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2019-2020年九年級化學(xué)下冊 第八單元 課題1 金屬材料教案 新人教版(I) 教學(xué)目標(biāo)： 1、 過日常生活中廣泛使用金屬材料等具體事例，認(rèn)識金屬材料與人類生活和社會發(fā)展的密切聯(lián)系。 2、了解常見金屬的物理性質(zhì)，知道物質(zhì)的性質(zhì)很大程度上決定物質(zhì)的用途，但還需考慮價格等因素。 3、認(rèn)識合金，知道生鐵和鋼等重要合金，以及合金比純金屬具有更廣泛的用途。 重點：1、知道物質(zhì)的性質(zhì)很大程度上決定物質(zhì)的用途，但還需考慮價格等因素。 2、認(rèn)識合金。 難點：采用活動與探究的方式來研究金屬及合金的物理性質(zhì)上的差異 教學(xué)過程： 教師先展示一些物品，然后設(shè)問：這些物品是由什么材料制成？教師引導(dǎo)學(xué)生，如何根據(jù)金屬的一些用途，推斷金屬的物理性質(zhì)。使學(xué)生明白：物質(zhì)的性質(zhì)、資源、價格、美觀等決定其用途 引導(dǎo)學(xué)生查詢資料解決實際問題。教會學(xué)生如何獲取新的知識。 通過實物引入合金的概念。 舉例說明合金與純金屬的區(qū)別。 動手實驗：比較黃銅與銅、焊錫與錫在光澤、顏色、硬度等方面的區(qū)別。 實驗操作：比較錫、鉛、焊錫的熔點。 引導(dǎo)學(xué)生通過實驗，探究一些合金與純金屬物理性質(zhì)上的差異。 引導(dǎo)學(xué)生用自己的語言描述金屬及合金的性質(zhì)和用途。 在日常生活中，鋁、鈦、鋅、銅等金屬的應(yīng)用非常廣泛，如：鋁合金的門窗、銅線、銅火鍋、銅電器，以及鋅在常見干電池的應(yīng)用等。 一些金屬牛物理性質(zhì)比較 物理性質(zhì) 物理性質(zhì)比較 導(dǎo)電性 Ag Cu Au Al Zn Fe Pb 導(dǎo)電性逐漸減弱 密度 Au Pb Ag Cu Fe Zn Al 密度逐漸減少 熔點 W Fe Cu Au Ag Al Sn 熔點由高到低 硬度 Cr Fe Ag Cu Au Al Pb 硬度由大到小 合金：合金是由一種金屬跟其它一種或幾種金屬（或金屬跟非金屬）一起熔合而成的具有金屬特性的物質(zhì)。 【講述】合金的簡單命名。 【引入】我們在日常生活中接觸到的鋼鐵都是鐵碳合金。根據(jù)含碳量的不同，鐵碳合金又分為生鐵和鋼。 一些合金和組成它們的純金屬性質(zhì)比較 性質(zhì)比較 現(xiàn)象 黃銅 銅 焊錫 錫 光澤和顏色 硬度 結(jié)論 實驗8-2比較焊錫、錫和鉛的熔化溫度 現(xiàn)象 結(jié)論 最近一些學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，古羅馬人的遺骸中含有大量鉛，古羅馬帝國的滅亡竟與鉛中毒有關(guān)。原來古羅馬貴族慣用鉛制器皿（瓶、杯、壺等）和含鉛化合物的化妝品，甚至輸送飲水的水管也是用鉛做的，從而導(dǎo)致慢性鉛中毒死亡。根據(jù)上述材料回答下列問題： （1）人們?nèi)粘＝佑|的哪些物質(zhì)中含鉛？ （2）鉛對人體有哪些危害？ （3）為防止鉛中毒，請你提出幾條合理建議。 （4）以小組的形式組織一項調(diào)查活動：到附近的加油站，調(diào)查汽油的種類，是否還在使用含鉛汽油？是什么時候停止使用含鉛汽油的？并進(jìn)行環(huán)保宣傳。 鐵片與鐵粉顏色不同的原因 問題：鋁粉具有銀白色的光澤，常用來做涂料（俗稱銀粉、銀漆），保護(hù)鐵制品不被腐蝕，而且美觀、但一般金屬的粉未的顏色多為黑色。