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《有关科学实验的作文》1400字|科学实验作文300字

发布时间:2019-11-03 09:26:39 影响了:
作文一:《有关科学实验的作文》1400字

有关科学实验的作文(一)

期盼已久的科学课终于来临了。科学老师沉稳地走进教室,问道:“同学们,实验所需的材料、工具都带来了吗?”我们异口同声地说:“带来了!”说着就从抽屉里拿出了勺子、蜡烛、打火机、白糖。我们每四人一组开始做实验。

我们这组的四人分别拿出了材料,其中一人用打火机点燃了蜡烛。科学老师让我们找抹布,将勺子的把裹住,以防勺子传热将手烫伤。随后,我们把白糖放进勺子里,把勺子放在蜡烛的火焰上加热,这时,科学老师走过来对我们这组说:“你们的白糖放得太多了,倒出一些,再继续加热。”我们这组的一位女同学把糖倒了一些出来,接着她把勺子放在火焰上继续加热。我说:“在蜡烛的外焰可能会加热的更快些。”随后,她就按着我的建议把勺子抬高了些。不一会儿,白糖就化作一滩白色的液体,还有一股淡淡的清香,又过了一会儿,糖水变成了棕黄色,另一位同学用尺子搅拌了一下,拿出来一看,尺子的一角竟然融化了,我们不禁笑了起来。突然,那位女同学叫了起来:“你们看呀,勺子里冒泡了!”瞬间,我们把目光都集中到了勺子上,果真,勺子里冒着泡,我们又继续等待着。我们组的唯一一位男生跑到别的小组左看看右看看,跑回来焦急地说:“别的小组都要成功了!”看他那调皮又焦急的模样,我们忍俊不禁。然而,不一会儿,白糖水慢慢变成了黑色,还散发一股难闻的类似胶一样的味道,但仍然在冒泡。忽然,勺子里着起火来,我急忙对科学老师说:“老师快看,我们的勺子着火了!”老师连忙说:“快吹灭吧,你们的实验已经成功了!”老实话音刚落,我就鼓起嘴巴将火吹灭,我们几个人高兴地击掌庆祝。

之后,科学老师告诉我们,白糖从固体融化到液体是物理变化,接着变成了黑色属于化学变化。黑色物质是一种碳,所以继续加热他会燃烧起来。我们回想实验的过程,加上老师的讲解,我们这才恍然大悟。生活中处处有科学,只要我们用心,细心地去观察,就能从中获取意想不到的乐趣。

有关科学实验的作文(二)

今天,陈老师布置了一个实验作业。

我一回到家,就到厨房拿出一个鸡蛋和一瓶白醋。

实验开始了,我迫不及待地把醋倒进杯子里,再把鸡蛋放进白醋里。

我目不转睛地看着鸡蛋,不过十几分钟,鸡蛋身体上全是泡泡。我惊奇地一摸,好像棉花团。两三小时后,我一摸鸡蛋全软了。我一蹦三尺高,大声叫着:“妈妈鸡蛋变软了!”妈妈听了很高兴。

蛋壳为什么变软呢?上网查了资料:蛋壳的表面是碳酸钙,醋是酸性,碳酸钙和酸会起化学反应,所以会使蛋壳外层溶解,蛋壳就会变软了。这实验真有趣!

有关科学实验的作文(三)

王老师说今天的综合课研究蚯蚓,同学们早就把蚯蚓准备好了。上课了,老师问:"小朋友们,你们的这些蚯蚓都是从哪儿找到的呀?"王老师刚说完,教室里就像炸开了锅,王伟大声地说:"我的蚯蚓是从草堆下找到的!"许柏俊接着说:"我的呀,是从我家的下水道旁边找到的。"王颖抢着说:"我和妈妈一起拔菜的时候,在菜地里找到的"……

王老师又让我们观察蚯蚓嘴在哪里,有没有眼睛,同学们都很好奇,仔细地看着,不断地向王老师问这问那,可开心啦!(m.lz13.)

最后,王老师问我们:"你们说蚯蚓是在纸板上走得快,还是在玻璃板上走得快?" 我们都说不清楚。于是,老师给我们做了一个实验,他拿了两条蚯蚓,一条放在纸板上,一条放在玻璃板上,你猜怎么着,在玻璃板上的蚯蚓爬得可快了,把纸板上的蚯蚓拉下了一大截。交换了一下,还是这样的,原来蚯蚓在光滑的东西上面爬得快些,真好玩。

下课了,同学们还在谈论课上的事儿,大家都觉得蚯蚓很有趣!

*  一次有趣的实验作文

*  科学小实验作文

*  小实验作文

作文二:《有关科学实验的作文》1400字

有关科学实验的作文

有关科学实验的作文(一)

人常说:“水往低处流。”今天我做了一个简单而有趣的实验,这个实验证实了水不一定总往低处流。

首先,实验的第一步,准备实验器材:玻璃杯1个、手帕1条、橡皮筋1根。   再进行实验的第二步:动手实验。先用手帕把瓶口捂住,然后用橡皮筋把手帕捆在瓶上,谁知,我一不小心把橡皮筋弄断了,弹住了我的手,一道红痕立即出现在手上,看来做实验可真不容易啊。我只好再拿一个套上。然后让水冲在手帕上,可是水偏偏不听话,顺着杯边流进水池里,就是不进杯子,我有点泄气了,但转念一想,科学家们能完成那么复杂的实验,是因为他们有坚强的毅力,而我遇到这么一点困难就想打退堂鼓了,那怎么行?于是,我耐心的等水进入杯子。当杯子里水达到七八分满时,把水龙头关住,迅速把杯口朝下。我想水一定会流出来的,可是,结果却让我大吃一惊,水竟然没有流出来!这到底是为什么呢?我查阅了书籍,书上对这个问题是这样解释的:当杯子倒转过来时,由于大气压力的关系,所以水不会流出来,我恍然大悟。

通过这次实验,我懂得了一个道理:做任何事只要坚持不懈,就一定会成功。   有关科学实验的作文(二)

今天下午,我和我的邻居瑶瑶共同做一个科学的小实验。

我对瑶瑶说:“你去拿一只鸡蛋过来。”“鸡蛋?你到底想做什么实验啊?”瑶瑶疑惑地问我。我神秘地一笑,说:“待会你就知道了。”

我把一个盛了一大缸水的鱼缸放在桌子上,然后从瑶瑶手中拿过那只鸡蛋,把它轻轻地放在缸里,鸡蛋立刻沉到水底。

“好戏即将开场,瞪大你的眼睛观看吧。”我说。我放了几勺盐在水里。等了一会儿,鸡蛋没有浮上来。我在往水里加了几勺盐。“什么好戏,怎么还不开场呀?”瑶瑶不耐烦地说。说时迟,那时快,水中,鸡蛋开始渐渐往上升,升到中间就停住了。   “快搅拌,快!”我对瑶瑶说。鸡蛋有继续往上升,终于浮到水面上了。我对瑶瑶说:“你用手把鸡蛋按下去试一试。”瑶瑶按了几次,几次鸡蛋都浮了上来。“真好玩!”瑶瑶说。我跟瑶瑶说:“你知道这其中地科学吗?根据阿基米德定律,液体的密度越大,物体所受浮力越大。淡水密度小,盐水密度大。当加到盐水的密度大于鸡蛋的密度时,鸡蛋就会浮起来。”

我和瑶瑶给这个实验取名为“仰泳高手”。我们不仅在这个实验中得到乐趣,更重要的是还收获到知识!

有关科学实验的作文(三)

今天,我回到家脱衣服时,又被衣服“电”了一下,妈妈又说是摩擦起电。我觉得很好奇,怎么衣服也可以有静电呢?妈妈看到我不明白的表情,就说:“今天我们来做个有关静电的实验吧。”

按照妈妈的要求,我准备了许多的实验材料:碎纸屑、尺子、笔、毛巾、温度计管。   实验一开始,妈妈让我先观察,直接拿尺子靠近纸屑有什么现象,我试过后,没有看到尺子没有什么变化。接着,妈妈又让我把尺子在毛巾上来回擦几下后,再去靠近纸屑,我试了一下,发现了好玩的现象:这些纸屑被吸了上来。妈妈告诉我说,这就是因为尺子和毛巾产生了静电,是静电吸住了纸屑的。妈妈又让我用温度计管试了一下,结果和用尺子一样,只要把温度计管和毛巾(也可以是毛衣、羽绒衣,我实验过的)摩擦,

也可以吸住纸屑。

第二次实验是:塑料纸“跳舞”。妈妈先让我拿起塑料纸,然后再用右手的食指插入两层塑料纸的中间,用大姆指、食指和中指夹住塑料纸,迅速地划下去(摩擦)。只见两片塑料纸迅速地分开,真得很像跳舞,真好玩。妈妈告诉我,这两张塑料纸会跳舞的原因和磁铁的磁性一样:异性相吸,同性相斥。

我还没有做过瘾呢,可是休息的时间到了,只好下次再做了。我好喜欢妈妈教我的这个实验,让我可以在玩中学到了那么多的知识,我真高兴!

