第四章 材料的硬度
高一化学鲁科版第四章第一节第一课时硅
例如：黏土：主要成分：Al2O3· 2SiO2· 2H2O 石英：SiO2 ； 长石:钾长石 K2O.Al2O3.6SiO2 钠长石 Na2O.Al2O3.6SiO2 总结： 金属氧化物写在前面，再写SiO2，最后写H2O； 氧化物之间用“· ”隔开。若有两种金属氧化物, 则活泼的在前,不活泼的在后。
SiO2 + 2NaOH == Na2SiO3 + H2O
思考：实验室为什么不用
玻璃瓶盛装氢氟酸？
• SiO2 ＋ 4HF =SiF4↑＋ 2H2O
你知道吗？ 如何在玻璃上雕刻花草等?这门工艺和我们化学 有什么深厚的合作关系？
雕花玻璃
硅酸（H2SiO3)
思考：二氧化硅不溶于水，如何由二 氧化硅制取硅酸？ Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3↓
1、原料 主要原料：纯碱、石灰石和石英
1、
2、成分
Na2CO3
CaCO3
SiO2
玻 璃 工 业
Na2SiO3、CaSiO3、 SiO2
3、反应原理 高温 Na2CO3+SiO2== Na2SiO3+CO2↑ CaCO3+SiO2 == CaSiO3+CO2↑ 4、设备 玻璃熔炉
高温
玻璃的重要性质： 1）玻璃在常温下呈固态，称为 玻璃态物质；
1、 二氧化硅一般知识
存在：二氧化硅广泛存在于自然界中，沙二氧化硅晶体是由硅原子和氧原子构成的。 物理性质：熔点高、硬度大。透明的石英晶体 即通常所说的水晶。 用途：常用来制造电子部件、光学仪器、 石英表中的压电材料、光导纤维等。
光导纤维
二、二氧化硅与光导纤维 交流研讨： 1、从物质分类的角度来看，二氧化硅 属于哪类物质？ 2、二氧化硅可能具有哪些化学性质？
金属材料微观结构及其力学性能分析
金属材料微观结构及其力学性能分析第一章介绍金属材料是工业生产中应用最广泛的材料之一。
金属材料的性能取决于其微观结构。
了解金属材料的微观结构对于优化其力学性能具有重要的意义。
本文将对金属材料的微观结构及其力学性能进行分析。
第二章金属材料的微观结构2.1 金属晶体结构金属材料的微观结构是由晶体结构组成的。
金属晶体结构分为三类：立方晶系、六方晶系和正交晶系。
立方晶系又分为面心立方和体心立方两种，六方晶系和正交晶系则分别只有一种。
2.2 晶体缺陷金属材料的晶体中经常存在一些缺陷，如点缺陷、线缺陷和面缺陷。
点缺陷包括空位、间隙原子和杂质原子。
线缺陷包括位错和螺旋位错。
面缺陷包括晶界、孪晶和堆垛层错。
2.3 热处理对微观结构的影响热处理可以改变金属材料的微观结构，从而改变其力学性能。
常见的热处理方式包括退火、淬火、正火和强化退火等。
其中，在退火和淬火过程中，晶体内部的点缺陷和线缺陷会发生移动和重新排列，从而形成新的晶界和位错，改变晶粒的大小和形状。
在正火和强化退火过程中，则会使晶粒的尺寸和形状发生变化。
第三章金属材料的力学性能3.1 强度金属材料的强度是指材料在受到外力作用时能够承受的最大应力。
强度取决于晶体的结构和缺陷，晶粒的尺寸和形状，以及金属材料的化学成分和加工工艺。
3.2 塑性塑性是指材料在受到外力作用时能够发生塑性变形的能力。
塑性也是晶体的结构和缺陷、晶粒尺寸和化学成分、加工工艺等因素综合作用的结果。
3.3 韧性韧性是指材料在受到外力作用时能够发生韧性断裂前的能量吸收能力。
韧性既受材料的强度和塑性限制，也受材料的微观结构和缺陷限制。
3.4 硬度硬度是指材料对于压入针或滚动球的抵抗能力。
硬度取决于晶体的结构和缺陷，晶粒尺寸和化学成分等因素的综合作用。
第四章金属材料的力学性能分析方法4.1 确定力学性能的试验方法金属材料的强度、塑性、韧性、硬度等性能可以通过试验来测定。
常见的试验方法包括拉伸试验、压缩试验、弯曲试验、冲击试验和硬度试验等。
磁性材料·第四章(陈宝军)
最早实用的磁记录器件： 1898年，丹麦人Poulsen 钢丝式磁录音机 原理：在细长的钢丝结构 上通过产生微小永磁体 (NS)进行连续记录
