化学与社会生活(材料).ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,化学与社会,（材料）,吕 琳,新材料一旦应用，大大促进了科学技术和生产的发展，材料是人类文明的基石。,材料,新材料也使人类的文明生活发生变化。材料是人类生活提高的重要标志。,材料是指能为人类作有用物件的物质。,人类利用材料的历史发展：,陶器,青铜,铁器,半导体,高分子材料,各种材料百花齐放,1,、按化学组成分：,金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料、复合材料,2,、按使用性能分：,结构材料,力学性能,功能材料,光、电、磁、热、声特性和效应,3,、按材料的应用对象：,信息材料、能源材料、生物材料、建筑材料,材料的分类,结构与功能相结合。要求材料不仅能起到结构上的作用，而且能具有特定的功能。,智能型。要求材料本身具有感知、自我调节和反馈的能力，即具有敏感和驱动的双重功能。,少污染。为了人类的健康，要求材料的制作和废弃的过程中尽可能少对环境污染。,可再生。一方面是保护和充分利用自然的资源，另一方面又不为地球积存太多的废料。,节约能源。要求制造时能耗少；要求能够帮助节能和利用新的能源。,长寿命。要求材料能少维修或不维修，物美价廉。,材料的新要求,多相复合材料，包括纤维（或晶须）增强或补强的复合材料、第二相颗粒弥散的复合材料、两（多）相复合材料、无机和有机复合材料、无机物和金属复合材料、梯度功能复合材料以及纳米复合材料等，它们已成为当前材料研究的重要对象。（组成）,纳米材料，指材料的晶粒和晶界等显微构造达到纳米级尺度水平的材料。从微米级到纳米级的进步，不仅是制备工艺上的跃进，而且将推动材料科学理论的发展。纳米级材料将会有意想不到的新的和高的性能。（构成尺寸）,材料研制方向,智能材料，它既能像人的五官那样感知客观世界，又能能动地对外作功、发射声波、辐射电磁波和热能，甚至促进化学反应和改变颜色等类似有生命物质的智慧反应。当然这类材料的智慧功能的获得是材料与电子、光电子技术结合的结果。（功能）,生物材料，为了保障人类的健康和长寿，生物材料的发展尤为人们所注意。生物材料的目标是对人体组织的矫形、修复、再造、充填以维持其原有功能。它要求材料具有相适应的性能外，还必须有与人体组织的相容性以及一定的的生物活性。,材料研制方向,新兴材料的研制和生产，是科学技术知识密集的新兴产业。它的发展与新工艺、新技术密切相关。美国约有,1/3,的科技人员从事材料科学研究、开发和应用工作。目前，我国也在不断提高原有材料性能的基础上，大力发展新型材料，以满足社会发展的需要。,金属材料,无机非金属材料,合成高分子材料,复合材料,主要内容,金属材料,青铜 钢铁 铝及铝合金 钛及钛合金,金属分类,：,黑色金属,铁、锰、铬及其合金,有色金属,除去黑色金属外的金属,金属材料潜力无穷,你知道吗？,钢铁用量占金属材料总用量的,80%,，品质繁多,钢铁都为铁炭合金,按含炭量多少分为：,生铁,2.0 4.3,1.7%C,钢,0.3 2.0%C,熟铁 ,0.3%C,一、钢铁,1,、生铁,（,1,）性能：含炭,2.0 4.3%,具有脆性（含硫、磷）,（,2,）炼铁：,铁矿石、燃料、熔剂、空气,（,3,）用途：,90%,用于炼钢；,10%,用于铸造,（,4,）品种：,白口铁,化合碳,灰口铁,石墨碳,铸铁,含炭量大于,2%,的生铁经重新熔炼后则称为铸铁,球墨铸铁,浇铸前往铁水中加入少量球化剂（钙、镁、,稀土元素等）和石墨化剂（硅铁或硅钙合金）则碳,以球状石墨结晶存在，称为球墨铸铁,（,1,）碳钢中几种元素的影响：,C,：,碳含量增加可提高钢的强度和硬度，降低钢的塑性和韧性,S,：,有害元素，热加工时易开裂,热脆现象,P,：,有害元素，低温时使钢显著变脆,冷脆现象,Mn,：,炼钢时作为脱氧剂加入，与,S,生成,MnS,可清除,S,的影响，,能提高钢的强度和硬度,Si,：,作为脱氧剂加入，对钢的性能影响不大。,2,、碳钢,(2),炼钢技术,热处理技术,运用钢材因加热与冷却过程不同而得到不同内部结构的变,化规律来改变钢材的机械性能,机理：,在加热或冷却过程中发生同素异构转变现象,退火,缓慢加热，保温，随炉缓慢冷却降低硬度消除内应力,正火 退火的特殊形式，在空气中冷却，硬度比退火大,淬火,加热到一定温度以上，保温，在水、盐水、油介质中,快速冷却，提高硬度,回火,淬火后再加热，保温，冷却，降低淬火钢件中内应力,提高塑性韧性,化学热处理,在活性介质中加热，使某些元素渗入，改变表层化学成分,化学热处理的目的主要是提高钢件表面的硬度、耐磨性、抗蚀性、抗疲劳强度和抗氧化性等。