有色金属材料和非金属材料教案

课题名称有色金属材料和非金属材料授课班级授课时间第1周课题序号1授课课时第1到2授课形式讲授使用教具投影仪教学目的1．了解常用有色金属材料的分类、牌号、性能和应用。2．熟悉工程塑料和复合材料的特性、分类和应用。3．了解其他新型工程材料的应用。教学重点有色金属材料的性能和应用教学难点合金的牌号表示方法更新、补充、删减内容无课外作业列举生活中有色金属材料、工程塑料、复合材料的应用各3例。授课主要内容或板书设计有色金属材料和非金属材料一、有色金属1．铜及铜合金2．铝及铝合金3．钛及钛合金4．轴承合金二、非金属材料及复合材料的发展三、*复合材料教学后记讲解时多列举有色金属和非金属实例，教学效果好。课堂教学安排主要教学内容及步骤教学过程师生活动设计意图等一、有色金属有色金属是除铁及其合金以外的非铁金属及合金的统称，也称非铁金属。常用有色金属包括：铜及铜合金、铝及铝合金、钛及钛合金、轴承合金等。1．铜及铜合金纯铜的代号用“铜”字汉语拼音字母字首“T”加顺序号表示。根据化学成分，铜合金分为黄铜、白铜、青铜3类。2．铝及铝合金纯铝代号用“铝”字汉语拼音字母字首“L”加顺序号表示。铝合金按其成分和工艺性能，可分为变形铝合金和铸造铝合金两大类。铸造铝合金牌号（GB/T8063—14）用ZAl加合金元素符号及合金元素平均含量的百分数表示。铝合金是使用了100多年的传统材料，目前世界原铝产量达1900万吨。其中50%用来制取加工材与深加工产品。目前我国的铝合金品种，只有美国的一半，规格不足美国的1/4。20世纪70年代以来，铝合金方面的发展有以下几方面：1.Al-Li系合金锂是最轻的金属元素。铝合金中添加百分之几的锂后，可获得时效强化（即铝合金的热处理强化）效果，比重可降低10%，比模量可提高10%。但锂的熔点很低，故铝锂合金冶炼很困难。波音747的外壳采用铝锂合金，就能减去一定的质量。2.超塑铝合金超塑成形因变形可达百分之几百，复杂的构件可一次成形。飞机机身隔框、电气外壳等如采用铝合金超塑成形可降低生产成本。3.粉末冶金铝合金采用快速凝固制粉或机械合金化制粉技术，可获得晶粒细化、成分均匀的过饱和利用半分钟对金属材料热处理进行复习。提问：请学生自己找出生活中有色金属材料的应用。微合金粉。它比熔铸法合金成分更均匀。4.铝合金功能膜铝合金功能膜是利用氧化膜内孔洞，充填别的材料以获得所要求功能。是近年来的研究热点，应用推广较快。3．钛及钛合金钛及钛合金牌号用“T”加表示合金组织类型的字母及顺序号表示，字母A、B、C分别表示α型、β型，α＋β型合金。钛合金是近来快速发展的一种合金材料。钛及钛合金密度小(4.5g/cm3)，强度大大高于钢,比强度和比模量性能突出。钛的耐腐蚀性能优异，是目前耐海水腐蚀的最好的材料。钛是制造工作温度500℃以下构件，如火箭低温液氮燃料箱、导弹燃料罐、核潜艇船壳、化工厂反应釜等的重要材料。但是钛合金高温强度差，不宜在高温中使用。尽管钛的熔点为1700℃左右，比镍等金属材料高好几百度，但其使用温度较低，最高的工作温度只有600℃。如当前使用的飞机涡轮叶片材料是镍铝高温合金。若能采用耐高温钛合金，材料的比强度、耐蚀性和寿命将大大提高。为解决钛合金的高温强度，正积极研究采用中间化物即金属和金属之间的化合物作为高温材料。中间化物熔点较高、结合力强，特别是钛铝，密度又小，作为航空的高温材料有较大的优越性和发展前途。目前研制的有序化中间化合物使钛合金使用温度达到600℃以上、Ti3Al达到750℃、TiAl达到800℃左右，有望提高到900℃以上。4．轴承合金轴承合金（又称巴氏合金）是用来制作滑动轴承中轴瓦和轴衬的合金。