材料与燃烧储氢材料与燃烧电池电池第39页，讲稿共162张，创作于星期一 钛铁合金钛铁合金是一种比较便宜而实用的储氢材料，在室温附近的分解压是几个大气压，用它来取代氢气瓶，重量可以减轻一半。镁镍合金镁镍合金是一种具有很好的储氢能力且价格便宜的材料，但它的放氢温度比较高。储氢合金可用于以储氢合金可用于以储氢合金可用于以储氢合金可用于以HH2 2为燃料的汽车为燃料的汽车为燃料的汽车为燃料的汽车第40页，讲稿共162张，创作于星期一l1911 1911 年荷兰物理学家卡梅林年荷兰物理学家卡梅林昂内斯首次将氮液化并获得
29、昂内斯首次将氮液化并获得4.64.6（268.268.）的低温）的低温.l在低温情况下，许多金属电阻急剧下降，甚至消失！这意味在低温情况下，许多金属电阻急剧下降，甚至消失！这意味着金属在低温条件下的导电本领突增亿万倍，将节约大量电着金属在低温条件下的导电本领突增亿万倍，将节约大量电能。能。l各国科学家争相进行这方面的研究。现已发现有几百种金属、各国科学家争相进行这方面的研究。现已发现有几百种金属、合金、化合物在低温下有这种电阻几乎消失的特性。人们称合金、化合物在低温下有这种电阻几乎消失的特性。人们称这种现象为这种现象为“超导现象超导现象”。3、金属的超导性、金属的超导性何谓超导现象何谓超导现象
30、第41页，讲稿共162张，创作于星期一为什么一些金属和化合物在低温条件下会具有非凡的超导本领呢？为什么一些金属和化合物在低温条件下会具有非凡的超导本领呢？目前，比较有影响的解释是原苏联科学家博古留波夫的超导理论。他目前，比较有影响的解释是原苏联科学家博古留波夫的超导理论。他认为，在低温下一些金属和化合物的原子被认为，在低温下一些金属和化合物的原子被“冻僵冻僵”。因此，当通上。因此，当通上电流后，自由电子便不会像原来那电流后，自由电子便不会像原来那样处处受到阻碍、碰撞，而是畅通无阻，并由此产生了永久的样处处受到阻碍、碰撞，而是畅通无阻，并由此产生了永久的电流。也就是说，在低温条件下出现了金属和化
31、合物的超导现电流。也就是说，在低温条件下出现了金属和化合物的超导现象。象。目前实用价值最高的三种超导材料是铌钛合金、铌镍合金和钒镓目前实用价值最高的三种超导材料是铌钛合金、铌镍合金和钒镓合金。合金。金属为何具有超导性金属为何具有超导性第42页，讲稿共162张，创作于星期一p超导体在低温下工作时失去电阻的温度称作超导体在低温下工作时失去电阻的温度称作“临界温度临界温度”。显。显然，临界温度越高，超导材料就越有应用价值。现在全世界有然，临界温度越高，超导材料就越有应用价值。现在全世界有200多个实验室正在进行实验，以获得高临界温度的超导材料，多个实验室正在进行实验，以获得高临界温度的超导材料，由此
32、产生了一股超导热。由此产生了一股超导热。p1987年年2月月15日，美国科学家研制出了日，美国科学家研制出了98的超导体；该年的超导体；该年2月月24日中国科学院宣布赵忠贤、陈立泉等获得了日中国科学院宣布赵忠贤、陈立泉等获得了100的超导体。的超导体。目前，我国和日本等国在低温超导的实用温度研究方面已达到目前，我国和日本等国在低温超导的实用温度研究方面已达到“液氮温度液氮温度”，即，即196。超导材料进入实用阶段已为时不远了。超导材料进入实用阶段已为时不远了。金属超导材料的研究金属超导材料的研究第43页，讲稿共162张，创作于星期一可实现远距离无损耗输电。可以用来产生很强的磁场。不久前，美国制
