產(chǎn)品造型材料與工藝

1、D設(shè)計(jì)121周心怡新材料 新材料（或稱先進(jìn)材料）是指那些新近發(fā)展或正在發(fā)展之中的具有比傳統(tǒng)材料的性能更為優(yōu)異的一類材料。新材料是指新近發(fā)展的或正在研發(fā)的、性能超群的一些材料，具有比傳統(tǒng)材料更為優(yōu)異的性能。新材料技術(shù)則是按照人的意志，通過(guò)物理研究、 材料設(shè)計(jì)、材料加工、試驗(yàn)評(píng)價(jià)等一系列研究過(guò)程，創(chuàng)造出能滿足各種需要的新型材料的技術(shù)。新材料類型復(fù)合新材料超導(dǎo)材料新能源材料智能材料磁性材料納米材料超導(dǎo)材料有些材料當(dāng)溫度下降至某一臨界溫度時(shí)，其電阻完全消失，這種現(xiàn)象稱為超導(dǎo)電性，具有這種現(xiàn)象的材料稱為超導(dǎo)材料。超導(dǎo)體的另外一個(gè)特征是：當(dāng)電阻消失時(shí)，磁感應(yīng)線將不能通過(guò)超導(dǎo)體，這種現(xiàn)象稱為抗磁性。一般金屬

2、（例如：銅）的電阻率隨溫度的下降而逐漸減小，當(dāng)溫度接近于0K時(shí)，其電阻達(dá)到某一值。而1919年荷蘭科學(xué)家昂內(nèi)斯用液氦冷卻水銀，當(dāng)溫度下降到4.2K（即-269）時(shí)，發(fā)現(xiàn)水銀的電阻完全消失，超導(dǎo)電性和抗磁性是超導(dǎo)體的兩個(gè)重要特性。使超導(dǎo)體電阻為零的溫度稱為臨界溫度（TC）。超導(dǎo)材料研究的難題是突破“溫度障礙”，即尋找高溫超導(dǎo)材料。以NbTi、Nb3Sn為代表的實(shí)用超導(dǎo)材料已實(shí)現(xiàn)了商品化，在核磁共振人體成像（NMRI）、超導(dǎo)磁體及大型加速器磁體等多個(gè)領(lǐng)域獲得了應(yīng)用；SQUID作為超導(dǎo)體弱電應(yīng)用的典范已在微弱電磁信號(hào)測(cè)量方面起到了重要作用，其靈敏度是其它任何非超導(dǎo)的裝置無(wú)法達(dá)到的。但是，由于常規(guī)低溫

3、超導(dǎo)體的臨界溫度太低，必須在昂貴復(fù)雜的液氦（4.2K）系統(tǒng)中使用，因而嚴(yán)重地限制了低溫超導(dǎo)應(yīng)用的發(fā)展。高溫氧化物超導(dǎo)體的出現(xiàn)，突破了溫度壁壘，把超導(dǎo)應(yīng)用溫度從液氦（ 4.2K）提高到液氮（77K）溫區(qū)。同液氦相比，液氮是一種非常經(jīng)濟(jì)的冷媒，并且具有較高的熱容量，給工程應(yīng)用帶來(lái)了極大的方便。另外，高溫超導(dǎo)體都具有相當(dāng)高的磁性能，能夠用來(lái)產(chǎn)生20T以上的強(qiáng)磁場(chǎng)。1.超導(dǎo)磁懸浮列車 超導(dǎo)磁體系統(tǒng)用于火車的動(dòng)力系統(tǒng)可生產(chǎn)出超導(dǎo)列車，這種列車具有低噪聲、高速度、低消耗的特點(diǎn)其原理是：在列車上裝有超導(dǎo)磁體系統(tǒng)，當(dāng)列車一旦運(yùn)行時(shí)，下面的鐵軌在磁體的交變磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生渦流，這種渦流產(chǎn)生的磁場(chǎng)與列車上超導(dǎo)磁體的