作文三:《有关美丽的农业科学园的作文》400字

我的家乡是美丽的海滨城市,我们的城市被评为“旅游城市”。顾名思义,这里有数不完的美丽的景点,特别是农业科学园。    一进科学园的大门,映入眼帘的是古今中外著名的科学家、地质学家、发明家等名人的塑像。每座塑像可以分成两部分:上面部分是名人的洁白的塑像,雕刻工人巧夺天工的技艺,让人感觉到是名人们亲临农业科学园;下面部分是介绍名人们的生平和光辉成就的石碑。    沿着弯弯的小路,我来到小鸟天堂。在左边可以看到几只洁白的天鹅,三四只家鹅,还有两三只活泼可爱的小鸭子在水中嬉戏。右边可以看到许多装在笼子里的鹦鹉在叽叽喳喳地叫着,好象在说:“欢迎你们到小鸟天堂来。”在往里面走,我们就可以跟小鸟亲密地接触了——带着饲料喂小鸟。如果有陌生的游客,小鸟就不敢靠得太近,怕被游客捉走。 等到彼此熟悉的时候,小鸟们就飞到游客们的手里啄食。有的小鸟会在游客的身边走来走去。 在这里人鸟友好相处,让人感觉到人与自然的和谐统一,感受到和平所带来的美好生活。    我喜欢在农业科学园玩!

作文四:《有关生活中的科学的作文》300字

本文关键字:

王佳敏

一天傍晚,奶奶在煤气灶上烧水。    水开了,奶奶就把水倒进热水瓶里。这时,我看到烧水用的锅底有一些黄色的东西,想:这是什么呀?我从来没见过这样的东西,就指着锅里的东西问奶奶:“奶奶,这是什么呀?”奶奶亲切地对我说:“这是水垢。”我不解地问:“这水垢怎么会到锅里来呢?”“因为水里含有矿物质,水煮沸后,矿物质沉淀下来,附在锅底,逐渐形成了黄色的水垢。”奶奶耐心地解释着。“那怎样才能去掉它呢?”我一本正经地又问。奶奶笑眯眯地说:“这很容易,只要把醋放在锅里烧,水垢就会被清除掉。”    听了奶奶的话,我感慨地说:“水垢都有这么深的学问,真是学无止境呀!”我下定决心:今后一定认真学习,长大后成为一名科学家。

作文五:《自己搜集的作文论据(有关科学家)》1500字

作文论据(科学家)

1. 中国天然气之父戴金星

中国科学院院士的。

(1.)实践,对科学真理的追求----戴金星不仅注重理论学习,同时也十分重视野外地质实践。1958年和1959年,他和同学去福建西北的建阳、安徽繁昌等县进行20万分之一地质填图,多次穿越原始森林,克服各种艰难险阻,认真进行地质点观察,完成填图任务。1960年,他为了争取到栖霞山等进行野外观察的经济费用,卖掉了三姐寄给他的一双布鞋和土布衣服。

(2)实事求是,善于发现-----1961年8月,戴金星毕业被分配到石油工业部北京石油科学研究院。1962年3月,他随该院一个小队去湖北江汉石油勘探处地质综合研究队工作,参加了石油会战。他在江汉的几次勘探技术座谈会上,从地质力学观点多次提出当时未被重视的拖市构造可以找到油田,以后被勘探所证实。

(3)创新,发展观点看问题,善于发现,不墨守成规——以往中国的油气地质学认为煤系不是工业烃源岩,不作为油气勘探的对象。70年代末,戴金星在我国首先倡导煤成气的研究和勘探,发表了《成煤作用中形成的天然气和石油》论文,肯定了煤系地层是良好的工业气(油)源岩,打破了煤系不能形成工业性气(油)的旧观念,开辟了我国煤成气勘探新领域。他提出“煤成气理论”,因而被我国石油界称为中国天然气之父

2. 伽利略·伽利雷,近代实验科学的先驱者,是意大利文艺复兴后期伟大的天文学家、力学家、哲学家、物理学家、数学家。也是近代实验物理学的开拓者,被誉为“近代科学之父” “近代科学之父”。

1)为维护真理不屈不挠,不顾一切而打破旧说,创立新说——他首先提出并证明了同物质同形状的两个重量不同的物体下降速度一样快,他反对教会的陈规旧俗,晚年受到教会迫害,并被终身监禁。在他离开人世的前夕,他还重复着这样一句话:“追求科学需要特殊的勇气。”

2)全面观点看问题,系统优化——他以系统的实验和观察推翻了亚里士多德诸多观点。因此,他被称为“近代科学之父”。他的工作,为牛顿的理论体系的建立奠定了基础。

3)以顽强的毅力刻苦自学,坚定理想

伽利略不得不违背自己的意愿在父亲的铺子里当一名店员,但是他的心里一时一刻也没有忘记数学和物理学。没有起码的学习条件,也没有老师可以求教,他想方设法找到一些自然科学的书籍,如欧几里得的《几何原本》和阿基米德的著作, 以顽强的毅力刻苦自学。

3. 尼古拉•特斯拉

1)不慕名利,奉献精神——特斯拉发明交流发电机,爱迪生钟爱自己发明的直流发电机,极力打压特斯拉。但特斯拉自愿放弃了交流电的专利权供世人免费使用。若他申请专利。他会是世界上最富有的人。他的梦想就是给世界提供用之不竭的能源。特斯拉从不在意他的财务状况,于穷困且被遗忘的情况下病逝

4. 中国近代“力学之父”,“应用数学之父”——钱伟长

1)爱国,恒心——钱伟长在中学时属于“偏科生”,在数理上一塌糊涂,物理只考了5分,数学、化学共考了20分,英文因没学过是0分。1931年钱伟长以中文和历史两

个100分的成绩进入了清华大学历史系。这样一个在文史上极具天赋、数理上极度“瘸腿”的学生,却在一夜之间做出了一个大胆的决定:弃文从理。从收音机里听到了九一八事变消息后,钱伟长拍案而起,他说:我不读历史系了,我要学造飞机大炮,决定要转学物理系以振兴中国的军力。系主任吴有训一开始拒绝其转学要求,后被其诚意打动。钱伟长也通过勤奋学习证明了自己的实力,为了能尽早赶上课程,钱伟长早起晚归,来往于宿舍、教室和图书馆之间,废寝忘食,极度用功。他克服了用英语听课和阅读的困难,一年后数理课程超过了70分。

2)坚定追求科学——文革划为右派之后,钱伟长被强制劳动改造,先做实验室助理,扫地劳动一年,其子女被禁止上大学。后下放至农村,但其间他仍坚持进行科学研究。红卫兵阻挠其进行研究,他就趁晚上把窗户堵上,彻夜苦读

作文六:《有关爱眼日的作文:科学爱眼健康成长》600字

【网络综合-有关爱眼日的作文:科学爱眼健康成长】无忧考网为大家整理的有关爱眼日的作文:科学爱眼健康成长的文章,供大家学习参考!更多最新信息请点击节日作文大全眼睛,大家都有。但是你知道什么是眼角膜吗?眼角膜是眼睛最重要的一部分,如果人没有眼角膜就会失明。你想过什么也看不见会有多痛苦吗?所以我们要好好保护眼睛。我们应该庆幸自己有一双明亮的眼睛,能看见世界上一切美好的东西。它能让大家享受视觉的美。我们能看见东西是多么美好啊!但是,大家如果看不见东西心里就会急躁,眼前一片黑暗:那将是多么痛苦啊!有很多同学把眼镜当做好东西,觉得戴上眼镜就会很帅。所以,我呼吁大家:不要把眼睛当玩具,不要想使就使,不想用就不用。我们学生由于学习不注意身姿,看电视太近,导致近视。假性近视的孩子太多了,所以要早纠正,不然就发展成真性近视。到真性近视时很难挽救。所以大家如果发现视力低于5.0度的,那就赶快矫正。我们从小就要养成好习惯,每天按时做两节眼保健操。科学用眼,不要过于疲劳。疲劳时眼睛酸痛。这时我们就要坐下来闭上眼睛,休息一下,看一下绿色的东西,或者站在高处眺望远方,使眼睛得到轻松。如果不保护眼睛,将来眼睛不好,我们就看不清东西。那种难受的感觉只有亲身体验才知道。我就是一个好例子。我本以为戴眼镜很好看,但是我错了。等我戴上眼镜拿不下来的时候,一将眼镜拿下,我看东西就模糊不清。和同学在一起,我老把人错了。这经常是伙伴们取笑的笑柄了。所以,大家如果不想当伙伴们的笑柄。最重要的一点是为自己好。那就从小养成一个科学爱眼的好孩子,按时做眼保健操,让眼睛放松,让视力一直处于正常范围才行,这样才能保证我们健康成长。