為什么金屬在粉未狀時的顏色是黑色呢？ 實驗： 實驗一：取一塊鐵片，用細(xì)砂紙打磨表面，用濾紙（或軟布）擦拭后，觀察鐵片的顏色；觀察實驗室里的鐵屑樣品顏色。 實驗二：取一小塊玻璃殘片，觀察其顏色。將玻璃小心敲碎（注意保護(hù)好眼睛），觀察玻璃屑的顏色。 根據(jù)以上實驗探究，結(jié)合你學(xué)過的物理光學(xué)知識，解釋玻璃屑顏色不同于玻璃片的原因。推測鐵粉顏色與鐵片顏色不同的原因。 鐵合金的抗銹蝕性能 問題：建筑物的防盜門及防盜網(wǎng)為什么常用不銹鋼制造呢？ 實驗：班上的同學(xué)集體協(xié)作，選派代表到小五金商店購買少量普通鐵釘和不銹鋼釘，并購買一張細(xì)砂紙。利用這些材料進(jìn)行如下家庭小實驗。 用細(xì)砂紙打磨普通鐵釘和不銹鋼釘表面。 將兩枚鐵釘分別浸在食鹽水中，食鹽水不要全部浸沒鐵釘。幾天后觀察兩枚鐵釘銹蝕的情況，并與同學(xué)們進(jìn)行交流。 （1）普通鐵釘與不銹鋼釘哪個更能抗銹蝕？ （2）查找課本，比較生鐵、鋼及不銹鋼的成分有何不同。 鐵的歷史 人類使用鐵的歷史可以追溯到四千五百多年以前，不過那時的鐵是從太空掉下的隕鐵（其中含鐵90％以上）。我國在商代就開始用鐵，在河北、北京、河南的某些地區(qū)出土過用隕鐵打制的鐵刃銅鉞。我國最早的人工冶鐵制品是甘肅靈臺出土的春秋初年秦國的銅柄鐵劍，這說明春秋初年我國已掌握了冶鐵技術(shù)。 鐵是人體健康、植物生長所必需的元素之一。一個成年人的身體里約含3 g～5 g鐵元素，其中70％以上在血紅蛋白里。人體必須保證足夠的鐵的攝入，如果每天膳食中含鐵量太低，長時間供鐵不足，就會患缺鐵性貧血。這類病人往往面色蒼白，并有頭昏、無力、心悸、氣急等癥狀。因此，應(yīng)多吃一些含鐵豐富的食物，含鐵較多的食物有動物的肝臟、芹菜、番茄等。 植物生長也離不開鐵，鐵是植物制造葉綠素時不可缺少的催化劑。如果植物葉子發(fā)黃枯萎，就是土壤中缺鐵的特征，就應(yīng)施加如硫酸亞鐵等予以補(bǔ)充。 鋁從比黃金還貴的金屬變?yōu)榱畠r金屬 鋁是一種“年輕的金屬”，它的發(fā)現(xiàn)和工業(yè)生產(chǎn)的歷史很短。1827年德國化學(xué)家維勒，用他獨創(chuàng)的一種復(fù)雜的方法制得了粉未狀金屬鋁，并首次指出了鋁的化學(xué)性質(zhì)，他被科學(xué)界公認(rèn)為鋁的發(fā)現(xiàn)者。30年后，法國化學(xué)家得維爾用金屬鈉還原氯化鋁，得到了有金屬光澤的鋁球，但用這種方法制得的鋁比黃金還貴好幾倍，使鋁成為當(dāng)時頗受羨慕的“貴金屬”——門捷列夫于1889年接受了英國皇家協(xié)會的最高獎賞——一架用金和鋁制成的天平。至1886年，英國奧柏林學(xué)院化學(xué)系的青年學(xué)生霍爾，在實驗中偶然發(fā)現(xiàn)冰晶石可大大降低煉鋁成本。他將氧化鋁與冰晶石混合熔化然后電解，結(jié)果在陰極得到了鋁。幾乎同時，法國青年大學(xué)生埃羅也成功地用電解法制得了鋁。從此，鋁變成 金屬分類 黑色金屬 通常指鐵，錳、鉻及它們的合金（主要指鋼鐵）。 錳和鉻主要應(yīng)用于制合金鋼，而鋼鐵表面常覆蓋著一層黑色的四氧化三鐵，所以把鐵、錳、鉻及它們的合金叫做黑色金屬。這樣分類，主要是從鋼鐵在國民經(jīng)濟(jì)中占有極重要的地位出發(fā)的。 有色金屬 通常是指除黑色金屬以外的其他金屬。 有色金屬可分為四類：（1）重金屬，如銅、鋅、鉛、鎳等；（2）輕金屬，如鈉、鈣、鎂、鋁等；（3）貴金屬，如金、銀、鉑、銥等；（4）稀有金屬，如鍺、鈹、鑭、鈾等。 輕金屬 密度在4.5 gcm-3以下的金屬叫輕金屬。例如鈉、鉀、鎂、鈣、鋁等。