无机材料

铜及青铜
炼铁
铜及青铜是人类社会最早出现的金属材料，它使人类社会由新石 器时代转入青铜器时代。
用铁制造农具，使农业生产力得到了空前提高。唐宋时期，我国 社会科学文化达到了高峰。
18世纪发明了蒸汽机，爆发了产业革命，推动和促进了以钢铁为中心的金属材 料的大规模发展。
第二次世界大战后，对材料提出了质量轻、强度高、价格低等要求，产生了 合成高分子材料。到此，以金属材料、陶瓷材料和合成高分子材料为主体， 建立了完整的材料体系，形成了材料科学。
高分子化学与高分子材料的关系
1）按用途分
材料的不同分类方法
——结构材料和功能材料。 结构材料利用了材料的力学和理化性质 。应用范围： 机械制造、工程建设、交通运输等领域。 功能材料利用材料的光、电、磁、热等性能。应用范围： 电子、激光、能源和生物工程等领域。
2）按时间分
——传统材料和新型材料。 传统材料指生产工艺已经成熟，并已投入工业生产的材 料。 新型材料指新发展或正在发展的具有特殊功能的材料。
钢铁
生铁（含碳量大于2.0%） 低碳钢（含碳量小于0.25%）
钢 中碳钢（介于0.25%~0.60%） 高碳钢（大于0.60%）
纯铁（含碳量小于0.02%）
炼钢的实质是控制生铁中的含碳量达到钢的要求，同时除去危害钢的性 能的一些杂质。
4）合金钢 钢中加入其他金属，就可得到特殊性能的合金钢。
加入铬 加入锰
不锈钢 锰钢
7.2.3 铝合金和铝锂合金
有色金属分为轻金属、重金属、高熔点金属、稀土金属、稀散金属、贵金 属。
1铝
——自然界中含量最多的金属元素。 存在形式：复硅酸盐。 主要矿石：铝土矿(Al2O3 . nH2O)、粘土[H2Al2(SO4)2H2O]、冰晶 石(Na3AlF6)等。 制备方法：电解法。
特点：断口呈灰色。 成因：处于熔融状态的铁水，其中碳以Fe3C的形式存在，待铁水慢慢冷 却， Fe3C分解为铁和石墨。 用途：切削加工、浇铸零件（柔软、有韧性）。
白口铁 特点：断口呈白色。 成因：高温熔融的铁水快速冷却，Fe3C来不及分解。 用途：炼铁（硬、脆）。
球墨铸铁 特点：有高的强度、塑性、韧性和热加工性能。 成因：在铁水中加入0.05%的镁，使生铁中的碳变成球状。 用途：易切削加工，综合性好。
2p
N个 N个 2s
N个 1s 原子轨道
一块金属钠是由N个钠原子形成的 巨大分子。N个钠原子中能量相同的原 子轨道发生组合，可形成能级非常接近， 间隙极小的轨道，我们形象地称为能带。
Na
知识点
内层原子轨道形成较窄的能带，外层原子轨道形成较宽的能带。 各个能带按能量高低排列起来，成为能带结构。已填满电子的能带 叫满带，没有电子的能带叫空带，尚未添满电子的能带叫导带。具 有导带的金属能导电。
也叫无机非金属材料，是人类应用最早的材料，分为传统陶瓷和精细 陶瓷。
高分子材料
合成材料。 特点：较高的强度、耐腐蚀、不导电，发展速度快。
复合材料
由金属材料、陶瓷材料和高分子材料复合组成。 特点：强度、刚度和耐腐蚀性能比单一材料优越。
7.2 金属材料 7.2.1 金属键和纯金属的晶体结构
延性是指金属能被拉伸成金属丝，展性是指金属能被捶打成金属薄片。
2Al2O3 电解4Al + 3O2
特点：银白色，密度低，导电、导热性好，可代替铜做导线，抗腐蚀性好 （可形成致密的氧化层），面心立方堆积，有优良的延展性。
20世纪80年代以来，高新技术（生物技术、信息技术、能源技术）竞争激烈。 新材料技术的标志技术是材料设计或分子设计，即根据需要设计具有特定功 能的新材料。
化学是材料发展的源泉
材料是指人类利用化合物的某些功能来制作物件时用的 化学物质。化学是材料科学的源泉，而材料科学的发展也为 化学研究开辟了一个新的领域。
E g 3eV
7.2.2 钢铁
重要的铁矿石有赤铁矿(Fe2O3)、磁铁矿(FeO . Fe2O3)、黄铁矿(FeS2)等。
铁的冶炼
原料：铁矿石 还原剂：焦炭
设备：高炉 助熔剂：石灰石、二氧化硅
C + O2
CO2
CO2 + C
2CO
Fe2O3 + 3CO
2Fe + 3CO2
1）生铁 含碳量较高的铁称为生铁。生铁分为：灰口铁、白口铁和球墨铸铁。 灰口铁：
7.1 材料科学发展概况
根据某一年代具有代表性的材料将人类社会划分为石器时代、 青铜器时代和铁器时代等。
1）
旧石器时代
a. 公元前10万年左右。 b. 火的发现：熟食、取暖、照明、驱兽
瓷器的出现，是中华民族文化的象征之一。
制陶
2）
青铜器时代
人们在大量地烧制陶瓷的实践中，熟练地掌握了高温加工技术
烧炼矿石
2）纯铁
——含铁99.9%以上。 特点：银白色、有金属光泽、性软、有延展性。
- Fe
室温
纯铁
910 oC
- Fe
1390 oC
- Fe
随着温度的增加，由一种结构转变为另一种结构的现象，称为相变。发 生结构转变时的温度称为相变温度。
3）钢铁
——铁和碳的合金体系总称。 特点：强度高、价格便宜、应用广泛。钢铁约占金属材料产量的90%，是 世界上产量最大的金属材料。
导体: ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ有导带
绝缘体: 只有满带和空带，而且满带和空带之间的能级
间隙较宽(ΔEg≥5eV)。 一般电场条件下，难以将满带电子激发 入空带，故不能导电。
E g 5eV
半导体: 只有满带和空带，但满带与空带之间的能级间
隙较窄(ΔEg<3eV), 电子容易从满带激发到空带, 形成导带, 可以 导电。
金属的内部结构
金属内部由金属原子作规整的周期性排列，由于金属原子电负性较 小，最外层的价电子容易脱离原子的束缚而在整个金属中自由运动，此 时原子与自由电子紧密地胶合在一起，形成金属晶体。
金属的一般性质都与自由电子的存在有关。如：金属光泽、导电、导热、延 展性。
整块金属可看做是一个巨大的分子。
N个 3s
3）按成分和特性分
金属材料、陶瓷材料、高分子材料和复合材料。
金属材料又分为黑色金属材料和有色金属材料。黑色金属材料包括铁、 锰、铬以及它们的合金。除黑色金属以外的其它各种金属及其合金都称为 有色金属。
纯金属的强度都比其相应的合金低。工业上用的金属大多是合金。 注：合金也可由金属和非金属元素组成。
陶瓷材料