作文七:《四年级作文:有关假如我是一个科学家的作文》400字

常常在家里幻想,假如我是一个科学家,那该多好啊!    假如我是一个科学家,我要发明一种能在天上飞、水上游、地上开无烟、安全而且不容易报废的车子。如果遇上堵车,可以使用飞翔功能,来缓解堵车,按时到达目的地;如果你忘带钱,无法上客船,可以用开启航海功能,打开螺旋桨,车子可以比船更快地到达目的地。汽车不用燃烧汽油,用水来代替汽油就可以行驶,挺环保的。    我还想发明一种能玩电脑、能看电视又能听音乐的机器,我把它叫娱乐 MP3。去外地时,在车上很无聊,可以拿出娱乐 MP3 来听音乐,为了不吵人,可以装上娱乐MP3 的耳机。如果在外面感到很无聊,也可以拿出娱乐MP3 来玩电脑,看电视。    我还想发明一种快速生长药水,嘀在花蕾上,这朵花马上就会开花,如果嘀在小树苗上,小树苗马上变成参天大树,如果滴在人上,人马上就会长大,想变小就变小。   我还想发明一种棉花车,以后大人就不会对小孩子自己一个人出去所担心了,因为这种车很软,所以撞到人也没事。    我还想发明缩小灯、隐身衣……    希望我的梦想能成真。

作文八:《四年级作文:有关参观农业科学园的作文》500字

星期六的早晨,天气晴朗,阳光明媚,我和爸爸妈妈来到农业科学园参观。    来到农业科学园,映入眼帘的是路的两旁的一尊尊雕像,有神农先帝——神农,有科学天才——爱因斯坦……这些雕像栩栩如生,掩映在一盆盆五颜六色的花儿中,那么壮观。    我们先去植物园。植物园里有名果园、兰花园、仙人掌园,等等。我最喜欢名果园。名果园里栽种着各种各样的南瓜。有的南瓜像一个葫芦,有的像一个大西瓜,还有的像不倒翁。听妈妈说,有一个南瓜竟然重达一百多斤。我和爸爸一起去扛一个大南瓜,可抱了半天还是抱不起。我想:园里的工人技术员叔叔真棒,居然能培育出这样大的南瓜!这些南瓜千姿百态,真让人目不暇接!    离开名果园,我们来到仙人掌园。仙人掌开了花,可真美丽啊!有红色的,黄色的,蓝色的,五颜六色,美极了!    我不知不觉来到农家乐园,里面有蓑衣、风柜、米臼、石磨。我踩了踩米臼,因为力气小,所以没法踩。我一抬头,就看到爸爸妈妈在一起踩呀踩……    天快黑了,我们回家了。在回家的路上,我想:如果能天天来农业科学园,那该多好啊!这里既可以学到知识,而且尝试到劳动的乐趣!

作文九:《有关铝的科学史》19700字

学史探究 ................................................................................................................................... 1

铝的发现 ........................................................................................................................... 1

铝的冶炼史 ....................................................................................................................... 2

古代的炼钢术——“百炼成钢”的由来 ....................................................................... 3

青铜冶炼──冶金技术的萌芽 ....................................................................................... 4

湿法炼铜 ........................................................................................................................... 5

我国古代高超的合金生产技术 ....................................................................................... 6

化工生产推动了时代的发展 ........................................................................................... 6

不锈钢会生锈吗? ............................................................................................................. 7

铝热焊法简介 ................................................................................................................... 8

“未来的钢铁”——钛 ................................................................................................... 9

电池发展历史 ................................................................................................................. 11

巴格达电池 ..................................................................................................................... 15 学史探究

铝的发现

物以稀为贵,在100多年前,铝曾是一种稀有的贵重金属,被称为“银色的金子”,比黄金还珍贵。法国皇帝拿破仑三世,为显示自己的富有和尊贵,命令官员给自己制造一顶比黄金更名贵的王冠──铝王冠。他戴上铝王冠,神气十足地接受百官的朝拜,这曾是轰动一时的新闻。拿破仑三世在举行盛大宴会时,只有他使用一套铝质餐具,而他人只能用金制、银制餐具。即使在化学界,铝也被看成最贵重的。英国皇家学会为了表彰门捷列夫对化学的杰出贡献,不惜重金制作了一只铝杯,赠送给门捷列夫。

为什么铝制品在当时是那样昂贵的“稀有金属”?地壳中最丰富的金属是铝,它占整个地壳总质量的7.45%,仅次于氧和硅,位居金属元素的第一位,是居第二位的铁含量的1.5倍,是铜的近4倍。脚下的泥土,随意抓一把,可能都含有许多铝的化合物。但由于铝的化学性质活泼,一般的还原剂很难将它还原,因而铝的冶炼比较困难。铝从发现到制得纯铝,经过十几位科学家100多年的努力。   燃素学说的创立者施塔尔最早发现明矾里含有一种与普通金属不同的物质。英国化学家戴维试图用电解法来获得这种未知金属未能成功。1824年丹麦科学家厄斯泰德将氧化铝与木炭的混合物加强热至白炽状态,再通入氯气,得到液态的氯化铝,然后同钾汞齐作用制成铝汞齐,最后隔绝空气蒸馏除去汞,得到一些灰色金属粉末。它的颜色和光泽看起来像锡,后来证明他得到的是一些不纯净的铝。由于他的实验结果发表在丹麦一个不著名的刊物上,没有引起科学界的重视。   厄斯泰德是德国化学家维勒的朋友。1827年维勒到丹麦首都拜访厄斯泰德时,厄斯泰德把制备金属铝的实验过程和结果告诉维勒。维勒回国后立即重复厄斯泰德的实验,发现钾汞齐与氯化铝反应生成灰色的熔渣,除去汞后得到的金属加热时还能产生钾燃烧时的现象,他意识到这不是制备金属铝的好办法。维勒重新设计方案,从头做起。他用热的碳酸钾溶液与沸腾的明矾溶液作用,用现在离子方程式表示该反应为:3CO32-+2Al3++3H2O==2Al(OH)3↓+3CO2↑,将所得到的氢氧化铝经过洗涤和干燥以后,与木炭、糖、油等混合,调成糊状,然后放在

密闭的坩埚中加热,得到了氧化铝和木炭的烧结物,将这些烧结物加热到红热的程度,通入干燥的氯气,就得到了无水氯化铝。维勒将少量金属钾放在铂坩埚中,然后在它的上面覆盖一层过量的无水氯化铝,并用坩埚盖将反应物盖住。对坩埚加热以后,很快就达到白热的程度。当认为反应已经完成,停止加热,待坩埚冷却后投进水中,发现坩埚中的混合物并不与水发生反应,水溶液也不显碱性。说明金属钾已反应完全,剩余的银灰色粉末就是金属铝。维勒对制出的少量铝粉并不满意,他坚持把实验进行下去,不断改进制取方法。1836年维勒分离出小粒状铝。1849年又制得黄豆大的致密的铝,前后共经历了18个年头。

1854年,法国化学家改进维勒的方法,用钠做还原剂,成功地制得成铸块的金属铝。但由于钠价格昂贵,用钠做还原剂生产的铝成本比黄金还贵得多。得维尔实现了铝的工业化生产,尽管价格不菲,但他还是铸造了一枚铝质纪念勋章,上面铸上维勒的名字、头像和“1827” 的字样,以纪念维勒对铝的制备的历史功绩。得维尔将这枚勋章送给维勒,以表示敬意。后来他们两人成为亲密朋友。   1886年,在铝的历史上又是一个里程碑。这一年美国的大学生霍尔和法国大学生埃罗,都各自独立地研究出电解制铝法。在美国制铝公司的展柜里,至今还陈列着霍尔第一次制得的电解铝粒;在霍尔的母校校园里,也矗立着他的铝铸像。法国大学生埃罗几乎在同时也制得铝,当他知道霍尔的发明后,毫不嫉妒,主动交流经验、切磋学问,两人也成了亲密朋友。