周期系中第ⅠA、ⅡA族均為輕金屬。 重金屬 一般是指密度在4.5 gcm-3以上的金屬叫重金屬。例如銅、鋅、鉆、鎳、鎢、鉬、銻、鉍、鉛、錫、鎘、汞等，過渡元素大都屬于重金屬。 貴金屬 貴金屬通常是指金、銀和鉑族元素。這些金屬在地殼中含量較少，不易開采，價格較貴，所以叫貴金屬。這些金屬對氧和其他試劑較穩(wěn)定，金、銀常用來制造裝飾品和硬幣。 稀有金屬 稀有金屬通常指在自然界中含量較少或分布稀散的金屬。它們難于從原料中提取，在工業(yè)上制備及應(yīng)用較晚。 稀有金屬跟普通金屬沒有嚴(yán)格的界限，如有的稀有金屬在地殼中的含量比銅、汞、鎘等金屬還要多。稀有金屬在現(xiàn)代工業(yè)中具有重要的意義。 往往把黑色金屬、有色金屬和稀有金屬并列為三大類。 有人將銅、鐵、鋁分別稱為第一、二、三代金屬，它們的接班人，即第四代金屬，就是后起之秀——鈦了。鈦的拉丁文名稱“Tanium”是希臘神話中的大力神“泰但”之意。 鈦具有不尋常的綜合優(yōu)點。在航空工業(yè)中稱霸已久的鋁，面對鈦只能是自愧不如了。鈦比鋁重一些，比鋼輕一倍，而強(qiáng)度和硬度可與鋼媲美，同時又具有良好的可塑性、超凡的韌性、驚人的抗腐蝕性，并能在-253 ℃～500 ℃的溫度范圍內(nèi)保持高強(qiáng)度，可以說是性能極其優(yōu)越。當(dāng)飛機(jī)的速度超過音速的2.2倍時，飛機(jī)和空氣的劇烈摩擦產(chǎn)生的溫度會超過300 ℃，鋁合金的強(qiáng)度會急劇下降，而鈦卻泰然自若。難怪在美國的新式戰(zhàn)斗機(jī)中鈦用量達(dá)全機(jī)重量的90%以上。從20世紀(jì)60年代起，鈦就成了衛(wèi)星、火箭、宇宙飛船的重要材料。目前每年用于航天工業(yè)的鈦已超過千噸。 鈦除有“空間金屬”的美稱外，同時又兼有“深海金屬”的美名。因為，一般艦船是用鋼鐵制成的，會因海水腐蝕而銹損。雖然人們想了許多諸如涂上防腐漆之類的辦法，還是不能從根本上解決問題，使得艦船要定期大修，而鈦有驚人的抗腐蝕性能。另一方面，海水中深度每增加10 m，壓力就會增加一個大氣壓，因此潛水艇的船體材料就要求高強(qiáng)度、耐腐蝕，鈦恰好可以從容勝任。鈦不僅強(qiáng)度高，且表面有致密的氧化膜，長期在海水中也不會被腐蝕。 1977年，前蘇聯(lián)用3 500多噸鈦建造了當(dāng)時世界上航行速度最快的核潛艇。美國海軍也制成了以鈦合金為材料的深海潛艇，能在4 500 m的深海中航行。 鈦還有一個奇特的性能，即是一種“親生物金屬”。植入人體后不會引起過敏反應(yīng)，加之它與骨骼密度相仿，因此可用來制造人造骨。 總之，在原來使用鋼材、鋁材的地方，幾乎都能用鈦取而代之。而一些鋼材、鋁材難以勝任的地方，鈦也能應(yīng)付自如。故人們稱鈦為“未來的鋼鐵，21世紀(jì)的金屬”。 鈦，在地殼中的含量并不太少。鈦礦分布很廣，僅次于鋁、鐵、鈣、鈉鉀、鎂，而比銅、錫、錳、鋅多得多，約占地殼重的0.6%。 1910年人們首次得到純鈦。1947年才開始在工廠里煉鈦，當(dāng)年產(chǎn)量僅2噸。到1972年，鈦的年產(chǎn)量即達(dá)20萬噸。直到目前，大規(guī)模生產(chǎn)高純度的鈦，仍是冶金工業(yè)追求的目標(biāo)。相信隨著這一目標(biāo)的實現(xiàn)，鈦將很快脫穎而出，成為金屬材料界居于統(tǒng)治地位的金屬。 金屬鋁在現(xiàn)代工業(yè)中大顯身手的同時，也滲入到了我們的家庭。為此有人開始研究鋁對人體健康的影響。 長期以來，人們一直認(rèn)為鋁是一種對人體無害的金屬元素，治療胃酸過多的藥——胃舒平的主要成分就是氫氧化鋁。