,渗碳,增碳,氮化,增氮,氰化,碳氮共渗，高硬度高耐磨性,渗金属,合金元素，可获得某些特殊性能,渗铬：硬度，耐磨，抗蚀,渗硅：耐酸,渗铝：耐热，抗氧化,碳钢的用途,改善钢的组织和性能而特意加入的元素称为合金元素。合金可分为三种基本类型,:,相互溶解,形成金属固溶体,如,Cu,、,Zn,形成的黄铜合金；相互起化学作用，形成金属化合物，如,Al-Ti,合金，它的耐腐蚀性比不锈钢高,100,倍；相互混合，形成机械混合物，如焊锡。,钢中常加的元素：,Mn,、,Si,、,Cr,、,Ni,、,Al,、,B,、,W,、,Mo,、,V,、,Ti,3,、合金钢,纯金属内原子的排列十分规整,合金内原子层之间的相对滑动变得困难,镁合金密度小，硬度大，阻尼性、导热性、切削加工性、铸造性能好、电磁屏蔽能力强、尺寸稳定、资源丰富,(2%),、容易回收等优点，在交通运输、航空、航天等领域得到广泛用途。,镁中加入的金属有铝、锌、锰等。加入铝和锰能使镁合金的晶粒细化,强度提高,加入锰会提高镁合金的抗腐蚀能力。,二、镁合金,底部采用铝镁合金，便于散热的同时带来轻盈坚固的特性。,采用铝镁合金做支架,西门子铝镁合金滑盖手机,镁合金可以分成变形镁合金和铸造镁合金两类：,1,、变形镁合金,镁,-,锰系合金。可进行各种压力加工而制成管、棒、板、型材和锻件，主要用作航空、航天器的结构材料。,镁,-,铝,-,锌系合金。均为高塑性锻造镁合金。,镁,-,锌,-,锆系合金。属高强镁合金。由于塑性较差，不易焊接，主要生产挤压制品和锻件。,2,、铸造镁合金,与变形镁合金相比，在应用方面占统治地位。主要分无锆和含锆镁合金。,2002,年英国科学家开发成功具有极高强度和延展性的镁合金，这种镁合金采用急速凝固法制成，它的成分中,97%,是镁，钇和锌分别占,2%,和,1%,具有,100-200nm,的微观结构。它的强度大约是超级铝合金的,3,倍,据称是当时世界上强度最高的合金。此外它还具有超塑性、高耐热性和高耐腐蚀性。,由于镁在飞机、导弹和航天飞机上的突出作用，在第一、第二次世界大战期间，镁的生产和产量与称作“战争的晴雨表”。,你知道吗？,三、铝合金,铝合金密度小，硬度大，导电导热性能好，耐腐蚀性能好，易于加工。铝是仅次于铁的第二大金属材料,铝中加入的金属有镁、铜、锌、锰、硅等。经过热处理使强度大为提高的铝合金称为硬铝合金。增加铜和镁的含量，可提高硬铝合金的强度，但是铜含量的增加会降低合金的抗腐蚀性。加入少量的锰会提高硬铝合金的耐热性，还可降低合金在焊接时形成裂纹的倾向。,以锂作为合金元素添加到铝中而形成铝,锂合金。,在导弹和航天运载技术中，贮箱在轨道器进入轨道之前,9 min,，推进剂消耗完毕后，坠落并销毁。为了降低进入空间运输系统的有效载荷成本，美国于,90,年代利用成熟的结构材料技术研制重复使用运载器,(RLV),。轻质高强度的低温贮箱是美国发展重复使用运载器（,RLV,）的最关键技术之一。其中采用了铝合金和铝锂合金。,铝锂合金焊件,铝锂合金煅件,四、钛合金,钛比钢轻，但机械强度可与钢媲美，在极为广泛的温度范围内保持其机械强度，而且不会生锈，尤其对海水和绝大部分酸。金属钛几乎能溶解所有的金属。,地壳中钛的含量,极为丰富，含钛的矿物有,70,多种，目前工业上主要用钛铁矿（,FeTiO,3,）和金红石（,TiO,2,），,采用钠热法、碘化法或镁热法将钛铁矿石中的钛还原出来。这样还原出来的钛呈疏松多孔的海绵状，称为海绵钛。,金属钛,钛合金喇叭,佳能数码相机采用 钛合金机身,钛可和多种金属形成合金。加入的主要金属元素有：铝、钒、铬、钼、锰和铁等。这些合金元素能与钛形成置换固溶体或金属化合物而使合金强度提高。加铝可改善抗氧化性能；加钼可显著提高对盐酸的耐蚀性，加锡能提高抗热性。,目前钛及钛合金,3/4,左右用于航空航天领域，是制造超音速飞机、火箭、导弹和航天飞机不可缺少的材料，被称为“航空金属”。钛合金作为耐热、耐腐蚀材料，被广泛用于化工、石油、发电等工业中。钛与生物组织和体液有良好的兼容性，可以作为生物材料用于制造人工关节、心脏起搏器。,钛合金,钛合金烤瓷牙,钛合金换颅骨,高尔夫钛合金球头,我国钛钒储藏量居世界第一,占全世界,70,左右,.,中国钛矿分布于,10,多个省区。