钛合金的应用二

第六章化学与材料§6-5新型复合材料简介§6-3无机非金属材料及应用§6-4有机高分子材料及应用§6-2金属材料及应用§6-1材料与社会进步§6-1材料与社会进步现代科技的三大支柱?1、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、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。能源、材料和信息6.1.1重要性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。6.1.2具体表现化学是人类使用新材料的源泉!化学新材料§6-2金属材料及应用6.2.1常见金属材料6.2.2几种具有特殊功能的新型金属材料钨、钢铁、铝、锂、锡、黄金、钛6.2.1常见金属材料W、Fe、Al、Li、Sn、Au、Ti钨—刚强耐热的烈火金刚外观：黑褐色有金属光泽的颗粒。熔点：3410℃。重要用途：1、制备具有超硬性能的硬质合金。如合金刀头或工件表面镀以碳化钨硬质合金，可提高精度并延长寿命20-150倍。2、作为钢和有色金属合金的添加剂。如合金工具钢、结构钢、弹簧钢、耐热钢和磁钢等都添加了钨，以增加硬度和抗腐蚀能力。3、在火箭、导弹、返回式宇宙飞船以及原子能反应堆等尖端科学上的重要应用。这是由于钨具有优异的物理、机械、抗腐蚀和核性能的原因。多姿多彩的钢铁生铁：硬且脆，仅用于铸造。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。铁矿石冶炼生铁冶炼钢掺杂铝—“银色的金子”铝在地壳中含量最多，日常生活中如硬币、炊具、包装铝箔等。纯铝很软，强度不大，有着良好的延展性，可拉成细丝，轧成箔片。铝的应用铝合金的应用铝的化合物1、导电能力仅次于铜，价廉，广泛用作电线。2、导热能力比铁大，不易锈蚀，使用寿命长，用作炊具。3、铝粉具银白色金属光泽，与其他物质混合用作涂料。4、冶金工业中，铝粉和氧化铁粉混合，引发后发生剧烈反应，放出大量的热，用于焊接。5、炼钢工业中的脱氧剂；高质量的反射镜、聚光碗等。铝的应用1、青铜铝，具有高强度的耐蚀性，有鲜艳的金属光泽，常用于珠宝饰物和建筑工业中。2、铝镁合金，硬度大，质量轻，常用于制造飞机的机身，船舶和火箭的箭体。还用来制造门窗、美化居室。铝合金的应用1、氧化铝。刚玉，硬度仅次于金刚石，熔点高、耐酸碱，常用作轴承磨料、耐火材料（可耐1800℃）；活性氧化铝，多孔，内表面积大，活性高，能吸附水蒸气等许多气体、液体分子，常用作吸附剂、催化剂载体和干燥剂。2、氢氧化铝。用来制备铝盐、瓷釉、耐火材料、防火布等；在医药上用作酸药，中和胃酸和治疗溃疡。3、明矾。净水剂，收敛剂。4、其他，如硫酸铝、硝酸铝冰晶石（六氟合铝酸钠）、偏铝酸钠等。铝的化合物人小鬼大的锂锂是自然界最轻的金属。密度小（0.53），质量轻，化学性质活泼。存放在凡士林或石蜡中。锂原子结构模型原子序数3，原子量6.941，是最轻的碱金属元素。金属锂为一种银白色的轻金属；熔点为180.54°C，沸点1342°C，密度0.534克/厘米3，硬度0.6。金属锂可溶于液氨。1、锂基润滑剂不怕高温、不怕水在低温环境中也能保持良好性能。用于汽车零件。2、锂能强烈与氧、氮、氯、硫等物质反应，工业上用作脱氧剂和脱硫剂。3、铜冶炼过程中，加入十万分之一的锂，能改善铜内部结构，使之致密、提高导电性。4、在铸造优质铜铸件中能除去有害杂质和气体。5、1千克锂通过热核反应放出的能量相当于两万多吨优质镁的燃烧。可用作火箭、导弹、宇宙飞船的推进剂。6、锂在原子能工业上的独特性能，举世瞩目。7、锂电池具有比能量高、放电平衡等优点广泛应用于各种领域，是很有前途的动力电池。锂的用途奇妙的锡锡是一种银白色金属，硬度较低，展性较好，延性较差。