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材料的简单介绍

材料 material∶

从物理化学属性可分为：
金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料和由不同类型材料所组成的复合材料。

从用途可分为：
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。

结构性材料：
是以力学性能为基础，以制造受力构件所用材料，当然，结构材料对物理或化学性能也有一定要求，如光泽、热导率、抗辐照、抗腐蚀、抗氧化等。

功能材料：
则主要是利用物质的独特物理、化学性质或生物功能等而形成的一类材料。
一种材料往往既是结构材料又是功能材料，如铁、铜、铝等。

传统材料：
是指那些已经成熟且在工业中已批量生产并大量应用的材料，如钢铁、水泥、塑料等。这类材料由于其量大、产值高、涉及面广泛，又是很多支柱产业的基础，所以又称为基础材料。

新型材料(先进材料)：
是指那些正在发展，且具有优异性能和应用前景的一类材料。
新型材料与传统材料之间并没有明显的界限，传统材料通过采用新技术，提高技术含量，提高性能，大幅度增加附加值而成为新型材料；新材料在经过长期生产与应用之后也就成为传统材料。传统材料是发展新材料和高技术的基础，而新型材料又往往能推动传统材料的进一步发展。

塑料配方设计过程中选择材料注意的问题:
据统计数据表明：在统计调查注射制品失败中，23%是选择材料的错误，9%是选择添加剂上的错误。由此可见选择材料的重要性。一般要求材料成本下降、材料性能提高，同时还要考虑时代的外观美及耐久性，所以很难选择一种能满足所有性能要求的合适材料。

例如，用注射成型方法生产透明容器时，在一般情况下可选择聚苯乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯两种材料。但如果要求廉价为首要条件，则就要选用聚苯乙烯；反之，如果强调耐候性能时，就要确定选聚甲基丙烯酸甲酯（即有机玻璃）。如果还要再加上耐冲击性能好的话，则就要排除上述两种材料而选择聚碳酸酯，当然成本要提高。
一般在选择材料中应考虑以下内容：所要选择的材料在使用环境中最高和最低的温度变化范围内可否承受住，在这个温度范围内材料能否变形、易发生龟裂否、耐冲击性能如何等。若不符合用户要求，就要改变现有的塑料品种，另选择一个新的品种，或进行改性处理。
另外，所要设计的材料在使用环境中的其它因素影响也需要考虑。在要求制品尺寸稳定性能好时，还要考虑到树脂的热膨胀系数、要考虑树脂的热膨胀系数、成型初期及成型后期的收缩率变化、吸湿性等因素。
一般情况下，不可能满足所有的条件，只要满足主要条件就可以了。关于质量标准的掌握，一般按下述条件而定。
（1）能否承受使用环境溢度的变化、阳光的影响及使用时负荷的变化。
（2）制品是否合乎卫生标准及安全性。
（3）弯曲强度、拉伸强度、冲击强度、电绝缘性、弧性、耐火性、耐水性、耐油性能、电学性能是否符合国家标准、、耐溶剂性等机械力学性能、企业标准。
（4）尺寸稳定性能、光学性能、抗毒抗湿抗菌性能如何。
（5）外观上及经济成本、特殊要求是否能达到要求。
对于长期使用的塑料材料及制品，必须考虑维修及保养费用，若能够大幅度削减维修费用时，即使初期投资较大，但对材料整体看，还是有利的。另外还要考虑成型加工性能及二次加工性的难易程度，考虑材料在模具中的变化情况。在设计制作轴承、齿轮等重要部件时，还应该进行物理机械性能检验分析；做透明材料时，还应进行光学试验及修正。

真密度 true density 石风干后筛余小于4.75 mm的颗粒
指材料在绝对密实状态下的体积内固体物质的实际体积，不包括内部空隙。（叫真密度）表观密度和堆积密度。多孔固体颗粒扣除了内部孔隙后的密度。

