專題4材料的加工和優(yōu)化處理

單元材料的加工處理專題4材料加工與性能優(yōu)化化學與技術2011.7.21專題4材料的加工和優(yōu)化處理共28頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁!思考1：你知道的材料有哪些類型？①金屬材料②無機非金屬材料（水泥、陶瓷、玻璃、硅、二氧化硅）③高分子材料（橡膠、塑料、纖維）④復合材料思考2：鋁是一種應用廣泛的金屬材料。鋁的化學性質活潑，但是它的耐腐蝕性很強，請用解釋其中的化學原理。鋁對氧的化學親和力特別強，在大氣中其表面總是被一層透明的氧化膜所覆蓋，但是天然的鋁氧化膜極薄，只有0.01-0.10um厚，機械強度低，抗蝕和耐磨性都不能滿足防腐蝕的需要。專題4材料的加工和優(yōu)化處理共28頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁!利用電化學方法，可使鋁（或鋁合金）表面生成致密的優(yōu)質氧化膜，且膜較厚，其厚度可達幾十至幾百微米，能有效地提高鋁的耐腐蝕性。另外，由于所形成的氧化膜存在均勻的孔隙，故可用有機染料進行染色處理，經封密后色澤穩(wěn)定，使鋁材的應用更加廣泛。這種使鋁表面氧化的電化學工藝稱為鋁的陽極氧化。專題4材料的加工和優(yōu)化處理共28頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁!鐵在含有氧化劑和苛性鈉的混合溶液中，一定溫度下經一定時間后，反應生成亞鐵酸鈉(Na2FeO2)和鐵酸鈉(Na2Fe2O4)，亞鐵酸鈉與鐵酸鈉又相互作用生成四氧化三鐵氧化膜。其反應方程式為：

3Fe+NaNO2+5NaOH=3Na2FeO2+H2O+NH3↑8Fe+3NaNO3+5NaOH+2H2O=4Na2Fe2O4+3NH3↑

Na2FeO2+Na2Fe2O4+2H2O=Fe3O4+4NaOH

一金屬的表面處理2、鋼材的氧化處理（發(fā)藍、發(fā)黑）目的：思考：上述反應中，哪些是氧化還原反應？0+2+3—30+3+3-3課本P67+2使鋼表層在化學溶液中氧化形成Fe3O4致密氧化膜。+3專題4材料的加工和優(yōu)化處理共28頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁!以鍍層金屬板作為陽極，被電鍍的零件作為陰極，用含有鍍層金屬離子的溶液作為電解液，接通直流電后，陽極逐漸被溶解，陰極零件表面便會沉積著鍍層金屬。電鍍液（含鍍層金屬離子）待鍍件鍍層金屬作用：提高耐磨、耐蝕性，修復磨損零件，實現(xiàn)表面裝飾及其他目的。

一金屬的表面處理4、電鍍原理：（以鐵鑰匙上鍍上金屬銅為例）專題4材料的加工和優(yōu)化處理共28頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁!請大家仔細閱讀教材中68頁“活動與探究”及69頁的內容，思考以下問題：①電鍍液中加入味精、乙二胺四乙酸的二鈉鹽等分別起什么作用？②本實驗如何控制電鍍液的pH、溫度和電鍍時間以獲得高質量的鍍層？①(1)少量表面活性劑（味精）能改善鍍層性能。(2)乙二胺四乙酸的二鈉鹽等配合劑可以使鍍層金屬離子形成配合離子，這樣能很好地控制金屬在鍍件上析出速率

②本實驗中電鍍液的酸堿度將影響到金屬配合離子的穩(wěn)定性，加入0.2mol·L—1NaOH溶液進行調節(jié)pH≈9。為了避免溫度影響鍍層，將水浴溫度控制在30~60℃。此外，電鍍時間大約1~2分鐘。課本P69專題4材料的加工和優(yōu)化處理共28頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁!例1.對金屬制品進行抗腐蝕處理，可延長其使用壽命。（1）以下為鋁材表面處理的一種方法：①堿洗的目的是除去鋁材表面的自然氧化膜，堿洗時常有氣泡冒出，原因是

（用離子方程式表示）。為將堿洗槽液中鋁以沉淀形式回收，最好向槽液中加入下列試劑中的______．。a．NH3b．CO2c．NaOHd．HNO3

②以鋁材為陽極，在H2SO4溶液中電解，鋁材表面形成氧化膜，陽極電極反應為

。取少量廢電解液，加入NaHCO3，溶液后產生氣泡和白色沉淀，產生沉淀的離子反應方程式

。2Al+2OH-+4H2O==2Al(OH)4-+3H2；b2Al+3H2O-6e-=Al2O3+6H+

Al3++3HCO3-=Al(OH)3↓+3CO2↑專題4材料的加工和優(yōu)化處理共28頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁!二、腐蝕加工技術

