现代科学技术单元辅导（二）.docVIP

《现代科学技术》单元辅导（2） 第二章 材料科学技术 一、本章学习目标和要求 通过本章的学习，了解材料对人类社会发展的重大意义；了解材料的种类；了解几类重要的材料，特别是几类重要的新型材料；了解材料科学技术的发展趋势。 二、本章学习方法建议 1．反复阅读教材，逐渐做到“由厚变薄”，形成一个比较清晰的知识结构。 2．把教材与学习指导书结合起来学。我们认为，学习时最好先阅读学习指导书，以明确本章的目标和要求、重点和难点，弄清本章的知识结构和思路。然后再阅读教材，进行消化。最后通过自测题检验对本章知识的掌握程度。 3．关于材料，主要是掌握其性质和用途。因此，在学习中，当我们认识某种材料时，应抓住材料按其化学成分分为金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料和复合材料这条主线，首先弄清该材料属于这4类中的哪一类，然后再按用途看它是结构材料还是功能材料。 4．学习本章内容时，应注意理论与实际相结合。在日常生活和工作中，我们会遇到各种各样的材料。当你使用某一材料时，最好想一想它属于哪一类材料，具有什么特性。例如，你可以把家中的材料进行分类，看哪些是金属材料和无机非金属材料，哪些是有机高分子材料和复合材料；哪些属于结构材料，哪些属于功能材料。这样，通过大量的感性认识可以增加对材料理论的理解。 5．读者在看电视，阅读报纸、杂志以及其他课外读物时，应注意了解材料科学技术的发展动向和某些新出现的材料。 三、重点难点分析 本章在阐述材料和材料科学的基础上，首先对材料这个品种已超过300万种的庞杂体系进行了分类，然后按照材料的化学成分分类介绍了金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料和复合材料，其中着重介绍了新型金属材料、新型无机非金属材料、具有特殊功能的新型高分子材料和复合材料。最后从结构材料、功能材料和材料研制3个方面展望了材料科学技术的发展趋势。 本章的重点是新金属材料、新型陶瓷材料、有机高分子材料和复合材料。下面分别进行分析。 (一) 材料的分类 1．材料 是人们可用来制作器件、构件等产品的具备有用性能的物质。它不仅是工业、农业、国防、科学技术和人民生活的物质基础，而且是科学技术进步的关键。 2．分类 常见的材料分类方法有以下几种： 按照材料的化学成分，可以把材料分为金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料和复合材料。 按照材料的用途，可以把材料分为结构材料和功能材料。 按照材料的组织结构，可以把材料分为单晶材料、多晶材料、非晶态材料和复合材料。 按照材料的服务对象，可以把材料分为信息材料、能源材料、建筑材料、航空材料、核反应堆材料等。 按照材料的尺度，可以把材料分为块状材料、薄膜材料、粉末材料和纤维材料。 按照材料出现的先后，可以把材料分为传统材料和新型材料。 (二) 金属材料 　目前，我们已知的元素有109种，其中金属有87种。除汞以外，所有金属都是固体。金属具有“自由电子”，它在金属晶体中能自由流动。我们熟知的金属具有特殊的金属光泽、是热和电的良导体等性质，很大程度上与金属晶体结构有自由电子有关。如：自由电子能吸收可见光，然后又反射出大部分频率的光，使金属显示特有光泽。自由电子在外电场的作用下，作定向流动，形成电流，这就是金属导电的原因。自由电子受热后，能量增大，运动速度也加大，它与金属离子碰撞而传递能量，从而使金属具有良好的导热性等。分为两大类。一类为黑色金属，指铁、铬、锰及其合金。另一类为有色金属，除去黑色金属之外其他金属都是有色金属。金属材料的优势金属是人类历史上使用最早的材料之一，直到20世纪中叶，金属材料也一直在材料中占绝对优势。因为金属材料有如下的优势：（1）几千年以来有一套成熟的生产技术和庞大的生产能力，如钢铁工业。（2）金属有许多优良的理化性能，形成其他材料不能完全替代的使用优势，如：比陶瓷高得多的韧性，磁性和导电性等。（3）近、现代高新技术创新，产生出许多新的金属材料，如优质钢、高强度钢、各种合金和新金属材料等。目前，人们生产和生活应用最多的金属材料仍是钢铁、铜和铝。~1200℃高温下，能承受一定的压力，并且具有抗氧化、抗腐蚀能力的合金。这种合金主要用于航空、航天工业。超耐腐蚀性合金是指钛及钛合金，它具有极好的耐腐蚀性和耐高温性，主要用于航空航天工业和海洋工程。超塑性合金在某些特定的温度下，可以变得像糖一样柔软。当应变速度达到10mm／s时，可以产生本身长度3倍以上的延伸率。所以，超塑性合金很容易加工成形状复杂的构件，主要用于航空航天工业。 （4）记忆合金 是一种利用温度的变化来控制合金形状的新型功能材料。在某一特定的温度下，将合金加工成一定的形状，它就会记住这种形状。然后让温度下降，使其产生塑性形变，成为另一种形状。当温度再次上升到特定温度以上时，这种合金又可以恢复到原来的形状。合金能记忆形状的秘密与金属的奥氏相一马