1、华东师大二附中 洪燕芬E-mail: ,8.2 从普通金属到新型金属,1.你已学习了哪些金属的性质?2.你了解金属材料吗?,讨 论,第二次世界大战后金属材料虽然部分地被合成高分子材料、无机非金属材料与各种复合材料替代，但是，金属材料在一个国家的国民经济中仍然占有举足轻重的地位。为了发展航空、航天、舰艇、军事、医疗、能源等，需要发展具有特殊性能的新型金属材料。,引言,宇宙飞船登月的月面天线,宇宙飞船登月之后，为了将月球上收集到的各种信息发回地球，必须在月球上架设直径为好几米的半月面天线。要把这个庞然大物直接放入宇宙飞船的船舱中几乎是不可能。科研人员先用硬度和刚性非常好的镍钛合金在40以上制成半球
2、面的月面天线，再让天线冷却到28以下。这时合金内部发生了结晶构造转变，变得非常柔软，很容易把天线折叠成小球似的一团，放进宇宙飞船的船舱里。到达月球以后，宇航员把变软的天线放在月面上，借助于太阳光照射或其它热源的烘烤使环境温度超过40，这时天线像一把折叠伞自动张开，迅速投入正常的工作。,阅读材料,月面天线,天飞机释放的膨胀月面天线,1。你知道这种金属材料的名称吗？2。你知道这种材料是如何被发现的呢？,讨 论,60年代初的一天，美国海军军械实验室的研究人员领来了一批镍钛合金丝，也许是制造过程中处理不当，合金丝被弄弯了，他们只能一根一根地将合金丝校直。有人顺手把校直的合金丝堆放在炉子的旁边。这时意外
3、的事情发生了，一些校直的的合金丝在炉温的烘烤下，不一会儿就恢复到原来弯曲的形状。于是不得不重新校直合金丝。起初，他们没有在意，还是把校直的合金丝堆放在炉旁，结果合金丝又弯曲了，这种现象重复出现了多次，直到人们把校直的合金丝换了一地方堆放，不再受到炉温的烘烤以后，合金丝才继续保持挺直的形状。军械实验室的研究人员紧紧地抓住了上述的意外的事情，开展反复的实验研究，终于发现含50%镍和50%钛的合金在温度升高40以上时，能“记住”自己原来的形状。,科学家把这种现象叫做形状记忆效应，具有记忆功能的合金称为形状记忆合金。,阅读材料,有记忆的金属,形状记忆合金新型金属的代表之一,实验录像,1。科学家是怎样发
4、现金属的形状记忆效应的？ 2。这一发现过程对你有什么启示？ 3。充分发挥你的想象力，你觉得记忆金属还有什么用途？,思考与讨论,参考答案,1。科学家是这样发现金属的形状记忆效应的： （1）先是在制作镍钛合金的过程中偶然发现的。 （2）后来反复实验研究制备出具有形状记忆效应的金属合金。 2。这一发现过程对你的启示： （1）偶然中包含着必然的结果。 （2）科学研究需要实事求是、坚持不懈的态度和精神。 3。用来制作汽车、眼镜、锁等等。,记忆钉子,菲力浦公司研制了一种由“记忆金属”制成的钉子,把它安在汽车外胎上，当气温降低、公路结冰时，钉子会“自动”从外胎里伸出来，防止车轮打滑。,“记忆金属”食道架能在
5、喉部膨胀成新的食道。必要时只要向食道里加上冰块，“食道”又会遇冷收缩，从而可轻易取出，使失去进食功能的食道癌患者提高了生活质量。,记忆食道支架,用这种“记忆金属”造出汽车，万一被撞瘪，只要浇上一桶热水就可恢复到原来的形状。,汽车,人们盖上用记忆合金丝混合羊毛织成的毛毯后，如毛毯温度过热，它就会自动掀开一部分，适当降低温度，使人睡得更安稳。,记忆毛毯,记忆照明灯,法国巴黎用形状记忆合金制造的城市照明灯，有两瓣随着灯的亮灭而逐渐张开或合上的金属叶片。白天，路灯熄灭，叶片合上；傍晚，路灯亮起灯泡发热，叶片受热而逐渐张开，使灯泡显露出来。,1、形状记忆合金的是如何工作的呢?它与什么外界条件有关?2、它