【問題1】在電子工業(yè)上，用濃三氯化鐵溶液腐蝕敷銅板。在敷銅板上，用類似照相復印的方法將設計好的電子線路用感光膠印在銅箔上，然后將圖形以外不受感光膠保護的銅箔用氯化鐵溶液腐蝕除去，用化學方程式表示化學原理？2FeCl3+Cu=2FeCl2+CuCl2專題4材料的加工和優(yōu)化處理共28頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁!第二單元材料組成的優(yōu)化專題4材料加工與性能優(yōu)化化學與技術2011.7.21專題4材料的加工和優(yōu)化處理共28頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁!利用此原理，可制造儲氫合金的空調器；或對氫氣進行精制。溫度低有利于吸氫，溫度高有利于放氫LaNi5+3H2LaNi5H6ΔH=-31.77kJ·mol-1200~300kPa合金應用：什么是貯氫合金？貯氫反應有什么特點，怎么利用平衡移動來解釋貯氫的原理。措施1：改變材料的組成專題4材料的加工和優(yōu)化處理共28頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁!問題1：何為鉀玻璃？為何可制造化學儀器？問題2：石英玻璃為何耐高溫性能特別好？問題3：鋼化玻璃機械強度大，抗震，不易破碎，即使破碎也不會形成有棱角的碎片。其成分是什么？如何制成？玻璃中二氧化硅含量越大越耐高溫。此外加入氧化硼，使玻璃的膨脹系數(shù)降低，能耐受溫度的劇烈變化。鉀玻璃就是硅酸鉀替代硅酸鈉，熔點高、耐化學腐蝕。專題4材料的加工和優(yōu)化處理共28頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁!生物陶瓷：某些合成高分子材料與人體器官組織的天然高分子有著極其相似的化學結構和物理性質。因此這些醫(yī)用高分子做成的人工器官具有很好的生物相容性，不會因與人體接觸而產生排斥作用。如人造骨骼、人造牙、人造腎臟、人造心臟等。人造心臟人造腎臟人造膝關節(jié)專題4材料的加工和優(yōu)化處理共28頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁!超純硅的制取反應原理：制粗硅：用焦炭還原二氧化硅，寫出方程式。粗硅轉變?yōu)镾iCl4或SiHCl3：Si+2Cl2==SiCl4Si+3HCl==SiHCl3+？精餾提純SiCl4和SiHCl3后制高純硅：2H2+SiCl4==？SiHCl3+H2==？制高純二氧化硅（光纖）：SiCl4(g)+O2(g)======SiO2(s)+2Cl2(g)

1573KSiO2+2C======Si+2CO高溫H2Si+4HClSi+3HCl專題4材料的加工和優(yōu)化處理共28頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁!例1：近日，“杭州創(chuàng)造”首屆十大創(chuàng)新成就評選發(fā)布晚會上，浙江省富通集團光纖預制棒項目贏得十大創(chuàng)新成就殊榮。光纖預制棒是光纜生產的最“源頭”項目，目前國內光纜生產廠家約200家，大部分靠買進口光纖預制棒來生產光纜。⑴光纖預制棒的化學成分是

，晶體類型為

。⑵如果把光纜裸露在堿性土壤中，結果會“短路”，用離子方程式說明原因

。⑶下列說法正確的是（）A、石英玻璃與普通玻璃都是硅酸鹽制品B、二氧化硅是良好半導體材料C、工藝師用鹽酸刻蝕石英制作藝術品D、石英與二氧化碳化學鍵相同⑷石英可以制備各種各樣的陶瓷制品，如坩堝、蒸發(fā)皿、氮化硅高溫結構陶瓷等。寫出氮化硅的化學式

，工業(yè)上用石英、焦碳、氮氣制備氮化硅，寫出反應方程式

。SiO2

原子晶體SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2OD

Si3N4

3SiO2+2N2+6C=Si3N4+6CO專題4材料的加工和優(yōu)化處理共28頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁!第三單元復合材料的制造專題4材料加工與性能優(yōu)化化學與技術2011.7.21專題4材料的加工和優(yōu)化處理共28頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁!1、鋁的陽極氧化步驟：1.表面預處理：把鋁片浸入熱的16%氫氧化鈉溶液半分鐘，目的是

；洗去油污，去除表面的氧化膜2.陽極氧化：準備好電解裝置，使陰陽電極間距約為2cm，迅速將鋁片浸入溶液，浸入部分約為全部的2/3，通電約為25min；3.洗滌：斷開電路，取出鋁片。用1%氨水中和表面的酸溶液，再用水沖洗干凈。4.著色、封閉：把鋁片進入茜素溶液2～3min，取出后用水沖洗，再放入沸水中浸煮5min。5.