4、磁場(chǎng)相互作用，產(chǎn)生相斥作用力，可托起列車，當(dāng)列車被托起后，它的運(yùn)行阻力將大大減少，這樣它的運(yùn)行速度是普通列車無(wú)法比擬的，此外，它的兩側(cè)也安裝超導(dǎo)磁體，在導(dǎo)軌的側(cè)壁也裝上導(dǎo)電板，根據(jù)電磁學(xué)原理，火車的導(dǎo)向問題也可以解決導(dǎo)軌側(cè)壁的懸浮線圈和導(dǎo)向線圈均與電力電纜相聯(lián)一旦列車從中心偏向任一邊，列車所靠近的一側(cè)上的線圈將向車體施加斥力，而與列車間距加大的一側(cè)則向車體施加吸力，從而保證列車在任何時(shí)候均在導(dǎo)軌的中心2.超導(dǎo)磁懸浮支架在飛機(jī)、彈導(dǎo)導(dǎo)彈的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室里，傳統(tǒng)的支架與飛機(jī)之間、支架與導(dǎo)彈之間有摩擦阻力，這樣長(zhǎng)期下去會(huì)對(duì)飛機(jī)和導(dǎo)彈的表面造成磨損，而我們可以用超導(dǎo)磁體做成一個(gè)磁懸浮系統(tǒng)，用該系統(tǒng)后飛機(jī)和

5、導(dǎo)彈磁懸浮在支架上，飛機(jī)和導(dǎo)彈的表面造成磨損小，對(duì)飛機(jī)和導(dǎo)彈的表面有很好的保護(hù)作用3.高溫超導(dǎo)變壓器早在60年代，就有人對(duì)超導(dǎo)變壓器進(jìn)行研究但是，由于交流損耗過(guò)大而認(rèn)為是不經(jīng)濟(jì)的只是最近幾年由于極細(xì)絲超導(dǎo)復(fù)合導(dǎo)體的出現(xiàn)，超導(dǎo)變壓器才成為有吸引力的應(yīng)用項(xiàng)目高溫超導(dǎo)材料放寬了對(duì)細(xì)絲直徑的要求已有的液氦冷卻的極細(xì)絲超導(dǎo)復(fù)合導(dǎo)體，估計(jì)損耗可降低至原來(lái)的1/2 到1/3，重量也可進(jìn)一步減輕高溫超導(dǎo)變壓器將比極細(xì)絲超導(dǎo)復(fù)合導(dǎo)體制作的變壓器更優(yōu)越由于超導(dǎo)受到的磁場(chǎng)強(qiáng)度只有0.3-0.5T, 在變壓器中采用高溫超導(dǎo)材料是適當(dāng)?shù)脑谝旱碌慕^緣強(qiáng)度比液氦下的高，所以，將會(huì)使變壓器絕緣更簡(jiǎn)化4.超導(dǎo)測(cè)輻射熱計(jì)探測(cè)紅

6、外輻射用的測(cè)輻射熱計(jì)是一種測(cè)輻射能的儀器，為了提高測(cè)輻射熱計(jì)的靈敏度，就必須使它在低溫下運(yùn)行，如果利用超導(dǎo)體的某一種隨溫度而急劇變化的性質(zhì)，那么超導(dǎo)體就可以成為有效的探測(cè)元件第I類和某些第II類超導(dǎo)體處于臨界溫度時(shí)電阻率就有這種性質(zhì)例如，錫在發(fā)生正常超導(dǎo)轉(zhuǎn)變時(shí)，只要入射的輻射能使處在 Tc 的溫度改變10-4K，就可以探測(cè)電阻的變化此外，在低溫下運(yùn)行，不僅可以降低熱噪聲，而且由于比熱的減小，可以使靈敏度提高超導(dǎo)測(cè)輻射熱計(jì)可以達(dá)到5.超導(dǎo)陀螺儀隨著航空技術(shù)的發(fā)展，超導(dǎo)陀螺儀是其發(fā)展的方向超導(dǎo)陀螺儀的原理很簡(jiǎn)單，它是由一個(gè)超導(dǎo)球自由地支撐在真空中所構(gòu)成此球作為轉(zhuǎn)子，可繞自身的旋轉(zhuǎn)軸作高速旋轉(zhuǎn)，通過(guò)