锡在一般温度下是很稳定的。但在高温和低温下特别娇气。温度161℃时，锡一碰就脆；温度13.2℃时逐渐变成一种煤灰色的粉末；温度低于-33℃时，转变过程大大加快，锡迅速毁坏无异。1、“金粉”，即二硫化锡，金黄色。2、用来制造镀铁皮，即“马口铁”。“锡疫”用途黄金——金属王国的骄子黄金除了作为货币和珍贵的装饰品以外，在科技领域的作用：1、黄金具有强的延展性。金箔对红外线有强烈的反射作用，并能防止紫外线的通过。被广泛用于红外线干燥设备、红外线探测仪和宇航员的防护面罩、宇宙飞船的密封舱上。2、黄金的导电性好、熔点高，不会被氧化，被用作飞机、人造卫星和宇航设备内某些控制仪表和电器开关的接触点材料。未来世纪的金属—钛钛在地壳中的含量占第10位。含钛矿物多达70多种，海水中含量也非常丰富。继铜、铁、铝之后，金属钛将是21世纪冶金工业中最重要的产品之一。广泛应用于飞机、火箭、导弹、人造卫星、宇宙飞船、舰艇、军工、轻工、化工、纺织、医疗及石油化工等领域。(一)钛的性质(二)钛的应用(三)钛化合物的应用(四)钛合金的应用1、室温下不与氧气、稀硫酸、稀盐酸和硝酸反应，但能被氢氟酸、磷酸、熔融碱侵蚀。2、突出性能是对海水的抗腐蚀性很强。具有银灰色光泽，强度大，密度小（4.51），硬度大，熔点高（1675）。(一)钛的性质化学性质(二)钛的应用1、极细的钛粉，是火箭的好燃料；2、钛的抗腐蚀能力比不锈钢强15倍，用作洗印设备的齿轮；3、外科医疗手术上的应用。不锈钢生锈会对人体产生危害，接骨愈合之后，需再取出来。如采用钛制的“人造骨骼”，宛如真正的骨骼一样和血肉相联，起到支撑和加固作用。被称为“亲生物金属”。4、炼钢工业中，少量的钛是良好的脱氧、除氧及除硫剂。(三)钛化合物的应用二氧化钛，即钛白，无毒。是世界上最白的物质之一。1克钛白可把450多平方厘米的面积涂得雪白。因此是一种宝贵的白色颜料。二氧化钛高熔点，被用来制造耐火玻璃、釉料、陶土、耐高温的实验器皿等。水合二氧化钛是一种最有希望的铀吸附剂，可用于海洋提铀。1、二氧化钛2、四氯化钛湿空气中冒出大量白烟，在军事上常用作人造烟雾剂。3、钛酸钡钛酸钡晶体被广泛应用于超声波仪器和水底探测器中。因为它在超声波中受压会产生电流，由电流的大小可测知超声波的强弱；相反，用高频电流通过它，则可以产生超声波。4、氮化钛氮化钛比黄金以及硬质合金更耐磨，在黄金装饰品表面镀一层膜，外观和黄金一样，具有“永不磨损性”。(四)钛合金的应用1、钛系是目前较便宜的一种贮氢金属之一。2、“钛飞机”可减轻体重5吨。超音速飞机上，钛使用量几乎占到总重量的95%。3、钛潜艇比钢制潜艇经久耐用，而且可以潜入更深的的深度。用钛制造潜艇、轮船，不用涂漆，不会生锈。且钛不是铁磁体物质，不会被磁水雷发现，在军事上特别重要。4、钛锆合金对空气有强大的吸收力，用于真空泵。5、钛铌合金是理想的超导材料。6、铬、镍、钛（18-8-1）是工业上常用的不锈钢。障碍：钛的冶炼要在高温、惰性环境下进行。6.2.2几种具有特殊功能的新型金属材料一、具有记忆能力的合金——形状记忆合金二、能贮存氢气的合金——贮氢合金三、能软能硬的合金——超塑性合金四、没有电阻的金属——超导金属五、颗粒超细的金属——纳米金属简称记忆合金，一种新型的功能金属材料，能在一定条件下重新恢复到原来的形状。分类：镍-钛合金；铜基合金，如铜-锌-铝、铜-铝-镍；铁基合金。应用：航空、卫星、医疗、生物工程、能源和自动化等方面。一、具有记忆能力的合金——形状记忆合金航空：被成功地用来制作军用飞机液压系统的接头；飞机上一些特殊部位所用的铆钉；用于制成宇宙飞船上的天线。医疗：室温下具有记忆能力的镍-钛合金作成人体用的生物植入件；自动化：常用形状记忆合金制成各种自控装置；日常生活：用形状记忆合金制成窗臂时，可以根据温度的高低自动控制窗户的开和关；汽车工业：日本已用形状记忆合金制造汽车车身和保险杆；眼镜行业：形状记忆合金常制成眼睛片固定丝；能源开发利用：可利用记忆合金发生的形变来做功以节省能源，减少污染。