第一篇：材料結構與性能試題-答案

材料結構與性能試題

1、高分子結構特點：包括近程結構和遠程結構。

近程包括原子種類和排列、結構單元鏈接方式、支化與交聯、序列結構和構型。

原子種類和排列：碳鏈高分子、雜鏈高分子、元素有機高分子、梯形和雙螺旋形高分子、端基。

結構單元鏈接方式：是指結構單元在高分子鏈中的聯結方式，如頭—尾、頭—頭、尾—尾等。支化與交聯：支化破壞了分子的規整性，故結晶度大大降低。交聯是指高分子鏈之間通過支鏈連接成一個空間三維網狀結構。

序列結構：以A、B兩種單體單元所構成的共聚物為例，按連接方式可分為：交替共聚物、無規共聚物、嵌段共聚物、接枝共聚物。

構型：指分子中由化學鍵所固定的原子在空間的幾何排列。

遠程結構包括高分子鏈的大小和形態。

高分子鏈的大小（質量）包括相對分子質量(分子量)和相對分子質量分布(分子量分布)。高分子鏈的形態(構象)：由于單鍵內旋轉而產生的分子在空間的不同形態。

工程塑料ABS：由丙稀腈，丁二烯和苯乙烯的三元接枝共聚物，因此兼具三種組分的特性：質硬、耐腐蝕、提高制品的拉伸強度和硬度。

SBS嵌段共聚物：由陰離子聚合法制得的苯乙烯與丁二烯的共聚物。聚丁二烯（PB）常溫下是橡膠，聚苯乙烯（PS）則是硬性塑料，二者不相容，因此是兩相結構。PB相形成連續的橡膠相，PS則形成微區分散于樹脂中對PB起交聯作用.丁苯橡膠SBR：是由苯乙烯與丁二烯在BPO或氧化還原引發劑作用下，按照自由基聚合機理得到的無規共聚物。

2、答:非晶態聚合物典型的熱--機械曲線如下圖，存在兩個斜率突變區，這兩個突變區把熱-機械曲線分為三個區域，分別對應于三種不同的力學狀態，三種狀態的性能與分子運動特征各有不同。

III II 形變I

在區域I，溫度低，鏈段運動被凍結，只有側基、鏈節、鏈長、鍵角等的局部運動，因此聚合物在外力作用下的形變小，具有胡克彈性行為：形變在瞬間完成，當外力除去后，形變又立即恢復，表現為質硬而脆，這種力學狀態與無機玻 溫度 璃相似，稱為玻璃態。

隨著溫度的升高，鏈段運動逐漸“解凍”，形變逐漸增大，當溫度升高到某一程度時，鏈段運動得以充分發展，形變發生突變，進入區域II，這時即使在較小的外力作用下，也能迅速產生很大的形變，并且當外力除去后，形變又可逐漸恢復。這種受力能產生很大的形變，除去外力后能恢復原狀的性能稱高彈性，相應的力學狀態稱高彈態。

由玻璃態向高彈態發生突變的區域叫玻璃化轉變區，玻璃態開始向高彈態轉變的溫度稱為玻璃化轉變溫度（glass temperature)，以Tg表示。

當溫度升到足夠高時，在外力作用下，由于鏈段運動劇烈，導致整個分子鏈質量中心發生相對位移，聚合物完全變為粘性流體，其形變不可逆，這種力學狀稱為粘流態。高彈態開始向粘流態轉變的溫度稱為粘流溫度，以Tf表示，其間的形變突變區域稱為粘彈態轉變區。分子量越大，Tf越高。交聯聚合物由于分子鏈間有化學鍵連接，不能發生相對位移，不出現粘流態。

因此玻璃態、高彈態和粘流態稱為無定形聚合物的力學三態。

3、答：高彈性的特點：

①彈性模量小，比其它固體物質小得多，如：鋼：20000MPa(2×10）;（１公斤／m㎡=9.807MPa)，PE: 200MPa 結晶物； PS:2500MPa;橡膠: 0.2-8MPa.②形變量大。可達1000%,一般在500%左右,而普通金屬材料的形變量＜1％。③彈性模量隨溫度上升而增大，溫度升高，鏈段運動加劇，回縮力增大，抵抗變形的能力升高。

④高彈形變有時間依賴性——力學松弛特性，高彈形變時分子運動需要時間 ⑤形變過程有明顯的熱效應，橡膠：拉伸——放熱；回縮——吸熱

高彈性的本質：高彈性是由熵變引起的，在外力作用下，橡膠分子鏈由卷曲狀態變為伸展狀態，熵減小，當外力移去后，由于熱運動，分子鏈自發地趨向熵增大的狀態，分子鏈由伸展再回復卷曲狀態，因而形變可逆。

高彈性的熱力學分析： ⑴高彈形變的熱力學方程

外力下發生高彈形變，除去外力后又可恢復原狀，即形變是可逆的，因此可用熱力學第一定律和第二定律進行分析。對輕度交聯橡膠在等溫（dT=0）下拉伸。物理意義:外力作用在橡膠上使橡膠的內能隨伸長變化、使橡膠的熵變隨伸長變化。