7、其兩個(gè)旋轉(zhuǎn)極的位置，可以讀出所要求的角度建立用實(shí)心鈮球作為轉(zhuǎn)子，采用光學(xué)方法讀出角度轉(zhuǎn)子懸浮在線圈所產(chǎn)生的磁場(chǎng)中央，利用從切向?qū)χ膰娮熘袊姵龅暮?，使它?00Hz的頻率自轉(zhuǎn)當(dāng)轉(zhuǎn)子達(dá)到這個(gè)轉(zhuǎn)速時(shí)，立即把把轉(zhuǎn)子所在的真空室抽成 10-5Torr 的真空，這時(shí)殘留的少量氣體便成為轉(zhuǎn)子傳導(dǎo)熱量的冷卻渠道，以抵消為了讀出所需的入射光產(chǎn)生的熱量輸入陀螺儀的讀出是利用高差計(jì)瞄準(zhǔn)轉(zhuǎn)子的一個(gè)極得到的6.超導(dǎo)重力儀超導(dǎo)重力儀的靈敏度很高，它是把超導(dǎo)電性應(yīng)用于力學(xué)測(cè)量的實(shí)例工作原理大體上和通常的彈簧重力儀相同，利用持續(xù)電流方式運(yùn)行的超導(dǎo)線圈所產(chǎn)生的磁場(chǎng)，把特制的超導(dǎo)球懸浮起來(lái)由測(cè)定球體的垂直位置變化或反饋力變

8、化，來(lái)確定沿垂直方向重力方向或慣性力的變化因?yàn)檫@時(shí)球所受到的作用力，可以表示成磁的懸浮力和地球、月球的重力的矢量和，精確地測(cè)量重力的變化，在地球物理上是非常有意義的例如可以研究地球的彈性性質(zhì)，長(zhǎng)周期地殼運(yùn)動(dòng)和預(yù)測(cè)地震等使用通常的精密重力儀，在一天內(nèi)的漂移大約是 10-8g，不是而由于地球和月球的重力變化大約是 10-9g，因而很難測(cè)出利用超導(dǎo)重力儀低噪聲和低漂移等特點(diǎn)，可以測(cè)量出這樣小的變化7.超導(dǎo)開關(guān)超導(dǎo)開關(guān)可以分為電阻開關(guān)和電感開關(guān)電阻開關(guān)是利用超導(dǎo)體以下性能：若改變磁場(chǎng)、電流和溫度三個(gè)參量的任一個(gè)，就可以使它從零電阻態(tài)轉(zhuǎn)變到有阻狀態(tài)例如，用冷子管作開關(guān)，就是利用一個(gè)完全超導(dǎo)的控制元件所產(chǎn)

9、生的磁場(chǎng)，通過(guò)使門元件發(fā)生超導(dǎo)-正常轉(zhuǎn)變來(lái)控制門元件的電阻而制成這種開關(guān)的低電阻態(tài)為零，高電阻態(tài)典型的是毫歐姆數(shù)量級(jí)，所以，開關(guān)比是無(wú)限大電感開關(guān)的原理是：不是像線圈、線等電路元件的電感，可用來(lái)將靠近它的超導(dǎo)體作正常態(tài)和超導(dǎo)態(tài)之間的轉(zhuǎn)變，或移動(dòng)電路元件附近的超導(dǎo)表面，使它發(fā)生相同轉(zhuǎn)變，制成開關(guān)由于超導(dǎo)體的特殊性能，超導(dǎo)開關(guān)的開關(guān)速度可達(dá)納秒磁性材料磁性材料，是古老而用途十分廣泛的功能材料，而物質(zhì)的磁性早在3000年以前就被人們所認(rèn)識(shí)和應(yīng)用，例如中國(guó)古代用天然磁鐵作為指南針?，F(xiàn)代磁性材料已經(jīng)廣泛的用在我們的生活之中，例如將永磁材料用作馬達(dá)，應(yīng)用于變壓器中的鐵心材料，作為存儲(chǔ)器使用的磁光盤，計(jì)算機(jī)

