高性能结构材料.pdf

高性能结构材料、信息功能材料领域新型功能材料 发展趋势 结构材料是社会生活和国民经济建设的重要的物质基础。金属、陶瓷和高分子材 料长期以来是三大传统的工程结构材料。随着工业化的迅速推进，对工程结构材 料的性能提出了越来越高的要求，也推动了发展新一代高性能结构材料。“高性 能结构材料发展趋势”文稿介绍了高性能结构材料发展趋势的部分内容。 现代通信、计算机、信息网络技术、集成微机械智能系统、工业自动化和家 电等以电子信息技术为基础的高技术产业迅速发展，推动了系列信息功能材料的 研究、发展，以及广泛应用。 “信息功能材料领域新型功能材料发展趋势”文稿 介绍了信息功能材料领域新型功能材料发展趋势的部分内容。 高性能结构材料发展趋势 研制与开发具有高比强度、高比刚度、耐高温、耐磨损、耐腐蚀等性能结构 材料，是新一代高性能结构材料发展的主要方向。 一、金属类工程结构材料 钢铁材料、稀有金属新材料、高温合金、高性能合金是属于金属类工程结构 材料。 （1）钢铁材料和稀有金属新材料 钢铁作为金属材料的主角在经济建设和现代工业文明中起着十分重要的作 用。世界钢铁工业目前发展趋势是：在扩张钢铁生产规模的同时，各国注重产品 结构的优化；为节约能源和减轻钢铁工业对环境的污染程度，大力发展绿色钢铁 冶金技术。因此，短流程炼铁和炼钢生产方式得到发展，熔融还原、直接还原等 新的炼铁工艺，以及连铸连轧和“带液芯压下”等钢板生产技术得到广泛采用。 为了提高钢材的质量、性能，延长使用周期，在钢铁材料生产中，广泛应用信息 技术改造传统的生产工艺，提高生产过程的自动化和智能化程度，实现组织细化 和精确控制，提高钢材洁净度和高均匀度，出现低温轧制、临界点温度轧制、铁 素体轧制等新工艺。 世界各先进的国家当前也争相发展稀有金属新材料。高强、高韧、高损伤容 限钛合金，以及热强钛合金、锆合金、难熔金属合金、钽钨合金、高精度铍材等， 这些是被主要包括的稀有金属新材料。 （2）高温合金和高性能合金 高温结构材料被世界各国列为高性能结构材料领域的重点发展的对象。高温 结构材料主要种类包括：高温合金、粉末合金、高温结构金属间化合物，以及高 熔点金属间化合物等。在国际上，变形高温合金品种目前有百种以上，在这些变 形高温合金品种中，用量最多的有Inconel718和Hastoloyx，新型的还有In909 和In783等。粉末合金主要用于高推重比发动机涡轮盘和发动机叶片，第三代粉 末合金产品目前已经研制成功。高温结构金属间化合物主要是NiAl、TiAl合金。 高熔点金属间化合物主要探索研究的是Mo-Si系合金。 耐热、耐磨、高比强、高比刚、高韧性的新型高性能铝合金，以及纤维增强 和颗粒增强金属基复合材料是交通运输等行业急需的新材料，是美国、日本等发 达的国家重点研究发展的方向。轻质高性能镁材因具有系列优良性能和资源优势 而被称为“21世纪新兴绿色工程材料”，也是工业发达的国家大力发展的轻质 结构材料。 二、先进陶瓷材料 先进的陶瓷材料是近年来迅速发展的新材料之一，主要是功能陶瓷和陶瓷基 复合材料。先进的结构陶瓷研究的技术问题主要是增韧技术。高温结构陶瓷材料 是先进陶瓷材料发展的重点，其主要应用目标是燃气轮机和重载卡车用低散热柴 油机。采用陶瓷发动机可以提高热效率，降低燃料消耗。美国的综合高温涡轮燃 气机计划(IHPTET)和先进热机材料计划(HITEP)提出，陶瓷基复合材料目标用于 高温1650摄氏度以上的发动机。 三、高分子合成材料 树脂、纤维和橡胶，这3大类高分子合成材料目前世界年产量已经达到1.8 亿吨以上，其中有 80%以上是合成树脂和塑料。新型高分子结构材料发展的重点 是特种工程塑料、有机硅材料、有机氟材料、高性能纤维、高性能合成橡胶、高 性能树脂等。合成树脂是在迅速发展中的材料。高性能乙丙橡胶生产技术已经进 入新阶段，以活性阴离子聚合、活性阳离子聚合，以及弹性体改性和热塑化等技 术为开发的热点。 高分子材料的绿色工程技术在世界范围内也已经受到普遍的重视。 四、复合材料 复合材料是先进结构材料发展的新方向，应用十分广泛。其研究与开发重点 是：高聚物（树脂）基复合材料，金属基复合材料、陶瓷基复合材料。C/C 复合 材料（碳纤维增强碳基体复合材料）强度比高温合金高5倍，被普遍认为是推重 比20-30发动机热端件的优选材料。C/C复合材