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材料的簡單介紹

材料 material∶

從物理化學屬性可分為：
金屬材料、無機非金屬材料、有機高分子材料和由不同類型材料所組成的復合材料。

從用途可分為：
電子材料、航空航天材料、核材料、建筑材料、能源材料、生物材料等。

結構性材料：
是以力學性能為基礎，以制造受力構件所用材料，當然，結構材料對物理或化學性能也有一定要求，如光澤、熱導率、抗輻照、抗腐蝕、抗氧化等。

功能材料：
則主要是利用物質的獨特物理、化學性質或生物功能等而形成的一類材料。
一種材料往往既是結構材料又是功能材料，如鐵、銅、鋁等。

傳統材料：
是指那些已經成熟且在工業中已批量生產并大量應用的材料，如鋼鐵、水泥、塑料等。這類材料由于其量大、產值高、涉及面廣泛，又是很多支柱產業的基礎，所以又稱為基礎材料。

新型材料(先進材料)：
是指那些正在發展，且具有優異性能和應用前景的一類材料。
新型材料與傳統材料之間并沒有明顯的界限，傳統材料通過采用新技術，提高技術含量，提高性能，大幅度增加附加值而成為新型材料；新材料在經過長期生產與應用之后也就成為傳統材料。傳統材料是發展新材料和高技術的基礎，而新型材料又往往能推動傳統材料的進一步發展。

塑料配方設計過程中選擇材料注意的問題:
據統計數據表明：在統計調查注射制品失敗中，23%是選擇材料的錯誤，9%是選擇添加劑上的錯誤。由此可見選擇材料的重要性。一般要求材料成本下降、材料性能提高，同時還要考慮時代的外觀美及耐久性，所以很難選擇一種能滿足所有性能要求的合適材料。

例如，用注射成型方法生產透明容器時，在一般情況下可選擇聚苯乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯兩種材料。但如果要求廉價為首要條件，則就要選用聚苯乙烯；反之，如果強調耐候性能時，就要確定選聚甲基丙烯酸甲酯（即有機玻璃）。如果還要再加上耐沖擊性能好的話，則就要排除上述兩種材料而選擇聚碳酸酯，當然成本要提高。
一般在選擇材料中應考慮以下內容：所要選擇的材料在使用環境中最高和最低的溫度變化范圍內可否承受住，在這個溫度范圍內材料能否變形、易發生龜裂否、耐沖擊性能如何等。若不符合用戶要求，就要改變現有的塑料品種，另選擇一個新的品種，或進行改性處理。
另外，所要設計的材料在使用環境中的其它因素影響也需要考慮。在要求制品尺寸穩定性能好時，還要考慮到樹脂的熱膨脹系數、要考慮樹脂的熱膨脹系數、成型初期及成型后期的收縮率變化、吸濕性等因素。
一般情況下，不可能滿足所有的條件，只要滿足主要條件就可以了。關于質量標準的掌握，一般按下述條件而定。
（1）能否承受使用環境溢度的變化、陽光的影響及使用時負荷的變化。
（2）制品是否合乎衛生標準及安全性。
（3）彎曲強度、拉伸強度、沖擊強度、電絕緣性、弧性、耐火性、耐水性、耐油性能、電學性能是否符合國家標準、、耐溶劑性等機械力學性能、企業標準。
（4）尺寸穩定性能、光學性能、抗毒抗濕抗菌性能如何。
（5）外觀上及經濟成本、特殊要求是否能達到要求。
對于長期使用的塑料材料及制品，必須考慮維修及保養費用，若能夠大幅度削減維修費用時，即使初期投資較大，但對材料整體看，還是有利的。另外還要考慮成型加工性能及二次加工性的難易程度，考慮材料在模具中的變化情況。在設計制作軸承、齒輪等重要部件時，還應該進行物理機械性能檢驗分析；做透明材料時，還應進行光學試驗及修正。

