第八章新材料技术ppt课件

《第八章新材料技术ppt课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第八章新材料技术ppt课件（34页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第八章第八章 新材料技术新材料技术 自然界由物质、能量、信息构成。材料、能源、自然界由物质、能量、信息构成。材料、能源、信息是现代文明的三大支柱。信息是现代文明的三大支柱。本章要点：新型金属材料新型金属材料陶瓷材料新型高分子材料新型高分子材料复合材料复合材料信息材料和超导材料信息材料和超导材料纳米材料纳米材料2019.12.2 材料是人类赖以生存和发展的物质基础，是人类进材料是人类赖以生存和发展的物质基础，是人类进步的里程碑。历史上的石器时代、青铜器时代、铁器时代步的里程碑。历史上的石器时代、青铜器时代、铁器时代都是以材料作为时代主要标志的。（是现代文明的支柱）都是以材料作为时代主要标志的。（

2、是现代文明的支柱）第一节第一节 材料与人类社会材料与人类社会 石器、陶瓷、铁、铜、玻璃、水泥、有机高分子（如石器、陶瓷、铁、铜、玻璃、水泥、有机高分子（如塑料等）、单晶材料，每一种新型材料的研制成功，都引塑料等）、单晶材料，每一种新型材料的研制成功，都引起人类文化和生活的新变化。如：起人类文化和生活的新变化。如： (1)半导体材料半导体材料计算机技术；计算机技术； (2)耐高温、高强度的特殊结构材料耐高温、高强度的特殊结构材料宇航工业；宇航工业； (3)光导纤维光导纤维现代的光通讯；现代的光通讯； (4)有机高分子材料有机高分子材料丰富多彩的现代生活丰富多彩的现代生活 新材料，主要是指最近发展

3、或正在发展之中新材料，主要是指最近发展或正在发展之中的具有比传统材料更为优异性能的一类材料。的具有比传统材料更为优异性能的一类材料。 如：新型的金属材料、陶瓷材料、如：新型的金属材料、陶瓷材料、高分子高分子材料、复合材料、信息材料、超导材料、纳米材料、复合材料、信息材料、超导材料、纳米材料等。材料等。煤气炉中的电子打火压电陶瓷煤气炉中的电子打火压电陶瓷海底电缆光导纤维海底电缆光导纤维电脑的电脑的CPU单晶硅单晶硅在各行各业都有广泛的应用在各行各业都有广泛的应用 一、形状记忆合金一、形状记忆合金 （钛（钛镍合金）镍合金）形状记忆合金是一种新的功能金属材料，用这种合金做形状记忆合金是一种新的功能金

4、属材料，用这种合金做成的金属丝，即使将它揉成一团，但只要达到某个温度，成的金属丝，即使将它揉成一团，但只要达到某个温度，它便能在瞬间恢复原来的形状。它便能在瞬间恢复原来的形状。 第二节第二节 新型金属材料新型金属材料 新型金属材料种类繁多，它们都属合金新型金属材料种类繁多，它们都属合金。状态1状态2状态1卫星天线收藏的状态卫星天线 二、超塑性合金二、超塑性合金 超塑性合金是指那些具有超塑性的金属材料。超塑性是超塑性合金是指那些具有超塑性的金属材料。超塑性是一种奇特的现象。具有超塑性的合金在一定的温度下，能像一种奇特的现象。具有超塑性的合金在一定的温度下，能像饴糖一样伸长饴糖一样伸长10倍、倍、

5、20倍甚至上百倍，也不会断裂。倍甚至上百倍，也不会断裂。 新型金属材料新型金属材料 试想一下，金属变成了饴糖状，从而具有了可吹塑试想一下，金属变成了饴糖状，从而具有了可吹塑和可挤压的柔软性能和可挤压的柔软性能 ，加工成型非常方便。，加工成型非常方便。 超塑性成形工艺将在航天、汽车、车厢制造等部门中超塑性成形工艺将在航天、汽车、车厢制造等部门中广泛采用，所用的超塑性合金包括铝、镁、钛、碳钢、广泛采用，所用的超塑性合金包括铝、镁、钛、碳钢、不锈钢和高温合金等不锈钢和高温合金等 。 三、减震合金三、减震合金 又称阻尼合金又称阻尼合金 新型金属材料新型金属材料 一种阻尼一种阻尼(内耗内耗)大，能使振动

