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材料加工与性能优化本讲稿第一页，共三十八页阳极氧化概述阳极氧化概述铝铝阳阳极极氧氧化化技技术术是是用用铝铝金金属属制制件件作作阳阳极极,在在电电解解作作用用下铝金属制件表面形成氧化物薄膜的过程。下铝金属制件表面形成氧化物薄膜的过程。初期应用初期应用表面改性表面改性耐磨性、耐蚀性、电气绝缘性耐磨性、耐蚀性、电气绝缘性,表面色泽美观。表面色泽美观。近期应用近期应用精密分离膜：耐热、可调孔径、规整精密分离膜：耐热、可调孔径、规整AAO模板：制作纳米功能材料模板：制作纳米功能材料 本讲稿第二页，共三十八页应用应用 耐磨耐腐蚀材料建筑装饰材料 电绝缘材料本讲稿第三页，共三十八页第一单元第一单元材料的加工处理材料的加工处理金属的表面处理金属的表面处理由教材由教材P67活动与探究活动与探究回答下列问题回答下列问题1、铝及其合金进行阳极氧化的目的是什么？、铝及其合金进行阳极氧化的目的是什么？2、实验中的、实验中的NaOH起什么作用？起什么作用？3、茜素的作用是什么？、茜素的作用是什么？茜素：一种有机颜料茜素：一种有机颜料本讲稿第四页，共三十八页一一、铝阳极氧化的一般原理铝阳极氧化的一般原理阳极：铝或铝合金制品阳极：铝或铝合金制品 阴阴极极：在在电电解解溶溶液液中中化化学学稳稳定定性性高高的的材材料料铝铝阳阳极极氧氧化化的的原原理理实实质质上上就就是是水水电电解解的的原理。原理。在阴极上在阴极上在阳极上在阳极上本讲稿第五页，共三十八页二二、铝的、铝的阳极氧化过程阳极氧化过程装饰材料的制备过程：装饰材料的制备过程：12.中国阳极氧化与染色网中国阳极氧化与染色网http:/ 中中和和:用用酸酸清清洗洗,除除去去挂挂灰灰和和残残留留碱碱液液，以以露露出出光光亮基本金属表面亮基本金属表面本讲稿第七页，共三十八页2 2、阳极氧化处理阳极氧化处理 以以铝铝及及其其合合金金作作为为阳阳极极，选选择择合合适适的的电电解解液液、阳阳极极化化温温度度、电电流流密密度度和和氧氧化化时时间间进进行行阳阳极极氧氧化化，从从而而得得到到所所需需的的氧氧化化铝铝膜膜本讲稿第八页，共三十八页3、染色处理染色处理一一般般阳阳极极氧氧化化膜膜的的孔孔隙隙直直径径为为0.01-0.03m，而而染染料料在在水水中中分分离离成成 单单 分分 子子，直直 径径 为为0.0015-0.0030m，着着色色时时染染料料被被吸吸附附在在孔孔隙隙表表面面上上并并向向孔孔内内扩扩散、堆积散、堆积染染料料与与氧氧化化铝铝进进行行离离子子键键、氢氢键键结结合合而而使使膜膜层层着着色色，经经封封孔孔处理，染料被固定在孔隙内。处理，染料被固定在孔隙内。本讲稿第九页，共三十八页4、封孔处理封孔处理提高铝件质量和染着色牢固。提高铝件质量和染着色牢固。经经过过封封闭闭处处理理后后表表面面变变的的均均匀匀无孔，形成致密的氧化膜。无孔，形成致密的氧化膜。经经封封闭闭后后的的氧氧化化膜膜不不再再具具有有吸吸附附性性，可可避避免免吸吸附附有有害害物物质质而而被污染或早期腐蚀。被污染或早期腐蚀。本讲稿第十页，共三十八页总结总结表面改性功能材料缺陷缺陷斑点斑点微孔结构微孔结构生长机理生长机理本讲稿第十一页，共三十八页(1)(1)原理原理:应用电解应用电解 原理在某些金属原理在某些金属 表面镀上一层其表面镀上一层其 他金属或合金的他金属或合金的 过程过程.(2)(2)阴极阴极:待镀件待镀件 阳极阳极:镀层金属镀层金属(3)(3)电镀液电镀液:含有镀层金属的含有镀层金属的 离子离子 电镀铜原理电镀铜原理电镀液电镀液待待镀镀件件铜铜片片瞧瞧这是什么瞧瞧这是什么?本讲稿第十二页，共三十八页第一单元第一单元材料的加工处理材料的加工处理金属的表面处理金属的表面处理1、设计一套实验方案：将自己的钥匙镀银。、设计一套实验方案：将自己的钥匙镀银。2、电镀时为什么要使用氰化物？国家又为什么推广无氰电镀？