真密度 true density 石風干后篩余小于4.75 mm的顆粒
指在絕對密實狀態下的體積內固體物質的實際體積，不包括內部。（叫真密度）和堆積密度。多孔固體扣除了內部孔隙后的。

表觀密度Apparent density
表觀密度是指材料在自然狀態下，單位體積的干質量。
1、對于形狀規則的材料，直接測量體積；
2、對于形狀非規則的材料，可用蠟封法封閉孔隙，后再用排液法測量體積；3、對于混凝土用的砂石骨料，直接用排液法測量體積，此時的體積是實體積與閉口孔隙體積之和，即不包括與外界連通的開口孔隙體積。由于砂石比較密實，孔隙很少，開口孔隙體積更少，所以用排液法測得的密度也稱為表觀密度，過去稱為視密度。材料的含水狀態變化時，其質量和體積均發生變化。通常表觀密度是指材料在干燥的狀態下的表觀密度，其它含水情況應注明。多數材料為多孔物質，具有與外部相通的開口孔和不通的閉孔，將含有閉孔材料的密度稱為“表觀密度”。表觀密度=材料的質量/（實質部分的容積+閉孔容積）。
炭材料通常用比重瓶法（Pycnometer），以甲苯或正丁醇作標準液進行測定，也有用氦氣充填微孔直到幾乎不再吸附的氣體介質置換法進行測定的。有時也用水銀壓入微孔中進行充填測定。隨測定方法以及浸透或置換的程度不同，所得數值也不一樣。

堆積密度
堆積密度是把粉塵或者粉料自由填充于某一容器中，在剛填充完成后所測得的單位體積質量。
材料的堆積密度ρb與材料密度ρp之間的關系是ρb=ρp（1-ε）
ε為物料靜止是的空隙率，ρb為堆積密度，需要測量，ρp為真實密度。
材料的堆積密度可分為松散堆積密度和振實堆積密度。
其中，松散堆積密度包括顆粒內外孔及顆粒間空隙的松散顆粒堆積體的平均密度，用處于自然堆積狀態的未經振實的顆粒物料的總質量除以堆積物料的總體積求得。
振實堆積密度包括顆粒內外孔及顆粒間空隙的經振實的顆粒堆積體的平均密度。
堆積密度的單位為：g/cm3，可見，密度越大的物質顆粒是越大的。
堆積密度：堆積密度是指散粒材料或粉狀材料，在自然堆積狀態下單位體積的質量。——堆積密度自然堆積體積 (含材料間空隙) 顆粒材料正好裝滿容器，測量該容器的容積V
　　計算式 ρ0'= m/ v0 ' =m /(V+ VP + Vv )
　　式中 ρ0'--- 材料的堆積密度，kg/ m3 。
　　VP --- 顆粒內部孔隙的體積，m3 。
　　Vv --- 顆粒間空隙的體積，m3 。
注意：自然堆積狀態下的體積含顆粒內部的孔隙積及顆粒之間的空隙體積。

體積密度：
材料在包含實體積、開口和密閉孔隙的狀態下單位體積的質量稱為材料的體積密度。在建筑材料中,對材料的質量和體積之比稱為密度。在不同構造狀態下又可分為真密度、表觀密度和堆積密度，而表觀密度又根據共其開口孔分為體積密度和視密度。
孔隙率 Porosity
孔隙率，指散粒狀材料堆積體積中,顆粒之間的空隙體積占總體積的比例。孔隙率包括真孔隙率，閉空隙率和先空隙率。　　
孔隙率（P）指材料內部孔隙體積占其總體積的百分率。　　
表達式：
P=[(V0-V)/V0 ]=[1-V/V0 ] =(1-P0 /P)×100 %
孔隙率和密實度的關系 D + P= 1 　　
材料孔隙率或密實度大小直接反映材料的密實程度。材料的孔隙率高，則表示密實程度小。
計算式 P0'= m/ V0 ' =m /(V+ VP + Vv ) 　　
式中 P0'--- 材料的堆積密度，kg/ m3 。　　
VP --- 顆粒內部孔隙的體積，m3 。　　
Vv --- 顆粒間空隙的體積，m3 。

