金属材料(鲁科版必修1)

1、( (四四).).铝合金及其制品铝合金及其制品 合金：合金： 两种或两种以上的金属（或两种或两种以上的金属（或 金属与非金属）熔合而成的具有金属与非金属）熔合而成的具有 金属特性金属特性的物质。的物质。 合金的性能优于纯金属合金的性能优于纯金属 你能举出合金的例子吗？你能举出合金的例子吗？ 合金特点：合金特点： a.合金的合金的熔点熔点一般比它的各成一般比它的各成 分金属的分金属的低，塑性好、易制造。低，塑性好、易制造。 b.合金的合金的硬度、强度硬度、强度一般比它一般比它 的各成分金属的各成分金属大大 铝合金：铝合金： 具密度小、强度高、塑具密度小、强度高、塑 性好、易成型、易制造、性好、易

2、成型、易制造、 成本低、抗腐蚀等优点成本低、抗腐蚀等优点 应用？应用？ 铝铝 导线导线 炊具炊具 航空航航空航 天材料天材料 铝箔铝箔 建筑材料建筑材料 涂料涂料 医疗器械医疗器械 铝热剂铝热剂 冶金冶金 工业工业 黑色金属：黑色金属：铁、铬、锰铁、铬、锰 有色金属：有色金属：除铁、铬、除铁、铬、 锰以外的金属锰以外的金属 按密按密 度分度分 重金属重金属 ：密度：密度4.5g/cm3以上以上 轻金属轻金属 ：密度：密度4.5g/cm3以下以下 按自然按自然 界中的界中的 含量分含量分 常见金属：如铁、铝、铜等常见金属：如铁、铝、铜等 稀有金属：如锆、铌、钼等稀有金属：如锆、铌、钼等 二二.

3、.金属与金属材料金属与金属材料 1.重要的黑色金属材料重要的黑色金属材料 钢铁钢铁 铁应用的经历：铁应用的经历： 生铁生铁普通钢普通钢 不锈钢不锈钢 特种钢特种钢 生铁：生铁：含含C（2%-4.3%)，S、P多，多，Si、Mn等少等少， 故质硬而脆，无韧性，不易机械加工故质硬而脆，无韧性，不易机械加工。 钢：钢：降低降低C（0.03%-2%) 含量，除去含量，除去S、P 调整调整Si、Mn含量到规定范围含量到规定范围， 故坚硬、韧性大、故坚硬、韧性大、 可塑性好。可塑性好。 不锈钢：不锈钢：在普通钢中加入在普通钢中加入Cr （铬）、（铬）、Ni（镍）炼成（镍）炼成。 加铬：加铬：能使钢材能使钢

4、材表面形成致密且表面形成致密且 坚固的氧化膜坚固的氧化膜防止内部的防止内部的 铁与外界物质接触。铁与外界物质接触。 加镍：加镍：改变内部结构改变内部结构，能在酸、能在酸、 碱、盐溶液中具很好的碱、盐溶液中具很好的 化化 学稳定性和耐腐蚀性学稳定性和耐腐蚀性。 钢铁的用途：钢铁的用途： 钢铁钢铁 钢筋混凝土钢筋混凝土 弹簧片弹簧片 （硅、锰钢）（硅、锰钢） （钨钢锰钢（钨钢锰钢） 车轴履带车轴履带 医疗器械医疗器械 （不锈钢）（不锈钢） （1）金、银、铜的性质）金、银、铜的性质 金属光泽：金属光泽：Au黄色；黄色； Ag银白色；银白色； Cu紫红色。紫红色。 延延 展展 性：性： Au AgCu

5、 导热、电性：导热、电性：AgCuAu 化学活动性化学活动性：CuAgAu 2、几种有色金属材料、几种有色金属材料 金、银、铜金、银、铜 1、在、在常温常温、干燥干燥的空气中性质的空气中性质稳定稳定。 铜的化学性质：铜的化学性质：(弱还原性弱还原性) 2、在潮湿空气能被锈蚀、在潮湿空气能被锈蚀 2Cu+O2+H2O+CO2 = Cu2(OH)2CO3 碱式碳酸铜（铜绿）碱式碳酸铜（铜绿） 加热：加热： 2 Cu + O 2 = 2CuO 2 Cu + S = Cu2S +2 +1 3、与酸：、与酸： 与非氧化性酸与非氧化性酸(盐酸、稀硫酸盐酸、稀硫酸)： 不反应不反应 与氧化性酸：与氧化性酸：