这种方式会产生反磁场Hd，从而难以获得较强的 磁化。
8
现代的磁记录
垂直磁化方式 水平磁化方式
实究发现，垂直磁化比水平磁化能 实现高密度磁记录，而且磁化强度也能提高。
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2. 一般选作磁芯材料的具体标准 ① 容易磁化，且具有高饱和磁通密度、高磁 导率； ② 对磁场变化反应灵敏，能量损耗低； ③ 小型且量轻，不易磨损； ④ 耐环境性好。
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4.1.2.3 各类磁头材料
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1. 铁氧体磁芯材料
以Mn-Zn铁氧体、Ni-Zn铁氧体为主的材料， 都是用于块体型磁头的磁芯材料。 铁氧体为氧化物绝缘体，电阻率高、耐磨损、 耐环境性优良，但与其他合金系材料相比，其 饱和磁化强度要低一些。
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6. 磁致电阻效应(MR)磁头及其材料
(1) 磁致电阻效应 将某些磁性材料放在磁场中，如果通以恒定电 流，当外磁场改变时，该材料的电阻率也随之 改变的现象，称为磁致电阻效应。 改变的现象，
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(2) MR磁头简介 MR磁头属于非电磁感应型磁头。 属于非电磁感应型磁头 这种新型磁头具有电磁感应型磁头所不具有的 新型磁头 特征，例如记录再生特性与磁头和记录介质间 的相对间隙无关、可低速运行等。 可用于计算机的大容量磁盘装置(HDD)、微机 用HDD等。
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记录密度 容量
继续……
磁记录
可靠性 保真性
相当高的水平
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磁记录
记录对象：声音、图像、数据 记录对象 要求：高密度（高容量）、高保真、高可 靠 构成要素：磁头＋磁记录介质 构成要素： 磁头：笔（写入）、眼（读出） 介质：纸张 材料：磁头材料、磁记录介质材料
清华大学工程材料第五版第四章
二、按使用范围分类
1. 通用塑料 应用范围广、生产量大的塑料品种。 聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚烯烃、酚醛塑料 2. 工程塑料 和氨基塑料等，产量约占塑料总产量的四分之 综合工程性能(机械性能、耐热耐寒性能、 三以上。 耐蚀性和绝缘性能等)良好的各种塑料。
如聚甲醛、聚酰胺、聚碳酸酯和 ABS等。 3. 耐热塑料 能在较高温度（100 ℃～200 ℃）工作。 聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯、有机硅树 脂、环氧树脂等。
七、氨纶 化学名称为聚氨酯纤维，商品名称为氨纶。 由聚酯、芳香族二异氰酸酯聚合，用脂肪族二 胺交联而成。 1、特点 ●高弹性。伸长600%～750%时，回弹率达 95％以上。 2、应用 用作运动衣、游泳衣。与涤纶混纺后，制 作夏季衣服。
4.3
合成橡胶
橡胶 具有极高弹性的高分子材料。
●性能特点 弹性变形量可达100％～1000％，而且回 弹性好，回弹速度快。 橡胶还有一定的耐磨性，很好的绝缘性和 不透气、不透水性。
聚酰胺的应用： 制造耐磨耐蚀零件，如轴承、齿轮、
尼龙轴套
尼龙拉杆
7. 聚碳酸酯(PC) 聚碳酸酯誉称"透明金属"， ●具有优良的综合性能。冲击韧性和延 性突出，在热塑性塑料中是最好的；弹性模 量较高，不受温度的影响； ●抗蠕变性能好，尺寸稳定性高； ●透明度高，可染成各种颜色； ●吸水性小； ●绝缘性能优良，在10 ℃～130 ℃间介 电常数和介质损耗近于不变。
