化学与机自的关系.ppt

1、化学与机械,内容目录,1.化学与机械加工 2.热力学与机械 3.材料机械化学 4.总结,化学与机械加工,谈到这个话题我觉得需要从机械化学这门学科谈起。机械化学是机械加工和化学反应在分子水平的结合,包括机械粉碎、机械压力作用下的化学反应、摩擦、机械降解聚合物、空穴效应、超声波物理化学和分子期间等等。它可以看作是一门化学工业和机械工业的交叉学科。机械化学有时也指一种假设的分子组合器在分子纳米技术中的机械合成。也可以叫做“定位合成”或“定位组合”，是一种由计算机控制决定分子位置形成化学键的技术。,机械化学效应,远古时代人们钻木取火就是一种机械化学现象。人们用木头相互摩擦，产生热量并逐渐使木块燃烧。还

2、有就是击石取火现象，人们用金属敲击燧石产生火花，引燃其他细小物质从而生火。,上个世纪九十年代初，西澳大利亚大学Rowlands等人首先将机械化学方法用于含卤有机物处理，开展了DDT与氧化钙混合球磨处理试验，结果发现球磨12 h后,其中有机氯化物全部转化为氯化钙和石墨，采用GC/MS在产物中检测不出有机物。此神奇效果引起了人们广泛关注，由此，揭开了含卤有机物机械化学处理研究序幕。下面是机械化学对含卤有机废物处理与传统降解相比具有的优点与意义。,含卤有机废物被广泛大量的使用后,由于其具有稳定的化学性质,很难自然降解,对生态系统产生了强烈的干扰作用,严重地威胁人类安全和健康。传统的降解含卤有机废物的

3、方法由于反应条件苛刻、处理费用高、工艺流程复杂、易产生二次污染等原因而使其大规模推广使用受到了限制。2006年曹建保发表了题为含卤有机废物机械化学脱卤工艺及机理研究 的论文，本论文介绍机械化学脱卤法。试验结果表明球磨机的转速、球磨时间、金属锌和氯的摩尔比等是影响脱氯效果的关键因素,另外磨机球磨罐的密封性能也对脱氯效果有很大的影响。球磨机的转速越高,球磨时间越长,金属锌和氯的摩尔比越高,脱氯效果越好。试验表明,氢供体和催化剂镍粉的添加不能起到预期效果,采用金属铝粉代替锌粉作添加剂也未能起到预期效果。试验研究发现聚氯乙烯、聚偏氯乙烯、六氯苯等含卤有机废物通过机械化学法降解后,氯的脱除率接近100%

4、,经X射线衍射、红外吸收光谱发现有含氯产物生成,同时有黑色的单质炭产生。 机械化学处理技术由于具有工艺流程简单、工作条件温和、处理效果好、应用广、可处理各种类别形态的污染物、安全性好、可有效实现资源循环利用等优点,是最有应用前景的有机物无害化处理技术之一,尤其适宜发展中国家的偏远地区使用。,热力学与机械,热力学是研究热现象中物质系统在平衡时的性质和建立能量的平衡关系，以及状态发生变化时系统与外界相互作用（包括能量传递和转换）的学科。工程热力学是热力学最先发展的一个分支，它主要研究热能与机械能和其他能量之间相互转换的规律及其应用，是机械工程的重要基础学科之一。,热力学是从18世纪末期发展起来的理

5、论，主要是研究功与热之间的能量转换。在此功定义为力与位移的内积；而热则定义为在热力系统边界中，由温度之差所造成的能量传递。两者都不是存在于热力系统内的性质，而是在热力过程中所产生的。 工程热力学的基本任务是：通过对热力系统、热力平衡、热力状态、热力过程、热力循环和工质的分析研究，改进和完善热力发动机、制冷机和热泵的工作循环，不断提高热能利用率和热功转换效率。 为此，必须以热力学基本定律为依据，探讨各种热力过程的特性；研究气体和液体的热物理性质，以及蒸发和凝结等相变规律；研究溶液特性也是分析某些类型制冷机所必需的。现代工程热力学还包括诸如燃烧等化学反应过程和溶解吸收或解吸等物理化学过程，这就又涉

6、及化学热力学方面的基本知识。,开尔文,热力学第一定律 热力学第一定律反映了能量守恒和转换时应该遵从的关系，它引进了系统的态函数内能。热力学第一定律也可以表述为：第一类永动机是不可能造成的。,热力学第二定律 热力学第二定律指出一切涉及热现象的宏观过程是不可逆的。它阐明了在这些过程中能量转换或传递的方向、条件和限度。相应的态函数是熵，熵的变化指明了热力学过程进行的方向，熵的大小反映了系统所处状态的稳定性。,热力学第三定律： 热力学第三定律指出不可能以有限程序达到绝对零度换句话说，绝对零度永远不可能达到。 热力学系统是进行热力学分析的对象，可分成三种： 孤立系统(isolated system)：系

7、统完全不与外界交换能量或质量。 封闭系统(closed system)：系统只与外界交换能量而不交换质量。 开放系统(open system)：系统与外界交换能量和质量。,设想的永动机,材料机械化学,在机械制造时除了要有必要的图纸，还有重要的一点就是选材的问题，不同材料对机械设备的强度，质量，寿命都有关系。而化学对各种材料性质的精确分析为我们提供了方便。此处特别为大家简要介绍复合材料。,复合材料,复合材料(Composite materials)，是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性

8、能优于原组成材料而满足各种不同的要求。复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝和硬质细粒等。,一、分类： 1、按基体分类：聚合基、陶瓷基、金属基 2、按增强相分类:纤维增强复合材料、粒子增强复合材料、层状复合材料 3、按复合材料的性能分类：结构复合材料、功能复合材料,二、特点： 1、比强度和比模量高（其中纤维增强复合材料的最高） 2、抗疲劳性能好 3、减震性能好（复合材料中的大量界面对振动有反射吸收作用，不易产生共振）

9、4、高温性能好,三、应用领域 复合材料的主要应用领域有：航空航天领域。由于复合材料热稳定性好，比强度、比刚度高，可用于制造飞机机翼和前机身、卫星天线及其支撑结构、太阳能电池翼和外壳、大型运载火箭的壳体、发动机壳体、航天飞机结构件等。汽车工业。由于复合材料具有特殊的振动阻尼特性，可减振和降低噪声、抗疲劳性能好，损伤后易修理，便于整体成形，故可用于制造汽车车身、受力构件、传动轴、发动机架及其内部构件。化工、纺织和机械制造领域。有良好耐蚀性的碳纤维与树脂基体复合而成的材料，可用于制造化工设备、纺织机、造纸机、复印机、高速机床、精密仪器等。医学领域。碳纤维复合材料具有优异的力学性能和不吸收X射线特性，可用于制造医用X光机和矫形支架等。碳纤维复合材料还具有生物组织相容性和血液相容性，生物环境下稳定性好，也用作生物医学材料。此外，复合材料还用于制造体育运动器件和用作建筑材料