6、 (浓硝酸、稀硝酸、浓硫酸浓硝酸、稀硝酸、浓硫酸) Cu+2H2SO4(浓 浓)=CuSO4+SO2 +2H2O 3Cu+8HNO3(稀 稀)=3Cu(NO3)2+2NO+4H20 4、与盐：、与盐： Cu+2Fe3+ = Cu2+ +2Fe2+ Cu+Hg2+ =Cu2+ +Hg 铜的化合物：铜的化合物： 4CuO = 2Cu2O+O2 高温高温 （黑色（黑色) ) （ 红色）红色） ( (蓝色晶体）蓝色晶体） （白色粉末）（白色粉末） CuSO4.5H2O = CuSO4+5H2O CuSO4 + 5H2O = CuSO4.5H2O （白色粉末）（白色粉末） （蓝色晶体）（蓝色晶体） 【应

7、用？【应用？】 金、银、铜的用途金、银、铜的用途 金的用途：金的用途： A u 货币货币 电子元件电子元件 航空航天航空航天装饰品装饰品 银的用途：银的用途： Ag 货币货币 催化剂催化剂 化学电池化学电池 装饰品装饰品 牙科材料牙科材料 铜的用途铜的用途： 货币货币 Cu 催化剂催化剂 电线电缆电线电缆 铜芯片铜芯片 水管水管 3新型金属材料新型金属材料 铀铀(U)用做核电厂反应堆的核燃料，用做核电厂反应堆的核燃料， 镅镅在烟雾探测器中用做烟雾检测材料；在烟雾探测器中用做烟雾检测材料； 钛（钛（Ti） “21世纪的金属世纪的金属” 应用前景更为广阔。应用前景更为广阔。 钛是一种活泼金属，但因

8、其表面容易形成致密的氧化钛是一种活泼金属，但因其表面容易形成致密的氧化 物保护膜使它不易跟其他物质反应，而具有一定的物保护膜使它不易跟其他物质反应，而具有一定的抗腐蚀抗腐蚀 能力能力。除此之外，它还具有。除此之外，它还具有熔点高熔点高，硬度大硬度大，可塑性强可塑性强， 密度小密度小等优点。等优点。 金属钛具有优越的性能且储量大，可以应用于金属钛具有优越的性能且储量大，可以应用于制造制造飞飞 机机、火箭火箭、导弹导弹、人造卫星人造卫星、宇宙飞船宇宙飞船、舰艇舰艇、化工设备化工设备、 纺织机械纺织机械、医疗机械医疗机械等。例如，在电影胶片的制作中，需等。例如，在电影胶片的制作中，需 要使用多种强酸

9、，强碱等试剂，如果使用要使用多种强酸，强碱等试剂，如果使用钛材钛材，设备可以，设备可以 长时间的连续运转。再如，钛可以制成长时间的连续运转。再如，钛可以制成“人造骨骼人造骨骼”。在。在 骨头损坏的地方，用钛片与钛螺丝钉修补，过了几个月，骨头损坏的地方，用钛片与钛螺丝钉修补，过了几个月， 骨头就会生长在钛片的小孔里与螺丝钉上，新的肌肉纤维骨头就会生长在钛片的小孔里与螺丝钉上，新的肌肉纤维 会包在钛的薄片上。钛骨骼宛如真正的骨骼与血肉相连，会包在钛的薄片上。钛骨骼宛如真正的骨骼与血肉相连， 起到支撑和加固作用。所以，钛被认为是一种起到支撑和加固作用。所以，钛被认为是一种“亲生物金亲生物金 属属”。

10、 记忆合金记忆合金 记忆合金记忆合金同我们的日常生活也同样休戚相关。仅以用记忆同我们的日常生活也同样休戚相关。仅以用记忆 合金制成的弹簧为例，把这种弹簧放在热水中，弹簧的长合金制成的弹簧为例，把这种弹簧放在热水中，弹簧的长 度立即伸长，再放到冷水中，它会立即恢复原状。度立即伸长，再放到冷水中，它会立即恢复原状。利用形利用形 状记忆合金弹簧可以控制浴室水管的水温，在热水温度过状记忆合金弹簧可以控制浴室水管的水温，在热水温度过 高时通过高时通过“记忆记忆”功能，调节或关闭供水管道，避免烫伤功能，调节或关闭供水管道，避免烫伤。 也可以也可以制作成消防报警装置及电器设备的保安装置。当发制作成消防报警装

