第九章第四部分知識(shí)體系、拓寬與加深

1、第四部分第四部分化學(xué)與實(shí)踐化學(xué)與實(shí)踐一、金屬材料的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用金屬材料的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用，曾為人類的物質(zhì)開創(chuàng)了新紀(jì)元，在過去幾千年的人類文明史中，金屬材料由于優(yōu)良的性能，在材料使用方面一直居于主體地位。如今高新技術(shù)的發(fā)展，在促進(jìn)陶瓷和高分子材料迅速發(fā)展的同時(shí)，也同樣促進(jìn)著金屬材料的發(fā)展。讓我們來見識(shí)一些新型的金屬材料。(1)生物金屬材料是一種植入人體(或動(dòng)物體)以修復(fù)器官功能用的金屬材料。生物金屬材料有的可以制成牙齒、骨頭等支撐作用的硬組織，有

2、的可制成心臟瓣膜、腦膜、腹膜等軟組織。植入體內(nèi)的金屬材料是浸泡在血液、淋巴液、關(guān)節(jié)潤滑等體液之中使用的。體液含有有機(jī)酸、無機(jī)鹽，存在Na、K、Ca2、Cl等離子，是一種電解質(zhì)，而且使用時(shí)間長達(dá)幾年甚至幾十年之久，因此生物金屬材料首先要具備與人體及體液有良好的適應(yīng)性(元素、不起起變態(tài)反應(yīng)和異常新陳代謝，對(duì)組織無刺激性)，同時(shí)還要有耐蝕性及化學(xué)穩(wěn)定性(金屬離子不受血液影響)。生物金屬材料要承受人體的各種機(jī)械動(dòng)作，因此在力學(xué)上應(yīng)具有適宜的強(qiáng)度

3、，韌性、耐磨性和耐疲勞性能，此外，生物金屬材料還要容易加工成各種復(fù)雜形狀、價(jià)格便宜和使用方便。生物金屬材料中使用比較成熟和應(yīng)用比較廣泛的，主要是牙科和骨科用的金屬材料。牙科用的金屬材料有金、銀、鉑等貴金屬合金以及不銹鋼、鈷基和鈦基合金等。骨科使用的金屬材料主要有鎳鉻不銹鋼，鈷鉻鉬合金和鈦及其合金，有時(shí)也應(yīng)用價(jià)格昂貴的鉭、鈮、金、銀、鈀、鉑等。(2)發(fā)火材料發(fā)火合金有兩種：以粉末狀態(tài)存在與空氣接觸能夠自燃的合金，具有這種發(fā)火性質(zhì)的合金有稀

4、土合金，鋯合金等；鐵、鈷、鎳、釩、鈦、錳等金屬粉末也具有這種發(fā)火性質(zhì)，被稱為發(fā)火金屬。發(fā)火合金按成分可分為非稀土系和稀土系兩類。非稀土發(fā)火合金是用鋯、鈦、錫、鉛、銻制成的合金，這類合金大都含有鋯，或者含有鈦和鋯，為早期使用的發(fā)火合金。自從1903年奧地利人韋爾斯巴赫研制出由混合稀土金屬和鐵構(gòu)成的稀土發(fā)火合金以后，稀土發(fā)火合金便在發(fā)火合金中占有主導(dǎo)地位。這種合金主要作打火機(jī)的打火石，并且廣泛應(yīng)用于曳光彈、子彈和炮彈的引信、點(diǎn)火裝置和其他軍

5、事設(shè)施上，工業(yè)上生產(chǎn)的稀土發(fā)火合金一般含有20%～30%左右的鐵，有的含有2%～3%左右的鎂。(3)發(fā)光材料在實(shí)際應(yīng)用中，將受外界激發(fā)而發(fā)光的固體稱為發(fā)光材料。它們可以粉末、單晶、薄膜或非晶體等形態(tài)使用，主要組分是稀土金屬的化合物和半導(dǎo)體材料，與有色金屬關(guān)系很密切。高純稀土氧化物Y2O3、Eu2O3、Gd2O3、La2O3、Tb2O3等制成的各種熒光體，廣泛應(yīng)用于彩色電視機(jī)、彩色和黑白大屏幕投影電視、航空顯示器、X射線增感屏、以及用于制

6、作超短余輝材料、各種燈用熒光粉等。半導(dǎo)體發(fā)光材料有ZnS、CdS、ZnSe、GaP、GaAs(1x)Px、GaN、GaAlAs等。主要用于制造各色大中型數(shù)字符號(hào)、圖案顯示器、數(shù)字顯示鐘、X射線圖像增強(qiáng)屏和長壽命各色發(fā)光二極管、數(shù)碼管等?？梢姽獍l(fā)光二極管，因顯示響應(yīng)速度快而廣泛應(yīng)用于儀表、計(jì)算機(jī)，年產(chǎn)量成倍增長，不斷取代其他顯示器件。(4)形狀記憶合金物體在某一溫度下受外力變形，去除外力后仍保持變形后的形狀，但于較高溫度下能自動(dòng)恢復(fù)變形前

7、的原有形狀，這就是形狀記憶效應(yīng)。具有這種效應(yīng)的合金材料稱為形狀記憶合金。1938年，格雷寧格等已在銅鋅合金中觀察到形狀記憶效應(yīng)。1963年，美國比勒等發(fā)展出稱為Nitinol的鎳鈦形狀記憶合金，并用于航天器。從此對(duì)形狀記憶效應(yīng)和形狀記憶合金開展了廣泛的研究，20世紀(jì)70年代已制成許多記憶合金。中國于1978年開始研制，使用鐵來制造工具。中國鐵礦資源比較豐富，1982年末，已探明的儲(chǔ)量為443億噸，其中工業(yè)儲(chǔ)量占總儲(chǔ)量的54%，居世界前列