空隙率void fraction GB1495-2002
物料層中，顆粒與顆粒間的體積（含開口孔隙Vi）與整個顆粒層（堆積體積）之比稱為空隙率。
空隙率指路面混凝土中集料之間的孔隙體積占混凝土總體積的百分率，即單位體積集料所具有的空隙體積，以VC表示。這些孔隙或者相互連通（閉孔隙）或者與周圍大氣相通（開孔隙）。試驗路面的空隙率是根據采得的芯樣由下式確定的；
　　(1-ρ／ρa)×100％
式中　ρ——芯樣的堆積密度；
　　ρa——芯樣的表觀密度；
其中表觀密度ρa是由下式確定的：
　　ρA =m／V
式中　m——是由試驗路面采得的芯樣質量；
　　V——是該芯樣的體積，不包括路表開口空隙的空氣體積。
密度是根據每個芯樣中包含的結合料質量和體積、集料的質量和體積的測得量確定的。由下式給出：
　

式中　MB——結合料的質量；
　　MA——填料的質量；
　　VB——結合料的體積；
　　VA——填料的體積。
詳見國家標準：GB1495-2002 汽車加速行駛車外噪聲限值及測量方法

密度 density：

在物理學中，把某種物質單位體積的質量叫做這種物質的密度。　
1、某種的和其的，即單位體積的某種物質的質量，叫作這種物質密度。符號ρ。國際主單位為為千克/米^3，常用單位還有克/厘米^3。其數學表達式為ρ=m/V。在制中，質量的主單位是，體積的主單位是，于是取1立方米物質的質量作為物質的密度。對于非均勻物質則稱為“平均密度”。

2、密度的。用水舉例，的密度在4℃時為10^3千克/米^3或1克/立方厘米（1.0×10^3kg／m^3，）物理意義是：每立方米的水的質量是1.0×10^3千克。的平均密度為5.5×10^3千克/米^3。標準狀況下干燥的平均密度為0.001293×10^3千克/米^3。

3、密度是反映物質特性的物理量，物質的特性是指物質本身具有的而又能相互區別的一種性質，人們往往感覺密度大的物質“重”，密度小的物質“輕”一些，這里的“重”和“輕”實質上指的是密度的大小。
質量是物體所含物質的多少。所含物質減少，所以質量減少。密度是物質的一種特性，它不隨質量、體積的改變而改變，同種物質的密度不變。　　

4、密度是物質的一種特性，它只與物質的種類有關，與質量、體積等因素無關，不同的物質，密度一般是不相同的，同種物質的密度則是相同的。
密度的公式：ρ＝m/V (ρ表示密度、m表示質量、 V表示體積)
正確理解密度公式時，要注意條件和每個物理量所表示的特殊含義。
從數學的角度看有三種情況：
　　（1）ρ一定，m和V 成正比；
　　（2）m 一定時，ρ與 V 成反比；
　　（3）V 一定時，ρ與 m 成正比。
結合物理意義，三種情況只有（1）的說法正確，(2)(3) 都是錯誤的。因為同種物質的密度是一定的，它不隨體積和質量的變化而變化，所以在理解物理公式時，不可能脫離物理事實，不能單純地從數學的角度理解物理公式中各量的關系

5. 國際單位制中密度的單位是 : 千克 / 米 3。正確讀法為千克每立方米，符號kg/m3, 常用的單位是克/厘米3, 正確讀法是克每立方厘米 , 符號為 g/cm3。
　　它們之間的換算關系： l g/cm3=1000kg/m3

6. 水的密度值為 1000kg/m3
它的物理意義是體積為1立方米水的質量為1000kg.