11、置及电器设备的保安装置。当发 生火灾时，记忆合金制成的弹簧发生形变，启动消防报警生火灾时，记忆合金制成的弹簧发生形变，启动消防报警 装置，达到报警的目的装置，达到报警的目的。还可以把。还可以把用记忆合金制成的弹簧用记忆合金制成的弹簧 放在暖气的阀门内，用以保持暖房的温度，当温度过低或放在暖气的阀门内，用以保持暖房的温度，当温度过低或 过高时，自动开启或关闭暖气的阀门。过高时，自动开启或关闭暖气的阀门。 作为一类新兴的功能材料，记忆合金的很多新用途正作为一类新兴的功能材料，记忆合金的很多新用途正 不断被开发，例如不断被开发，例如：用记忆合金制作的眼镜架，如果不小：用记忆合金制作的眼镜架，如果不小

12、 心被碰弯曲了，只要将其放在热水中加热，就可以恢复原心被碰弯曲了，只要将其放在热水中加热，就可以恢复原 状。不久的将来，汽车的外壳也可以用记忆合金制作。如状。不久的将来，汽车的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，实在方便。省钱又省力，实在方便。 第四章第四章 第三节第三节 复合材料复合材料 2003年年2月月1日日22：00 美国哥伦比亚号航天飞机坠毁美国哥伦比亚号航天飞机坠毁 机上机上8名宇航员全部遇难名宇航员全部遇难 失事原因失事原因 专家分析：专家分析：隔热瓦脱落造成隔热瓦脱落造成

13、 隔热瓦由隔热瓦由99.7%的纯沙的纯沙 制成，沙砾被碾碎后再制成，沙砾被碾碎后再 用陶瓷黏合剂粘合而成。用陶瓷黏合剂粘合而成。 隔热瓦对航天飞机非常关键，隔热瓦对航天飞机非常关键， 可以保护航天飞机在返航时经可以保护航天飞机在返航时经 受摄氏受摄氏121度到度到1648度的温度度的温度 交流交流研讨研讨一、认识复合材料一、认识复合材料 材料材料 实例实例 优点优点 缺点缺点 金属材料金属材料钢铁钢铁 无机非金无机非金 属材料属材料 普通玻璃普通玻璃 有机合成有机合成 材料材料 塑料塑料 硬度大硬度大 易加工易加工 易被腐蚀易被腐蚀 抗腐蚀抗腐蚀 耐高温耐高温 易破碎易破碎 耐腐蚀耐腐蚀 易老

14、化不易老化不 耐高温耐高温 归纳归纳1、复合材料的概念：、复合材料的概念： 将将两种或两种以上两种或两种以上的的 性质不同性质不同的材料经过的材料经过 特殊的加工制成的材特殊的加工制成的材 料称为复合材料。料称为复合材料。 树干树干 木质纤维木质纤维 木质素木质素（基体：起黏结作用）（基体：起黏结作用） (增强体：起骨架作用增强体：起骨架作用) 泥泥 泥砖泥砖 禾秸禾秸 （基体：起黏结作用）（基体：起黏结作用） （增强体：起骨架作用）（增强体：起骨架作用） （复合材料）（复合材料） 钢筋混钢筋混 凝土凝土 沙子、石子、水泥沙子、石子、水泥 钢筋钢筋 （基体：起黏结作用）（基体：起黏结作用） （

15、增强体：起骨架作用）（增强体：起骨架作用） 2、复合材料的组成：、复合材料的组成： 基体基体 起粘结作用起粘结作用 增强体增强体起骨架作用起骨架作用 复合材料复合材料 如：玻璃本身是易碎的脆性材料，由它制成如：玻璃本身是易碎的脆性材料，由它制成 的玻璃纤维却异常柔软，具有很高的强度。除了的玻璃纤维却异常柔软，具有很高的强度。除了 普通玻璃纤维普通玻璃纤维(主要成分为主要成分为SiO2、A1203、Na20等等) 外，还可以根据需要选用耐化学腐蚀、耐高温或外，还可以根据需要选用耐化学腐蚀、耐高温或 强度高的特种玻璃纤维做玻璃钢的增强体。在制强度高的特种玻璃纤维做玻璃钢的增强体。在制 造造玻璃钢玻