表观密度Apparent density
表观密度是指材料在自然状态下，单位体积的干质量。
1、对于形状规则的材料，直接测量体积；
2、对于形状非规则的材料，可用蜡封法封闭孔隙，后再用排液法测量体积；3、对于混凝土用的砂石骨料，直接用排液法测量体积，此时的体积是实体积与闭口孔隙体积之和，即不包括与外界连通的开口孔隙体积。由于砂石比较密实，孔隙很少，开口孔隙体积更少，所以用排液法测得的密度也称为表观密度，过去称为视密度。材料的含水状态变化时，其质量和体积均发生变化。通常表观密度是指材料在干燥的状态下的表观密度，其它含水情况应注明。多数材料为多孔物质，具有与外部相通的开口孔和不通的闭孔，将含有闭孔材料的密度称为“表观密度”。表观密度=材料的质量/（实质部分的容积+闭孔容积）。
炭材料通常用比重瓶法（Pycnometer），以甲苯或正丁醇作标准液进行测定，也有用氦气充填微孔直到几乎不再吸附的气体介质置换法进行测定的。有时也用水银压入微孔中进行充填测定。随测定方法以及浸透或置换的程度不同，所得数值也不一样。

堆积密度
堆积密度是把粉尘或者粉料自由填充于某一容器中，在刚填充完成后所测得的单位体积质量。
材料的堆积密度ρb与材料密度ρp之间的关系是ρb=ρp（1-ε）
ε为物料静止是的空隙率，ρb为堆积密度，需要测量，ρp为真实密度。
材料的堆积密度可分为松散堆积密度和振实堆积密度。
其中，松散堆积密度包括颗粒内外孔及颗粒间空隙的松散颗粒堆积体的平均密度，用处于自然堆积状态的未经振实的颗粒物料的总质量除以堆积物料的总体积求得。
振实堆积密度包括颗粒内外孔及颗粒间空隙的经振实的颗粒堆积体的平均密度。
堆积密度的单位为：g/cm3，可见，密度越大的物质颗粒是越大的。
堆积密度：堆积密度是指散粒材料或粉状材料，在自然堆积状态下单位体积的质量。——堆积密度自然堆积体积 (含材料间空隙) 颗粒材料正好装满容器，测量该容器的容积V
　　计算式 ρ0'= m/ v0 ' =m /(V+ VP + Vv )
　　式中 ρ0'--- 材料的堆积密度，kg/ m3 。
　　VP --- 颗粒内部孔隙的体积，m3 。
　　Vv --- 颗粒间空隙的体积，m3 。
注意：自然堆积状态下的体积含颗粒内部的孔隙积及颗粒之间的空隙体积。

体积密度：
材料在包含实体积、开口和密闭孔隙的状态下单位体积的质量称为材料的体积密度。在建筑材料中,对材料的质量和体积之比称为密度。在不同构造状态下又可分为真密度、表观密度和堆积密度，而表观密度又根据共其开口孔分为体积密度和视密度。
孔隙率 Porosity
孔隙率，指散粒状材料堆积体积中,颗粒之间的空隙体积占总体积的比例。孔隙率包括真孔隙率，闭空隙率和先空隙率。　　
孔隙率（P）指材料内部孔隙体积占其总体积的百分率。　　
表达式：
P=[(V0-V)/V0 ]=[1-V/V0 ] =(1-P0 /P)×100 %
孔隙率和密实度的关系 D + P= 1 　　
材料孔隙率或密实度大小直接反映材料的密实程度。材料的孔隙率高，则表示密实程度小。
计算式 P0'= m/ V0 ' =m /(V+ VP + Vv ) 　　
式中 P0'--- 材料的堆积密度，kg/ m3 。　　
VP --- 颗粒内部孔隙的体积，m3 。　　
Vv --- 颗粒间空隙的体积，m3 。