、电镀时为什么要使用氰化物？国家又为什么推广无氰电镀？本讲稿第十三页，共三十八页腐蚀加工技术腐蚀加工技术1、“毛玻璃毛玻璃”是怎样制成的？是怎样制成的？2、请思考：如何实现在玻璃上刻上自己的名字。、请思考：如何实现在玻璃上刻上自己的名字。3、P70电路板的制作中，氯化铁起什么作用？反应原理电路板的制作中，氯化铁起什么作用？反应原理是什么是什么?本讲稿第十四页，共三十八页刻蚀玻璃刻蚀玻璃本讲稿第十五页，共三十八页本讲稿第十六页，共三十八页本讲稿第十七页，共三十八页本讲稿第十八页，共三十八页第二单元第二单元材料组成的优化材料组成的优化1、你知道哪些合金，合金与纯金属比起来有什么、你知道哪些合金，合金与纯金属比起来有什么特点？特点？2、什么是贮氢合金？以及它是如何用来贮存氢气、什么是贮氢合金？以及它是如何用来贮存氢气的？的？3、什么是硅酸盐材料？、什么是硅酸盐材料？4、特种陶瓷和传统陶瓷相比有哪些优点？、特种陶瓷和传统陶瓷相比有哪些优点？5、高纯硅是如何被生产出来的？、高纯硅是如何被生产出来的？6、什么是纳米材料？、什么是纳米材料？本讲稿第十九页，共三十八页第二单元第二单元材料组成的优化材料组成的优化本讲稿第二十页，共三十八页一、改变材料的组成一、改变材料的组成1、什么是合金？合金可以分为几种类型？合金与纯金、什么是合金？合金可以分为几种类型？合金与纯金属比起来有什么特点？属比起来有什么特点？A、金属固溶体：这是一种金属均匀地分布在另一种金属内形成的复合、金属固溶体：这是一种金属均匀地分布在另一种金属内形成的复合体，是固态溶体。固溶体只有一种晶格类型。像黄铜（体，是固态溶体。固溶体只有一种晶格类型。像黄铜（67%Cu，33%Zn）、银与金的合金都是金属固溶体。）、银与金的合金都是金属固溶体。B、金属互化物：金属与金属之间生成的化合物。其组成有的是固定、金属互化物：金属与金属之间生成的化合物。其组成有的是固定不变的，如铜化锌（不变的，如铜化锌（ZnCu）、碳化铁（）、碳化铁（Fe3C）等；有的是可变的，）等；有的是可变的，如铜锡合金就有如铜锡合金就有Cu5Sn、Cu31Sn8、Cu3Sn等多种不同组成。金属互化等多种不同组成。金属互化物不能用通常的化合价来解释。物不能用通常的化合价来解释。C、机械混合物：其晶体由两种或两种以上的晶体结构混合而成，每一、机械混合物：其晶体由两种或两种以上的晶体结构混合而成，每一小晶体中只有一种金属。同前两类合金不同，机械混合物的组成是非均小晶体中只有一种金属。同前两类合金不同，机械混合物的组成是非均一的。钢、生铁、青铜等属这一类合金。一的。钢、生铁、青铜等属这一类合金。本讲稿第二十一页，共三十八页2、什么样的金属之间不易形成合金。、什么样的金属之间不易形成合金。3、什么是贮氢合金？贮氢反应、什么是贮氢合金？贮氢反应有什么特点，怎么利用有什么特点，怎么利用平衡移动来解释贮氢的原理。平衡移动来解释贮氢的原理。一种金属的熔点高于另一种金属的沸点不能形成合金。一种金属的熔点高于另一种金属的沸点不能形成合金。2/xMH22/xMHxH0本讲稿第二十二页，共三十八页3 3、硅酸盐材料和特种陶瓷、硅酸盐材料和特种陶瓷（1 1）水泥）水泥水泥的制取原料：水泥的制取原料：普通水泥的主要成分是普通水泥的主要成分是（2 2）玻璃）玻璃制取玻璃的原料制取玻璃的原料制取玻璃的反应制取玻璃的反应几种特殊的玻璃几种特殊的玻璃 本讲稿第二十三页，共三十八页（3 3）陶瓷）陶瓷制造陶瓷的主要原料：粘土。制造陶瓷的主要原料：粘土。制造陶瓷的一般过程：混合、成型、干燥、烧结、冷却、制造陶瓷的一般过程：混合、成型、干燥、烧结、冷却、成为陶器。成为陶器。陶瓷的种类（根据原料、烧制温度划分）：土器、陶瓷、陶瓷的种类（根据原料、烧制温度划分）：土器、陶瓷、瓷器、炻器等。瓷器、炻器等。