第六章 化学与材料.ppt

第六章 化学与材料 一 材料的分类方法 二 金属材料 三 无机非金属材料 四 有机高分子材料 五 复合材料 材料是人们用来制造有用物品的各种物质。材料是人类生产活动和生活必需的物质基础，与人类文明和技术进步密切相关。随着科学技术的发展，材料的种类日新月异，各种新型材料层出不穷，在高新技术领域中占有重要的地位。 化学是材料发展的源泉，高分子化学蓬勃发展为高分子材料的发展打下了基础，合成出各种工程塑料、合成纤维、合成橡胶、涂料和胶黏剂等。为了适应社会经济和高技术发展的需要，对研制具有特殊性能的功能高分子材料甚为迫切，这对高分子化学提出了新的要求，促进了高分子化学的发展。化学与材料科学保持着相互依存、相互促进的关系。 一 材料的分类方法 按用途分类分为:结构材料和功能材料两大类。 结构材料主要是利用材料的力学和理化性质，广泛应用于机械制造、工程建设、交通运输和能源等各个工业部门。 功能材料是利用材料的热、光、电、磁等性能，用于电子、激光、通讯、能源和生物工程等许多高新技术领域。功能材料的最新发展是智能材料，它具有环境判断功能、自我修复功能和时间轴功能，人们称智能材料是21世纪的材料。 按材料的成分和特性分类，可分为金属材料、陶瓷材料、高分子材料和复合材料。 金属材料又分为黑色金属材料和有色金属材料。金属材料发展的重点是研制新型金属材料。 陶瓷材料是人类应用最早的材料。传统的陶瓷材料是以硅和铝的氧化物为主的硅酸盐材料，特种陶瓷或称精细陶瓷，成分扩展到纯的氧化物、碳化物、氮化物和硅化物等，可称为无机非金属材料。 高分子材料是一类合成材料，主要有塑料、合成纤维和合成橡胶，此外还有涂料和胶粘剂等。 复合材料是由金属材料、陶瓷材料和高分子材料复合组成的。复合材料的强度、刚度和耐腐蚀等性能比单一材料更为优越，是一类具有广阔发展前景的新型材料。 材料也可分为传统材料和新型材料 传统材料是指生产工艺已经成熟，并已投入工业生产的材料。 新型材料是指新发展或正在发展的具有特殊功能的材料，如高温超导材料、工程陶瓷、功能高分子材料等。 新型材料的主要特点： (1) 新型材料具有特殊的性能，能满足尖端技术和设备制造的需要。 (2) 新型材料的研制是多学科综合研究的成果。以先进的科学技术为基础，往往涉及到物理、化学、冶金等多个学科。 (3) 新型材料从设计到生产，需要专门的、复杂的设备和技术，形成了一个独特的领域，称为新材料技术。 二 金属材料 金属材料在一个国家的国民经济中仍占有举足轻重的位置，原因是金属材料的资源比较丰富；已积累有一整套相当成熟的生产技术，有组织大规模生产的经验，产品质量稳定，价格低廉、性能优异。此外，金属材料自身还在不断发展，高温合金、形状记忆合金、贮氢合金、永磁合金、非晶态合金等新型的金属材料相继问世。因此在发展中国家，金属材料仍然占有材料工业的主导地位，如中国年产钢铁已超过1亿万吨。 金属的分类 工程技术上分为黑色金属和有色金属 黑色金属— Fe、Mn、Cr及其合金 有色金属— 除黑色金属以外的其它金属 及其合金。又分为重金属、 轻金属、贵金属、稀有金属。 化学性质上分为：活泼金属、中等活泼金属、不活泼金属等。 金属的性质 物理性质：金属具有金属光泽、传热、 导电性、延展性、优异的机械 性能…… 化学性质： M-ze→Mz+ ①与氧（空气）反应生成氧化物 mM+O2 MmOn ②与水反应，放出氢气 M+nH2O M(OH)n+H2 ③与酸反应 M+nH+ Mn++H2 ④金属间置换反应 Zn+Cu2+ Zn2++Cu 不同金属原子失去电子难易程度是不相同的。 2 Na + 2 H2O = 2 NaOH + H2 Mg + 2 H2O（g） = Mg（OH）2 + H2 钢铁 约占金属材料产量的90 ％，是世界上产量最大的金属材料。我们所说的钢铁其实是铁碳合金，它们的主要成分是铁。铁元素位于元素周期表中第四周期第Ⅷ族，它在化学反应中常易失去