10、用磁記錄軟盤等?？梢哉f(shuō)，磁性材料與信息化、自動(dòng)化、機(jī)電一體化、國(guó)防、國(guó)民經(jīng)濟(jì)的方方面面緊密相關(guān)。而通常認(rèn)為，磁性材料是指由過(guò)度元素鐵、鈷、鎳及其合金等能夠直接或間接產(chǎn)生磁性的物質(zhì)。一.永磁材料常見的永磁材料有鋁鎳鈷合金、鐵氧體永磁材料和稀土永磁材料。 鋁鎳鈷合金是由鋁鎳鐵合金發(fā)展來(lái)的，目前我國(guó)能制造的鋁鎳鈷合金的型號(hào)主要有LNG34,LNG52,LNGJ32,LNGJ56等。 由于鋁鎳鈷的主要特點(diǎn)是高Br（剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度）、低矯頑力的永磁材料，其相對(duì)磁導(dǎo)率在 3 以上，所以在具體應(yīng)用時(shí)，其磁極須做成長(zhǎng)柱體或長(zhǎng)棒體，以盡量減少退磁場(chǎng)作用。 鋁鎳鈷磁體本身矯頑力低，所以在使用過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格禁止任何鐵

11、器接觸鋁鎳鈷永磁材料，以避免造成永磁體局部退磁而使磁路中磁通分布發(fā)生畸變。 鋁鎳鈷磁體的優(yōu)點(diǎn)是溫度系數(shù)小，而且因溫度變化而發(fā)生的永磁特性的退化也較小，但該材料硬而脆，加工困難。 鋁鎳鈷的主要應(yīng)用在電子點(diǎn)火系統(tǒng)、電度表、伏安表、醫(yī)療儀器、工業(yè)電機(jī)、磁力簧片開關(guān)、發(fā)電機(jī)、手動(dòng)工具、自動(dòng)售貨機(jī)等領(lǐng)域。 鐵氧體永磁材料是目前應(yīng)用非常廣泛的永磁材料之一，其主要成分是MoFe2O3。具有矯頑力大，重量輕，原材料來(lái)源豐富，價(jià)格便宜，耐氧化，耐腐蝕，磁晶體的各向異性常數(shù)大，退磁曲線近似為直線等優(yōu)點(diǎn)。而缺點(diǎn)是剩磁較低，溫度系數(shù)大，易碎。 鐵氧體永磁材料的矯頑力介于鋁鎳鈷合金材料和稀土鈷永磁材料之間。由于其剩磁較

12、低，故一般適合設(shè)計(jì)成扁平形狀。由于成本低廉，鐵氧體磁材有廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域，從電機(jī)、揚(yáng)聲器到玩具、工藝品，因而是目前應(yīng)用最廣的永磁材料。 稀土永磁材料具有矯頑力高;最大磁能積大;可逆磁導(dǎo)率等于一的優(yōu)點(diǎn)。因此其磁性能遠(yuǎn)超過(guò)鐵氧體和鋁鎳鈷等其他磁性材料。稀土永磁材料的出現(xiàn)，使得重量輕、體積小的永磁同步電機(jī)相繼問世，從而擴(kuò)大了永磁同步電機(jī)的應(yīng)用范圍。稀土鈷永磁材料性能優(yōu)異，但價(jià)格較高，因此在設(shè)計(jì)時(shí)必須精打細(xì)算，力求用最小的體積達(dá)到預(yù)期的效果。由于稀土鈷永磁材料的矯頑力很大，可作成薄片永磁材料，以減少體積，節(jié)省材料。 二.軟磁材料軟磁材料按成分可分為九類，下面依次介紹其特點(diǎn)。 (1)純鐵和低碳鋼。含碳量低

