工程材料及成形工艺 第3版 第12章 先进材料及成形技术.pptx

12.1新型合金材料

12.2先进陶瓷材料

12.3先进高分子材料

12.4先进成形技术;与晶体结构不同,非晶态材料属于典型的无序结构材料。

非晶态合金的原子在三维空间中呈拓扑无序状的排列,没有晶界与堆垛层错等缺陷。

非晶态合金既是结构(或物理)无序,又是成分(或化学)无序。为了能区别非晶与微晶,通常定义非晶态合金的短程有序区小于1.5nm,即不超过4~5个原子间距。与晶态材料的结构相比较,非晶态材料具有以下主要特征。;2.非晶态合金的性能

(1)非晶态合金的力学性能

非晶态合金具有极高的断裂强度和屈服强度及良好的塑性。可经受180°弯曲而不发生断裂,而晶态合金很难具备这样好的性能。

例如,某非晶态Fe基合金屈服强度为2000~3000MPa,断裂强度约3000MPa,最高可达4000MPa。

非晶态合金的弹性模量随温度的变化极小。

一般来说,非晶态合金的密度值比相应的晶态合金低1%~2%。;3.非晶态的制备方法

两个关键问题:

一是必须形成原子(或分子)混乱排列的状态;

二是将这种热力学上的亚稳态在一定的温度范围内保存下来,使之不向晶态转变。;12.1.2纳米材料;2.纳米材料的特殊效应

表面效应(界面效应)

随着粒径的减小,纳米微粒表面原子与总原子数之比增大,纳米粒子的比表面积、表面能都迅速增加。

表面原子处于“裸露”状态,其周围缺少相邻的原子,原子配位数不足,存在未饱和键,导致纳米微粒表面存在着许多缺陷,从而使表面具有很高的活性,特别容易吸附其他原子或容易发生化学反应,表现出很大的化学活性和催化活性。;(3)量子尺寸效应

当粒子尺寸达到纳米量级时,金属费米能级附近的电子能级由准

连续变为分立能级的现象,称为量子尺寸效应。

(4)宏观量子隧道效应

微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。人们发现一些宏观量,如微颗粒的磁化强度、量子相干器件的磁通量以及电荷等亦具有隧道效应,它们可以穿越宏观系统的势垒产生变化,故称为宏观的量子隧道效应。用此概念可定性解释超细镍微粒在低温下保持超顺磁性等现象。;4纳米材料的应用;12.1.3智能材料与形状记忆合金;智能材料一般由基体材料、敏感材料、驱动???料、信息处理器和其他功能材料组成。;1)智能传感材料

对诸如热、电和磁等外部信号刺激具有监测、感知和反馈的能力,是智能结构的必需组件。较典型的传感材料有压电材料、微电子传感器、光纤等。

2)智能驱动材料

对温度、电场或磁场等变化具有产生形状、刚度、位置、固有频率、湿度或其他机械特性响应的能力。目前常用的智能驱动材料主要有形状记忆合金等。;2形状记忆合金;2）形状记忆合金的应用;12.1.4超导材料;超导材料的特殊性能使它在电力、交通、军事、信息、医疗等多种领域得到广泛应用。超导船、超导磁悬浮列车、超导电动机、超导发电机、超导计算机、超导电力系统、超导核磁共振仪、超导加速器等设想不断被提出和实现。

(1)电力输送与储存

(2)磁流体发电

(3)磁悬浮列车

(4)超导计算机;12.1.5热电材料;12.1.6磁性材料;12.1.7贮氢材料;12.2先进陶瓷材料;12.2.1先进功能陶瓷;2.敏感陶瓷;3.生物陶瓷;12.3先进高分子材料;12.3.2功能高分子材料;12.4先进成形技术;将数字模型进行切片扫描、路径规划处理之后，即可将其导入3D打印机。

此时，将打印材料按要求装进打印机，设定好打印工艺参数后即可开始打印。不同打印技术的区别在于每一层的固化方式不同。在打印过程中，如果没有异常状况发生，一般不需要对其进行人工干预。;根据成型方式的不同3D打印分为：

;12.4.2粉末冶金;12.4.3定向凝固技术;液态金属冷却法装置示意图

1-冷室（液态Sn或其它）；

2-隔板；3-加热装置；4-隔热材料；5-热室；6-已凝固铸件；7-固液界面；8-铸件模壳；9-合金溶体；10-浸入机构;图高温镍基合金在不同温度梯度(G)和拉出速度()下的形貌图

(a)平面，=0.13μm/s,G=200K/cm;(b)胞状，=0.33μm/s,G=200K/cm;(c)胞枝晶，=5.50μm/s,G=200K/cm;(d)粗枝晶，=6.67μm/s,G=200K/cm;(e)粗枝晶，=13.3μm/s,G=200K/cm;(f)细枝晶，=50μm/s,G=2