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可塑性:
就是指当材料在一定温度和压力下,受到外力作用时可产生形变,而外力去除后仍能保持受力时的状态。
一、传统材料:
传统材料主要包括金属材料(如钢铁、铜、铝等);
无机非金属材料(如水泥、玻璃和陶瓷等);
有机高分子材料(如丝绸等)。
人类的的发展史可以从材料的发展来进行划分为:
石器时代、陶器时代、青铜器时代、铁器时代和硅时代。
材料科学技术的每一次重大突破都会引起生产技术的革命,极大加速社会发展的进程。
1、金属材料金属材料包括纯金属以及合金。
合金是混合物,由两种或两种以上的金属或金属与非金属结合构成,一般它在功能上会具有各组成成分的优点,甚至会有一些新功能出现。
(1)、钢铁炼铁:
铁矿石与石灰石,焦炭混合后在空气中加热,可得到生铁。
炼钢:
生铁在富氧空气中加热,降低含碳量后得到钢。
生铁一般硬而脆,工业上适合铸造,不适合锻造。
钢一般有一定的韧性,既适合铸造,也适合锻造。
所以钢的用途更广。
钢的分类:
钢钢主要合金元素主要合金元素特性特性用途用途碳碳素素钢钢低碳钢低碳钢含碳低于含碳低于0.3%韧性好韧性好机械零件钢管机械零件钢管中碳钢中碳钢含碳低于含碳低于0.6%韧性好韧性好机械零件钢管机械零件钢管高碳钢高碳钢含碳含碳0.6%-2%之之间间硬度大硬度大刀具量具模具刀具量具模具合合金金钢钢锰钢锰钢锰锰韧性好、硬度大韧性好、硬度大钢轨轴承坦克装甲等钢轨轴承坦克装甲等不锈钢不锈钢铬铬抗腐蚀抗腐蚀医疗器械医疗器械硅钢硅钢硅硅导磁性导磁性变压器、发电机芯变压器、发电机芯钨钢钨钢钨钨耐高温、硬度大耐高温、硬度大刀具刀具
(2)、铜铜的物理性质:
纯铜呈紫红色,熔点约1083.4,沸点2567,密度8.92g/cm3,具有良好的延展性。
1g纯铜可拉成3000m细铜丝或压延成面积为10m2几乎透明的铜箔.。
纯铜的导电性仅次于银,但比银便宜得多,所以当今世界一半以上的铜用于电力和电讯工业上。
紫铜(3)、铝铝的物理性质:
纯净的铝是具有银白色光泽的金属,有良好的延展性,制成铝箔可包装纸烟、糖果。
铝的导电性仅次于银和铜(导电率为铜的64%,密度小于2.70g/cm3,为铜的30%),因而铝广泛地代替铜做电缆。
铝有良好的导热性,大量用于制做炊具,还可以做太阳能的吸收装置。
铝的生物功能:
铝不但是人体必需的微量元素之一,还可以入药治病,如可用Al(OH)3治疗胃病及十二指肠溃疡。
但是,过量铝摄入身体也会带来危害。
在正常人的大脑中,铝的含量仅为2mg3mg。
由于铝的摄入量过多,天长日久也会在大脑中堆积起来,可使人的记忆力减退,情绪淡漠,反应迟钝,心情烦躁,精神萎靡,使人脑组织老化速度加快,这种现象被人们称为老年痴呆症。
为了减少铝制炊具中铝对人体的过量摄入,在使用铝制炊具时,要注意以下几点:
(1)、应避免同其它硬质器具摩擦,以防铝表面氧化膜被破坏;
(2)、铝制品不宜久放盐、酱、醋、酒、茶、水果汁、发酵粉、牛奶等调味品和饮料,以防铝溶解进入食物;
(3)、铝锅烧煮食物时间不宜太久,应控制在4h以内,不要在铝锅内炸食品;
(4)、由于氟对铝的腐蚀性强,所以在含氟量高的水质中,尽量减少使用铝制炊具。
2、无机非金属材料
(1)、水泥水泥是最常用的建筑材料,它也是硅酸盐,普通的水泥也称为波特兰水泥。
它是由石灰石和粘土配合,加热到烧结的程度,而后粉碎研磨制成,旧时也称水门汀,是由英文音译而来.。
水泥在空气或水中都能硬化。
(2)、传统陶瓷传统陶瓷是陶器、炻器、瓷器等以粘土为主要原料的制品的通称。
它包括由粘土或含有粘土的混合物经混炼,成形,煅烧而制成的各种制品。
中国是世界上最早应用陶器的国家之一,而中国瓷器因其极高的实用性和艺术性而备受世人的推崇。
