機械材料
第 一 章 工 程 材 料 概 論
§ 1-1 工程材料的種類
§ 1-2 工程材料的性質與應用
§ 1-1 工程材料的種類
工 程 材 料
金 屬 材 料 非 金 屬 材 料
鐵類金屬材料 (ferrous metals)
非鐵類金屬材料 (nonferrous metals)
無機類材料 (inorganic materials)
有機類材料 (organic materials)
§ 1-2 工程材料的性質與應用
※ 金屬(metal)：具有延展性及電、熱傳導性，有光澤 之結晶性元素。
※ 金屬元素固體內之原子易失去外層電子形成自由電 子，其餘電子則被原子核牢牢吸住，形成陽離子；陽 離子藉其周圍之自由電子雲結合起來，這種結合使每 一陽離子皆盡可能多緊靠幾個鄰近離子，形成密排之 短鍵結。
※ 自由電子可以任意遊動 D 形成一種「電子海」 D 金 屬可藉以傳電、導熱，且具有光澤、不透光之特性。
※ 密排之短鍵結 D 使金屬具有相當的強度、延展性及 高密度。
※ 金屬原子形成陽離子且在與氫、氧結合後易形成鹼性 化合物，符合金屬之化學特性。
※ 合金(alloy)：由兩種或兩種以上的金屬組成而成的 物質，如黃銅為銅鋅合金、青銅為銅錫合金等是。
D更廣義的合金尚包含由金屬與非金屬組合而成者，
如鋼為鐵－碳合金。
※ 合金(alloy)：在一種金屬裡面，加入他種金屬或非 金屬，所形成具有金屬特性的物質。(最適切的定義)
※ 雜質(impurity)：在「純」金屬內，那些不請自來、
不受歡迎的元素或化合物。
※ 合金元素(alloying element)：為了某種目的而加入 或特別保留的元素。
※ 純金屬：不故意加入合金元素之精煉金屬。
※ 純元素合金後可以造成許多效應，包括熔點下降(或 上升)、強度硬度上升、延性下降、電阻增大、導熱 度降低、熱處理性能增進、耐蝕性變化、磁性變化 等。
※ 金屬：概括純金屬與合金兩者。
※ 鐵類金屬材料：泛指以鐵為主要成分之合金，如生 鐵、鑄鐵、鋼及各種合金鋼等是。
※ 鐵類金屬材料主要共通特性：
1. 強度、延展性、韌性及硬度一般都相當高，且有 很寬廣的範圍(隨組成而變)可供工業上選擇。
2. 價格相當低廉(特殊合金鋼除外)。
3. 絕大多數已規格化。
4. 鐵類金屬的使用量大於所有非鐵金屬使用量的總 和。
※ 非鐵類金屬材料：泛指上述除外之金屬材料，如 鋁、銅、鎂、鋅、鎳、鈦及它們的合金。
※ 非鐵類金屬材料主要共通特性：
1. 具備特殊性質，如導電性(如銅及銅合金)、比強度 (如鋁合金、鈦合金、鎂合金等)、耐熱性、耐低 溫或耐蝕性(如鎳合金)。
2. 價格較貴。
3. 也已規格化。
※ 無機類材料(在一般材料學上屬於陶瓷材料)包括：
1. 基礎材料：石材、水泥、混凝土。
2. 耐火材料：氧化矽、氧化鋁。
3. 研削材料：剛玉、金剛砂等。
※ 無機類材料主要共通特性：
1. 大多為氧化物(少數例外為氮化物、碳化物、硼化物、矽化 物)。
2. 具有高熔點。
3. 硬度很高、具脆性。
4. 大多為熱、電之不良導體(少數例外如金鑽石、cBN、SiC、
Al2O3等為熱之良導體；RuO2為導電體，Y-Ba-Cu-O及Ba- Sr-Ca-Cu-O為超導體等)。
※ 有機類材料包括：塑膠、橡膠、塗料、皮革、木材、潤滑劑 等。
※ 有機類材料主要共通特性：
1. 多為碳、氫、氧化合物。
2. 比重輕，強度、硬度低。
3. 熔點低且多具可燃性。
4. 大多為熱、電之不良導體(少數例外如導電性高分子具有導 電性)。
§§ 作業：
1. 就工業上使用的方式劃分，金屬材料有那幾類？
2. 何謂鐵類金屬？又分那些種類？有什麼共通特性？
3. 工業上使用的非金屬材料分那些種類？各有什麼共 通特性？