6、迅速衰减的特种金属材大，能使振动迅速衰减的特种金属材料。料。 采用阻尼合金减震防噪，具有结构简便、体积小、采用阻尼合金减震防噪，具有结构简便、体积小、轻量化等优点。轻量化等优点。 新近开发成功的一种新型锰基减振合金新近开发成功的一种新型锰基减振合金“M2052合金合金”，其化学成分含，其化学成分含Mn73、Cu20、Ni5、Fe2(均均为原子百分比为原子百分比)。 应用在高速运动的机械零部件和家用电器中（冰箱、应用在高速运动的机械零部件和家用电器中（冰箱、空调、音响等），可减少振动，提高稳定性，降低噪音。空调、音响等），可减少振动，提高稳定性，降低噪音。 四、储氢合金四、储氢合金 新型金属材料

7、新型金属材料能储存氢的合金，称为储氢合金能储存氢的合金，称为储氢合金 。 储氢合金具有很强的捕捉氢的能力，它可以在一定的温度和储氢合金具有很强的捕捉氢的能力，它可以在一定的温度和压力条件下，氢分子在合金中先分解成单个的原子，而这些氢压力条件下，氢分子在合金中先分解成单个的原子，而这些氢原子便原子便“见缝插针见缝插针”般地进入合金原子之间的缝隙中，并与合般地进入合金原子之间的缝隙中，并与合金进行化学反应生成金属氢化物，外在表现为大量金进行化学反应生成金属氢化物，外在表现为大量“吸收吸收”氢氢气，同时放出大量热量。而当对这些金属氢化物进行加热时，气，同时放出大量热量。而当对这些金属氢化物进行加热时

8、，它们又会发生分解反应，氢原子又能结合成氢分子释放出来，它们又会发生分解反应，氢原子又能结合成氢分子释放出来，而且伴随有明显的吸热效应。而且伴随有明显的吸热效应。 主要用途主要用途: 氢气分离、回收和净化材料氢气分离、回收和净化材料 ；制冷或采暖设备材料；制冷或采暖设备材料 ；镍氢充电电池镍氢充电电池 。 五、金属多孔材料（略）五、金属多孔材料（略） 六、非晶及微晶合金六、非晶及微晶合金 （略）（略）第三节 陶瓷材料1 1、陶器瓷器（传统陶瓷）、陶器瓷器（传统陶瓷）先进结构陶瓷先进结构陶瓷先进功能陶瓷先进功能陶瓷陶瓷的了展经过三次飞跃，图见陶瓷的了展经过三次飞跃，图见P286P2862 2、传

9、统陶瓷先进陶瓷、传统陶瓷先进陶瓷3 3、先进陶瓷纳米陶瓷、先进陶瓷纳米陶瓷本书主本书主要提到要提到一、结构材料一、结构材料高温结构陶瓷高温结构陶瓷(1)(1)氧化铝陶瓷氧化铝陶瓷用用 途途 坩埚、高温炉管、坩埚、高温炉管、 刚玉球磨机、刚玉球磨机、 性性 能能 熔点高熔点高 硬度大硬度大 透明、耐高温透明、耐高温 高压钠灯灯管、高压钠灯灯管、 用途示例：钠蒸气放电发光问题早在用途示例：钠蒸气放电发光问题早在19501950年就得以解决，由年就得以解决，由于没有一种能抵御高温钠蒸气（于没有一种能抵御高温钠蒸气（14001400）强烈腐蚀的特殊材料，）强烈腐蚀的特殊材料，所以，直到所以，直到196