特种陶瓷一般分为结构陶瓷和功能陶瓷两大类，结构陶瓷是特种陶瓷一般分为结构陶瓷和功能陶瓷两大类，结构陶瓷是指用于各种结构部件，以发挥其机械、热、化学和生物等功能的指用于各种结构部件，以发挥其机械、热、化学和生物等功能的高性能陶瓷。功能陶瓷是指那些可利用电、磁、声、光、热、弹高性能陶瓷。功能陶瓷是指那些可利用电、磁、声、光、热、弹等性质或其耦合效应以实现某种使用功能的先进陶瓷，也可以叫等性质或其耦合效应以实现某种使用功能的先进陶瓷，也可以叫做特种功能陶瓷。做特种功能陶瓷。精细陶瓷的应用：精细陶瓷的应用：P76本讲稿第二十四页，共三十八页二、提高材料的纯度二、提高材料的纯度超纯硅的制取反应原理：超纯硅的制取反应原理：粗硅的制取反应：粗硅的制取反应：粗硅提纯反应：粗硅提纯反应：高纯硅的获得反应：高纯硅的获得反应：高纯硅的用途高纯硅的用途本讲稿第二十五页，共三十八页三、研制纳米材料三、研制纳米材料纳米材料使得比表面积大大增大，导致表面原子个数纳米材料使得比表面积大大增大，导致表面原子个数大大增加，表面效应所带来的作用不可忽略。大大增加，表面效应所带来的作用不可忽略。铁粉自燃实验铁粉自燃实验FeC2O42H2O=CO+CO2+2H2O+FeO3FeO=Fe2O3+Fe4FeO=Fe3O4+Fe得到的铁粉表面积很大，在室温下遇到空气会发生激烈的氧化得到的铁粉表面积很大，在室温下遇到空气会发生激烈的氧化还原反应，放出大量的热而燃烧起来，反应式是还原反应，放出大量的热而燃烧起来，反应式是4Fe+3O2=2Fe2O3本讲稿第二十六页，共三十八页（1）为了防止加热时铁粉跟空气接触而发生反应，）为了防止加热时铁粉跟空气接触而发生反应，试管口要配一个单孔塞子，孔里插一段细玻管，用来试管口要配一个单孔塞子，孔里插一段细玻管，用来阻止外面的空气进入反应管。阻止外面的空气进入反应管。（3）加热到发生反应时，试管内粉末会出现翻腾现象，随之黄色粉末）加热到发生反应时，试管内粉末会出现翻腾现象，随之黄色粉末慢慢变黑。到试剂呈黑色而不再有翻腾现象时，停止加热，留在试管慢慢变黑。到试剂呈黑色而不再有翻腾现象时，停止加热，留在试管里的是自燃铁粉。里的是自燃铁粉。（4）在制取自燃铁粉时有大量气体产生，极可能发生冲料现象，所以试）在制取自燃铁粉时有大量气体产生，极可能发生冲料现象，所以试管口应向上倾斜。为了防止凝冷水回落而使试管破裂，所用试剂应充分干管口应向上倾斜。为了防止凝冷水回落而使试管破裂，所用试剂应充分干燥。此外，还应选用硬质试管，同时在反应前对整个试管作较彻底的预热。燥。此外，还应选用硬质试管，同时在反应前对整个试管作较彻底的预热。（2）用煤气灯（也可以用酒精灯）较彻底地预热）用煤气灯（也可以用酒精灯）较彻底地预热准备好的试管，然后加热试管尾部，使草酸亚铁慢准备好的试管，然后加热试管尾部，使草酸亚铁慢慢地分解。实验时管口如果出现冷凝水珠，可再次慢地分解。实验时管口如果出现冷凝水珠，可再次在试管前端加热，尽量赶去水分。在试管前端加热，尽量赶去水分。本讲稿第二十七页，共三十八页第三单元第三单元 复合材料的制造复合材料的制造本讲稿第二十八页，共三十八页1 1、复合材料的定义、复合材料的定义 将两种或两种以上的性质不同的材料经过特殊将两种或两种以上的性质不同的材料经过特殊的加工制成的材料称为复合材料。的加工制成的材料称为复合材料。2 2、复合材料的组成：、复合材料的组成：基体基体 起粘结作用起粘结作用增强体增强体起骨架作用起骨架作用复合材料复合材料一、复合材料的基本概念一、复合材料的基本概念本讲稿第二十九页，共三十八页 复合材料 合 金成分两种或两种以上不同材料两种或两种以上金属材料或金属与非金属形成工艺特殊加工熔合性质 优于原材料3 3、复合材料和合金比较：、复合材料和合金比较：本讲稿第三十页，共三十八页 复合材料复合材料 预测预测性能性能增强体材料的化学组成基体材料的类型金属金属 C陶瓷陶瓷 SiO2合成树脂合成树脂 SiO2、Al2O3合成树脂合成树脂 