化学与金属材料我本身是学文出身的~但是我们这学期搞什么普及教育~所以我需要一篇这样的论文~不用太精细~泛泛而谈的那种就可以了~字数3000吧~能不能在泛泛一些？

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化学与金属材料
我本身是学文出身的~
但是我们这学期搞什么普及教育~
所以我需要一篇这样的论文~
不用太精细~
泛泛而谈的那种就可以了~
字数3000吧~
能不能在泛泛一些？

化学与金属材料我本身是学文出身的~但是我们这学期搞什么普及教育~所以我需要一篇这样的论文~不用太精细~泛泛而谈的那种就可以了~字数3000吧~能不能在泛泛一些？
我有一篇,共参考
钢铁
钢铁可以说是目前应用最广泛的材料.目前全球每年钢产量超过4亿吨.修房造屋,铺路架桥,要用钢铁；制造机器、设备要用钢铁；制造飞机、轮船、大炮要用钢铁.在战争期间,钢铁的消耗量更为惊人.1973年埃及和以色列之间爆发战争,双方18天内损失坦克达2000多辆,消耗钢铁约10万吨.自然界存在有陨铁,是小行星进入大气层燃烧冶炼后得到的.我们用的钢铁都是用铁矿石冶炼而来,其方法是：把铁矿石和还原剂（一般用焦炭）加入高炉,从炉腰鼓入大量空气（或者是富氧空气）,点火使焦炭燃烧,产生高温的二氧化碳（CO2）气体,再与焦炭发生反应,得到还原剂一氧化碳（CO）.在高温下,一氧化碳与铁矿石发生反应,还原出铁来成为铁水,而其他杂质与造渣剂反应生成比铁水轻的渣浮在上面,除去渣就得到铁水.这就是高炉炼铁.生成的铁水经过炉外精炼,就可得到铸造生铁.其余铁水装入炼钢用的平炉、转炉或电炉中,在高温下通入氧气,使铁中的碳与氧气发生反应,生成气体跑出来,再加入其他物质以控制其中氮、硫、磷等元素的含量,就得到钢水.这就是炼钢.
铁按其中碳的含量来分类：
纯铁：纯度在99.9％以上,是和锡类似的白色固体.它性能差,几乎没有什么用途.
熟铁：含碳量低于0.4％,韧性较好.
生铁：含碳量高于1.7％,质地硬而脆,强度较高.
钢：含碳量介于0.4％～1.7％之间.它性能良好,种类繁多,应用广.
生铁分为普通生铁和铸造生铁两类.普通生铁又叫炼钢生铁,仅用作炼钢的原料.铸造生铁用于铸造各种零部件,以前多用灰口铁,其中的碳呈片状分布在铁原子中.灰口铁熔点低,熔液的流动性好,适用于生产机床底盘、农具、铁锅等强度高而不要求韧性好的用具.近年来人们又开发了一种新的球墨铸铁,其中的碳呈球形分布在铁中.球墨铸铁机械强度高,加工性能好,韧性有所提高,可以部分代替钢.
生铁中由于碳的含量高,使铁的脆性增加,韧性降低,而钢则由于含碳量适宜,强度高又韧性好,因而应用广泛.钢主要分为两大类：碳素钢和合金钢.
碳素钢又叫普通钢,其主要成分是铁和碳,其余元素含量虽然很少,但也能影响其性质.例如,硅能增加钢的强度和硬度,但降低其韧性.锰能增加钢的强度、硬度和韧性,提高耐磨性.磷和硫都是有害杂质,它们使钢在高温下或低温下脆性增加,易破坏断裂.
碳素钢主要用作结构钢和工具钢.目前美国有90％的建筑采用钢结构而不用钢筋混凝土,高耸入云的摩天大楼几乎都是钢结构,日本也有81.4％的建筑采用钢结构.
在普通钢中掺入镍、钨、钼、钒、铜、钛、铝、钴、硅等元素,就可以获得性质不同的合金钢.合金元素的加入使钢的性质发生了质的飞跃,获得了许多优异性能.
