化学与生活 教学课件 作者 何晓春 主编 张正兢 主审 第四章 化学与材料.pptVIP

尚辅网 尚辅网 授课章节 4.1 材料与人类社会进步和科技发展的关系 4.2 金属材料 4.3 无机非金属材料 4.4 有机高分子材料 4.5 复合材料 4.6 化学与新型材料 引言 材料的定义 材料，是能为人类用作制造有用物品的物质。 材料的分类 化学与材料的关系 4.1 材料与人类社会进步和科技发展的关系 美国政府的一份研究资料表明： 在所有非材料专业的工程师所完成的每六小时的业务工作中，就有一小时的工作是与材料及材料的使用直接有关。 4.1 材料与人类社会进步和科技发展的关系 一、材料是人类社会进步的里程碑 二、材料是科技发展的物质基础 第一次产业革命的突破口是推广应用蒸汽机 ，但只有在开发了铁和铜等新材料以后，蒸汽机才得以使用并逐步推广。 第二次产业革命一直延续到20世纪中叶，以石油开发和新能源广泛使用为突破口，大力发展飞机、汽车和其他工业，支持这个时期产业革命的仍然是新材料开发。如合金钢、铝合金以及各种非金属材料的发展。 二、材料是科技发展的物质基础 20世纪70年代，人们把信息、材料和能源称为当代文明的三大支柱； 20世纪80年代，又把新材料、信息技术和生物技术并列为新技术革命的重要标志； 20世纪90年代以来，把材料、信息、能源和生物技术作为国民经济发展的四大支柱产业。 二、材料是科技发展的物质基础 三、新材料技术被世界各国政府列为国家重点发展的关键技术 在“日本振兴科技政策大纲”所确定的七大高技术领域中，把“物质和材料技术”选定为首项。 美国，新材料技术位居六大“国家关键技术” 之首。 德国制定了21世纪初的九项关键技术，新材料技术居九项之首。 中国，在“高技术研究发展计划”中，新材料被列为七个重点研究发展领域之一。在“九五”攻关计划、国家火炬计划、国家863计划等一系列重大科技开发项目中，材料领域的相关课题始终占有较高的比例。 4.2 金属材料 由金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料的统称为金属材料，它包括单质金属和金属合金。 金属特性，如…… 工业上，通常把金属材料分为黑色金属和有色金属材料。 4.2.1 铁、铸铁和钢 习惯上常说的钢铁是对钢和铁的总称。钢和铁都是铁碳合金，含碳量多少是区别钢铁的主要标准。 含碳量：2%，生铁； 含碳量：2%~4%，铸铁； 含碳量0.05%~2%，钢； 含碳量：0.05%，熟铁。 生铁 是用铁矿石经高炉冶炼的产品。它的最大用途是用于炼钢，也大量用来制造铸铁和熟铁。 高炉炼铁的主要原料有铁矿石（FeO）、石灰石（CaCO3） 、焦炭（C）、空气（O2）等。 铸铁 性质：坚硬、耐磨、铸造性好，但性脆，不耐击打——“可铸不可锻” 。 球墨铸铁是20世纪五十年代发展起来的一种高强度铸铁材料。普通铸铁中的石墨是片状存在的。球墨铸铁是通过球化和孕育处理，使石墨呈球状。目前已成功地用于铸造一些受力复杂，强度、韧性、耐磨性要求较高的零件。 钢 生铁，是炼钢的主要原料。根据所炼钢种的要求把生铁中的含碳量去除到规定范围，并使其它元素的含量减少或增加到规定范围的过程。简单地说，是对生铁降碳、去硫磷、调硅锰含量的过程。 钢 性质：强度高、韧性好、良好的塑性—— 可铸可锻 根据成分不同，又可分为碳素钢和合金钢。 碳素钢-组成与性能 在碳素钢中，炭的含量增加，它的强度和硬度不断提高，但塑性和韧性不断下降。 低碳钢——含炭量0.25%，塑性（冲压加工性）、韧性、可焊性良好，但强度较低。 中碳钢——含炭量0.25%~0.6%，强度较高，塑性、可焊性稍低。 高碳钢——含炭量0.6%，具有高的强度、硬度和良好的弹性，但塑性和可焊性差。 碳素钢-组成与性能 硫在钢中常以硫化铁的形式存在。使钢在高温之下进行锻造和热轧时极易产生脆裂，这种现象叫热脆性。如果硫和锰化合成硫化锰，即可减少硫的有害影响。 磷使钢在常温下塑性和韧性降低，这种现象称为冷脆性。 硅、锰在钢中能溶于铁素体中，起去磷、去硫的作用，并可以纯洁组织，增加强度和硬度。钢中含硅量一般为0.17%~0.37%，含锰量约为0.5%~0.8%。 碳素钢-应用 碳素钢-应用 合金钢-组成与性能 硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15%~0.30%的硅。如果钢中含硅量超过0.50%~0.60%，硅就算合金元素。硅能显著提高钢的弹性极限，屈服