基本介紹
- 中文名：傳統材料
- 外文名：traditional material
- 材料性質：延展性，穩定性，可塑性
- 材料分類：物理性質與用途
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材料性質
延展性
即延性和展性.延性就是能延長的性質,例如鐵能製成鐵絲;展性是能展開的性質,鋁能製成很薄的鋁箔.一般來說,延性優良的物質展性也優良,所以可統稱為延展性。
穩定性
屬於化學性質,比如見光或受熱是否容易分解,是否易和氧氣反應等。
可塑性
就是指當材料在一定溫度和壓力下,受到外力作用時可產生形變,而外力去除後仍能保持受力時的狀態。
材料分類
金屬材料
包括純金屬以及合金,合金是混合物.
無機非金屬材料:如水泥,陶瓷,玻璃
有機合成材料:如塑膠,橡膠,合成纖維
合金的組成由兩種或兩種以上的金屬的結合構成,一般它在功能上會具有各金屬成分的優點,甚至會有一些新功能出現。
鋼鐵
煉鐵:鐵礦石與石灰石,焦炭混合後在空氣中加熱,可得到生鐵.
煉鋼:生鐵在富氧空氣中加熱,降低含碳量後得到鋼.
生鐵一般硬而脆,工業上適合鑄造,不適合鍛造.鋼一般有一定的韌性,既適合鑄造,也適合鍛造.所以鋼的用途更廣
鋼鐵的鏽蝕:實質上是鐵在有水存在的情況下,發生緩慢氧化的過程
由於鐵鏽疏鬆,透氣性,吸水性較好,所以鋼鐵製品一旦生鏽,如不及時處理,生鏽的過程不會自動停止,只會越來越快.
關於金屬的污染:一是冶鍊金屬時產生廢氣,廢渣造成的污染.一是廢棄金屬對環境造成的污染.
鋼的分類：生鐵和鋼的比較，煉鐵和煉鋼。
銅
銅的物理性質 :純銅呈紫紅色,熔點約1083.4℃,沸點2567℃,密度8.92g/cm3,具有良好的延展性.1g純銅可拉成3000m細銅絲或壓延成面積為10m2幾乎透明的銅箔.
純銅的導電性僅次於銀,但比銀便宜得多,所以當今世界一半以上的銅用於電力和電訊工業上.
銅在潮濕的空氣中易在其表面生成鹼式碳酸銅(銅綠).銅常用於製造銅線,電極以及電鍍工業.
銅合金。
鋁
鋁的物理性質:
純淨的鋁是具有銀白色光澤的金屬,有良好的延展性,製成鋁箔可包裝紙菸,糖果.
鋁的導電性僅次於銀和銅(導電率為銅的64%,密度小於2.70g/cm3,為銅的30%),因而鋁廣泛地代替銅做電纜.
鋁有良好的導熱性,大量用於製做炊具,還可以做太陽能的吸收裝置
鋁是人類繼銅,鐵之後,第三種被廣泛套用的金屬.
鋁的化學性質很活潑,在空氣中很快生成一層緻密的氧化物薄膜,可防止進一步氧化,此氧化膜不溶於水,因而使鋁不與水作用
鋁在氧氣中加熱時劇烈地燃燒,發出炫目的白光,並放出大量的熱.
鋁與氧結合的能力很強,是親氧元素,它能從許多金屬氧化物中奪取氧,而且產生大量的熱,溫度很高,可使游離出來的金屬熔化.由此可製取金屬,常稱鋁熱法,冶金工業上用鋁熱法製備金屬鉻,錳,釩等.例如:
Cr2O3 + 2Al = Al2O3 + 2Cr
鋁是兩性金屬,可與稀酸(鹽酸或硫酸),強鹼溶液反應生成鹽,同時放出氫氣.
把鋁放入冷硝酸中,會使其"鈍化",而不與稀酸反應.