16、璃钢时，可以将时，可以将玻璃纤维玻璃纤维制成纱或织物加到制成纱或织物加到 合成树脂合成树脂中，也可以把玻璃纤维切成短纤维加到中，也可以把玻璃纤维切成短纤维加到 合成树脂中。合成树脂中。玻璃钢的强度可达到甚至超过合金玻璃钢的强度可达到甚至超过合金 钢的强度，而密度只有钢铁的钢的强度，而密度只有钢铁的15左右；同时，左右；同时， 这种材料保持着较好的耐化学腐蚀性、电绝缘性这种材料保持着较好的耐化学腐蚀性、电绝缘性 和机械加工性能，而且又不像普通玻璃那样硬脆和机械加工性能，而且又不像普通玻璃那样硬脆。 复合材料既复合材料既保持了原有材料保持了原有材料 的特性的特性，又又使各组分之间使各组分之间协同作

17、协同作 用用，形成了形成了优于原材料的特性优于原材料的特性。 例如，金属材料易被腐蚀，有机例如，金属材料易被腐蚀，有机 合成材料易老化、不耐高温、陶合成材料易老化、不耐高温、陶 瓷材料易破碎，这些缺点都可以瓷材料易破碎，这些缺点都可以 通过复合的方法予以改善和克服通过复合的方法予以改善和克服。 3、特点：、特点： 复合材料复合材料 合合 金金 成分成分 两种或两种以两种或两种以 上不同材料上不同材料 两种或两种以两种或两种以 上金属材料或上金属材料或 金属与非金属金属与非金属 形成形成 工艺工艺 特殊加工特殊加工熔合熔合 性质性质 优于原材料优于原材料 复合材料和合金比较：复合材料和合金比较：

18、 复合材料复合材料 预测预测 性能性能 增 强 体 材 料增 强 体 材 料 的化学组成的化学组成 基 体 材 料基 体 材 料 的类型的类型 金属金属 C 陶瓷陶瓷 SiO2 合成树脂合成树脂 C 耐酸碱，化学稳定性好，耐酸碱，化学稳定性好， 强度高，密度小，韧性好强度高，密度小，韧性好 强度高，抗冲击，绝缘性强度高，抗冲击，绝缘性 好，耐热温度低于好，耐热温度低于300300 耐高温，强度韧性得到改耐高温，强度韧性得到改 善，导电、导热性能好。善，导电、导热性能好。 耐耐1600以上的高温，强以上的高温，强 度高，密度小度高，密度小 合成合成 SiO2 树脂树脂 Al2O3 4、分类：、分

19、类： 按基体分按基体分 树脂基树脂基复合材料复合材料 金属基金属基复合材料复合材料 陶瓷基陶瓷基复合材复合材 料料 按增强体的按增强体的 形状分类形状分类 颗粒增强颗粒增强复合材料复合材料 夹层增强夹层增强复合材料复合材料 纤维增强纤维增强复合材料复合材料 二、形形色色的复合材料二、形形色色的复合材料 1）、玻璃钢）、玻璃钢 基体：基体：合成树脂合成树脂 增强体：增强体：玻璃纤维玻璃纤维 玻璃钢玻璃钢 1、生产生活中常用的复合材料、生产生活中常用的复合材料 优点：优点：玻璃钢的玻璃钢的强度强度可达到甚至超可达到甚至超 过合金的强度，而过合金的强度，而密度密度只有钢铁的只有钢铁的 1/5左右；同

20、时，这种材料保持着较左右；同时，这种材料保持着较 好的好的耐化学腐蚀性、电绝缘性和机耐化学腐蚀性、电绝缘性和机 械加工性能械加工性能，而且又不像普通玻璃，而且又不像普通玻璃 那样那样易碎。它具有易碎。它具有强度高、密度小、强度高、密度小、 韧性好、耐腐、耐磨、耐撞、绝缘、韧性好、耐腐、耐磨、耐撞、绝缘、 产品美观、制造方便等优良特性。产品美观、制造方便等优良特性。 广泛用于制作小型娱乐设施广泛用于制作小型娱乐设施(游乐车、游乐车、 水上滑梯水上滑梯)、电话亭、餐桌椅、排水管、电话亭、餐桌椅、排水管 道、小舟、化工设施、小型建筑等道、小舟、化工设施、小型建筑等 玻璃钢制品玻璃钢制品 l你经常打羽

