化学必修 第二册第三单元 金属材料的性能及应用教课内容课件ppt

这是一份化学必修 第二册第三单元 金属材料的性能及应用教课内容课件ppt，共22页。PPT课件主要包含了金属材料的性能，合金及其应用，金属与非金属，拓展视野，完成课后相关练习等内容，欢迎下载使用。

人们已经发现的金属元素有90余种，形成了丰富多样的金属材料。金属材料因其优良的性能，在改善人类生活、促进生产力发展的过程中发挥了巨大的作用，有力地推动了人类文明的进程。人们在金属材料的开发和应用实践中，也拓展了化学科学研究的新领域。
金属材料在工农业生产和社会生活的各个方面应用广泛。从使用的要求和性能看可以从以下几个方面来分析。 金属材料在使用过程中，必然会受到多种力的作用，从而体现出一些力学性能，如延展性、硬度、塑性等。
金属材料常在工业产品中起到导热和导电的作用，而且能够在一定温度范围内稳定工作，与金属材料的密度、熔点、导电性、导热性等物理性能密切相关。 金属材料在使用过程中不可避免地会暴露在空气中，或者接触到一些化学药品。所以，人们也希望金属材料能够具有抗氧化性、耐酸碱性等化学性能。 从金属原材料到最后的金属产品，加工成型这一步骤必不可少，那么，就必须考虑它们的可铸性、可锻性、切削加工性等工艺性能。
随着时代的发展，人们对材料性能的要求也越来越高，需求越来越多样化。纯金属材料的性能比较单一，难以满足生产、生活和高新科技领域的需要。科学家在长期的研究和实践中发现，将两种或两种以上的金属(或金属与非金属 ) 共熔，可制备出特殊的金属材料，这种材料叫作合金。例如，在焊接电子元件中使用的焊锡是锡和铅的合金，生铁和钢都是铁和碳的合金。合金与纯金属在组成和结构上的不同，使得它们的性质存在较大的差异，人们恰好利用这一点制备出了性能更强、用途更广的合金材料。
合金的硬度一般都比组成它的纯金属大。20世纪初，德国工程师维尔姆将铜、镁、锰等加到铝中，得到了强度比铝高得多的合金，人们将这种新型的合金称为硬铝。硬铝等铝合金材料的硬度比纯铝大，但又保持了铝密度小的特点，常被用于飞机部件和门窗等受力构件的制造。
铝合金成本低，性能优异，密度小、强度大、塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性，抗腐蚀能力强，装饰效果好，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中都得到广泛的应用。目前铝合金的使用量仅次于钢，发展前景广阔。
多数合金的熔点低于组成它的任何一种组分金属。例如，由锡 (熔点232℃)、铋(熔点271℃)、镉(熔点321℃ ) 和铅(熔点327℃)等金属按照一定的质量比制成的武德合金熔点只有67℃ ，它可以用来做电器、火灾报警等装置中的保险丝。
合金硬度大、熔点低的秘密合金与纯金属的性质差异是由它们的结构决定的。在纯金属中，所有的原子大小相同，排列比较整齐。而形成合金后，加入了较大或较小的其他元素的原子，改变了金属中规则的层状排列，层与层之间的滑动变得困难，所以合金常比组成合金的纯金属硬度更高。
固体的熔点与原子排列是否整齐有关。合金中原子的大小不一，与纯金属相比，排列整齐程度下降，使得原子之间的相互作用力减小。所以，多数合金的熔点一般比其组成金属的熔点低。
合金的导电性和导热性一般低于任一组分金属。像镍铬铝铁、镍铬铝铜等合金，具有很高的电阻率，可用于制备电路中的精密元件。
钢铁有诸多优良的机械性能和电学特性，但在使用过程中却很容易被腐蚀，抗腐蚀性能优越的不锈钢材料就很好地解决了这个问题。不锈钢中除了铁元素外，主要的合金元素是铬(占12%~32%)。铬具有很强的耐腐蚀性，在空气中表面会生成一层致密的氧化物，防止内部进一步被氧化，从而保护了内层金属。 钛合金是一种新型的金属材料，其强度高，密度小，耐热性好，易于加工，抗腐蚀性强，远优于不锈钢，即使将它们放入海水中数年，取出后仍然光亮如新。
钛的应用 钛和钛合金被认为是21世纪的重要金属材料，被广泛应用于医疗、火箭、导弹、航天飞机、船舶、化工和通信设备等领域。 例如，在飞机的发动机、骨架、紧固件及起落架等部位都可使用钵合金；钛与人体骨骼相近，具有良好的生物相容性，钛和铁合金可作人体的植入物，制造股骨头和各种关节等；在汽车制造行业，用钛合金代替钢铁能减轻汽车质量，提高汽车的安全性能，减少汽车的油耗。钛和钛合金还被广泛用于核潜艇、深潜器、破冰船、扫雷艇等军事和海洋工程装备上。在日常生活中，钛合金还可用于制造网球拍、轮椅、眼镜架等。
除金属材料外，生产、生活中大量使用的还有无机非金属材料。从人类早期使用的石器工具、陶瓷器皿，再到现代社会广泛利用的水泥、玻璃，无机非金属材料在人类的生产、生活中已不可或缺。20世纪60年代以来，无机非金属材料迅猛发展，半导体材料和光导纤维等相继被发现和发明，它们的出现也成为现代信息技术和通信技术发展过程中重要的里程碑。这些非金属材料具有某些比金属材料更优越的性能，可以弥补金属材料的不足。
非金属元素及其化合物是无机非金属材料的主要成分。硅的导电性介于导体和绝缘体之间，是一种重要的半导体材料，被广泛用于电子工业的各个领域。工业上利用二氧化硅可以制得高纯度的硅。
光导纤维的主要成分是二氧化硅，可用来制造通讯光缆，用于光纤通信或传送高强度的激光等。光导纤维导光能力非常强，一条光缆由多条光导纤维组成，因此可以利用光缆传输大量的信息。用光缆代替普通的金属通信电缆可以节约大量有色金属。
新型陶瓷材料新型陶瓷分为结构陶瓷和功能陶瓷两大类。结构陶瓷具有机械功能、热功能和部分化学功能，如高温结构陶瓷等；功能陶瓷具有光、电、磁、化学和生物等方面的特殊功能，如压电陶瓷等。
高温结构陶瓷主要是指能在高温条件下承受静态或动态机械负荷的陶瓷，主要有高温氧化物 (如氧化铝陶瓷) 和高温非氧化物(如氮化硅陶瓷) 两大类。它们具有较好的高温强度、耐热震性、抗腐蚀、抗氧化和结构稳定性等特性。高温结构材料弥补了金属材料在高温下不耐氧化、易腐蚀的不足。
压电陶瓷是具有压电特性的电子陶瓷材料，其主要成分是钛酸钡和钛酸铅。压电陶瓷对外力极为敏感，可将极其微弱的机械振动转换成电信号，常被用于声呐系统、气象探测、遥测环境保护等领域。用它制作的压电地震仪能精确地测出地震强度、方位和距离。