第一个被认真研究的合金钢是锰钢,1882年由英国的哈德苏尔德首先研制成功.锰钢具有优良的耐磨性和抗震性,适用于制造碎石机和钢轨.后来研制成功的高锰钢,含锰量达80％,性极坚韧,是制造舰艇和坦克装甲的好材料.以铁、钴、镍为主要成分的耐热钢,可以在800℃以上的高温环境中正常工作.美国宇航局研制的钴基合金,工作环境温度可达1150℃.而在钢中加入锯,其工作温度可达1300～1600℃.在美国“阿波罗”飞船上所用的一种涂有钼的化合物,能在2760℃的高温下工作.人们为什么对耐热钢如此感兴趣呢?这是因为：有了高性能的耐热钢,可以提高火力发电站的蒸汽温度,从而提高发电厂的热效率（目前发电厂的最高热效率仅为40％）.而火箭喷气发动机喷口的工作温度约1380℃,没有耐高温的喷口,就难以提高火箭的速度.人们在这方面的研究正逐步深入.
铝和铝合金
铝在地壳中含量为7.45％,比铁（5％）还多,是一种资源十分丰富的金属.但由于它化学性质活泼,与氧结合紧密,因此自然界中不存在天然铝.铝的冶炼十分困难,人们直到1854年才用比氧更活泼的钠把铝从其氧化物中还原出来,铝因而身价倍增.那时在皇宫中最为珍贵的不是金银钻石而是铝制的工艺品和餐具.法国统帅拿破仑三世为了炫耀自己的财富,曾花重金为自己制了一顶铝盔.后来人们发明了电解冶炼铝的方法,铝才得到了广泛应用.
铝比重小,重量轻,可以用来代替钢铁.它不仅能使设备重量减轻很多,而且强度高,不怕腐蚀,因而用途广泛.一架现代化的超音速飞机,铝和铝合金占总重量的70％；导弹上用铝达10％～50％；美国“阿波罗”飞船上,铝占金属总重的75％；我国第一颗人造卫星“东方红”的外壳也是铝合金.
铝的强度不算低,当加入少量铜、锰、硅、镁等元素形成合金后,其强度又显著提高,经过一定的处理,甚至会超过一些钢的强度,但重量却比钢轻很多.有人估算,如果每辆汽车用300公斤铝代替钢,光美国一年就可节省29亿加仑的汽油.
铝的导电性能也很好,虽比铜低却高于铁,但它比铜轻2/3,并且铝导线散热快,能通过较大电流而不会被烧坏.再加上价格便宜.因此近年来铝导线数量显著增加.在现代集成电路生产中,人们也用真空刻蚀铝膜来联接各元件.
铝的导热性能好,几乎是铁的4倍,因此在工业上多被用于生产热交换器和散热器,铝制餐具也大量面市.你天天都在用铝,对吗?
铝容易加工成型,可压成薄板或拉成细丝.铝容易与氧发生反应而在表面生成一层坚韧的氧化膜.这层膜性质稳定,有较强的抗腐蚀能力,因而适用于制造防腐设备.
铝反光能力强,可制作反射镜.
铝是非磁性金属,可作为防磁的罗盘盒.
铝没有毒性,是良好的食品包装材料.
铝和铝合金用途很广泛,是一种神通广大的材料,随着科学的发展,铝的家族还会不断增加新成员.不信,咱们走着瞧!
钛
钛在地壳中含量约为0.6％,仅次于铝、铁、镁,居金属含量的第四位.1791年英国化学家格雷戈尔就发现了钛元素,但直到1910年,英国人亨特才第一次在爆炸器中用钠还原四氧化钛,制得不到1克的纯金属钛.因为钛的高温化学性质活泼,所以必须在与空气和水相隔绝的环境中进行冶炼,在真空或惰性气体中提纯.因为冶炼技术困难,所以直到1947年,全世界才生产出2吨钛.
钛比重小,仅为钢的一半,但强度比钢高.它抗腐蚀性强,甚至能抗王水的腐蚀.它熔点高,比黄金还高600℃左右.如此优异的综合性能在金属中少见,因此钛受到重视.
钛是属于太空时代的金属.它的高强度、小比重的性能,特别适用于生产超音速飞机和航天器.美国70％的钛用于航空航天,美国YF—12A型战斗机,用钛量达93％.