6、工作时的内部结构有没有发生变化呢?,思考与讨论,参考答案,形状记忆合金都有一定的转变温度，在转变温度以上，可加工成欲记忆的形状，当把它冷却到转变温度以下，可改变它的外形，此时，它的原子结合方式并未发生变化，只是原子离开自己原来的位置，在邻近的位置上暂时地停留着。如果把这种变形后的记忆合金加热到转变温度以上，由于原子获得了向稳定结晶构造转变所需的能量，就又重新回复到原来的位置，从而又恢复了以前的形状。,随着对金属微观结构研究的深入，人们发现无论是使金属微观结构更加有序，形成完美的晶体；或者使金属微观结构更加无序，形成非晶态金属，都会赋于金属材料具有非常优良的性能。,金属材料的发展还可以朝什么方向
7、进行呢?,向金属完美晶体和金属非晶体方向的发展,金属晶须材料新型金属的代表之二,晶须是一种针状单晶体材料，其直径为零点几至几个微米，长度为几微米至数百微米。在单晶体中的原子排列非常整齐，几乎是一种理想的晶体。 由于其晶体结构十分完整，晶须给我们带来了大幅度提高金属强度的可能性，制造出可直接应用的理想晶体，相当于数十倍、数百倍增加金属材料的产量，能节省珍贵的资源和能源，甚至从根本上改变人类的生活环境和条件。到那时，地球将会出现许多轻巧的壳型建筑，机器不再是那样笨重和庞大，摩托车和轿车可以折叠起来随身携带了。,一发吊千钧的金属晶须材料,在提高金属抗拉强度的试验过程中，科学家惊奇地发现，一种铁晶须的
8、抗拉强度竟能达到工业纯铁的70多倍，比超高强度钢高出410倍。这种晶须编织成半径为1mm的线材，能安全地吊起一辆4吨重的载重汽车，可谓一发吊千钧。,阅读材料,金属晶须材料的发现,晶须材料的发现也是偶然的。1948年美国贝尔电话公司在排除经常出现的电话线路短路原因时，发现在蓄电池极板表面产生有针状结晶物。进一步研究发现其晶体结构与金属极板材料相同，但强度远高于极板材料，因其形状象猫的胡须，因此把这种针状结晶材料称之为晶须（Whisker）。,阅读材料,1。金属晶须材料的内部原子结构有什么特点？2。为什么说金属晶须材料都能节约资源和能源？,思考与讨论,参考答案,1。X-射线衍射技术显示，晶须内部的
9、原子完全按照同样的方向和部位排列，这是一种没有缺陷的理想晶体。2。晶须给我们带来了大幅度提高金属强度的可能性，制造出可直接应用的理想晶体，相当于数十倍、数百倍增加金属材料的产量，能节省珍贵的资源和能源，甚至从根本上改变人类的生活环境和条件。,因晶须十分细小，所以一般不能独立使用，但可编织成线材或与其它聚合物复合成纤维增强复合材料。,非晶态合金新型金属的代表之三,什么叫非晶态合金? 它是如何加工而成的? 它是如何发现的？ 它有什么用途？,非晶态合金和金属玻璃,1960年，美国科学家皮杜威等首先发现某些液态贵金属合金，如金硅合金等在冷却速度非常快的情况下，当金属内部的原子来不及”理顺”位置，仍处于
10、无序的紊乱状态时，便马上凝固了，成为非晶态金属。这些非晶态金属材料的结构与玻璃的结构极为相似,所以又称为“金属玻璃”非晶态合金制品可以由液体金属一次直接成型，省去了铸、锻等加工工序，而且边角余料可全部回收，能极大节省能源和材料。,阅读材料,大块金属玻璃,阅读材料的信息归纳,1。用超高速急冷（冷却速度可达1106s）的方法，来获得非晶态合金。 2。从液态不经过结晶过程就凝固成金属或合金，内部原子仍保持着液态的无序状态，这种合金或金属称为非晶态合金，也称作金属玻璃。 3。非晶态合金的广泛应用，节约了大量的资源和能源，所以又被誉为“绿色环保材料”。,晶体态与非晶态合金的结构比较,本节小结,1。为了社会和科学的发展，金属从普通材料发展到具有特殊性能的新型金属材料。 2。形状记忆合金在一定的转变温度条件下可以发挥出它的记忆技术 。 3。金属完美晶体和金属非晶体是金属材料发展的两个方向。,一、关于材料向完美晶体和非晶态方向发展的思想，这种思想是不是还可以用到其它材料中？ 二、从微观结构的研究入手，对现有的材料能不能进行创新？,思考与讨论,