钛矿主要为钒钛磁铁矿中的钛矿、金红石矿和钛铁矿砂矿等。中国钛钒矿资源主要分布在四川、云南、广西等西部地区，以攀枝花为主要储藏地,.,攀枝花的二氧化钛保有储量,8.98,亿吨，其中表内储量,5.978,亿吨，约占全国储量的,93%,，世界储量的,59%.,钒矿总保有储量,V2O5 2596,万吨，占全国储量的,58%,，世界的,34.7%.,最近,在我国泌阳,-,南阳桐柏之间又发现了世界最大的金红石矿,有巨大的开采价值,.,使我国钛钒矿资源又有了新的增长,.,五、几种特殊的金属材料,形状记忆合金,储氢合金,金属的超导性,金属玻璃,未来的金属合金,在,20,世纪,60,年代初，美国海军研究所一个研究小组，偶然发现镍钛合金丝竟然也具有一种“形状记忆”的本领。,科学家们对此进行了深入的研究，发现铜锌合金、铜铝镍合金、铜铝镍合金、铜金锌合金等也都具有这种奇特的本领，即人们可以在一定温度范围根据需要改变它们的形状，到了一定的特定温度，它们便一个个自动恢复到自己原来的形状。而这一“改变,恢复”的现象可重复进行，其记忆力决不会降低。人们把这种现象叫做“形状记忆效应”，将具有“形状记忆效应”的合金，叫做“形状记忆合金”。,何谓形状记忆合金,你知道记忆合金的发现历史吗？,1,、形状记忆合金,50%,镍和,50%,钛的合金在温度升高到,40,C,以上时，能“记住”自己原来的形状。,镍钛记忆合金“花瓣”在相应的温度下慢慢绽放,合金的这种记忆效应是由合金的“相变化”来实现的，随着温度的改变，合金的结构从一相转变到另一相。在转变温度以下，金属晶体结构处于一种不稳定结构状态，在转变温度以上，金属结构是一种稳定结构状态，一旦把材料加热到转变温度以上，不稳定的晶体结构就转变成稳定结构，材料也就恢复了原来的形状。,记忆合金为何具有“记忆”,记忆合金的应用,用记忆合金制作的眼镜架。当这种眼镜架弯曲时，只要将它放入,55,的温水中，即可恢复到原来的形状,在,民用产品,方面，形状记忆合金可用于移动电话天线、钓鱼线、眼镜的镜架等。,在,医疗器械,方面，形状记忆合金可用于矫正脊椎骨，校正牙齿。,形状记忆合金矫正牙齿,也有人用记忆合金黄铜弹簧制成防烫伤莲蓬头，当水的温度太高时，弹簧可以自行关闭热水，以防止淋浴时意外烫伤。,记忆合金制成元件，安装在工厂、仓库、宾馆等建筑的电路中，人们会迅速将火灾消灭在发生之前。,用,TiNi1,镍钛记忆合金制作的记忆合金热机实验装置。将冷热水分别置于两个水槽中，利用冷热水的交替作用，即可使水槽上方的螺旋桨转动或停止,在,建筑,方面，形状记忆合金是连接零件和管道的能手。,用记忆合金连接管道,在,航天航空,技术方面，利用形状记忆合金将折叠成小球的天线带到月球上，将其架设成直径为若干千米的半球形月面天线。,20,世纪,60,年代中期，科学家发现,LaNi,5,和,FeTi,等金属间化合物具有可逆储氢的作用，即储氢合金能与氢气发生化学反应，使氢分子在其表面被催化分解成氢原子，然后氢原子再进入金属点阵内部，生成金属氢化物加热后又能释放出氢，相当于储氢“容器”。从理论上讲，相当于氢气瓶重量,1/3,的某些金属，就能吸收与氢气瓶贮氢容量相当的氢气，而它的体积却不到氢气瓶的,1/10,。,具有储氢能力的金属和合金已经发现不少，其中接近实用化的有：钛铁合金、镧镍合金、镁镍合金。,2,、储氢金属,CaCu,5,的结构,储氢合金,LaNi,5,结构和,CaCu,5,相同,储氢合金粉,贮氢材料的重要应用是制造稀土贮氢电池。稀土贮氢电池将作为各种高级电子设备，如摄像机、磁带录象机、液晶电视接受器、语言处理机、书本式个人计算机、无码电话以及其他紧凑、轻便、易携带的电子设备中的电源而获得广泛应用。,储氢材料,储氢材料与燃烧电池,钛铁合金,是一种比较便宜而实用的储氢材料，在室温附近的分解压是几个大气压，用它来取代氢气瓶，重量可以减轻一半。,镁镍合金,是一种具有很好的储氢能力且价格便宜的材料，但它的放氢温度比较高。,储氢合金可用于以,H,2,为燃料的汽车,1911,年荷兰物理学家卡梅林,昂内斯首次将氮液化并获得,4.6,（,268.,）的低温,.,在低温情况下，许多金属电阻急剧下降，甚至消失！这意味着金属在低温条件下的导电本领突增亿万倍，将节约大量电能。,各国科学家争相进行这方面的研究。现已发现有几百种金属、合金、化合物在低温下有这种电阻几乎消失的特性。人们称这种现象为“超导现象”。,3,、金属的超导性,何谓超导现象,为什么一些金属和化合物在低温条件下会具有非凡的超导本领呢？