钛的耐高温性能好,是制造涡轮喷气发动机的理想材料,它几乎可以取代不锈钢和铝合金.利用钛合金代替不锈钢,可使发动机的重量减轻40％～50％.
由于钛的抗腐蚀性能好,可用它制造深海潜艇,去探索海底的秘密.钛也可用于生产化工行业的反应器等设备.
钛目前存在的问题是冶炼困难,产量低.如果在冶炼技术上取得突破,钛就有可能代替钢铁.因而它被称为“21世纪的金属”.
形状记忆合金
1961年,美国海军研究所的一个研究小组领取了一批弯弯曲曲的镍钛合金丝,人们把它们一根根拉直以便使用.但当它们偶然接近火时,又恢复了原来的弯曲状态.人们经过研究,搞清了这是材料的一种新效应——形状记忆效应.后来人们又发现了金镉合金、铜铝镍合金、铜锌合金、铜锡合金等都具有记忆效应.
为什么会出现形状记忆效应呢?原来每种形状记忆合金都具有一定的转变温度.在转变温度以上,金属晶体结构是稳定的；在转变温度以下,晶体处于不稳定结构状态,一旦加热升温到转变温度以上,金属晶体就会回到稳定结构状态时的形状.
形状记忆合金可以100％恢复形状,并且反复变形500万次,也不会产生疲劳断裂,因而具有许多奇妙的用途.
为了在月球上收集资料,人们需要有一架像大伞似的天线.而宇宙飞船的空间有限,怎样才能把它带上天呢?可以用形状记忆合金做成天线,然后在其转变温度以下叠成一个小球团,带到月球上后,经太阳光加热升温,它就会像荷花一样徐徐展开成天线.多棒呀!
用形状记忆合金的制成玩具,即使不小心弄变形了,只要用火一烤,它就会恢复原状.如果用形状记忆合金制造人造关节、人造骨骼等,即使发生了变形,只要用火一烤就能恢复原状,而不用去找医生了.
还有一种设想是用形状记忆合金制造新型发动机：先让合金记住线圈的形状,在常温下把它制成电线,把这条电线接在大小不同的两个圆盘上,在圆盘的一侧加热水,另一侧加冷水.浸在热水中的合金要恢复线圈状,就要收缩,于是带动圆盘旋转,把热能直接变成机械能,并且水越热,旋转的次数就越多.用这种方法可以利用工厂、发电厂的废热水来做功,因而前景广阔.
形状记忆合金开发利用面临的难题是：价格高,加工难.如果未来的研究解决了这些问题,许多奇妙的产品就会出现在我们面前.
超导材料
我们日常生活中使用的一切物质都具有电阻,这是一般的常识.但是,当物体的温度逐渐降低到绝对零度（零下273.15℃）附近时,其电阻会变成零.这就是超导现象.
超导现象是1911年荷兰科学家温奈斯发现的,他用液氦在零下269.03℃下（即绝对温度4.12K,摄氏0度相当于绝对温度273.15K）冷却水银时,发现水银电阻完全消失.此时如果在水银中有感应电流,就会一直保持下去.他还制成了超导磁铁,想产生强磁场.但当电流增加到一定程度时,就破坏了超导状态.此时的磁场叫临界磁场.此外,超导还有临界温度,临界电流密度共三个临界约束值.在不超过这三个临界值的状态下,超导现象才会发生.
由于超导体具有的奇妙特征,人们立即对它产生了浓厚兴趣,发现高临界转变温度的超导材料的竞赛在各国之间展开.1954年制成的铌锡合金转变温度为零下252.7℃,1975年制成的铌锗合金转变温度为零下249.75℃,到了80年代末更是掀起一股超导热潮,超导转变温度的纪录不断被打破.1990年9月中国超导研究中心制成的锑铋系材料的临界温度为零下151.15℃,为目前国际最高纪录.在提高转变温度的同时,人们也在研究提高另外两个临界值.美国阿尔贡国家实验室已使超导体的电流密度提高到105A/cm2（A为安培,cm为厘米）,并且在30TC（特斯拉）的强磁场中仍具有超导性质（1特斯拉等于1万高斯）.
