《·····》由会员分享，可在线阅读，更多相关《·····（32页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、太原工业学院毕业设计毕 业 论 文论 文 题 目：现代材料及其加工 班 级：0870133 班 24号姓 名：姚志梁指 导 教 师：刘晓太原工业学院毕业设计摘要：人类发展的历史证明，材料是社会进步的物质基础与先导，是人类进步的里程碑。从人类的发展史看，每一种重要材料的发展和广泛应用，都会把人类支配和改造自然的能力提高到一个新的高度，给社会生产力和人类生活带来巨大的变化，把人类的物质和精神文明推进一大步，而现代材料的出现使得人类文明更进一步。现代技术和产业中的物质、能量、信息转换以及人与自然的协调发展 , 都要以新材料为基础。随着现代材料的出现材料加工的方法也随之多种多样。当代新材料技术是现代文
2、明的重要支柱 ,也是现代科技革命的重要物质基础。由于计算机技术、信息技术、自动控制技术、测试技术等的科学进步和发展 , 使得现代材料技术的发展的一个重要特点是各类技术的相互交叉与综合。 关键词：现代材料，材料加工，材料，太原工业学院毕业设计太原工业学院毕业设计1第一章 前言材料是人类生活和生产活动必须的物质基础，同人类文明有着密切的关系。历史上人们把材料作为人类进步的里程碑，如“石器时代”，“铜器时代”，“铁器时代”等。材料对推动科学技术的发展起着极其重要的作用。新材料的出现带来了划时代的变化，没有材料的进步一切新技术即将失去生命力。随着工业技术的飞速发展，也对材料的要求不断提高，新型材料不断
3、问世，促使了材料加工的科技进步和变革。文中就材料的发展，现代材料的种类，现代金属材料，材料加工的发展，材料加工的传统技术，材料加工的新型技术进行了阐述。针对现代材料的加工技术结合现代的实际情况，探讨针对材料运用那些加工技术。太原工业学院毕业设计2第二章21 材料的发展材料是能为人类经济地用于制造有用物品的物质。也就是说物质中只有一部分是材料。材料的一大特点就是能为人类使用。另外，经济性也很重要。比如金刚石很硬，一般硬度越大的材料越耐磨，但由厂它的稀有和昂贵就不适宜作为耐磨构料。出于要使用材料因此人类必须熟悉了解材料。材料是物质，但不是所有物质都可以称为材料。如燃料和化学原料、工业化学品、食物和
4、药物，一般都不算是材料。但是这个定义并不那么严格，如炸药、固体火箭推进剂，一般称之为“含能材料” ，因为它属于火炮或火箭的组成部分。材料的发展过程大致可以分为以下几个阶段：远古时代，人类最早使用的是竹、木、石、骨之类的原始天然材料，不经加工或简单加工即可制成工具和用具，这是材料发展的初始阶段，这一阶段的特点是人类单纯选川大然材料。早在100力年以前，人类就开始以石头做工JL这称之为旧石器时代。1万年以前，人类对石头进行加工，使之成为更精致的器皿和丁具，从而进入新石器时代，在新石器时代，人类还发明了用黏土成型，再火烧固化制成的陶器。新石器时代，人类开始用毛皮遮身；8000年前中国人开始用蚕丝做衣
5、服；4500年前印度人开始种植棉花。这些材料在被人类使用的同时，也为人类的文明奠定了重要的物质基础。铜、铁和而后的具他合金的发现及应用，是材料发展的第二阶段。在这个阶段中，金属(主要是钢和铁)确定了工业材料的绝对权威。在人类社会中这个阶段持续了很长的时间，并发挥了极其重要的作用。这个阶段的特点是人类从自然资源中提取有用材料。在新石器时代，人类已经知道使用天然的金和铜，但因其尺寸较小，数员也少，不能成为大量使用的材料。后来人类在找寻石料的过程中认识了矿石，在烧制陶器的过程中又还原出金属铜和锡，创造了炼钢技术，生产出各太原工业学院毕业设计3种青铜器物，从而进入青铜器晌代。这是人类大量利用金属的开始
