化学与社会生活材料

关于化学与社会生活材料第一页，共一百六十二页，2022年，8月28日新材料一旦应用，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。材料第二页，共一百六十二页，2022年，8月28日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。第三页，共一百六十二页，2022年，8月28日

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：陶器——青铜——铁器——半导体——高分子材料——各种材料百花齐放第四页，共一百六十二页，2022年，8月28日1、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

2、按使用性能分：

结构材料——力学性能

功能材料——光、电、磁、热、声特性和效应3、按材料的应用对象：

信息材料、能源材料、生物材料、建筑材料材料的分类第五页，共一百六十二页，2022年，8月28日结构与功能相结合。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。智能型。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。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。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。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。长寿命。要求材料能少维修或不维修，物美价廉。材料的新要求第六页，共一百六十二页，2022年，8月28日多相复合材料，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。（组成）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）材料研制方向第七页，共一百六十二页，2022年，8月28日智能材料，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）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。材料研制方向第八页，共一百六十二页，2022年，8月28日

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。第九页，共一百六十二页，2022年，8月28日金属材料无机非金属材料合成高分子材料复合材料

主要内容第十页，共一百六十二页，2022年，8月28日金属材料第十一页，共一百六十二页，2022年，8月28日青铜钢铁铝及铝合金钛及钛合金

金属分类：黑色金属——铁、锰、铬及其合金有色金属——除去黑色金属外的金属金属材料潜力无穷你知道吗？第十二页，共一百六十二页，2022年，8月28日钢铁用量占金属材料总用量的80%，品质繁多钢铁都为铁炭合金按含炭量多少分为：生铁2.0~4.3＞1.7%C钢0.3~2.0%C熟铁＜0.3%C一、钢铁

第十三页，共一百六十二页，2022年，8月28日

1、生铁（1）性能：含炭2.0~4.3%具有脆性（含硫、磷）（2）炼铁：铁矿石、燃料、熔剂、空气（3）用途：90%用于炼钢；10%用于铸造（4）品种：白口铁——化合碳灰口铁——石墨碳铸铁——含炭量大于2%的生铁经重新熔炼后则称为铸铁球墨铸铁——浇铸前往铁水中加入少量球化剂（钙、镁、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，称为球墨铸铁第十四页，共一百六十二页，2022年，8月28日（1）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、碳钢第十五页，共一百六十二页，2022年，8月28日(2)炼钢技术

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

第十六页，共一百六十二页，2022年，8月28日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

第十七页，共一百六十二页，2022年，8月28日碳钢的用途第十八页，共一百六十二页，2022年，8月28日改善钢的组织和性能而特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。钢中常加的元素：Mn、Si、Cr、Ni、Al、B、W、Mo、V、Ti

3、合金钢第十九页，共一百六十二页，2022年，8月28日纯金属内原子的排列十分规整合金内原子层之间的相对滑动变得困难第二十页，共一百六十二页，2022年，8月28日

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

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二十一页，共一百六十二页，2022年，8月28日

镁合金可以分成变形镁合金和铸造镁合金两类：1、变形镁合金镁-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。镁-铝-锌系合金。均为高塑性锻造镁合金。镁-锌-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。2、铸造镁合金与变形镁合金相比，在应用方面占统治地位。主要分无锆和含锆镁合金。第二十二页，共一百六十二页，2022年，8月28日

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、第二次世界大战期间，镁的生产和产量与称作“战争的晴雨表”。你知道吗？第二十三页，共一百六十二页，2022年，8月28日三、铝合金

铝合金密度小，硬度大，导电导热性能好，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。第二十四页，共一百六十二页，2022年，8月28日

以锂作为合金元素添加到铝中而形成铝锂合金。在导弹和航天运载技术中，贮箱在轨道器进入轨道之前9min，推进剂消耗完毕后，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90年代利用成熟的结构材料技术研制重复使用运载器(RLV)。轻质高强度的低温贮箱是美国发展重复使用运载器（RLV）的最关键技术之一。其中采用了铝合金和铝锂合金。铝锂合金焊件铝锂合金煅件第二十五页，共一百六十二页，2022年，8月28日四、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。金属钛钛合金喇叭佳能数码相机采用钛合金机身第二十六页，共一百六十二页，2022年，8月28日

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3/4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

钛合金烤瓷牙

钛合金换颅骨高尔夫钛合金球头第二十七页，共一百六十二页，2022年，8月28日

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5.978亿吨，约占全国储量的93%，世界储量的59%.钒矿总保有储量V2O52596万吨，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.第二十八页，共一百六十二页，2022年，8月28日五、几种特殊的金属材料

形状记忆合金储氢合金金属的超导性金属玻璃未来的金属合金第二十九页，共一百六十二页，2022年，8月28日

在20世纪60年代初，美国海军研究所一个研究小组，偶然发现镍钛合金丝竟然也具有一种“形状记忆”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“改变—恢复”的现象可重复进行，其记忆力决不会降低。人们把这种现象叫做“形状记忆效应”，将具有“形状记忆效应”的合金，叫做“形状记忆合金”。何谓形状记忆合金你知道记忆合金的发现历史吗？1、形状记忆合金第三十页，共一百六十二页，2022年，8月28日

50%镍和50%钛的合金在温度升高到40˚C以上时，能“记住”自己原来的形状。镍钛记忆合金“花瓣”在相应的温度下慢慢绽放第三十一页，共一百六十二页，2022年，8月28日

合金的这种记忆效应是由合金的“相变化”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，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，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。记忆合金为何具有“记忆”第三十二页，共一百六十二页，2022年，8月28日记忆合金的应用

用记忆合金制作的眼镜架。当这种眼镜架弯曲时，只要将它放入55℃的温水中，即可恢复到原来的形状

在民用产品方面，形状记忆合金可用于移动电话天线、钓鱼线、眼镜的镜架等。

在医疗器械方面，形状记忆合金可用于矫正脊椎骨，校正牙齿。形状记忆合金矫正牙齿第三十三页，共一百六十二页，2022年，8月28日

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、宾馆等建筑的电路中，人们会迅速将火灾消灭在发生之前。第三十四页，共一百六十二页，2022年，8月28日用TiNi─1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，利用冷热水的交替作用，即可使水槽上方的螺旋桨转动或停止

在建筑方面，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第三十五页，共一百六十二页，2022年，8月28日

在航天航空技术方面，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面天线。第三十六页，共一百六十二页，2022年，8月28日

20世纪60年代中期，科学家发现LaNi5和FeTi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，相当于储氢“容器”。从理论上讲，相当于氢气瓶重量1/3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1/10。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。2、储氢金属第三十七页，共一百六十二页，2022年，8月28日CaCu5的结构储氢合金LaNi5结构和CaCu5相同储氢合金粉第三十八页，共一百六十二页，2022年，8月28日