空隙率void fraction GB1495-2002
颗粒物料层中，颗粒与颗粒间的空隙体积（含开口孔隙Vi）与整个颗粒物料层体积（堆积体积）之比称为空隙率。
空隙率指路面混凝土中集料之间的孔隙体积占混凝土总体积的百分率，即单位体积集料所具有的空隙体积，以VC表示。这些孔隙或者相互连通（闭孔隙）或者与周围大气相通（开孔隙）。试验路面的空隙率是根据采得的芯样由下式确定的；
　　(1-ρ／ρa)×100％
式中　ρ——芯样的堆积密度；
　　ρa——芯样的表观密度；
其中表观密度ρa是由下式确定的：
　　ρA =m／V
式中　m——是由试验路面采得的芯样质量；
　　V——是该芯样的体积，不包括路表开口空隙的空气体积。
密度是根据每个芯样中包含的结合料质量和体积、集料的质量和体积的测得量确定的。由下式给出：
　

式中　MB——结合料的质量；
　　MA——填料的质量；
　　VB——结合料的体积；
　　VA——填料的体积。
详见国家标准：GB1495-2002 汽车加速行驶车外噪声限值及测量方法

密度 density：

在物理学中，把某种物质单位体积的质量叫做这种物质的密度。　
1、某种物质的质量和其体积的比值，即单位体积的某种物质的质量，叫作这种物质密度。符号ρ。国际主单位为单位为千克/米^3，常用单位还有克/厘米^3。其数学表达式为ρ=m/V。在国际单位制中，质量的主单位是千克，体积的主单位是立方米，于是取1立方米物质的质量作为物质的密度。对于非均匀物质则称为“平均密度”。

2、密度的物理意义。用水举例，水的密度在4℃时为10^3千克/米^3或1克/立方厘米（1.0×10^3kg／m^3，）物理意义是：每立方米的水的质量是1.0×10^3千克。地球的平均密度为5.5×10^3千克/米^3。标准状况下干燥空气的平均密度为0.001293×10^3千克/米^3。

3、密度是反映物质特性的物理量，物质的特性是指物质本身具有的而又能相互区别的一种性质，人们往往感觉密度大的物质“重”，密度小的物质“轻”一些，这里的“重”和“轻”实质上指的是密度的大小。
质量是物体所含物质的多少。所含物质减少，所以质量减少。密度是物质的一种特性，它不随质量、体积的改变而改变，同种物质的密度不变。　　

4、密度是物质的一种特性，它只与物质的种类有关，与质量、体积等因素无关，不同的物质，密度一般是不相同的，同种物质的密度则是相同的。
密度的公式：ρ＝m/V (ρ表示密度、m表示质量、 V表示体积)
正确理解密度公式时，要注意条件和每个物理量所表示的特殊含义。
从数学的角度看有三种情况：
　　（1）ρ一定，m和V 成正比；
　　（2）m 一定时，ρ与 V 成反比；
　　（3）V 一定时，ρ与 m 成正比。
结合物理意义，三种情况只有（1）的说法正确，(2)(3) 都是错误的。因为同种物质的密度是一定的，它不随体积和质量的变化而变化，所以在理解物理公式时，不可能脱离物理事实，不能单纯地从数学的角度理解物理公式中各量的关系

5. 国际单位制中密度的单位是 : 千克 / 米 3。正确读法为千克每立方米，符号kg/m3, 常用的单位是克/厘米3, 正确读法是克每立方厘米 , 符号为 g/cm3。
　　它们之间的换算关系： l g/cm3=1000kg/m3

6. 水的密度值为 1000kg/m3
它的物理意义是体积为1立方米水的质量为1000kg.

