材料加工与性能优化

1、.,专题4 材料加工与性能优化,发蓝钢带,.,阳极氧化概述,铝阳极氧化技术是用铝金属制件作阳极,在电解作用下铝金属制件表面形成氧化物薄膜的过程。 初期应用 表面改性耐磨性、耐蚀性、电气绝缘性,表面色泽美观。 近期应用 精密分离膜：耐热、可调孔径、规整 AAO模板：制作纳米功能材料,.,应用,耐磨耐腐蚀材料,建筑装饰材料,电绝缘材料,.,第一单元 材料的加工处理,金属的表面处理,由教材P67活动与探究回答下列问题 1、铝及其合金进行阳极氧化的目的是什么？ 2、实验中的NaOH起什么作用？ 3、茜素的作用是什么？,茜素：一种有机颜料,.,一、铝阳极氧化的一般原理,阳极：铝或铝合金制品 阴极：在电解

2、溶液中化学稳定性高的材料 铝阳极氧化的原理实质上就是水电解的原理。 在阴极上 在阳极上,.,二、铝的阳极氧化过程,装饰材料的制备过程：,12. 中国阳极氧化与染色网 ,表面处理,.,1、表面处理,铝材及制品的表面上都会不同程度地存在着污垢和缺陷。 处理过程包括： 脱脂 ：除去表面油污赃物 碱蚀 ：进一步清理表面附着的油污赃物；清除制品表面的自然氧化膜及轻微的划擦伤 中和:用酸清洗,除去挂灰和残留碱液，以露出光亮基本金属表面,.,2、阳极氧化处理,以铝及其合金作为阳极，选择合适的电解液、阳极化温度、电流密度和氧化时间进行阳极氧化，从而得到所需的氧化铝膜,.,3、染色处理,一般阳极氧化膜的孔隙直径

3、为0.01-0.03m，而染料在水中分离成单分子，直径为0.0015-0.0030m，着色时染料被吸附在孔隙表面上并向孔内扩散、堆积 染料与氧化铝进行离子键、氢键结合而使膜层着色，经封孔处理，染料被固定在孔隙内。,.,4、封孔处理,提高铝件质量和染着色牢固。 经过封闭处理后表面变的均匀无孔，形成致密的氧化膜。 经封闭后的氧化膜不再具有吸附性，可避免吸附有害物质而被污染或早期腐蚀。,.,总结,表面 改性,功能 材料,缺陷 斑点,微孔结构 生长机理,.,(1)原理:应用电解 原理在某些金属 表面镀上一层其 他金属或合金的 过程. (2)阴极:待镀件 阳极:镀层金属 (3)电镀液: 含有镀层金属的

4、离子,电镀铜原理,瞧瞧这是什么?,.,第一单元 材料的加工处理,金属的表面处理,1、设计一套实验方案：将自己的钥匙镀银。 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？,.,腐蚀加工技术,1、“毛玻璃”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。 3、P70电路板的制作中，氯化铁起什么作用？反应原理是什么?,.,刻蚀玻璃,.,.,.,.,第二单元 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特点？ 2、什么是贮氢合金？以及它是如何用来贮存氢气的？ 3、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？ 5、高纯硅是如何被生产出来的？ 6、什么是

5、纳米材料？,.,第二单元 材料组成的优化,.,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。 B、金属互化物：金属与金属之间生成的化合物。其组成有的是固定不变的，如铜化锌（ZnCu）、碳化铁（Fe3C）等；有的是可变的，如铜锡合金就有Cu5Sn、Cu31Sn8、Cu3Sn等多种不同组成。金属互化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，每一小晶

6、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。,.,2、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 有什么特点，怎么利用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。,2/xMH2 2/xMHx H0,.,3、硅酸盐材料和特种陶瓷 （1）水泥 水泥的制取原料： 普通水泥的主要成分是,（2）玻璃 制取玻璃的原料 制取玻璃的反应 几种特殊的玻璃,.,（3）陶瓷 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、成为陶器。 陶瓷的种类（根据原料、烧制温度划分）：土器、陶瓷、瓷器

7、、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。,精细陶瓷的应用：P76,.,二、提高材料的纯度,超纯硅的制取反应原理： 粗硅的制取反应： 粗硅提纯反应： 高纯硅的获得反应： 高纯硅的用途,.,三、研制纳米材料,纳米材料使得比表面积大大增大，导致表面原子个数大大增加，表面效应所带来的作用不可忽略。,铁粉自燃实验,FeC2O42H2O=CO+CO2+2H2O+FeO 3FeO=Fe2O3+Fe 4F

8、eO=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还原反应，放出大量的热而燃烧起来，反应式是 4Fe+3O2=2Fe2O3,.,（1）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。,（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

9、底的预热。,（2）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。,.,第三单元 复合材料的制造,.,1、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的加工制成的材料称为复合材料。,2、复合材料的组成：,一、复合材料的基本概念,.,3、复合材料和合金比较：,.,复合材料,预测,性能,增强体材料的化学组成,基体材料的类型,金属 C,陶瓷 SiO2,合成树脂 SiO2、Al2O3,合成树脂 C,耐酸碱，化学稳定性好，强度高，密度小，韧性好,强度高，抗冲击，绝缘性好，耐热温度低于3

10、00,耐高温，隔热性好，强度韧性得到改善,耐1600以上的高温，强度高，密度小,.,二、形形色色的复合材料,1）、玻璃钢,玻璃钢克服了玻璃易碎、密度较大，合成树脂强度不够高的缺点，它具有强度高、密度小、韧性好、耐腐、耐磨、耐撞、绝缘、产品美观、制造方便等优良特性。可广泛用于制作小型娱乐设施、管道、小舟、化工设施、小型建筑等,1、生产生活中常用的复合材料,.,2）、碳纤维复合材料,性能：韧性好，强度高，质量轻,应用：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、网球拍等等体育用具,.,2、航空、航天领域的复合材料,1）机翼、机身、导弹壳体和尾翼的复合材料组成,基体：金属,增强体：纤维（碳纤维、硼纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维等）,性能：耐高温、强度高、导电导热性好、不吸湿和不易老化，密度小。,.,2）机身隔热复合材料：,组成,基体：陶瓷,增强体：碳纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维,性能：耐高温、韧性好,.,目 标 检 测,1下列不属于玻璃钢具有的性能的是 A 易碎 B易燃 C耐水 D耐磨,2、下列各项中不能用玻璃钢制造的是 A餐厅座椅 B、汽车窗玻璃 C、废水管道 D垃圾桶,A,B,.,目 标 检 测,3航天飞机机身上使用的隔热陶瓷瓦是 A仿生复合材料 B陶瓷和纤维复合而成的材料 C纳米复合材料 D分子复合材料,4飞机、火