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、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、易携带的电子设备中的电源而获得广泛应用。储氢材料储氢材料与燃烧电池第三十九页，共一百六十二页，2022年，8月28日

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H2为燃料的汽车第四十页，共一百六十二页，2022年，8月28日1911年荷兰物理学家卡梅林·昂内斯首次将氮液化并获得4.6ｋ（－268.４℃）的低温.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，将节约大量电能。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。人们称这种现象为“超导现象”。3、金属的超导性何谓超导现象第四十一页，共一百六十二页，2022年，8月28日

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。他认为，在低温下一些金属和化合物的原子被“冻僵”。因此，当通上电流后，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。

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。金属为何具有超导性第四十二页，共一百六十二页，2022年，8月28日超导体在低温下工作时失去电阻的温度称作“临界温度”。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，由此产生了一股超导热。1987年2月15日，美国科学家研制出了98ｋ的超导体；该年2月24日中国科学院宣布赵忠贤、陈立泉等获得了100ｋ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“液氮温度”，即－196℃。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第四十三页，共一百六十二页，2022年，8月28日

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！第四十四页，共一百六十二页，2022年，8月28日上海磁悬浮列车德国西门子1.5T超导核磁共振机超导型磁共振成像系统计算机用热超导散热器第四十五页，共一百六十二页，2022年，8月28日

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、金属玻璃第四十六页，共一百六十二页，2022年，8月28日

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。玻璃易碎，没有延展性，金属玻璃则具有一定的刚性的韧性；玻璃的强度很低，金属玻璃的强度高于钢，硬度超过工具钢；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，可达350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部位的零部件。第四十七页，共一百六十二页，2022年，8月28日普通玻璃没有磁性，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。金属玻璃还有良好的超导性和抗辐射能力；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良好的条件。第四十八页，共一百六十二页，2022年，8月28日

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，每公斤售价高达100万美元至350万美元。5、未来的金属合金第四十九页，共一百六十二页，2022年，8月28日

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，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。第五十页，共一百六十二页，2022年，8月28日无机非金属材料第五十一页，共一百六十二页，2022年，8月28日

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，新型无机非金属材料已远远超出了硅酸盐的范畴,庞大的无机非金属材料体系应用及其广泛,遍布人类生活、生产、研究的各个领域。

第五十二页，共一百六十二页，2022年，8月28日第五十三页，共一百六十二页，2022年，8月28日一、陶瓷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、耐高温的二氧化锆陶瓷、高熔点的氮化硅陶瓷等。传统陶瓷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。新型陶瓷氧化铝陶瓷喷嘴第五十四页，共一百六十二页，2022年，8月28日1、传统陶瓷

原料：黏土（是由花岗岩里的正长石KAlSi3O8

长时间在二氧化碳和水的作用下，分解而成的，瓷土是含杂质较少的黏土，主要成分可表示为Al2O3·2SiO2·2H2O）工艺：精选原料—成型—绘图—上釉—烧制特点：抗氧化、耐酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成型。但有脆性，抗拉、抗弯和抗冲击性差第五十五页，共一百六十二页，2022年，8月28日

陶瓷是我国人民使用最久的一种日用器皿，在工艺上达到了登峰造极的地位，制作工艺相当复杂。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。扬州蓝白龙梅瓶第五十六页，共一百六十二页，2022年，8月28日

工艺：传统手工生产→连续自动、掺高温高压微波烧结

应用：生活和艺术品→工业品

性能：简单功能→光、电、磁、热、声多功能2、新型陶瓷

原料：天然矿物→人工合成超细、高纯的化工原料

结构：硅—氧四面体为基本结构单元→Ti—O、Zr—O、Al—O、Si—O、C—Si等多面体第五十七页，共一百六十二页，2022年，8月28日高温结构陶瓷特点：耐高温、不怕氧化、耐酸碱腐蚀、强度大、耐磨损、密度小。种类：

在大热流和1500˚C以上高温下短时间使用，主要用于空间和军事技术。在中热流和1200˚C的高温下长时间使用，主要用于新能源技术和现代工业。种类:氮化物、碳化物、硼化物、硅化物等。高温结构陶瓷第五十八页，共一百六十二页，2022年，8月28日氮化硅陶瓷部件

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1000℃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。

像钢一样强、像金刚石一样硬、像铝一样轻的新型无机材料。氮化硅第五十九页，共一百六十二页，2022年，8月28日

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，蠕变小，抗氧化性能好，耐磨损、耐腐蚀性能优。

碳化硅

第六十页，共一百六十二页，2022年，8月28日

陶瓷的耐热性好，使发动机效率大幅提高；工作温度高，可使燃料充分燃烧，减少废气对环境的污染；热传导性比金属低，使热量不易散失，节约能源；具有较高的高温强度和热稳定性，可延长发动机的使用寿命。拓展视野陶瓷发动机陶瓷发动机部件陶瓷发动机组装的车第六十一页，共一百六十二页，2022年，8月28日

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，就可能获得透明陶瓷。透明陶瓷材料首款透明陶瓷镜片卡西欧S100光学透明尖晶石(MgAl2O4)第六十二页，共一百六十二页，2022年，8月28日透明陶瓷主要有:

氧化镁、氧化铍、氧化钇、氧化钇—二氧化锆等多种氧化物；

砷化镓、硫化锌、硒化锌、氟化镁、氟化钙等多种非氧化物。高纯氧化铝透明陶瓷管高压钠灯第六十三页，共一百六十二页，2022年，8月28日

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。防弹运钞车防护眼镜用途:第六十四页，共一百六十二页，2022年，8月28日

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材料β-TCP陶瓷人工骨第六十五页，共一百六十二页，2022年，8月28日生物惰性陶瓷：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。第六十六页，共一百六十二页，2022年，8月28日

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。敏感陶瓷材料热敏陶瓷湿敏陶瓷气敏陶瓷第六十七页，共一百六十二页，2022年，8月28日（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。热敏陶瓷马达启动元件第六十八页，共一百六十二页，2022年，8月28日