然而，近代科技的發(fā)展，對“鋁無害論”提出了異議。l975年，美國佛蒙特醫(yī)院雷弗教授等用電子顯微鏡和X射線衍射光譜測定法分析了多名老年癡呆癥患者的神經(jīng)元，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這些人的神經(jīng)元中，鋁的含量比正常人多了2～4倍。 后來，美國科學(xué)家達(dá)倫用原子吸收光譜分析了老年癡呆癥人的大腦，發(fā)現(xiàn)他們腦中鋁的含量竟是正常人的5倍。美國的一個醫(yī)療小組到世界上飲水含鋁量最高的關(guān)島調(diào)查，最后發(fā)現(xiàn)那里患老年癡呆癥的人數(shù)比正常地區(qū)多了3～5倍。這些都證實鋁是老年癡呆癥的罪魁禍?zhǔn)住? 物質(zhì)的用途在很大程度上取決于物質(zhì)的性質(zhì)。由于鋁有多種優(yōu)良性能，因而鋁有著極為廣泛的用途。 （1）鋁的密度很小，僅為2.7 g/cm3，雖然它比較軟，但可制成各種鋁合金，如硬鋁、超硬鋁、防銹鋁、鑄鋁等。這些鋁合金廣泛應(yīng)用于飛機(jī)、汽車、火車、船舶等制造工業(yè)。此外，宇宙火箭、航天飛機(jī)、人造衛(wèi)星也使用大量的鋁及其合金。例如，一架超音速飛機(jī)約由70％的鋁及其合金構(gòu)成。船舶建造中也大量使用鋁，一艘大型客船的用鋁量常達(dá)幾千噸。 （2）鋁的導(dǎo)電性僅次于銀、銅，雖然它的導(dǎo)電率只有銅的2／3，但密度只有銅的1／3，所以輸送同量的電，鋁線的質(zhì)量只有銅線的一半。鋁表面的氧化膜不僅有耐腐蝕的能力，而且有一定的絕緣性，所以鋁在電器制造工業(yè)、電線電纜工業(yè)和無線電工業(yè)中有廣泛的用途。 （3）鋁是熱的良導(dǎo)體，它的導(dǎo)熱能力比鐵大3倍，工業(yè)上可用鋁制造各種熱交換器、散熱材料和炊具等。 （4）鋁有較好的延展性（它的延展性僅次于金和銀），在100 ℃～150 ℃時可制成薄于0.01mm的鋁箔。這些鋁箔廣泛用于包裝香煙、糖果等，還可制成鋁絲、鋁條，并能軋制各種鋁制品。 （5）鋁的表面因有致密的氧化物保護(hù)膜，不易受到腐蝕，常被用來制造化學(xué)反應(yīng)器、醫(yī)療器械、冷凍裝置、石油精煉裝置、石油和天然氣管道等。 （6）鋁粉具有銀白色光澤（一般金屬在粉未狀時的顏色多為黑色），常用來做涂料，俗稱銀粉、銀漆，以保護(hù)鐵制品不被腐蝕，而且美觀。 （7）鋁在氧氣中燃燒能放出大量的熱和耀眼的光，常用于制造爆炸混合物，如銨鋁炸藥（由硝酸銨、木炭粉、鋁粉、煙黑及其他可燃性有機(jī)物混合而成）、燃燒混合物（如用鋁熱劑做的炸彈和炮彈可用來攻擊難以著火的目標(biāo)或坦克、大炮等）和照明混合物（如含硝酸鋇68％、鋁粉28％、蟲膠4％）。 （8）鋁熱劑常用來熔煉難熔金屬和焊接鋼軌等。鋁還用做煉鋼過程中的脫氧劑，鋁粉和石墨、二氧化鈦（或其他高熔點金屬的氧化物）按一定比率均勻混合后，涂在金屬上，經(jīng)高溫?zé)霟瞥赡透邷氐慕饘偬沾桑诨鸺皩?dǎo)彈技術(shù)上有重要應(yīng)用。 （9）鋁板對光的反射性能也很好，反射紫外線比銀強(qiáng)，鋁越純，其反射能力越好，因此常用來制造高質(zhì)量的反射鏡，如太陽灶反射鏡等。 （10）鋁具有吸音性能，音響效果也較好，所以廣播室、現(xiàn)代化大型建筑室內(nèi)的天花板等也采用鋁。 那么，鋁為什么會導(dǎo)致老年癡呆癥呢？這個問題還在爭論中。一般的觀點認(rèn)為由于三價鋁離子有空的電子軌道，易與堿基對中含未成對電子的原子結(jié)合，并進(jìn)入神經(jīng)元細(xì)胞中，使神經(jīng)細(xì)胞釋放的傳遞物質(zhì)如乙酚膽堿等不能順利通過，從而導(dǎo)致神經(jīng)傳遞系統(tǒng)受阻，引起鋁的過量攝入往往是由于不正確使用鋁制品引起的。