第7章功能材料-清華大學(xué)-工程材料

1、“十五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材工程材料第3版配套課件第第7 7章章第7 7章 功能材料內(nèi)容提要： 介紹功能材料的發(fā)展及分類(lèi)，介紹常介紹功能材料的發(fā)展及分類(lèi)，介紹常用電功能材料、磁功能材料、熱功能材料、用電功能材料、磁功能材料、熱功能材料、光功能材料等應(yīng)用。光功能材料等應(yīng)用。 學(xué)習(xí)目標(biāo)： 了解各種功能材料及其基本應(yīng)用。了解各種功能材料及其基本應(yīng)用。 概述概述具有某種或某些特殊物理性能具有某種或某些特殊物理性能或功能的材料叫作或功能的材料叫作功能材料功能材料。電功能材料電功能材料 磁功能材料磁功能材料 熱功能材料熱功能材料 光功能材料光功能材料 功能材料發(fā)展過(guò)程：功能材料發(fā)展過(guò)程： 最早：銅、鋁導(dǎo)線(xiàn)及硅鋼

2、最早：銅、鋁導(dǎo)線(xiàn)及硅鋼片等。電工合片等。電工合金、金、磁與電金屬功能材料（電力工業(yè)發(fā)展）磁與電金屬功能材料（電力工業(yè)發(fā)展） 5050年代：半導(dǎo)體功能材料（微電子技術(shù)）年代：半導(dǎo)體功能材料（微電子技術(shù)） 6060年代：光功能材料（激光技術(shù)）年代：光功能材料（激光技術(shù)） 7070年代后：光電子材料、形狀記憶合金、年代后：光電子材料、形狀記憶合金、儲(chǔ)能材料等儲(chǔ)能材料等 9090年代起：智能功能材料、納米功能材料年代起：智能功能材料、納米功能材料 7.17.1 電功能材料電功能材料 電功能材料以金屬材料為主：電功能材料以金屬材料為主： 金屬導(dǎo)電材料金屬導(dǎo)電材料 金屬電阻材料金屬電阻材料 金屬電接點(diǎn)材料

3、金屬電接點(diǎn)材料 超導(dǎo)材料超導(dǎo)材料 金屬電阻材料：金屬電阻材料：制造電子線(xiàn)路中電阻制造電子線(xiàn)路中電阻元件及電阻器的基礎(chǔ)元件及電阻器的基礎(chǔ)材料。材料。 金屬導(dǎo)電材料：金屬導(dǎo)電材料：用來(lái)傳送電流的材料用來(lái)傳送電流的材料, , 包括電力、電機(jī)工程中使用的電纜、電線(xiàn)等包括電力、電機(jī)工程中使用的電纜、電線(xiàn)等強(qiáng)電材料和儀器、儀表用的弱電材料兩大類(lèi)。強(qiáng)電材料和儀器、儀表用的弱電材料兩大類(lèi)。電纜電纜7.1.1 7.1.1 金屬電接點(diǎn)材料金屬電接點(diǎn)材料 一、強(qiáng)電或中電電接點(diǎn)材料 制造電力、電機(jī)系統(tǒng)和電器裝置中的電接點(diǎn)。制造電力、電機(jī)系統(tǒng)和電器裝置中的電接點(diǎn)。采用采用純銅、黃銅純銅、黃銅等。等。 弱電接點(diǎn)材料大都采

4、用貴金弱電接點(diǎn)材料大都采用貴金屬屬（AuAu、AgAg、PtPt）或貴金屬為基或貴金屬為基的合金材料；為降低成本，常在的合金材料；為降低成本，常在CuCu表面涂表面涂AuAu、AgAg、PtPt層。層。常見(jiàn)電接點(diǎn)元件常見(jiàn)電接點(diǎn)元件 二、弱電接點(diǎn)材料 制造儀器儀表、電子與電訊裝置中的各種制造儀器儀表、電子與電訊裝置中的各種電接觸元件（小型繼電器、微型開(kāi)關(guān)、電位器、電接觸元件（小型繼電器、微型開(kāi)關(guān)、電位器、印刷電路板插座、集成電路引線(xiàn)框架等）。印刷電路板插座、集成電路引線(xiàn)框架等）。7.1.2 7.1.2 超導(dǎo)材料超導(dǎo)材料 一、超導(dǎo)現(xiàn)象 1. 1. 超導(dǎo)現(xiàn)象超導(dǎo)現(xiàn)象 幾十種金屬元素及其合金、化合物，

5、一幾十種金屬元素及其合金、化合物，一些半導(dǎo)體材料和有機(jī)材料等具有超導(dǎo)現(xiàn)象；些半導(dǎo)體材料和有機(jī)材料等具有超導(dǎo)現(xiàn)象；超導(dǎo)現(xiàn)象：超導(dǎo)現(xiàn)象：物質(zhì)在一定的溫度物質(zhì)在一定的溫度T Tc c以下時(shí)以下時(shí), ,電阻為零電阻為零, , 并完全排斥磁場(chǎng)（即磁力線(xiàn)并完全排斥磁場(chǎng)（即磁力線(xiàn)不能進(jìn)入其內(nèi)部）的現(xiàn)象。不能進(jìn)入其內(nèi)部）的現(xiàn)象。超導(dǎo)材料：超導(dǎo)材料：具有超導(dǎo)現(xiàn)象的材料具有超導(dǎo)現(xiàn)象的材料 2. 2. 特征及臨界參數(shù)特征及臨界參數(shù) 超導(dǎo)材料的基本特征為零電阻，第二超導(dǎo)材料的基本特征為零電阻，第二特征為完全抗磁性；特征為完全抗磁性； 轉(zhuǎn)變溫度轉(zhuǎn)變溫度T Tc c 在一定的溫度在一定的溫度T Tc c以下時(shí)以下時(shí), ,

