第五讲 材料化学解析
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直到20世纪中叶，金属材料在材料工业中一直占有主导地位。
20世纪中叶以后，首先是人工合成高分子材料问世。 尼龙、聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯等塑料，以及维尼纶、合成 橡胶、新型工程塑料、高分子合金和功能高分子材料等。 陶瓷材料的发展。陶瓷是人类最早利用自然界所提供的原料制造 而成的材料。 结构材料的发展，推动了功能材料的进步。 20世纪初，开始对半导体材料进行研究。 50年代，制备出锗单晶，后又制备出硅单晶和化合物半导体等， 使电子技术领域由电子管发展到晶体管、集成电路、大规模和超 大规模集成电路。半导体材料的应用和发展，使人类社会进入了 信息时代。 现代材料科学技术的发展，促进了金属、非金属无机材料和高分 子材料之间的密切联系，从而出现了一个新的材料领域——复合 材料。
• http://baike.baidu.com/view/188596.htm
洛阳铲?
洛阳铲据传为中国河南洛阳附近农村的盗墓者 李鸭子于20世纪初发明。
1923年前后，马坡村村民李鸭子来到他家附近 一个叫孟津的地方赶集
第一把洛阳铲诞生
据考证，打造出第一把洛阳铲的铁匠叫做陈印 娃，现已故去。
铁器时代
2 金属材料
●金属材料可以分为黑色金属材料 和有色金属材料
●黑色金属材料包括铁、锰、铬及 其合金
●有色金属指除黑色金属以外的其 余的金属材料，如轻金属、重金属、 高熔点金属、稀土金属、贵重金属 等
1.铝合金
自然界含量最多的金属元素？ 占 地壳1/12 铝（Al） m.p 659.8℃ b.p 2270 ℃ ρ ： 2.702g·cm-3 导电、导热性好，延展性，导线 氧化物膜，抗氧化 提高铝的硬度，加入铝、镁、铜、锌超硬铝 应用：航空，汽车，建筑，炊具
铁器时代是人类发展史中一个 极为重要的时代。 人们最早知道的铁是陨石中的 铁，古代埃及人称之为神物。
地球上的天然铁是少见的，所 以铁的冶炼和铁器的制造经历 了一个很长的时期。
当人们在冶炼青铜的基础上逐 渐掌握了冶炼铁的技术之后， 铁器时代就到来了。
何为炼铁？
将金属铁从含铁矿物（主要为铁的氧化物）中提炼出来的工艺过 程，主要有高炉法，直接还原法，熔融还原法，等离子法。 高炉炼铁是指把铁矿石和焦炭，一氧化碳，氢气等燃料及熔剂 （从理论上说把活动性比铁的金属和矿石混合后高温也可炼出铁 来）装入高炉中冶炼,去掉杂质而得到金属铁（生铁）。
1万年以前，对石器进行加工，器皿和精致的工具，新石器时代。 新石器时代后期，出现了利用粘土烧制的陶器。
公元前5000年，青铜器时代。
公元前1200年，使用铸铁，铁器时代。钢 18世纪，钢铁工业的发展，成为产业革命的重要内容和物质基础。
19世纪中叶，现代平炉和转炉炼钢技术的出现，使人类真正进入了 钢铁时代。铜、铅、锌，铝、镁、钛等金属得到应用。
其反应式为： Fe2O3+3CO==2Fe+3CO2(高温) Fe3O4+2CO==3Fe+2CO2(高温) C+O2==CO2(高温) C+CO2==2CO(高温)
2. 材料与化学
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。 化学是材料发展的源泉
3. 材料的分类
a.按用途分类：结构材料 功能材料 结构材料：力学和理化性质，用途：机械制造、工程 建设、交通运输、能源 功能材料：利用材料的热、光、电、磁等性能。用途： 电子、激光、通讯，生物工程等。 b.按成分和特性分类： 金属材料 陶瓷材料 高分子材料 复合材料
石器时代
是考古学对早期人类历史分期的第一个时代、即从出现人类 到铜器的出现、大约始于距今二三百万年、止于距今6000至 4000年左右。 公元前6000年，人类发明了火，使人类成为万物之灵。 火的功能？ 陶器：陶器是指以粘土为胎，经过手捏、轮制、模塑等方法 加工成型后，在800—1000℃高温下焙烧而成的物品。 (陶和 瓷的区别？) 瓷器：凡是用瓷土烧制而成的器物就叫瓷器。但目前对瓷器 的具体定义，还没有取得统一的意见。一般人认为，必须具 备以下几条才能称之为瓷器： 第一，瓷器的胎料必须是瓷土的。瓷土的成分主要是高岭土， 并含有长石、石英石和莫来石成分；含铁量低。经过高温烧 成之后，胎色白，具有透明或半透明性，胎体吸水率不足1%， 或不吸水。 第二，瓷器的胎体必须经过1200℃～1300℃的高温焙烧，才 具备瓷器的物理性能。 第三，瓷器表面所施的釉，必须是在高温之下和瓷器一道烧 成的玻璃质釉。 唐三彩，陶还是瓷器？ 黄、褐、绿为基本釉色
青铜器时代
青铜?