有机玻璃顶棚
二、热固性塑料 1. 酚醛塑料(PE) 由酚类和醛类缩聚合成酚醛树脂,再加入 添加剂而制得。一般为热固性塑料。 ●具有一定的机械强度和硬度, 耐磨性好； ●绝缘性良好, 耐热性较高，耐蚀性优良。 ●缺点是性脆，不耐碱。
酚醛塑料的应用：
《金属材料与热处理》第四章铁碳合金
学习情境四：铁碳合金 4.3
4、在焊接方面的应用 焊接时由焊缝到母材各区域的温度是不同的，根据Fe－Fe3C 相图可知，受到不同加热温度的各区域在随后的冷却中可能 会出现不同的组织和性能。这需要在焊接之后采用相应的热 处理方法加以改善。 5、在热处理方面的应用
Fe－Fe3C相图是制订热处理工艺的依据。应用Fe－Fe3C相 图可以正确选择各种碳钢的退火、正火、淬火等热处理的 加热温度范围。由于含碳量的不同，各种碳钢热处理的加 热温度和组织转变也各不相同，都可从状态图中求得。
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学习情境四：铁碳合金 4.4
1、在钢铁材料选用方面的应用
Fe－Fe3C相图反映了铁碳合金的组织、性能随成分的变化 规律，为钢铁材料的选用提供了依据。如各种型钢及桥梁、船 舶、各种建筑结构等，都需要强度较高、塑性及韧性好、焊接 性能好的材料，故一般选用含碳量较低（WC＜0.25％）的钢材； 各种机械零件要求强度、塑性、韧性等综合性能较好的材料， 一般选用碳含量适中（WC＝0.30％～0.55％）的钢；各类工具、 刃具、量具、模具要求硬度高，耐磨性好的材料，则可选用含 碳量较高（WC＝0.70％～1.2％）的钢。纯铁的强度低，不宜 用作工程材料。白口铸铁硬度高、脆性大，不能锻造和切削加 工，但铸造性能好，耐磨性高，适于制造不受冲击、要求耐磨、 形状复杂的工件，如冷轧辊、球磨机的铁球等。
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学习情境四：铁碳合金 4.4
低碳钢：Wc=0.1-0.25% 中碳钢：Wc=0.25-0.6% 高碳钢：Wc=0.6-1.4% 随着Wc的增加，硬度、强度都增加。
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学习情境四：铁碳合金 4.3
三、铁碳合金状态图的应用
1、在钢铁材料选用方面 2、在铸造生产上的应用 3、在锻造方面的应用 4、在焊接方面的应用 5、在热处理方面的应用
2019-2020年高三化学一轮复习 第四章 第2节 铝 金属材料1导学案
2019-2020年高三化学一轮复习第四章第2节铝金属材料1导学案【考纲要求】１.掌握铝的还原性，氧化铝和氢氧化铝的两性。
２.了解金属材料、合金的概念及其重要应用。
【重点知识】铝的还原性、氧化铝和氢氧化铝的的两性。
【课前预习案】一、铝——注意与钠、镁、铁、铜等比较1.铝元素的原子结构和位置：原子结构示意图，在周期表中的位置是。
2、铝的物理性质：为银白色金属，熔点为660.4℃，沸点为2467℃，密度为2.7g·ml－l，仅为钢的1/3左右，导电性仅次于银、铜和金。
3、铝的化学性质——铝属于极活泼金属，具有很强的还原性。
（1）铝与氧气的反应①常温下，铝被空气中的氧气氧化，在表面生成一层致密的氧化物薄膜，阻止内部的金属继续跟氧气发生反应。
因此，铝在常温下，具有抗腐蚀性。
②点燃时,铝箔在氧气中剧烈燃烧，发出耀眼的白光，生成白色固体，放出大量的热。
化学方程式。
这个反应放出大量的热和耀眼的白光，因此，铝可用于制造、、等。
【练习1】小亮家中收集了一件清代的铝制佛像，该佛像至今仍保存完好。
该佛像未被锈蚀的主要原因（）A 铝不易发生化学反应B 铝的氧化物容易发生还原反应C 铝不易被氧化D 铝易被氧化，但氧化铝具有保护内部铝的作用（2）铝跟某些金属氧化物反应——铝热反应。