取出鋁片，擦干。觀察鋁片表面的顏色。茜素是一種有機染料，這是金屬表面處理后的著色過程。思考為何在金屬表層能進行著色。什么原因?沸水中，氧化膜發(fā)生水化，體積膨脹，其中的微孔被擠緊堵塞。由于氧化膜孔層具有很強的吸附性能，可吸附色素將膜染成各種顏色。作用：形成氧化膜，增強了鋁制品的抗腐蝕和抗機械劃傷能力一金屬的表面處理閱讀P67“活動與探究”什么是陰極、什么是陽極？專題4材料的加工和優(yōu)化處理共28頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁!3、鋼材的磷化處理基本方法：使鋼在磷酸鹽溶液中表層形成磷酸鹽膜。作用：達到提高耐磨、耐蝕性。專題4材料的加工和優(yōu)化處理共28頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁!專題4材料的加工和優(yōu)化處理共28頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁!5、在金屬表面滲入某些其它元素一金屬的表面處理練習：我國第五套人民幣中的一元硬幣材料為鋼芯鍍鎳，依據(jù)你所掌握的電鍍原理，你認為在硬幣制作時，鋼芯應做（）。

A．陰極B．陽極C．正極D．負極

A專題4材料的加工和優(yōu)化處理共28頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁!（2）鍍銅可防止鐵制品腐蝕，電鍍時用銅而不用石墨作陽極的原因是

。（3）利用右圖裝置，可以模擬鐵的電化學防護。若X為碳棒，為減緩鐵的腐蝕，開關K應置于______處。若X為鋅，開關K置于M處，該電化學防護法稱為_______。陽極Cu可以發(fā)生氧化反應生成Cu2+

NN犧牲陽極保護法專題4材料的加工和優(yōu)化處理共28頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁!【問題2】閱讀教材P70--氫氟酸蝕刻玻璃原理？氫氟酸和石蠟各起了什么作用？氫氟酸：腐蝕玻璃SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O石蠟：保護玻璃（使沒被作畫的那部分玻璃不被腐蝕）氫氟酸有毒，且對皮膚有強烈刺激性和腐蝕性，皮膚接觸后立即用大量流水作長時間徹底沖洗，所以帶手套。。

【問題3】用硫酸溶液在木版、竹片上作畫，烘干后，可留下棕黑色的畫，其原理？專題4材料的加工和優(yōu)化處理共28頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第21頁!措施1：改變材料的組成1.合金：

由金屬與金屬或非金屬經過融合而成的具有金屬特性的物質各類型合金都有以下通性：一般來說，合金的性質并不是各種成分金屬性質的總和。合金具有很多良好的物理、化學或機械性能，在許多方面優(yōu)于各成分金屬。(1)多數(shù)合金熔點低于其組分中任一種組成金屬的熔點；

(2)硬度比其組分中任一金屬的硬度大；專題4材料的加工和優(yōu)化處理共28頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第22頁!2.硅酸鹽材料和精細陶瓷硅酸鹽材料是以含硅物質為原料高溫燒制而成的。措施1：改變材料的組成硅酸鹽材料原料反應條件主要成分水泥玻璃陶瓷石灰石、黏土、石膏高溫硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣純堿、石灰石、石英沙高溫硅酸鈉、硅酸鈣、二氧化硅黏土高溫專題4材料的加工和優(yōu)化處理共28頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第23頁!針對陶瓷存在的問題，化學家用改變陶瓷組分的方法研制出具有高強度、耐高溫、耐腐蝕，并具有聲、電、光、熱、磁等多方面特殊功能的新一代無機非金屬材料---精細陶瓷1、高溫結構陶瓷:（化學組成：氮化硅）2、透明陶瓷3、生物陶瓷精細陶瓷專題4材料的加工和優(yōu)化處理共28頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第24頁!措施2：提高材料純度

單晶硅和二氧化硅的應用

單晶硅經常表現(xiàn)出電、磁、光、熱等方面的優(yōu)異性能，用其做成的電子器件、半導體器件等應用于現(xiàn)代科技的許多領域，如晶體管主要由硅、鍺或砷化鎵單晶組成。還可用于太陽能電池板和可控硅元件的制造。二氧化硅做成的光纖有巨大的信息容量，且通信不受外界電磁場的干擾，工作穩(wěn)定可靠，保密程度高。同時生產1km長的光纖只需幾克超純石英玻璃，可節(jié)省1.1t銅。專題4材料的加工和優(yōu)化處理共28頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第25頁!措施3：研制納米材料

1、納米材料定義P77高純度的納米顆粒材料是無法用通常的機械粉碎法獲得的，因為機械粉碎法只能得到直徑為1000nm以上的顆粒。納米材料可通過物理或化學的方法制得，化學方法主要是利用化學反應使原子或分子聚集、沉淀形成納米顆粒。FeC2O4＝FeO+CO↑+CO2↑△FeO+CO＝Fe+CO2△2、納米材料特性3、納米材料的制備方法4FeO＝Fe+Fe3O4△專題4材料的加工和優(yōu)化處理共28頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第26頁!⑸晶體硅是電子工業(yè)的重要材料，工業(yè)上大量的晶體硅是由石英為原料制備得