热敏陶瓷是一类电阻率明显随温度变化的功能陶瓷。按阻温特性分为正温度系数(简称PTC)热敏陶瓷和负温度系数(简称NTC)热敏陶瓷。①正温度系数热敏陶瓷的电阻率随温度升高按指数关系增加。常用的正温度系数热敏陶瓷是掺入施主杂质、在还原气氛中烧结的半导体化BaTiO陶瓷，主要用于制作开关型和缓变型热敏陶瓷电阻、电流限制器等。②负温度系数热敏陶瓷的电阻率随温度升高按指数关系减小。这种陶瓷大多是具有尖晶石结构的过渡金属氧化物固溶体，即多数含有一种或多种过渡金属(如Mn，Cu，Ni，Fe等)的氧化物，化学通式为AB2O4，其导电机理因组成、结构和半导体化的方式不同而异。负温度系数热敏陶瓷主要用于温度测量和温度补偿。此外，还有电阻率随温度升高呈线性变化的热敏陶瓷，以及电阻率在某一临界温度发生突变的热敏陶瓷。后者用于制造开关器件，故称开关热敏陶瓷。第六十九页，共一百六十二页，2022年，8月28日（2）湿敏陶瓷和气敏陶瓷湿敏陶瓷大部分做成多孔陶瓷，利用其微孔中吸附水分后，其电阻发生显著变化的特点，做成湿敏元件作为检测湿度的传感器,湿度的测量与监控对于工厂特别是精密车间、仓库特别是粮食仓库，乃至居住环境对人体健康都很重要。过去对各种有害气体进行检测和监控的方法如化学分析、色谱分析等，需用各种复杂的仪器设备，分析周期也长，并且难以在现场实现快速监控。气敏陶瓷的出现从根本上改变了这种状态。气敏陶瓷是某些半导体陶瓷在吸附了某种气体后其电阻值会发生敏锐变化的一类材料，利用这一特点做成气敏元件可直接、简便、灵敏的检测各种气体。第七十页，共一百六十二页，2022年，8月28日

有些陶瓷好像动物一样具有灵敏嗅觉，对还原性气体很敏感，如二氧化锡陶瓷。由于它周身多孔，又称多孔陶瓷。在空气中，这种陶瓷表面可吸附氧气，被吸附的氧夺取二氧化锡内部的电子形成离子，使二氧化锡内部电子密度减少，电阻率增大。如果把它加热到300℃，又有可燃性气体（如丙烷、一氧化碳等）存在时，二氧化锡表面吸附的氧就会与可燃性气体发生化学反应，被吸附夺去的电子释放出来，二氧化锡又恢复了原来的导电状态，电阻率的变化可达几百倍。人们可根据电阻率变化辐度的大小，可测出还原性气体的存在与含量。我国利用这种嗅敏陶瓷制成了一系列气体检测器、报警器，用来检测多种还原性气体，不仅在国内得到广泛应用，而且已进入国际市场。你知道吗？第七十一页，共一百六十二页，2022年，8月28日（3）光敏陶瓷。半导体陶瓷在光的照射下，能够产生光电导或产生光生伏特效应，利用这些效应可以制成光敏电阻用于光电控制，如自动送料、自动给水。自动曝光、自动计数、自动报警，用于红外光区可作红外探测器；利用光生伏特效应可做光电池或称太阳能电池，对太阳能的利用有重大的意义。(CdS)第七十二页，共一百六十二页，2022年，8月28日玻璃

人工玻璃的制造，开始于公元前3000至4000年，是由陶瓷生产演变而来的。相传古埃及有位工匠一次在一个刚刚制好的泥坯上，无意中粘上苏打和沙粒的混合物。泥坯烧好后，外面就形成了一层致密而光滑的釉。后来人们学会了单独用釉来烧成小珠子之类的东西，这就是早期制造的玻璃。我国也是最早掌握玻璃制造技术的国家之一。第七十三页，共一百六十二页，2022年，8月28日玻璃是建筑材料中最为基本的材料之一，可用于采光、隔热以及装饰等。玻璃是无定形硅酸盐的混合物，它的结构单元也是二氧化硅四面体，但是这些四面体之间的排列不像在晶体内完全有规律，而是杂乱无章的。在硅酸盐玻璃结构中不仅二氧化硅四面体的排列没有规律，而且钠离子的位置也毫无秩序，因此，它没有确定的熔点，而是在某一温度范围内逐渐软化。在软化状态时，玻璃可吹成或轧成任何形状。巴黎圣母院第七十四页，共一百六十二页，2022年，8月28日

原料：石英砂、SiO2、纯碱、CaCO3

原理：CaCO3+SiO2→CaSiO3+CO2↑Na2CO3+SiO2→Na2SiO3+CO2↑用途：用于制造玻璃瓶、玻璃管和门窗玻璃等。1、普通玻璃

第七十五页，共一百六十二页，2022年，8月28日第七十六页，共一百六十二页，2022年，8月28日

为了保护视力，过去人们一直都喜欢戴墨镜，但墨镜在光线弱时，会影响人们对周围事物的真实观察。如果在玻璃中加入卤化银和少量氧化铜，并且给以热处理，使卤化银晶体部分沉淀出来成为微晶，那么，当紫外线照射到微晶的时候，晶体可以暂时分解成卤素和银，微细的银粒可使玻璃变暗色，减少光线通过。除去光照后，在氧化铜的催化下，卤素和银又重新结合，形成无色晶体。这就是常见的变色玻璃。变色玻璃2、特殊玻璃

第七十七页，共一百六十二页，2022年，8月28日

众所周知，玻璃不是结晶态存在，它是玻璃态固体。如果在玻璃的配料中加入少量金、银、铜等金属类作晶核，诱使玻璃形成微小晶胞，这样可以制得微晶玻璃。微晶玻璃具有耐高温（1300℃才软化），耐腐蚀、耐热冲击等特性，可作现代导弹头的雷达罩和特殊轴承等。

微晶玻璃第七十八页，共一百六十二页，2022年，8月28日

玻璃是绝缘体，但是，如果在玻璃的表面上覆以金属氧化物薄膜时，这种玻璃便成了良好的导体了。薄膜的厚度，通常不到1／4000厘米，所以几乎不影响玻璃的透明度，这种玻璃既叫导电玻璃，又叫覆层玻璃。用导电玻璃来作车辆、船舶和飞机的观察窗时，只要通上少量电流，就能使玻璃表面发热，无论是在高空或大冷天，窗玻璃上都不会结冰，从而大大增加了行进的安全。导电玻璃第七十九页，共一百六十二页，2022年，8月28日

在玻璃材料制成后，再进行特殊的淬火处理，就可制得钢化玻璃。其具体过程是，把普通玻璃放入特制的加热炉中均匀加热，当加热到接近于软化点时的一刹那，迅速投入到温度较低的油浴中急速冷却，就像钢铁淬火一样。玻璃在急速冷却中，表面收缩的快，内层收缩的慢，这样就使玻璃表层分子间结合的特别紧，改变了玻璃的原有性质，其机械性能与热稳定性均比普通玻璃高的多，不易破碎。这就好像给玻璃穿上了一层盔甲，增强了抵抗外力的能力。所以人们称这种玻璃为钢化玻璃。钢化玻璃已大量地用于车、船、飞机、拖拉机等挡风玻璃，以及特种建筑物的门窗玻璃等。钢化玻璃第八十页，共一百六十二页，2022年，8月28日