铝的冶炼史

传说拿破仑三世的刀叉具是用铝制造的。筵席上,他为多数客人提供金餐具,而只让少数客人使用铝餐具,是为了让用铝餐具的客人留下更深刻印象。

1885年,在美国首都华盛顿特区落成的华盛顿纪念碑上的顶帽也是用金属铝制造的。

因为在19世纪,铝是一种珍贵的金属。人们最初得到的铝粒如同珍宝,它的价格同黄金相当。因为从铝矿石中把铝提炼出来,是极其困难的。

1825年,丹麦的奥斯特分离出少量的纯铝。1827年,德国化学家维勒用金属钾与无水氯化铝反应而制得了铝。但是钾太昂贵了,所以不允许大规模地生产。又过了27年,法国化学家德维尔用金属钠与无水氯化铝一起加热而获得闪耀金属光泽的小铝球。改用金属钠虽然极大地降低了铝的生产费用,但显然没有达到能使人们普遍应用铝的程度。

1884年,在美国奥伯林学院化学系,有一位叫做查尔斯·马丁·霍尔的青年学生。当时他只有二十一岁。一次,他听一位教授(这位教授正是维勒的学生)说:“不管谁能发明一种低成本的炼铝法,都会出人头地。”这使霍尔意识到只有探索廉价的炼铝方法,才能使铝被普遍应用。

霍尔决定在自己家里的柴房中办一个家庭实验室。他打算应用戴维早期的一项发明:把电流通到熔融的金属盐中,可以使金属的离子在阴极上沉积下来,从而使金属离子分离出来。因为氧化铝的熔点很高(2050℃),他必须物色一种能够溶解氧化铝而又能降低其熔点的材料,偶然发现了冰晶石(Na3AlF6)。冰晶石一氧化铝熔盐的熔点仅在930℃~1000℃之间,冰晶石在电解温度下不被分解,并有足够的流动性。这样就有利于电解的进行。

霍尔采用瓷坩埚,碳棒(阳极)和自制电池,对氧化铝,即精制的氧化铝矿

进行电解。把氧化铝溶在10%~15%的熔融的冰晶石里,再通以电流,结果观察到有气泡出现,然而却没有金属铝析出。他推测,电流使坩埚中的二氧化硅分解了,因此游离出硅。于是他对电池进行改装,用碳作坩埚衬里,又将碳作为阴极,从而解决了这一难题。1886年2月的一天,他终于看到小球状的铝聚集在阴极上。霍尔此时异常激动,带着他第一次获得的一把金属铝球去见他的教授。后来,这些铝球竟成为“王冠宝石”,至今仍珍存在美国制铝公司的陈列厅中。

廉价炼铝方法的发明,使铝这种在地壳中含量占8%的元素,从此成了为人类提供多方面重要用途的材料。而发明家霍尔,当时还不满23周岁,这年12月6日才是他的23岁生日。

还有一件值得提及的事,非常巧合,一位与霍尔同龄的年轻的法国化学家埃鲁也在这年稍晚些时候发明了相同的炼铝法。

霍尔与埃鲁在遥远的两大洲,同年来到人世(1863年)又同年发明了电解炼铝法(1886年)。虽然他们之间曾一度发生了专利权的纠纷,但后来却成为莫逆之交。1911年,当美国化学工业协会授予霍尔著名的佩琴奖章时,埃鲁还特意远涉重洋到美国参加了授奖仪式,亲自向霍尔表示祝贺。

或许是上天的旨意,1914年,这两位科学家又都相继去世。难怪当后人们一提起电解炼铝法的时候,便总把霍尔和埃鲁的名字联在一起。

古代的炼钢术——“百炼成钢”的由来

与世界其他地区和民族相比,中国不仅较早的有了冶炼生铁的技术,而且是最早掌握炼钢技术的国家之一。大约在春秋晚期已经有了炼钢的实践活动,到了战国时代,钢已广泛应用于工具和兵器的制作。我国民间传说中的许多具有“斩金断玉”和“吹毛断发”之利的名剑,不少都和这个时期的历史事件或人物有关。如吴王阖闾时铸成的干将、莫邪;荆轲刺秦王时用的鱼肠剑等,这些以名人名剑为背景的民间传说一直流传至今。

当时炼钢用的原料是块炼铁,通过在炭火中加热渗碳而成。利用锻打的办法使钢片伸长后,折叠在一起再继续锻打,钢片在锻打时局部因受到强大的冲击和延伸时钢片间的摩擦而产生高温(属于现在的力化学的研究范畴),以至于熔合而成为一体。但折断后在断口处仍可清晰地见到层状的组织。

1976年,湖南长沙杨家山一座春秋晚期古墓出土的一把钢剑,长30.4cm、宽2~2.6cm,含碳0.5%,金相组织均匀。剑身断处可见原来是由7~9层叠打而成的。这是一件了解古代炼钢术的非常有价值的文物。

由于当时还没有发明出使铁熔化成液态并借以调节其中所含其他元素浓度的技术,所以只能靠对赤热状态下的固态铁的反复煅烧与锻打的方法,来完成由铁变钢时的渗碳与除碳过程。北宋沈括在《梦溪笔谈》中对此曾有过很细致的描写:

“取铁精锻之百余火,每锻称之,一锻一轻,至累锻而斤不减,则纯钢也。虽百炼不耗矣。此乃铁之精纯者,其色精明,磨莹之则黯然青且黑,与常铁迥异。”沈括在这里抓住了这种技术的本质,亦即通过百余次的锻打,可以逐步除去铁中的其他杂质元素(铁也有一部分会损耗掉),所以会一锻一轻。最后得到的应是纯铁即熟铁,才会表现为累锻不减。锻打之所以可以除去铁中的杂质,就是因为锻打时局部产生的高温使铁中包含的杂质容易发生氧化而成为不溶于铁的氧化物。锻打时的冲击和铁在延伸时内部晶体间发生的挤压,也有利于挤出存在于晶

间的杂质。到了百炼不耗时,说明杂质已基本除尽。以当时的称量技术,对再锻时铁的质量的变化可能已难以测出,所以认为“不耗”了。

沈括把这样得到的制品称为纯钢是不确切的,说明当时还不懂得钢与铁的主要区别是其中碳的百分含量,以至于人们常把钢与铁合起来称为钢铁。

沈括在《梦溪笔谈》中有关纯钢是否就是熟铁这一问题的叙述,让人难以完全确定他的观点,从他所描写的“其色清明,磨莹之则黯然青且黑”,有人认为这就是钢。这个问题还是留给考古学家和金属学家去研究吧。

以熟铁为基础,经过长时间在炭火中加热和反复锻打后,就会有少量的碳渗入铁内,只要含碳量达到0.2%~1.7%之间,就成为钢。由于当时缺少化验铁中碳含量的技术,反复锻炼和操作者的经验成了成败的关键。

读者从以上的简单介绍中,应当可以想到,“百炼成钢”不仅如实地表现出了古代人们制取钢材时所用工艺的最主要特征,而且深刻地体现出在百炼过程中人们除去得到有优良性能的钢材外,人本身也因为经受了艰苦的劳动和多次失败后的磨炼而变得像钢一样坚强而又有韧性。百炼过程中通过智慧、力量和自然规律的结合,人们用简单的工具、重复的加热与锻打操作,竟然完成了在固态铁中化学元素含量的精细调节!钢的出现使人类社会生产力产生了质的飞跃,钢已成为现代物质文明的基础之一。如今,我们已经拥有年产以百万吨计的大型炼钢厂,用转炉法炼几十吨钢不过10分钟的时间。此时此刻,回顾一下古人在“百炼成钢”时期所留给我们的技术方面和思想品质方面的遗产,有着深远的现实意义。同时,再来体会晋朝刘琨的著名诗句“何意百炼刚(即钢),化为绕指柔”的意境和启示,更有意味无穷之感。

青铜冶炼──冶金技术的萌芽

在新石器时代的晚期,人类已开始加工和使用金属,最先使用和加工的金属是铜。

关于冶铜技术发明的具体过程,人们作过不同的推测。有的认为可能与森林失火有关,有的认为与火爆法取石有关,更多的认为铜的冶炼是从熔铸夹杂铜矿的自然铜开始的,这些说法的共同点都认为“焙烧”了矿石后,铜从矿石中还原出来。从化学的角度看,要把金属从矿石中还原出来,必须有两个基本的技术条件,即足够高的温度和足够强的还原性气氛。到新石器中晚期,人们已从制陶技术中掌握了一些高温技术以及火焰的气氛控制技术,所以发明人工冶炼金属的基本条件是具备的。