7. 根據密度公式的變形式：m=vρ或，v=m/ρ可以計算出物體的質量和體積，特別是一些質量和體積不便直接測量的問題，如計算不規則形狀物體的體積、紀念碑的質量等。密度是物質的特性之一，每種物質都有一定的密度，不同物質的密度一般是不同。因此我們可以利用密度來鑒別物質。其辦法是是測定待測物質的密度，把測得的密度和密度表中各種物質的密度進行比較，就可以鑒別物體是什么物質做成的。

8. 利用密度知識解決簡單問題，如判斷物體是否空心，用“分析法”解決一些較為復雜的問題。
判定物體是空心的還是實心的，一般有以下三種方法：
　　（1）提據公式 , 求出其密度，再與該物質密度ρ比較 ,若 > ρ , 則為空心 , 若＝ρ，為實心。
　　（2）已知質量，由公式V＝m/ρ ，求出V ，再與V物比較，若V物 > V ，則為空心，若V=V物，則該物體為實心。
　　（3）把物體當作實心物體對待，利用 , 求出體積為v的實心物體的質量，然后將m 與物體實際質量m物比較, 若m>m物時，則該物體為空心，若m=m物, 則該物體為實心。

9. 人體的密度僅有1.07 g/cm3，竟然只比水的密度多出一些，所以學游泳應該不會太難吧！汽油的密度比水小，所以你知道為什么在路上看到的油漬，都會浮在水面上了吧。海水的密度大于水，人體在海水中比較容易浮起來。
水的密度竟然大于冰，你現在就去冰箱里拿一些冰塊，把它丟在半杯水中，看看冰塊是浮著呢？還是沉下。物質的密度會受溫度的影響而改變。一般而言，物質的質量不受溫度影響，但是體積會熱脹冷縮。所以溫度上升時體積膨脹，密度相對就變小了。相反的，物質在溫度下降時體積縮小，密度會變大。不過水是例外，因為水的密度在4℃時最大，水溫只要從4℃上升或下降，密度都會變小。也就是說4℃的水，體積在受熱時也膨脹、冷卻時也膨脹。所以水總是由表面開始結冰，密度最大的4℃的水會沉入最底層。這個性質非常重要，在嚴寒的冬天，雖然水的表面已結冰，但在湖泊的底層仍維持4℃左右，使水中的生物可安然度過冬天。

10.密度是物質的一種重要特性。根據密度的大小，人們可以鑒別物質；選擇密度不同的物質，可以滿足制造的不同需要；通過測定密度，科學研究中還可能發現其它新物質。

11.密度在國際單位制中的主單位是“千克／米3”，這是絕大多數同學都能夠掌握的，但是要換算單位，不少同學卻感到困難了。例如：鐵的密度是78×103千克／米3＝克／厘米3。這個問題可以利用單位換算中的基本方法來解決，那就是分子里的單位變小多少倍，換算后的數值就變大多少倍：1千克＝10^3克；分母中的單位變小多少倍，換算后的數值要變小多少倍：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；根據這種換算方法；分析一下可以得出密度的單位有一個規律，即：對于某種物質的密度，在分別用“克／厘米3”，“千克／分米3”和“噸／米3”來做單位時，它們的數值是相同的。例如，鐵的密度，按照這個規律可知：ρ水＝7．8克／厘米3＝7．8千克／分米3＝7．8噸／米3。這個“7．8”就是課本上密度表中鐵的密度值去掉103得到的。記住這個規律，不但給密度單位的換算帶來很大的方便，而且使一些涉及密度計算的問題變得簡單。例如用這種方法來記算水的質量，就是1厘米3（毫升）水的質量是1克，1分米3（升）水的質量是1千克，1米3水的質量是1噸。

密度的應用：密度在生產技術上的應用，可從以下幾個方面反映出來。
1.可鑒別組成物體的材料。
密度是物質的特性之一，每種物質都有一定的密度，不同物質的密度一般是不同。因此我們可以利用密度來鑒別物質。其辦法是是測定待測物質的密度，把測得的密度和密度表中各種物質的密度進行比較，就可以鑒別物體是什么物質做成的。