7. 根据密度公式的变形式：m=vρ或，v=m/ρ可以计算出物体的质量和体积，特别是一些质量和体积不便直接测量的问题，如计算不规则形状物体的体积、纪念碑的质量等。密度是物质的特性之一，每种物质都有一定的密度，不同物质的密度一般是不同。因此我们可以利用密度来鉴别物质。其办法是是测定待测物质的密度，把测得的密度和密度表中各种物质的密度进行比较，就可以鉴别物体是什么物质做成的。

8. 利用密度知识解决简单问题，如判断物体是否空心，用“分析法”解决一些较为复杂的问题。
判定物体是空心的还是实心的，一般有以下三种方法：
　　（1）提据公式 , 求出其密度，再与该物质密度ρ比较 ,若 > ρ , 则为空心 , 若＝ρ，为实心。
　　（2）已知质量，由公式V＝m/ρ ，求出V ，再与V物比较，若V物 > V ，则为空心，若V=V物，则该物体为实心。
　　（3）把物体当作实心物体对待，利用 , 求出体积为v的实心物体的质量，然后将m 与物体实际质量m物比较, 若m>m物时，则该物体为空心，若m=m物, 则该物体为实心。

9. 人体的密度仅有1.07 g/cm3，竟然只比水的密度多出一些，所以学游泳应该不会太难吧！汽油的密度比水小，所以你知道为什么在路上看到的油渍，都会浮在水面上了吧。海水的密度大于水，人体在海水中比较容易浮起来。
水的密度竟然大于冰，你现在就去冰箱里拿一些冰块，把它丢在半杯水中，看看冰块是浮着呢？还是沉下。物质的密度会受温度的影响而改变。一般而言，物质的质量不受温度影响，但是体积会热胀冷缩。所以温度上升时体积膨胀，密度相对就变小了。相反的，物质在温度下降时体积缩小，密度会变大。不过水是例外，因为水的密度在4℃时最大，水温只要从4℃上升或下降，密度都会变小。也就是说4℃的水，体积在受热时也膨胀、冷却时也膨胀。所以水总是由表面开始结冰，密度最大的4℃的水会沉入最底层。这个性质非常重要，在严寒的冬天，虽然水的表面已结冰，但在湖泊的底层仍维持4℃左右，使水中的生物可安然度过冬天。

10.密度是物质的一种重要特性。根据密度的大小，人们可以鉴别物质；选择密度不同的物质，可以满足制造的不同需要；通过测定密度，科学研究中还可能发现其它新物质。

11.密度在国际单位制中的主单位是“千克／米3”，这是绝大多数同学都能够掌握的，但是要换算单位，不少同学却感到困难了。例如：铁的密度是78×103千克／米3＝克／厘米3。这个问题可以利用单位换算中的基本方法来解决，那就是分子里的单位变小多少倍，换算后的数值就变大多少倍：1千克＝10^3克；分母中的单位变小多少倍，换算后的数值要变小多少倍：1米3＝106厘米3，因此，7．8×10千克／米3＝7．8×103×（103／106）克／厘米3＝7．8克／厘米3；根据这种换算方法；分析一下可以得出密度的单位有一个规律，即：对于某种物质的密度，在分别用“克／厘米3”，“千克／分米3”和“吨／米3”来做单位时，它们的数值是相同的。例如，铁的密度，按照这个规律可知：ρ水＝7．8克／厘米3＝7．8千克／分米3＝7．8吨／米3。这个“7．8”就是课本上密度表中铁的密度值去掉103得到的。记住这个规律，不但给密度单位的换算带来很大的方便，而且使一些涉及密度计算的问题变得简单。例如用这种方法来记算水的质量，就是1厘米3（毫升）水的质量是1克，1分米3（升）水的质量是1千克，1米3水的质量是1吨。

密度的应用：密度在生产技术上的应用，可从以下几个方面反映出来。
1.可鉴别组成物体的材料。
密度是物质的特性之一，每种物质都有一定的密度，不同物质的密度一般是不同。因此我们可以利用密度来鉴别物质。其办法是是测定待测物质的密度，把测得的密度和密度表中各种物质的密度进行比较，就可以鉴别物体是什么物质做成的。