33、成了世界上最强的脉动式超导磁体，磁场强度为68万高斯，其导电线圈用铜钛合金与铌复合而成。磁悬浮列车也是超导现象所产生的“魔力”！在宇宙飞船上，采用超导磁体屏蔽高能辐射粒子，可以防止高能辐射损伤。美国空军已采用强超导磁体作为屏蔽实验装置，利用超导磁体扑获等离子体，这样可以大大减轻飞船外壳的烧伤程度。用以制造比现有发电机输出功率高100 倍以上的超导发电机。用以制造体积小、功率大的超导电子元件“冷子管”及高速运算的超导电子计算机。金属超导材料的作用金属超导材料的作用神秘的低温世界，已被人们打开了大门，超导材料正愈来愈显示神秘的低温世界，已被人们打开了大门，超导材料正愈来愈显示出强大的生命力！出强大
34、的生命力！第44页，讲稿共162张，创作于星期一上海磁悬浮列车上海磁悬浮列车德国西门子德国西门子1.5T超导核超导核磁共振机磁共振机超导型磁共振成像系统超导型磁共振成像系统计算机用热超导散热器计算机用热超导散热器第45页，讲稿共162张，创作于星期一 研究结果表明，把高温熔化的金属液体超速骤冷，金属原子来不及按常规排列结晶，还处于不整齐、杂乱无章的状态便“冻结”了。这样，金属或合金就变成了像玻璃一样的非结晶态金属。人们把非结晶态的金属叫做“金属玻璃”或“玻璃态金属”。形成金属玻璃的超速骤冷，简直快如闪电，冷却速度至少要达到每秒1000以上。4、金属玻璃、金属玻璃第46页，讲稿共162张，创作于
35、星期一 金属玻璃兼有金属和玻璃的优点，又克服了两者各自的弊端。金属玻璃兼有金属和玻璃的优点，又克服了两者各自的弊端。u玻璃易碎，没有延展性，金属玻璃则具有一定的刚性的韧性；玻璃易碎，没有延展性，金属玻璃则具有一定的刚性的韧性；u玻璃的强度很低，金属玻璃的强度高于钢，硬度超过工具钢；玻璃的强度很低，金属玻璃的强度高于钢，硬度超过工具钢；u金属材料易在它的原子排列有缺陷的地方被拉断，金属玻璃的原子金属材料易在它的原子排列有缺陷的地方被拉断，金属玻璃的原子排列是混乱的，没有特殊的薄弱之处，因此其断裂强度要高得多，可排列是混乱的，没有特殊的薄弱之处，因此其断裂强度要高得多，可达达350公斤厘米；更可贵
36、的是，在达到如此高强度的同时，仍保持公斤厘米；更可贵的是，在达到如此高强度的同时，仍保持着令人难以想象的韧性和可塑性，可用来制造高压容器和火箭等关键着令人难以想象的韧性和可塑性，可用来制造高压容器和火箭等关键部位的零部件。部位的零部件。第47页，讲稿共162张，创作于星期一u普通玻璃没有磁性，许多金属玻璃却有很好的磁学性质，可以用来制作电流脉冲变压器、双稳态开关和存贮器、倒相变压器以及性能良好的磁泡器件等，另外，用非晶态磁性材料制成的录音、录像磁带比一般磁带的存储量要大得多，做成的磁鼓也十分耐磨。u金属玻璃还有良好的超导性和抗辐射能力；u硅金属玻璃制成的太阳能电池价格较低，为太阳能的利用创造了