二、非金属材料及复合材料的发展非金属材料如陶瓷、橡胶等的发展历史也十分悠久。进入到20世纪后，更是取得了重大的进展。人工合成高分子材料从20世纪20年代至今，发展最快、产量之大、应用之广可与钢铁材料相比。20世纪60年代到70年代，有机合成材料生产量每年以14%的速度增长，而金属材料年生产增长率仅4%。1986年世界高分子材料产量为9840万吨，其中5850万吨为塑料，合成橡胶为540万吨，合成纤维1140万吨。20世纪90年代，塑料产量已逾亿吨。2005年我国塑料产量达到2200万吨，出口量达到1228万吨。陶瓷材料近几十年的发展也十分引人注目。通过与碳钢和铸铁对比讲解有色金属材料的性能和用途。陶瓷材料在冶金、建筑、化工和尖端技术领域已成为耐高温、耐腐蚀的结构材料和多种功能材料的主要用材。随着航空、航天、电子、通信、机械、化工、能源等工业的发展，对材料的性能提出了越来越高的要求。传统的单一材料已不能满足使用要求，复合材料的研究和应用引起了人们的重视。玻璃纤维树脂复合材料、碳纤维树脂复合材料等已在航空航天工业和交通运输、石油化工等工业中广泛应用。先进陶瓷的主要特性有(1)绝缘性、半导性、导电性、超导性、压电性、磁性等。(2)耐热性、绝缘、高硬度、耐磨性、抗氧化、高温强度高等优异力学性能。(3)生物适应性、催化等生物、化学功能。(4)独特的光学功能及光、电、声、热、磁、弹性之间相互转换、耦合的功能。陶瓷材料大致可分为结构陶瓷、功能陶瓷和生物陶瓷三类。非金属材料非金属材料是金属材料以外一切材料的总称。塑料是指以树脂为主要成分的有机高分子固体材料。塑料是以合成树脂为主要成分，加入适量的添加剂组成的。合成树脂是由低分子化合物经聚合反应所获得的高分子化合物，如聚乙烯、聚氯乙烯、酚醛树脂等，树脂受热可软化，起粘结作用，塑料的性能主要取决于树脂。绝大多数塑料是以所用的树脂名称来命名的。加入添加剂的目的是弥补塑料的某些性能的不足。添加剂有填料、增强材料、增塑剂、固化剂、润滑剂、着色剂、稳定剂、阻燃剂等。三、*复合材料复合材料是将两种或多种性质不同的材料，通过物理和化学复合组成的多相材料。复合材料综合了多种不同材料的优良性能，如强度、弹性模量高，抗疲劳、减震、减磨性能好，化学稳定性好，是一种应用前景非常广阔的工程材料。列举生活中典型非金属材料的应用：如在高铁、汽车上的应用。1.纤维增强材料纤维增强材料包括玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、氮化硅纤维、晶须（丝状单晶，直径很细，强度很高）、颗粒等。碳纤维复合材料又称高性能复合材料，是指具有比通用复合材料性能更高的材料。其特点是比强度、比模量高，密度低。例如碳纤维增强环氧树脂，广泛应用于航天、航空、军工、原子能、体育用品、娱乐用品和医疗用品。在航空工业中，碳纤维、硼纤维等高性能复合材料的使用，已成为衡量飞机先进程度主要标志之一。在赛车、赛艇、钓鱼杆等民用产品中，高性能复合材料具有独特的优点。用碳纤维与聚甲醛复合制成的齿轮，其疲劳强度远远胜于聚甲醛齿轮；用碳纤维增强聚苯硫醚制成的机械零部件如阀门，可在200℃的多种强酸强碱中使用。2.基体材料基体材料中，树脂基使用最为广泛。树脂基(又称聚合物基)复合材料以树脂为粘结材料，纤维为增强材料。其比强度、比模量高，耐疲劳、耐腐蚀、耐烧蚀，吸振性好、电绝缘好。树脂基复合材料包括玻璃纤维增强热固性塑料、玻璃纤维增强热塑性塑料、石棉纤维增强塑料、芳纶纤维增强塑料、混杂纤维增强塑料等。热固性树脂中以不饱和聚酯用量最大，热塑性树脂几乎都可用纤维增强。其中玻璃纤维增强塑料应用最广、用量最大，广泛应用于机电、汽车、建筑、化工、轻工、造船、运输、冶炼、石油等行业。