《機械制造技術基礎》課件-第2章2.4新材料及其發(fā)展趨勢展望

第2章機械工程材料2.4新材料及其發(fā)展趨勢展望學習目標了解新材料的相關知識及發(fā)展趨勢展望1.新材料的歷史地位人們通常把材料、信息和能源并列為現(xiàn)代科學技術的三大支柱，這三大支柱是現(xiàn)代社會賴以生存和發(fā)展的基本條件之一，而材料科學顯得尤為重要。從古至今，材料一直在扮演著劃分時代的主角，可以說，材料是人類社會進步的里程碑，整個人類社會的物質文明史也就是一部材料發(fā)展的歷史，特別是高性能、多用途的先進材料是人類社會發(fā)展的重要推力，新材料將繼續(xù)成為科研和應用的重點。材料工業(yè)都將成為未來社會發(fā)展的重要組成部分?？茖W技術的發(fā)展，出現(xiàn)了一些其他新型工程材料。橡膠材料和陶瓷材料的性能獲得了飛速發(fā)展，除了用于傳統(tǒng)的橡膠和陶瓷制品外，還廣泛應用在國防、宇航和電氣等工業(yè)部門。2．新材料概述現(xiàn)代的材料按化學組成可分為金屬材料、高分子材料和無機材料。一般而言，材料可分為“傳統(tǒng)材料”和“新材料”兩大類，新材料是指那些新近開發(fā)或正在開發(fā)的、具有優(yōu)異性能的材料，在眾多新材料中，纖維增強樹脂復合材料、硅基電子材料是當今工業(yè)中最重要的材料，而信息功能材料、納米材料、智能材料、生物材料、高溫與結構陶瓷等將是新時代材料研究開發(fā)的重點。新制料對高科技和技術具有非常關鍵的作用，沒有新材料就沒有發(fā)展高科技的物質基礎，掌握新材料是一個國家在科技上處于領先地位的標志之一。

3．新材料的研究與應用現(xiàn)狀現(xiàn)代科學技術發(fā)展具有學科之間相互滲透、綜合交叉的特點，科學和經濟之間的相互作用，推動了當前最活躍的信息和材料科學的發(fā)展，又導致了一系列高新技術和高性能材料的誕生。功能材料是指具有優(yōu)良的電、磁、聲、光、熱、化學和生物功能及其相互轉化的功能，被用于非結構目的的高技術材料。功能材料是當代新技術如能源技術、信息技術、激光技術、計算技術、空間技術、海洋工程技術、生物工程技術的物質基礎，是新技術革命的先導。目前，信息功能材料、高溫結構材料、復合材料、生物材料、智能材料、納米材料等取得了較大的發(fā)展，它們正成為國民經濟發(fā)展的重要驅動力。

(6）復合材料。纖維增強型、彌散粒子型、疊層復合型復合材料以及碳纖維、石墨纖維、硼纖維、金屬纖維、晶須的研制發(fā)展，將使被稱為“21世紀材料”復合材料更放光彩。

(7）金屬新材料。非品態(tài)金屬（金屬玻璃）、記憶合金、防振合金、超導合金和金屬氫等。

(8）極限材料。在超高壓、超高溫、超低溫、超高真空等極端條件下應用和制取的各種材料。如超導、超硬、超塑性、超彈性、超純、超晶格膜等材料。（9）原子分子設計材料。這是在材料科學深入研究的基礎上，對表面、非晶態(tài)、結構點陣與缺陷、固態(tài)雜質、非平衡態(tài)、相變以及變形、斷裂、磨損等領域研究探索的發(fā)展方向，以期獲得原子、分子組成結構按性能要求設計的新材料。

(10）稀土材料。稀土金屬在激光、熒光、磁性、紅外、微波、核能、特種陶瓷以及化工材料中，有奇異的性能，稀土材料已成為重要的開發(fā)領域。我國稀土資源儲量居世界首位，因此稀土的開發(fā)對我國更為重要。4．新材料發(fā)展趨勢展望數據顯示，目前，全球新材料市場規(guī)模每年已經超過4000億美元，而由新材料帶動而產生的新產品和新技術市場則更為廣闊，年營業(yè)額突破2萬億美元。據《中國新材料產業(yè)發(fā)展報告》預測，未來一段時期，中國新材料產業(yè)市場的年均擴張速度將保持在20%以上，將引發(fā)多資本進入，從而進一步加快擴張速度。2010年，中國新材料產業(yè)的市場規(guī)模超過800億元，至2015年，這一數值將達到2000億元左右，增長空間巨大。機械產品的可靠性和先進性，除設計因素外，在很大程度上取決于所選用材料的質量和性能，新型材料的發(fā)展是發(fā)展新型產品和提高產品質量的物質基礎。各種高強度材料的發(fā)展，為發(fā)展大型結構件和逐步提高材料的使用強度等級，減輕產品自重提供了條件；高性能的高溫材料、耐腐蝕材料為開發(fā)和利用新能源開辟了新的途徑。現(xiàn)代發(fā)展起來的新型材料有新型纖維材料、功能性高分子材料、非晶質材料、單晶體材料、精細陶瓷和新合金材料等。對于研制新一代的機械產品有重要意義，如碳纖維比玻璃纖維強度和彈性更高，用于制造飛機和汽車等結構件，能顯著減輕自重而節(jié)約能源；精細陶瓷如熱壓氮化硅和部分穩(wěn)定結晶氧化錯，有足夠的強度，比合金材料有更高的耐熱性，能大幅度提高熱機的效率，是絕熱發(fā)動機的關鍵材料。還有不少與能源利用和轉換密切有關的功能材料的突破，將會引起現(xiàn)電產品的巨大變革。隨著科學技術的發(fā)展，尤其是材料測試分析技術的不斷提高，如電子顯微技術、微區(qū)成分分析技術等的應用，材料的內部結構和性能間的關系不斷被揭示，對于材料的認識也從宏觀領域進入微觀領域。在認識各種材料的共性基本規(guī)律的基礎上，正在探索按指定性能來設計新材料的途徑。

新材料發(fā)展趨勢：

(1）高分子材料。資源豐富、原料廣，輕質、高強度，成形工藝簡易。提高工作溫度是研制的重要課題。各種塑料、合成橡膠和合成纖維將有很大發(fā)展，成為重要的新材料。

(2）特種陶瓷。高強高溫結構陶瓷、電工電子功能陶瓷和復合陶瓷是新材料中普遍注重的發(fā)展方向。

(3）功能材料。這是新材料中發(fā)展很快的一個重要方向，如半導體、激光、