鋁的最主要用途是製造各種輕質合金,鋁合金具有質輕硬度大的優點,廣泛地套用於航空,汽車工業以及國防工業上,同時在日常生活中的套用也越來越廣泛,如製造門窗,家俱和飲具等.純鋁也大量用來製作電線和電纜,此外也用於製造特種漆料,藥膏,化妝品軟管和容器及包裝箔等.有機鋁化合物,如三乙基鋁為立體定向聚合催化劑.
鋁的用途
(1)鋁的密度很小,僅為2.7g/cm3,雖然它比較軟,但可製成各種鋁合金,如硬鋁,超硬鋁;防鏽鋁,鑄鋁等.這些鋁合金廣泛套用于飛機,汽車,火車,船舶等製造工業.此外,宇宙火箭,太空梭,人造衛星也使用大量的鋁及其合金.例如,一架超音速飛機約由70%的鋁及其合金構成.船舶建造中也大量使用鋁,一艘大型客船的用鋁量常達幾千噸.
(2)鋁的導電性僅次於銀,銅,雖然它的導電率只有銅的2/3,但密度只有銅的1/3,所以輸送同量的電,鋁線的質量只有銅線的一半.鋁表面的氧化膜不僅有耐腐蝕的能力,而且有一定的絕緣性,所以鋁在電器製造工業,電線電纜工業和無線電工業中有廣泛的用途.
(3)鋁是熱的良導體,它的導熱能力比鐵大3倍,工業上可用鋁製造各種熱交換器,散熱材料和炊具等.
(4)鋁的表面因有緻密的氧化物保護膜,不易受到腐蝕,常被用來製造化學反應器,醫療器械,冷凍裝置,石油和天然氣管道等.
(5)鋁粉具有銀白色光澤(一般金屬在粉末狀時的顏色多為黑色),常用來做塗料,俗稱銀粉,銀漆,以保護鐵製品不被腐蝕,而且美觀.
(6)鋁在氧氣中燃燒能放出大量的熱和耀眼的光,常用於製造爆炸混合物,如銨鋁炸藥(由硝酸銨,木炭粉,鋁粉,煙黑及其它可燃性有機物混合而成),燃燒混合物(如用鋁熱劑做的炸彈和炮彈可用來攻擊難以著火的目標或坦克,大炮等)和照明混合物(如含硝酸鋇68%,鋁粉28%,蟲膠4 %)
(7)鋁熱劑常用來熔煉難熔金屬和焊接鋼軌等.鋁還用做煉鋼過程中的脫氧劑.鋁粉和石墨,二氧化鈦(或其它高熔點金屬的氧化物)按一定比率均勻混合後,塗在金屬上,經高溫煅燒而製成耐高溫的金屬陶瓷,它在火箭及飛彈技術上有重要套用.
(9)鋁板對光的反射性能也很好,鋁越純,其反射能力越好,因此常用來製造高質量的反射鏡,如太陽灶反射鏡等.
(10)鋁具有吸音性能,音響效果也較好,所以廣播室,現代化大型建築室內的天花板等也常用鋁.
鋁的生物功能:
鋁不但是人體必需的微量元素之一,還可以入藥治病.如用Al(OH)3治療胃病及十二指腸潰瘍已有多年歷史.胃舒平等也是含鋁藥物.人體內的微量鋁可阻擋腸道內磷的吸收,降低血磷,阻止繼發性副甲狀腺機能亢進引起的血磷增高,軟組織鈣化及腎結石形成,但是,過量鋁攝入身體也會帶來危害.由於鋁製品及鋁化合物的廣泛套用,現代人身體內的鋁含量比古代人增加了2倍.當鋁製品盛放鹹,酸性或鹼性食物時,其表面保護膜就會遭到破壞,氧化鋁就會被溶解成膠體溶液.這種氧化鋁融合在食物中,便會使人體鋁攝入量增多.如此,日積月累,勢必影響健康.