6、，是人类文明的重要里程砷。中国在商周(即公元前17世纪初-前256年)就进入了青铜器的鼎盛时期，在技术上达到了当时世界的顶蜂，5000年前，人类开始用铁。由于铁比铜更易得到，更好利用，在公元前10世纪，铁工具已比青铜工具更为普通，人类从此由青铜器时代进入铁器时代。随着科学技术和工业的发展，人类对材料提出了质量轻、功能多、价格低等要求。与此同时，人类已掌握了丰富知识和生产技能，已能人为地制造出一些自然界不存在的材料，来满足社会各种各样的要求，并在材料的研制方面取得取得了很大的自由度和主动性。这是材料发展的第三个阶段，即进入了人工合成时代。塑料、各种高分子材料、精细陶瓷、新型复合材料、超晶格异质结
7、等构料是这一阶段的代表。到了近代，18世纪蒸汽机的发明和19世纪电动机的发明，使材料在新品种开发和规模生产等方面发生了飞跃。 目前人类正进人信息仕会，材料、能源和信息技术是当前国际公认的新技术革命的三大支柱。 个国家的材料的品种、数虽和质量，已成为衡量该国科学技术、国民经济水平利国防力量的重要标志。2.2 材料的分类材料除了具有重要性和普遍性以外，还具有多样性。由于多种多样，分类方法也就没有一个统一你准。世界各国和不同的科学家对材料的分类方法不尽相向，可以从不同的角度对材料来进行分类。(1)按材料的发展进行分类一般将材料分为传统材料与新型材料两大类。传统材料是指那些已经成熟且在工业中已批量生产
8、并大量应用的材料，如钢铁、水泥、塑料等。这类材料由于用量大、产值高、涉及面广泛，又是很多支柱产业的基础，所以又称为基础材料。新型材料(或称为先进材料)是指那些正在发展，且具有优异性能和应用前景的一类材料。新型材料与传统材料之间并没合明显的界限，传统材料通过采用新技术，提高太原工业学院毕业设计4技术含量，提高件能，大幅度增加附加值而成为新型材料；新材料在经过长期生产与应用之后也就成为传统材料。传统材料是发展新材料和高技术的基础，而新型材料又往往能推动传统材料的进一步发展。(2)按原于结合键类型进行分类从原子结合键类型，或者说从物理化学属性来分，可分为金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料和不同
9、类型材料组成的复合材料。金属材料的结合键主要是金属键；无机非金属材料的结合键主要是共价键或离子键：而高分子材料，其结合键主要是共价键、分子键和氢链。随着科学技术的发展，人类已从合成材料的时代步人了复合材料时代。因为要想合成一种新的单一材料使之满足各种高要求的综合指标是非常困难的，但如果把现有的金属材料、无机非金属材料和高分子材料通过复合工艺组成复合材料，则可以利用它们所特有的复合效应使之产生原组成材料个具备的性能，而且还可以通过材料设计达到预期的性能指标，并起到节约材料的作用。我们将复合材料单独作为类。以上4类材料每类又可以分为若干类，如表11表1.4太原工业学院毕业设计52.3 新材料的发展
10、高技术新材料，是指当今高技术时代发展起来的、具有传统材料无法比拟的、全新的功能，或具有明显优异性能的新材料。在工业上使用的化合物都是采用了元素期表中的90多种化学元素所形成的，目前世界上已发现了800多万种化合物，并以每年数万种的速度递增，其中有相当一部分具有发展成为新材料的潜力。当前世界上已有的传统材料共有十几万种，而新材料则以每年5的速度增长(其中85属功能材料)。当前材料科学正在迅猛发展，下面简要介绍近年来有重大进展和产生巨大社会价值的几个主要方向。(1)纳米材料纳米材料是指粉体或材料中晶粒为纳米级(10100 nm)的材料：由于晶粒尺寸很小使得界面、表面原子数目的比例增加(可达50)。
11、表面界面原子具有高度的活性，可使这些材料在烧结、扩散、硬度、强度等物化性能上表现出新的性质。纳米材料的尺寸己达到电子的德布岁意波长，这是材料中电子的运动必须考虑到它的波动性和尺寸效应，因此必然出现新的电、磁、光等性质。(2)信息材料太原工业学院毕业设计6信息材料的特点是要求高(超纯、超净、高精度)、专用性强、涉及面广、技术更新快。它可分为4种：半导体材料；硅是最关键的半导体材料，全世界年产量近3000吨，近年由于制作大规模集成电路的需要，单晶向大直径、高纯度等方向发展。按目前发展趋势，从直径来看，大约每4年增大1英寸；从纯度来看，高纯硅的杂质浓度为110(即每100亿个原了中才有1个杂质原子)