铜的冶炼包括采矿、冶炼、熔铸等主要工序。

在采矿之前,首先要探矿。战国时期的著作《管子·地数篇》曾载有古时探矿的知识。1974年在湖北大冶铜绿山发掘出了春秋晚期规模颇大的采矿和冶铜遗址,就地采集矿石,就地冶炼,是十分合理的。当时用于炼铜的主要矿石是孔雀石,主要燃料是木炭。木炭不仅是燃料,在冶炼中还充当还原剂。

冶炼主要是在熔锅或熔炉中进行。炼铜时,在炉内放置孔雀石和木炭,让木炭在里面燃烧,用吹管往里面送风,产生高温,熔化矿石,同时产生一氧化碳使铜析出。这种内熔法,冶炼温度较高,说明冶铸的技术也达到相当高的水平。这是我国古代冶铸的一个显著特点。

冶炼青铜是在冶炼纯铜的基础上发展起来的,它经历了一个由低级到高级的发展过程。该过程可能是:初始时,将铜矿石与锡矿石或含多种元素的铜矿石一

起冶炼。这样获得的青铜,成分不易控制,后来则采用先炼出铜,再加锡或铅矿石一起冶炼的方法。但锡矿石和铅矿石中的锡、铅含量不固定,因此仍不能解决根本问题。最后发展到分别先炼出铜、锡、铅,再按一定的配比,熔炼出青铜,这就保证能得到预期的配比,成分稳定的青铜。我国先秦古籍《考工记》里记载的“六齐”说,是世界上最早的合金工艺总结。所谓六齐即为“六分其金(指铜)而锡居一,谓之钟鼎之齐;五分其金而锡居一,谓之斧斤之齐;四分其金而锡居一,谓之戈戢之齐;三分其金而锡居一,谓之大刃之齐;五分其金而锡居二,谓之削杀矢之齐;金锡半,谓之鉴燧之齐。”这张青铜比例表就今天来看,大体还是合理的。因为青铜中锡的成分占15%~20%左右时,最为坚韧,过此逐渐变脆。斧斤是工具,戈戢是兵器,都需坚韧。青铜中锡的成分占30%左右,硬度较高,而削杀矢都是兵器,既需要锋利且硬度要大,又要坚韧。青铜的颜色随着锡含量的增加而发生变化,由赤铜色(红铜)经赤黄色、橙黄色,最后变为灰白色。钟鼎要辉煌灿烂,故含锡七分之一,具有美丽的橙黄色。六齐是奴隶们血汁的结晶。浇铸也是一项复杂的技术。浇铸一般的青铜器,只要将精炼好的青铜液倒入预先已布置好的合范(模具)中就成了。对于那些较复杂的器具,当时大多数采用分铸技术,然后再按合而成。

湿法炼铜

我国劳动人民很早就认识了铜盐溶液里的铜能被铁置换,从而发明了水法炼铜。它成为湿法冶金术的先驱,在世界化学史上占有光辉的一页。

水法炼铜的原理是:CuSO4+Fe=Cu+FeSO4

在汉代许多著作里有记载“石胆能化铁为铜”,晋葛洪《抱朴子内篇·黄白》中也有“以曾青涂铁,铁赤色如铜”的记载。南北朝时更进一步认识到不仅硫酸铜,其他可溶性铜盐也能与铁发生置换反应。南北朝的陶弘景说:“鸡屎矾投苦洒(醋)中涂铁,皆作铜色”,即不纯的碱式硫酸铜或碱式碳酸铜不溶于水,但可溶于醋,用醋溶解后也可与铁起置换反应。显然认识的范围扩大了。到唐末五代间,水法炼铜的原理应用到生产中去,至宋代更有发展,成为大量生产铜的重要方法之一。

水法炼铜也称胆铜法,其生产过程主要包括两个方面。一是浸铜,就是把铁放在胆矾(CuSO4·5H2O)溶液(俗称胆水)中,使胆矾中的铜离子被金属置换成单质铜沉积下来;二是收集,即将置换出的铜粉收集起来,再加以熔炼、铸造。各地所用的方法虽有不同,但总结起来主要有三种方法:第一种方法是在胆水产地就近随地形高低挖掘沟槽,用茅席铺底,把生铁击碎,排放在沟槽里,将胆水引入沟槽浸泡,利用铜盐溶液和铁盐溶液颜色差异,浸泡至颜色改变后,再把浸泡过的水放去,茅席取出,沉积在茅席上的铜就可以收集起来,再引入新的胆水。只要铁未被反应完,可周而复始地进行生产。第二种方法是在胆水产地设胆水槽,把铁锻打成薄片排置槽中,用胆水浸没铁片,至铁片表面有一层红色铜粉覆盖,把铁片取出,刮取铁片上的铜粉。第二种方法比第一种方法麻烦是将铁片锻打成薄片。但铁锻打成薄片,同样质量的铁表面积增大,增加铁和胆水的接触机会,能缩短置换时间,提高铜的产率。第三种方法是煎熬法,把胆水引入用铁所做的容器里煎熬。这里盛胆水的工具既是容器又是反应物之一。煎熬一定时间,能在铁容器中得到铜。此法长处在于加热和煎熬过程中,胆水由稀变浓,可加速铁和铜离子的置换反应,但需要燃料和专人操作,工多而利少。所以宋代胆铜生产多

采用前两种方法。宋代对胆铜法中浸铜时间的控制,也有比较明确的了解,知道胆水越浓,浸铜时间可越短;胆水稀,浸铜的时间要长一些。可以说在宋代已经发展从浸铜方式、取铜方法、到浸铜时间的控制等一套比较完善的工艺。

水法炼铜的优点是设备简单、操作容易,不必使用鼓风、熔炼设备,在常温下就可提取铜,节省燃料,只要有胆水的地方,都可应用这种方法生产铜。   在欧洲,湿法炼铜出现比较晚。15世纪50年代,人们把铁片浸入硫酸铜溶液,偶尔看出铜出现在铁表面,还感到十分惊讶,更谈不上应用这个原理来炼铜了。

我国古代高超的合金生产技术

春秋时期的《考工记》一书中,提出了配制不同青铜器的6种铜锡比例,称为“六齐”规则,这是世界上最早论述合金成分的著作。书中把所有青铜器归纳成6大类,每类的含锡量依次递增,使合金的性能和色泽发生变化,以适合不同方面的用途。“六齐”规则是“六分其金而锡居一,谓之钟鼎之齐;五分其金而锡居一,谓之斧斤之齐;四分其金而锡居一,谓之戈戟之齐;三分其金而锡居一,谓之大刃之齐;五分其金而锡居二,谓之削杀矢之齐;金锡半,谓之鉴燧之齐。”近年来,有关人员检验了600多件古代青铜器,成分都很合理。古代没有任何分析手段,却能将青铜器的成分掌握得如此准确,令人惊奇。

著名的商代司母戊大鼎是当时冶铸业的“代表作”。它器型雄伟,花纹瑰丽,重达875 kg,是世界文化宝库的奇珍。

化工生产推动了时代的发展

人类从旧石器时代向新石器时代过渡的时期,首先,由于人们积累了一些饲养动物和种植作物的经验,出现了原始社会的牲畜业和农业。在这种情况下,生产得到了发展,生活得到了提高,人口得到了繁衍,从而对烹饪器、饮食器、储存器的需要越来越大,对质量的要求也越来越高。其次,对农业生产过程中由于人们对粘土的可塑性有了一些认识;对火力的应用有了一定的经验。这就给了陶器的生产提供了必要的条件。最古老的生活器皿有木制的,也有用枝条编制的。原始社会的人们为了使其耐火和密致无缝,往往在器皿外涂上一层湿粘土。在使用时,有时这些器皿的木质部分被烧掉了,粘土部分却变得很硬而且仍可使用。人们便进而发现成型的粘土不需内衬木质也可以烧成器皿。于是人们即将粘土塑成各种器皿,晒干之后加以烘烤,由此而发明了制造陶器。陶器的出现推动着新石器时代的发展。,也是新石器时代的重要标志。  在新石器时代的晚期,人类已开始加工和使用金属。最早使用的是红铜,即天纯铜。在以石器作为重要工具的时代,人们在拣取石头材料时,偶尔遇到天然铜。它的性质与石头完全不同,不易破裂,可以锤延。人们可以将它加工成灿烂的装饰品和小器皿。但红铜的硬度不大,产地有限,产量很少。因此红铜的发现并没有取代石器的利用,而出现了金石并用的时代。中国、埃及、西南亚地区都在公元前五千年左右进入了这一个时代,并发现了锡、铅、锌等金属。其中有划时代意义的是人们懂得了青铜的冶炼铸造技术。青铜是以铜为主的铜锡合金,呈青色,故名青铜。青铜的熔点较红铜低,硬度较红铜大、便于冶炼、铸造,具有红铜工具所不能胜任的功能,因