10、51965年才制取第一支高压钠灯。年才制取第一支高压钠灯。高温结构材料与金属材料的性能比较：高温结构材料与金属材料的性能比较： 耐高温、耐腐蚀、硬度大、耐磨损、不怕氧化。耐高温、耐腐蚀、硬度大、耐磨损、不怕氧化。 金属材料：金属材料： 易受腐蚀、不耐氧化、不适合高温时使用易受腐蚀、不耐氧化、不适合高温时使用 高纯氧化铝透明陶瓷管高纯氧化铝透明陶瓷管氧化铝陶瓷制品氧化铝陶瓷制品高温结构材料高温结构材料: :(2)(2)氮化硅陶瓷氮化硅陶瓷主要特性主要特性超硬度，耐磨损；超硬度，耐磨损；抗腐蚀，高温抗腐蚀，高温时也抗氧化；时也抗氧化；抗冷热冲击而不碎裂；抗冷热冲击而不碎裂；耐高温且不易传热；耐高温

11、且不易传热；本身具有润本身具有润滑性滑性 主要用途主要用途 制造轴承、汽轮机叶片、机械密制造轴承、汽轮机叶片、机械密封环、永久性模具等机械构件。用于封环、永久性模具等机械构件。用于制造柴油机中发动机部件的受热面等制造柴油机中发动机部件的受热面等如：如： ， 此外，高温结构陶瓷还有：氮化硼陶瓷、碳化此外，高温结构陶瓷还有：氮化硼陶瓷、碳化硼陶瓷、硼陶瓷、 、 等。等。SiSi3 3N N4 4基陶瓷球轴承基陶瓷球轴承氮化硅陶瓷部件氮化硅陶瓷部件沙漠车沙漠车等等氧化锆陶瓷氧化锆陶瓷碳化硅陶瓷碳化硅陶瓷(3)(3)人造宝石人造宝石 红宝石和蓝宝石的主要成分都是红宝石和蓝宝石的主要成分都是AlAl2

12、2O O3 3（刚玉）。（刚玉）。 红宝石呈现红色是由于其中混有少量含铬化合物；红宝石呈现红色是由于其中混有少量含铬化合物； 而蓝宝石呈蓝色则是由于其中混有少量含钛化合物。而蓝宝石呈蓝色则是由于其中混有少量含钛化合物。 1900 1900年，科学家曾用氧化铝熔融后加入少量氧化铬的年，科学家曾用氧化铝熔融后加入少量氧化铬的方法，制出了质量为方法，制出了质量为2g-4g2g-4g的红宝石。的红宝石。 现在，已经能制现在，已经能制造出大到造出大到10g10g的红宝石和蓝宝石。的红宝石和蓝宝石。 钻石、宝石、玉石的成分是什钻石、宝石、玉石的成分是什么，它们是同一类物质吗？么，它们是同一类物质吗？ 钻石

13、就是钻石就是 ，其成分是碳；，其成分是碳； 的的主要成分是氧化铝，不同颜色的宝石是因为其中主要成分是氧化铝，不同颜色的宝石是因为其中含少量不同的氧化物杂质；含少量不同的氧化物杂质； 的主要成分是的主要成分是 硅酸盐。所以，钻石、宝石、玉石都是价格昂贵硅酸盐。所以，钻石、宝石、玉石都是价格昂贵的的“石头石头”，但它们不是同一类物质。，但它们不是同一类物质。金刚石金刚石宝石宝石玉石玉石 是是指指利利用用材材料料的的电电、磁磁、声声、光光、热热、弹弹性性等等直直接接的的或或耦合的效应以实现各种使用功能的陶瓷。耦合的效应以实现各种使用功能的陶瓷。 二、先进功能陶瓷二、先进功能陶瓷 半导体陶瓷、绝缘陶瓷

14、、介电陶瓷、发光陶瓷、感光陶半导体陶瓷、绝缘陶瓷、介电陶瓷、发光陶瓷、感光陶瓷、吸波陶瓷、激光用陶瓷、核燃料陶瓷、推进剂陶瓷、瓷、吸波陶瓷、激光用陶瓷、核燃料陶瓷、推进剂陶瓷、太阳能光转换陶瓷、贮能陶瓷、陶瓷固体电池、阻尼陶瓷、太阳能光转换陶瓷、贮能陶瓷、陶瓷固体电池、阻尼陶瓷、生物技术陶瓷、催化陶瓷、特种功能薄膜等，在自动控制、生物技术陶瓷、催化陶瓷、特种功能薄膜等，在自动控制、仪器仪表、电子、通讯、能源、交通、冶金、化工、精密仪器仪表、电子、通讯、能源、交通、冶金、化工、精密机械、航空航天、国防等部门均发挥着重要作用。机械、航空航天、国防等部门均发挥着重要作用。 其用途实在太多了其用途实在