⑵熵彈性的分析。橡膠拉伸時，內能幾乎不變，主要引起熵變，因此稱高彈性為熵彈性。熱力學分析得到的一條重要的結論：彈性力主要來自熵的貢獻，故稱橡膠彈性——熵彈性。

⑶交聯橡膠的統計理論。橡膠不交聯，幾乎沒有使用價值，因此研究交聯橡膠的高彈形變具有重要的實際意義。統計理論討論的是橡膠彈性問題的核心——形變過程中突出的熵效應，而忽略內能的貢獻。

4、答：⑴室溫下介電常數氯丁橡膠幾乎是聚氯乙烯的3倍，因此室溫下氯丁橡膠的介電常數大。⑵這些主鏈含極性基團或極性基團與主鏈硬鏈接的聚合物，當溫度提高到玻璃化溫度Tg以上時，其介電常數將大幅度地升高，聚氯乙烯的介電常數將從3.5增加到15，因此PVC的介電常數會增大。

5、答：⑴小尺寸效應：隨著顆粒尺寸的量變，在一定條件下會引起顆粒性質的質變。由于顆粒尺寸變小所引起的宏觀物理性質的變化稱為小尺寸效應。當粒子的尺度與光波波長、德波羅意波長及超導態的相干長度或透射深度等物理特性尺寸相當或更小時晶體周期性的邊界條件將被破壞，非晶態納米微粒的顆粒表面層附近原子密度減小，導致聲、光、電磁、熱力學等均呈現新的尺寸效應。

對超微顆粒而言，尺寸變小，同時其比表面積亦顯著增加，從而產生如下一系列新奇的性質。①特殊的光學性質②特殊的熱學性質③特殊的磁學性質④特殊的力學性質。

⑵表面效應：球狀顆粒的表面積與直徑的平方成正比，體積與直徑的立方成正比，故其比表面積與直徑成反比。對半徑為r的球狀超微顆粒而言，設原子直徑為a，則表面原子所占的百分比例大體上為a／r。對于普通物質，a＜＜r，表面原子所占比例很小，其呈現的性質對整個物質的性質沒多大影響。而對于納米顆粒，不能忽視表面性質。在更一般的情況下，納米顆粒不可能是理想的球形，表面原子的影響就會更大，這就是人們所稱的表面效應。

⑶量子尺寸效應（久保效應）：當粒子的尺寸降到一定值時金屬費米能級附近的電子能級由準連續變為分立（離散）能級的現象、納米半導體微粒存在不連續的最高被占據分子軌道和最低未被占據的分子軌道能級和能隙變寬現象均稱為量子尺寸效應。

⑷宏觀量子隧道效應：微觀粒子具有粒子性又具有波動性，因此具有貫穿勢壘的能力，稱之為隧道效應。近年來科學家們發現，一些宏觀量如微顆粒的磁化強度、量子相干器件中的磁通量以及電荷等也具有隧道效應，它們可以貫穿宏觀系統的勢壘而產生變化，故稱為宏觀量子隧道效應。

6、陶瓷材料加工主要分粉體合成、成型和燒結三步。

制備粉體的方法主要有液相法、固相法和氣相法三種。液相法的缺點是：存在硬團聚、粒徑大小不均勻、純度低以及性能不穩定。固相法的缺點是：反應只在相界面進行，隨后擴散過程困難；難得到純相體系；反應容器污染容器。

成型方法分干法成型、塑性成型和料漿成型。干法又分為干壓和等靜壓成型。干壓的缺點是：各向異性；不適于尺寸大、形狀復雜制品的設計；設備、模具費用較高。等靜壓成型缺點是：工藝效率較低，設備昂貴。先進陶瓷塑性成型方法主要有注射成型和擠出成型兩種。注射成型缺點是：生產周期長、金屬模具設計困難、費用昂貴等。擠出成型缺點是：物料強度低、容易變形；表面凹坑和起泡；開裂及內部裂紋；模具制造成本高；導致燒結收縮大。料漿成型主要分為注漿成型和流延成型兩種。注漿成型缺點是：成型形狀粗糙；注漿時間較長，勞動強度大；不易實現自動化；缺陷多，外觀尺寸精度低。流延成型缺點是：有機溶劑具有一定的毒性，使生產條件惡化并造成環境污染；生產成本較高。

燒結方法主要有無壓燒結、熱壓燒結、熱等靜壓燒結、微波燒結、SPS和反應燒結。熱壓燒結缺點是：熱壓爐非常昂貴，而且難以實現連續化大批量生產。微波燒結的缺點是：設備昂貴，需要專門設計；難于維持某個精確溫度；有時會與不希望的雜質反應或與絕熱層相污染；微波透明型材料很難被加熱，不良熱導體內部會形成大的溫度梯度導致非均勻加熱。SPS和熱等靜壓燒結的缺點都是成本太高。反應燒結的缺點是：工藝過程復雜；成本高；素坯易開裂。

7、答：高分子不是由單一分子量的化合物所組成，即使是一種“純粹”的高分子，也是由化學組成相同、分子量不等、結構不同的同系聚合物的混合物所組成。這種高分子的分子量不均一(即分子量大小不