此它逐渐代替了部分石器、木器、骨器和红铜器,而成为生产工具的重要组成部分,最后石器时代终于被青铜时代所代替。我国的青铜时代指的就是夏、商、周和春秋。据《左传》记载,夏开始“贡金九枚,铸鼎象物”。在1959年开始发掘的河南省偃师二里头商初的宫殿遗址中,发现了炼铜的坩埚片、铜渣和陶范,以及铜(田+田+田+缶)、铜镞、铜锥、铜刀、铜凿、铜锛等铜器。由此可以证明夏末商初已进入青铜时代。

在西南亚和埃及,大约在公元前三千年左右也进入青铜时代,印度稍晚一点。最初人类是利用暴露在地面上的铜矿石来冶炼,后来逐渐学会采矿。当时西奈山和小亚细亚的许多铜矿被发现和开采。在欧洲和苏联都曾发现青铜时代的竖井式铜矿开采遗址,古代的当地人最初就在篝火上,一层木柴一层矿石炼出铜来,后来才在熔炉里熔炼,用石制或陶制的模子铸造。在古埃及第一王朝时期的墓中,曾发现刀、锯、斧、锄、锥等青铜工具。在印度哈拉帕文化遗址中发现斧、镰、锯、刀等青铜工具。

铁在自然界里分布极广,是地壳的重要组成元素之一。天然的纯铁在自然界几乎不存在,铁矿石的熔点较高,又不易还原,所以人类利用铁较铜、锡、铅、金等晚些。人类最早发现和使用的铁,是天空中落下的陨铁。陨铁是铁和镍、钴等金属的混合物,含铁量较高。在埃及和西南亚的一些文明古国最早发现的铁器,都是由陨石加工而成的。1972年,我国河北省藁城县台西村出土的商代铁刃青铜钺,其生产年代约在公元前十四世纪前后。天降的陨石数量很少,所以在生产上没有明显的影响,但通过对陨石的利用,却使人们对铁有所认识。据考证冶铁技术发明于原始社会末期,也就是恩格斯所指出的野蛮时代的高级阶段。这个阶段是“从铁矿的冶炼开始”的。因为铁矿分布很广,铁的性质较青铜优越,用以制造器具有利于社会生产力的发展。恩格斯高度评价冶铁技术时说:“铁已在为人类服务,它正是历史上起过革命作用的各种原料中最后的和最重要的一种原料。”“铁使更大面积的农田耕作,开垦广阔的森林地区,成为可能;它给手工业工人提供了一种其坚固和锐利非石头或当时所知道的其他金属所能抵挡的工具。”所以冶铁技术的发明,标志着人类社会发展史上新阶段的来临;同时也说明了陶器、青铜、铁的产生,大大推动了人类社会的发展。

不锈钢会生锈吗?

不锈钢的发明经过是颇有意思的:那时候,人们正在研制各种新的合金钢,往钢里加入各种不同的金属。可是,试制了好多种新合金钢,并没有发现性能优异的新品种。人们把这些样品丢弃在屋外,任凭日晒雨淋。样品锈迹斑斑,越堆越多。后来,人们把这些样品当作垃圾处理掉,结果偶尔发现,其中有一块样品银光闪闪,并没有生锈。人们喜出望外。仔细加以研究,终于发明了不锈钢。   当然,不锈钢不生锈,只是在一般情况下而言的。天下没有不生锈的金属,即使是黄金,在王水里也会被锈蚀。

人们在钢里掺进各种各样的合金元素,就能使钢的脾气有所改变,使钢的身体更加健壮。

不锈钢是一种合金钢。你口袋里的小刀,也许是用不锈钢做的。不锈钢,就是主要在钢里加入了一点镍和铬,这样,钢的抗蚀能力大大增强了;要使它不生锈,含铬量往往要达到12%以上才行。

人们曾做过这样的试验:把两块重量都是20克的不锈钢和普通碳素钢,一起放在稀硝酸中煮沸一昼夜,结果普通钢被强烈腐蚀,只剩13.6克重,而不锈钢却重19.8克。正因为不锈钢不易生锈,所以化工厂里许多耐腐蚀设备用不锈钢制造。如合成氨工厂里,便需要二十多种具有不同性能的不锈钢。

在手表中,不锈钢的重量差不多占60%以上。平常所谓“全钢手表”,则是指它的表壳和表后盖全是用不锈钢做的。而“半钢手表”则是指表后盖是用不锈钢做的,表壳用黄铜或其他金属(镀克罗米)做的。

还有许多各种各样的合金钢哩。钢的可贵之处也就在这里:人们可以加进各种合金元素,得到各种具有特殊脾气的合金钢。

铝热焊法简介

铝热焊法是目前国内外无缝线路焊接联合接头的主要方法,具有设备简单、操作方便、适宜在线路上进行焊接等优点。

(1)铝热焊法的发展

20世纪以来,世界各国都在发展和推广无缝线路,特别是近年来,为了适应高速线路发展的需要,一般都采用无缝线路。铁路线路改铺无缝线路后,可以提高列车运行速度,改善列车运行条件,减少维修工作量,延长设备使用寿命,并可使行车平稳,旅客舒适。

铝热焊法应用于铁路线路的长钢轨焊接,1924年始于德国。铝热焊法已被认为是一种具有高效率的快速焊接法,因此已为许多国家所采用。我国1960年后也开始成批地生产钢轨铝热焊剂,进行联合焊接。

铝热焊法不仅使用在铁路方面,现在它在其它部门也得到了越来越广泛的应用,如基建部门利用它焊接天车轨道等。

(2)铝热焊接钢轨的基本原理

铝热焊接的化学原理,是利用活动性较强的金属能够把活动性较弱的金属从它的氧化物中还原出来的原理。因为铝在足够高的温度下有较强的活动性,它可以从很多重金属的氧化物中夺取氧,而把重金属还原出来。例如铝能把铁、钛、钒、铬、锰、钨等从它们的氧化物中还原出来,同时放出大量的热,温度可达2500~3500℃,从而使这些金属成为液态。

铝热焊接钢轨基本原理的主要化学方程式是:

3FeO+2Al=3Fe+Al2O3+834.9kJ

Fe2O3+2Al=2Fe+Al2O3+829.9kJ

3Fe3O4+8Al=9Fe+4Al2O3+3236.3kJ

为了获得优质的铝热钢,根据不同要求,在铝热焊剂中可加入石墨粉(调整碳的含量)和一些合金元素如锰、硅、钛、钼等。

(3)铝热焊剂的组成和作用

铝热焊剂的质量跟铝热焊剂的组成材料及配方有关。铝热焊剂的组成可分为三部分:

①铝热焊剂的重要组成部分

铝粉  它主要起还原氧化铁的作用。

氧化铁  它一方面可供给反应时需要的氧,产生大量热量,另一方面,还原的铁可作为焊接的填充金属。氧化铁包括FeO、Fe2O3和Fe3O4三种成分。一般要求含FeO的量在60%(质量分数)左右,其余为Fe2O3和Fe3O4。磷、硫含量需在0.05%(质量分数)以下。

铁钉头  为了控制铝热钢水温度(不使温度过高以节省能源)和增加钢水生成量,在铝热焊剂中要加入适量的铁钉头(制钉厂的下脚料)。

铁合金  为了提高焊缝的强度和硬度,在铝热焊剂中,要加入一定量的铁合金,如锰铁、硅铁或其它铁合金。

石墨  为了调整碳的含量,需要加入少量石墨。

②铝热焊剂的辅助材料

辅助材料主要有镁、石棉板、坩埚、堵口钉、铁帽等。

③铝热焊剂的引燃剂——高温火柴

高温火柴燃烧的温度在1000℃以上,它是由铝粉、镁粉和粘结剂等制成。高温火柴由引燃层和高温层组成,把引燃层擦燃后,即引燃高温层发生剧烈燃烧,产生高温,把铝热焊剂引燃。

近年来又研究出了适合各种强度钢轨的铝热焊剂和在焊剂中加入稀土元素来提高接头疲劳强度的新方法,以及采用射砂造型等新工艺。

“未来的钢铁”——钛

钛,元素符号为Ti.在人类已发现的一百余种元素中,有八十多种是金属元素。在有色金属中,钛归属于稀有高熔点金属之中。

钛在地壳里的储藏量非常丰富、据科学家们测定、推算和估计,其含量是地壳质量的千分之四还要多一点,世界储量约34亿吨,在所有元素中含量居第10位(氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾、镁、氢、钛)。钛的分布很广,在矿石、砂粒、粘土、煤、石油、植物、天然水中都有;陨石也含有钛,说明地球以外的天体里也有钛。看来钛含量多、分布广,所以,人们就称它为“不稀有”的稀有金属。