37、良好的条件。第48页，讲稿共162张，创作于星期一 近来，科学家们提出了一条产生新材料的绝妙途径，那就是给一些材料创造一个特殊的环境。在地球上由于受到重力的作用，不可能制得非常均匀，很难做到纯圆。在无重力环境中，许多在地球上无法制得的东西都能制得。在太空中却能做到。1983 年 4月，美国“挑战者”号航天飞机宇航员，在失重条件下，制造出一种直径只有10微米的塑料微球。不久前，美国国家标准局公开出售主要用来作测量人体微血管直径的标准球粒。这些肉眼难以分辨的透明微粒，是世界上第一批在太空制造的商品。制造这种微球粒的原料是聚苯乙烯，每公斤不到 1美元。但是，在太空中加工成纯圆的微球体后，每公斤售价高
38、达100万美元至350万美元。5、未来的金属合金、未来的金属合金第49页，讲稿共162张，创作于星期一 在地球上制造合金时，因各种金属比重不同，在熔炼中，当合金溶液从液态变为晶态这一段时间里，因受重力作用，金属的微粒是不能均匀地混合在一起的，所制的合金很难达到处处均匀。如果在宇宙飞船中失重的情况下，因为所有物质在这里都不受重力的作用，因此没有任何轻重之分，所以只需把几种金属熔化混合，就可得到非常均匀的合金材料。科学家们预言：在太空失重的情况下，可以解决许多工业技术难题，制造出许多具有优良性能的新材料。这很可能导致一场伟大的技术革命。到2020年以后，人们将逐步从太空大量获取物质和能量供地球应用
39、，以及利用地外资源在太空建立主体工业，如冶金工业、制药工业、特殊材料工业等。这样，月球将成为重要的工业基地。第50页，讲稿共162张，创作于星期一 无机非金属材料第51页，讲稿共162张，创作于星期一 无机非金属材料是人类使用的历史最为悠久的无机非金属材料是人类使用的历史最为悠久的材料之一。传统无机非金属材料多为硅酸盐，新型材料之一。传统无机非金属材料多为硅酸盐，新型无机非金属材料已远远超出了硅酸盐的范畴无机非金属材料已远远超出了硅酸盐的范畴,庞大庞大的无机非金属材料体系应用及其广泛的无机非金属材料体系应用及其广泛,遍布人类生遍布人类生活、生产、研究的各个领域。活、生产、研究的各个领域。第52
40、页，讲稿共162张，创作于星期一第53页，讲稿共162张，创作于星期一一、陶瓷一、陶瓷新型陶瓷材料的化学组成已远远超出了硅新型陶瓷材料的化学组成已远远超出了硅酸盐的范围，例如透明的氧化铝陶瓷、耐酸盐的范围，例如透明的氧化铝陶瓷、耐高温的二氧化锆陶瓷、高熔点的氮化硅陶高温的二氧化锆陶瓷、高熔点的氮化硅陶瓷等。瓷等。传统陶瓷传统陶瓷是从高温窑中烧制出来的硅酸盐产品，是从高温窑中烧制出来的硅酸盐产品，它的原料是普通和便宜的粘土。它的原料是普通和便宜的粘土。新型陶瓷新型陶瓷氧化铝陶瓷喷嘴氧化铝陶瓷喷嘴第54页，讲稿共162张，创作于星期一1 1 1 1、传统陶瓷、传统陶瓷、传统陶瓷、传统陶瓷 原料原料
41、：黏土（是由花岗岩里的正长石：黏土（是由花岗岩里的正长石KAlSi3O8长时间长时间在二氧化碳和水的作用下，分解在二氧化碳和水的作用下，分解而成的，瓷土是而成的，瓷土是含杂质较少的黏土，主含杂质较少的黏土，主要成分可表示为要成分可表示为Al2O32SiO22H2O）工艺工艺：精选原料精选原料成型成型绘图绘图上釉上釉烧制烧制特点特点：抗氧化、耐酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、抗氧化、耐酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成型。但有脆性，抗拉、抗弯和抗冲击易成型。但有脆性，抗拉、抗弯和抗冲击 性差性差第55页，讲稿共162张，创作于星期一 陶瓷是我国人民使用最久的一种日用器皿，在工艺上达到陶瓷是我国人民使用最久的一
