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新材料技术 16.6.1新材料技术 1．金属材料 金属材料是进入工业社会以后，人类用得最早也是用得 最多的材料，并长期占绝对优势。将来也将是主导地位， 特别是发展中国家。其共同优点是高韧性、延展性好、 强度高、导电性好。作为结构材料，开始时几乎全是 铁和钢，上世纪初出现了以硬铝为首的铝合金 一直到现在，作为结构材料的金属材料，主要仍是钢 (铁的合金)、铝合金、钛合金， 但它们的品种层出不穷，性能也远非昔日可比。金属材料的发展，几乎可用一“超”字来概括。如发展超高纯度铁、超高强度钢、超高速钢(用作刀具)、超硬合金、超塑性合金、超耐热合金、超低温材料等等 有色金属是指除铁、铬、锰等几种黑色金属之外的多种金属的统称 在自然界的元素中，有色金属占64种，是元素周期表中最庞大的“家族”。其中，铜、铝、铅、锌、锡、镍、锑、钛、镁、汞等10种有色金属被视为“家族”中的“十大金刚”。 2．非金属材料 陶瓷 陶瓷材料是人类最早利用的材料，由粘土、石英、长石等矿物原料配制而成。 从陶器发展到瓷器是第一次飞跃， 从传统陶瓷到先进陶瓷是第二次飞跃， 从先进陶瓷到纳米陶瓷是第三次飞跃。 陶瓷的优点是强度高，收缩小，机械性能好；耐各种酸碱腐蚀，耐高温，耐辐射，抗氧化。陶瓷的致命缺点是性脆易碎。 以碳、硅、氮、氧、硼等元素的人工化合物为主要原料，改进和发展传统陶瓷工艺而获得的新型陶瓷材料 由于特种陶瓷的强度和韧性都有大幅度提高，克服了传统陶瓷性脆易碎的弱点，已成为受到普遍重视的一种重要的新型工程材料。 这种陶瓷在国外又称为工程陶瓷、精密陶瓷或结构陶瓷。按应用和发展大致可分为高强高温结构陶瓷、电工电子特种功能陶瓷两大类。 玻璃 钢化玻璃是使用最普遍的玻璃深加工制品。 汽车、火车等交通工具的风挡玻璃、窗玻璃，高级宾馆的玻璃大门及隔断，玻璃桌面及许多玻璃幕墙都使用钢化玻璃。这是因为钢化玻璃的强度是平板玻璃的3～5倍，耐急冷急热性也较好，而且破碎后呈小粒状，不会对人造成大的伤害，所以叫作安全玻璃。 夹层玻璃是另外一种安全玻璃。 它的结构像“三明治”，两层玻璃中间有透明的有机材料，把玻璃牢固地粘在一起。所以即使夹层玻璃被打破，也不会有碎片飞溅伤人，而且透明中间膜具有良好的强度和韧性，起到很好的安全作用。 例如，在发生剧烈撞车时，汽车夹层风挡玻璃可阻止司机和乘客被从风档处抛出，柔软的有机材料还可以减轻人头部的撞击。 增加玻璃的厚度和层数可使夹层玻璃具有防弹，防爆及防盗等性能，成为特殊窗口用的特种玻璃。 中空玻璃是两片玻璃中间垫上铝制的隔离柜，再用粘结材料把它们粘在一起， 中空玻璃的隔热性很好，12毫米厚的中空玻璃的保温性可与100毫米厚的混凝土墙相比拟。所以，建筑物的玻璃幕墙、较大的玻璃窗都应使用中空玻璃以便减少取暖能耗。 中空玻璃还有良好的隔音效果。 除用平板玻璃为原片制造中空玻璃外，还可以用钢化玻璃、夹层玻璃、镀热反射膜玻璃、吸热玻璃等为原片制成具有多种功能的高级中空玻璃，用于超高层建筑物的观光厅等重要部位。此外，列车的空调车箱和地铁车窗玻璃都是钢化中空玻璃，以提高隔热、隔音等性能。 镀膜玻璃是在玻璃的一个或两个表面上，用物理或化学的方法镀上金属、金属氧化物等的薄膜而制成的玻璃深加工制品。 不同的膜层颜色和对光线的反射率不同，使得用镀膜玻璃装饰的建筑物晶莹辉煌。 热反射镀膜玻璃可以控制阳光的入射，减少空调能耗，而低辐射镀膜玻璃可限制室内热量向外辐射散失，在寒冷地区有显著的节能效果。 3．高分子材料 由高分子化合物组成的一大类材料。 分为天然的和合成的两类，都是由大量小分子单元以化学键连接起来的，具有很高分子量的聚合物。 合成纤维、合成橡胶、合成树脂和塑料都是合成高分子材料，也称为三大合成材料。 合成纤维的主要品种有：聚酰胺纤维(商品名尼龙、耐纶、锦纶)、聚丙烯腈纤维(商品名腈纶、奥纶)、聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维或简称聚酯纤维（商品名涤纶、的确良）、聚丙烯纤维（产品名丙纶）、聚乙烯醇缩甲醛纤维(商品名维尼纶)。它们的出现，使纺织工业大为改观。 16.6.2 新材料的发展前景 1.光子材料 光导纤维传光原理是不同折光率介质界面的全反射现象，即光从折射率大的光密介质以一定角度射向折射率小的光疏介质时，光在界面会发生全反射而全部折回光密介质。 这一定的角度称全反射临界角。光导纤维的纤芯是光密介质，而包层是光疏介质，传输的光信号只要在界面的入射角大于临界角，光就在纤芯中曲折反射前进而不会泄漏。 2.先进电子材料和研究材料 我们通常用的磁体是用钢、合金或金属氧化物制成的，叫人造磁性材料。 最初，人造磁体是用钢制成的。20世纪初，发现在钢中加入硅可以改善磁性。从此，硅钢就被大量用于制作变压器。 将镍和铁以适当比例熔