镍-钛合金的应用二、能贮存氢气的合金——贮氢合金利用金属合金或金属与氢气发生反应，形成金属合金氢化物或金属氢化物，使氢气以固体化的形式贮存起来，稍微改变条件，金属合金氢化物或金属氢化物就会放出氢气并重新变成金属合金或金属。1、贮氢量要大；2、吸氢和放氢都容易，只要稍稍加热就可以放氢且速度要快；3、使用寿命长和价格便宜。必备条件1、镁系贮氢合金，如二氢化镁(MgH2)、镁-镍合金(Mg2Ni)等。2、稀土系贮氢合金，如镧-镍合金(La3Ni5)、混合稀土镍-锰合金(MmNiMn)、混合稀土镍-铝合金(MnNiAl)等。3、钛系贮氢合金，如二氢化钛(TiH2)、钛—锰合金(TiMn1.5)等。4、锆系贮氢合金。四大系列特点：在加工时能像口香糖那样柔软可塑，一旦成形后又能像钢铁那样坚固耐用。高强度超塑性合金在航天工业方面影响很大。如采用超塑性钛合金来制造飞机骨架与采用普通钛或钛合金相比，不仅使锻压、轧制、弯曲等加工过程变得更加容易，而且每生产500架飞机，可节省120-150万美元。超塑性合金在民用方面，应用价值也是十分显著的。对一些形状复杂的电子仪器零件、汽车外壳等的制造，若采用超塑性合金都可一次完成，不仅大大简化了工序，而且大大降低了成本。三、能软能硬的合金——超塑性合金高温超导材料如Y-Ba-Cu-O的Tc高达90K，Ti-Ba-Ca-Cu-O和Bi-Sr-Ca-Cu-O的Tc高达120K。这些超导材料在液氮温度（77K）下就可发挥出它们的超导性，因而具有实用价值。超导体具有的性质：在临界温度Tc时,零电阻和抗磁性。超导材料的应用：在电力输送，超导发电机，大型电子计算机，磁浮高速列车的研制，以及核聚变反应控制等高科技领域中得到应用。四、没有电阻的金属——超导金属超导材料;超导温度;低温超导材料;高温超导材料纳米材料是指组成材料颗粒的粒径大小为1-100nm的一类材料,纳米金属是纳米材料的一种。五、颗粒超细的金属——纳米金属表面效应：即粒径变小，比表面积增大，活性增大。小尺寸效应：尺寸与光波波长、德布罗意波长、超导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，表现出特殊的光学、热学、磁学和力学性质。量子尺寸效应：颗粒超细化后使大块材料中连续的能带分裂为分立的能级，能级间的间距随颗粒尺寸减小而增大。纳米材料的特性•一张信用卡大小的纳米冰箱卫生卡，只要放入冰箱，不仅可以清除异味，还有保鲜的功效，储存半个月的果蔬出来还是水灵灵的。•应用纳米技术制成的各色衣服、领带、帽子和碗具，纳米材料的加入能使衣物防水、防污、免清洗，而且透气性好。•采用纳米光催技术生产的瓷砖，本身就可以自动分解油渍，还可以除臭、杀菌和自清洁，不再用人工去费力清理揩擦。•纳米内衣、纳米床上用品及纳米绒毛织品，采用纳米生物活性功能纤维、纳米银系无机抗菌纤维、抗紫外线纤维，人们使用这些织物时，可以促进血液循环，增强新陈代谢；保持经络平衡。•纳米材料做成内胆的热水器，能快速有效的杀死水中细菌，同时能耐酸、耐碱和具有更强的韧性。•汽车挡风玻璃被雾气遮挡会影响行车安全，被采用纳米技术的光催化抗雾玻璃解决了，这种玻璃不仅具有抗雾、灭菌功能，而且可以长时间保持洁净，还适合用于窗户、镜面和外墙玻璃。•随着纳米材料和纳米技术基础研究的深入和实用化进程的发展，特别是纳米技术与环境保护和环境治理进一步有机结合，许多环保难题如大气污染、污水处理，城市垃圾等将会得到解决。•维生素E被纳米化后，很容易被皮肤细胞吸收，这是因为物质被加工到纳米尺度后其物理特性和生物特性都会发生很大的改变。纳米化妆品正是利用这种特性达到其