目前，比较有影响的解释是原苏联科学家博古留波夫的超导理论。他认为，在低温下一些金属和化合物的原子被“冻僵”。因此，当通上电流后，自由电子便不会像原来那,样处处受到阻碍、碰撞，而是畅通无阻，并由此产生了永久的电流。也就是说，在低温条件下出现了金属和化合物的超导现象。,目前实用价值最高的三种超导材料是铌钛合金、铌镍合金和钒镓合金。,金属为何具有超导性,超导体在低温下工作时失去电阻的温度称作“临界温度”。显然，临界温度越高，超导材料就越有应用价值。现在全世界有,200,多个实验室正在进行实验，以获得高临界温度的超导材料，由此产生了一股超导热。,1987,年,2,月,15,日，美国科学家研制出了,98,的超导体；该年,2,月,24,日中国科学院宣布赵忠贤、陈立泉等获得了,100,的超导体。目前，我国和日本等国在低温超导的实用温度研究方面已达到“液氮温度”，即,196,。超导材料进入实用阶段已为时不远了。,金属超导材料的研究,可实现远距离无损耗输电。,可以用来产生很强的磁场。不久前，美国制成了世界上最强的脉动式超导磁体，磁场强度为,68,万高斯，其导电线圈用铜钛合金与铌复合而成。磁悬浮列车也是超导现象所产生的“魔力”！,在宇宙飞船上，采用超导磁体屏蔽高能辐射粒子，可以防止高能辐射损伤。美国空军已采用强超导磁体作为屏蔽实验装置，利用超导磁体扑获等离子体，这样可以大大减轻飞船外壳的烧伤程度。,用以制造比现有发电机输出功率高,100,倍以上的超导发电机。,用以制造体积小、功率大的超导电子元件,“,冷子管”及高速运算的超导电子计算机。,金属超导材料的作用,神秘的低温世界，已被人们打开了大门，超导材料正愈来愈显示出强大的生命力！,上海磁悬浮列车,德国西门子,1.5T,超导核磁共振机,超导型磁共振成像系统,计算机用热超导散热器,研究结果表明，把高温熔化的金属液体超速骤冷，金属原子来不及按常规排列结晶，还处于不整齐、杂乱无章的状态便“冻结”了。这样，金属或合金就变成了像玻璃一样的非结晶态金属。人们把非结晶态的金属叫做“金属玻璃”或“玻璃态金属”。,形成金属玻璃的超速骤冷，简直快如闪电，冷却速度至少要达到每秒,1000,以上。,4,、金属玻璃,金属玻璃兼有金属和玻璃的优点，又克服了两者各自的弊端。,玻璃易碎，没有延展性，金属玻璃则具有一定的刚性的韧性；,玻璃的强度很低，金属玻璃的强度高于钢，硬度超过工具钢；,金属材料易在它的原子排列有缺陷的地方被拉断，金属玻璃的原子排列是混乱的，没有特殊的薄弱之处，因此其断裂强度要高得多，可达,350,公斤厘米；更可贵的是，在达到如此高强度的同时，仍保持着令人难以想象的韧性和可塑性，可用来制造高压容器和火箭等关键部位的零部件。,普通玻璃没有磁性，许多金属玻璃却有很好的磁学性质，可以用来制作电流脉冲变压器、双稳态开关和存贮器、倒相变压器以及性能良好的磁泡器件等，另外，用非晶态磁性材料制成的录音、录像磁带比一般磁带的存储量要大得多，做成的磁鼓也十分耐磨。,金属玻璃还有良好的超导性和抗辐射能力；,硅金属玻璃制成的太阳能电池价格较低，为太阳能的利用创造了良好的条件。,近来，科学家们提出了一条产生新材料的绝妙途径，那就是给一些材料创造一个特殊的环境。,在地球上由于受到重力的作用，不可能制得非常均匀，很难做到纯圆。在无重力环境中，许多在地球上无法制得的东西都能制得。在太空中却能做到。,1983,年,4,月，美国“挑战者”号航天飞机宇航员，在失重条件下，制造出一种直径只有,10,微米的塑料微球。不久前，美国国家标准局公开出售主要用来作测量人体微血管直径的标准球粒。这些肉眼难以分辨的透明微粒，是世界上第一批在太空制造的商品。制造这种微球粒的原料是聚苯乙烯，每公斤不到,1,美元。但是，在太空中加工成纯圆的微球体后，每公斤售价高达,100,万美元至,350,万美元。,5,、未来的金属合金,在地球上制造合金时，因各种金属比重不同，在熔炼中，当合金溶液从液态变为晶态这一段时间里，因受重力作用，金属的微粒是不能均匀地混合在一起的，所制的合金很难达到处处均匀。如果在宇宙飞船中失重的情况下，因为所有物质在这里都不受重力的作用，因此没有任何轻重之分，所以只需把几种金属熔化混合，就可得到非常均匀的合金材料。,科学家们预言：在太空失重的情况下，可以解决许多工业技术难题，制造出许多具有优良性能的新材料。这很可能导致一场伟大的技术革命。到,2020,年以后，人们将逐步从太空大量获取物质和能量供地球应用，以及利用地外资源在太空建立主体工业，如冶金工业、制药工业、特殊材料工业等。