一、參差不齊）的特性，就稱為分子量的多分散性。

高分子分子量多分散性的表示方法：

①以分子量分布指數表示，即質均分子量與數均分子量的比值，Mw / Mn

Mw / Mn 分子量分布情況 1 均一分布

接近1(1.5-2）分布較窄

遠離 1(20-50)分布較寬 ②以分子量分布曲線表示。以被分離的各級分的質量分率對平均分子量作圖，得到分子量質量分率分布曲線。可通過曲線形狀，直觀判斷分子量分布的寬窄。綠線：分子量分布較寬，即分散程度大；紅線：分子量分布較窄，即分散程度小。影響：分子量分布是影響聚合物性能的因素之一，分子量過高的部分使聚合物強度增加，但加工成型時塑化困難;低分子量部分使聚合物強度降低，但易于加工;不同用途的聚合物應有其合適的分子量分布:合成纖維是分子量分布易窄，而塑料薄膜和橡膠則分子量分布較寬。

第二篇：材料結構與性能

材料結構與性能報告(1)

論文題目：塊狀非晶合金材料的研究進展

姓名： 學號： 學科專業： 指導教師： 入學日期： 報告日期： 報告地點：

王楚 31605051 材料工程 林莉 2016.11

研究生院制表

材料結構與性能報告(1)1概述

一般認為，凝聚態的物質大致可以分為三類：晶態物質、準晶態物質和非晶態物質。非晶態合金是指固態時其原子的三維空間呈拓撲無序排列，并在一定溫度范圍保持這種狀態相對穩定的合金。最早有關非晶態合金的文獻是由融Kamer于1934年首次報道的。而后，1960年，Duwez[1]等首先采用噴槍法在Au．Si合金中獲得非晶態合金，從而開創了材料研究的新領域一非晶態合金材料。非晶合金具有優異的物理性能、化學性能和力學性能，特別是優良的軟磁性能，在許多領域中己得到應用。一般說來，非晶態合金均需要通過熔體快淬的方法來獲得，它需要非常高的冷卻速率(10 6 /s 以上)。由于臨界冷卻速率的限制，非晶態合金的三維尺寸受到很大的限制，只能獲得很薄或很細的片、絲和粉末狀非晶合金。

大塊非晶合金材料是近年來采用現代冶金技術合成的一種具有特殊性能的新型先進金屬材料。對大塊非晶的研究無論在理論上還是在應用上都有重要意義。首先，大塊非晶體系是一些全新的多組元體系，其合金熔體具有極大的熱力學過冷度，過冷液體的動力學行為類似于氧化物玻璃，這使得人們重新思考傳統的非晶形成理論。另外，大塊非晶合金大都具有明顯的玻璃轉變和寬的過冷液相區，這為深人研究非晶合金的玻璃轉變特征和過冷液態的結構和物性提供了理想材料。在應用上，由于具有奇特的物理、力學及化學性能, 適合于用來制造電子器件、磁性器件、精密光學器件、精密機械結構件、電池材料、體育用品、生物醫學植人物以及軍工先進武器構件(如穿甲武器、飛行器的構件、裝甲板等)等。塊狀非晶合金的發展歷程

非晶合金的發展大致經歷了兩個階段。第l階段為1960年(Duwez首次采用快淬方法制得Au70Si30非晶合金薄帶)-1989年。這段時期，人們主要通過提高冷卻速率(>104列s)來獲得非晶合金，因而得到的基本是非晶合金薄膜、薄帶或粉末。所研究和制備的主要是二元合金。主要研究體系可分為3大合金系：第l類合金系由過渡族金屬或貴金屬與類金屬組成，如Pd2Si、Fe2B等。；類金屬的含量為10%-30%,恰好在低共晶點組分附近。2類合金系是以LTM-ETM為基的體系，其中ETM和LTM分別代表前、后過渡族金屬，LTM包括Fe、Co、Ni、Pd和Cu等，ETM包括Ti、Zr、Nb、Ta、Hf等。LTM的含量一般在20％-40％，如Zr70(Ni、Fe、Co、Pd、Rh)30、Nb60Rh40等，該體系可以在非常寬的低共晶組分范圍內形成非晶，這類非晶合金發現得比較晚，1977年才首次發現屬于這一類的合金,以后又逐步發現了在Ca或Sr中加入AI、Zn等組成的非晶合金[2,3]。第3類為以A族金屬元素(Mg、Ca、Sr)為基體，B族金屬元素(Al、Zn、Ga)為溶質的

塊狀非晶合金的研究進展

少冷卻過程中的非均勻形核, 因而各種制備方法都有以下兩個共同持征：(1)對合金母材反復熔煉, 以提高熔體的純度, 消除非均勻形核點。(2)采用高純惰性氣體保護，盡量減少氧含量。目前，大塊非晶態合金的制備方法主要有以下幾類：

(l)懸浮熔煉： 將試樣置于特定的線圈中，線圈中的電磁場使試樣產生與外界相反的感生電動勢，該感生電動勢與外磁場間的斥力與重力相抵消，從而使試樣懸浮在線圈中。同時, 試樣中的渦流使自身加熱熔化。再向試樣吹人惰性氣體，使其冷卻、凝固；或利用通電極板間的靜電場使試樣懸浮，用激光加熱熔化，當激光停止照射時，試樣于原位冷卻。試樣溫度可用非接觸法測量。懸浮熔煉的優點是試樣沒有在容器中熔煉，避免了容器壁引起的非均質形核，可減小臨界冷卻速度。其缺點是，試驗的懸浮與加熱是同時通過試樣中的渦流實現的，當試樣冷卻時也必須處于懸浮狀態，即試樣在冷卻時還必須克服懸浮渦流帶來的熱量，所以冷卻速度不可能很快, 增加了制備難度，制備的塊狀非晶合金尺寸較小。