21、毛球吗？现在羽毛你经常打羽毛球吗？现在羽毛 球使用的大多是球使用的大多是碳素碳素球拍，但球拍，但 几年前用的多是铝合金球拍，几年前用的多是铝合金球拍， 人们还曾使用过木制球拍。人们还曾使用过木制球拍。 l用于制造碳素球拍的材料有哪用于制造碳素球拍的材料有哪 些优越性？它为什么会具有这些优越性？它为什么会具有这 些优越性？些优越性？ 2）碳纤维复合材料）碳纤维复合材料 碳纤维复碳纤维复 合材料合材料 基体：基体：合成树脂合成树脂 增强体：增强体：碳纤维碳纤维 性能：性能：韧性好，韧性好， 强度高，强度高， 质量轻。质量轻。 广泛应用于广泛应用于纺织机械和化纺织机械和化 工机械以及医学上人体组工机

22、械以及医学上人体组 织中韧带、高尔夫球杆、织中韧带、高尔夫球杆、 网球拍、羽毛球拍、钓鱼网球拍、羽毛球拍、钓鱼 竿、赛车、赛艇、滑雪板竿、赛车、赛艇、滑雪板 和冲浪板和冲浪板等的制造上。等的制造上。 应用：应用： 2、航空、航天领域的复合材料、航空、航天领域的复合材料 基体：基体：金属金属 增强体：增强体：纤维纤维(碳纤维碳纤维、硼纤维、硼纤维、 碳化硅纤维、氧化铝纤维等碳化硅纤维、氧化铝纤维等) 性能：性能：耐高温、强度高、导电导热耐高温、强度高、导电导热 性好、不吸湿和不易老化，密度小性好、不吸湿和不易老化，密度小。 1)飞机、火箭的机翼和机身以及飞机、火箭的机翼和机身以及 导弹的壳体、尾

23、翼中的复合材料导弹的壳体、尾翼中的复合材料 ( (铝、镁、钛铝、镁、钛) ) 组成组成 基体：基体：陶瓷陶瓷 增强体：增强体：碳纤维、碳化硅碳纤维、碳化硅 纤维、氧化纤铝维纤维、氧化纤铝维 性能：性能：耐高温、韧性好耐高温、韧性好 2、 航天飞机机身上使用的航天飞机机身上使用的 隔热陶瓷瓦隔热陶瓷瓦 基体的主要成分有基体的主要成分有A12O3陶瓷、陶瓷、 Si02陶陶 瓷瓷、 MgOAl2O3陶瓷、陶瓷、A12O3ZrO2陶陶 瓷、瓷、Si3N4陶瓷、陶瓷、SiC陶瓷等陶瓷等 目目 标标 检检 测测 1下列不属于玻璃下列不属于玻璃 钢具有的性能的是钢具有的性能的是 A 易碎易碎 B易燃易燃 C

24、耐水耐水 D耐磨耐磨 2、下列各项中不能、下列各项中不能 用玻璃钢制造的是用玻璃钢制造的是 A、餐厅座椅、餐厅座椅 B、汽车窗玻璃、汽车窗玻璃 C、废水管道、废水管道 D、垃圾桶、垃圾桶 3航天飞机机身上使用航天飞机机身上使用 的隔热陶瓷瓦是的隔热陶瓷瓦是 A仿生复合材料仿生复合材料 B陶瓷和纤维复合而成陶瓷和纤维复合而成 的材料的材料 C纳米复合材料纳米复合材料 D分子复合材料分子复合材料 4飞机、火箭的机翼和机飞机、火箭的机翼和机 身以及导弹的壳体、尾翼身以及导弹的壳体、尾翼 中的复合材料是中的复合材料是 A 金属基复合材料金属基复合材料 B 树脂基复合材料树脂基复合材料 C绝缘基复合材料绝缘基复合材料 D智能复合材料智能复合材料 5、某复合材料的基体是、某复合材料的基体是Si3N4陶瓷，陶瓷， 增强体是增强体是SiO2纤维。则该复合材料纤维