有一种玻璃具有和照像底片类似的光敏性，当这种玻璃受紫外线照射时，其受光部分会形成核状晶体，而其未受光部分，却仍然晶莹透明，这种玻璃通称为“光敏玻璃”。这种玻璃的晶核很容易被氢氟酸腐蚀，氢氟酸对其腐蚀速度要比未受光部分的玻璃快20倍。现在广泛用这种光敏玻璃来制印刷板，精密印刷线路，特别用它制作每平方厘米上均匀布有54000多个微孔的彩色电视显像管等。如果把荧光材料再加到上述光敏变色玻璃中，那么在白天它可以吸收太阳紫外光，发出荧光，它的余辉能够持续到晚上，可以照亮夜晚的道路和建筑。这种玻璃白天透光，夜晚发光，既节省能源又可自动调节亮度，是未来道路建设上很有希望的材料。光敏玻璃第八十一页，共一百六十二页，2022年，8月28日

光导纤维又称导光纤维﹑光学纤维，是一种把光能闭合在纤维中而产生导光作用的纤维。它能将光的明暗﹑光点的明灭变化等信号从一端传送到另一端。光导纤维是由两种或两种以上折射率不同的透明材料通过特殊复合技术制成的复合纤维。它的基本类型是由实际起着导光作用的芯材和能将光能闭合于芯材之中的皮层构成。光导纤维有各种分类方法：按材料组成成分可分为玻璃﹑石英和塑料光导纤维；按形状和柔性分为可挠性和不可挠性光导纤维；按纤维结构分为皮芯型和自聚集型（又称梯度型）；按传递性分为传光和传象光导纤维；按传递光的波长分为可见光﹑红外线﹑紫外线﹑激光等光导纤维。

拓展视野-光导纤维第八十二页，共一百六十二页，2022年，8月28日第八十三页，共一百六十二页，2022年，8月28日

玻璃纤维的细度越细，则柔韧性越好，合股线的强力也就越高。又由于玻璃的透光性能好，还有传递光能的作用，因此，从20世纪70年代起，人们就成功地将二氧化硅玻璃纤维用于光通讯技术。这是第一代光导纤维，它是用二氧化硅玻璃纤维做芯线，线外用甲基丙烯酸酯涂膜，以增强光导纤维的机械强度和防止光能散射。通讯的原理是用玻璃纤维接受光讯号﹑再传导给光调制器﹑并经光探测器和光接受机，通过接口件转换成电磁讯号。这种光导纤维的重量只有普通电话电缆的千分之一。而且这种通讯方法具有容量大﹑抗干扰性好﹑能量衰耗小等特点。玻璃与光导纤维第八十四页，共一百六十二页，2022年，8月28日

但是，这种光导纤维的抽丝和对接难度大，推广应用困难。于是，1964年美国首先研制成功了第二代光导纤维，它采用合成材料做芯线（如用重氢取代氢离子的聚甲基丙烯酸甲酯做芯线），外层涂料用聚乙烯或聚四氟乙烯。也有采用丙烯腈做芯线，用聚苯乙烯做涂料的光导纤维。这种光导纤维的芯线透射率高，涂层折射率低，光能损耗低于20dB，而且加工技术简单，可加工极细的光导纤维，目前应用的细度可达0.005mm以下，可方便地根据需要来加工导线的长度，这样可减少接头的损耗，而且柔软度优于玻璃纤维，便于推广使用。

光导纤维一般以束﹑缆﹑板﹑管等形式使用。制造有机导光纤维的内芯和涂层材料很多，有的在聚甲基丙烯酸甲酯纤维上覆盖一层聚乙烯或其他不同折射率的材料（如聚四氟乙烯），还有的采用聚丙烯腈树脂覆盖腈纶芯丝。光导纤维的发展第八十五页，共一百六十二页，2022年，8月28日1.节省大量的金属资源；2.使用寿命长；3.结构紧凑，体积小；4.性能比电缆好得多，具有容量大﹑抗干扰性好﹑能量衰耗小，传送距离远﹑重量轻﹑绝缘性能好﹑保密性强﹑成本低等特点。5.频率范围宽，传递的音质好，图像清晰﹑色彩逼真。不受空间各种频率电磁波的干扰，也不会受到风﹑雨﹑雷﹑电的影响。几组数据：一根直径只有千分之一的光导纤维，可以同时传递32000对电话。如果采用激光通讯，一条光电缆能同时接通100亿条电话线路和1000万套电视通讯，可供全世界每人2部电话使用。光导纤维与通讯光缆光纤第八十六页，共一百六十二页，2022年，8月28日1.医学上，光导纤维可以用于食道﹑直肠﹑膀胱﹑子宫﹑胃等深部探查内窥镜（胃镜﹑血管镜等）的光学元件和不必切开皮肉直接插入身体内部，切除癌瘤组织的外科手术激光刀，即由光导纤维将激光传递至手术部位。光导纤维与其他2.利用塑料光纤光缆传输太阳光作为水下﹑地下易燃﹑易爆﹑潮湿和腐蚀性强的环境中照明。还是未来最佳的灯具，今后的高层建筑﹑礼堂﹑宾馆﹑医院﹑娱乐场所﹑甚至家庭都可直接使用光导纤维制成的天花板或墙壁，以及彩织光导纤维字画等。3.在国防军事上，可以用光导纤维来制成纤维光学潜望镜，装备在潜艇﹑坦克和飞机上。电子内窥镜第八十七页，共一百六十二页，2022年，8月28日

1774年，英国工程师斯密顿奉命在英吉利海峡建筑一座灯塔。经过无数次试验，最后，他用石灰石、粘土、沙子和铁渣等经过煅烧、粉碎，并用水调合后，注入水中。这种混合料在水中不但没有被冲稀，反而越来越牢固。这样，他终于在英吉利海峡筑起了第一座航标灯塔。水泥水泥是如何发明的？

在斯密顿试验的基础上，英国一位叫亚斯普丁的石匠，又摸索出石灰、粘土、铁渣等原料的最合适的比例，进一步完善了生产这种混合料的方法。1824年，亚斯普丁的这项发明取得了专利。由于这种材料硬化后的颜色和强度，同波特兰地方出产的石材十分相近，故它取名为“波特兰水泥”。从此，这种建材的水泥名称便被沿用下来。