(2)深過冷液淬法：此方法是將試樣用低熔點氧化物(如B2O3)包裹起來，在石英管中感應加熱熔化，最后淬入水中得到非晶態合金試樣。低熔點氧化物的作用一是用來吸取合金冶煉中的雜質顆粒，避免這些顆粒成為形核的核心，二是將合金熔液與容器壁隔離開來。由于包裹物始點低于熔體熔點，因而可避免合金母材與容器壁直接接觸，最大限度地避免了非均質形核。

(3)高壓模鑄法：該方法是將母合金放人套筒內，在高頻感應線圈中熔化，再用高 壓快速將合金液壓人銅模內，銅模外通水使試樣快速冷卻。由于該方法的冷卻速率很大，可以獲得較大體積的非晶態合金。

此外還有定向凝固、射流成形、壓實成型等多種大塊非晶合金制備工藝。國內關于大塊非晶合金的研究開展不多，主要采用落管、氧化物包裹、磁懸浮、射流成形及水淬 等技術制備大塊非晶合金。國內制備的大塊非晶合金的最大直徑為90mm。由于目前制備的非晶合金的尺寸較小，影響了非晶合金作為結構材料的使用范圍。塊狀非晶合金的微觀結構

非晶合金的原子在三維空間呈拓撲無序狀排列，不存在長程周期性，但在幾個原子間距的范圍內，原子的排列仍然有著一定的規律，因此可以認為非晶態合金的原子結構為“長程無序，短程有”。通常定義非晶態合金的短程有序區小于1.5nm，即不超過4-5個原子間距，從而與納米晶或微晶相區別，短程有序可分為化學短程有序和拓撲短程有序兩類。

材料結構與性能報告(1)4.1化學短程有序

非晶態金屬至少含有兩個組元，除了不同類原子的尺度差別、穩定相結構和原子長程遷移率等因素以外，不同類原子之間的原子作用力在非晶態合金的形成過程中起著重要作用。化學短程有序的影響通常只局限于近鄰原子，因此一般用近鄰組分與平均值之差作為化學短程有序參數，對于二元A-B體系為：

up=1-ZAB/(ZcB)=1-ZBA/(ZcA)其中ZAu和ZuA分別代表A(或B)原子近鄰的B(或A)原子配位數，Z是原子總配位數。cA和cu分別是A與B原子在合金中的平均濃度。當A和B兩種原子直徑明顯不同時，A原子的總本位數ZA與B原子的總配位數Zi3不再相同，ZA≠Ze，這時短程有序另一種定義。

4.2拓撲短程有序

指圍繞某一原子的局域結構的短程有序。常用幾種不同的結構參數描述非晶態與合金的結構特征，主要有原子分布函數、干涉函數、近鄰原子距離與配位數和質量密度。原子分布函數，設非晶態結構是各向同性的均勻結構，其平均原子密度Po為--定體積y中包含的原子數N:

Po=N/V 描述某一原子附近的密度變化可用徑向分布函數RDF(r):

RDF(r)=4*3.14xr2p(r)

其中r是距某中心原子的距離，p(r)是距離r處的密度，由上式可知，RDF(r)dr代表以某個原子為中心，在半徑r處、厚度為dr的球殼內的原子數，從而RDF(r)=dN/dr表示原子數目(密度)隨距離增加的變化。

定義約化徑向分布函數G(r)為:

G(r)=4x3.14*r[p(r)-po] 幾種過渡金屬-類金屬非晶態合金的約化徑向分布函數如圖8-1所示，函數值隨著與中心原子的距離增大而呈有規律的起伏。此外，還定義雙體分布函數g(r): z(r)=p(r)/p。

當合金中包含幾種不同類原子時，引入偏徑向密度函數pii(r)、偏雙體分布函數gii(r)、偏約化徑向分布函數GO(r)等參數描述原子之間的結構關系。例如，pji(r)指與某個第i類踩子的距離為r處，單位體積中第j類原子的數目。上述各個原子分布函數中，原子密度p(r)和原子徑向分布函數RDF(r)有明確物理意義，G(r)的物理意義雖然不明確，但它同RDF(r)一樣能反映非晶態結構特征，對體系作x射線衍射測量得到結構因數S(Q)，塊狀非晶合金的研究進展

外殼等商業產品由于大塊非晶中不存在晶體中的滑移位錯，在較低溫度下具有很好的粘滯流動性，可以較好地發生超塑應變利用這個特性，可以把大塊非晶合金進行各種塑性加工，制成所需的各種形狀由于其優異的力學性能和較好的熱穩定性，大塊非晶合金在軍事方面也得到了應用，可以用來制造反坦克的動能穿甲彈。

Zr基大塊非晶合金具有很高的彈性實驗表明,用其做成的小球與同樣大小的鋼球在量筒中從相同高度(15m左右)自由落下后做彈性來回運動，前者比后者的彈動時間足足長了大塊非晶合金具有很高的強度和強度-密度比，以及很好的彈性能，因而具有很好的應用潛力。基大塊非晶合金由于抗拉強度高、延展性好、彈性能高、沖擊斷裂性能高和抗腐蝕性高，且具有非常好的能量傳遞性能，已被用來制作高爾夫球桿和其擊球部位(球頭)，使用該材料做成的高爾夫球頭能夠將99％的能量傳遞到球上。