大家知道，鋁在空氣中會形成一層致密的氧化鋁，可保護(hù)它免受進(jìn)一步的腐蝕，但這層保護(hù)膜并非堅不可摧，在酸性或堿性溶液中易被破壞。因此我們平時應(yīng)養(yǎng)成科學(xué)使用鋁制品的習(xí)慣，如不用鋁制品存放酸、堿食物，盡量縮短食物在鋁制品中的存放時間，盡量不用鋁鍋炒菜，讓比鋁硬的金屬制品（如鐵勺）與鋁制品接觸，不用硬質(zhì)抹布如百潔布擦洗鋁制品，等等。當(dāng)然，平時加強(qiáng)體育鍛煉，增強(qiáng)身體活力，也是防止鋁元素在體內(nèi)存積的好辦法。 銅的再生性能極好，這一性質(zhì)非常珍貴，廢銅經(jīng)過熔化回收能發(fā)揮很多的作用。而且銅腐蝕的很慢，這些性質(zhì)對環(huán)境非常有益。我們在長期的生活中會注意到這樣一個事實：銅在環(huán)境中的濃度一直處于安全界限之內(nèi)。銅的使用從未造成嚴(yán)重的后果，銅以不同的濃度分布在各處，順應(yīng)著大自然。人類已經(jīng)知道，完全能夠把銅應(yīng)用到各個領(lǐng)域而不會危害大自然的安全，長期以來，銅就向人類顯示出了它的綠色面孔，它有利于生態(tài)平衡。 制首飾的黃金有哪幾種 人類早在6 000年以前已經(jīng)知道有黃金，并用黃金作裝飾品。當(dāng)今國際及國內(nèi)市場上流行的黃金首飾主要有純金、K金、鍍金、包金、仿金和變色金等制品。 純金首飾是由純金制成的。俗話說“金無足赤”，就是說純金的含量也達(dá)不到100％，實際上金含量達(dá)到99％、99.9％的都稱為純金制品。這種純金首飾質(zhì)地柔軟，色澤赤黃，永不泛色。但容易變形，容易磨損，不能鑲嵌各種精美的寶石。 K金是在黃金中添加少量銀、銅、鋅等金屬，以增強(qiáng)黃金的強(qiáng)度和韌性。為了表示K金中的黃金含量，常用K值來表示。1K的含金量約為4.166％。24K的含金量約為99.99％所以就是純金。用作金首飾的材料一般為22K（含金量約為91.65％），20K（含金量約為83.32％）、18K（含金量約為74.98％）和14K（含金量約為58.2％）等幾種。K金首飾款式易翻新，能夠鑲嵌各種鉆、翠、珠、寶和雕鋸鑿摟出各種精美的圖案。鑲嵌鉆石的鉆戒，多用18K金的。金筆的筆尖上寫著“14K”或“14開”，是指這種金筆筆尖是14K金的。 鍍金首飾是在銅、銀或合金制成的首飾表面上鍍一層24K金，其外表和純金首飾一樣。但鍍的金屬不耐久，佩戴時間長了就會被磨損。 包金首飾是用金箔包在由鋁、鋅、鉛的合金制成的首飾表面，然后加溫，用工具把金箔牢牢地壓在產(chǎn)品上制得的。包金首飾的質(zhì)地比純金首飾要硬，不易變形，耐磨性強(qiáng)。從表面上看能與24K金的首飾相媲美。 仿金首飾是選用特殊的鍍層工藝，制成的近似K金的首飾。這種首飾是以銅，鋅或鋁等金屬為原料，制成半成品，然后放入一種特殊鍍液中，經(jīng)過處理，在表面鍍上一層象黃金一樣赤黃光亮的鍍層。雖然這種首飾不含一點黃金，但卻酷似純金制品。目前在國內(nèi)外已有許多精致的仿金首飾代替純金首飾做裝飾品。 變色金首飾是用一種新穎的、經(jīng)過特殊加工后的K金材料制成的首飾。如在K金表面注入鉆原子，可呈現(xiàn)出一層美麗的藍(lán)色；把一種很細(xì)的金屬微粒電鍍在K金表面，可顯示出黑色。日本還研制出含金量為78％、含鋁量為22％的光采奪目的紫色合金首飾?，F(xiàn)在，紅、黃、白、紫等色彩都進(jìn)入了K金家族。目前，這種神奇變幻的變色金首沛已經(jīng)在國內(nèi)外流行，并且頗受青睞。 