材料化学是一门新兴的交叉学科,属于现代材料科学、化学和化工领域的重要分支; 主干学科:材料科学、化学 主要课程:化工原理、反应工程、有机化学、无机化学、分析化学、物理化学、结构化学、材料力学、材料分析测试技术、材料成型、粉体材料科学与技术、碳材料科学、材料化学等。
主要实践性教学环节:包括生产实习、专业课程实验、毕业论文等,一般安排10~20周。
主要专业实验:材料制备与合成、材料加工、材料结构与性能测定等
材料化学主要研究材料在制备和使用过程中涉及到的化学变化和材料性质的表征测量,从而实现对高分子、金属、液晶等材料的性能优化。
例如:根据陶瓷材料在烧结过程中的变化确定如何烧出想要的陶瓷、研究金属材料在使用过程中的腐蚀变化从而防止生锈、探索冶金过程中条件的控制对产品的影响以炼出优质钢材等。
金属材料包括黑色金属、有色金属和特种金属材料。
1、黑色金属又称钢铁材料,包括杂质总含量<0.2%及含碳量不超过0.0218%的工业纯铁,含碳0.0218%~2.11%的钢,含碳大于 2.11%的铸铁。
2、有色金属是指除铁、铬、锰以外的所有金属及其合金,通常分为轻金属、重金属、贵金属、半金属、稀有金属和稀土金属等,有色合金的强度和硬度一般比纯金属高,并且电阻大、电阻温度系数小。
3、特种金属材料包括不同用途的结构金属材料和功能金属材料。其中有通过快速冷凝工艺获得的非晶态金属材料,以及准晶、微晶、纳米晶金属材料等;
金属材料是指具有光泽、延展性、容易导电、传热等性质的材料。一般分为黑色金属和有色金属两种。黑色金属包括铁、铬、锰等。其中钢铁是基本的结构材料,称为“工业的骨骼”。由于科学技术的进步,各种新型化学材料和新型非金属材料的广泛应用,使钢铁的代用品不断增多,对钢铁的需求量相对下降。但迄今为止,钢铁在工业原材料构成中的主导地位还是难以取代的。
材料是人类用于制造物品、器件、构件、机器或其他产品的那些物质。材料是物质,但不是所有物质都可以称为材料。
燃料和化学原料、工业化学品、食物和药物,一般都不算是材料。材料总是和一定的用场相联系,可由一种或若干种物质构成。
同一种物质,由于制备方法或加工方法不同,可成为用途迥异的不同类型和性质的材料。材料是人类赖以生存和发展的物质基础。
20 世纪70 年代人们把信息、材料和能源誉为当代文明的三大支柱。
80 年代以高技术群为代表的新技术革命,又把新材料、信息技术和生物技术并列为新技术革命的重要标志,就是因为材料与国民经济建设、国防建设和人民生活密切相关。
材料是由一种化学物质为主要成分,并添加一定的助剂作为次要成分所组成的。
在一定温度和压力下使之熔融,并在模具中塑制成一定形状(在某些特定的场合。
溶液、乳液、溶胶——凝胶等等形成的成型),冷却后在室温下能保持既定形状。
条件下使用的制品,其生产过程必须实现最高的生产率,最低的原材料成本和消耗。
产生废物和环境污染物,并且其废弃物可以回收再利用。
材料是人类用于制造物品、器件、构件、机器或其他产品的那些物质。材料是物质,但不是所有物质都可以称为材料。如燃料和化学原料、工业化学品、食物和药物,一般都不算是材料。但是这个定义并不那么严格,如炸药、固体火箭推进剂,一般称之为“含能材料”,因为它属于火炮或火箭的组成部分。由于多种多样,
分类方法也就没有一个统一标准。从物理化学属性来分,可分为金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料和不同类型材料所组成的复合材料。从用途来分,又分为电子材料、航空航天材料、核材料、建筑材料、能源材料、生物材料等。更常见的两种分类方法则是结构材料与功能材料。
金属材料表面和环境介质发生化学和电化学作用,引起材料的退化与破坏叫做腐蚀。随着非金属材料的迅速发展,越来越多的非金属材料怍为工程材料使用。从这个现实出发,阴极保护许多腐蚀科学家以及世界著名的腐蚀学术机构主张把腐蚀定义扩大到所有物质(包括金属和非金属)。因此,腐蚀更广泛的定义是:腐蚀是某种物质由于环境的作用引起的破坏和变质(性能降级)。本书的学习仅限于金属的腐蚀。多数情况下,金属腐蚀后失去其金属特性,往往变成某种更稳定的化台物。例如,日常生括中常见的水管生锈,金属加热过程中的氧化等。
按照热力学的观点,镁合金牺牲阳极腐蚀是一种自发过程,这种自发的变化过程破坏了材辑的性能,使金属材料向着离子化或化台物状态变化,是自由能降低的过程。
人类开始使用金属后不久,便提出了防止金属腐蚀的问题。古希腊早在公元前就提出了用锡来防止铁的腐蚀。我国商代就已经用锡来改善铜的耐蚀性而出现了锡青铜。18世纪以来由于工业的迅速发展,为金属材料的出现创造了条件。
凯依尔(Xeir)在1790年详细论述了铁在硝酸中的钝化,从此研究金属在各种介质中破坏的科学才活跃起来。哈尔( Holl)在1819年证明铁在没有氧的情况下是不会生锈的。
德维(Dary)在1824年证明,当没有氧时,高硅铸铁阳极海水并不对钢起作用;在同年他又提出了甩锌保护钢壳船的原理。
电离理论以及法拉第( Faraday)定律的出现对腐蚀的电化学理论的发展起到了重要的推动作用。德·拉·李夫<De.La.Rive)在1830年提出了腐蚀电化学的概念(即微电池理论),随后能斯特定律、热力学腐蚀图(pH-E)等也相继产生,并创立了电极动力学过程的理论。到了20世纪初,腐蚀学科成为一门独立的科学,在科学领域中占有一定的位置。
我国的腐蚀科学发展较晚,与发达国家相比,我国腐蚀科学还有较大的差距。为了改变这种状况,我国于1978年专门成立了腐蚀科学组并组建了腐蚀学术委员会,制定了1978-1985年腐蚀学科发展规划,建立了腐蚀研究机构,同时加快丁科技人才的培养,加强了国际学术交流,以促进我国腐蚀科学水平的提高。
材料的广泛应用是材料化学与技术发展的主要动力.在实验室具有优越性能的材料,不等于在实际工作条件下能得到应用,必须通过应用研究做出判断,而后采取有效措施进行改进.材料在制成零部件以后的使用寿命的确定是材料应用研究的另一方面,关系到安全设计和经济设计,关系到有效利用材料和合理选材.材料的应用研究还是机械部件、电子元件失效分析的基础.通过应用研究可以发现材料中规律性的东西,从而指导材料的改进和发展. 化学工程的发展基本沿着两条主线进行:一方面,经过归纳、综合,形成了以传递为主的三传一反的学科基础理论;另一方面,随着服务对象和应用领域的不断扩大,学科基础理论与应用领域的交叉渗透,不断产生新的增长点和新的科学分支,特别是随着新能源、新材料、生物技术等新兴产业的出现,化学工程在这些新领域发挥巨大作用的同时也不断推动自身理论与技术水平的提高,浮化出材料化学工程、生物化学工程、资源化学工程、环境化学工程等学科分支,为化学工程学科的发展带来了新的活力和发展空间,而材料化学工程是发展最快的新的增长点之一,成为当代化学工程的热点研究领域之一.
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