1791年,钛的发现者是英国分析化学家、康瓦尔郡默纳陈教会的牧师格列高尔(1762~1817)。一次,他对英国默纳陈河谷中所产的一种黑色磁性矿砂进行研究,发现其中含有棕红色的矿渣粉末(不纯的二氧化钛)。他发生了极大的兴趣,并进行了研究,研究结果撰成论文。但是,在当时未引起人们的重视。1795年,德国矿物学家和分析化学家克拉普罗特在分析匈牙利布伊尼克地区产的红色金红石时,发现外表很象默纳陈矿,在做对比研究之后,知道两者的主要成分相似,只是默纳陈矿含有铁。克拉普罗特确信这是一种新金属的氧化物,并好奇地给这种新元素取名叫“Titanium”(钛),这个名字引用一个希腊神话故事:说天与地的第一代儿子叫“太旦斯”(Titans)。由于钛在高温时非常活泼,能够跟氧、氮、氢、碳等元素化合生成相应的化合物,特别是与氧的结合能力更强,生成非常稳定的氧化物。所以,钛几乎都是以氧化物形式存在于自然界中。因此,钛虽然被发现的很早,但是半个多世纪以来就是没有办法制得金属钛。1849年德国化学家维勒(1800~1882年)用钾与氟钛酸钾共热,制出不纯的金属钛。现在冶炼钛的方法是,先把钛矿石经过一系列处理,转变成四氯化钛,再用镁或钠在惰性气体中还原,生成海绵状钛。

TiCl4+2Mg=Ti+2MgCl2 所得产物不能直接使用,还要在真空电弧炉里熔铸成钛锭,并经加工,进一步方得使用的各种型材。金属钛的性质、用途和生产方法等都和其它稀有金属相似,所以,把钛划归在稀有金属里也就不难理解了。   目前已发现含钛矿物有100多种,除金红石外,还有白钛矿、钛铁矿、钙钛矿等。金红石实际上就是较纯的二氧化钛,一般含TiO2 在95%以上,它是提炼钛的重要矿物原料,但在地壳中储量较少。白钛矿含二氧化钛70%~92%,而钛铁矿、钙钛矿含二氧化钛较低,一般为35%~52%.钛铁矿、钙钛矿虽然含二氧化钛量较少,但其储量非常大,是生产金属钛和钛白的主要原料来源。我国有丰富的钛铁矿。

从外形上看,钛很像钢铁,但和钢铁相比,具有很多优异性能。因此,钛可成为一种发展快、用途广、收效大的金属。目前,有人把钛叫做“时髦金属”,也有人根据钛在工业上发挥的重要作用及其在未来发展趋势,把钛称为第三金属(第一金属指钢铁,第二金属指铝)、未来的钢铁。

在飞机制造工业上,要求制造所用的材料,既质轻,又强度大。一般是用比强度(材料的强度和比重的比值)来表示它,这个比值越大越好,而钛正符合这个要求。钛的比强度是目前使用材料中最大的,是不锈钢的3倍,是铝合金的

1.3倍。所以,在飞机制造工业上,很重视钛这个材料。随着航空工业的发展,飞机的飞行速度越来越快。速度越快、飞机跟空气摩擦产生的飞机表面温度就越高,当速度达到2.2倍音速的时候,铝合金已经不能胜任,而用钢又太重,只有采用钛合金来制造,所以有人说,如果没有钛合金作为制造材料,就不能发展

2.5倍音速以上的超音速飞机。

宇宙航行,就是指火箭、人造卫星和宇宙飞船等。在宇宙航行上,飞行速度比飞机更要快得多,并且工作环境变化更大,所以对材料的要求也更高、更严格。

比如,用火箭把载人的宇宙飞船运到月球上去,要经历从高温到超低温的过程。在返回地面的时候,又从超低温进入高温,当飞船进入大气层的时候,飞船表面温度上升到540℃~650℃。制造宇宙飞船的材料,必须适应这样剧烈的温度变化,而钛合金能满足这些要求。从1957年开始,钛材料大量在宇宙航行上使用,主要用来作火箭的发动机壳体,人造卫星的外壳、紧固件、燃料储箱、压力容器等;还有飞船的船舱、骨架、内外蒙皮等。在宇宙航行上,使用了钛以后,可以大大减轻飞行器的重量。从经济效果来看,由于结构重量的减轻,能够大量节省燃料,同时可以大大降低火箭和导弹的建造和发射费用。

钛的耐腐蚀能力非常强,特别是对海水的抗腐蚀能力,可以与白金相媲美。曾经有人把金属钛放在海水中浸泡了四年半,取出来以后观察,几乎没有被腐蚀,仍然保持原有金属光泽,所以,钛是制造舰艇的良好材料。钛作为耐腐蚀材料,自它的诞生就受到各国的高度重视。比如美国从1963年到1975年,在耐腐蚀材料方面使用钛的量增加了10倍。在日本使用的钛当中,有90%是用在耐腐蚀方面。钛的耐腐蚀能力比不锈钢高150倍。钛和氧有很强的结合能力,当钛暴露在空气中时,其表面立刻形成一层很薄的稳定的氧化膜,并具有特殊的耐腐蚀能力。(如果这层膜受到机械损伤的话,还会重新形成一层薄膜。)现在,电解槽国内外都用钛代替了石墨。目前,在国外有国家已规定:在原子能发电厂,为了安全,必须全部使用钛制冷凝器。在这方面用钛量是相当可观的,如发电量为60万KW的火力发电站,需钛材60t,而发电量为110KW的原子能发电站需要钛材多达150t.

在合金钢中加入少量的钛,可以大大改善钢的性能,提高钢的强度、韧性和耐腐蚀性能。比如我们最常见的18-8不锈钢中就含有1%左右的钛。在有色金属湿法冶金中,使用了钛以后,也收到良好的效果。比如在金属镍的电解生产中,已经采用钛板代替不锈钢板作母板,不锈钢板只能使用一年左右,而钛板可以使用10年以上,使用寿命延长了10倍。经过长期实验证明:钛在人体内没有毒性,和人体的分泌物不起作用,对任何杀菌方法都适应,且没有磁性,所以,国内外都已经用钛作矫形外科材料和医疗器械。

超导材料是未来极有发展前途的一种材料。用约50%的钛和50%的铌制成的合金,是目前研究和使用最多的一种超导材料。在美国每年生产的100多吨超导材料中,铌钛合金占90%。人工制得的钛酸钡(BaTiO3)具有特殊的性质,它具有高的介电常数,由它制成的电容器具有较大的容量。目前,钛虽然比不锈钢贵2~3倍,但是使用寿合一般比不锈钢要提高10倍以上。这就是说,使用钛材一次投资是贵了些,可是由于使用时间长,终究还是经济的。预计在不远的将来,钛将会像钢铁、铜、铝一样,成为我们日常生活中必不可少的一种金属。

我国丰富的钛的资源,为发展钛工业提供了优越条件,也必将为钛在各个领域里的广泛应用开辟美好的前景。

电池发展历史

电池发展历史  1800年  Alessandro Volta 发明世界上第一个电池.  1802年  Dr. William Cruikshank 设计了第一个便于生产制造的电池.

1836年

John Daniell 为提供稳定的放电电流,对电池做了改进

1859年

Gaston Planté 发明可充电的铅酸电池.

1868年

George Leclanché 开发出使用电解液的电池

1881年

J. A. Thiebaut 取得干电池专利.

1888年

Dr. Gassner 开发出第一个干电池.

1890年

Thomas Edison 发明可充电的铁镍电池

1896年

在美国批量生产干电池

1896年

发明D型电池.

1899年

Waldmar Jungner 发明镍镉电池.

1910年

可充电的铁镍电池商业化生产

1911年

我国建厂生产干电池和铅酸蓄电池(上海交通部电池厂)

1914年

Thomas Edison 发明碱性电池.

1934年

Schlecht and Akermann 发明镍镉电池烧结极板.

1947年

Neumann 开发出密封镍镉电池.

1949年

Lew Urry (Energizer) 开发出小型碱性电池.

1954年

Gerald Pearson, Calvin Fuller and Daryl Chapin 开发出太阳能电池.    1956年

Energizer.制造第一个9伏电池

1956年

我国建设第一个镍镉电池工厂(风云器材厂(755厂))

1960前后

Union Carbide.商业化生产碱性电池,我国开始研究碱性电池(西安庆华厂等三 家合作研发)

1970前后

出现免维护铅酸电池.