2.可計算物體中所含各種物質的成分。

3.可計算某些很難稱量的物體的質量或形狀比較復雜的物體的體積。
根據密度公式的變形式：m=vρ或，v=m/ρ可以計算出物體的質量和體積，特別是一些質量和體積不便直接測量的問題，如計算不規則形狀物體的體積、紀念碑的質量等。

4.可判定物體是實心還是空心。
利用密度知識解決簡單問題，如判斷物體是否空心，用“分析法”解決一些較為復雜的問題。
判定物體是空心的還是實心的，一般有以下三種方法：
（1）提據公式 , 求出其密度，再與該物質密度ρ比較 ,若 > ρ , 則為空心 , 若＝ρ，為實心。
（2）已知質量，由公式V＝m/ρ ，求出V ，再與V物比較，若V物 > V ，則為空心，若V=V物，則該物體為實心。
（3）把物體當作實心物體對待，利用 , 求出體積為v的實心物體的質量，然后將m 與物體實際質量m物比較, 若m>m物時，則該物體為空心，若m=m物, 則該物體為實心。

5.可計算液體內部以及等。
綜上所述，可見密度在科學研究和生產生活中有著廣泛的應用。對于鑒別未知物質，密度是一個重要的依據。“”就是通過計算未知氣體的密度發現的。經多次實驗后又經，確認空氣中含有一種以前不知道的新氣體，把它命名為氬。在上可用來判斷的肥力，含多的土壤肥沃，其密度一般為2.3×103千克/米3。根據密度即可判斷土壤的。在選種時可根據在水中的沉、浮情況進行選種：飽滿健壯的種子因密度大而下沉；癟殼和其它雜草種子由于密度小而浮在水面。在生產上如的生產以為原料，一般來說含淀粉多的土豆密度較大，故通過測定土豆的密度可估計淀粉的產量。又如，工廠在金屬物之前，需估計多少金屬，可根據的容積和金屬的密度算出需要的金屬量。

測物體密度的方法：
測量物體密度的方法多種多樣，可開發學生思維，本人歸納總結出以下幾種測量方法：
一、測固體密度
　　基本原理:ρ=m/V：

1、稱量法：
　　器材：天平、量筒、水、金屬塊、細繩
　　步驟：
　　1、用天平稱出金屬塊的質量；
　　2、往量筒中注入適量水，讀出體積為V1，
　　3、用細繩系住金屬塊放入量筒中，浸沒，讀出體積為V2。
　　計算表達式：ρ=m/(V2-V1)

2、比重杯法：
　　器材：燒杯、水、金屬塊、天平、
步驟：
1、往燒杯裝滿水，放在天平上稱出質量為 m1；
2、將金屬塊輕輕放入水中，溢出部分水，再將燒杯放在天平上稱出質量為m2;
3、將金屬塊取出，把燒杯放在天平上稱出燒杯和剩下水的質量m3。
計算表達式：ρ=ρ水(m2-m3)/(m1-m3)

3、阿基米得定律法：
　　器材：彈簧秤、金屬塊、水、細繩
　　步驟：
　　1、用細繩系住金屬塊，用彈簧秤稱出金屬塊的重力G；
　　2、將金屬塊完全浸入水中，用彈簧秤稱出金屬塊在水中的視重G/；
　　計算表達式：ρ=Gρ水/(G-G)

4、浮力法(一)：
　　器材：木塊、水、細針、量筒
　　步驟：
　　1、往量筒中注入適量水，讀出體積為V1；
　　2、將木塊放入水中，漂浮，靜止后讀出體積 V2；
　　3、用細針插入木塊，將木塊完全浸入水中，讀出體積為V3。
　　計算表達式：ρ=ρ水(V2-V1)/(V3-V1)

5、浮力法（二）：
　　器材：刻度尺、圓筒杯、水、小塑料杯、小石塊
步驟：
1、在圓筒杯內放入適量水，再將塑料杯杯口朝上輕輕放入，讓其漂浮，用
刻度尺測出杯中水的高度h1;
2、將小石塊輕輕放入杯中，漂浮，用刻度尺測出水的高度h2;
3、將小石塊從杯中取出，放入水中，下沉，用刻度尺測出水的高度h3.　　計算表達式：ρ=ρ水(h2-h1)/(h3-h1)