这样，月球将成为重要的工业基地。,无机非金属材料,无机非金属材料是人类使用的历史最为悠久的材料之一。传统无机非金属材料多为硅酸盐，新型无机非金属材料已远远超出了硅酸盐的范畴,庞大的无机非金属材料体系应用及其广泛,遍布人类生活、生产、研究的各个领域。,一、陶瓷,新型陶瓷材料的化学组成已远远超出了硅酸盐的范围，例如透明的氧化铝陶瓷、耐高温的二氧化锆陶瓷、高熔点的氮化硅陶瓷等。,传统陶瓷,是从高温窑中烧制出来的硅酸盐产品，它的原料是普通和便宜的粘土。,新型陶瓷,氧化铝陶瓷喷嘴,1,、传统陶瓷,原料,：黏土（是由花岗岩里的正长石,KAlSi,3,O,8,长时间 在二氧化碳和水的作用下，分解,而成的，瓷土是 含杂质较少的黏土，主,要成分可表示为,Al,2,O,3,2SiO,2,2H,2,O,）,工艺,：,精选原料,成型,绘图,上釉,烧制,特点,：,抗氧化、耐酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、,易成型。但有脆性，抗拉、抗弯和抗冲击,性差,陶瓷是我国人民使用最久的一种日用器皿，在工艺上达到了登峰造极的地位，制作工艺相当复杂。我国劳人民在,8000,年前就开始使用陶瓷，一世纪已发明瓷器。我国被称为瓷国。,扬州蓝白龙梅瓶,工艺,：,传统手工生产连续自动、掺高温高压微波烧结,应用：,生活和艺术品工业品,性能：,简单功能光、电、磁、热、声多功能,2,、新型陶瓷,原料,：,天然矿物人工合成超细、高纯的化工原料,结构,：,硅,氧四面体为基本结构单元,TiO,、,Zr,O,、,AlO,、,SiO,、,CSi,等多面体,高温结构陶瓷,特点：,耐高温、不怕氧化、耐酸碱腐蚀、强度大、耐磨,损、密度小。,种类：,在大热流和,1500,C,以上高温下短时间使用，主要用,于空间和军事技术。,在中热流和,1200C,的高温下长时间使用，主要用于,新能源技术和现代工业。,种类,:,氮化物、碳化物、硼化物、硅化物等。,高温结构陶瓷,氮化硅陶瓷部件,氮化硅的硬度高、熔点高、结构稳定、绝缘性能好，并且耐磨损，除氢氟酸外，不与其它无机酸反应，抗腐蚀能力强，高温时也能抗氧化，而且还能抵抗冷热冲击，在空气中加热到,1000,以上，急剧冷却或急剧加热也不会破碎，因此，人类常常利用它来制造汽轮机叶片、轴承、永久性模具等。,像钢一样强、像金刚石一样硬、,像铝一样轻的新型无机材料。,氮化硅,与氮化硅相比，室温强度稍低，但,其强度随温度的升高降低很少，蠕,变小，抗氧化性能好，耐磨损、耐,腐蚀性能优。,碳化硅,陶瓷的,耐热性,好，使发动机效率大幅提高；,工作温度,高，可使燃料充分燃烧，减少废气对环境的污染；,热传导性比,金属低，使热量不易散失，节约能源；具有较高的,高温强度,和,热稳定性,，可延长发动机的使用寿命。,拓展视野,陶瓷发动机,陶瓷发动机部件,陶瓷发动机组装的车,一般陶瓷内部存在杂质和气孔，所以就不透明了。如果选用高纯原料，并通过工艺手段排除气孔，就可能获得透明陶瓷。,透明陶瓷材料,首款透明陶瓷镜片卡西欧,S100,光学透明尖晶石,(MgAl2O4),透明陶瓷主要有,:,氧化镁、氧化铍、氧化钇、氧化钇,二氧化锆等多种,氧化物,；,砷化镓、硫化锌、硒化锌、氟化镁、氟化钙等多种,非氧化物,。,高纯氧化铝透明陶瓷管,高压钠灯,高压钠灯、防弹汽车的窗、坦克的观察窗、轰炸机的轰炸瞄准器、高级防护眼镜等。,防弹运钞车,防护眼镜,用途:,生物合金易腐蚀，生物高分子易老化，生物陶瓷耐腐蚀，更适合植入人体，耐酸碱度的变化。,生物陶瓷人工听小骨假体,生物陶瓷材料,-TCP,陶瓷人工骨,生物惰性陶瓷：强度大、硬度高、有良好的耐磨性、抗生理腐蚀性和生物相容性。主要用于关节、牙等硬组织的修复和替换。,生物活性陶瓷：能在人体组织和植入件结合面上形成化学结合。可用于颌骨、耳听骨修复和人工牙种植等。,可吸收生物陶瓷：植入人体后可逐渐降解而转化为人体骨组织，它的成分几乎与人骨相同。,电性能随热、湿、气、光等外界条件的变化而产生敏感效应的陶瓷统称敏感陶瓷。通过不同搀杂和加工可以得到各种敏感陶瓷。,敏感陶瓷材料,热敏陶瓷,湿敏陶瓷,气敏陶瓷,（,1,）热敏陶瓷：根据陶瓷的阻热特性可以制成测温仪、控温仪等。电饭锅的温控，某些军事装备中需要在特定温度下工作的元器件的正常工作，都需要这种陶瓷制成的热敏元件。,在常温下，杯子呈现稳定颜色；达到一定温度后杯子的外壁图案发生奇妙的变化。