C耐耐酸酸碱碱，化化学学稳稳定定性性好好，强强度度高高，密密度度小，韧性好小，韧性好强强度度高高，抗抗冲冲击击，绝绝缘缘性性好好，耐耐热热温温度度低于低于300耐高温，隔热性好，强度韧性得到改善耐高温，隔热性好，强度韧性得到改善耐耐1600以上的高温，强度高，密度小以上的高温，强度高，密度小本讲稿第三十一页，共三十八页二、形形色色的复合材料二、形形色色的复合材料 1 1）、玻璃钢）、玻璃钢基体：基体：合成树脂合成树脂增强体：增强体：玻璃纤维玻璃纤维玻璃钢玻璃钢玻玻璃璃钢钢克克服服了了玻玻璃璃易易碎碎、密密度度较较大大，合合成成树树脂脂强强度度不不够够高高的的缺缺点点，它它具具有有强强度度高高、密密度度小小、韧韧性性好好、耐耐腐腐、耐耐磨磨、耐耐撞撞、绝绝缘缘、产产品品美美观观、制制造造方方便便等等优优良良特特性性。可可广广泛泛用用于于制制作作小小型型娱娱乐乐设设施施、管管道道、小小舟舟、化化工工设设施、小型建筑等施、小型建筑等1 1、生产生活中常用的复合材料、生产生活中常用的复合材料 本讲稿第三十二页，共三十八页2 2）、碳纤维复合材料）、碳纤维复合材料碳纤维复碳纤维复合材料合材料基体：合成树脂基体：合成树脂增强体：碳纤维增强体：碳纤维性能：性能：韧性好，强度高，质量轻韧性好，强度高，质量轻应用：应用：纺织机械和化工机械的制造，人体组织中纺织机械和化工机械的制造，人体组织中韧带的制作，制造高尔夫球杆、网球拍等等体育韧带的制作，制造高尔夫球杆、网球拍等等体育用具用具本讲稿第三十三页，共三十八页2 2、航空、航天领域的复合材料、航空、航天领域的复合材料1 1）机翼、机身、导弹壳体和尾翼的复合材料组成）机翼、机身、导弹壳体和尾翼的复合材料组成基体：基体：金属金属增强体：增强体：纤维（碳纤维、硼纤维、碳化硅纤纤维（碳纤维、硼纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维等）维、氧化铝纤维等）性能：性能：耐高温、强度高、导电导热性好、不吸耐高温、强度高、导电导热性好、不吸湿和不易老化，密度小。湿和不易老化，密度小。本讲稿第三十四页，共三十八页2 2）机身隔热复合材料：）机身隔热复合材料：组成组成基体：基体：陶瓷陶瓷增强体：增强体：碳纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维碳纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维性能：性能：耐高温、韧性好耐高温、韧性好本讲稿第三十五页，共三十八页目目标标检检测测1下列不属于玻璃钢具有的性能的是下列不属于玻璃钢具有的性能的是 A 易碎易碎 B易燃易燃 C耐水耐水 D耐磨耐磨2、下列各项中不能用玻璃钢制造的是、下列各项中不能用玻璃钢制造的是 A餐厅座椅餐厅座椅 B、汽车窗玻璃、汽车窗玻璃 C、废水管道、废水管道 D垃圾桶垃圾桶AB本讲稿第三十六页，共三十八页目目标标检检测测 3航天飞机机身上使用的隔热陶瓷瓦是航天飞机机身上使用的隔热陶瓷瓦是 A仿生复合材料仿生复合材料 B陶瓷和纤维复合而成的材料陶瓷和纤维复合而成的材料 C纳米复合材料纳米复合材料 D分子复合材料分子复合材料4飞机、火箭的机翼和机身以及导弹的壳体、飞机、火箭的机翼和机身以及导弹的壳体、尾翼中的复合材料是尾翼中的复合材料是 A 金属基复合材料金属基复合材料 B 树脂基复合材料树脂基复合材料 C绝缘基复合材料绝缘基复合材料 D智能复合材料智能复合材料 BA本讲稿第三十七页，共三十八页5 用短线把下列物质、用途、主要性能相连接。用短线把下列物质、用途、主要性能相连接。物质物质 用途用途 性能性能 玻璃钢玻璃钢 制造骨和股关节制造骨和股关节 耐腐蚀强耐腐蚀强 光纤光纤 制造排水管道制造排水管道 密度小，强度高密度小，强度高生物陶瓷生物陶瓷 汽车车轮骨架汽车车轮骨架 质量轻，保密性好质量轻，保密性好 铝合金铝合金 通讯材料通讯材料 有生物功能有生物功能本讲稿第三十八页，共三十八页