在化學方面，由于大塊非晶具有抗腐蝕、儲存能量(吸氫和析氫)和高催化特性，將有可能在海洋業和能源方面得到應用。塊體非晶合金在結構上是原子長程無序而近程有序排列的亞穩材料，每個短程有序的原子團可以視為一個高活性點，而這種高活性、高耐蝕性材料是最理想的電極催化材料。如果使用這種材料制作電極, 其催化活性將提高以上，可大大提高制堿工業的生產效率，降低生產成本，由此所產生的經濟效益是十分巨大的。

由于新型基非晶合金具有低飽和磁致伸縮，使得它們的軟磁性能可與傳統的Fe-Si-B非晶合金相比擬，甚至更優。日本研制的Fe基大塊非晶合金軟磁材料的磁導率，比硅鋼片材料及傳統晶體結構的磁性材料15倍，美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室也已經制備出了直徑達到以上的低磁能損耗的大塊基軟磁產品專家預測,大塊非晶合金軟磁材料制品將很快應用于電子信息，如計算機、通訊設備和工業自動化等高技術產業和電力等傳統產業另外，硬磁性大塊非晶合金也將是一種很有潛力的永磁材料。

6結束語

非晶合金，因特殊的結構和優異的性能自產生以來一直是材料學界的熱點研究領域之一。近年來對非晶合金進行了廣泛的研究，取得了很大的進展，已突破昔日貴金屬的限制, 許多日常重要的工程合金系統如Fe、Co、NiCu 等都可制備出塊體非晶合金，這為其實際應用創造了條件，如今工程應用也已逐步興起。但作為一類新型的材料, 非晶合金仍處于研究探索階段，在基礎理論、制備工藝和實際應用中還有許多問題亟待解決，主要體現在以下幾個方面。

還沒有一套完整的理論或成熟的物理模型用來指導塊體非晶的研制，目前對于合金系統組元的選擇還只能憑經驗規律，但這些規律都不具備普適性。這主要是由于還沒有充分理解非晶合金形成的本質, 因此需要加強對非晶合金物理轉變過程的研究。

材料結構與性能報告(1)(2)目前所制備的塊體非晶尺寸還不夠大，只有Zr基、Pd基等少數幾種合金體系可達較大尺寸，這在很大程度上限制了這種新型結構材料的廣泛應用，因而需要我們在理解非晶合金形成本質的基礎上，改進目前塊體非晶制備所需的苛刻工藝條件。因機械合金化在制備非晶合金上的獨特優勢，目前可以優先發展機械合金化工藝。

(3)提高塊體非晶的熱穩定性。由于塊體非晶屬亞穩態材料，在熱力學上是不穩定的, 只有把這類材料加熱到一定溫度以上才會使其變為晶態材料。因此，必須設法提高塊體非晶的熱穩定性，以拓寬其應用范圍。

(4)任何材料都有其自身的缺陷，雖然發現了一系列具有大塑性的塊體非晶合金，但總體來說其塑性都還有待提高，而且非晶合金的拉伸塑性幾乎為零。長期以來，探索同時具有高強度和大塑性的金屬合金材料一直是材料領域追求的目標，非晶合金塑性的進一步提高，必將為非晶合金的應用開辟更廣闊的空間。

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第三篇：鉭金屬的結構與性能研究

鉭金屬的結構與性能研究

摘 要：鉭是電子工業和空間技術發展不可缺少的戰略原料，鉭以其獨特的結構和性質，在骨科醫學、電子工業、化學工業和冶金工業有很大的應用。這篇論文主要介紹鉭金屬的資源、鉭金屬的制備和鉭金屬的結構和性質及其應用。

關鍵字：鉭金屬；戰略原料；資源；制備；結構；應用

0 引言

鉭是由瑞典化學家埃克貝里在1802年發現的，按希臘神話人物Tantalus（坦塔羅斯）的名字命名tantalum。1903年德國化學家博爾頓（W.von Bolton)首次制備了塑性金屬鉭,用作燈絲材料。1940年大容量的鉭電容器出現，并在軍用通信中廣泛應用。第二次世界大戰期間，鉭的需要量劇增。50年代以后，由于鉭在電容器、高溫合金、化工和原子能工業中的應用不斷擴大，需要量逐年上升，促進了鉭的提取工藝的研究和生產的發展。中國于60年代初期建立了鉭的冶金工業。美國是鉭消費量最大的國家，1997年消費量達500噸，其中60%用于生產鉭電容器。日本是鉭消費的第二大國，消費量為334噸。21世紀初，隨著電容器生產的發展迅速，市場供不應求。預計，世界鉭電容器的生產量達2.50億件，需消費鉭1000噸。據美國地質調查局的統計，世界鉭探明儲量14000噸。其中，澳大利亞4500噸、尼日利亞3200噸、民主剛果1800噸、加拿大1800噸、巴西1400噸。中國資源量，主要分布在江西、福建、新疆、廣西、湖南等省。從未來發展的需求看，電容器仍是鉭的主要應用領域。如果按儲量基礎24000噸計算，也只能保證24年的需求。盡管如此，鉭資源的前景仍然是看好的。首先，在世界十分豐富的鈮礦床中，伴生有大量的鉭資源。其中，格陵蘭南部加達爾鈮、鉭礦的鉭資源量就達100萬噸。其次，西方已開始利用含Ta2O53%以下的大量錫爐渣。此外，代用品的研究和利用也有了很快的發展，如鋁和陶瓷在電容器領域代替鉭；硅、鍺、銫可在電子儀器用途上，代替鉭制造整流器等。