,热敏陶瓷马达启动元件,热敏陶瓷是一类电阻率明显随温度变化的功能陶瓷。按阻温特性分为正温度系数,(,简称,PTC),热敏陶瓷和负温度系数,(,简称,NTC),热敏陶瓷。正温度系数热敏陶瓷的电阻率随温度升高按指数关系增加。常用的正温度系数热敏陶瓷是掺入施主杂质、在还原气氛中烧结的,半导体化,BaTiO,陶瓷,，主要用于制作开关型和缓变型热敏陶瓷电阻、电流限制器等。负温度系数热敏陶瓷的电阻率随温度升高按指数关系减小。这种陶瓷大多是具有尖晶石结构的,过渡金属氧化物固溶体,，即多数含有一种或多种过渡金属,(,如,Mn,，,Cu,，,Ni,，,Fe,等,),的氧化物，化学通式为,AB,2,O,4,，其导电机理因组成、结构和半导体化的方式不同而异。负温度系数热敏陶瓷主要用于温度测量和温度补偿。此外，还有电阻率随温度升高呈线性变化的热敏陶瓷，以及电阻率在某一临界温度发生突变的热敏陶瓷。后者用于制造开关器件，故称开关热敏陶瓷。,（,2,）湿敏陶瓷和气敏陶瓷,湿敏陶瓷大部分做成多孔陶瓷，利用其微孔中吸附水分后，其电阻发生显著变化的特点，做成湿敏元件作为检测湿度的传感器,湿度的测量与监控对于工厂特别是精密车间、仓库特别是粮食仓库，乃至居住环境对人体健康都很重要。,过去对各种有害气体进行检测和监控的方法如化学分析、色谱分析等，需用各种复杂的仪器设备，分析周期也长，并且难以在现场实现快速监控。气敏陶瓷的出现从根本上改变了这种状态。气敏陶瓷是某些半导体陶瓷在吸附了某种气体后其电阻值会发生敏锐变化的一类材料，利用这一特点做成气敏元件可直接、简便、灵敏的检测各种气体。,有些陶瓷好像动物一样具有灵敏嗅觉，对还原性气体很敏感，如二氧化锡陶瓷。由于它周身多孔，又称多孔陶瓷。在空气中，这种陶瓷表面可吸附氧气，被吸附的氧夺取二氧化锡内部的电子形成离子，使二氧化锡内部电子密度减少，电阻率增大。如果把它加热到,300,，又有可燃性气体（如丙烷、一氧化碳等）存在时，二氧化锡表面吸附的氧就会与可燃性气体发生化学反应，被吸附夺去的电子释放出来，二氧化锡又恢复了原来的导电状态，电阻率的变化可达几百倍。人们可根据电阻率变化辐度的大小，可测出还原性气体的存在与含量。,我国利用这种嗅敏陶瓷制成了一系列气体检测器、报警器，用来检测多种还原性气体，不仅在国内得到广泛应用，而且已进入国际市场。,你知道吗？,（,3,）光敏陶瓷。半导体陶瓷在光的照射下，能够产生光电导或产生光生伏特效应，利用这些效应可以制成光敏电阻用于光电控制，如自动送料、自动给水。自动曝光、自动计数、自动报警，用于红外光区可作红外探测器；利用光生伏特效应可做光电池或称太阳能电池，对太阳能的利用有重大的意义。,(,CdS,),玻璃,人工玻璃的制造，开始于公元前,3000,至,4000,年，是由陶瓷生产演变而来的。相传古埃及有位工匠一次在一个刚刚制好的泥坯上，无意中粘上苏打和沙粒的混合物。泥坯烧好后，外面就形成了一层致密而光滑的釉。后来人们学会了单独用釉来烧成小珠子之类的东西，这就是早期制造的玻璃。我国也是最早掌握玻璃制造技术的国家之一。,玻璃是建筑材料中最为基本的材料之一，可用于采光、隔热以及装饰等。玻璃是无定形硅酸盐的混合物，它的结构单元也是二氧化硅四面体，但是这些四面体之间的排列不像在晶体内完全有规律，而是杂乱无章的。在硅酸盐玻璃结构中不仅二氧化硅四面体的排列没有规律，而且钠离子的位置也毫无秩序，因此，它没有确定的熔点，而是在某一温度范围内逐渐软化。在软化状态时，玻璃可吹成或轧成任何形状。,巴黎圣母院,原料：石英砂、,SiO,2,、,纯碱、,CaCO,3,原理：,CaCO,3,+SiO,2,CaSiO,3,+CO,2,Na,2,CO,3,+SiO,2,Na,2,SiO,3,+CO,2,用途：用于制造玻璃瓶、玻璃管和门窗玻璃等。,1,、普通玻璃,为了保护视力，过去人们一直都喜欢戴墨镜，但墨镜在光线弱时，会影响人们对周围事物的真实观察。如果在玻璃中加入卤化银和少量氧化铜，并且给以热处理，使卤化银晶体部分沉淀出来成为微晶，那么，当紫外线照射到微晶的时候，晶体可以暂时分解成卤素和银，微细的银粒可使玻璃变暗色，减少光线通过。除去光照后，在氧化铜的催化下，卤素和银又重新结合，形成无色晶体。这就是常见的变色玻璃。,变色玻璃,2,、特殊玻璃,众所周知，玻璃不是结晶态存在，它是玻璃态固体。如果在玻璃的配料中加入少量金、银、铜等金属类作晶核，诱使玻璃形成微小晶胞，这样可以制得微晶玻璃。