6、電阻為零。電阻為零。 絕大多數(shù)超導(dǎo)材料轉(zhuǎn)變溫度絕大多數(shù)超導(dǎo)材料轉(zhuǎn)變溫度T Tc c在在23.2 23.2 K(K(約約-250 )-250 )以下以下, ,高溫超導(dǎo)材料高溫超導(dǎo)材料T Tc c在在125K(125K(約約-148 )-148 )以上。以上。 臨界磁場(chǎng)臨界磁場(chǎng)B Bc c 當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)某一個(gè)當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)某一個(gè)臨界值臨界值B Bc c時(shí)時(shí), , 超導(dǎo)體就轉(zhuǎn)回常態(tài)。超導(dǎo)體就轉(zhuǎn)回常態(tài)。 臨界電流密度臨界電流密度J Jc c 當(dāng)電流密度超過(guò)某當(dāng)電流密度超過(guò)某一個(gè)臨界值一個(gè)臨界值J Jc c時(shí)時(shí), , 超導(dǎo)體也開(kāi)始有電阻。超導(dǎo)體也開(kāi)始有電阻。 二、超導(dǎo)體種類(lèi) 1. 1. 第一類(lèi)超導(dǎo)體第

7、一類(lèi)超導(dǎo)體 除除NbNb和和V V外的其它純金屬。外的其它純金屬。 大于大于B Bc c的磁場(chǎng)中是正常態(tài)的磁場(chǎng)中是正常態(tài); ; 小于小于B Bc c的磁場(chǎng)中是超導(dǎo)態(tài)（完全抗磁態(tài)）。的磁場(chǎng)中是超導(dǎo)態(tài)（完全抗磁態(tài)）。 2. 2. 第二類(lèi)超導(dǎo)體第二類(lèi)超導(dǎo)體 NbNb、V V及多數(shù)金屬合金和化合物超導(dǎo)體、氧化及多數(shù)金屬合金和化合物超導(dǎo)體、氧化物超導(dǎo)體。物超導(dǎo)體。 磁場(chǎng)小于磁場(chǎng)小于B Bc1c1時(shí)處于超導(dǎo)態(tài)，時(shí)處于超導(dǎo)態(tài)， 磁場(chǎng)大于磁場(chǎng)大于B Bc2c2時(shí)恢復(fù)常態(tài)時(shí)恢復(fù)常態(tài); ; 磁場(chǎng)介于磁場(chǎng)介于B Bc1c1與與B Bc2c2之間，一部分區(qū)域仍處于超之間，一部分區(qū)域仍處于超導(dǎo)態(tài)，另一部分區(qū)域處于常態(tài)（

8、磁場(chǎng)可穿過(guò)）。導(dǎo)態(tài)，另一部分區(qū)域處于常態(tài)（磁場(chǎng)可穿過(guò)）。 三、超導(dǎo)材料 按臨界轉(zhuǎn)變溫度按臨界轉(zhuǎn)變溫度T Tc c分：分： 低溫超導(dǎo)材料低溫超導(dǎo)材料 用極低溫的液氦冷卻用極低溫的液氦冷卻 高溫超導(dǎo)材料高溫超導(dǎo)材料 用較廉價(jià)的用較廉價(jià)的77K77K液氮冷卻液氮冷卻 按承受磁場(chǎng)和電流的強(qiáng)弱分：按承受磁場(chǎng)和電流的強(qiáng)弱分： 強(qiáng)電超導(dǎo)材料強(qiáng)電超導(dǎo)材料 Nb-TiNb-Ti基超導(dǎo)合金及金基超導(dǎo)合金及金屬間化合物屬間化合物 弱電超導(dǎo)材料弱電超導(dǎo)材料 多為約瑟夫森器件材料，多為約瑟夫森器件材料，如如SnSn、PbPb、InIn、Pb-InPb-In合金、合金、Pb-BiPb-Bi合金、合金、Pb-Pb-In-A

9、uIn-Au合金等軟金屬合金等軟金屬, Nb, Nb和和NbNb的化合物的化合物, Ba-Y-, Ba-Y-CuCu氧化物薄膜等）氧化物薄膜等） 其他超導(dǎo)材料：其他超導(dǎo)材料： 氧化物陶瓷氧化物陶瓷 有機(jī)超導(dǎo)材料有機(jī)超導(dǎo)材料 碳納米管碳納米管（T Tc c已接近液氮溫度已接近液氮溫度77 K77 K） 超導(dǎo)材料應(yīng)用超導(dǎo)材料應(yīng)用 已廣泛應(yīng)用于加速器、已廣泛應(yīng)用于加速器、醫(yī)學(xué)診斷設(shè)備、熱核反應(yīng)醫(yī)學(xué)診斷設(shè)備、熱核反應(yīng)堆等。堆等。 約瑟夫森器件已廣泛約瑟夫森器件已廣泛應(yīng)用于高科技電子產(chǎn)品。應(yīng)用于高科技電子產(chǎn)品。用高溫超導(dǎo)材料制造用高溫超導(dǎo)材料制造的磁懸浮式列車(chē)的磁懸浮式列車(chē)7.2.1 7.2.1 軟磁材

