合金的概念:合金是在金属中加热熔合某些金属或非金属形成的具有金属特性的物质。
①合金可以是金属与金属或金属与非金属的混合物,不一定全部由金属组成。
②合金具有金属特性,如导电性、导热性、延展性等。
③合金是几种成分熔合在一起形成的,发生的是物理变化,不是化学变化;合金不是几种成分简单地混合而成的。
④合金中各成分仍保持自己的性质。
合金与组成它们的金属的性质比较:金属熔合了其他金属或非金属后,不仅组成上发生了变化,其内部结构也发生了改变,从而引起性质的变化。因而合金比纯金属具有更广泛的用途。 纯金属与合金性质的比较:
①合金一般比其组分金属的颜色更鲜艳。
②合金的硬度一般应工组成它的金属。
③合金的熔点一般低于成它的金属。
④合金的抗腐蚀能力一般强工组成它的金属。
⑤合金的导电性、导热隆能一般差于组成它的金属。
生铁和钢的比较:
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含碳量 |
2%—4% |
0.03%—2% |
其他元素 |
Si、Mn、S、P(少量) |
Si、Mn等 |
机械性能 |
硬而脆,无韧性 |
坚硬,韧性大,塑性好,有弹性 |
机械加工性质 |
可铸不可锻 |
可铸,可锻,可压延 |
分类 |
白口铁,灰口铁,球墨铸铁 |
碳素钢,合金钢 |
知识点拨:
①生铁和熟铁:生铁是指含碳债在 2%一4.3%之间的铁合金,熟铁是用生铁精炼而成的较纯的铁,含碳量低于0.02%。
②生铁与铸铁:铸铁是生铁中的一种,是指可用来铸造的生铁,通常指球墨铸铁。
③碳素钢的性能与含碳址有关,含碳量越高,硬度越大,但韧性越差;含碳量越低,韧性越好,但硬度越小。
④纯铁与日常生活中铁的颜色差异日常生活,我们接触的铁一般不是纯铁,而是一些铁的氧化物或含铁的混合物,故我们常见的铁的颜色是黑色的,但它并不是纯铁的颜色,纯铁的颜色是银白色的。
应用广泛的合金:
(1)铁合金:铁合金包括生铁和钢,生铁和钢的主要成分是铁,钢与生铁的各种性能不同,主要是由于二者的含碳量不同。
生铁与钢的种类
(2)生铁与钢:
生铁的含碳量为2%—4.3%
钢的含碳量为0.03%—2%
(3)钛和钛合金:钛和钛合金被认为是21世纪的重要金属材料。
①性质:优异的耐腐蚀性,对海水、空气和若干腐蚀介质都稳定,可塑性好,强度大,密度小,又称亲生物金属;
②用途:喷气发动机、飞机.机身、人造卫星外壳、火箭壳体、医学补形、人造骨、海水淡化设备、海轮和舰艇的外壳等。
金刚石:
金刚石俗称“金刚钻”。也就是我们常说的钻石,它是一种由纯碳组成的矿物。金刚石是自然界中最坚硬的物质。金刚石的用途非常广泛,例如:工艺品、工业中的切割工具。碳可以在高温、高压下形成金刚石。
石墨: 石墨是元素碳的一种同素异形体,每个碳原子的周边连结著另外三个碳原子(排列方式呈蜂巢式的多个六边形)以共价键结合,构成共价分子。由于每个碳原子均会放出一个电子,那些电子能够自由移动,因此石墨属于导电体。石墨是其中一种最软的矿物,它的用途包括制造铅笔芯和润滑剂。
C60:
C60分子是一种由60个碳原子构成的分子,它形似足球,因此又名足球烯。(C60这种物质是由C60分子组成的,而不是由原子构成的。) C60是单纯由碳原子结合形成的稳定分子,它具有60个顶点和32个面,其中12个为正五边形,20个为正六边形。其相对分子质量约为720。
金刚石,石墨,碳60性质及用途比较
名称 |
金刚石 |
石墨 |
碳60 |
外观 |
纯净无色透明,正八 面体形状的晶体 |
深灰色,有金属光泽,不 透明的细鳞片状的固体, 质软,有滑腻感 |
分子型似足球状, 有金属光泽,其微晶 粉末呈黄色 |
结构模型 |
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导电性 |
几乎不导电 |
良好 |
几乎不导电 |
硬度 |
天然存在的最硬物质 |
质软 |
质脆 |
导热性 |
很差 |
良好 |
很差 |
熔点 |
很高 |
很高 |
较低 |
用途 |
钻头,刻刀,装饰品 |
电极,铅笔芯,润滑剂 |
制备新材料,新配 件,医学应用 |
区别与联系 |
金刚石、石墨,C60,,的物理性质有很大差异,原因是这些单质中碳原子的排列方式不同,但由于它们都是由碳元素组成的单质,故化学性质相同。金刚石与石墨通过化学反应可以相互转变。 |
人造金刚石:
20世纪80年代,人们发现人造金刚石在半导体制造行业具有广泛的应用前景。因为计算机芯片的基体材料—硅的导热性不好,这成为进一步提高芯片性能的难题。而金刚石在导热性方而远远超过硅(甚至超过铜和银),于是它成了芯片基体材料的最佳选择。正是这种需求推动了人造金刚石的研究。
碳纤维:
碳纤维是一种纤维状碳材料,它是将有机纤维与塑料树脂结合在一起,放在惰性气氛中,在一定压强下加强热、炭化而成的。碳纤维是一种强度比钢大,密度比铝小,比不锈钢还耐腐蚀,比耐热钢还耐高温,又能如铜那样导电,具有电学、热学和力学性能的新型材料。用碳纤维与塑料制成的复合材料,可以代替铝合金来制造飞机。制成的飞机,不仅轻巧,而且消耗动力少、推力大、噪音小。用碳纤维制电子计算机的磁盘,能提高计算机的贮存量和运算速率。用碳纤维增强塑料来制造卫星和火箭等宇宙飞行器,机械强度高,质量小,可节省大量的燃料。总之,用碳纤维或碳纤维增强的塑料、玻璃、陶瓷和金属等材料来代替钢材和合金等,在化工、机电、造船,特别是飞机制造、宇航器材等领域中有广泛的应用。