12、，在实验室中能达到的纯度已接近理论极限纯度。信息记录材料，信息记录材料是计算机外围设备的关键，是软件和信息库的基础。没有信息记录材料的大容量、高密度及高速存取，也就没有现在的信息库。目前，一张直径为30 cm的磁盘上，可以存入几千本甚至几万本书的信息量。敏感材料，指物理性质对电、光、声、力、热、磁以及气体有敏感的材料。它是传感器的核心，敏感材料的灵敏皮决定着控制的精度。例如材料的电阻随温度而变，使可制成温敏元件。光导纤维，主要有石英型、多组分玻璃型光纤和期料光纤。光导纤维主要用于通信，还广泛用于传感、测量、数据处理、医疗和照明等方面。(3)能源新材料能源新材料是发展新能源及节约能源的关键。这类
13、材料种类较多，当前引起世界各国重视的有：非晶硅薄膜，这种薄膜的光吸收系数比单晶硅高一个数量级，用作电池材料只需1微米厚，原材料消耗仅为单品硅的1200，成本低。20世纪末，日本研究的堆积型太阳能电他的光电转换效率已经达191。高温结构陶瓷，这类材料具有高强度、抗氧化、耐腐蚀等优点。当前世界发达国家正在大量应用结构陶瓷，使工业设备性能发生改变。例如，美国热能设备广泛采用结构陶瓷，其热效率可提高1530，由此每年可节省能源费近干亿美元。越导材料，是一种有广阔发展前途的新材料。如果用这类材料制造电机，可使极限输出量增大20倍，质量减小90左右，造价减少一半，还可实现电力的无损耗远距离传输。（4)智能
14、材料智能材料是具有感知和驱动双重功能的材料，它能对外界环境进行观测(感觉)并做出反应(驱动)，从另一个角度来看，这是一种仿生物(生命)系统的材料。(5)生物医学材料 太原工业学院毕业设计7生物医学材料的目标足对人体组织的矫形、修复、再造、充填以维持其原有功能。它要求材料不仅具有相应的性能(强度、硬度)，还必须与人体组织有相容性以及一定的生物活性。大家比较熟悉的有活性羟基磷灰石和微晶玻璃，这些是牙根种植体，牙槽矫形，颌骨再造等牙科用的材料；高强度的氧化铝和氧化铅以及带有陶瓷涂层的饮系合金，往往选作求受负荷部位的生物矫形复合材料。聚乳酸与羟基磷灰石、磷酸钙的复合材料，以及加人钛纤维或玻璃纤维组成的
15、复合材料也是矫形固定器、组织再造等的有效材料。此外还有基本研制成功了的用作人造心瓣膜的碳基复合材料。生物医学材料有广阔的前景需要材料科学家和医学家密切配合。(6)高温超导材料液氮温区以上的高温超导材料的出现，大大推动多元复合氧化物材料的研究和超导技术的发展。因为这类酮酸盐体系具有钙钛矿结构特征和复杂的扩散缺陷问题，如非计量化、交生现象、超结构、Cu3d02P轨道杂化、Cu3d的JT效应等材料物理和化学问题。这些微结构变化与屯电磁性能存在一些对应的关系。而高温超导材料的薄膜化技术，是超导在弱电领域应用的关键，特别是在微波无源器件中的应用，大大提高了器件的灵敏度和降低了插损，已在高灵敏度接受、卫星
16、通讯等方面得到了广泛应用。(7)高分子有机合成材料高分子有机合成材料具有原料丰富、耗能低、便于加工等特点。现在最具发展的途的有：高强度工程塑料，通过合金化、结晶化和其他各种增强方式，塑料的强度和弹性模量与钢相近，但密度却只有钢的16；功能高分子材料，如高效分离膜，可用于化工中多种分离工序。化学反应膜，把催化剂，微生物和促进反应的其他物质固定在膜里，可以简化反应工序，节约能源有利于连续生产。具有导电功能的高分子材料称为导电高分子材料。通常这种材料可分为复合型和结构型。复合型是由绝缘性高分子材料和各种导电材料通过填充复合和表面复合等力式制成。目前特种复合技术的研究已成为这类材料发展的主要方向之一。结构型是指高分子结构本身或经过掺杂之后具有导电功能的高分子材料。根据导电率大小又可分为高分子半导体、高分子金属和高分子超导体。导电高分子材料不像金属那样具有自由电子，导电是通过共96?电子的话化来进