10、料軟磁材料 一、軟磁材料特性 軟磁材料軟磁材料在較低的磁場(chǎng)中被磁化而呈強(qiáng)在較低的磁場(chǎng)中被磁化而呈強(qiáng)磁性，磁場(chǎng)去除后磁性基本消失。磁性，磁場(chǎng)去除后磁性基本消失。 性能要求：性能要求： 高的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度高的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度 高的最大磁導(dǎo)率高的最大磁導(dǎo)率 高的居里溫度高的居里溫度 低的損耗低的損耗 7.2 7.2 磁功能材料磁功能材料 二、材料及應(yīng)用 (1) (1) 純鐵純鐵 w w(C)(C)低于低于0.04%0.04%的的Fe-CFe-C合金。合金。 易加工，價(jià)格低，但電阻率低，渦流易加工，價(jià)格低，但電阻率低，渦流損耗大。損耗大。 應(yīng)用應(yīng)用 制造電磁鐵鐵芯、極頭，繼電制造電磁鐵鐵芯、極頭，繼電器

11、、揚(yáng)聲器中的磁導(dǎo)體。器、揚(yáng)聲器中的磁導(dǎo)體。 (2) (2) 硅鋼硅鋼 w w(Si)(Si)為為0.5%0.5%4.8%4.8%的的Fe-SiFe-Si合金。合金。 SiSi提高最大磁導(dǎo)率，增大電阻率，有利于提高最大磁導(dǎo)率，增大電阻率，有利于減小渦流損耗。冷軋減小渦流損耗。冷軋硅鋼片可以形成（硅鋼片可以形成（110110）001001織構(gòu)，織構(gòu)，磁性具有強(qiáng)烈的方向性。磁性具有強(qiáng)烈的方向性。 變壓器變壓器 繼電器繼電器 應(yīng)用應(yīng)用 制造電力、配電和通信工程中的發(fā)制造電力、配電和通信工程中的發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、變壓器、繼電器、電感器鐵芯。電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、變壓器、繼電器、電感器鐵芯。 ( (3)鐵鈷合金鐵鈷

12、合金 Fe64Co35V1Fe64Co35Cr1 (Fe50Co50)98.7V1.3 具有具有高的磁導(dǎo)率，但高的磁導(dǎo)率，但電阻率較低，價(jià)電阻率較低，價(jià)格貴。格貴。 應(yīng)用應(yīng)用 : :制造小型、輕型有較高要求的制造小型、輕型有較高要求的飛行器和儀器儀表元件。飛行器和儀器儀表元件。 (4) (4) 鐵鎳合金鐵鎳合金 w w(Ni)(Ni)為為76%76%86%86%的的Fe-NiFe-Ni合金。合金。 在弱磁場(chǎng)中有很高的初始在弱磁場(chǎng)中有很高的初始磁導(dǎo)率和磁導(dǎo)率和最最大磁導(dǎo)率，有較高的電阻率，易加工成極大磁導(dǎo)率，有較高的電阻率，易加工成極薄帶。薄帶。 應(yīng)用應(yīng)用 : :適于在交流弱磁場(chǎng)中使用。制適于在

13、交流弱磁場(chǎng)中使用。制造用于電視機(jī)、收音機(jī)和通訊器材中的音造用于電視機(jī)、收音機(jī)和通訊器材中的音頻變壓器、互感器、磁放大器、磁頭等。頻變壓器、互感器、磁放大器、磁頭等。 (5) (5) 鐵氧體鐵氧體 Mg-ZnMg-Zn鐵氧體鐵氧體 由由MgMg、ZnZn氧化物粉末制成氧化物粉末制成 Ni-ZnNi-Zn鐵氧體鐵氧體 由由NiNi、ZnZn氧化物粉末制成氧化物粉末制成 渦流損耗很低。渦流損耗很低。 制造低頻、中頻、高頻變壓器，電視機(jī)、制造低頻、中頻、高頻變壓器，電視機(jī)、收音機(jī)中的磁棒、磁芯等。收音機(jī)中的磁棒、磁芯等。 磁性材料磁性材料 磁鐵氧體磁鐵氧體7.2.2 7.2.2 永（硬）磁材料永（硬）

14、磁材料 一、永磁材料特性 永磁材料在磁永磁材料在磁場(chǎng)中被充磁，磁場(chǎng)去除場(chǎng)中被充磁，磁場(chǎng)去除后材料的磁性仍長(zhǎng)時(shí)保留。后材料的磁性仍長(zhǎng)時(shí)保留。 有很高的磁能積。有很高的磁能積。 很高的矯頑力。很高的矯頑力。 二、分類(lèi)及應(yīng)用分類(lèi)分類(lèi) 特點(diǎn)及應(yīng)用特點(diǎn)及應(yīng)用Al-Ni-Co系系 永磁材料永磁材料 高剩磁、溫度系數(shù)低、性能穩(wěn)定，用于對(duì)永磁體性能穩(wěn)定性要求較高的高剩磁、溫度系數(shù)低、性能穩(wěn)定，用于對(duì)永磁體性能穩(wěn)定性要求較高的精密儀器儀表和裝置中精密儀器儀表和裝置中 永磁鐵氧體永磁鐵氧體 鋇鐵氧體鋇鐵氧體（BaOBaO. .6Fe6Fe2 2O O3 3) ) 鍶鐵氧體鍶鐵氧體(SrO(SrO. .6Fe6Fe

15、2 2O O3 3) ) 矯頑力高、價(jià)格低，但最大磁能與剩磁偏低、磁性溫度系數(shù)高矯頑力高、價(jià)格低，但最大磁能與剩磁偏低、磁性溫度系數(shù)高,用于家用用于家用電器和轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械裝置等電器和轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械裝置等 稀土永磁材料稀土永磁材料 釹鐵硼合金釹鐵硼合金最大磁能積最大、矯頑力高，稀土永磁材料（超強(qiáng)材料）用于制造汽車(chē)最大磁能積最大、矯頑力高，稀土永磁材料（超強(qiáng)材料）用于制造汽車(chē)電機(jī)、音響系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、無(wú)刷電機(jī)、傳感器、核磁共振儀、電子表、電機(jī)、音響系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、無(wú)刷電機(jī)、傳感器、核磁共振儀、電子表、磁選機(jī)、計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備、測(cè)量?jī)x表等磁選機(jī)、計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備、測(cè)量?jī)x表等 Fe-Cr-Co系系 w(Cr)23.

