中职《金属材料与热处理》案例库2－案例9－案例17（素材）

人们将金属原子的规则排列抽象化，引出晶格的概念。当金属原子那样排列时，内部原子的排列是非常整齐的，一点儿缺陷都没有。但是像这样理想的晶体，在自然界中几乎是不存在的，实际使用的金属材料中，由于加进了其他种类的外来原子以及材料在冶炼后的凝固过程中受到各种因素的影响，使本来该有规律的原子堆积方式受到干扰，不象理想气体那样规则。晶体中出现的各种不规则的原子堆积现象称为晶体缺陷，即实际晶体中原子排列得不完整性，常见的晶体缺陷有以下几种，即：空位和间隙原子，置代原子，位错晶界和亚晶界等。正是由于晶体中出现上述的结构缺陷，因此会造成晶格发生畸变，难与金属强度的提高联系起来，例：班内每个同学相当于原子，整个班集体就好比我们所讲述过的晶格，“空位”相当于一个或几个同学缺勤，“间隙”原子相当于班内的某位同学未按排列整齐的座位去坐，而胡乱地坐在了某个位置，“错位”相当于几个同学位置错排等等。这样一来，这个班集体还能是一个平衡稳定的集体吗？是不是这个班集体出现了缺陷呢？同学们肯定异口同声地说“是”。接下来的教学，我可以请两位同学到黑板上做出我出的题目：一位同学画出一个理想状态下的体心立方晶格，一个画出有“学生缺勤，乱坐座位”的体心立方晶格，两位同学的表述完全正确。尤其是第二位同学画得有缺陷的晶格七扭八歪的，真有趣。晶界、亚晶界的存在也会造成晶格畸变，这是由于实际金属为多晶体，是由大量外型不规则的小晶体即晶粒组成的。在常温下，一些固态金属在不同的温度范围里，具有不同的晶格。例如，钛在882℃以下具有密排六方晶格，而在882℃以上直至熔化以前，它却以体心立方晶格的形式存在，其他金属像铁、钛、锰、锡、钴等，它们都具有核心和相类似的性质。例如热胀冷缩的试验，它并没有那么简单。首先取一根直径为2mm左右，长约1-2米的铁丝，两端固定在支架上，通一电流，使之缓慢加热，随着电流的增加，我们发现，铁丝受热膨胀而逐渐下垂。当加热到铁丝呈橙色（约910℃以上）时，铁丝突然发生回升现象，表明此时铁丝受到收缩。相反，铁丝由高温（约1000℃左右）逐渐冷却时，达到某一温度会有冷却时的深长现象，为什么铁丝受热会有收缩现象，而遇冷又有伸长现象呢？这种现象说明了热胀冷缩并不是无条件的。之所以出现了上述状况，主要是因为金属在温度发生变化时，会发生同素异构转变，就是金属元素不同条件下晶格之间的转变。2003年10月16日6时23分“神舟”五号飞船顺利返回、安全着路，圆满完成了中华民族首次载人航天飞机的伟大壮举。消息传来无不令人欢欣鼓舞，而在同年2月1日却发生了轰动全球的悲剧：美国“哥伦比亚”号航天飞机在返回地球时爆炸，失去了7名宇航员，酿成了轰动全球的航天事故。这是为什么？宇宙飞船和航天飞机他们的降落速度是非常快的，在浓密的大气层中，速度极快的宇宙飞船和航天飞机的外壁由于与空气激烈摩擦，要产生大量的热，这就是所谓的“气动加热”。科学家决定发明设计一件奇妙的“避火衣”。“神舟”五号宇宙飞船返回舱外型为钟形，外部是用耐高温的材料制成。返回舱高2.5米，直径边为2.5m重量约3吨。宇宙飞船的“避火衣”是用“瞬时耐高温材料”制成的，这是一种特殊纤维材料或多孔颗粒 加上有机物组成的，是一种低导热复合材料，这一层材料不同部位的厚度是不同的，燃烧同时还形成了一层厚厚的多孔炭化物，仅仅附着在“返回舱”的外壁。宇宙飞船只用一次，航天飞机要在地球和太空往返75--100次，那么一次性自我牺牲式“避火衣”就不能适用了。宇宙飞船用的材料竟然是陶瓷，当然与古老的陶瓷大不相同，它是新型复合高温陶瓷，主要由耐高温的碳化物、氮化物、氧化物（如碳化硅、氮化硼、氧化锰等）材料制成，经过现 ... ...