金屬材料(Metallic Material) | 科學Online - 國立臺灣大學
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金屬是一種具有光澤、展性、延性的材料,展性代表金屬可以被打成薄板的能力、延性則是意味著金屬可以被拉成長線的特性。
同時,金屬也是電和熱的良導體。
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金屬材料(MetallicMaterial)
國立台灣大學材料系二年級郭丁元∕國立台中第一高級中學化學科薛朋雨老師修改∕國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯
金屬是一種具有光澤、展性、延性的材料,展性代表金屬可以被打成薄板的能力、延性則是意味著金屬可以被拉成長線的特性。
同時,金屬也是電和熱的良導體。
通常只有用來鑄造錢幣的金屬,例如:金、銀、銅,在自然界中是以元素態存在外,其他大部分的金屬都會被空氣中的氧氣所氧化,形成金屬氧化物。
當科技日新月異,我們冶煉金屬的能力越來越純熟,而金屬材料的用途也越來越多元。
因為銅礦相較於金和銀的產量,相當豐富,而且在自然界中又是以元素態存在,所以早在數千年前就被廣泛地應用,現在仍是生活上重要的金屬材料之一。
將金屬銅和其他元素熔融,混合成均勻相的合金,不僅可以降低熔點,還能提高材料的強度。
因為合金是一種溶液,根據凝固點下降的原理,所以大部分的熔點會較純金屬低。
熔點下降帶來的好處,為方便材料製程的進行。
另外,混合其他元素的合金也會改變材料原先的一些性質,例如:硬度、導電度等。
我們以不銹鋼為例,不銹鋼是鐵、鈷、鎳的合金,對於腐蝕有很好的抵禦力,廣泛使用在廚房等較為潮濕的環境。
而在鐵中添加碳元素,也可以形成強度更高的合金鋼,在建築材料上深受喜愛。
除此之外,最近當紅的鋁合金,因為其密度低、重量輕巧,被視為航太材料的基礎,但其活性太大,其金屬材料的製備必須要利用電解。
一般來說,合金的型態可以分成兩種。
一種是取代式合金、另一種是插入式合金。
在取代式合金中,外來的金屬原子,也就是溶質,取代原先在晶格上的溶劑原子,他們必須大小相近,帶電量差距不大,金屬間所形成的化合物有一定的結構,因此產生固定的組成比。
在插入式合金中,當作溶質的金屬佔據由溶劑金屬堆疊晶格的空隙中,通常插入的原子較小,而且固溶的濃度較低。
展性對於金屬而言,是一個相當重要的性質。
金屬之所以可以被敲打成扁平狀,是因為金屬原子的排列被外力所打亂,因此造成塑性變形。
例如:一條排列整齊的原子列,可能因為被外力推擠,而移出金屬原子的最密堆疊。
在外加應力的情況下,這種缺陷允許金屬原子移動,稱之為差排。
利用敲打來加工金屬,的確增加了金屬的塑性變形量,但也會造成這些缺陷彼此交錯,差排因此彼此交纏、固定不動,也就阻止了金屬原子的移動。
因此,加工有助於金屬材料的硬化,但是會降低金屬材料的延展性。
Tags:材料,金屬材料
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