陶瓷是统称,陶器和瓷器不一样。
陶器瓷器陶器和瓷器的主要区别表现在:
(1)陶器的胎料是普通的粘土,瓷器的胎料则是瓷土,即高岭土;
(2)陶胎含铁量一般在3%以上,瓷胎含铁量一般在3%以下;
(3)陶器的烧成温度一般在900左右,瓷器则需要1300的高温才能烧成;
(4)陶器多不施釉或施低温釉,瓷器则多施釉;
(5)陶器胎质粗疏,断面吸水率高。
瓷器经过高温焙烧,胎质坚固致密,断面基本不吸水,敲击时会发出铿锵的金属声响。
而炻器的烧制温度在1180-1210,介于陶和瓷之间。
紫砂壶属于炻器中国陶瓷的发展经历了以下的阶段
(1)、新石器时代彩陶(7000年前)是以赤铁矿粉和氧化锰为颜料,使用类似毛笔的工具,在陶坯表面上绘制各种图案,入窑经火烧后,在橙红的底色上,呈现出黑、红、白等颜色的陶器。
人面鱼纹彩陶盆
(2)、黑陶是在器物烧成的最后一个阶段,从窑顶徐徐加水,使木炭熄灭产生浓烟,并有意让烟熏黑而形成的黑色陶器。
黑陶双系罐,新石器时代龙山文化(3)、商代的白陶是用瓷土(高岭土)作原料,烧成温度达1000C以上,它是原始瓷器出现的基础。
白陶双系壶,新石器时代大汶口文化(4)、唐三彩是一种低温釉陶器,在色釉中加入不同的金属氧化物,经过焙烧,便形成浅黄、赭黄、浅绿、深绿、天蓝、褐红、茄紫等多种色彩,但多以黄、褐、绿三色为主。
故称“唐三彩”。
三彩胡人牵骆驼俑(5)、元代青花瓷器元代(公元12711368年)在前代釉下彩等工艺的基础上逐步确立、完善了青花瓷器的烧造技术,并形成了自身的独特风格。
到明清时期(公元13681911年),青花瓷器已经发展成为中国瓷器中的主要产品。
青花飞凤麒麟纹盘(6)、素三彩三彩瓷是以黄、绿、紫三色为主的瓷器,其实并不限于此三色,但不用红色。
其制作方法是在高温烧成的素瓷胎上用彩釉填在已刻划好的纹样内,再经低温烧成。
因色彩中没有红彩,故名“素三彩”。
此品种创烧始见于明代成化朝。
素三彩海蟾纹三足洗3、有机高分子材料丝绸传说远在黄帝时期,元妃始祖就开始驯养野蚕为家蚕,取蚕丝织成做衣服的锦帛。
几千年过去了,任凭科学如何狂奔向前,丝绸依然只能慢慢地一寸寸来自于小小的蚕,所有的高科技辉煌在一条吐丝的蚕面前都黯然失色。
真丝是蚕的生命的绝唱,真丝是蚕的生命的继续。
丝绸屏风二、新材料新材料主要指最近发展或正在发展之中的具有比传统材料更为优异的性能的一类材料。
大致可分为高性能金属材料、特种陶瓷材料、新型高分子材料、复合材料、电子信息材料、能源材料、生物材料、环境材料、超导材料、纳米材料、功能材料等。
1、高性能金属材料合金合金的定义:
合金是由金属与另一种(或几种)金属或非金属所组成的具有金属通性的物质。
合金通性:
(1)、多数合金熔点低于其组分中任一种组成金属的熔点;
(2)、硬度比其组分中任一金属的硬度大;
(3)、合金的导电性和导热性低于任一组分金属。
利用这一特性,可以制造高电阻和高热阻材料。
(4)、有的抗腐蚀能力强(如不锈钢)。
(1)、铝合金铝是分布较广的元素,在地壳中含量仅次于氧和硅,是金属中含量最高的。
但纯铝的强度低,不宜作结构材料,只有通过合金化才能得到可作结构材料使用的各种铝合金。
以铝为基体加入其他元素组成的合金就是铝合金。
铝可与许多化学元素形成合金以改善性能。
铝合金比重轻,比强度接近合金钢,比刚度超过钢,塑性好,铸造和可切削性也较好,适宜制造重量轻的结构部件,因此成为航空工业不可缺少的材料,在交通运输、建筑、轻工、化工、仪表机械等部门、在家用器具方面也得到广泛应用。
铝及某些铝合金用阳极氧化等法处理,通过着色工艺,生成各种颜色,广泛作包装,装饰材料使用。
(2)、铜合金工业中广泛使用的铜合金有青铜、黄铜和白铜等。
青铜是红铜和锡或铅的合金,熔点在700900之间,具有优良的铸造性,很高的抗磨性和较好的化学稳定性。