15、太多了。 第四节新型高分子材料第四节新型高分子材料 高高分分子子是是由由碳碳、氢氢、氧氧、氮氮、硅硅、硫硫等等元素组成的分子量足够高的有机化合物。元素组成的分子量足够高的有机化合物。 高分子材料包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘高分子材料包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂等材料。剂等材料。 现代高分子材料为三大合成材料：橡胶、塑料、合现代高分子材料为三大合成材料：橡胶、塑料、合成纤维。成纤维。 现代高分子材料（新型高分子材料），具有磁性、现代高分子材料（新型高分子材料），具有磁性、光信息的处理、人体器官的替代等方面。光信息的处理、人体器官的替代等方面。第五节复合材料第五节复合材料 复复合合材材料

16、料是是由由两两种种或或两两种种以以上上不不同同性性质质的的材材料料，通通过过物物理理或或化化学学的的方方法法，在在宏宏观上组成具有新性能的材料。观上组成具有新性能的材料。 各各种种材材料料在在性性能能上上互互相相取取长长补补短短，产产生生协协同同效效应应，使使复复合合材材料料的的综综合合性性能能优优于于原原组成材料而满足各种不同的要求。组成材料而满足各种不同的要求。 有玻璃纤维（玻璃钢）、碳纤维、芳纶纤维、有玻璃纤维（玻璃钢）、碳纤维、芳纶纤维、超高分子聚乙烯纤维超高分子聚乙烯纤维 等。等。第六节第六节 信息材料和超导材料信息材料和超导材料一、信息材料一、信息材料 二、超导材料：二、超导材料：

17、 超导材料是一类在低温下超导材料是一类在低温下23.2K（大约零下（大约零下250摄氏度）或更低温度下摄氏度）或更低温度下电阻可以完全消失的材料。电阻可以完全消失的材料。 T（K）273+t（摄氏度）（摄氏度） 信息材料属于功能材料，是为实现信息探测、传信息材料属于功能材料，是为实现信息探测、传输、存储、显示和处理等功能使用的材料。如电子材输、存储、显示和处理等功能使用的材料。如电子材料，光电子材料等。料，光电子材料等。超导材料的作用：超导材料的作用： （1）用用超超导导材材料料做做成成导导线线，电电阻阻几几乎乎为为零零，可可以以实实现现远远距离无损耗输电；距离无损耗输电； （2）超超导导材材

18、料料可可以以产产生生极极强强的的磁磁场场，用用于于制制造造磁磁悬悬浮浮列列车；车； （3）用用超超导导材材料料制制成成的的发发电电机机将将会会比比现现有有的的发发动动机机输输出出功率高功率高100倍以上。倍以上。1986年，获得了临界温度年，获得了临界温度Tc达达35K的超导体，的超导体，1987年，发现了临界温度年，发现了临界温度Tc为为90K的材料，实现了在的材料，实现了在液氧（液氧（77K）中的超导性。）中的超导性。超导研究的进展：超导研究的进展： 人类已发现由镧、锶、铜、氧组成的陶瓷材料在人类已发现由镧、锶、铜、氧组成的陶瓷材料在1414温度下存在超导迹象。温度下存在超导迹象。 纳纳米

19、米材材料料指指的的是是微微粒粒直直径径最最多多不不超超过过100纳纳米米的的材材料料， （通通常常情情况况下下，微微粒粒直直径径不不超超过过10nm纳纳米米）它它具具有有奇奇特特的的光光、电电、磁磁、热热、力力和化学性质。和化学性质。 实实验验发发现现如如果果将将金金属属铜铜或或铝铝做做成成几几个个纳纳米米的的颗颗粒粒，一一遇遇到到空空气气就就会会产产生生剧剧烈烈的的燃燃烧烧，发发生生爆爆炸炸。有有人人认认为为用用纳纳米米颗颗粒粒作作新新型型火火箭箭的的固固体体燃燃料料将会有更大的推力。将会有更大的推力。第七节第七节 纳米材料纳米材料1 1毫米毫米毫米毫米=1 000=1 000微米微米微米微

