无机材料课件化学与人类优秀课件

FeO做颜料，可使釉层十分漂亮。
釉里红
青花瓷
唐
三 彩
青铜器时代（公元前21世纪，夏、商、西周
至春秋时期）战国初期的
曾侯乙编钟
司母戊大方鼎
矛戈
鉴燧两用镜
“五金”：在战国之前，人们只能从矿石中提 炼出金、银、铜、锡、铅5种金属，被人们称 之为“五金”。
“炉火纯青”：两千余年的青铜熔炼工艺—— “凡铸金之状，金与锡黑浊之气竭，黄白次之， 黄白之气竭，青白次之，青白之气竭，青气次 之，然后可铸也。” 该工艺是为了控制熔炼 的温度，即掌握火候；当熔炼到“青气次之” 之时，也就是熔炼到了所谓“炉火纯青”的火 候了。
饮食方式：烧烤——煮食 生产工具：打磨的石头——陶器 住房：半穴居的泥草房——陶器的房屋， 挡风遮雨，坚固不怕水
粘土为什么能制陶呢？
粘土的化学成分： SiO2、MgO、CaCO3、Al2O3，熔点都不很高。 当温度达900℃时， 硅酸钙CaSiO3和硅酸铝Al2(SiO3)3等， 它们融合在一起便成为坚硬的陶。
有色金属材料
轻金属：Al, Mg, Ti 重金属: Cu, Zn, Cd, Hg, Pb 高熔点金属: V, Mo 稀土金属: La, Ce, Pr 贵金属: Au, Ag, Pt, Pd
陶瓷材料
传统的陶瓷材料是以硅和铝的氧化物为主的硅酸 盐材料，新发展起来的陶瓷成分扩展到纯的氧化 物、碳化物、氮化物和硅化物等等；
1、新型材料具有特殊的性能，能满足尖端技术 和设备制造的需要，如超高温材料、超高压材料、 耐腐蚀、耐磨擦材料等等；
2、新型材料的发展与材料科学理论的关系比传统 材料更为密切，它的研制是多学科综合研究的结果； 如太阳能电池材料的研制涉及光电子学理论、减振 吸声材料的研制等等；
3、 新型材料从设计到生产，需要专门的、复杂的 设备和技术，它自身形成了一个独特的领域，称为 新材料技术；如用机械合金化技术制备纳米晶材料、 非晶态合金材料，用自蔓延高温合成技术制备多孔 陶瓷材料等；
含碳量为6.69％。 珠光体：奥氏体发生共析转变所形成的铁素体
与渗碳体的共析体。 马氏体：碳在α-Fe中的过饱和固溶体。
硬且脆，用来炼钢。 球墨铸铁：在铁水中加0.05%镁，使碳变成球
状。具有高强度、塑性、韧性和热加工性能， 易切削加工。
纯铁是银白色，有金属光泽，性软，有延展性。 熔点为1535℃，沸点为3000℃。
铁有α-Fe、γ-Fe、δ-Fe三种同素异形体，三种同素 异形体之间可互相转化，这种现象称为相变；
自由电子
5.2.2 钢铁
地壳中铁主要以氧化物、硫化物和碳酸盐形式存在， 重要的矿石有赤铁矿、磁铁矿、褐铁矿、菱铁矿等；
铁冶炼过程为还原反应，以焦炭为还原剂， 再加一些石灰石和二氧化硅等作助熔剂。
生铁（铸铁）：脆，含碳3-4% 灰口铁：铁水慢慢冷却，Fe3C→3Fe+C
柔软，有韧性，可切削加工。 白口铁：铁水快速冷却，Fe3C
以钢铁为中心的金属材料的使用 （18世纪－产业革命）
合成高分子材料（二次大战后）
合成纤维、合成橡胶、合成塑料、涂料和胶粘剂
复合材料
玻璃钢
20世纪80年代，半导体材料、光导纤维（信 息技术），耐高温材料、复合材料、烧蚀材 料、涂层材料（空间技术）
CCD
光纤
涂层材料
烧蚀材料
在哥伦比亚号航天飞机再次发射以前，上一次发射 时受损的陶瓷防护片必须更换。
α-Fe, δ-Fe
γ-Fe
910℃
1390℃
钢铁是铁和碳的合金体系总称，特点是强度高、硬 度高、耐腐蚀等，是世界上产量最大的金属材料；
炼钢，其实质就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，如S、P等； 低碳钢：含碳量<0.25% 中碳钢：含碳量0.25%~0.6% 高碳钢：含碳量>0.6%
5.1.1 化学是材料发展的源泉
传统材料有几十万种，而新合成的材料每 年大约以5％的速度在增加。
例如：高分子材料的发展
5.1.2 材料的分类方法
天然材料 按来源分类
人工材料
按材料的成 分和特性
金属材料 陶瓷材料 高分子材料
结构材料 按用途分类
功能材料
复合材料
金属材料
黑色金属材料
包括铁、锰、铬以及它们的合金
4、新型材料更新换代快、式样多变；如手机电 池所采用的能源材料，在比较短的时间内经历了 Ni-Cd、Ni-H、锂离子材料的变化；
5、新型材料大多是知识密集、技术密集、附加 值高的高技术材料；
5.2 金属材料
金属的性质：有金属光泽、良好的传热、导电和 延展性；
5.2.1 金属键和纯金属的晶体结构
高分子材料
新一代合成材料，优点：较高的强度、优良的塑 性、耐腐蚀、不导电等
复合材料
由金属材料、陶瓷材料和高分子材料复合组成
如：纤维增强陶瓷基复合材料，可以增加陶瓷的 韧性，解决陶瓷的脆性弱点。由纤维增强陶瓷做 成的陶瓷瓦片，用粘结剂贴在航天飞机机身上， 确保航天飞机能安全的穿越大气层回到地球上。
5.1.3 新型材料的主要特点
Chemistry and Humankind
新石器时代（公元前6000年）
到了殷商时期，人们发现，用含
SiO2较高的粘土，再加入石灰、草 木灰等含有CaO、KOH的碱性物 质，在1200度的高温下，烧出的陶
宋代五大名窑之一 钧窑产品--钧红花瓶
器硬度更高、吸水率更低，表面光
滑明亮，这就是釉层。如果用CuO、
金属间隙结构
金属单质的结构中存在许多四面体和八面体空 隙，使半径较小的非金属原子如硼、碳、氮、 氢等可ห้องสมุดไป่ตู้入空隙中，形成金属间隙化合物或金 属间隙固溶体，通称为金属间隙结构。
同时存在金属键和 共价键，原子间结 合得特别牢固。
碳原子在铁原子的空隙中可形成多种物相
奥氏体：碳在γ-Fe中的间隙固溶体。 铁素体：碳在α-Fe中的间隙固溶体。 渗碳体：铁和碳形成的化合物，化学式为Fe3C，
无机材料课件化学与人类
5.1. 材料科学的发展概况
使用纯天然材料的初级阶段 人类单纯利用火制造材料的阶段 利用物理与化学原理合成材料的阶段 材料的复合化阶段 材料的智能化阶段
旧石器时代（公元前10万年左右）
使用天然的石、木、竹、骨等材料作为守猎工具；
新石器时代（公元前6000年）
陶瓷材料的发明和应用