42、种日用器皿，在工艺上达到了登峰造极的地位，制作工艺相当复杂。了登峰造极的地位，制作工艺相当复杂。我国劳人民在我国劳人民在8000年前就开始使用陶瓷，一世纪已发明瓷器。我国被称为瓷国。年前就开始使用陶瓷，一世纪已发明瓷器。我国被称为瓷国。扬州蓝白龙梅瓶扬州蓝白龙梅瓶第56页，讲稿共162张，创作于星期一 工艺工艺：传统手工生产传统手工生产连续自动、掺高温高压微波烧结连续自动、掺高温高压微波烧结应用：应用：生活和艺术品生活和艺术品工业品工业品性能：性能：简单功能简单功能光、电、磁、热、声多功能光、电、磁、热、声多功能2 2 2 2、新型陶瓷、新型陶瓷、新型陶瓷、新型陶瓷 原料原料：天然矿物天然矿物
43、人工合成超细、高纯的化工原料人工合成超细、高纯的化工原料结构结构：硅硅氧四面体为基本结构单元氧四面体为基本结构单元TiO、ZrO、AlO、SiO、CSi等多面体等多面体第57页，讲稿共162张，创作于星期一高温结构陶瓷高温结构陶瓷特点：特点：特点：特点：耐高温、不怕氧化、耐酸碱腐蚀、强度大、耐磨耐高温、不怕氧化、耐酸碱腐蚀、强度大、耐磨 损、密度小。损、密度小。种类：种类：种类：种类：在大热流和在大热流和15001500C C以上高温下短时间使用，主要用以上高温下短时间使用，主要用 于空间和军事技术。于空间和军事技术。在中热流和在中热流和12001200C C的高温下长时间使用，主要用于的高温
44、下长时间使用，主要用于 新能源技术和现代工业。新能源技术和现代工业。种类种类种类种类:氮化物、碳化物、硼化物、硅化物等。氮化物、碳化物、硼化物、硅化物等。高温结构陶瓷高温结构陶瓷第58页，讲稿共162张，创作于星期一氮化硅陶瓷部件氮化硅陶瓷部件 氮化硅的硬度高、熔点高、结构稳定、绝缘性能好，并且耐磨损，除氢氟氮化硅的硬度高、熔点高、结构稳定、绝缘性能好，并且耐磨损，除氢氟酸外，不与其它无机酸反应，抗腐蚀能力强，高温时也能抗氧化，而且还能酸外，不与其它无机酸反应，抗腐蚀能力强，高温时也能抗氧化，而且还能抵抗冷热冲击，在空气中加热到抵抗冷热冲击，在空气中加热到10001000以上，急剧冷却或急剧加
45、热也不会破以上，急剧冷却或急剧加热也不会破碎，因此，人类常常利用它来制造汽轮机叶片、轴承、永久性模具等。碎，因此，人类常常利用它来制造汽轮机叶片、轴承、永久性模具等。像钢一样强、像金刚石一样硬、像钢一样强、像金刚石一样硬、像钢一样强、像金刚石一样硬、像钢一样强、像金刚石一样硬、像铝一样轻的新型无机材料。像铝一样轻的新型无机材料。像铝一样轻的新型无机材料。像铝一样轻的新型无机材料。氮化硅氮化硅氮化硅氮化硅第59页，讲稿共162张，创作于星期一 与氮化硅相比，室温强度稍低，但与氮化硅相比，室温强度稍低，但 其强度随温度的升高降低很少，蠕其强度随温度的升高降低很少，蠕 变小，抗氧化性能好，耐磨损、耐
