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《工程材料学》;第1章 序 论 ;二、新材料发展趋势 1．继续重视高性能的新型金属材料 指具有高强度、高韧性、耐高温、耐低温、抗腐蚀、抗辐射等性能的材料。这种材料与发展空间技术、核能、海洋开发等工业有着极其密切的关系。新材料是依靠新技术和新工艺发展的。例如，合金成分的物理冶金设计，微量元素的加入与控制，特殊组织结构的控制等，可大幅度提高材料的性能。面向21世纪，金属材料仍占主导地位。 2．结构材料趋向于复合化 尽管金属材料采用了一系列强韧化措施及发展了非金属材料，如高分子材料和陶瓷材料,但由于单一材料存在难以克服的某些缺点，如脆性、弹性模量低、比强度不足等。所以把不同的材料进行复合以得到优于原组分性能的新材料，就成为结构材料发展的一个重要趋势。如玻璃树脂基的第一代复合材料，碳纤维增强树脂基的第二代复合材料，第三代复合材料则是正在发展的金属基、陶瓷基及碳基复合材料。复合材料在航空、航天工业和汽车工业中获得了广泛的应用，在化工设备和其它方面也有较多的应用。; 3．低维材料正在扩大应用 包括零维(超微粒)、一维(纤维)和二维薄膜材料，可用于作结构材料和功能材料。 通过化学反应、气相沉积等方法，可制出亚微米级和纳米级(1-100mm)的金属或陶瓷粉末。有很大的比表面积和比表面能，熔点低，扩散速度快，烧结温度下降，强度高而塑性好，具有良好的综合性能。某些超微粒功能材料，可成为高效吸波材料。 一维材料最突出的是光导纤维，可用于作通信工程材料。纤维结构材料是复合材料中的主要增强组分，它决定了复合材料的关键性能；纤维中的晶须，其强度和刚度可接近理论强度值；碳纤维、有机高分子纤维和陶瓷纤维均有广阔的应用前景。 二维的薄膜材料发展迅速，金刚石薄膜和有机高分子薄膜十分诱人，高温超导薄膜也尤为突出。金刚石薄膜可用于高速电子计算机的微芯片；高分子分离膜已在水处理、化工生产、高纯物质制备等方面获得了应用；高温超导薄膜将开辟超导技术的新领域。 ;4．非晶(亚稳态)材料日益受到重视 70年代通??快冷技术(106℃／s)而获得非晶态或亚稳态合金材料。由于骤冷，金属中的合金元素偏析程度降低，没有晶界，从而可提高合金化程度，而不致产生脆性相。非晶态合金具有高强度、耐腐蚀等特点，某些非晶态铁基合金具有很好的磁学性能，用作变压器比硅钢片的铁损低2／3。 在工程应用中，通过激光束表面处理可在工件表面获得非晶态，具有高耐磨性和耐蚀性。另外，非晶态的硅太阳能电池，光电转换率可达15％，有很大进一步实用化研究价值。 5．功能材料迅速发展 功能材料是当代新技术中能源技术、空间技术、信息技术和计算机技术的物质基础。功能材料是90年代材料研究与生产中最活跃的领域。例如，由于超大容量信息通信网络和超高计算机的发展，对集成电路的要求越来越高，促进集成度逐年增加。从材料看，除了硅半导体外，化合物半导体受到越来越多的重视。又如有关磁记录和磁光记录材料、高温超导材料、光电转换材料等都将有进一步的发展。近年来功能梯度材料发展很快，其性能是原来的均质材料和一般复合材料所不具备的，梯度功能材料将有巨大的应用潜力。 ; 一般复合材料中分散相是均匀分布的，但在有些情况下，常常希望同 一件材料两侧具有不同的功能，又希望两侧结合得完美，从而不至于在苛 刻条件下因性能不匹配而发生破坏。 航天飞机推进系统中超音速燃烧冲压式发动机，燃烧气体温度超过 2000℃；燃烧室壁另一侧又要经受作为燃料的液氢的冷却作用，温度为－ 200℃。一般材料显然满足不了这一要求。于是，人们想到将金属和陶瓷 联合起来使用，用陶瓷去对付高温，用金属来对付低温。 但是，用传统的技术将金属和陶瓷结合起来时，由于二者的界面热力学 特性匹配不好，在极大的热应力下还是会遭到破坏。 在陶瓷和金属之间通过连续地控制内部组成和微细结构的变化，使两种 材料之间不出现界面，从而使整体材料具有耐热应力强度和机械强度也较 好的新功能。 又如W-Cu热沉材料。;6．特殊条件下应用的材料 在低温、高压、高真空、高温以及辐射条件下，材料的结构和组织将会转变，并由此引起性能变化。研究这些变化规律，将有利于改善材料性能和开发新材料。例如，在高压下的结构材料，由于原子间距离缩短，材料将由绝缘体转变为导电体，Nb3Sn、Nb3Ce和Nb3Si等超导体均在高压下合成。现正在开展高压力及冲击波对材料性能影响的试验研究，理论上预测氢在几千万大气压下将转变为金属态，它在室温时就具有超导性，它的实现还有待于高压条件的创建。另外，对太空、深海洋等工程技术所用的材料也将继续深入研究。 7．材料