13、于0.04，包括電磁純鐵、電解鐵和羰基鐵。其特點(diǎn)是飽和磁化強(qiáng)度高，價(jià)格低廉，加工性能好；但其電阻率低、在交變磁場(chǎng)下渦流損耗大，只適于靜態(tài)下使用，如制造電磁鐵芯、極靴、繼電器和揚(yáng)聲器磁導(dǎo)體、磁屏蔽罩等。 (2)鐵硅系合金。含硅量0.54.8，一般制成薄板使用，俗稱硅鋼片。在純鐵中加入硅后，可消除磁性材料的磁性隨使用時(shí)間而變化的現(xiàn)象。隨著硅含量增加，熱導(dǎo)率降低，脆性增加，飽和磁化強(qiáng)度下降，但其電阻率和磁導(dǎo)率高，矯頑力和渦流損耗減小，從而可應(yīng)用到交流領(lǐng)域，制造電機(jī)、變壓器、繼電器、互感器等的鐵芯。 (3)鐵鋁系合金。含鋁616，具有較好的軟磁性能，磁導(dǎo)率和電阻率高，硬度高、耐磨性好，但性脆，主要用于

14、制造小型變壓器、磁放大器、繼電器等的鐵芯和磁頭、超聲換能器等。 (4)鐵硅鋁系合金。在二元鐵鋁合金中加入硅獲得。其硬度、飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁導(dǎo)率和電阻率都較高。缺點(diǎn)是磁性能對(duì)成分起伏敏感，脆性大，加工性能差。主要用于音頻和視頻磁頭。 (5)鎳鐵系合金。鎳含量3090，又稱坡莫合金，通過(guò)合金化元素配比和適當(dāng)工藝，可控制磁性能，獲得高導(dǎo)磁、恒導(dǎo)磁、矩磁等軟磁材料。其塑性高，對(duì)應(yīng)力較敏感，可用作脈沖變壓器材料、電感鐵芯和功能磁性材料。 (6)鐵鈷系合金。鈷含量2750。具有較高的飽和磁化強(qiáng)度，電阻率低。適于制造極靴、電機(jī)轉(zhuǎn)子和定子、小型變壓器鐵芯等。 (7)軟磁鐵氧體。非金屬亞鐵磁性軟磁材料。電阻率高

15、（10-21010m），飽和磁化強(qiáng)度比金屬低，價(jià)格低廉，廣泛用作電感元件和變壓器元件（見鐵氧體）。 (8)非晶態(tài)軟磁合金。一種無(wú)長(zhǎng)程有序、無(wú)晶粒合金，又稱金屬玻璃，或稱非晶金屬。其磁導(dǎo)率和電阻率高，矯頑力小，對(duì)應(yīng)力不敏感，不存在由晶體結(jié)構(gòu)引起的磁晶各向異性，具有耐蝕和高強(qiáng)度等特點(diǎn)。此外，其居里點(diǎn)比晶態(tài)軟磁材料低得多，電能損耗大為降低，是一種正在開發(fā)利用的新型軟磁材料。 (9)超微晶軟磁合金。20世紀(jì)80年代發(fā)現(xiàn)的一種軟磁材料。由小于50納米左右的結(jié)晶相和非晶態(tài)的晶界相組成，具有比晶態(tài)和非晶態(tài)合金更好的綜合性能，不僅磁導(dǎo)率高、矯頑力低、鐵損耗小，且飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好?，F(xiàn)主要研究的是鐵基超