如与Fe2O3的化学反应方程式：实验现象：纸漏斗内混合物立即剧烈反应，发出耀眼的光，产生大量的烟，纸漏斗被烧破，有红热的液珠落入蒸发皿内的细砂上，待熔融物冷却后变为黑色的固体。
铝热反应的用途有：【练习2】下列混合物不能组成铝热剂的是（）A. Al和V2O5B. Al和MnO2C. Al和MgOD. Al和Fe3O4写方程式：Al + MnO2 －Al + Fe3O4 －注意两点:第一点：不仅铝粉和氧化铁粉末的混合物称为铝热剂，这个反应称为铝热反应，而且和其它某些金属氧化物的混合物也叫铝热剂，反应也是铝热反应。
铝与Fe3O4 、FeO、V2O5、Cr2O3、MnO2等发生铝热反应。
材料科学与工程基础第四章自测评题
“材料科学与工程基础”第四章共20组选择题，约300个小题。
请按10个小题为一组进行抽样组合测评，正确率达到60%，方可进入下一组抽题测试。
另外请将页面设置为不能打印和下载。
选择题第一组1.材料的刚性越大，材料就越脆。
（）BA. 正确；B.2.A.B.C.D.3.ABC4.A.B.C.5.A.B.C.6.DA. K=E /[3(1+2?)]；B. E=2G (1-?)；C. K=E /[3(1-?)]；D. E=3K (1-2?)；E. E=2G (1-2?)。
7.“Viscoelasticity”的意义是（）BA 弹性；B粘弹性；C 粘性8、均弹性摸量的表达式是（）AA、E=σ/εB、G=τ/rC、K=σ。
/（△V/V）9、金属、无机非金属和高分子材料的弹性摸量一般在以下数量级范围内（ GPa）C10111314）BB. 错误第二组1、对各向同性材料，以下哪一种应变不属于应变的三种基本类型（）CA. 简单拉伸；B. 简单剪切；C. 扭转；D. 均匀压缩2、对各向同性材料，以下哪三种应变属于应变的基本类型（）A, B, DA. 简单拉伸；B. 简单剪切；C. 弯曲；D. 均匀压缩3、“Tension”的意义是（）AA 拉伸；B 剪切；C 压缩4、“Compress”的意义是（）CABC5AA.B.6、“ABC7、8、D. compression9、对各向同性材料，应变的三种基本类型是（）AA tension, shear and compression；B tension, shear and torsional deformation；C. tension, shear and flexural deformation10、非金属态聚合物的三种力学状态是（）AA、玻璃态、高弹态、粘流态。
B、固溶态、橡胶态、流动态。
C、玻璃态、高弹态、流动态。
11、玻璃化转变温度是橡胶使用的上限温度BA 正确B 错误12、玻璃化转变温度是非晶态塑料使用的下限温度BA 正确B13ABC1、2、3、“ABC4、（）AA. 正确；B. 错误5、孪生是发生在金属晶体内整体的一个均匀切变过程。
第四章 线材构成
2、线材的造型特点
线具有长度和方向伸展的特点，一般靠群组的力量， 通过角度、方向、长短、粗细的变化产生丰富的形式 感，能使立体的形态具备婉转和流动的美感。 粗而硬的线材直立性和可视性较强，在空间中具有一 定的表现力，通过支点就可完成。 细而软的线材只能通过框架、轴心进行造型，辅助形 状将最终决定造型的美感和特色。
3、线材的感受
直线：刚健、硬朗、质朴、明快和男性的气质 曲线：动感强、飘逸洒脱，给人以节奏和韵律感。 自由线：散乱无条理、浪漫自然、情绪化 硬质材料：强健有力 软质材料：温和柔软
二、软质材料的构成
在立体构成中，软质材料主要是通过框架的支撑 和编织进行造型的。 通常利用木条、金属条、板材制作框架，运用打 结、钻孔穿接的方式连接在框架上。 只有非平行的且又不在同一平面上的线才能构成 立体空间效果。 利用毛线、麻绳、尼龙线、软塑料线、软藤条等 可以用来编织。
三、硬质材料的构成
具备一定的厚度和硬度，有着独立的表现 能力和灵活机动的群化造型能力。 硬质材料的群化方法：底托式、排列连接 式、交错排列式、利用软质材料进行造型 等。
