第三讲新材料解读.ppt

第三章 新材料技术 材料是人类生产和生活的物质基础，是现代化文明社会的重要支柱。能源、材料、信息是现代社会的三大要素。材料是骨架，能源是血液，信息是神经。 材料科学技术是研究材料的组成、性质、性能、制备工艺和用途的应用性科学技术。 材料分类 1、按形成方式：天然材料、人工材料 2、按发展历史：传统材料、新材料 3、按用途性能：结构材料（力学性质） 功能材料（光、电、磁、热等性能） 第一节 金属材料 1、黑色金属 8高温合金 2、稀土金属 9防震合金 3、轻合金 4、超塑合金 5、记忆合金 6、贮氢合金 7、快速冷凝金属（金属玻璃） 2、稀土金属 钪、钇和镧系（原子量57—71）共17种元素总称为稀土元素。化学活性强、物理性能差异大。 形状记忆合金 8 高温合金 涡轮叶片 超过1000度 镍 钴 9 防震合金 高韧性的基体 嵌在基体中的柔软颗粒 交界面容易产生变形 降噪3~40 分贝 第二节 陶瓷材料 陶瓷材料是人类最早利用自然界所提供的原材料制造而成的材料，它的研究历史经历了三次飞跃：传统陶瓷、先进陶瓷和纳米陶瓷。 传统陶瓷：黏土、石英等无机非金属天然矿物 为原料 特殊陶瓷：合成的化学原料，经特殊工艺合成 的原料 特种陶瓷有热压铸、热压、静压及气相沉积等多种成型方法。 这些陶瓷由于其化学组成、显微结构及性能不同于普通陶瓷，故称为特种陶瓷或高技术陶瓷，在日本称为精细陶瓷。 特种陶瓷不同的化学组成和组织结构决定了它不同的特殊性质和功能，如高强 度、高硬度、高韧性、耐腐蚀、导电、绝缘、磁性、透光、半导体以及压电、光电、电光、声光、磁光等。 由于性能特殊，这类陶瓷可作为工程结构材料和功能材料应用于机械、电子、化工、冶炼、能源、医学、激光、核反应、宇航等方面。 一、国外特种陶瓷的发展及新动向 1.生产工艺技术方面的新进展 （1）在粉末制备方面，目前最引人注目的是超高温技术。 （2）在成型及烧结方面，热等静压法最为引人注目。 （3）在特种陶瓷的精密加工方面，真空扩散焊接法是一种最有前途的方 法。 2.应用方面的新发展 特种陶瓷由于拥有众多优异性能，因而用途广泛。现按材料的性能及种类简要说明。 （1）耐热性能优良的特种陶瓷可望作为超高温材料用于原子 能有关的高温结构材料、高温电极材料等。 （2）隔热性优良的特种陶瓷可作为新的高温隔热材料，用于高 温加热炉、热处理炉、高温反应容器、核反应堆等。 （3）导热性优良的特种陶瓷极有希望用作内部装有大规模集 成电路和超大规模集成电路电子器件的散热片。 （4）耐磨性优良的硬质特种陶瓷用途广泛，目前的工作主要是集中在轴承、切削刀具方面。 （5）高强度的陶瓷可用于燃气轮机的燃烧器、叶片、涡轮、套管等;在加工机械上可用于机床身、轴承、燃烧喷嘴等。目前，这方面的工作开展得较多，许多国家如美国、日本、德国等都投入了大量的人力和物力，试图取得领先地位。这类陶瓷有氮硅、碳化硅、塞隆、氮化铝、氧化锆等。 （6）具有润滑性的陶瓷如六方晶型氮化硼极为引人注目，目前国外正在加紧研究。 （7）生物陶瓷方面目前正在进行将氧化铝、磷石炭等用作人工牙齿、人工骨、人工关节等研究，这方面的应用引起人们极大关注。 3.今后研究与开发的重点 （1）特种陶瓷基础技术的研究，例如烧结机理、检测技术和粉末制备技术等; （2）超导陶瓷的研究; （3）特种陶瓷的薄膜化或非晶化是提高陶瓷功能的有效方法，因而许多国家都把它作为一项主要内容而加以研究; （4）陶瓷的纤维化是研制隔热材料、复合增强材料等的重要基础，目前国外，尤其是日本对陶瓷纤维及晶须增强金属复合材料的研究极为重视，其研究主要集中于碳化硅及氮化硅; （5）多孔陶瓷由于具有特殊结构，所以引起了各界的重视; （6）陶瓷与陶瓷或陶瓷与其他材料复合（陶瓷纤维增强陶瓷，陶瓷纤维增强金属）问题也是现阶段的研究重点。 （7）在非氮化物陶瓷中，目前国外研究最多的是陶瓷发动机， 高压热交换器及陶瓷刀具等; （8）随着生物化学，生物医学这些新兴学科的发展，生物陶瓷的开发研究也变得越来越重要。 二、国内特种陶瓷产业概况及材料发展趋势 我国目前特陶行业特点是:在材料开发上具有一定能力，水平较高，但要低成本、高效地将优质材料大批量制造成优质的商品，则缺乏必要的先进技术、设备和管理水平，这也与全国整体基础工 业水平较为落后有关。因而，目前世界最先