1970前后

一次锂电池实用化.

1976年

Philips Research的科学家发明镍氢电池.

1980前后

开发出稳定的用于镍氢电池的合金.

1983年

我国开始研究镍氢电池(南开大学)

1987年

我国改进镍镉电池工艺,采用发泡镍,电池容量提升40%

1987前

我国商业化生产一次锂电池

1989年

我国镍氢电池研究列入国家计划

1990前

出现角型(口香糖型)电池,

1990前后

镍氢电池商业化生产.

1991年

Sony.可充电锂离子电池商业化生产

1992年

Karl Kordesch, Josef Gsellmann and Klaus Tomantschger 取得碱性充电电池 专利

1992年

Battery Technologies, Inc.生产碱性充电电池

1995年

我国镍氢电池商业化生产初具规模

1999年

可充电锂聚合物电池商业化生产

2000年

我国锂离子电池商业化生产

2000后

燃料电池,太阳能电池成为全世界瞩目的新能源发展问题的焦点

电池的发展史由1836年丹尼尔电池的诞生到1859年铅酸电池的发明,至1883年发明了氧化银电池,1888年实现了电池的商品化,1899年发明了镍-镉电池,1901年发明了镍-铁电池,进入20世纪后,电池理论和技术处于一度停滞时期。但在第二次世界大战之后,电池技术又进入快速发展时期。首先是为了适应重负荷用途的需要,发展了碱性锌锰电池,1951年实现了镍-镉电池的密封化。1958年Harris提出了采用有机电解液作为锂一次电池的电解质,20世纪70年代初期便实现了军用和民用。随后基于环保考虑,研究重点转向蓄电池。镍-镉电池在20世纪初实现商品化以后,在20世纪80年代得到迅速发展。  随着人们环保意识的日益增加,铅、镉等有毒金属的使用日益受到限制,因此需要寻找新的可代替传统铅酸电池和镍-镉电池的可充电电池。锂离子电池自然成为有力的候选者之一。

1990年前后发明了锂离子电池。1991年锂离子电池实现商品化。1995年发明了聚合物锂离子电池,(采用凝胶聚合物电解质为隔膜和电解质)1999年开始商 品化 。现代社会电池的使用范围已经由40年代的手电筒、收音机、汽车、

和摩托车的启动电源发展到现在的40-50种用途。小到从电子表手表、CD唱机、移动电话、MP3、MP4、照相机、摄影机、各种遥控器、剔须刀、手枪钻、儿童玩具等。大到从医院、宾馆、超市、电话交换机等场合的应急电源,电动工具、拖船、拖车、铲车、轮椅车、高尔夫球运动车、电动自行车、电动汽车、风力发电站用电池、导弹、潜艇和鱼雷等军用电池。还有可以满足各种特殊要求的专用电池等。电池已经成为人类社会必不可少的便捷能源。

我国电池发展的历程

我国第一家电池厂于1911年诞生于上海。1921年第一家专业铅蓄电池厂-上海蓄电池厂也建于上海。1941年在延安中央军委三局所属电信材料厂开始生产锌锰干电池和修理铅酸蓄电池。1957年组建机电部电材局化学电源研究室,1958年成为我国第一个专业研究所,既原一机部化学电源研究所(原电子工业部天津电源研究所)。1960年我国第一家碱性蓄电池厂“风云器材厂”在河南新乡正式验收投产。20世纪90年代初,国家开始了“863”重点攻关,使Ni-MH电池的生产化得到了迅速发展。以后国家又开始了锂离子电池“863”重点攻关,希望能借此推动锂离子电池及其材料的国产化。

我国发展锂离子电池生产的必要性

对于我国目前的电池工业而言,存在的主要问题是环境污染和资源浪费严重。对于环境污染而言,由于我国电池工业的自动化、机械化程度不高,很多企业多为手工操作,导致生产过程中污染很大,对工人身体危害大。干电池行业曾被人戏称为“污染企业”,“黑工业”。这些污染物主要有MnO2粉、HgO、沥青烟、烟雾、石蜡烟气等。其中汞是最受关注的、有剧毒的重金属,极微量的汞对人体有很大毒性。目前发达国家已宣布自1994年起禁止有汞电池的生产和进口。目前我国多数厂家仍然生产有汞电池。铅酸电池行业的主要污染物有Pb、Pbo粉尘、酸雾及废酸等。铅也是毒性较大的重金属,慢性铅中毒主要表现在神经系统受损、肾功能障碍和贫血等。Cd-Ni电池所用原料多为粉状,也存在粉尘污染问题;而且Cd的毒性较大,可以积累在肾脏和骨骼中,引起肾功能失调。另外,骨骼中钙被镉取代,使骨骼软化,疼痛难忍。此外,碱雾、废酸也是重要的污染物。锌锰干电池经常会出现铜绿、冒浆现象,总有一些MH-Ni电池在使用中会出现喷碱或爆裂现象。铅酸蓄电池仍有较大比例为老式开口电池,使用中仍有冒气冒酸现象。

废旧电池的大量弃用浪费了大量的有用材料。例如对于干电池的银电池而言,我国基本上未加以回收利用,至于价值低的锌锰干电池利用效果更差。

为了减少污染,保护环境,维护生态平衡以及保护地球上的有限资源,应当尽可能扩大资源种类,选用储量丰富的资源以及利用有利于环保的资源。因此,锂离子电池成为我国必须发展的电池品种。

碱性锌锰电池的发展史

锌锰电池发展至今经历了漫长的演变,早在1868年法国工程师乔治-勒克兰社采用二氧化锰和炭粉作正极粉料,将它压入多孔陶瓷的圆筒体中,并插上一根炭棒集流器作正极,用一根锌棒部分插入溶液中作负极,电解液是用20%的氯化铵水溶液,电池的容器是用玻璃瓶,做成第一个锌锰湿电池。1886年盖斯将氯化铵水溶液改用氯化铵,氯化锌,石膏和水合成的糊状物,并将锌片作成圆筒形作电池的容器,同时用石蜡封口,从而做成原电池的雏形。此后不久,又将面粉和淀粉作为电解质溶液的凝胶剂,是锌锰电池的便携性大大提高,为这种电池的工业化生产和广泛地使用打下了良好的基础。1890年前后这种电池在全世界范

围内投入工业化生产。

1870年前后采用了汞齐化锌阳极,以减轻锌的自放电。1877年对碳棒采用浸蜡处理,以防止炭棒爬液,减轻对金属集流体的腐蚀。

1923年采用乙炔黑代替石墨粉,使容量提高40%-50%,1945年电解二氧化锰在电池中的应用使锌锰电池的放电性能进一步有大的提高。然而,随着时代的发展,普通碱性锌锰电池不能满足市场的需求。

早在100多年前就有人提出过用锌做负极,MnO2做正极,KOH或NaOH做电解液,在漫长的研究过程中主要围绕四个问题进行:一是用粉状多孔锌电极代替片状电极,降低放电电流密度和解决锌片在碱液中易于钝化的缺点;二是采用反极结构,提高MnO2的填充量,使正负极容量相匹配;三是对锌粉汞齐化处理和碱液中加ZnO,解决锌在碱液中的腐蚀;四是密封结构和密封材料的改进,解决爬碱现象。

直到1950代前后在锌锰干电池的基础上成功研制出碱性锌锰电池,。它以锌粉为负极,电解二氧化锰为正极,电解液采用NaOH或KOH,使电池性能成倍的提高。它不仅容量高,还适合于大电流连续放电。还具有优良的低温性能,储存性能和防漏性能。

但在前期的碱锰电池中要控制负极锌粉在碱液中的气量,当时电池的用汞量非常大, 用汞量在2%-6%,八十年代末随着人们环保意识的加强,掀起了无汞碱锰电池的研究热潮,寻找有机或无机代汞缓蚀剂和锌粉中合金元素(主要是Al,Bi,In,Pb)成为主要的研究方向。到九十年代中旬,无汞碱锰电池进入市场。

同时,从60年代开始,对可充的碱性锌锰二次电池开展了广泛的研究,经过30多年的研究已取得突破性的进展,但由于其放电深度浅,循环寿命短,还未能实现商品化。

进入二十一世纪以来,碱性锌锰电池得到飞速的发展,大有替代普通锌锰电池和其他电池的趋势。同时用电器具的发展对碱锰电池高容量和大电流放电提出更高的要求。因此,未来碱锰电池的研究主要集中在高功率重负荷放电性能,电池容量的提升以及储存寿命的提高上。

巴格达电池

作者:颜可维  

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