微晶玻璃具有耐高温（,1300,才软化），耐腐蚀、耐热冲击等特性，可作现代导弹头的雷达罩和特殊轴承等。,微晶玻璃,玻璃是绝缘体，但是，如果在玻璃的表面上覆以金属氧化物薄膜时，这种玻璃便成了良好的导体了。薄膜的厚度，通常不到,1,4000,厘米，所以几乎不影响玻璃的透明度，这种玻璃既叫导电玻璃，又叫覆层玻璃。,用导电玻璃来作车辆、船舶和飞机的观察窗时，只要通上少量电流，就能使玻璃表面发热，无论是在高空或大冷天，窗玻璃上都不会结冰，从而大大增加了行进的安全。,导电玻璃,在玻璃材料制成后，再进行特殊的淬火处理，就可制得钢化玻璃。其具体过程是，把普通玻璃放入特制的加热炉中均匀加热，当加热到接近于软化点时的一刹那，迅速投入到温度较低的油浴中急速冷却，就像钢铁淬火一样。玻璃在急速冷却中，表面收缩的快，内层收缩的慢，这样就使玻璃表层分子间结合的特别紧，改变了玻璃的原有性质，其机械性能与热稳定性均比普通玻璃高的多，不易破碎。这就好像给玻璃穿上了一层盔甲，增强了抵抗外力的能力。所以人们称这种玻璃为钢化玻璃。钢化玻璃已大量地用于车、船、飞机、拖拉机等挡风玻璃，以及特种建筑物的门窗玻璃等。,钢化玻璃,有一种玻璃具有和照像底片类似的光敏性，当这种玻璃受紫外线照射时，其受光部分会形成核状晶体，而其未受光部分，却仍然晶莹透明，这种玻璃通称为“光敏玻璃”。这种玻璃的晶核很容易被氢氟酸腐蚀，氢氟酸对其腐蚀速度要比未受光部分的玻璃快,20,倍。现在广泛用这种光敏玻璃来制印刷板，精密印刷线路，特别用它制作每平方厘米上均匀布有,54000,多个微孔的彩色电视显像管等。,如果把荧光材料再加到上述光敏变色玻璃中，那么在白天它可以吸收太阳紫外光，发出荧光，它的余辉能够持续到晚上，可以照亮夜晚的道路和建筑。这种玻璃白天透光，夜晚发光，既节省能源又可自动调节亮度，是未来道路建设上很有希望的材料。,光敏玻璃,光导纤维又称导光纤维,光学纤维，是一种把光能闭合在纤维中而产生导光作用的纤维。它能将光的明暗,光点的明灭变化等信号从一端传送到另一端。光导纤维是由两种或两种以上折射率不同的透明材料通过特殊复合技术制成的复合纤维。它的基本类型是由实际起着导光作用的芯材和能将光能闭合于芯材之中的皮层构成。,光导纤维有各种分类方法：按材料组成成分可分为玻璃,石英和塑料光导纤维；按形状和柔性分为可挠性和不可挠性光导纤维；按纤维结构分为皮芯型和自聚集型（又称梯度型）；按传递性分为传光和传象光导纤维；按传递光的波长分为可见光,红外线,紫外线,激光等光导纤维。,拓展视野,-,光导纤维,玻璃纤维的细度越细，则柔韧性越好，合股线的强力也就越高。又由于玻璃的透光性能好，还有传递光能的作用，因此，从,20,世纪,70,年代起，人们就成功地将二氧化硅玻璃纤维用于光通讯技术。这是第一代光导纤维，它是用二氧化硅玻璃纤维做芯线，线外用甲基丙烯酸酯涂膜，以增强光导纤维的机械强度和防止光能散射。通讯的原理是用玻璃纤维接受光讯号,再传导给光调制器,并经光探测器和光接受机，通过接口件转换成电磁讯号。这种光导纤维的重量只有普通电话电缆的千分之一。而且这种通讯方法具有容量大,抗干扰性好,能量衰耗小等特点。,玻璃与光导纤维,但是，这种光导纤维的抽丝和对接难度大，推广应用困难。于是，,1964,年美国首先研制成功了第二代光导纤维，它采用合成材料做芯线（如用重氢取代氢离子的聚甲基丙烯酸甲酯做芯线），外层涂料用聚乙烯或聚四氟乙烯。也有采用丙烯腈做芯线，用聚苯乙烯做涂料的光导纤维。这种光导纤维的芯线透射率高，涂层折射率低，光能损耗低于,20dB,，,而且加工技术简单，可加工极细的光导纤维，目前应用的细度可达,0.005mm,以下，可方便地根据需要来加工导线的长度，这样可减少接头的损耗，而且柔软度优于玻璃纤维，便于推广使用。光导纤维一般以束,缆,板,管等形式使用。制造有机导光纤维的内芯和涂层材料很多，有的在聚甲基丙烯酸甲酯纤维上覆盖一层聚乙烯或其他不同折射率的材料（如聚四氟乙烯），还有的采用聚丙烯腈树脂覆盖腈纶芯丝。,光导纤维的发展,1.,节省大量的金属资源；,2.,使用寿命长；,3.,结构紧凑，体积小；,4.,性能比电缆好得多，具有容量大,抗干扰性好,能量衰耗小，传送距离远,重量轻,绝缘性能好,保密性强,成本低等特点。,5.,频率范围宽，传递的音质好，图像清晰,色彩逼真。不受空间各种频率电磁波的干扰，也不会受到风,雨,雷,电的影响。,几组数据：,一根直径只有千分之一的光导纤维，可以同时传递,32000,对电话。