46、变小，抗氧化性能好，耐磨损、耐 腐蚀性能优。腐蚀性能优。碳化硅碳化硅碳化硅碳化硅 第60页，讲稿共162张，创作于星期一陶瓷的陶瓷的陶瓷的陶瓷的耐热性耐热性耐热性耐热性好，使发动机效率大幅提高；好，使发动机效率大幅提高；好，使发动机效率大幅提高；好，使发动机效率大幅提高；工作温度工作温度工作温度工作温度高，高，高，高，可使燃料充分燃烧，减少废气对环境的污染；可使燃料充分燃烧，减少废气对环境的污染；可使燃料充分燃烧，减少废气对环境的污染；可使燃料充分燃烧，减少废气对环境的污染；热传导性比热传导性比热传导性比热传导性比金属低，使热量不易散失，节约能源；具有较高的金属低，使热量不易散失，节约能源；具
47、有较高的金属低，使热量不易散失，节约能源；具有较高的金属低，使热量不易散失，节约能源；具有较高的高温强度高温强度高温强度高温强度和和和和热热热热稳定性稳定性稳定性稳定性，可延长发动机的使用寿命。，可延长发动机的使用寿命。，可延长发动机的使用寿命。，可延长发动机的使用寿命。拓展视野拓展视野陶陶陶陶瓷瓷瓷瓷发发发发动动动动机机机机部部部部件件件件陶陶陶陶瓷瓷瓷瓷发发发发动动动动机机机机组组组组装装装装的的的的车车车车第61页，讲稿共162张，创作于星期一 一般陶瓷内部存在杂质和气孔，所以就不透明了。如果选一般陶瓷内部存在杂质和气孔，所以就不透明了。如果选用高纯原料，并通过工艺手段排除气孔，就可能获
48、得透明陶用高纯原料，并通过工艺手段排除气孔，就可能获得透明陶瓷。瓷。透明陶瓷材料透明陶瓷材料首款透明陶瓷镜片卡西欧首款透明陶瓷镜片卡西欧S100光学透明尖晶石光学透明尖晶石(MgAl2O4)第62页，讲稿共162张，创作于星期一透明陶瓷主要有透明陶瓷主要有透明陶瓷主要有透明陶瓷主要有:氧化镁、氧化铍、氧化钇、氧化钇氧化镁、氧化铍、氧化钇、氧化钇二氧二氧化锆等多种化锆等多种氧化物氧化物；砷化镓、硫化锌、硒化锌、氟化镁、氟化砷化镓、硫化锌、硒化锌、氟化镁、氟化钙等多种钙等多种非氧化物非氧化物。高高纯纯氧氧化化铝铝透透明明陶陶瓷瓷管管高高压压钠钠灯灯第63页，讲稿共162张，创作于星期一 高压钠灯、
49、防弹汽车的窗、坦克的观察窗、轰炸机高压钠灯、防弹汽车的窗、坦克的观察窗、轰炸机的轰炸瞄准器、高级防护眼镜等。的轰炸瞄准器、高级防护眼镜等。防防弹弹运运钞钞车车防防护护眼眼镜镜第64页，讲稿共162张，创作于星期一生物合金易腐蚀，生物高分子易老化，生物陶瓷耐腐蚀，更适合植入人体，耐酸碱度的变化。生物陶瓷人工听小骨假体生物陶瓷人工听小骨假体生物陶瓷材料生物陶瓷材料-TCP陶瓷人工骨陶瓷人工骨第65页，讲稿共162张，创作于星期一生物惰性陶瓷：强度大、硬度高、有良好的耐磨性、抗生理腐蚀性和生物相容性。主要用于关节、牙等硬组织的修复和替换。生物活性陶瓷：能在人体组织和植入件结合面上形成化学结合。可用于
50、颌骨、耳听骨修复和人工牙种植等。可吸收生物陶瓷：植入人体后可逐渐降解而转化为人体骨组织，它的成分几乎与人骨相同。第66页，讲稿共162张，创作于星期一电性能随热、湿、气、光等外界条件的变化而产生敏感效应的陶瓷统称敏感陶瓷。通过不同搀杂和加工可以得到各种敏感陶瓷。敏感陶瓷材料敏感陶瓷材料热热敏敏陶陶瓷瓷湿湿敏敏陶陶瓷瓷气气敏敏陶陶瓷瓷第67页，讲稿共162张，创作于星期一（1）热敏陶瓷：根据陶瓷的阻热特性可以制成测温仪、控温仪等。电饭锅的温控，某些军事装备中需要在特定温度下工作的元器件的正常工作，都需要这种陶瓷制成的热敏元件。在常温下，杯子呈现稳定颜色；达到一定温度后杯子的外壁图案发生奇妙的变化