當人體內蓄積的鋁超過正常值5倍以上,即可破壞某些酶的活性,降低胃酸,引起消化功能紊亂.
鋁還可以抑制消化道對磷的吸收,干擾磷的代謝,破壞正常鈣磷的比例,影響骨骼和牙齒的發育,並能使骨骼脫鈣,軟化,疏鬆.
在正常人的大腦中,鋁的含量僅為2 mg～3mg.由於鋁的攝入量過多,天長日久也會在大腦中堆積起來,尤其易堆積在大腦皮層和隨意運動的大腦海馬區等部位,使人的記憶力減退,情緒淡漠,反應遲鈍,心情煩躁,精神萎靡,使人腦組織老化速度加快,這種現象被人們稱為老年痴呆症.
此外,長期攝鋁過多,還會使人的皮膚皺紋增多,頭髮容易脫落,視力下降.
使用鋁製炊具的另一個最大弊端,在於隔絕了人們攝取鐵的一條重要渠道,使患缺鐵性貧血的人與日俱增,尤其是婦女兒童更為明顯.
為了減少鋁製炊具中鋁對人體的過量攝入,在使用鋁製炊具時,要注意以下幾點: 1.應避免同其它硬質器具摩擦,以防鋁表面氧化膜被破壞;2.鋁製品不宜久放鹽,醬,醋,酒,茶,水果汁,發酵粉,牛奶等調味品和飲料,以防鋁溶解進入食物;3.鋁鍋燒煮食物時間不宜太久,應控制在4h以內.不要在鋁鍋內炸食品;4.由於氟對鋁的腐蝕性強,所以在含氟量高的水質中,儘量減少使用鋁製炊具.
在酸雨地區,酸雨滲入地下,會引起地下水酸化,酸化的水中的鋁,銅,鋅,鎘比中性地下水中高几十倍.
鋁合金
以鋁為基加入其他元素組成的合金.純鋁的導電,導熱和耐蝕性能良好,主要用作導電,導熱材料,但強度低,不宜作結構材料.鋁可與許多化學元素形成合金以改善性能.鋁合金比重輕,比強度接近合金鋼,比剛度超過鋼,塑性好,鑄造和可切削性也較好,適宜製造重量輕的結構部件,因此成為航空工業不可缺少的材料,在交通運輸,建築,輕工,化工,儀表機械等部門,在家用器具方面也得到廣泛套用.鋁及某些鋁合金用陽極氧化等法處理,通過著色工藝,生成各種顏色,廣泛作包裝,裝飾材料使用.
鋁合金的主要套用領域：戰機、艦船、飛彈、火箭、人造衛星、戰車、高速列車、汽車、高層建築。
非金屬材料
水泥
水泥:水泥是最常用的建築材料,它也是矽酸鹽,普通的水泥也稱為波特蘭水泥.它是由石灰石和粘土配合,加熱到燒結的程度,而後粉碎研磨製成,舊時也稱水門汀,是由英文音譯而來.
水泥在空氣或水中都能硬化
水泥主要性質
普通水泥主要成分
反應條件
主要設備
主要原料
黏土
石灰石
石膏(輔料)
水泥迴轉窯
高溫
矽酸三鈣:3CaO*SiO2
矽酸二鈣:2CaO*SiO2
鋁酸三鈣:3CaO*Al2O3
水硬性
1.建築用粘合劑——水泥沙漿的 成分是什麼
2.混凝土又是什麼做成的
水泥 沙子 和水 的 混合物
水泥 沙子 和 碎石混合而成
陶瓷是一種古老的製品,它是由粘土或粘土加入石英和長石等的混合物經成形,乾燥和焙燒而成的 .
陶瓷:陶瓷是統稱,陶器和瓷器不一樣,陶器是質地較粗的陶瓷製品.瓷器是質地較細,不透明或半透明的陶瓷製品.在金屬表面覆蓋一層陶瓷質材料,叫做陶瓷塗層.