16、5%27.5% w(Co)11.5%21.0%可冷加工成板材、細(xì)棒，還可鑄造成型，但熱處理工藝復(fù)雜，磁性能與可冷加工成板材、細(xì)棒，還可鑄造成型，但熱處理工藝復(fù)雜，磁性能與Al-Ni-Co系合金相似系合金相似 復(fù)合永磁材料復(fù)合永磁材料 （如復(fù)合稀土（如復(fù)合稀土 永磁材料）永磁材料）工藝簡(jiǎn)單、強(qiáng)度高而耐沖擊、磁性能高并可調(diào)整等；用于儀器儀表、通工藝簡(jiǎn)單、強(qiáng)度高而耐沖擊、磁性能高并可調(diào)整等；用于儀器儀表、通訊設(shè)備、旋轉(zhuǎn)機(jī)械、磁療器械、音響器件、體育用品等訊設(shè)備、旋轉(zhuǎn)機(jī)械、磁療器械、音響器件、體育用品等 7.2.3 7.2.3 信息磁材料信息磁材料 用于光電通信、計(jì)算機(jī)、磁記錄及其用于光電通信、計(jì)算機(jī)

17、、磁記錄及其他信息處理技術(shù)中的存取信息的材料。他信息處理技術(shù)中的存取信息的材料。 對(duì)聲音、圖象和文字等信息進(jìn)行寫(xiě)入、對(duì)聲音、圖象和文字等信息進(jìn)行寫(xiě)入、記錄、存儲(chǔ)，并在需要時(shí)輸出。記錄、存儲(chǔ)，并在需要時(shí)輸出。 制作磁記錄介質(zhì)和磁頭。制作磁記錄介質(zhì)和磁頭。 一、磁記錄材料 -Fe-Fe2 2O O3 3磁粉和包磁粉和包CoCo的的-Fe-Fe2 2O O3 3磁粉、磁粉、FeFe金屬磁粉、金屬磁粉、CrOCrO2 2系磁粉、系磁粉、Fe-CoFe-Co系磁膜以系磁膜以及及BaFeBaFe1212O O1919系磁粉或磁膜等。系磁粉或磁膜等。 制作磁帶、磁盤(pán)、磁卡片及磁鼓等。制作磁帶、磁盤(pán)、磁卡片及

18、磁鼓等。 (Mn, Zn) Fe(Mn, Zn) Fe2 2O O4 4系系 (Ni, Zn) Fe(Ni, Zn) Fe2 2O O4 4系單晶和多晶鐵氧體系單晶和多晶鐵氧體 Fe-Ni-Nb(Ta)Fe-Ni-Nb(Ta)系系 Fe-Si-AlFe-Si-Al系高硬度軟磁合金系高硬度軟磁合金 Fe-Ni(Mo)-B(Si)Fe-Ni(Mo)-B(Si)系系 Fe-Co-Ni-ZrFe-Co-Ni-Zr系非晶軟磁合金系非晶軟磁合金 制作磁頭。制作磁頭。 稀土稀土- -過(guò)渡族非晶合金薄膜過(guò)渡族非晶合金薄膜 加加BiBi鐵石榴石多晶氧化物薄膜鐵石榴石多晶氧化物薄膜 新型磁記錄介質(zhì)，制作磁光盤(pán)。新

19、型磁記錄介質(zhì)，制作磁光盤(pán)。 具有超存儲(chǔ)密度、極高可靠性、可具有超存儲(chǔ)密度、極高可靠性、可擦除次數(shù)多、信息保存時(shí)間長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。擦除次數(shù)多、信息保存時(shí)間長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。 二、磁泡材料 (Y,Gd,Yb)(Y,Gd,Yb)3 3(Fe,Al)(Fe,Al)5 5O O1212系石榴石型鐵氧系石榴石型鐵氧體薄膜體薄膜, , (Sm,Tb)FeO (Sm,Tb)FeO3 3系正鐵氧體薄膜系正鐵氧體薄膜, , BaFe BaFe1212O O1919系沿鉛石型鐵氧體膜系沿鉛石型鐵氧體膜, , Gd-Co Gd-Co系、系、Tb-FeTb-Fe系非晶磁膜等，系非晶磁膜等， 應(yīng)用應(yīng)用 : :制作高速、高存儲(chǔ)密度存儲(chǔ)器

