材料化学第讲概述优秀课件

❖ 新石器时代
例如焦炭和钢铁的生产开始了资本主义的 工业革命；石油的催化裂解促进了塑胶工 业；而一些智能材料的发明和应用开辟了 信息时代。从现代科技发展史来看，一种 新的固态化合物的合成，它的功能特性的 发现和实际应用，往往可以导致一个新的 科技领域的产生和一种新产业的兴起。
❖ 陶器时代 ❖ 青铜器时代 ❖ 铁器时代
❖在 上可以找到很多关于 铝以及铝合金的信息
美铝的生意是从一把铝壶开始的……
❖ 从铝壶做起，慢慢延伸到了烹调器具、 锡箔纸、电线和电缆……。
❖ 现在，美铝了成为公认的世界上最大的 原铝、铝加工产品和氧化铝生产商。美 铝的产品广泛的应用于航空航天、汽车、 包装、建筑、商业运输以及工业市场。
一个示例：
比强：比强度，也就是 材料的强度与密度之比。 具有高强度、低密度的 材料无疑具有应用优势。
高比强铝合金給 20 世纪的 “新”材料带来了第一个突
破 钢的比强度为： 0.64 106 cm
铝合金的比强度为：2.64 106 cm 后者是前者的 4 倍，这对于结构材
料来说是几千年来的一个飞跃。
材料、能源、信息为当代技术的三大支柱， 而材料又是能源和信息工业技术的物质基 础。天然化石能源的有效利用，新能源的
某一类材料的特征及其广泛 应用就是人类文明史各个阶 段的一种标志
开发，信息工程中的信息采集、处理和执 行等都是需要各种功能材料。因此新材料
❖ 旧石器时代
的发明、应用和开发往往是人类社会文明 发展进程的里程碑。
材料化学第讲概述
to Materials Chemistry
序 论
Teacher: Ph. D. Tengyun Zhang(张腾云) E-mail: bgzhangty@
2007－2008 学年第 2 学期
《材料化学导论》的考核
铝
❖ 铝是一种轻金属，密度 2.7 g/cm3,大约是铁的 1/3。纯铝的拉伸强度只有 48 MPa，只有钢的 1/10 左右。因此在早期并未得到重视。
❖ Al 在地壳中含量丰富，占 1/12，但主要以 Al2O3的状态存在。18 世纪发现了 Al 元素的存 在，1825 年丹麦物理学家 Hans Oersted 第一 次成功地提炼出金属铝，但是提炼方法比较复 杂，产量很低，使得其价格极为昂贵。
现代文明的材料传说：
1947 年，据说，在美国新墨西哥州哥西维尔 地方，坠毁了一艘外星来的宇宙飞船。科学家们纷 纷云集此地，对这艘飞船进行了全方位的研究，于 是地球上就诞生了半导体、光纤、激光器等一系列 对当代文明产生了显著影响的新材料。后来美国政 府将这艘飞船隐匿了起来……
哈哈哈哈！ 天方夜谭
“材料是人类文明的物质基础”
铝的应用市场的打开……
❖ 铝的应用市场的打开是从 20 世纪 30 年代开 始的。为了提高铝的比强度，当时关于铝的研 究有两个热门话题： ❖合金强化
在 Al 中加入 Cu、Mn、Si、Mg、Fe、Zn 等元素，形成 所谓的铝合金以提高 Al 的强度。
❖时效硬化
把合金强化处理后形成的铝合金加热到一定温度以上进行 “熔解处理”，使合金处于均匀的单相状态，然后快速淬 火，保持其单相组织。此后再在稍高于室温的温度下加热， 使合金中慢慢析出第二相，以提高合金的强度。
❖钢 ❖硅 ❖ 塑料 ❖ 合成材料 ❖ 半导体 ❖ 精密陶瓷 ❖ 复合材料 ❖ 纳米材料 ❖ ……
当代，材料成为了一个新的独立的科学 门类。这个新学科与物理、化学、力学、机 械、冶金、化工等传统科学门类水乳交融， 但是具有其独特的鲜明的个性。也正是因为 与各个传统科学门类水乳交融，材料学科在 不同的场合就被划分成了材料物理、材料化 学、材料力学、材料工程学等4个主要分支。
本课程所涉及的内容就属于材料化学这一分支。 而在本课程的绪论中，我们将首先明确几个相 关的名词：
材料 材料科学 材料化学
第一章 绪论
Chapter 1 Introduction
1.1 基本概念 (1) 什么是材料？
材料是可以用来制造有用的构件、器件或物品的物质
材 料=物 质
Materials = Matter
技术的进步让铝走出了首饰店……
❖ 1886 年， 22 岁的美国人 Hall 发明了熔盐电 解法制取金属铝，此法投产后，金属铝的产量 迅速增长，价格则大幅度下降 ，从而把铝的大 规模生产变成了现实。这个年轻人组成了一个 大公司，这就是今天美国美铝公司 (Alcoa) 的 前身。
❖将氧化铝 (A12O3) 溶解在熔融的冰晶石 (Na3AlF6) 中进行电解(电解液温度接近 1000℃)
铝合金的出现，大大拓宽了铝的用途……
航天飞机、大型客机 铝门窗、铝活动建筑 铝细粉是一种火箭固体燃料 铝 箔 铝电缆 易拉罐
2000年，光美国就生产了1000亿个铝易拉罐。轻、 薄、耐腐蚀。易拉罐上的易拉扣，的确是一项高技 术，代表了铝材和铝加工的现代成就。
我们现在所处的时代应该称为什么时代？
平时作业-10% 平时出勤与纪律-15% 读后感（Journal of Materials Chemistry中 一篇感兴趣论文)-15% 期末考试-60%（某种材料的研究进展；基础 测试）
《材料化学导论》学习方式：
听课与自学相结合
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水是材料？ 冰是材料？
Chapter 1 Introduction
1.1 基本概念
(2) 材料科学
20 世纪对于材料的发展历史来说是一个值得大书特书的时期。20 世纪科学技术领域一系列惊人的重大发现导致了原子能、航空航天、 激光、信息、能源等领域的巨大变化，而这些巨大变化则有力地促进 了材料的发展，使得材料在 20 世纪中叶发生了一次“革命性”的飞跃， 这个飞跃的标志就是“材料科学”的形成。
铝曾经比金银还要珍贵……
❖ 100多年前，为了表彰门捷列夫对化学 的杰出贡献，英国皇家学会不惜重金制 作了一个比黄金还要贵重的奖杯──铝 杯，赠送给门捷列夫。
❖ 法国皇帝拿破仑三世为了显示自己的尊 贵，用铝作了一顶头盔，成为轰动一时 的新闻。每逢盛大国宴，别人都用银制 餐具，而他独自使用一套铝制餐具。