2.可计算物体中所含各种物质的成分。

3.可计算某些很难称量的物体的质量或形状比较复杂的物体的体积。
根据密度公式的变形式：m=vρ或，v=m/ρ可以计算出物体的质量和体积，特别是一些质量和体积不便直接测量的问题，如计算不规则形状物体的体积、纪念碑的质量等。

4.可判定物体是实心还是空心。
利用密度知识解决简单问题，如判断物体是否空心，用“分析法”解决一些较为复杂的问题。
判定物体是空心的还是实心的，一般有以下三种方法：
（1）提据公式 , 求出其密度，再与该物质密度ρ比较 ,若 > ρ , 则为空心 , 若＝ρ，为实心。
（2）已知质量，由公式V＝m/ρ ，求出V ，再与V物比较，若V物 > V ，则为空心，若V=V物，则该物体为实心。
（3）把物体当作实心物体对待，利用 , 求出体积为v的实心物体的质量，然后将m 与物体实际质量m物比较, 若m>m物时，则该物体为空心，若m=m物, 则该物体为实心。

5.可计算液体内部压强以及浮力等。
综上所述，可见密度在科学研究和生产生活中有着广泛的应用。对于鉴别未知物质，密度是一个重要的依据。“氩”就是通过计算未知气体的密度发现的。经多次实验后又经光谱分析，确认空气中含有一种以前不知道的新气体，把它命名为氩。在农业上可用来判断土壤的肥力，含腐殖质多的土壤肥沃，其密度一般为2.3×103千克/米3。根据密度即可判断土壤的肥力。在选种时可根据种子在水中的沉、浮情况进行选种：饱满健壮的种子因密度大而下沉；瘪壳和其它杂草种子由于密度小而浮在水面。在工业生产上如淀粉的生产以土豆为原料，一般来说含淀粉多的土豆密度较大，故通过测定土豆的密度可估计淀粉的产量。又如，工厂在铸造金属物之前，需估计熔化多少金属，可根据模子的容积和金属的密度算出需要的金属量。

测物体密度的方法：
测量物体密度的方法多种多样，可开发学生思维，本人归纳总结出以下几种测量方法：
一、测固体密度
　　基本原理:ρ=m/V：

1、称量法：
　　器材：天平、量筒、水、金属块、细绳
　　步骤：
　　1、用天平称出金属块的质量；
　　2、往量筒中注入适量水，读出体积为V1，
　　3、用细绳系住金属块放入量筒中，浸没，读出体积为V2。
　　计算表达式：ρ=m/(V2-V1)

2、比重杯法：
　　器材：烧杯、水、金属块、天平、
步骤：
1、往烧杯装满水，放在天平上称出质量为 m1；
2、将金属块轻轻放入水中，溢出部分水，再将烧杯放在天平上称出质量为m2;
3、将金属块取出，把烧杯放在天平上称出烧杯和剩下水的质量m3。
计算表达式：ρ=ρ水(m2-m3)/(m1-m3)

3、阿基米得定律法：
　　器材：弹簧秤、金属块、水、细绳
　　步骤：
　　1、用细绳系住金属块，用弹簧秤称出金属块的重力G；
　　2、将金属块完全浸入水中，用弹簧秤称出金属块在水中的视重G/；
　　计算表达式：ρ=Gρ水/(G-G)

4、浮力法(一)：
　　器材：木块、水、细针、量筒
　　步骤：
　　1、往量筒中注入适量水，读出体积为V1；
　　2、将木块放入水中，漂浮，静止后读出体积 V2；
　　3、用细针插入木块，将木块完全浸入水中，读出体积为V3。
　　计算表达式：ρ=ρ水(V2-V1)/(V3-V1)

5、浮力法（二）：
　　器材：刻度尺、圆筒杯、水、小塑料杯、小石块
步骤：
1、在圆筒杯内放入适量水，再将塑料杯杯口朝上轻轻放入，让其漂浮，用
刻度尺测出杯中水的高度h1;
2、将小石块轻轻放入杯中，漂浮，用刻度尺测出水的高度h2;
3、将小石块从杯中取出，放入水中，下沉，用刻度尺测出水的高度h3.　　计算表达式：ρ=ρ水(h2-h1)/(h3-h1)

