第八章新材料技術(shù)ppt課件

1、第八章 新材料技術(shù),自然界由物質(zhì)、能量、信息構(gòu)成。材料、能源、信息是現(xiàn)代文明的三大支柱,本章要點： 新型金屬材料 陶瓷材料 新型高分子材料 復合材料 信息材料和超導材料 納米材料,2019.12.2,材料是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎，是人類進步的里程碑。歷史上的石器時代、青銅器時代、鐵器時代都是以材料作為時代主要標志的。（是現(xiàn)代文明的支柱,第一節(jié) 材料與人類社會,石器、陶瓷、鐵、銅、玻璃、水泥、有機高分子（如塑料等）、單晶材料，每一種新型材料的研制成功，都引起人類文化和生活的新變化。如： (1)半導體材料計算機技術(shù)； (2)耐高溫、高強度的特殊結(jié)構(gòu)材料宇航工業(yè)； (3)光導纖維現(xiàn)代的光通訊；

2、 (4)有機高分子材料豐富多彩的現(xiàn)代生活,新材料，主要是指最近發(fā)展或正在發(fā)展之中的具有比傳統(tǒng)材料更為優(yōu)異性能的一類材料,如：新型的金屬材料、陶瓷材料、高分子材料、復合材料、信息材料、超導材料、納米材料等,煤氣爐中的電子打火壓電陶瓷,海底電纜光導纖維,電腦的CPU單晶硅,在各行各業(yè)都有廣泛的應用,一、形狀記憶合金 （鈦鎳合金） 形狀記憶合金是一種新的功能金屬材料，用這種合金做成的金屬絲，即使將它揉成一團，但只要達到某個溫度，它便能在瞬間恢復原來的形狀,第二節(jié) 新型金屬材料,新型金屬材料種類繁多，它們都屬合金,狀態(tài)1,狀態(tài)2,狀態(tài)1,衛(wèi)星天線,收藏的狀態(tài),衛(wèi)星天線,二、超塑性合金 超塑性合金是指那

3、些具有超塑性的金屬材料。超塑性是一種奇特的現(xiàn)象。具有超塑性的合金在一定的溫度下，能像飴糖一樣伸長10倍、20倍甚至上百倍，也不會斷裂,新型金屬材料,試想一下，金屬變成了飴糖狀，從而具有了可吹塑和可擠壓的柔軟性能 ，加工成型非常方便,超塑性成形工藝將在航天、汽車、車廂制造等部門中廣泛采用，所用的超塑性合金包括鋁、鎂、鈦、碳鋼、不銹鋼和高溫合金等,三、減震合金 又稱阻尼合金,新型金屬材料,一種阻尼(內(nèi)耗)大，能使振動迅速衰減的特種金屬材料。 采用阻尼合金減震防噪，具有結(jié)構(gòu)簡便、體積小、輕量化等優(yōu)點,新近開發(fā)成功的一種新型錳基減振合金“M2052合金”，其化學成分含Mn73、Cu20、Ni5、Fe2

4、(均為原子百分比,應用在高速運動的機械零部件和家用電器中（冰箱、空調(diào)、音響等），可減少振動，提高穩(wěn)定性，降低噪音,四、儲氫合金,新型金屬材料,能儲存氫的合金，稱為儲氫合金,儲氫合金具有很強的捕捉氫的能力，它可以在一定的溫度和壓力條件下，氫分子在合金中先分解成單個的原子，而這些氫原子便“見縫插針”般地進入合金原子之間的縫隙中，并與合金進行化學反應生成金屬氫化物，外在表現(xiàn)為大量“吸收”氫氣，同時放出大量熱量。而當對這些金屬氫化物進行加熱時，它們又會發(fā)生分解反應，氫原子又能結(jié)合成氫分子釋放出來，而且伴隨有明顯的吸熱效應,主要用途: 氫氣分離、回收和凈化材料 ；制冷或采暖設備材料 ；鎳氫充電電池,五、

5、金屬多孔材料（略,六、非晶及微晶合金 （略,第三節(jié) 陶瓷材料,1、陶器瓷器（傳統(tǒng)陶瓷,先進結(jié)構(gòu)陶瓷 先進功能陶瓷,陶瓷的了展經(jīng)過三次飛躍，圖見P286,2、傳統(tǒng)陶瓷先進陶瓷,3、先進陶瓷納米陶瓷,本書主要提到,一、結(jié)構(gòu)材料高溫結(jié)構(gòu)陶瓷,1)氧化鋁陶瓷,用 途,坩堝、高溫爐管,剛玉球磨機,高壓鈉燈燈管,用途示例：鈉蒸氣放電發(fā)光問題早在1950年就得以解決，由于沒有一種能抵御高溫鈉蒸氣（1400）強烈腐蝕的特殊材料，所以，直到1965年才制取第一支高壓鈉燈,高溫結(jié)構(gòu)材料與金屬材料的性能比較,耐高溫、耐腐蝕、硬度大、耐磨損、不怕氧化,金屬材料： 易受腐蝕、不耐氧化、不適合高溫時使用,高純氧化鋁透明陶

6、瓷管,氧化鋁陶瓷制品,高溫結(jié)構(gòu)材料,2)氮化硅陶瓷,此外，高溫結(jié)構(gòu)陶瓷還有：氮化硼陶瓷、碳化 硼陶瓷、 、 等,Si3N4基陶瓷球軸承,氮化硅陶瓷部件,沙漠車,等,氧化鋯陶瓷,碳化硅陶瓷,3)人造寶石,紅寶石和藍寶石的主要成分都是Al2O3（剛玉）。 紅寶石呈現(xiàn)紅色是由于其中混有少量含鉻化合物； 而藍寶石呈藍色則是由于其中混有少量含鈦化合物。 1900年，科學家曾用氧化鋁熔融后加入少量氧化鉻的方法，制出了質(zhì)量為2g-4g的紅寶石。 現(xiàn)在，已經(jīng)能制造出大到10g的紅寶石和藍寶石,鉆石、寶石、玉石的成分是什么，它們是同一類物質(zhì)嗎,鉆石就是 ，其成分是碳； 的主要成分是氧化鋁，不同顏色的寶石是因為其

