大学化学-金属材料化学解读课件

1、 由金属或由以金属元素为主形成的具有一般金属特性的材料称为金属材料。金属单质合 金 由一种金属与其它金属或非金属融合在一起形成的具有金属特性的物质。 如: 钢、铝合金 金属材料5.1 金属概论 金属的存在 金属的分类 金属的性质 1 金属加工工艺金属材料的一般加工过程如下：（2）工程技术分类 轻金属铁、锰、铬及其合金 黑色金属有色金属密度小于5 g cm-3的金属重金属密度大于5 g cm-3的金属贵金属地壳中含量少，开采提取困难, 价格贵的金属包括金、银和铂族元素。稀 有 金 属在自然界分布较少，发现较迟，提取难，工业应用较晚。放射性金属原子核能自发放射出射线的金 属。金属的分类3. 金属的

2、性质 (1) 物理性质 光泽大多数金属呈银白色光泽。 密度除锂、钠、钾比水轻外，其余金属的密度都大于1 g cm-3。 最轻的金属是锂，最重的金属是锇。 熔点S区金属原子半径较大，多数熔点较低。 d 区金属熔点大都较高。 VB -VIIB族金属(除锰外)是高熔点金属。熔点最高的金属是钨，熔点最低的金属是汞。IIB族和P区金属是低熔点金属。 导电性金属一般是良导体，尤其ds区的 银、铜 和p区的铝。 金属的导电性一般随温度的升高而下降，杂质对金属的导电性能力影响很大，一般说来，金属纯度越高，导电性越好。 导热性 导电性好的金属一般导热性能也较好。 延展性 延展金属时，虽然发生了变形，但并不破坏金

3、属键，故不发生断裂。 5.3 合金 合金的结构和类型 合金材料1.合金的结构和类型 合金从结构上可分为以下三种基本类型：（1） 混合物合金两种或多种金属的机械混合物。 熔融: 完全或部分互溶凝固: 金属各自结晶混合物合金的导电、导热等性质与组分金属有很大的不同。 2.固溶体合金 按溶质原子在溶剂晶格中的位置，固溶体可分为置换固溶体与间隙固溶体两种。 2.固溶体的性能 通过形成固溶体使金属强度和硬度提高的现象称为固溶强化。固溶强化是金属强化的重要方式之一。固溶体的综合力学性能较好，常作为结构合金的基体相。 （3）金属化合物合金两种金属元素原子的外层电子结构、电负性和原子半径差别较大时所形成的金属

4、化合物。 通常分为正常价化合物和电子化合物。正常价化合物：金属原子间通过化学键形成，成分固定，符合氧化数规则。电子化合物：金属原子间通过金属键形成，成分在一定范围内变化，不符合氧化数规则。2 合金材料（1）铁的合金 钢 熟 铁 铁按含碳量多少可分为： 0.1% 韧性好,可锻打成型 锻铁 铁勺,锅铲 碳素钢 生 铁 ( 12%合金钢： 铝合金 （2）轻质合金铝: 地壳中藏量为7.45%, 是含量最多的金属。 目前年产量仅次于铁。 密度小，导电性好，常用铝代替铜制造电线。 硬铝合金: 加入少量铜、锰、镁等金属，再经过热处 理使其强度大为提高。 轻盈美观 不易生锈 铝合金强度可与钢媲美，但却比其轻近

5、1/4， 可广泛用于航空航天业. 钛: 拉丁文 “Titanium”特 点： a. 密度较小b. 钛合金强度高 c. 抗蚀性好 d. 工作温度范围宽(-200 500) 钛合金 由于钛合金抗蚀性好，工作温度范围宽，可用作液氮或液氦等的低温容器。 钛合金强度高，几乎是铝合金的5倍。热处理后，它的强度与高强度钢相当，但密度仅为钢的57%。“空间金属”美国新式战斗机含钛量大于90% “深海金属” 1977年，前苏联用3500多吨钛制造 当时航行速度最快的核潜艇。 形状记忆合金的简称，指在一定外力作用下，使其几何形态发生改变。但当加热到某一温度时，它又能够完全恢复到变形前的几何形态。记忆合金 在医疗器

6、械，减震消噪，生活用品等方面具有广阔的应用前景。记忆合金 硬质合金 以硬质化合物为硬质相，以金属或合金作 粘接相的复合材料。 两种特定金属的合金，一种可以大量吸进H2形成稳定氢化物；而另一种金属与氢的亲和力小，使氢很容易在其中移动.是开发利用氢能源、分离精制高纯氢的理想材料。（5）储氢合金 （6）超 导 对高温超导材料的要求，除零电阻外还要求有抗磁性、稳定性和重复性。传统硅酸盐材料：以天然硅酸盐为材料的制品 如陶瓷、玻璃、水泥 新型非金属材料：人工合成不含硅或少含SiO2的材料 如半导体、光导纤维、激光材料 非金属材料非金属材料新型非金属材料1. 硅酸盐材料硅酸或多硅酸的盐 如长石、云母、石棉

7、、滑石等都是天然硅酸盐，组成复杂，用途广泛。基本结构单元: SiO4四面体(1) 天然硅酸盐普通水泥 (硅酸盐水泥)砂渣水泥高铝水泥耐酸水泥（3）玻 璃a. 普通玻璃b. 特种玻璃Na2CO3 + CaCO3 + 6SiO2 Na2OCaO 6SiO2 + 2CO2光导纤维、钢化玻璃、有色玻璃、半导体玻璃、透红外玻璃等。（4）陶 瓷结构陶瓷功能陶瓷智能陶瓷生物陶瓷结构陶瓷与功能陶瓷的复合产物用于人体器官替换修补及外科矫形的陶瓷材料如氮化硅陶瓷、氧化锆陶瓷、氧化铝陶瓷、碳化硅陶瓷等改变陶瓷组成、使其具有某些独特功能的材料。2. 新型非金属材料(1) 半导体材料 半导体 导电机理 导电能力介于导体

8、和绝缘体之间的物质。符合金属能带理论。温度升高，半导体满带中有更多电子被激发进入导带，电子数目和空穴数目相应增多，导电性增强。 a. 温度金属导体与半导体导电性的区别：温度升高，金属导体中的原子振动加剧，导电性下降；金属导体中增加杂质，阻碍电子的定向移动，导电性下降。b. 杂质半导体中增加微量杂质，导电性大大增加下降。 由激光器发出的光称为激光。能产生激光的半导体材料有：GaAs、ZnSb、GaAlAs、ZnS、CdTe等。特 征：光源亮度强有极高的方向性有极高的单色性（3）激光材料 激光应用激光是最亮光源，在焦点处可产生上百万度的高温，使难熔物质瞬间熔化或气化，激光切割、激光打孔、激光焊接正是最好的应用；在激光方向性和单色性方面，可用激光测距，距离远，精度高。激