在鄭州大學先進靶材料實驗室的李慶奎老師的團隊主要做的是高純鉭金屬靶材，做出的金屬靶材通過磁控濺射等工藝形成的薄膜廣泛應用于電子信息產業。為了更深層次的探究談金屬，我對鉭金屬的資源、制備、結構、性能和應用進行了探究。鉭金屬的資源

資源鉭和鈮的物理化學性質相似，因此共生于自然界的礦物中。劃分鉭礦或鈮礦主要是根據礦物中鉭和鈮的含量。鉭鈮礦物的賦存形式和化學成分復雜,其中除鉭、鈮外，往往還含有稀土金屬、鈦、鋯、鎢、鈾、釷和錫等。鉭的主要礦物有：鉭鐵礦[(Fe,Mn)(Ta,Nb)2O6]、重鉭鐵礦、細晶石和黑稀金礦等。煉錫的廢渣中含有鉭，也是鉭的重要資源。已查明世界的鉭儲量(以鉭計)約為134000短噸，扎伊爾占首位。1979年世界鉭礦物的產量(以鉭計)為 788短噸(1短噸＝907.2公斤)。中國從含鉭比較低的礦物中提取鉭的工藝，并且取得了巨大的成就。鉭金屬的制備

冶煉方法：鉭鈮礦中常伴有多種金屬，鉭冶煉的主要步驟是分解精礦，凈化和分離鉭、鈮，以制取鉭、鈮的純化合物，最后制取金屬。礦石分解可采用氫氟酸分解法、氫氧化鈉熔融法和氯化法等。鉭鈮分離可采用溶劑萃取法〔常用的萃取劑為甲基異丁基銅(MIBK)、磷酸三丁酯(TBP)、仲辛醇和乙酰胺等〕、分步結晶法和離子交換法。分離：首先將鉭鈮鐵礦的精礦用氫氟酸和硫酸分解鉭和鈮呈氟鉭酸和氟鈮酸溶于浸出液中，同時鐵、錳、鈦、鎢、硅等伴生元素也溶于浸出液中，形成成分很復雜的強酸性溶液。鉭鈮浸出液用甲基異丁基酮萃取鉭鈮同時萃入有機相中,用硫酸溶液洗滌有機相中的微量雜質，得到純的含鉭鈮的有機相洗液和萃余液合并,其中含有微量鉭鈮和雜質元素，是強酸性溶液，可綜合回收。純的含鉭鈮的有機相用稀硫酸溶液反萃取鈮得到含鉭的有機相。鈮和少量的鉭進入水溶液相中然后再用甲基異丁基酮萃取其中的鉭,得到純的含鈮溶液。純的含鉭的有機相用水反萃取就得到純的含鉭溶液。反萃取鉭后的有機相返回萃取循環使用。純的氟鉭酸溶液或純的氟鈮酸溶液同氟化鉀或氯化鉀反應分別生成氟鉭酸鉀(K2TaF7)和氟鈮酸鉀(K2NbF7)結晶，也可與氫氧化銨反應生成氫氧化鉭或氫氧化鈮沉淀。鉭或鈮的氫氧化物在900～1000℃下煅燒生成鉭或鈮的氧化物。

鉭的制取：①金屬鉭粉可采用金屬熱還原（鈉熱還原）法制取。

在惰性氣氛下用金屬鈉還原氟鉭酸鉀：K2TaF7+5Na─→Ta+5NaF+2KF。反應在不銹鋼罐中進行，溫度加熱到900℃時,還原反應迅速完成。此法制取的鉭粉，粒形不規則，粒度細，適用于制作鉭電容器。金屬鉭粉亦可用熔鹽電解法制取：用氟鉭酸鉀、氟化鉀和氯化鉀混合物的熔鹽做電解質把五氧化二鉭(Ta2O5)溶于其中，在750℃下電解,可得到純度為99.8～99.9%的鉭粉。②用碳熱還原Ta2O5亦可得到金屬鉭。還原一般分兩步進行:首先將一定配比的Ta2O5和碳的混合物在氫氣氛中于1800～2000℃下制成碳化鉭(TaC)，然后再將TaC和Ta2O5按一定配比制成混合物真空還原成金屬鉭。金屬鉭還可采用熱分解或氫還原鉭的氯化物的方法制取。致密的金屬鉭可用真空電弧、電子束、等離子束熔煉或粉末冶金法制備。高純度鉭單晶用無坩堝電子束區域熔煉法制取。鉭金屬的結構與性質

晶體結構：晶胞為體心立方晶胞，每個晶胞含有2個金屬原子。晶胞參數： a=330.13pm，b=330.13pm，c=330.13pm，α= 90°，β = 90°，γ = 90°，莫氏硬度：6.5，熔點：2996℃。鉭的質地十分堅硬，硬度可以達到6-6.5。它的熔點高達2996℃，僅次于碳，鎢，錸和鋨，位居第五。鉭富有延展性，可以拉成細絲式制薄箔。其熱膨脹系數很小，每升高一攝氏度只膨脹百萬分之六點六。除此之外，它的韌性很強，比銅還要優異。

