材料化学第1讲-概述.pptVIP

铝 铝是一种轻金属，密度 2.7 g/cm3,大约是铁的 1/3。纯铝的拉伸强度只有 48 MPa，只有钢的1/10 左右。因此在早期并未得到重视。 Al 在地壳中含量丰富，占 1/12，但主要以 Al2O3的状态存在。18 世纪发现了 Al 元素的存在，1825 年丹麦物理学家 Hans Oersted 第一次成功地提炼出金属铝，但是提炼方法比较复杂，产量很低，使得其价格极为昂贵。 铝曾经比金银还要珍贵…… 100多年前，为了表彰门捷列夫对化学的杰出贡献，英国皇家学会不惜重金制作了一个比黄金还要贵重的奖杯──铝杯，赠送给门捷列夫。 法国皇帝拿破仑三世为了显示自己的尊贵，用铝作了一顶头盔，成为轰动一时的新闻。每逢盛大国宴，别人都用银制餐具，而他独自使用一套铝制餐具。 技术的进步让铝走出了首饰店…… 1886 年， 22 岁的美国人 Hall 发明了熔盐电解法制取金属铝，此法投产后，金属铝的产量迅速增长，价格则大幅度下降 ，从而把铝的大规模生产变成了现实。这个年轻人组成了一个大公司，这就是今天美国美铝公司 (Alcoa) 的前身。 将氧化铝 (A12O3) 溶解在熔融的冰晶石 (Na3AlF6) 中进行电解(电解液温度接近 1000℃) 在 上可以找到很多关于铝以及铝合金的信息 美铝的生意是从一把铝壶开始的…… 从铝壶做起，慢慢延伸到了烹调器具、锡箔纸、电线和电缆……。 现在，美铝了成为公认的世界上最大的原铝、铝加工产品和氧化铝生产商。美铝的产品广泛的应用于航空航天、汽车、包装、建筑、商业运输以及工业市场。 铝的应用市场的打开…… 铝的应用市场的打开是从 20 世纪 30 年代开始的。为了提高铝的比强度，当时关于铝的研究有两个热门话题： 合金强化 时效硬化 铝合金的出现，大大拓宽了铝的用途…… (1) 什么是材料？ (2) 材料科学 20 世纪对于材料的发展历史来说是一个值得大书特书的时期。20 世纪科学技术领域一系列惊人的重大发现导致了原子能、航空航天、激光、信息、能源等领域的巨大变化，而这些巨大变化则有力地促进了材料的发展，使得材料在 20 世纪中叶发生了一次“革命性”的飞跃，这个飞跃的标志就是“材料科学”的形成。 “哥伦比亚号”是航天飞机第一次在即将着陆时发生的灾难。空难发生后，由美国宇航局（NASA）组成了由材料和工艺工程师及科学家组成的调查组对飞机残骸进行了重组、残骸材料的冶金分析以及模拟试验，分析了航天飞机爆炸的原因。“哥伦比亚号”航天飞机的爆炸，震惊了世人，同时也引起了人们对材料的关注，材料分析揭开了哥伦比亚空难之谜。 (3) 材料化学 材料中原子、离子或分子的排列方式、不同组成间的化学反应等 材料制备工艺过程中的化学问题 材料的化学性质以及其他各类性质中的化学因素 环境对材料的影响 (例如腐蚀) 化学与材料亲密接触的历史 人类第一个化学上的发现是火，这是公元前 50 万年左右的事情。而人类第一次真正有意识地创造发明的自然界并不存在的“新材料” ?? 陶器就是在火的帮助下制造出来的。 在烧制陶器的过程中人类又还原出了金属铜和锡，发明了炼铜技术，从而把历史推进了青铜器时代。 我国的四大发明中至少有两项是化学和材料的结合体 通过蒸煮草木灰把植物中的纤维物质提炼出来制成了纸浆； 一磺二硝三木炭的组合则生成了火药。 (1)按组成分类 金属材料 (Metal) 钢铁材料、非铁材料、合金 有机高分子材料 (Polymer) 天然的、合成的 无机非金属材料 (Ceramics) 陶器、瓷器、水泥、玻璃、耐火材料、新型陶瓷 复合材料 (Composites) (2)按用途分类 结构材料（以力学性能为主） 支撑件、连接件、传动件、紧固件等 功能材料（以物理化学性能为主） 磁性材料、电子材料、信息记录材料、光学材料、敏感材料、能源材料、生物医学材料等 结构材料与功能材料的划分并不严格 生物医学材料？ (3)按尺度分类 三维材料 ▲块体材料 二维材料 ▲薄膜、涂层等 (金刚石薄膜、高温超导薄膜、半导体薄膜、耐磨涂层) 一维材料 ▲纤维、晶须等 (光导纤维、高强纤维) 零维材料 ▲粉 体 (3)按尺度分类 三维材料 ▲块体材料 二维材料 ▲薄膜、涂层等 (金刚石薄膜、高温超导薄膜、半导体薄膜、耐磨涂层) 一维材料 ▲纤维、晶须等 (光导纤维、高强纤维) 零维材料 ▲粉 体 (4)按内部原子排列情况分类 晶态材料 非晶态材料 液态材料 气态材料 1.2 材料的发展概况 Chapter 1 Introduction 材料的发现、发展和应用是人类文明的标志 青铜时代大约源于4000 ~ 5000年前。青铜是铜锡铝等元素组成的合金，与纯铜相比，青铜熔点