鋁制品的表面雖然有致密的保護(hù)膜，不易被氧化，但是當(dāng)有較活潑的元素（如鹵素）的離子存在時，氧化膜將這些離子吸附在表面，取代了膜中氧形成新的化合物。例如，有氯離子存在時，就會使一部分保護(hù)膜變成氯化鋁，氯化鋁易溶于水，因而使保護(hù)膜的結(jié)構(gòu)遭到破壞，產(chǎn)生了孔隙，有害物質(zhì)就可能滲入內(nèi)部，加速鋁制品的腐蝕。 食鹽的成分是氯化鈉，其中還含有少量氯化鎂，在水中溶解后能電離生成氯離子，因此會破壞保護(hù)膜。氯化鎂在溶解時會發(fā)生水解，使溶液呈酸性，使鋁制品腐蝕的更快。因此不能用鋁制品盛含鹽的蔬菜及食品。 記憶合金 有記憶功能的合金材料是在一次試驗中被偶然發(fā)現(xiàn)的。1963年，美國海軍軍械實驗室奉命研制一種新式裝備。在一次試驗中他們需要一些鎳-鈦合金絲，他們領(lǐng)回來的鎳-鈦合金絲是彎曲的，使用不方便。于是他們就將這些細(xì)絲拉直。試驗中，當(dāng)溫度升到一定值的時候，這些已經(jīng)被拉直的鎳-鈦合金絲，突然又全部恢復(fù)到原來彎曲的形狀，而且和原來一模一樣。他們反復(fù)作了多次試驗，結(jié)果都一樣。 科學(xué)家們進(jìn)行深入研究和試驗后發(fā)現(xiàn)很多合金都有這種本領(lǐng)，他們把這種現(xiàn)象叫做"形狀記憶效應(yīng)"。目前發(fā)現(xiàn)的有"記憶"能力的金屬都是合金，在這種金屬里，金屬原子按一定的方式排列起來，這些金屬原子受到一定的外力時，可以離開自己原來的位置而到另一個地方去。將這些金屬加溫后，由于獲得了一定的能量，這種金屬里的原子又會回到原來的地方。這就是這種金屬在加熱到一定的溫度后又恢復(fù)原狀的原因。 形狀記憶合金的最早應(yīng)用是在管接頭和緊固件上。用形狀記憶合金加工成內(nèi)徑比欲連接管的外徑小4％的套管，然后在液氮溫度下將套管擴(kuò)徑約8％，裝配時將這種套管從液氮取出，把欲連接的管子從兩端插入。當(dāng)溫度升高至常溫時，套管收縮即形成緊固密封。這種連接方式接觸緊密能防滲漏，遠(yuǎn)勝于焊接，特別適合用于航空、航天、核工業(yè)及海底輸油管道等危險場合。 記憶合金最令人鼓舞的應(yīng)用是在航天技術(shù)中。1969年7月20日，“阿波羅”Ⅱ號登月艙在月球著陸，實現(xiàn)了人類第一次登月旅行的夢想。宇航員登月后，在月球上放置了一個半球形的直徑數(shù)米大的天線，用以向地球發(fā)送和接受信息。數(shù)米大的天線裝在小小的登月艙里送上了太空。天線就是用當(dāng)時剛剛發(fā)明不久的記憶合金制成的。用極薄的記憶合金材料先在正常情況下按預(yù)定要求做好，然后降低溫度把它壓成一團(tuán)，裝進(jìn)登月艙帶上天去。放到月面上以后，在陽光照射下溫度升高，當(dāng)達(dá)到轉(zhuǎn)變溫度時，天線又“記”起了自己的本來面貌，變成一個巨大的半球形。 目前，形狀記憶效應(yīng)和超彈性已廣泛用于醫(yī)學(xué)和生活各個領(lǐng)域。如制造血栓過濾器、脊柱矯形棒、接骨板、人工關(guān)節(jié)、婦女胸罩、人造心臟等等。還可以廣泛地應(yīng)用于各種自動調(diào)節(jié)和控制裝置。形狀記憶薄膜和細(xì)絲可能成為未來超微型機(jī)械手和機(jī)器人的理想材料。特別是它的質(zhì)輕、高強(qiáng)度和耐蝕性使它備受各個領(lǐng)域青睞。 Cu與Zu的合金稱黃銅，其中Cu占60％～90％、Zn占40％～10％，有優(yōu)良的導(dǎo)熱性和耐腐蝕性，可用作各種儀器零件。