红铜(纯铜Leabharlann Baidu与锡或铅的合金，熔 点在700-900℃之间，比红铜的 熔点(1083℃)低。含锡10%的青 铜，硬度为红铜的4.7倍，性能 良好。青铜出现后，对提高社会 生产力起了划时代的作用。
青铜器之冠？ 司母戊大方鼎 “后母戊”？？？
黄铜？
铜和锌
青铜时代处于铜石并用时代之后，
早期铁器时代之前，大约从公元 前4000年至公元初年。
后母戊方鼎
后母戊鼎，是商王祖庚或祖甲为祭祀母亲戊而作的祭器，是中国 商周时期青铜器的代表作，原称“司母戊鼎”或“司母戊大方 鼎”。 由于殷商时期字体较为自由，既可正写，也可反写，因此，学者 对“司”与“后”难以分辨，故而学术界争论多年。 2011年3月28日，新国博展牌把“司(si)母戊鼎”改名“后(hou) 母戊鼎” 。甲骨文字书写规则是：字形可以正写或反写，但字 音字义不变。现在新国博展牌把司的反写之形“后”读作 “hou”，这个读音下的字义是“君主”，与“司(si)”义已不相 同，这违反了甲骨文惯例，所以“后母戊鼎”还不能作为该鼎最 后定名。
第五讲 材料化学
一 授课目的 了解材料化学在人类进步和社会发展中的作用和地位
二 授课内容
1. 材料发展概论 2. 金属材料 3. 超导材料 4.无机非金属材料 5.合成高分子材料 6.电子信息材料 7.复合材料 8.纳米材料
三 授课学时 4学时
1. 材料发展概论
材料发展的历史时期: 石器时代; 青铜器时代; 铁器时代;合成高分子材料 200万年以前，原始人以石头作为工具，称旧石器时代。
20世纪中叶以后，首先是人工合成高分子材料问世。 尼龙、聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯等塑料，以及维尼纶、合成 橡胶、新型工程塑料、高分子合金和功能高分子材料等。 陶瓷材料的发展。陶瓷是人类最早利用自然界所提供的原料制造 而成的材料。 结构材料的发展，推动了功能材料的进步。 20世纪初，开始对半导体材料进行研究。 50年代，制备出锗单晶，后又制备出硅单晶和化合物半导体等， 使电子技术领域由电子管发展到晶体管、集成电路、大规模和超 大规模集成电路。半导体材料的应用和发展，使人类社会进入了 信息时代。 现代材料科学技术的发展，促进了金属、非金属无机材料和高分 子材料之间的密切联系，从而出现了一个新的材料领域——复合 材料。
• http://baike.baidu.com/view/188596.htm
洛阳铲?
