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材料简介 第一章

2011-9-5 10:20| 发布者: editor04| 查看: 1628| 评论: 0

摘要: 一、什么是材料 地壳表层是由岩石及矿物所组成,而组成的岩石与矿物便是制作材料的基本原料。简单來說,原料是指天然生成且尚未加工的物质,而材料则是 ...
一、什么是材料
     地壳表层是由岩石及矿物所组成,而组成的岩石与矿物便是制作材料的基本原料。简单來說,原料是指天然生成且尚未加工的物质,而材料则是指原料经加工处理后所产生的物质。
二、什么是材料科学
     利用基本科学的原理,研究并分析材料的成分、组织、结构与加工方法,使材料能发挥其效能与用途,或是改良材料的性质。因此,想要制造高性能的产品,得需要有高性能的材料,而要有高性能的材 料,就得对材料性能有深入的研究,而这也就是材料科学之所以重要的原因。材料科学承袭于矿冶工程,并以热力学、反应动力学、结构学为基础。
三、材料种類
     材料的种類繁多,可分为「金属材料」、「陶瓷材料」、「电子材料」、「高分子材料」及「复合材料」五大類(或加计「生物材料」一類)。其实,任何一项产品,其构成的材料通常不止一种。例如:网 球拍的拍面是高分子材料,而拍框则是复合材料。
  1. 金属材料:凡具有金属光泽、不透明、富于延展性,属于热电的优良导体者,都称为金属;而结 合兩种以上的金属,且未丧失金属特性者,则称为合金。工程上很少使用纯金属,大多采用合金,如钢铁、钛合金、铝合金等。由于金属材料具有良好的强度、韧性、导电导热佳,是材料工业的基础,但其缺点则是质量较重、耐蚀性不佳。
  2. 陶瓷材料:陶瓷材料范围很广,通常是指金属与非金属元素之氧化物或其它无机化合物,如  SiO2。陶瓷的使用由來已久,新石器时代与彩陶文化的发现,已让我们知道人類在远古时代便知道如 何烧制陶瓷。陶瓷具有良好的耐热性、稳定性、抗蚀性等,但缺点则是延展性不佳、脆性大。
  3. 电子材料:1948 年美国贝尔实验室发现半导体材料的导电性能及极高效能,使得半导体材料制造 的组件逐渐取代真空管,促成电子工业的突飞猛进,并陸续发展出计算机工业。期间(从真空管、晶体管到积体电路)的快速发展,使得电子材料的需求量日益增加。
  4. 高分子材料:是指具高分子量的物质,大多是有机化合物及人工合成的材料,最常見的便是塑料、橡胶等。
  5. 复合材料:结合兩种或兩种以上不同材料而达到特定性质的复合体,统称复合材料。其可将不同 材料的优点保留,并增加材料的一些特性。
四、金属材料(Metal)
     金属材料包括了金属和合金材料,如铁、镁、铝、铜、锡、铅、钢及其它很多不胜枚举的金属,一 般都具有良好的导电及导热性质,常用于结构物或承重组件上;兩种以上不同的金属结合后,就称为合 金,一般而言,纯金属的应用较少,而合金元素则通常用來增进金属的室温与高温机械性质,所以常見 到工程师会要求使用具有特殊性质的合金來作为工程上的应用。
(一)铁類合金
     铁類合金主要是以铁为主成份之铁合金,透过平衡相图,可以藉由热处理技术來达到所要求的成份 组织,并推知是否能达到所需的性质。
     一般的铁類合金如:碳钢、铸铁、不锈钢⋯⋯,其中又可作數十种以上的细分,这和其中含有的少
量或微量元素或是和其热处理方式不同造成的组织差異有关。 常見的不锈钢对腐蚀的抵抗力较佳,一般至少含有 12%以上的 Cr,在氧化环境中,可在钢的表面形成一层薄的二氧化铬膜,抑止进一步氧化的发生。

(二)非铁類合金
     非铁類合金是以其它元素为主的合金,如铝、镁、铜、锌、铅、锡、镍、钴、钛、锆⋯⋯等合金。 它们利用固溶、析出或相变化等方式來改变组织或性质,來达到合金设计者的要求,一般少見的贵金属 如钛、锆等,是被用于特殊的高科技材料中。
耐高温金属:如钨熔点达 3,410℃、铼熔点 3,180℃、钼熔点达 2,610℃、铌熔点达 2,468℃等,这些耐高温金属在熔鍊时较不容易,所以一般采用如粉末冶金的方式來制造成型。
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