再如在黃銅中加入少量Sn，稱為海軍黃銅，具有很好的抗海水腐蝕的能力。在黃銅中加入少量的有潤滑作用的Pb，可用作滑動軸承材料。 青銅是人類使用歷史最久的金屬材料，它是Cu-Sn合金。錫的加入明顯地提高了銅的強(qiáng)度，并使其塑性得到改善，抗腐蝕性增強(qiáng)，因此錫青銅常用于制造齒輪等耐磨零部件和耐蝕配件。Sn較貴，目前已大量用A1、Si、Mn來代替Sn而得到一系列青銅合金。鋁青銅的耐蝕性比錫青銅還好。鈹青銅是強(qiáng)度最高的銅合金，它無磁性又有優(yōu)異的抗腐蝕性能，是可與鋼相競爭的彈簧材料。 白銅是Cu-Ni合金，有優(yōu)異的耐蝕性和高的電阻，故可用作苛刻腐蝕條件下工作的零部件和電阻器的材料。 鈦是周期表中第ⅣB類元素，外觀似鋼，熔點達(dá)1 672 ℃，屬難熔金屬。鈦在地殼中含量較豐富，遠(yuǎn)高于Cu、Zn、Sn、Pb等常見金屬。我國鈦的資源極為豐富，僅四川攀枝花地區(qū)發(fā)現(xiàn)的特大型釩鈦磁鐵礦中，伴生鈦金屬儲量約達(dá)4.2億噸，接近國外探明鈦儲量的總和。 純鈦機(jī)械性能強(qiáng)，可塑性好，易于加工，如有雜質(zhì)，特別是0、N、C等元素存在，會提高鈦的強(qiáng)度和硬度，但會降低其塑性，增加脆性。 鈦是容易鈍化的金屬，且在含氧環(huán)境中，其鈍化膜在受到破壞后還能自行愈合。因此，鈦對空氣、水和若干腐蝕介質(zhì)都是穩(wěn)定的。鈦和鈦合金有優(yōu)異的耐蝕性，只能被氫氟酸和中等濃度的強(qiáng)堿溶液所侵蝕。特別是鈦對海水很穩(wěn)定，將鈦或鈦合金放入海水中數(shù)年，取出后，仍光亮如初，遠(yuǎn)優(yōu)于不銹鋼。 鈦的另一重要特性是密度小。其強(qiáng)度是不銹鋼的3.5倍，鋁合金的1.3倍，是目前所有工業(yè)金屬材料中最高的。 液態(tài)的鈦幾乎能溶解所有的金屬，形成固溶體或金屬化合物等各種合金。合金元素如A1、V、Zr、Sn、Si、Mo和Mn等的加入，可改善鈦的性能，以適應(yīng)不同部門的需要。例如，Ti-A1-Sn合金有很高的熱穩(wěn)定性，可在相當(dāng)高的溫度下長時間工作；以Ti-Al-V合金為代表的超塑性合金，可以50％～150％地伸長加工成型，其最大伸長可達(dá)到2 000％。而一般合金的塑性加工的伸長率最大不超過30％。 由于上述優(yōu)異性能，鈦享有“未來的金屬”的美稱，鈦合金已廣泛用于國民經(jīng)濟(jì)各部門，它是火箭、導(dǎo)彈和航天飛機(jī)不可缺少的材料。船舶、化工、電子器件和通訊設(shè)備以及若干輕工業(yè)部門中要大量應(yīng)用鈦合金，只是目前鈦的價格較昂貴，限制了它的廣泛使用。 銅是人類認(rèn)識并應(yīng)用最早的金屬之一。我國是最早使用銅器的國家之一。到目前為止，發(fā)現(xiàn)的中國最早的青銅器出自新石器時代后期，相當(dāng)于中原夏代的一些文化遺址中。在商代早期遺址中出土了較大型的青銅器。 中國商代早期的大型青銅器還很粗陋，器壁厚，外形多模仿陶器，花紋多為線條的獸面紋。1939年在安陽市出土的禮器“司母戊鼎”是殷代前期青銅器的代表作，是商王為其母鑄造的，重達(dá)875 kg，高133 cm，橫長110 cm，寬78 cm。經(jīng)檢測，銅占84.11％，錫占11.64％，鉛占2.79％，是世界上最大的出土青銅器。 又如湖南出土的盛酒器“四羊方尊”，造型逼真，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，分布在四角的四支羊頭上長著卷曲的羊角，還有突出的龍頭，樓空的扉邊。重34.5 kg，身高58.3 cm，口邊長52.4 cm。