洛阳铲据传为中国河南洛阳附近农村的盗墓者 李鸭子于20世纪初发明。
1923年前后，马坡村村民李鸭子来到他家附近 一个叫孟津的地方赶集
第一把洛阳铲诞生
据考证，打造出第一把洛阳铲的铁匠叫做陈印 娃，现已故去。
铁器时代
2 金属材料
●金属材料可以分为黑色金属材料 和有色金属材料
●黑色金属材料包括铁、锰、铬及 其合金
●有色金属指除黑色金属以外的其 余的金属材料，如轻金属、重金属、 高熔点金属、稀土金属、贵重金属 等
1.铝合金
自然界含量最多的金属元素？ 占 地壳1/12 铝（Al） m.p 659.8℃ b.p 2270 ℃ ρ ： 2.702g·cm-3 导电、导热性好，延展性，导线 氧化物膜，抗氧化 提高铝的硬度，加入铝、镁、铜、锌超硬铝 应用：航空，汽车，建筑，炊具
铁器时代是人类发展史中一个 极为重要的时代。 人们最早知道的铁是陨石中的 铁，古代埃及人称之为神物。
地球上的天然铁是少见的，所 以铁的冶炼和铁器的制造经历 了一个很长的时期。
当人们在冶炼青铜的基础上逐 渐掌握了冶炼铁的技术之后， 铁器时代就到来了。
何为炼铁？
将金属铁从含铁矿物（主要为铁的氧化物）中提炼出来的工艺过 程，主要有高炉法，直接还原法，熔融还原法，等离子法。 高炉炼铁是指把铁矿石和焦炭，一氧化碳，氢气等燃料及熔剂 （从理论上说把活动性比铁的金属和矿石混合后高温也可炼出铁 来）装入高炉中冶炼,去掉杂质而得到金属铁（生铁）。
1万年以前，对石器进行加工，器皿和精致的工具，新石器时代。 新石器时代后期，出现了利用粘土烧制的陶器。
公元前5000年，青铜器时代。
公元前1200年，使用铸铁，铁器时代。钢 18世纪，钢铁工业的发展，成为产业革命的重要内容和物质基础。
19世纪中叶，现代平炉和转炉炼钢技术的出现，使人类真正进入了 钢铁时代。铜、铅、锌，铝、镁、钛等金属得到应用。
其反应式为： Fe2O3+3CO==2Fe+3CO2(高温) Fe3O4+2CO==3Fe+2CO2(高温) C+O2==CO2(高温) C+CO2==2CO(高温)
2. 材料与化学
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。 化学是材料发展的源泉
3. 材料的分类
a.按用途分类：结构材料 功能材料 结构材料：力学和理化性质，用途：机械制造、工程 建设、交通运输、能源 功能材料：利用材料的热、光、电、磁等性能。用途： 电子、激光、通讯，生物工程等。 b.按成分和特性分类： 金属材料 陶瓷材料 高分子材料 复合材料
石器时代
是考古学对早期人类历史分期的第一个时代、即从出现人类 到铜器的出现、大约始于距今二三百万年、止于距今6000至 4000年左右。 公元前6000年，人类发明了火，使人类成为万物之灵。 火的功能？ 陶器：陶器是指以粘土为胎，经过手捏、轮制、模塑等方法 加工成型后，在800—1000℃高温下焙烧而成的物品。 (陶和 瓷的区别？) 瓷器：凡是用瓷土烧制而成的器物就叫瓷器。但目前对瓷器 的具体定义，还没有取得统一的意见。一般人认为，必须具 备以下几条才能称之为瓷器： 第一，瓷器的胎料必须是瓷土的。瓷土的成分主要是高岭土， 并含有长石、石英石和莫来石成分；含铁量低。经过高温烧 成之后，胎色白，具有透明或半透明性，胎体吸水率不足1%， 或不吸水。 第二，瓷器的胎体必须经过1200℃～1300℃的高温焙烧，才 具备瓷器的物理性能。 第三，瓷器表面所施的釉，必须是在高温之下和瓷器一道烧 成的玻璃质釉。 唐三彩，陶还是瓷器？ 黄、褐、绿为基本釉色
青铜器时代
青铜?
红铜(纯铜Leabharlann Baidu与锡或铅的合金，熔 点在700-900℃之间，比红铜的 熔点(1083℃)低。含锡10%的青 铜，硬度为红铜的4.7倍，性能 良好。青铜出现后，对提高社会 生产力起了划时代的作用。
青铜器之冠？ 司母戊大方鼎 “后母戊”？？？
黄铜？
铜和锌
青铜时代处于铜石并用时代之后，
早期铁器时代之前，大约从公元 前4000年至公元初年。
后母戊方鼎
后母戊鼎，是商王祖庚或祖甲为祭祀母亲戊而作的祭器，是中国 商周时期青铜器的代表作，原称“司母戊鼎”或“司母戊大方 鼎”。 由于殷商时期字体较为自由，既可正写，也可反写，因此，学者 对“司”与“后”难以分辨，故而学术界争论多年。 2011年3月28日，新国博展牌把“司(si)母戊鼎”改名“后(hou) 母戊鼎” 。甲骨文字书写规则是：字形可以正写或反写，但字 音字义不变。现在新国博展牌把司的反写之形“后”读作 “hou”，这个读音下的字义是“君主”，与“司(si)”义已不相 同，这违反了甲骨文惯例，所以“后母戊鼎”还不能作为该鼎最 后定名。
第五讲 材料化学
一 授课目的 了解材料化学在人类进步和社会发展中的作用和地位
二 授课内容
1. 材料发展概论 2. 金属材料 3. 超导材料 4.无机非金属材料 5.合成高分子材料 6.电子信息材料 7.复合材料 8.纳米材料
三 授课学时 4学时
1. 材料发展概论
材料发展的历史时期: 石器时代; 青铜器时代; 铁器时代;合成高分子材料 200万年以前，原始人以石头作为工具，称旧石器时代。