6、密度計法：
　　器材：雞蛋、密度計、水、鹽、玻璃杯
步驟：
1、在玻璃杯中倒入適量水，將雞蛋輕輕放入，雞蛋下沉；
2、往水中逐漸加鹽，邊加邊用密度計攪拌，直至雞蛋漂浮，用密度計測出鹽水的密度即等到于雞蛋的密度；

二、測液體密度
1、稱量法：
　　器材：燒杯、量筒、天平、待測液體
步驟：
1、用調好的天平稱出燒杯和待測液體的總質量M1；
2、將燒杯中的液體（適量）倒入量筒中，用天平測出剩余液體和燒杯的總質量M2；
3、讀出量筒中液體的體積V。
　　計算表達：ρ=(M1-M2)/V

2、比重杯法
　　器材：燒杯、水、待液體、天平
步驟：
　　1、用天平稱出燒的質量M1；
　　2、往燒杯內倒滿水，稱出總質量M2；
　　3、倒去燒杯中的水，擦干，往燒杯中倒滿待測液體，稱出總質量M3。
　　計算表達：ρ=ρ水(M3-M1)/(M2-M1)

3、阿基米得定律法：
　　器材：彈簧秤、水、待測液體、小石塊或金屬塊、細繩子
　　步驟：
1、用細繩系住小石塊金屬塊，用彈簧秤稱出小石塊或金屬塊的重力G；　　
2、將小石塊或金屬塊浸沒入水中，用彈簧秤稱出小石塊或金屬塊的視重G1；
3、將小石塊浸沒入待測液體中，用彈簧秤稱出小石塊的視重G2。
　　計算表達：ρ=ρ水(G-G2)/(G-G1)
(注意:用此種方法的條件是:小石塊或金屬塊不溶于待測液體，或與之發生反應，待測液體的密度小于小石塊或金屬塊的密度)

4、密度計法：
　　器材：密度計、待測液體
　　方法：將密度計放入待測液體中，直接讀出密度。
【對于實物微粒，密度ρ的含義】
量子力學明確指出，對于實物微粒，密度ρ的含義是該粒子在空間任一微小區域（數學術語是“體積元”）里出現的概率，即概率密度。
【密度與浮力的關系】
　　一、物體在水中
　　ρ物體＜ρ水，物體漂浮（或上浮）
　　ρ物體= ρ水，物體懸浮
　　ρ物體＞ρ水，物體沉底（或下沉）
　　二、對于任何液體
　　ρ物體＜ρ液，物體漂浮（或上浮）
　　ρ物體= ρ液，物體懸浮
　　ρ物體＞ρ液，物體沉底（或下沉）
　　三、當ρ物體≤ρ液時（物體漂浮或懸浮）
物體在水中的體積：物體的體積=ρ物體：ρ液
當ρ物體= ρ水（物體懸）浮時，物體在水中的體積：物體的體積=1：

顆粒
顆粒嚴格的定義：在一尺寸范圍內具有特定形狀的幾何體。這里所說的一尺寸一般在毫米到納米之間，顆粒不僅指固體顆粒,還有霧滴、油珠等液體顆粒。

【解釋】：
[pellet；anything small and roundish]∶
小的或體。這些的顆粒大小很整齊。ㄧ這個棒子上有多少～？
grain∶
（）一顆一粒。各種植物(如、、稻子、)的或類似的種子。
Particle：
指小而圓的物質。最簡單的顆粒形狀是圓球。在40～500μm范圍內，氣固密度差在1400～4000kg/m3之間的顆粒稱粗顆粒(coarse particle)；粒徑在20～100μm范圍內，氣固密度差小于1400kg/m3的顆粒稱細顆粒(fime particle)；由許多個間隔不大的粒級顆粒構成的顆粒系統稱顆粒群(particle swarm)。

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