物理性質：質地十分堅硬、富有延展性。化學性質：鉭還有非常出色的化學性質，具有極高的抗腐蝕性，無論是在冷和熱的條件下，對鹽酸、濃硝酸及“王水”都不反應。但鉭在熱的濃硫酸中能被腐蝕，在150℃以下，鉭不會被濃硫酸腐蝕，只有在高于此溫度才會有反應，在175度的濃硫酸中1年，被腐蝕的厚度為0.0004毫米，將鉭放入200℃的硫酸中浸泡一年，表層僅損傷0.006毫米。在250度時，腐蝕速度有所增加，為每年被腐蝕的厚度為SDS毫米，在300度時，被腐蝕的速度則更加快，浸泡1年，表面被腐蝕1.368毫米。在發煙硫酸（含15%的SO3）腐蝕速度比濃硫酸中更加嚴重，在130度的該溶液里浸泡1年，表面被腐蝕的厚度為15.6毫米。鉭在高溫下也會被磷酸腐蝕，但該反應一般在150度以上才發生，在250度的85%的磷酸中，浸泡1年SS，表面被腐蝕20毫米，另外，鉭在

氫氟酸和硝酸的混酸中能迅速溶解，在氫氟酸中也能被溶解。但是鉭更害怕強堿，在110度40%濃度的燒堿溶液里，鉭會被迅速溶解，在同樣濃度的氫氧化鉀溶液中，只要100度就會被迅速溶解。除上面所述情況外，一般的無機鹽在150度以下一般不能腐蝕鉭。實驗證明，鉭在常溫下，對堿溶液、氯氣、溴水、稀硫酸以及其他許多藥劑均不起作用，僅在氫氟酸和熱濃硫酸作用下有所反應。這樣的情況在金屬中是比F較罕見的。元素用途

鉭在酸性電解液中形成穩定的陽極氧化膜，用鉭制成的電解電容器，具有容量大、體積小和可靠性好等優點，制電容器是鉭的最重要用途，70年代末的用量占鉭總用2/3以上。鉭也是制作電子發射管、高功率電子管零件的材料。鉭制的抗腐蝕設備用于生產強酸、溴、氨等化學工業。金屬鉭可作飛機發動機的燃燒室的結構材料。鉭鎢、鉭鎢鉿、鉭鉿合金用作火箭、導彈和噴氣發動機的耐熱高強材料以及控制和調節裝備的零件等。鉭易加工成形，在高溫真空爐中作支撐附件、熱屏蔽、加熱器和散熱片等。鉭可作骨科和外科手術材料。碳化鉭用在250℃于制造硬質合金。鉭的硼化物、硅化物和氮化物及其合金用作原子能工業中的釋熱元件和液態金屬包套材料。氧化鉭用于制造高級光學玻璃和催化劑。1981年鉭在美國各部門的消費比例約為:電子元件73%,機械工業19%，交通運輸6%，其他2%。性質用途

鉭的線脹系數在0～100℃之間為6.5×10-6K-1，超導轉變臨界溫度為4.38K,原子的熱中子吸收截面為21.3靶恩。

在低于150℃的條件下鉭是化學性質最穩定的金屬之一。與鉭能起反應的只有氟、氫氟酸、含氟離子的酸性溶液和三氧化硫。在室溫下與濃堿溶液反應，并且溶于熔融堿中。致密的鉭在200℃開始輕微氧化，在280℃時明顯氧化。鉭有多種氧化物，最穩定的是五氧化二鉭(Ta2O5)。

鉭和氫以上生成脆性固溶體和金屬氫化物如:Ta2H,TaH,TaH2,TaH3。在800～1200℃的真空下，氫從鉭中析出鉭又恢復塑性。鉭和氮在300℃左右開始反應生成固溶體和氮化合物；在高于2000℃和高真空下，被吸收的氮又從鉭中析出。鉭與碳在高于2800℃下以三種物相存在:碳鉭固溶體、低價碳化物和高價碳化物。鉭在室溫下能與氟反應,在高于250℃時能與其他鹵素反應，生成鹵化物。

[2]楊鑄生，段惠敏，王秀京.四川攀西地區鈮鉭礦床的地質特征及找礦方向[J].四川地質學報.2007(04)[3]鄢明才，遲清華等.中國不同巖石類型花崗巖類元素豐度及特征[J].物探化探計算技術.Liang Peng(Henan Industrial Technology Research Institute of Resources and Materies Zhengzhou University, Zhengzhou

450001 China)Abstract: Tantalum is indispensable strategic raw materials to electronic industry and space technology development.with its unique structure and properties ,tantalum in the orthopedic medical, electronic industry, chemical industry and metallurgical industry has a great application.This paper mainly introduces the preparation of tantalum metal resources, tantalum metal and the structure and properties of tantalum metal and its application.Keywords: tantalum metal;Strategic raw materials;Resources;Preparation;Structure;application 參考文獻

[1]陳寶泉.福建南平西坑鈮鉭礦區玉帝庵礦段含礦偉晶巖特征[J].福建地質.2008（03）

The Structure And Performance Study Of Tantalum Metal

第四篇：城鎮道路路基結構與性能要求

城鎮道路路基結構與性能要求

城鎮道路路基結構與性能要求：

1.路基既為車輛在道路上行駛提供基礎條件，也是道路的支撐結構物，對路面的使用性能有重要影響。路基應穩定、密實、均質，對路面結構提供均勻的支承，即路基在環境和荷載作用下不產生不均勻變形。