20、。制作高速、高存儲(chǔ)密度存儲(chǔ)器。 三、磁光材料 稀稀土合金磁光材料土合金磁光材料Y3Fe5O12膜紅外透明磁光材料。膜紅外透明磁光材料。 應(yīng)用應(yīng)用 : :用用于激光、光通信和光學(xué)計(jì)算于激光、光通信和光學(xué)計(jì)算機(jī)的磁性材料。機(jī)的磁性材料。 四、特殊功能磁性材料 1. 1. 微波磁材料微波磁材料 Y Y3 3FeFe5 5O O1212系石榴石型鐵氧體、系石榴石型鐵氧體、 (Mg, Mn)Fe(Mg, Mn)Fe2 2O O4 4系尖晶石型鐵氧體、系尖晶石型鐵氧體、 BaFeBaFe1212O O1919系磁鉛石型鐵氧體等；系磁鉛石型鐵氧體等； 用于雷達(dá)、衛(wèi)星通信、電子對(duì)抗、高用于雷達(dá)、衛(wèi)星通信、電子

21、對(duì)抗、高能加速器等的微波設(shè)備和隔離器和環(huán)行器能加速器等的微波設(shè)備和隔離器和環(huán)行器等非互易旋磁器件。等非互易旋磁器件。 2. 2. 微波磁吸收材料微波磁吸收材料 非金屬鐵氧體系、金屬磁性粉末或薄膜非金屬鐵氧體系、金屬磁性粉末或薄膜系等。系等。 可作雷達(dá)檢測(cè)不到的隱型飛機(jī)表面涂料?？勺骼走_(dá)檢測(cè)不到的隱型飛機(jī)表面涂料。7.37.3 熱功能材料熱功能材料 老師提示：老師提示：重點(diǎn)內(nèi)容重點(diǎn)內(nèi)容7.3.1 7.3.1 膨脹材料膨脹材料 絕大多數(shù)金屬和合金都有熱脹冷縮的現(xiàn)象，絕大多數(shù)金屬和合金都有熱脹冷縮的現(xiàn)象，不同金屬和合金，膨脹和收縮程度不同。一般用不同金屬和合金，膨脹和收縮程度不同。一般用線(xiàn)膨脹系數(shù)來(lái)

22、表示熱膨脹性的大小。線(xiàn)膨脹系數(shù)來(lái)表示熱膨脹性的大小。 根據(jù)膨脹系數(shù)的大小把膨脹材料分為三種：根據(jù)膨脹系數(shù)的大小把膨脹材料分為三種： 低膨脹材料低膨脹材料 定膨脹材料定膨脹材料 高膨脹材料高膨脹材料 一、低膨脹材料 低膨脹材料在低膨脹材料在-60 -60 100 100 內(nèi)膨脹系內(nèi)膨脹系數(shù)極小。數(shù)極小。 Fe-NiFe-Ni系合金、系合金、Fe-Ni-CoFe-Ni-Co系合金、系合金、 Fe-Co-CrFe-Co-Cr系合金、系合金、CrCr合金等。合金等。 應(yīng)用應(yīng)用 : :低膨脹材料用于制造精密儀器低膨脹材料用于制造精密儀器儀表等器件、長(zhǎng)度標(biāo)尺、大地測(cè)量基線(xiàn)尺、儀表等器件、長(zhǎng)度標(biāo)尺、大地測(cè)量

23、基線(xiàn)尺、諧振腔、微波通訊波導(dǎo)管、標(biāo)準(zhǔn)頻率發(fā)生諧振腔、微波通訊波導(dǎo)管、標(biāo)準(zhǔn)頻率發(fā)生器、標(biāo)準(zhǔn)電容器葉片、熱雙金屬片被動(dòng)層器、標(biāo)準(zhǔn)電容器葉片、熱雙金屬片被動(dòng)層等。等。 二、定膨脹材料 定膨脹材料在定膨脹材料在-70-70500500內(nèi)膨脹系內(nèi)膨脹系數(shù)低或中等，且基本恒定。數(shù)低或中等，且基本恒定。 Fe-NiFe-Ni系合金、系合金、Fe-Ni-CoFe-Ni-Co系合金、系合金、 Fe-CrFe-Cr系合金、系合金、Fe-Ni-CrFe-Ni-Cr系合金、系合金、 復(fù)合材料等。復(fù)合材料等。 應(yīng)用應(yīng)用 : :制造電子管、晶體管和集成制造電子管、晶體管和集成電路中的引線(xiàn)材料、結(jié)構(gòu)材料、小型電電路中的引線(xiàn)

24、材料、結(jié)構(gòu)材料、小型電子裝置與器械的微型電池殼、半導(dǎo)體元子裝置與器械的微型電池殼、半導(dǎo)體元器件支持電極等。器件支持電極等。 三、高膨脹材料三、高膨脹材料 高膨脹材料在室高膨脹材料在室溫溫100內(nèi)膨脹系內(nèi)膨脹系數(shù)很大。數(shù)很大。 有色金屬合金：有色金屬合金：黃銅、純鎳、黃銅、純鎳、Mn-Ni-Cu三合合金三合合金 黑色金屬合金：黑色金屬合金：Fe-Ni-Mn合金、合金、Fe-Ni-Cr合金合金 制造熱雙金屬片主動(dòng)層制造熱雙金屬片主動(dòng)層材料材料,制造室溫調(diào)節(jié)裝置、自制造室溫調(diào)節(jié)裝置、自斷路器、各種條件下的自動(dòng)斷路器、各種條件下的自動(dòng)控制裝置等?？刂蒲b置等。雙金屬片式溫度計(jì)雙金屬片式溫度計(jì)7.3.2