为了克服波特兰水泥抗拉强度低的缺点，法国工程师克瓦涅首先提出在这种水泥中引入钢筋的设想。1861年，克瓦涅用水泥、钢筋和砂石成功地筑起了一座水坝，并取名为“混凝土”水坝。从此，比水泥更好的建筑材料—“混凝土”又出现了。钢筋水泥建筑物也应运而生，名声大震，展现出前所未有的雄姿风采。第八十八页，共一百六十二页，2022年，8月28日

俄罗斯混凝土和钢筋混凝土科学研究所，近来发明了一种廉价、适用的屏蔽材料——导电水泥。为了使水泥导电，他们在水泥中添加了煤焦。用这种水泥建造的楼房，楼房本身就是一个屏障，并且比金属屏障更加安全可靠。可以用导电水泥建造热交换器、干燥室、不结冰的机场跑道、人行道和楼梯，以及建造带有暖墙和暖地的住房等。还设想把导电水泥加热器用在洗衣机、熨衣机、熨斗和其他加热器具中。它真不愧为是一种多才多艺的新型建筑材料，它的应用前景非常广泛。

拓展视野-导电水泥第八十九页，共一百六十二页，2022年，8月28日合成高分子材料第九十页，共一百六十二页，2022年，8月28日几千年前天然高分子材料19世纪化学改性天然高分子材料20世纪后合成高分子材料棉麻丝毛皮1839年硫化橡胶1868年硝化纤维1907年酚醛树脂第九十一页，共一百六十二页，2022年，8月28日合成高分子工业得到迅速发展，并渗透到人们生活的各个方面。合成材料的世界产量在体积上早已远远超过全部有色金属的总产量，成为当今国民经济、国防尖端和高科技领域不可缺少的材料。高分子合成材料高分子工程材料高分子功能材料合成纤维合成橡胶合成塑料高分子黏合剂油漆涂料光敏性高分子材料高分子功能膜导电高分子材料生物医药高分子高吸水性高分子材料第九十二页，共一百六十二页，2022年，8月28日1000个以上的原子通过共价键结合形成，相对分子质量104-106组成不复杂，大体有三种结构：线型长链不带支链、线型长链带支链、体型网状。由于单键可以自由旋转，线型长链高分子处于自然卷曲的状态，当有外力作用在分子上，卷曲的分子可以被拉直，但外力一除去，分子又恢复到原来的状态，因此合成高分子都具有柔顺性和弹性。线型高分子加热可熔化，也可溶于有机溶剂，易于结晶。合成纤维和大多数塑料都是线型高分子。结构特点第九十三页，共一百六十二页，2022年，8月28日高分子的短程有序。晶态高分子的耐热性和机械强度一般要比非晶态高分子高，而且有一定的熔点。非晶态线型高分子没有固定的熔点，在不同的温度范围内可呈现三种不同的物理形态，即玻璃态、高弹态和粘流态。对于非晶态高分子Tg的高低决定了它在室温下所处的状态及其应用范围。塑料的Tg高于室温，处于玻璃态，而橡胶的Tg低于室温，处于高弹态。塑料、纤维和橡胶并无严格的分界线，例如，纤维未定向拉伸之前，或橡胶在低温下都是塑料。结构特点第九十四页，共一百六十二页，2022年，8月28日高分子的结构特点，使其具有热塑性、热固性、耐磨性、绝缘性、相对密度小、比强度高等特点。性质特点广泛的用途第九十五页，共一百六十二页，2022年，8月28日1、塑料

一、三大合成材料塑料是在一定的温度和压力下可塑制成型的合成高分子材料。按性能和用途分：通用塑料、工程塑料、特种塑料、增强塑料。目前全世界投入一定规模生产的塑料品种近300余种，这些品种我国都能生产。何谓塑料塑料的种类美国已用塑料建成一座全密封式的体育场；将来还要用巨大充气塑料气球作贸易中心；甚至出现全部用塑料包起来的城市，在这样的城市里，没有酷暑严寒，四季温暖如春。你知道吗？第九十六页，共一百六十二页，2022年，8月28日热塑性塑料聚乙烯聚氯乙烯聚丙烯聚苯乙烯有机玻璃（PMMA）聚甲醛聚碳酸酯聚酰胺（尼龙）ABS塑料聚砜聚苯醚氟塑料聚酰亚胺特种塑料工程塑料不饱和聚酯氨基树酯酚醛树酯聚胺酯DPA树脂有机硅树脂环氧树脂增强塑料热固性塑料通用塑料第九十七页，共一百六十二页，2022年，8月28日（1）通用塑料

通用塑料主要指聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚丁烯、聚苯乙烯等，它们的原料均来源于石油或天然气，塑料用途广，价格低，在塑料中产量是最大的品种，约占全部塑料产量的80%，尤以聚乙烯的产量最大。第九十八页，共一百六十二页，2022年，8月28日1933年，英国帝国化学工业公司在高压实验时偶然发现聚乙烯，1939年开始工业化大生产。高密度聚乙烯中密度聚乙烯低密度聚乙烯无味、无毒、无嗅的白色蜡状半透明材料，电绝缘性优越，耐化学介质性能好，但易老化。可用吹塑法制成薄膜，可制食品袋；用挤出法制成各种管材、板材、电线绝缘层；用挤出吹塑法制成各种瓶子、容器、玩具，用涂刮法布于纸张、织物；喷吐于金属表面。第九十九页，共一百六十二页，2022年，8月28日聚氯乙烯耐化学腐蚀，具有不燃性，成本低，加工容易，但耐热性差，材料在60℃以上就会变形，冲击强度和韧性不够理想，还有一定的毒性。可用共聚或共混的方法对聚氯乙烯工艺进行改进，制备无毒聚氯乙烯，可用于食品、药物包装。你知道吗？第一百页，共一百六十二页，2022年，8月28日聚苯乙烯的绝缘性、化学稳定性、光学性能和加工性能优良，机械强度较好。但性脆，耐热性差，能溶于芳烃、卤化烃、醚、酮、汽油等中。电容器绝缘层、电器零件发泡材料可包装精密仪器，作隔热材料玩具和日用器皿第一百零一页，共一百六十二页，2022年，8月28日（2）工程塑料

工程塑料是指机械强度比较高，可以替代金属用作工程材料的一类塑料。这种塑料有高强度、耐腐蚀、耐磨、自润滑性以及制品尺寸稳定等优点。聚苯硫醚（PPS）可由对二氯苯和硫化钠缩聚而成，具有很高的热稳定性，可在370℃时加工处理，具有很强的耐化学腐蚀性，在170℃以下目前尚未发现可溶解它的溶剂。在电子、汽车、机械及化工领域均有广泛应用。聚碳酸酯（PC）是一种透明的热塑性工程塑料。它的抗冲击韧性大大优于玻璃，透明度跟有机玻璃差不多，大量用于制造超音速飞机的座舱罩和电子工业中各种各样的电容器。第一百零二页，共一百六十二页，2022年，8月28日（3）特种塑料