三维 构 成
第四章 线 材 构 成
主讲：陈金怡
பைடு நூலகம் 第三章
从平面到立体的创造
一、线材的种类及特点 二、软质材料的构成
三、硬质材料的构成
一、线材的种类及特点 1、线材的种类 2、线材的造型特点 3、线材的感受
1、线材的种类
金属性线材和非金属性线材 硬质线材和软质线材
硬质线材包括：金属棒、玻璃、钢丝、塑料、木 条等 软质线材包括铁丝、铜丝、棉、化纤、软塑料管 等
材料工程基础知识点总结
材料工程基础知识点总结
第一章、材料的性能及应用
1、常用的力学性能，如：σS，σb，σe，σP 等所表示的含义，弹性模量E及其主要影响因素、塑性指标的意义。
不同材料所适用的硬度（HB、HR、HV）测量方法。
第二章、原子结构和结合键
1、结合键的类型(主要为金属键、离子键、共价键)及其主要特点，它们对材料性能的主要影响
第三章、晶体结构
1、晶面与晶向的标注和识别
2、BCC、FCC、HCP三种常见金属晶体结构中所含的原子数、它们的致密度。
3、相、固溶体、中间相、固溶强化的概念、固溶体的分类、中间相的分类以及固溶体和中间相的主要区别。
第四章、晶体缺陷
1、晶体缺陷的分类、位错的含义和分类及特点。
位错（及点缺陷）密度的变化对材料性能（主要是力学性能）的影响。
2、晶界原子排列?的特点及其分类，晶界的特性；相界的分类、润湿
第五章、固体材料中原子的扩散
1、Fick第一定律的含义、非稳态扩散的误差函数解的应用计算
2、扩散的机制及影响扩散的主要因素以及在工业上的应用（如：工业渗碳为何在奥氏体状态下进行）
第六章、相平衡与相图原理
1、Gibbs相律含义，二元匀晶、共晶相图分析，杠杆定律的应用计算；相图与合金使用性（强度、硬度）和工艺性（铸造）的关系
2、铁碳相图（简化版）及其标注上面主要的成分点和温度及相；不同含碳量的合金从高温到室温下组织的变化，利用杠杆定律计算组织或相组成物的含量（主要针对C%<2.11%的合金，即钢）第七章、材料的凝固
1、液态合金结构的特点，过冷度及其与冷却速率的关系?。
材料基础-第四章固体材料的缺陷
例如，Fe的剪切模量大约100GPa，则理论剪切 模量应为3000MPa。但是，单晶体Fe的实际强度仅 为1－10MPa，晶面之间的滑移用相当小剪力就能移 动。理论值与实际值相差巨大。因而，人们就猜测 晶体中存在着象位错这样的线缺陷。 当时仅是理论上的一种推测，没有真正看到。 直到50年代，透射电镜（TEM）的研发成功，才从 实验中观察到实际的位错形貌。 当晶体的一部分相对于另一部分进行局部滑移 时，晶体的已滑移部分与未滑移部分的交界线形成 分界线，即位错，用TEM可观察到(见图4-4)。 位错主要分两种类型：刃型位错和螺型位错。
按晶体缺陷的几何特征，可以分成四种 基本类型：点缺陷、线缺陷(位错)、面缺陷 和体缺陷，如图4-1所示。 但需记住，这些缺陷只代表理想原子排 列中的缺陷。而实用上，为了获得所要求的 材料性能如强度、硬度、塑性等，有时要有 意地制造一些缺陷，即通过合金化、扩散、 热处理和表面处理，设计和控制这些缺陷。 因此，设计和控制晶体缺陷是改进产品 质量的关键，特别是对晶体生长以及使用过 程中控制缺陷的形成、类型以及变化，都是 极为重要的。
图4-3 晶格节点的置换原子
4. 点缺陷对材料性能的影响 在一般情况下，点缺陷主要影响晶体的物 理性质，如比容、比热容、电阻率等。 （1）比容 为了在晶体内部产生一个空位，需将该处 的原子移到晶体表面上，这就导致体积的增加。
（2）比热容 由于形成点缺陷，需向晶体提供附加的能 量(空位生成焓)，因而引起附加的比热容。
断裂，而不会沿垂直截面的方向断裂，原因在于 材料在变形过程中发生了滑移，如图4-10所示。
图4-10 单晶体的拉伸断裂 及晶面滑移形貌
这是因为，材料的塑性变形通常会沿着晶体原子 的密排方向滑移，见图4-11 外加拉应力、滑移方向和滑移面的关系