25、7.3.2 形狀記憶材料形狀記憶材料 一、形狀記憶效應(yīng)形狀記憶效應(yīng)形狀記憶效應(yīng) 材料在高溫下形成一定形狀，材料在高溫下形成一定形狀，冷卻到低溫進(jìn)行塑性變形為另一形狀，然后冷卻到低溫進(jìn)行塑性變形為另一形狀，然后經(jīng)加熱后通過(guò)馬氏體逆相變經(jīng)加熱后通過(guò)馬氏體逆相變, , 可恢復(fù)到高溫可恢復(fù)到高溫時(shí)的形狀。時(shí)的形狀。形狀記憶效應(yīng)形狀記憶效應(yīng) 形狀記憶效應(yīng)分類(lèi)：形狀記憶效應(yīng)分類(lèi)： 1. 1. 單程記憶單程記憶 低溫下塑性變形，加熱時(shí)恢復(fù)高溫低溫下塑性變形，加熱時(shí)恢復(fù)高溫形狀，再冷卻時(shí)不恢復(fù)低溫形狀。形狀，再冷卻時(shí)不恢復(fù)低溫形狀。 2. 2. 雙程記憶雙程記憶 加熱時(shí)恢復(fù)高溫形狀，冷卻時(shí)恢復(fù)加熱時(shí)恢復(fù)高溫形

26、狀，冷卻時(shí)恢復(fù)低溫形狀，即隨溫度升降，高低溫形狀低溫形狀，即隨溫度升降，高低溫形狀反復(fù)出現(xiàn)。反復(fù)出現(xiàn)。 3. 3. 全程記憶全程記憶 實(shí)現(xiàn)雙程記憶的同時(shí)，冷卻到更低實(shí)現(xiàn)雙程記憶的同時(shí)，冷卻到更低溫時(shí)出現(xiàn)與高溫形狀相反形狀。溫時(shí)出現(xiàn)與高溫形狀相反形狀。 二、形狀記憶材料 具有形狀記憶效應(yīng)的材具有形狀記憶效應(yīng)的材料。料。 1. 1. 鈦鎳合金鈦鎳合金 w w(Ni)49%(Ni)49%51%51%，余，余TiTi 2. 2. 銅基合金銅基合金 Cu-ZnCu-Zn合金：合金：w w(Zn)38.5%(Zn)38.5%41.5%41.5% Cu-Al Cu-AlNiNi合金：合金：w w(Al)28

27、%(Al)28%29%29%、 w w(Ni)3%(Ni)3%4.4.5%5% 3. 3. 鐵基合金鐵基合金 Fe-PtFe-Pt合金：合金：w w(Pt)(Pt)25%25% Fe-Ni-C Fe-Ni-C合金：合金：w w(Ni)31%(Ni)31%、w w(C)0.4%(C)0.4%三、形狀記憶材料的應(yīng)用 新型功能材料新型功能材料, , 在一些領(lǐng)域已得到了應(yīng)用。在一些領(lǐng)域已得到了應(yīng)用。住宅熱水送水管閥門(mén)，溫室門(mén)窗自動(dòng)調(diào)節(jié)彈簧，太陽(yáng)能電住宅熱水送水管閥門(mén)，溫室門(mén)窗自動(dòng)調(diào)節(jié)彈簧，太陽(yáng)能電池帆板池帆板能源開(kāi)發(fā)能源開(kāi)發(fā)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)散熱風(fēng)扇離合器、卡車(chē)散熱器自動(dòng)開(kāi)關(guān)，排氣汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)散熱風(fēng)扇離合器、卡

28、車(chē)散熱器自動(dòng)開(kāi)關(guān)，排氣自動(dòng)調(diào)節(jié)器自動(dòng)調(diào)節(jié)器交通運(yùn)輸交通運(yùn)輸人工關(guān)節(jié)，血管修復(fù)件，能動(dòng)型內(nèi)窺鏡人工關(guān)節(jié)，血管修復(fù)件，能動(dòng)型內(nèi)窺鏡醫(yī)療器件醫(yī)療器件機(jī)械人手、腳、微型調(diào)節(jié)器機(jī)械人手、腳、微型調(diào)節(jié)器,戰(zhàn)斗機(jī)、潛艇用油壓管接頭戰(zhàn)斗機(jī)、潛艇用油壓管接頭機(jī)械工業(yè)機(jī)械工業(yè)人造衛(wèi)星天線(xiàn)人造衛(wèi)星天線(xiàn),衛(wèi)星、航天飛機(jī)等自動(dòng)啟閉窗門(mén)衛(wèi)星、航天飛機(jī)等自動(dòng)啟閉窗門(mén)航空航天航空航天溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)器溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)器,火災(zāi)報(bào)警器火災(zāi)報(bào)警器,溫控開(kāi)關(guān)溫控開(kāi)關(guān),空調(diào)自動(dòng)風(fēng)向調(diào)空調(diào)自動(dòng)風(fēng)向調(diào)節(jié)器節(jié)器電子儀器電子儀器儀表儀表應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用領(lǐng)域7.3.3 7.3.3 測(cè)溫材料測(cè)溫材料 利用材料的熱膨脹、熱電阻、熱電動(dòng)利用材料的

29、熱膨脹、熱電阻、熱電動(dòng)勢(shì)等特性制造勢(shì)等特性制造測(cè)溫元件的材料。測(cè)溫元件的材料。 測(cè)溫材料有：測(cè)溫材料有： 高純金屬及合金高純金屬及合金 單晶、多晶和非晶半導(dǎo)體材料單晶、多晶和非晶半導(dǎo)體材料 陶瓷陶瓷 高分子材料高分子材料 復(fù)合材料復(fù)合材料 一、測(cè)溫材料 1. 1. 熱電偶材料熱電偶材料 鉑銠鉑銠- -鉑：鉑： 正熱電極材料正熱電極材料Pt-Pt-w w(Ru)10%(Ru)10%13%13% 負(fù)熱電極材料負(fù)熱電極材料PtPt 鎳鉻鎳鉻- -鎳硅：鎳硅： 正熱電極材料正熱電極材料Ni-Ni-w w(Cr)10%(Cr)10% 負(fù)熱電極材料負(fù)熱電極材料Ni-Ni-w w(Si)3%(Si)3% 銅