16、微晶合金。 三.磁記錄材料利用磁特性和磁效應(yīng)輸入（寫入）、記錄、存儲(chǔ)和輸出（讀出）聲音、圖像、數(shù)字等信息的磁性材料。分為磁記錄介質(zhì)材料和磁頭材料。前者主要完成信息的記錄和存儲(chǔ)功能，后者主要完成信息的寫入和讀出功能。1898年，一位丹麥工程師伯爾森（Ponlsen）將聲音用磁的方法記錄在磁性鋼絲上，由此發(fā)明了錄音電話機(jī)。20世紀(jì)50年代開發(fā)了存儲(chǔ)電子計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)的硬磁盤技術(shù)和磁錄像技術(shù)。80年代磁帶攝像機(jī)的開發(fā)和應(yīng)用是磁記錄技術(shù)的又一新的發(fā)展。 納米材料納米材料是指在三維空間中至少有一維處于納米尺度范圍(1-100nm)或由它們作為基本單元構(gòu)成的材料，這大約相當(dāng)于10100個(gè)原子緊密排列在一起的尺

17、度。1. 信息產(chǎn)業(yè)中的納米技術(shù)信息產(chǎn)業(yè)不僅在國(guó)外，在我國(guó)也占有舉足輕重的地位。2000年，中國(guó)的信息產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造了gdp5800億人民幣。納米技術(shù)在信息產(chǎn)業(yè)中應(yīng)用主要表現(xiàn)在3個(gè)方面：網(wǎng)絡(luò)通訊、寬頻帶的網(wǎng)絡(luò)通訊、納米結(jié)構(gòu)器件、芯片技術(shù)以及高清晰度數(shù)字顯示技術(shù)。因?yàn)椴还芡ㄓ?、集成還是顯示器件，都要原器件，美國(guó)已經(jīng)著手研制，現(xiàn)在有了單電子器件、隧穿電子器件、自旋電子器件，這種器件已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室研制成功，而且可能在2001年進(jìn)入市場(chǎng)。光電子器件、分子電子器件、巨磁電子器件，這方面我國(guó)還很落后，但是這些原器件轉(zhuǎn)為商品進(jìn)入市場(chǎng)也還要10年時(shí)間，所以，中國(guó)要超前15年到20年對(duì)這些方面進(jìn)行研究。網(wǎng)絡(luò)通訊的關(guān)鍵納米

18、器件，如網(wǎng)絡(luò)通訊中激光、過(guò)濾器、諧振器、微電容、微電極等方面，我國(guó)的研究水平不落后，在安徽省就有。壓敏電阻、非線性電阻等，可添加氧化鋅納米材料改性。2.環(huán)境產(chǎn)業(yè)中的納米技術(shù)納米技術(shù)對(duì)空氣中20納米以及水中的200納米污染物的降解是不可替代的技術(shù)。要凈化環(huán)境，必須用納米技術(shù)。我們現(xiàn)在已經(jīng)制備成功了一種對(duì)甲醛、氮氧化物、一氧化碳能夠降解的設(shè)備，可使空氣中的大于10ppm的有害氣體降低到0.1ppm，該設(shè)備已進(jìn)入實(shí)用化生產(chǎn)階段；利用多孔小球組合光催化納米材料，已成功用于污水中有機(jī)物的降解，對(duì)苯酚等其它傳統(tǒng)技術(shù)難以降解的有機(jī)污染物，有很好的降解效果。近年來(lái)，不少公司致力于把光催化等納米技術(shù)移植到水處理產(chǎn)業(yè)，用于提高水的質(zhì)量，已初見成效；采用稀土氧化鈰和貴金屬納米組合技術(shù)對(duì)汽車尾氣處理器件的改造效果也很明顯；治理淡水湖內(nèi)藻類引起的污染，最近已在實(shí)驗(yàn)室初步研究成功。3.能源環(huán)保中的納