搪瓷:在鋼鐵等製件的表面用陶瓷類材料進行處理,形成耐腐蝕的覆蓋層,就是搪瓷.可耐高溫,但易裂開。
陶瓷
陶瓷種類，性能
反應條件
生產過程
主要原料：黏土混合,成型,乾燥,燒結,冷卻高溫
土陶,陶器,炻器,瓷器抗氧化,抗酸鹼腐蝕,耐高溫,絕緣,易成型
陶瓷材料
1.傳統陶瓷
原料: 天然礦物( 岩石,沙子,粘土,……)
製備 : 燒制
例如 水泥,玻璃,磚瓦,耐火材料……
2.幾種新型陶瓷材料
(1) 高溫結構陶瓷
原料: 氮化矽,碳化矽,……
製備: 1700 ℃ 燒結
用途: 汽車,飛機發動機
陶瓷刀具 ( 超薄 )
( 2 ) 透明陶瓷 ( 光學陶瓷 )
特點 光學性能優異
耐高溫 ( 熔點 2000 ℃ 以上 )
用途 高壓燈 ( 如高壓鈉燈 工作溫度 1200 ℃
壽命1—2萬小時)
防彈玻璃
( 3 ) 光導纖維
( 4 ) 生物陶瓷 特點: 耐腐蝕, 穩定性好
用途: 人體器官,組織修復,再造
( 5 )金屬陶瓷
隨著火箭,人造衛星及原子能等高技術的發展,對耐高溫材料提出了新的要求,人們希望材料既能在高溫時保持很高的強度和硬度,能經得起激烈的機械震動和溫度變化,又有耐氧氣腐蝕和高絕緣性等性能.但無論是高熔點金屬還是陶瓷都無法同時滿足這些要求.
金屬陶瓷是由陶瓷和粘接金屬組成的非均質的複合材料.陶瓷主要是氧化鋁,氧化鋯等耐高溫氧化物或它們的固溶體,粘接金屬主要是鉻,鉬,鎢,鈦等高熔點金屬.將陶瓷和粘接金屬研磨混合均勻,成型後在不活潑氣氛中燒結,就可製得金屬陶瓷.
金屬陶瓷兼有金屬和陶瓷的優點,它密度小,硬度高,耐磨,導熱性好,不會因為驟冷或驟熱而脆裂.另外,在金屬表面塗一層氣密性好,熔點高,傳熱性能很差的陶瓷塗層,也能防止金屬或合金在高溫下氧化或腐蝕.
金屬陶瓷廣泛地套用於火箭,飛彈,超音速飛機的外殼,燃燒室的火焰噴口等處.
有機合成材料 1.塑膠
塑膠是指可以塑造的材料,或者說具有可塑性的材料,它應該包括陶土和石膏之類的材料.
而目前塑膠的概念已經是專指高分子合成材料.塑膠,纖維和橡膠並無嚴格的分界線,例如纖維未定向拉伸之前,或橡膠在低溫下都是塑膠.
聚乙烯,聚丙烯,聚氯乙烯和聚丁烯等,它們的原料均來源於石油或天然氣,因此在塑膠中是產量最大的品種.聚乙烯為其代表,如食品包裝袋,油桶是我們最熟悉的套用.但它的主要缺點是受熱和在空氣中易老化.
聚氯乙烯的最主要缺點是耐熱性差,超過60℃就要變形,還有一定毒性.不過目前已出現無毒的聚氯乙烯樹脂。
橡膠
天然橡膠能從近500種不同植物中獲得,但主要是從熱帶植物——橡膠樹中取得.目前年產量為300萬噸.天然橡膠在綜合性能上均優於目前所有的合成橡膠。
丁苯橡膠是合成橡膠的最大品種
氯丁橡膠也被稱為"萬能橡膠"
新型材料(超導材料,納米材料等)對人類生活方式和生活質量的影響,對社會經濟發展的影響,以及對環境的影響。