在王水中加热煮沸对它也无损害塑料之王—聚四氟乙烯

制造防腐设备的好材料能在－269～300℃下长期使用，在－260℃液氨中，它的韧性仍然很大做氢输送管道的垫圈和软管，也可做宇宙飞行登月服的防火涂料。第一百零三页，共一百六十二页，2022年，8月28日摩擦系数很小，被誉为“世界上最滑的材料”。

科学家加强了氟聚合协合镀层的研究，即将金属表面处理和注入氟聚合粒子两种方法相结合，可赋予基底金属以防腐蚀、自润滑和其他宝贵性能。管道内壁衬聚四氟乙烯塑料制的膜，可运送固体。不粘底的锅滑雪板的底部粘上一层聚四氟乙烯塑料制轴承及轴，可省去加润滑油。第一百零四页，共一百六十二页，2022年，8月28日在繁花似锦的塑料大花园里，功能塑料格外绚丽多彩。其中，工程塑料、导电塑料、磁性塑料、生物塑料和形状记忆塑料倍受人们的青睐，被称为五朵塑料金花。拓展视野-塑料金花导电塑料生物塑料磁性塑料形状记忆塑料工程塑料第一百零五页，共一百六十二页，2022年，8月28日

导电高分子材料种类:结构型—聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯复合型—在聚合物材料中添加导电材料如石墨、碳黑、金属粉末优点：重量轻，成型性好，易于合成，易于进行分子设计、材料设计以及来源广。用途：利用其防静电性，可用于计算机房、手机、电脑和心脏起搏器上；利用其由绝缘体变成半导体再变为导体的形态变化，可使巡航导弹隐形；利用其吸收微波的特性，可制成雷达波吸收材料；利用其防腐性，可用于火箭、船舶、石油管道、污水管道中；利用其电学性能，可制造出抗静电地毯、智能窗户。第一百零六页，共一百六十二页，2022年，8月28日

心脏起博器是用高分子材料聚乙烯吡啶、碘复合物作阴极，锂作阳极制成的。心脏跳动次数低于30～40次／分有生命危险时，埋入病人胸部的起搏器产生的脉冲可使心脏跳动次数增加到70～80次／分，使病人转危为安。这种起搏器一般可使用10年。第一百零七页，共一百六十二页，2022年，8月28日

电冰箱、洗衣机的内胆、外壳，电视机、收录机的外壳是用什么材料制成的?

ABS塑料:苯乙烯、丙烯腈和丁二烯等原料用共聚或混炼方法制得的ABS树脂，再加工成ABS塑料。无味、无毒。，其抗冲击性、耐热性、耐低温性、耐化学药品性及电气性能优良，还具有易加工、制品尺寸稳定、表面光泽性好等特点，容易涂装、着色，还可以进行表面喷镀金属、电镀、焊接、热压和粘接等二次加工，广泛应用于机械、汽车、电子电器、仪器仪表、纺织和建筑等工业领域，是一种用途极广的热塑性工程塑料。丙烯腈丁二烯苯乙烯塑料合金第一百零八页，共一百六十二页，2022年，8月28日2、合成纤维

棉、麻、丝、毛

纤维

天然纤维

化学纤维

人造纤维

合成纤维第一百零九页，共一百六十二页，2022年，8月28日世界上第一种合成纤维是由美国杜邦公司的卡洛萨斯研制成功的。1928年他用二元醇类与二元酸进行反应，制得了平均分子量为50000左右的聚酯。这种聚酯经过改进后，成了一种性能优良的合成纤维，即现在大家熟悉的涤纶纤维。1935年2月28日，历史上另一种合成纤维“聚酰胺”诞生了。它也是由卡洛萨斯利用六次甲基二胺与己二酸聚合而成的，这种聚酰胺纤维就是今天所用的尼龙66。全世界大约以每年增加15％的速度向前发展。合成纤维与天然纤维之比将是3∶1。你知道吗?第一百一十页，共一百六十二页，2022年，8月28日涤纶、锦纶、腈纶、丙纶、维纶和氯纶六大纶：优点：强度高、弹性好、耐磨、耐化学腐蚀、不发霉、不怕虫蛀、不缩水，且每一种还具有各自独特的性能。第一百一十一页，共一百六十二页，2022年，8月28日聚酰胺纤维商品名为尼龙，也叫锦纶，最常见的是尼龙-6、尼龙-66。尼龙织物的特点是强度大，弹性好，耐磨性好。聚酰胺分子链中存在酰胺基和亚甲基。尼龙主要用于制作鱼网、降落伞、宇航飞行服、弹力袜、混纺衣料等。缺点是耐光性差，吸湿性不理想。（1）聚酰胺纤维第一百一十二页，共一百六十二页，2022年，8月28日聚酰胺纤维的结构特点：

羧基含量高于氨基，在等电点时，氨基全部以一H3N+形式存在，羧基只是部分以一COO–离子形式存在。

聚酰胺纤维的氨基含量低，锦纶66和锦纶6的氨基含量分别约为羊毛的1/20和1/10，而疏水性部分含量比羊毛的高。（解释吸水性）

聚酰胺大分子无支链和大的侧链，分子间也不存在盐式键等交键结合，有许多可以形成氢键的基团，因此染料分子与纤维分子之间有较大的范德华力，易形成氢键，酸性染料对锦纶的亲和力一般比羊毛高。（解释颜色的多样性）第一百一十三页，共一百六十二页，2022年，8月28日

聚酯纤维商品名为涤纶，又叫的确良。涤纶的分子结构中含有苯环和酯基等刚性基团，涤纶强度高、耐磨性仅次于尼龙，并且耐光、耐蚀、耐蛀，特别是易洗易干，做成的衣服外型挺括，抗皱性好。主要用于织衣料，也可做运输带、轮胎帘子线、工业滤布、缆绳、鱼网等。其突出缺点是吸湿性差，导电性差。与对羟基苯甲酸等共聚，或与棉、麻等混织可消除易起静电的缺点。它还可与棉花或羊毛混纺，组合成细布、府绸、巴里纱、牛津纺、斜纹、咔叽、贡缎和灯芯绒等。（2）聚酯纤维第一百一十四页，共一百六十二页，2022年，8月28日