青铜的使用在中国有着非常悠久的历史,中国古代的青铜器主要是青铜礼器和生产工具、兵器。
青铜礼器商代司母戊鼎青铜酒器四羊方尊青铜兵器越王勾践剑黄铜是Cu与Zn的合金。
白铜是Cu-Ni合金,有优异的耐蚀性和高的电阻,故可用作苛刻腐蚀条件下工作的零部件和电阻器的材料。
白铜(3)、高温合金一般的金属材料都只能在500600下长期工作。
能在高于700的高温下工作的金属通称高温合金。
利用合金方法,除铁基耐热合金外,还可制得镍基、钼基、铌基和钨基高温合金,它们在高温下具有良好的机械性能和化学稳定性。
其中镍基合金是最优的超耐热金属材料,其使用温度可达10001100。
(4)、耐蚀合金金属材料在腐蚀性介质中所具有的抵抗介质侵蚀的能力,称金属的耐蚀性。
工业上采用合金化方法获得一系列耐蚀合金,一般有相应的三种方法:
、提高金属或合金的热力学稳定性,即向原不耐蚀的金属或合金中加入热力学稳定性高的合金元素,增强其耐蚀性。
、加入易钝化合金元素(Cr、Ni、Mo等),如在钢中加入适量的Cr,即可制得铬系不锈钢。
、加入能促使合金表面生成致密的腐蚀产物保护膜的合金元素,是制取耐蚀合金的又一途径。
金属腐蚀是工业上危害最大的自发过程,因此耐蚀合金的开发与应用,有重大的社会意义和经济价值。
(5)、磁性合金材料在外加磁场中,不被磁场所吸引的,叫反磁性材料;
微弱地被磁场所吸引的,叫顺磁性材料;
强烈地被磁场吸引的,称铁磁性材料。
金属材料中,大多数过渡金属具有顺磁性;
只有Fe、Co、Ni等少数金属是铁磁性的。
磁性合金在电力、电子、计算机、自动控制和电光学等新兴技术领域中,有着日益广泛的应用。
(6)、金属玻璃玻璃是任何能从液体冷却成固体而无结晶的材料。
大多数金属冷却时就结晶,原子排列成有规则的形式称作晶格,如果不发生结晶并且原子依然排列不规则,就形成金属玻璃。
金属玻璃具有金属和玻璃的优点,却没有它们的缺点,被人们赞扬为“敲不碎、砸不烂”的“玻璃之王”。
金属玻璃的制造关键是保持极高的冷却速度,要在千分之一秒的时间内,把熔化的的金属材料冷却为固体,即在一秒内要把温度突然降低一百万摄氏度。
2、特种陶瓷特种陶瓷有热压铸、热压、静压及气相沉积等多种成型方法,这些陶瓷由于其化学组成、显微结构及性能不同于普通陶瓷,故称为特种陶瓷或高技术陶瓷,在日本称为精细陶瓷。
特种陶瓷不同的化学组成和组织结构决定了它不同的特殊性质和功能,如高强度、高硬度、高韧性、耐腐蚀、导电、绝缘、磁性、透光、半导体以及压电、光电、电光、声光、磁光等。
(1)、特种陶瓷按照化学组成可划分为:
氧化物陶瓷:
氧化铝、氧化锆、氧化镁等。
氮化物陶瓷:
氮化硅、氮化铝、氮化硼等。
碳化物陶瓷:
碳化硅、碳化硼等。
硼化物陶瓷:
硼化锆等。
硅化物陶瓷;
氟化物陶瓷。
除了主要由一种化合物构成的单相陶瓷外,还有由两种或两种以上的化合物构成的复合陶瓷;
此外,有一大类在陶瓷中添加了金属而生成的金属陶瓷。
近年来,为了改善陶瓷的脆性,在陶瓷基体中添加了金属纤维和无机纤维,这样构成的纤维补强陶瓷复合材料,是陶瓷家族中最年轻但却是最有发展前途的一个分支。
(2)、特种陶瓷发展新动向由于性能特殊,特种陶瓷可作为工程结构材料和功能材料应用于机械、电子、化工、冶炼、能源、医学、激光、核反应、宇航等方面。
特种陶瓷在现代工业技术,特别是在高技术、新技术领域中的地位日趋重要。
本世纪初特种陶瓷的国际市场规模预计将达到500亿美元,因此许多科学家预言:
特种陶瓷在二十一世纪的科学技术发展中,必定会占据十分重要的地位。
(3)、生产工艺技术方面的新进展、在粉末制备方面,目前最引人注目的是超高温技术。
例如日本在400015000和一个大气压以下制造金刚石,其效
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