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第5章化学与材料

5.1概述5.2金属材料5.3无机非金属材料5.4高分子材料5.5复合材料

本章教学要求1.了解金属材料、无机非金属材料及高分子这材料三大类材料的主要特点2.了解常见塑料及其制品的种类和性能3.了解常见橡胶及其制品的种类和性能4.了解天然纤维和人造纤维的类型及特性5.了解几种重要复合材料的性能及其应用。

5.1概述化学与材料的关系化学新材料化学是人类使用新材料的源泉!化学是研究手段，材料则是研究结果。从化学的角度看，所有的材料无外乎都是由各种元素单质及其它们的化合物组成；而材料的各种性质特点都与其组成的化学元素及化学键相关，材料与化学是密不可分的。

材料的定义与分类材料是人类用于制造物品、器件、构件、机器或其他产品的物质，如石材、涂料、钢铁、水泥、塑料等。材料的品种繁多，材料的分类方法主要有两种。金属材料无机非金属材料按所含化学物质不同高分子材料复合材料结构材料：主要利用材料的力学性能,以强度为特征，如建筑、构件按使用性能功能材料：主要利用材料物理和化学性能,以光、电、磁、热等性能为特征的材料

材料的地位与作用现代科技的三大支柱?能源、材料和信息材料是人类赖以生存和发展的物质基础，一直是人类进步的重要里程碑，新材料的研究和开发已被认为是当今社会发展的三大支柱之一。1、材料是发展工程、信息、新能源等高科技的重要物质基础，是当代前沿科学技术领域之一。2、材料是社会进步的物质基础和先导，是人类进步的里程碑。如石器、陶器、瓷器、铁器、铜器、玻璃、钢、水泥、有机高分子、液晶材料等。

具体表现1、材料与空间技术：发射火箭、人造卫星、飞船等。2、材料与电子技术：半导体材料、高频绝缘材料、介电材料、压电材料、铁电材料、磁性材料、荧光材料、发光材料、超导材料等。3、材料与激光技术：红宝石、气体、半导体、染料等作为工作物质实现激光，用于计量、检测、加工、显示、信息处理、治疗、军事科学等领域。4、材料与能源的开发：磁流体发电、地热发电、潮汐发电、热核裂变、太阳能电池、燃料电池等。

材料的使用程度是人类社会发展的里程碑。从人类使用材料的经历来看，可分为五个阶段：第一代：石器时代第二代：陶器时代第三代：铜器时代第四代：铁器时代第五代：复合材料时代

5.2金属材料金属材料是由金属元素或以金属元素为主要成分所形成的具有金属特征的一类材料，包括金属及其合金、金属化合物、金属基复合材料。黑色金属：铁、锰、铬及它们的合金金属有色金属：黑色金属以外的所有金属及其合金包括铝合金、钛合金、铜合金、镍合金等。铁元素在地壳中的含量(w%)排列第四。灰口铁、白口铁、球墨铸铁。铝元素是自然界含量最多的金属元素。

钢铁钢铁是铁和碳的合金体系的总称。冶炼冶炼铁矿石生铁钢掺杂生铁（含碳量2%~4.3%）钢（含碳量0.03%~2%）生铁：硬且脆，仅用于铸造。钢铁：强度高、价格便宜、应用广泛，钢铁约占金属材料产量的90%，是世界上产量最大的金属材料。

钢铁按化学成分可分为碳素钢和合金钢。碳素钢是指碳含量不大于2％的铁碳合金，并含有少量杂质，如磷、硫、铜硅、锰、铝等。低碳钢（C≤0.25%），中碳钢（C≤0.25～0.60%），高碳钢（C≥0.60%）。合金钢指为了改善钢的某些性能而加入一定量的一种或几种合金元素的钢。根据合金元素的加人量还可进一步细分为低合金钢（合金元素总含量≤5%）、中合金钢（合金元素总含量5～10%）、高合金钢（合金元素总含量10%）。合金钢，除铁和碳外，还含有其他一些合金元素，如硅、锰、镍、钒、钛、钼等。锰钢具有很强的耐磨性，可用于制造拖拉机履带和车轴，齿轮，坦克的装甲材料等；钨钢耐高温，是制造金属切削工具的好材料；硅钢具有良好的电磁性能，许多电器都离不开它。

钢铁按用途可分为结构钢、工具钢、特殊钢。结构钢指符合特定强度和可成形性等级的钢，一般用于承载重量，具体可细分为：合金结构钢、碳素结构钢、耐热结构钢等。工具钢指用以制造切削刀具、量具、模具和耐磨工具的钢，具有高硬度、高耐磨性等特点；工具钢可细分为碳素工具钢、合金工具钢和高速工具钢等。特殊钢一般指具有特殊的化学成分（合金化）、采用特殊的工艺生产、具备特殊的组织和性能、能够满足特殊需要的钢类。与普通钢相比，特殊钢具有更优异的使用性能，能够满足特殊条件下的操作要求；特殊钢可细分为优质碳素钢、合金钢、高合金钢（合金元素大于10%）三类，其中合金钢和高合金钢占特殊钢产量的70%。

钢铁按品质可分为普通钢、优质钢和高级优质钢，一般是根据钢中磷、硫等杂质含量不同来分的。普通钢：P≤0.045%，S≤0.050%优质钢：P、S均≤0.035%高级优质钢：P≤0.035%，S≤0.030%）钢铁按冶炼设备可分为平炉钢、转炉钢、电