6、密度计法：
　　器材：鸡蛋、密度计、水、盐、玻璃杯
步骤：
1、在玻璃杯中倒入适量水，将鸡蛋轻轻放入，鸡蛋下沉；
2、往水中逐渐加盐，边加边用密度计搅拌，直至鸡蛋漂浮，用密度计测出盐水的密度即等到于鸡蛋的密度；

二、测液体密度
1、称量法：
　　器材：烧杯、量筒、天平、待测液体
步骤：
1、用调好的天平称出烧杯和待测液体的总质量M1；
2、将烧杯中的液体（适量）倒入量筒中，用天平测出剩余液体和烧杯的总质量M2；
3、读出量筒中液体的体积V。
　　计算表达：ρ=(M1-M2)/V

2、比重杯法
　　器材：烧杯、水、待液体、天平
步骤：
　　1、用天平称出烧的质量M1；
　　2、往烧杯内倒满水，称出总质量M2；
　　3、倒去烧杯中的水，擦干，往烧杯中倒满待测液体，称出总质量M3。
　　计算表达：ρ=ρ水(M3-M1)/(M2-M1)

3、阿基米得定律法：
　　器材：弹簧秤、水、待测液体、小石块或金属块、细绳子
　　步骤：
1、用细绳系住小石块金属块，用弹簧秤称出小石块或金属块的重力G；　　
2、将小石块或金属块浸没入水中，用弹簧秤称出小石块或金属块的视重G1；
3、将小石块浸没入待测液体中，用弹簧秤称出小石块的视重G2。
　　计算表达：ρ=ρ水(G-G2)/(G-G1)
(注意:用此种方法的条件是:小石块或金属块不溶于待测液体，或与之发生反应，待测液体的密度小于小石块或金属块的密度)

4、密度计法：
　　器材：密度计、待测液体
　　方法：将密度计放入待测液体中，直接读出密度。
【对于实物微粒，密度ρ的含义】
量子力学明确指出，对于实物微粒，密度ρ的含义是该粒子在空间任一微小区域（数学术语是“体积元”）里出现的概率，即概率密度。
【密度与浮力的关系】
　　一、物体在水中
　　ρ物体＜ρ水，物体漂浮（或上浮）
　　ρ物体= ρ水，物体悬浮
　　ρ物体＞ρ水，物体沉底（或下沉）
　　二、对于任何液体
　　ρ物体＜ρ液，物体漂浮（或上浮）
　　ρ物体= ρ液，物体悬浮
　　ρ物体＞ρ液，物体沉底（或下沉）
　　三、当ρ物体≤ρ液时（物体漂浮或悬浮）
物体在水中的体积：物体的体积=ρ物体：ρ液
当ρ物体= ρ水（物体悬）浮时，物体在水中的体积：物体的体积=1：

颗粒
颗粒严格的定义：在一尺寸范围内具有特定形状的几何体。这里所说的一尺寸一般在毫米到纳米之间，颗粒不仅指固体颗粒,还有雾滴、油珠等液体颗粒。

【解释】：
[pellet；anything small and roundish]∶
小的圆形或球形体。这些珍珠的颗粒大小很整齐。ㄧ这个玉米棒子上有多少～？
grain∶
（粮食）一颗一粒。各种谷类植物(如小麦、燕麦、稻子、谷子)的种子或类似果实的种子。
Particle：
指小而圆的物质。最简单的颗粒形状是圆球。粒径在40～500μm范围内，气固密度差在1400～4000kg/m3之间的颗粒称粗颗粒(coarse particle)；粒径在20～100μm范围内，气固密度差小于1400kg/m3的颗粒称细颗粒(fime particle)；由许多个粒度间隔不大的粒级颗粒构成的颗粒系统称颗粒群(particle swarm)。

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