聚丙烯腈商品名腈纶，俗名合成羊毛，国外也称开司米。腈纶柔软、轻盈、保暖，有人造羊毛之称。它虽比羊毛轻10%以上，强度却大2倍多。腈纶不发霉，耐蛀，耐光性也较好，特别适合制造帐篷、幕布、窗帘等室外织物。其缺点是染色性和回弹性欠佳。（3）聚丙烯腈第一百一十五页，共一百六十二页，2022年，8月28日第一百一十六页，共一百六十二页，2022年，8月28日

聚芳酰胺纤维即为芳纶，它的强度达到铝合金的45倍，是生产防弹背心的主要材料。芳纶受力后变化芳纶分子模型以及纤维单丝防弹背心（4）聚芳酰胺纤维第一百一十七页，共一百六十二页，2022年，8月28日各种合成纤维的新品种层出不穷:超细纤维、受热猛缩的高缩纤维、外围起小圈的变形纤维和网格纤维等等。特种纤维:碳纤维、防火纤维、耐辐射纤维等。人们不走纺纱和织布的老路，而采用粘合剂使纤维粘合在一起直接成为织物，即无纺布。人们设想，巨大的核能将使聚合物分子重排，可得到全新型的纤维;采用特殊核粒子轰击，将使纤维产生各种所需的色泽……（5）合成纤维的发展第一百一十八页，共一百六十二页，2022年，8月28日3、合成橡胶

世界橡胶产量中，天然橡胶仅占15%左右，其余都是合成橡胶。天然橡胶来自热带和亚热带的橡胶树，其基本组成是异戊二烯。合成橡胶的原料来自石油化工产品，种类和性能因单体的不同而不同。合成橡胶按性能和用途可分为通用橡胶和特种橡胶。通用橡胶性能与天然橡胶相似，用量较大。例如丁苯橡胶占合成橡胶产量的60%；其次是顺丁橡胶，占15%。硅橡胶、含氟橡胶、丁腈橡胶属于特种橡胶。第一百一十九页，共一百六十二页，2022年，8月28日

由于单纯的硫化橡胶抗张强度、硬度、耐磨性、抗撕裂等性能还是不够理想。因此，在硫化之前要添加填料来改进。最常用的填料有炭黑、黏土、白垩等，其中炭黑对橡胶的强度有很大补强作用，故也称为增强填料。而黏土和白垩对橡胶的物性影响较小，称为“惰性填料”。在加工汽车轮胎等制品时还要加入一些合成纤维，以进一步增强橡胶制品的使用强度，通常称为帘子线，俗称“嵌发丝”。第一百二十页，共一百六十二页，2022年，8月28日天然橡胶弹性好轮胎、胶管、胶鞋、胶粘剂顺丁橡胶弹性好耐磨飞机轮胎丁苯橡胶价格低耐磨外胎、地板、鞋氯丁橡胶不燃耐老化耐油运输带、胶粘剂

橡胶是工业、交通运输、国防工业的战略物资合成橡胶的发展与战争有关快艇防毒面具第一百二十一页，共一百六十二页，2022年，8月28日

硅橡胶:分子主链由硅和氧原子交替构成，硅原子上通常连有两个有机基团的高分子弹性体。无味无毒，耐低温、又能耐高温，在-65～250℃之间仍能保持弹性。硅橡胶还有良好的电绝缘性、耐氧抗老化性、耐光抗老化性以及防霉性、化学稳定性等。在医学上的应用硅橡胶防噪音耳塞硅橡胶胎头吸引器硅橡胶人造血管硅橡胶鼓膜修补片拓展视野：特种橡胶第一百二十二页，共一百六十二页，2022年，8月28日斑马胶:在硅橡胶中，加入乙炔炭黑作导电填料.斑马胶是电子手表和其他仪表的专用材料。用斑马胶联接电子手表的集成电路和液晶指示屏，既可防震，又可传导电讯信号，而且调换部件也方便。丁腈橡胶:丁二烯和丙烯腈这两种有机材料聚合而成的。它对矿物油、植物油等油脂的抵抗能力极强。而且这种耐油能力还可随着它含丙烯腈这种成分的增加而提高。同时，在这里面再加一点别的材料后，还可使它具有被子弹穿射后射孔能自动封闭的特性，被用来制造飞机和军用汽车的防弹油箱。还用它制造油封垫圈、输油管道、印刷胶辊、耐油胶靴等。第一百二十三页，共一百六十二页，2022年，8月28日

二、功能高分子材料

在合成高分子的主链或支链上接上带有显示某种功能的官能团，使高分子具有特殊的功能，满足光、电、磁、化学、生物、医学等方面的功能要求，这类高分子通称为功能高分子。功能高分子具有导电性、光敏性、催化、生物活性等特定功能。功能高分子材料在很多领域具有特定的应用，成为合成高分子材料中很有发展前途的一个分支。何谓功能高分子材料？第一百二十四页，共一百六十二页，2022年，8月28日1、化学功能性高分子材料感光高分子材料、氧化还原树脂、离子交换树脂、高分子催化剂、光降解性塑料、高分子试剂、固体电解质等。2、以物理功能为主的功能高分子材料导电聚合物、压电高分子、高分子驻极体、旋光性高分子、高分子载体、磁记录高分子材料、高分子颜料及荧光体、高分子发光体等。3、介于化学、物理之间或具有复合功能的功能高分子材料高分子吸附剂、絮凝剂、表面活性剂、染料、功能膜、稳定剂、高吸水材料等4、生理功能为主的高分子材料医用高分子材料、医药、农药、生物降解性塑料等。功能高分子材料的类型第一百二十五页，共一百六十二页，2022年，8月28日（1）光敏高分子材料

光敏树脂光致变色高分子材料光降解高分子材料高分子液晶

光敏性高分子:在光的作用下能迅速发生化学反应而引起物理性质变化的高分子化合物。集成电路感光液第一百二十六页，共一百六十二页，2022年，8月28日

所谓液晶就是液态晶体，它是一种既具有液态的流动性，又具有晶体的光学和电学特性的中间状态，也称为介晶相。某些有机物从固相加热或从液相冷却就可得到液晶相。当液晶受到外界电场、磁场和声能的刺激时，会引起光学效应。液晶显示利用的就是液晶的电光效应。如果在液晶薄膜上加电压，就会改变液晶对光的反射和透射情况，从而显示出图像来。液晶显示有三大优点：（１）液晶本身不发光，只是反射环境光。（２）用于显示的液晶的厚度一般在几十微米以下。（３）液晶显示器耗电量一般极低，基本上不耗电能。液晶材料一般是人工合成的有机化合物。例如常用的向列型液晶，是一种甲亚胺族化合物；胆甾型液晶是胆固醇的衍生物。液晶显示材料存在响应速度不快（毫秒级），工作寿命比较短等问题.拓展视野：液晶第一百二十七页，共一百六十二页，2022年，8月28日（2）高分子功能膜