20、米1 1 微米微米微米微米=1 000 =1 000 纳米纳米纳米纳米 如如果果把把纳纳米米颗颗粒粒粉粉末末制制成成块块状状金金属属材材料料，它它会会变变得得十十分分结结实实，强强度度比比一一般般金金属属高高十十几几倍倍，同同时时又又可可以以像像橡橡胶胶一一样样富富有有弹弹性性。纳纳米米金金属属有有着着奇奇异异的的性性能能超超塑塑延延展展性性，纳纳米米铜铜在在室室温温下下可可延延伸伸50多多倍倍而而不不折折断断。用用这这种种材材料料制制造造飞飞机、汽车、轮船，会使它们的质量减少到机、汽车、轮船，会使它们的质量减少到1/10。 （1）纳纳米米碳碳管管是是石石墨墨中中一一层层或或若若干干层层碳碳原

21、原子子卷卷曲曲而而成成的的笼笼状状纤纤维维，内内部部是是空空的的，外外部部直直径径只只有有几几到到几几十十纳纳米米。这这样样的的材材料料很很轻轻，但但很很结结实实。它它的的密密度度是是钢钢的的1/6，而而强强度度却却是是钢钢的的100倍倍。用用来来做做防防弹弹背背心心是是再再好好不不过过的的了了。纳纳米米碳碳管管的的细细尖尖极极易易发发射射电电子子，用用于于做做电电子子枪枪，可可做做成成几几厘厘米米厚厚的壁挂式电视。的壁挂式电视。 （2）如如果果把把透透明明、防防油油、防防水水的的纳纳米米材材料料颗颗粒粒组组合合在在大大楼楼表表面面或或窗窗玻玻璃璃上上，大大楼楼不不会会被被空空气气中中的的油油

22、污污弄弄脏脏，玻玻璃也不会沾上水蒸气而永远透明。璃也不会沾上水蒸气而永远透明。 （3）纳纳米米材材料料在在医医学学上上前前途途不不可可限限量量。用用数数层层纳纳米米材材料料包包裹裹的的智智能能药药物物进进入入人人体体后后可可主主动动搜搜索索并并攻攻击击癌癌细细胞胞或或修修补补损损伤伤组组织织。在在人人工工器器官官外外面面涂涂上上纳纳米米粒粒子子可可预预防防移移植植后后的的排排异异反反应应。使使用用纳纳米米技技术术的的新新型型诊诊断断仪仪器器只只需需检检测测少少量量血血液液，就就能能诊诊断断出出各各种种疾疾病病。纳纳米米颗颗粒粒还还可可用用于于人人体体的的细细胞胞分分离离或或细细胞胞染染色色，也

23、也可可以以用用来来携携带带DNA进进行行DNA治治疗疗基因缺陷症。基因缺陷症。高纯氧化铝透明陶瓷管高纯氧化铝透明陶瓷管返回氧化铝陶瓷制品氧化铝陶瓷制品高压钠灯管高压钠灯管1 1灯内温度高达灯内温度高达1400 1400 。 2 2钠蒸气具有强烈的腐蚀作用。钠蒸气具有强烈的腐蚀作用。 SiSi3 3N N4 4基陶瓷球轴承基陶瓷球轴承返回天天然然玛玛瑙瑙矿矿石石玛瑙饰品玛瑙饰品用光导纤用光导纤维做手术，维做手术，不用开刀。不用开刀。返回人人造造金金刚刚石石锯锯片片返回金刚石钻头金刚石钻头返回金刚石金刚石氧化锆陶瓷氧化锆陶瓷F-117F-117是一种单座战斗轰炸机。设计目的是凭隐身性能，突破敌是一种单座战斗轰炸机。设计目的是凭隐身性能，突破敌火力网，压制敌方防空系统，摧毁严密防守的指挥所、战略要地、火力网，压制敌方防空系统，摧毁严密防守的指挥所、战略要地、重要工业目标，还可执行侦察任务，具有一定空战能力。重要工业目标，还可执行侦察任务，具有一定空战能力。返回返回返回第九章新能源技术