2.性能主要指標沃瑪網和螞蟻網是一個老板

導致路基失穩。承載力，就會造成路堤沉陷；有可能造成坡體坍塌破壞。因此，必須保證路基在不利的環境（地質、不均勻變形，會導致因

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第五篇：《聚合物結構與性能測試 》實驗教學大綱

《聚合物結構與性能測試 》實驗教學大綱

一、課程簡介

本課程為高分子材料與工程本科專業的限選課。主要內容包括聚合物材料的光譜分析、熱分析、力學性能分析、分子量測定及其電性能測試技術。課程不但講授各類分子測試方法的基本原理、實驗技術、主要用途及局限性等。同時介紹這些方法的最新進展和發展趨勢等。擬通過本課程的學習，使學生掌握了解材料特別是高分子材料的結構與性能的各種研究測試方法。

二、課程實驗教學目的與要求

本課程的目的是讓學生在理論課程學習的同時，了解和掌握各種現代化的聚合物材料的微觀結構和各種分析測試手段方法。使學生系統地掌握分析測試實驗的原理、實驗基本知識和技能，為以后學習和從事高分子學科內的工作打下基礎。本課程基本要求：理解實驗原理及實驗方案，掌握正確操作規程；掌握各種儀器的使用，了解其性能參數、適用范圍及注意事項等。

三、試驗項目

四、實驗一：紅外光譜再聚合物結構鑒定中的應用

【實驗目的、任務】

通過本實驗了解紅外光譜儀的結構特點及操作規程；掌握紅外樣品的制備方法；掌握紅外光譜分析的原理和圖譜分析。

【實驗內容】

使用紅外光譜鑒定聚合物中的紅外基團。

【實驗原理】

紅外吸收光譜分析方法主要是依據分子內部原子間的相對振動和分子轉動等信息進行結構測定。

【實驗難重點】

1.重點：紅外光譜分析的基本原理

2.難點：紅外光譜的解析

實驗二：聚合物材料的熱分析

【實驗目的、任務】

通過本實驗掌握聚合物TG、DSC的分析原理和應用。了解熱分析儀的結構及操作程序。

【實驗內容】

使用熱分析儀測量聚合物的熱轉變

【實驗原理】

在加熱或冷卻過程中，隨著物質的結構、相態（如Tg）和化學性質的變化都會

伴有相應的物理性質的變化，聚合物熱的分析就是在程序溫度下測量并記錄物質的這些物質性質和溫度的關系從而測得物質的結構、相態及化學性質的轉變過程。

【實驗難重點】

1.重點：TG、DSC、DTA的工作原理和圖譜分析

2.難點：TG、DSC、DTA的區別

實驗三：聚合物材料的力學性能測試

【實驗目的、任務】

通過本實驗了解萬能試驗機的結構特點及操作程序；掌握試樣的制作方法。

【實驗內容】

使用萬能試驗測量聚合物樣品的力學性能。

【實驗難重點】

1.重點：萬能試驗機的操作方式及力學性能指標

實驗四：高分子材料表面電阻，體積電阻的測定

【實驗目的、任務】

使用高阻計測量聚合物材料表面電阻和體積電阻的測定原理和計算方法。了解高阻計的結構和操作程序。

【實驗內容】

使用高阻計測量聚合物材料表面電阻和體積電阻。

【實驗原理】

將試樣的微弱電流經過放大后，推動指示儀表，故可測量較高的絕緣電阻。

【實驗重難點】

重難點：聚合物材料表面電阻和體積電阻的測試原理和計算方法。

實驗五：稀溶液粘度法測定聚合物分子量

【實驗目的、任務】

通過本實驗了解掌握難度法測定聚合物分子量的基本原理及計算方法。測定聚乙烯醇水溶液的特性粘度，并計算其平均分子量。

【實驗內容】

使用烏氏粘度計測量聚乙二醇樣品的年均分子量。

【實驗原理】

線性高分子溶液的基本特性之一是粘度比較大，并且粘度值與平均分子量有關，因此可以利用這一特性測定側其分子量。

【實驗重難點】

1.重點：粘度法測定聚合物分子量的原理和計算方法

2.難點：實驗操作的準確掌握。

四、實驗項目學時分配表

1.題目與要求

2.實驗內容（試驗原理、操作步驟等）

3.實驗過程、計算及結果

4.問題分析和試驗討論

六、成績評定辦法及標準

綜合學習態度、實驗操作情況和試驗報告給出成績。成績評定分為優秀、良好、中等、及格和不及格。

七、教材及參考書

教材： 《聚合物近代儀器分析（第二版）》主編：汪昆華，羅傳秋，周嘯 出版

社：清華大學出版社

參考書：《高聚物結構、性能與測試》 主編：焦劍、雷渭緩 出版社：化學工業

出版社

《聚合物結構分析》 主編 ：朱誠身，楊向萍 出版社：科學出版社

《聚合物材料表征與測試》主編：楊萬泰 出版社：中國輕工業出版社《高分子實用材料剖析技術》 主編：董炎明 出版社：中國石化出版社