7、中含少量不同的氧化物雜質(zhì)； 的主要成分是 硅酸鹽。所以，鉆石、寶石、玉石都是價格昂貴的“石頭”，但它們不是同一類物質(zhì),金剛石,寶石,玉石,是指利用材料的電、磁、聲、光、熱、彈性等直接的或耦合的效應以實現(xiàn)各種使用功能的陶瓷,二、先進功能陶瓷,半導體陶瓷、絕緣陶瓷、介電陶瓷、發(fā)光陶瓷、感光陶瓷、吸波陶瓷、激光用陶瓷、核燃料陶瓷、推進劑陶瓷、太陽能光轉(zhuǎn)換陶瓷、貯能陶瓷、陶瓷固體電池、阻尼陶瓷、生物技術(shù)陶瓷、催化陶瓷、特種功能薄膜等，在自動控制、儀器儀表、電子、通訊、能源、交通、冶金、化工、精密機械、航空航天、國防等部門均發(fā)揮著重要作用,其用途實在太多了,第四節(jié)新型高分子材料,高分子是由碳、氫、氧、氮

8、、硅、硫等元素組成的分子量足夠高的有機化合物,高分子材料包括橡膠、塑料、纖維、涂料、膠粘劑等材料,現(xiàn)代高分子材料為三大合成材料：橡膠、塑料、合成纖維,現(xiàn)代高分子材料（新型高分子材料），具有磁性、光信息的處理、人體器官的替代等方面,第五節(jié)復合材料,復合材料是由兩種或兩種以上不同性質(zhì)的材料，通過物理或化學的方法，在宏觀上組成具有新性能的材料。 各種材料在性能上互相取長補短，產(chǎn)生協(xié)同效應，使復合材料的綜合性能優(yōu)于原組成材料而滿足各種不同的要求,有玻璃纖維（玻璃鋼）、碳纖維、芳綸纖維、超高分子聚乙烯纖維 等,第六節(jié) 信息材料和超導材料,一、信息材料,二、超導材料： 超導材料是一類在低溫下23.2K（大

9、約零下250攝氏度）或更低溫度下電阻可以完全消失的材料,T（K）273+t（攝氏度,信息材料屬于功能材料，是為實現(xiàn)信息探測、傳輸、存儲、顯示和處理等功能使用的材料。如電子材料，光電子材料等,超導材料的作用,1）用超導材料做成導線，電阻幾乎為零，可以實現(xiàn)遠距離無損耗輸電； （2）超導材料可以產(chǎn)生極強的磁場，用于制造磁懸浮列車； （3）用超導材料制成的發(fā)電機將會比現(xiàn)有的發(fā)動機輸出功率高100倍以上,1986年，獲得了臨界溫度Tc達35K的超導體， 1987年，發(fā)現(xiàn)了臨界溫度Tc為90K的材料，實現(xiàn)了在液氧（77K）中的超導性,超導研究的進展,人類已發(fā)現(xiàn)由鑭、鍶、銅、氧組成的陶瓷材料在14溫度下存在

10、超導跡象,納米材料指的是微粒直徑最多不超過100納米的材料， （通常情況下，微粒直徑不超過10nm納米）它具有奇特的光、電、磁、熱、力和化學性質(zhì)。 實驗發(fā)現(xiàn)如果將金屬銅或鋁做成幾個納米的顆粒，一遇到空氣就會產(chǎn)生劇烈的燃燒，發(fā)生爆炸。有人認為用納米顆粒作新型火箭的固體燃料將會有更大的推力,第七節(jié) 納米材料,1毫米=1 000微米,1 微米=1 000 納米,如果把納米顆粒粉末制成塊狀金屬材料，它會變得十分結(jié)實，強度比一般金屬高十幾倍，同時又可以像橡膠一樣富有彈性。納米金屬有著奇異的性能超塑延展性，納米銅在室溫下可延伸50多倍而不折斷。用這種材料制造飛機、汽車、輪船，會使它們的質(zhì)量減少到1/10,

11、1）納米碳管是石墨中一層或若干層碳原子卷曲而成的籠狀纖維，內(nèi)部是空的，外部直徑只有幾到幾十納米。這樣的材料很輕，但很結(jié)實。它的密度是鋼的1/6，而強度卻是鋼的100倍。用來做防彈背心是再好不過的了。納米碳管的細尖極易發(fā)射電子，用于做電子槍，可做成幾厘米厚的壁掛式電視。 （2）如果把透明、防油、防水的納米材料顆粒組合在大樓表面或窗玻璃上，大樓不會被空氣中的油污弄臟，玻璃也不會沾上水蒸氣而永遠透明。 （3）納米材料在醫(yī)學上前途不可限量。用數(shù)層納米材料包裹的智能藥物進入人體后可主動搜索并攻擊癌細胞或修補損傷組織。在人工器官外面涂上納米粒子可預防移植后的排異反應。使用納米技術(shù)的新型診斷儀器只需檢測少量血液，就能診斷出各種疾病。納米顆粒還可用于人體的細胞分離或細胞染色，也可以用來攜帶DNA進行DNA治療基因缺陷癥,高純氧化鋁透明陶瓷管,返回,氧化鋁陶瓷制品,高壓鈉燈管,1燈內(nèi)溫度高達1400 。 2鈉蒸氣具有強烈的腐