30、銅- -鎳銅：鎳銅： 正熱電極材料正熱電極材料CuCu 負(fù)熱電極材料負(fù)熱電極材料Ni-Ni-w w(Cu)55%(Cu)55% 2. 2. 熱電阻材料熱電阻材料 純鉑絲純鉑絲 高純銅線(xiàn)高純銅線(xiàn) 高純鎳絲高純鎳絲 鉑鈷絲鉑鈷絲 銠鐵絲銠鐵絲 二、應(yīng)用 制造雙金屬溫度計(jì)、熱電阻和熱敏電制造雙金屬溫度計(jì)、熱電阻和熱敏電阻溫度計(jì)、熱電偶等。阻溫度計(jì)、熱電偶等。測(cè)溫器件測(cè)溫器件7.3.4 7.3.4 隔熱材料隔熱材料 隔熱材料隔熱材料 阻礙熱的傳導(dǎo)，防止有害熱阻礙熱的傳導(dǎo)，防止有害熱的侵襲或者阻擋熱的散發(fā)的材料。的侵襲或者阻擋熱的散發(fā)的材料。 隔熱材料的最大特性是有極大的熱阻。隔熱材料的最大特性是有極大

31、的熱阻。 一、材料 高溫陶瓷材料、有機(jī)高分子和無(wú)機(jī)多孔高溫陶瓷材料、有機(jī)高分子和無(wú)機(jī)多孔材料是生產(chǎn)中常用的隔熱材料。如氧化鋁纖材料是生產(chǎn)中常用的隔熱材料。如氧化鋁纖維、氧化鋯纖維、碳化硅涂層石墨纖維、泡維、氧化鋯纖維、碳化硅涂層石墨纖維、泡沫聚氨酯、泡沫玻璃、泡沫陶瓷等。沫聚氨酯、泡沫玻璃、泡沫陶瓷等。 二、應(yīng)用 利用隔熱材料可以制造渦輪噴氣發(fā)動(dòng)利用隔熱材料可以制造渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室、沖壓式噴氣機(jī)火焰噴口等。機(jī)燃燒室、沖壓式噴氣機(jī)火焰噴口等。 高溫材料電池、熱離子發(fā)生器等也都高溫材料電池、熱離子發(fā)生器等也都需要隔熱材料。需要隔熱材料。 航空航天技術(shù)飛速發(fā)展，對(duì)隔熱材料航空航天技術(shù)飛速發(fā)展，對(duì)

32、隔熱材料提出更嚴(yán)格的要求：耐高溫、高強(qiáng)、低密提出更嚴(yán)格的要求：耐高溫、高強(qiáng)、低密度。向著復(fù)合材料發(fā)展。度。向著復(fù)合材料發(fā)展。高溫絕熱板高溫絕熱板 典型的輕質(zhì)隔熱材料典型的輕質(zhì)隔熱材料材材料料密度密度/（103kg/m3）使用溫度使用溫度/硅酸鋁纖維硅酸鋁纖維0.0640.16201260蜂窩狀蜂窩狀泡沫玻璃泡沫玻璃0.080.16-185420玻璃纖維玻璃纖維 加粘結(jié)劑加粘結(jié)劑0.0160.048-185120硼硅玻璃硼硅玻璃纖維纖維0.0320.1620820石英纖維石英纖維0.0480.192201370二氧化硅二氧化硅氣凝膠氣凝膠0.0640.096-273700二氧化硅二氧化硅長(zhǎng)纖維長(zhǎng)

33、纖維0.0480.16-18511007.47.4 光功能材料光功能材料7.4.1 7.4.1 一般光學(xué)材料一般光學(xué)材料 即常用的光介質(zhì)材料：即常用的光介質(zhì)材料： 光學(xué)玻璃光學(xué)玻璃 光學(xué)晶體光學(xué)晶體 光學(xué)光學(xué)塑料塑料 一、光學(xué)玻璃 硼硅酸鹽玻璃、鋁硅酸鹽玻璃、硼硅酸鹽玻璃、鋁硅酸鹽玻璃、 磷酸鹽玻璃。磷酸鹽玻璃。 生產(chǎn)透鏡、反射鏡、棱鏡、濾光鏡等。生產(chǎn)透鏡、反射鏡、棱鏡、濾光鏡等。 用于制造測(cè)量?jī)x器：經(jīng)緯儀，水平儀，用于制造測(cè)量?jī)x器：經(jīng)緯儀，水平儀，測(cè)距儀，光學(xué)描準(zhǔn)儀；測(cè)距儀，光學(xué)描準(zhǔn)儀； 顯微鏡，望遠(yuǎn)鏡，照相機(jī)，攝相機(jī)；顯微鏡，望遠(yuǎn)鏡，照相機(jī)，攝相機(jī)； 防輻射、耐輻射屏蔽窗等。防輻射、耐輻射