它采用分鑄和嵌鑄等復(fù)雜的鑄造工藝，充分反映出了殷代青銅器的高超熔鑄技藝。 青銅器除了禮器等外，更多是用于制造兵器，此外也有一些青銅農(nóng)具出土。 戰(zhàn)國時期，齊國工匠已了解到隨著用途不同，青銅器材料的性能也應(yīng)有所變化，為此可以改變青銅中各種金屬成分的比例。 我國古代很早就認(rèn)識到銅鹽溶液里的銅能被鐵取代，從而發(fā)明了“水法煉銅”的新途徑，這一方法以我國為最早，是濕法冶金技術(shù)的起源，在世界化學(xué)史上是一項重大貢獻(xiàn)。 在現(xiàn)代，銅仍舊有著極其廣泛的用途。銅的導(dǎo)電性僅次于銀，居金屬中的第二位，大量用于電氣工業(yè)。 銅易與其他金屬形成合金，銅合金種類很多，例如，青銅質(zhì)堅韌，硬度高，易鑄造；黃銅廣泛用于制作儀器零件；白銅主要用作刀具。 銅和鐵、錳、鋁、硼、鋅、鈷等元素都可用作微量元素肥料。微量元素是植物正常生命活動所不可缺少的，它可以提高酶的活性，促進(jìn)糖、淀粉、蛋白質(zhì)、核酸、維生素和酶的合成，有利于植物的生長。 銅在生命系統(tǒng)中有重要作用，人體中有30多種蛋白質(zhì)和酶含有銅元素，現(xiàn)已知銅的最重要生理功能是人血清中的銅藍(lán)蛋白，它有催化鐵的生理代謝過程功能。銅還可以提高白細(xì)胞消滅細(xì)菌的能力，增強(qiáng)某些藥物的治療效果。銅雖然是生命攸關(guān)的元素，但如果攝入過多，會引起多種疾病。 錫 瘟 1867年的冬天，俄國彼得堡十分寒冷，達(dá)零下38攝氏度。這一年冬天俄國彼得堡海軍倉庫里發(fā)生了一件怪事：堆在倉庫內(nèi)的大批錫磚，一夜之間突然不翼而飛，留下來的卻是一堆堆像泥土一樣的灰色粉末。同一年的冬天，從倉庫里取出軍大衣發(fā)給俄國士兵穿時，發(fā)現(xiàn)紐扣都不見了，再仔細(xì)看看，原來紐扣處也有著一些灰色粉末。 無獨有偶，幾十年過去了，在1912年，英國探險家斯科特率領(lǐng)一支探險隊帶了大量給養(yǎng)，包括液體燃料去南極探險，一去就杳無音信。后來發(fā)現(xiàn)他們都凍死在南極。帶了那么多的燃料為什么還無濟(jì)于事呢？ 原來，斯科特一行在返回的路上發(fā)現(xiàn)，他們的第一個儲藏庫里的煤油已經(jīng)不翼而飛。說明一點，盛煤油的鐵筒是用錫焊的。沒有煤油就無法取暖，也無法熱點東西吃。好不容易克服千難萬險，又找到了另一個儲藏庫，可是那兒的煤油筒同樣是空空的，鐵筒同樣有裂縫，顯然煤油都是由于鐵筒漏了而流失掉的。 錫磚怎么會變成粉末？用錫焊的鐵筒怎么又會有裂縫呢？經(jīng)過分析，科學(xué)家們終于發(fā)現(xiàn)了其中的奧妙。原來，錫有3種同素異形體，即白錫、脆錫和灰錫。白錫在氣溫下降到13.2 攝氏度以下時，體積驟然膨脹，原子之間的空間加大，于是變成了另一種結(jié)晶形態(tài)的灰錫。如果溫度急劇下降到零下33攝氏度時，就會產(chǎn)生“錫瘟”，晶體錫會變成粉末錫。 現(xiàn)在科學(xué)家已經(jīng)找到了一種預(yù)防“錫瘟”的“注射劑”，其中一種就是鉍。鉍原子中有多余的電子可供錫的結(jié)晶重新排列，使錫的狀態(tài)穩(wěn)定，所以消除了“錫瘟”。錫不但怕冷，而且怕熱。將白錫加熱到161攝氏度以上時，它會變成具有斜方晶系的斜方錫，斜方錫很脆，敲打時也會變成粉末。 任何事情都是一分為二的，鐵筒縫上的錫變成粉末這當(dāng)然不是好事，但是如果將錫粉末加到鐵粉或銅粉中，然后混合，通過成型和燒結(jié)的方法就可直接制造出產(chǎn)品，這就是一門新興的粉末冶金技術(shù)，它是目前生產(chǎn)硬質(zhì)合金和難熔金屬的唯一方法。