因为超导体没有电阻,在电流流过时就不会因为发热而损失电能,因此采用超导电线可以实现远距离无损耗输电,这样电站就可以远离居住区,使我们的生活区更加洁净.
超导体中每平方厘米可以流过几十万安培的强大电流,因而可产生很强的磁场而且消耗的电能很少.日本用超导体产生17.5万高斯的强磁场,加上冷却用电也仅为15KW.这种强磁场是实现受控热核反应的关键之一.
用超导体制成的超导发电机的功率可比目前发电机高100倍以上；超导磁悬浮列车的时速每小时已达550公里；高速超导电子计算机的计算速度每秒可达几百亿次以上.
超导体有可能为我们这个世界带来新的技术革命,所以目前世界各国都把超导研究列为重点攻关项目,以期早日迈入超导时代.迄今为止,已有8位科学家因为研究超导体而获得了诺贝尔奖.
半导体材料
我们日常用的铜、铁、铝等,都很容易导电,因而叫做导体；而橡胶、塑料等几乎不导电,因而叫做绝缘体.如果某物质不是导体,那它就一定是绝缘体吗?答案是否定的.在导体和绝缘体之间还存在大量半导体,其导电能力居中,并且随温度升高而增大,随温度下降而减小.
半导体材料有许多奇妙用途,在各个领域发挥重要的作用,无论是收音机、电视机,还是大型计算机、工业电气化系统,都离不开半导体材料.
半导体材料是制造电子元件的主要材料,而我们用的收音机、电视机、电子游戏机以及工业用的电子计算机、机器人等,都是由无数的电子元件构成的.半导体材料制成的电子元件不仅功能强、效果好,而且重量轻、寿命长、耗电省.1946年,美国研制出世界上第一台电子计算机,使用了18000个真空电子管,1500个继电器,重量达30吨,占地面积170平方米,真是一个庞然大物.而现在运算速度比它快得多的微型计算机,还没有一张书桌大.
电子元件的发展已经历了四个时代,1947年美国的布拉坦和同事制成了晶体管,这是第一代.晶体管因性能优于电子管而被广泛使用.1962年,在一小块硅片上制成了几个元件组成一个小型电路,这就是小型集成电路.集成电路体积小而功能大,因而迅速发展起来.1965年发展到中规模集成电路,指甲大的一块硅片上可制作上百个元件.1968年出现了大规模集成电路,在5～7平方毫米的硅片上制成了上万个元件.1979年日本在6平方毫米的硅片上制成了15万个元件,这就是超大规模集成电路.目前人们正在研制三维集成电路.前几代集成电路都是平面式的,像一排排的平房.而三维集成电路则像高楼大厦,在一层元件上再重叠一层元件,这样,每个元件与周围元件的联络构成一个空间网络,便于信息的传递和处理.用这种三维集成电路也许可以模拟人脑的思维,如果是这样,那么我们就可以制造出会思考、会自行解决问题的机器人了.
半导体材料具有良好的光电转换效应,是制造光电电池的好材料.有了廉价高效的光电电池,我们才能充分利用清洁的太阳能.有些半导体材料的温差电动势很大,能直接把热能转换为电能.这种温差发电机适用于缺电的边远地区.在宇宙飞行器、导航设备上也用到它.
半导体材料还用于制造激光器.激光方向性好,能量集中,在现代各个行业都得到广泛应用.大功率的激光武器为各国所重视.用半导体制成的发光二极管,在光纤通讯方面有重要用途.光纤通讯比微波通讯效果更好,一条光缆可载上亿门电话.人们预计,光计算机将比电子计算机运算速度快几十倍.
半导体材料经过几十年的发展,已历经三代,最早人们用锗,但锗元件的寿命和效果都不大理想,人们转而重视开发硅,目前硅已成为应用最广泛的半导体材料.为了在高温、高频领域取得进展,人们又看重砷化镓.它是砷在高温下和镓结合生成的化合物,是高频、高温电子元件的理想材料,它必将在巨型计算机、高效机器人、激光、光纤通讯等方面发挥重要作用.

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