34、屏蔽窗等。 二、光學(xué)晶體 水晶（水晶（SiOSiO2 2) )、氟化鋰（、氟化鋰（LiF)LiF)、冰洲、冰洲石（石（CaCOCaCO3 3) )等。等。 用于制造光學(xué)儀器上的透鏡、棱鏡。用于制造光學(xué)儀器上的透鏡、棱鏡。 光功能材料的應(yīng)用光功能材料的應(yīng)用紅外透鏡紅外透鏡 除代替光學(xué)玻璃外，除代替光學(xué)玻璃外，還可制造隱形眼鏡、人還可制造隱形眼鏡、人工水晶體、儀器反射鏡工水晶體、儀器反射鏡面、無(wú)碎片眼鏡等。面、無(wú)碎片眼鏡等。 三、光學(xué)塑料 聚甲基丙烯甲酯、聚甲基丙烯酸羥乙酯、聚甲基丙烯甲酯、聚甲基丙烯酸羥乙酯、聚苯乙烯、雙烯丙基縮乙二醇碳酸酯和聚碳聚苯乙烯、雙烯丙基縮乙二醇碳酸酯和聚碳酸酯等，加熱

35、加壓下能產(chǎn)生塑性流動(dòng)并能成酸酯等，加熱加壓下能產(chǎn)生塑性流動(dòng)并能成形的透明有機(jī)合成材料。形的透明有機(jī)合成材料。7.4.2 7.4.2 固體激光器材料固體激光器材料 固體激光器的工作物質(zhì)由基質(zhì)材料和激固體激光器的工作物質(zhì)由基質(zhì)材料和激活離子兩部分組成?；铍x子兩部分組成。 紅寶石激光器紅寶石激光器 AlAl2 2O O3 3基質(zhì)中摻入少量基質(zhì)中摻入少量的三價(jià)鉻離子形成的激活晶體。的三價(jià)鉻離子形成的激活晶體。 氟化物激光器氟化物激光器 MgFMgF2 2基質(zhì)中摻入少量基質(zhì)中摻入少量的二價(jià)釩離子形成的激活晶體。的二價(jià)釩離子形成的激活晶體。 應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用領(lǐng)域 應(yīng)應(yīng)用用 農(nóng)農(nóng)業(yè)業(yè) 育種育種 工工業(yè)業(yè) 打孔、

36、焊接、切割、劃片等材料的加工，打孔、焊接、切割、劃片等材料的加工，材料的表面材料的表面熱處理熱處理, , 測(cè)距、測(cè)測(cè)距、測(cè)長(zhǎng)、測(cè)速、定位長(zhǎng)、測(cè)速、定位 生物醫(yī)學(xué)生物醫(yī)學(xué) 治療視網(wǎng)膜脫離、皮膚病、牙科鉆孔治療視網(wǎng)膜脫離、皮膚病、牙科鉆孔( (除去神經(jīng)除去神經(jīng)) ) 用于無(wú)血手術(shù)、切除腫瘤、癌用于無(wú)血手術(shù)、切除腫瘤、癌 自然科學(xué)自然科學(xué) 喇曼光譜、布里淵散射的研究喇曼光譜、布里淵散射的研究促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)促進(jìn)化學(xué)反應(yīng) 電子計(jì)算機(jī)電子計(jì)算機(jī)信息傳遞，電子計(jì)算機(jī)的記錄裝置，存貯器信息傳遞，電子計(jì)算機(jī)的記錄裝置，存貯器 光學(xué)光學(xué)激光干涉儀、激光干涉儀、全息照相、應(yīng)變計(jì)全息照相、應(yīng)變計(jì)軍軍事事測(cè)距，通訊，跟蹤

37、，制導(dǎo)，導(dǎo)航，測(cè)距，通訊，跟蹤，制導(dǎo)，導(dǎo)航，核聚變研究，激光武器核聚變研究，激光武器其其它它燈塔，云高監(jiān)測(cè)，盲人手杖，無(wú)形籬笆（防盜）燈塔，云高監(jiān)測(cè)，盲人手杖，無(wú)形籬笆（防盜） 固體激光器主要應(yīng)用固體激光器主要應(yīng)用7.4.3 7.4.3 信息顯示材料信息顯示材料信息顯示材料信息顯示材料把人眼看不到的電把人眼看不到的電信號(hào)變?yōu)榭梢?jiàn)的光信息的材料，是信號(hào)變?yōu)榭梢?jiàn)的光信息的材料，是信息顯示技術(shù)的基礎(chǔ)。信息顯示技術(shù)的基礎(chǔ)。 信息顯示材料分為兩大類(lèi)：信息顯示材料分為兩大類(lèi)： 主動(dòng)式顯示用發(fā)光材料主動(dòng)式顯示用發(fā)光材料 被動(dòng)式顯示用材料被動(dòng)式顯示用材料 一、主動(dòng)式顯示用發(fā)光材料 在某種方式（如電場(chǎng)：電致發(fā)光材料）在某種方式（如電場(chǎng)：電致發(fā)光材料）的激發(fā)下發(fā)光的材料，用于真空熒光顯示的激發(fā)下發(fā)光的材料，用于真空熒光顯示屏（示波管、顯示管、顯像管等）；屏（示波管、顯示管、顯像管等）； Y Y2 2O O3 3-Eu-Eu 紅色光紅色光 ZnZn2 2SiOSiO4 4-Mn-Mn 綠色光綠色光 (Zn(Zn、Cd)S-Ag Cd)S-Ag 黃色光黃色光 二、被動(dòng)式顯示用材料 在電場(chǎng)作用下不能發(fā)光，但可形成著在電場(chǎng)作用下不能發(fā)光，但可形成著色中心，在可見(jiàn)光照射下能著色從而顯示色