如果采用激光通讯，一条光电缆能同时接通,100,亿条电话线路和,1000,万套电视通讯，可供全世界每人,2,部电话使用。,光导纤维与通讯,光缆光纤,1.,医学上，光导纤维可以用于食道,直肠,膀胱,子宫,胃等深部探查内窥镜（胃镜,血管镜等）的光学元件和不必切开皮肉直接插入身体内部，切除癌瘤组织的外科手术激光刀，即由光导纤维将激光传递至手术部位。,光导纤维与其他,2.,利用塑料光纤光缆传输太阳光作为水下,地下易燃,易爆,潮湿和腐蚀性强的环境中照明。还是未来最佳的灯具，今后的高层建筑,礼堂,宾馆,医院,娱乐场所,甚至家庭都可直接使用光导纤维制成的天花板或墙壁，以及彩织光导纤维字画等。,3.,在国防军事上，可以用光导纤维来制成纤维光学潜望镜，装备在潜艇,坦克和飞机上。,电子内窥镜,1774,年，英国工程师斯密顿奉命在英吉利海峡建筑一座灯塔。经过无数次试验，最后，他用石灰石、粘土、沙子和铁渣等经过煅烧、粉碎，并用水调合后，注入水中。这种混合料在水中不但没有被冲稀，反而越来越牢固。这样，他终于在英吉利海峡筑起了第一座航标灯塔。,水泥,水泥是如何发明的？,在斯密顿试验的基础上，英国一位叫亚斯普丁的石匠，又摸索出石灰、粘土、铁渣等原料的最合适的比例，进一步完善了生产这种混合料的方法。,1824,年，亚斯普丁的这项发明取得了专利。由于这种材料硬化后的颜色和强度，同波特兰地方出产的石材十分相近，故它取名为“波特兰水泥”。从此，这种建材的水泥名称便被沿用下来。,为了克服波特兰水泥抗拉强度低的缺点，法国工程师克瓦涅首先提出在这种水泥中引入钢筋的设想。,1861,年，克瓦涅用水泥、钢筋和砂石成功地筑起了一座水坝，并取名为“混凝土”水坝。从此，比水泥更好的建筑材料,“,混凝土”又出现了。钢筋水泥建筑物也应运而生，名声大震，展现出前所未有的雄姿风采。,俄罗斯混凝土和钢筋混凝土科学研究所，近来发明了一种廉价、适用的屏蔽材料,导电水泥。为了使水泥导电，他们在水泥中添加了煤焦。用这种水泥建造的楼房，楼房本身就是一个屏障，并且比金属屏障更加安全可靠。可以用导电水泥建造热交换器、干燥室、不结冰的机场跑道、人行道和楼梯，以及建造带有暖墙和暖地的住房等。还设想把导电水泥加热器用在洗衣机、熨衣机、熨斗和其他加热器具中。它真不愧为是一种多才多艺的新型建筑材料，它的应用前景非常广泛。,拓展视野,-,导电水泥,合成高分子材料,几千年前,天然高分子材料,19,世纪,化学改性天然高分子材料,20,世纪后,合成高分子材料,棉,麻,丝,毛,皮,1839,年硫化橡胶,1868,年硝化纤维,1907,年酚醛树脂,合成高分子工业得到迅速发展，并渗透到人们生活的各个方面。合成材料的世界产量在体积上早已远远超过全部有色金属的总产量，成为当今国民经济、国防尖端和高科技领域不可缺少的材料。,高分子,合成材料,高分子,工程材料,高分子,功能材料,合成纤维,合成橡胶,合成塑料,高分子黏合剂,油漆涂料,光敏性高分子材料,高分子功能膜,导电高分子材料,生物医药高分子,高吸水性高分子材料,1000,个以上的原子通过共价键结合形成，相对分子质量,10,4,-10,6,组成不复杂，大体有三种结构：线型长链不带支链、线型长链带支链、体型网状。,由于单键可以自由旋转，线型长链高分子处于自然卷曲的状态，当有外力作用在分子上，卷曲的分子可以被拉直，但外力一除去，分子又恢复到原来的状态，因此合成高分子都具有柔顺性和弹性。线型高分子加热可熔化，也可溶于有机溶剂，易于结晶。合成纤维和大多数塑料都是线型高分子。,结构特点,高分子的短程有序。,晶态高分子的耐热性和机械强度一般要比非晶态高分子高，而且有一定的熔点。,非晶态线型高分子没有固定的熔点，在不同的温度范围内可呈现三种不同的物理形态，即玻璃态、高弹态和粘流态。,对于非晶态高分子,Tg,的高低决定了它在室温下所处的状态及其应用范围。塑料的,Tg,高于室温，处于玻璃态，而橡胶的,Tg,低于室温，处于高弹态。,塑料、纤维和橡胶并无严格的分界线，例如，纤维未定向拉伸之前，或橡胶在低温下都是塑料。,结构特点,高分子的结构特点，使其具有热塑性、热固性、耐磨性、绝缘性、相对密度小、比强度高等特点。,性质特点,广泛的用途,1,、塑料,一、三大合成材料,塑料是在一定的温度和压力下可塑制成型的合成高分子材料。,按性能和用途分：通用塑料、工程塑料、特种塑料、增强塑料。目前全世界投入一定规模生产的塑料品种近,300,余种，这些品种我国都能生产。,何谓塑料,塑料的种类,美国已用塑料建成一座全密封式的体育场；将来还要用巨大充气塑料气球