高分子功能膜具有允许某些小分子物质选择性通过的性能。膜分离方法已经在气体分离、海水淡化、污水净化、食品保鲜、混合物质的分离等方面得到广泛应用。高分子半透膜污水处理第一百二十八页，共一百六十二页，2022年，8月28日（3）医用高分子材料

用高分子材料制成的人工器官、人造血液、人造角膜等具有良好的生物相容性，能植入体内或与组织、体液接触，并对人体器官、组织和机体具有替代、修复、诊断和治疗功能。人工肾第一百二十九页，共一百六十二页，2022年，8月28日高吸水性高分子材料：具有与水接触后能迅速吸收高于自身质量若干倍的高分子材料。用途：主要用于尿不湿等卫生用品和农用保水剂。绿洲农业尿不湿（4）高吸水性高分子材料第一百三十页，共一百六十二页，2022年，8月28日这种高分子吸水剂最早是用淀粉经过化学处理后制成的。不溶于水的支链淀粉，经过化学加工后，使其分子链盘结成固状结构。因为淀粉分子是由许多葡萄糖分子键合起来的，而葡萄糖分子有多个亲水基团，因此当这种高分子吸水材料遇到水时，分子链内部的亲水基团对水有特殊的亲合作用，水分子就一个个地往里钻。淀粉的分子链迅速伸长、舒张，把水分子包围固定在里面，形成网状结构。高吸水材料，也可用人工合成方法制得，主要是聚丙酸盐类、聚乙烯醇类和聚环氧乙烷类等。这类树脂之所以具有大量吸水本领，主要是它们有三度空间网状结构，并且和淀粉一样具有众多的亲水基团。第一百三十一页，共一百六十二页，2022年，8月28日复合材料第一百三十二页，共一百六十二页，2022年，8月28日三大基本材料各有优缺点，如果通过复合工艺，就能取长补短，相得益彰，获得人类所需要的综合性能古代近代现代++第一百三十三页，共一百六十二页，2022年，8月28日复合材由两种或两种以上的不同材料结合而成的材料。但不是简单组合，而是有不同的基材和增强剂通过复合工艺组合而成的新型材料。注意！第一百三十四页，共一百六十二页，2022年，8月28日常见基材：高聚物、金属、陶瓷、玻璃、水泥、碳等常见的增强剂：玻璃纤维、碳素、高聚物、金属、天然纤维织物

按基材材料的不同：树脂基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料按增强材料的形状不同：颗粒增强复合材料、夹层增强复合材料、纤维增强复合材料按功能的不同：结构复合型材料、功能复合型材料组成：基材+增强剂分类第一百三十五页，共一百六十二页，2022年，8月28日爱迪生100多年前将竹丝碳化后制成灯丝，点燃了近800个小时。20世纪60年代，日本科学家以聚丙烯腈为原料制成碳纤维，制成了具有多种实用意义的碳纤维。一、树脂基复合材料1、性能奇妙的碳纤维第一百三十六页，共一百六十二页，2022年，8月28日当前通常采用“碳化”方法制备粘胶系碳纤维。它以粘胶长丝为原料，在2700℃高温下可得到形小、性能稳定的碳纤维；聚丙烯腈系碳纤维。先在空气中加热腈纶到200℃-300℃进行预氧化，然后置于氮气中进行碳化，加热到1500℃时可得到含碳量90％左右的高强度碳纤维，如继续加热到2200℃以上，则可以得到含碳量99％以上形变很小的碳纤维。沥青系碳纤维。它以经加工处理熔融为细丝的沥青为原料。

碳纤维可以制成多种形式，如长丝、短丝、碳布以及各种编织物。然而，单独使用却不多，一般都是作为塑料、橡胶或金属材料的增强材料。第一百三十七页，共一百六十二页，2022年，8月28日用碳纤维和环氧树脂、涤纶树脂、尼龙树脂等制成的增强塑料，比重只有钢的五分之一，却有比钢更高的强度和硬度，热膨胀系数几乎等于零。因此，在导弹、飞机、汽车制造中，常用来代替金属做结构材料。碳纤维还可以做防静电材料，如电器集尘器的电极、电子管插座和电波吸收器等。碳纤维引擎盖碳纤维电热坐垫碳纤维电热管第一百三十八页，共一百六十二页，2022年，8月28日在医学上，碳纤维能代替人体组织中的韧带，制造人造关节、腹膜等人造器官。可用于金属探伤和放射医疗。

碳纤维在军事上制作新式导弹的弹头，使敌方设施各处都发生短路。第一百三十九页，共一百六十二页，2022年，8月28日利用普通布料加上碳纤维可制成一种新型电子纺织材料。这种布料若遇到压力就会发出低电压信号，驱使电脑芯片发出指示，说明何处受到了压力；比赛场上，当足球队员被对手施加袭击时，他穿的球衣就会告诉裁判对方的所做所为；在生活中，新买的鞋子若不合适，脚上的电子袜就会告诉主人是什么部位压迫了双脚；这种电子布料还可以直接放到洗衣机中进行洗涤，而不会损伤其中的设备和配件。第一百四十页，共一百六十二页，2022年，8月28日1970年美国联合碳化物公司，把沥青进行精制后，将沥青进行聚合，制得沥青纤维。然后再把这种沥青纤维隔绝空气高温碳化，即可得到沥青碳纤维。这种高强度，不易变形的沥青碳纤维，再同有机树脂复合，经加压和烧结后，即形成碳碳复合材料。这种复合材料比玻璃钢好的多，特别适合做远程导弹和返地卫星前沿的“头盔”。沥青碳纤维复合材料在超高温和高压气流的冲击下，虽然也要发生烧蚀，但因其强度高，所以烧蚀速度很慢，并且在其表面层形成一层非常坚固而疏松的“海绵体”，即可防止进一步烧蚀，又可以隔热，保证了内部的设备仪器安全运行。另外，沥青碳纤维复合材料，具有质量轻的优点。对洲际导弹和宇宙飞船来说，既可以增加射程，又可以大大节省火箭燃料。第一百四十一页，共一百六十二页，2022年，8月28日2、用途广泛的玻璃钢树脂基复合材料中生产量最大的是玻璃纤维增强塑料，又叫玻璃钢。通常是将玻璃纤维用合成树脂浸渍后，用层压或缠绕等方法成型。合成树脂与玻璃纤维复合后，材料的强度大大提高，可以达到某些合金钢的水平，