第8讲 纳米材料在航空航天领域的应用.ppt

纳米材料在航空航天领域中的应用 ;1 材料的主要类型 2 纳米结构材料在航空航天中的应用 3 纳米功能材料在航空航天中的应用 ;根据构成材料的化学结合键的类型分： 金属材料 无机非金属材料 高分子材料 复合材料;金属材料的历史与未来：;金属材料的基本特性有哪些？;汽车工业;分类：;石器;艺术陶瓷  --结晶釉;陶瓷材料的特点有哪些？;;功能陶瓷材料在汽车上的应用;氮化硅陶瓷;氧化铝陶瓷器件;氧化铝陶瓷器件;高技术产品及其应用;高分子/聚合物材料：;聚丙烯结构式;麻的使用;;;;;;四类材料的饼图;材料的复合结构：;纳米材料在航空航天有着极其广泛的应用前景: ;;机载设备材料和武器 ;火箭发射;弹头材料; 航天功能材料;航空航天技术的发展对材料科学提出的新要求： ;航空航天飞行器在飞行时不同部位的温度 ;;制造飞机及航天器的主要结构材料包括：; ; (1) 纳米金属及其复合结构材料 (2) “发汗”金属 (3) 纳米焊接 ;;不同材料的拉伸应力--应变曲线;现代各种军用和民用飞机及航天器结构用材的新格局：;蒙皮;钛及其合金 “未来的金属”;制造飞机和航天器的主要结构材料;钛和钛合金：“航空金属”。强度高、耐热性和耐腐蚀性好。主要用于飞机发动机和机身。;如：密度只有约铝合金50%的锂-镁合金等，以其塑性好、强度高等特性开始大量用作导弹、宇宙飞船的结构材料。为了进一步提高这些新型合金的性能，纳米相及纳米金属间化合物弥散补强合金的研究已引起各国科技人员的关注。 ;（ ?y 为屈服应力， ?o是移动单个位错所需的克服点阵摩擦的力，K是常数，d是平均晶粒尺寸）。; 构成金属材料的晶粒尺寸减小到纳米量级，材料在室温下应具备很好的塑性变形能力纳米晶铜，在室温下冷轧竟从1厘米左右的长度延伸到近1米，厚度也从1毫米成为20微米（图下方）。室温下的超塑性变形达50多倍而没有出现裂纹。;金属材料强度与韧性的关系;纳米金属的典型应用;纳米金属的典型应用;几种纳米金属及其特殊用途：;金属基纳米复合材料与技术;金属基纳米复合材料与技术;金属基纳米复合材料与技术;金属基纳米复合材料与技术;???属基纳米复合材料与技术;(2) “发汗”金属; 把金属钨制成介孔的金属骨架，以相对低熔点的铜或银等填充在孔隙或“汗孔”中，就能制成“发汗金属”。 用“发汗金属”制成的火箭喷嘴，随着温度的升高，铜或银就逐渐熔化、沸腾、蒸发，并及时吸收大量的热量，从而保护了喷嘴骨架，保证了火箭的正常运行。;另一方面，随着颗粒比表面积的提高，扩散速率大幅度上升。因为具有较大的界面体积百分比的物质具有高的扩散系数。纳米材料或纳米颗粒具有极高的界面或表面比，利用纳米材料高的扩散速率，可实现特殊金属材料的固态扩散结合。; 俄罗斯科学院专家们利用纳米焊接技术对“和平号”太空站的外壳裂纹及仪表等进行了多次成功的纳米焊接修补。使和平号太空站的服役时间延长了近3倍。;;2.2 纳米陶瓷;配料; 气相法、液相法、高能球磨法等。 气相法包括：惰性气体冷凝法、等离子法、气体高温裂解法、电子束蒸发法等； 液相法包括：化学沉淀法、醇盐水解法、溶胶-凝胶法、水热法等。;1、纳米粉体对陶瓷烧结过程的影响： ; 纳米微粒颗粒小，比表面及表面能大并有高的扩散速率，因而用纳米粉体进行烧结，致密化的速度快，还可以降低烧结温度。 目前材料科学工作者都把发展纳米高效陶瓷作为主要的奋斗目标，并在实验室已获得一些结果。从应用的角度发展高性能纳米陶瓷最重要的是降低纳米粉体的成本，在制备纳米粉体的工艺上除了保证纳米粉体的质量，做到尺寸和分布可控，无团聚，能控制颗粒的形状，还要求生产量大，这将为发展新型纳米陶瓷奠定良好的基础。 ;先进陶瓷材料的优点:在高温、强腐蚀等苛刻的环境下起着其他材料不可替代的作用。;不同材料的拉伸应力--应变曲线;由于结构的纳米化，使陶瓷的原有性能有很大的改善，以至发生突变或出现新的性能或功能： 晶粒尺寸减小时硬度会明显提高，而且在一定的硬度下，晶粒越小，韧性越好。因此在硬度和韧性方面有望取得突破性进展。;纳米粉体在陶瓷改性中的几个应用举例