第八章新材料技術(shù)ppt課件

1、第八章 新材料技術(shù),自然界由物質(zhì)、能量、信息構(gòu)成。材料、能源、信息是現(xiàn)代文明的三大支柱,本章要點(diǎn)： 新型金屬材料 陶瓷材料 新型高分子材料 復(fù)合材料 信息材料和超導(dǎo)材料 納米材料,2019.12.2,材料是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，是人類進(jìn)步的里程碑。歷史上的石器時(shí)代、青銅器時(shí)代、鐵器時(shí)代都是以材料作為時(shí)代主要標(biāo)志的。（是現(xiàn)代文明的支柱,第一節(jié) 材料與人類社會(huì),石器、陶瓷、鐵、銅、玻璃、水泥、有機(jī)高分子（如塑料等）、單晶材料，每一種新型材料的研制成功，都引起人類文化和生活的新變化。如： (1)半導(dǎo)體材料計(jì)算機(jī)技術(shù)； (2)耐高溫、高強(qiáng)度的特殊結(jié)構(gòu)材料宇航工業(yè)； (3)光導(dǎo)纖維現(xiàn)代的光通訊；

2、 (4)有機(jī)高分子材料豐富多彩的現(xiàn)代生活,新材料，主要是指最近發(fā)展或正在發(fā)展之中的具有比傳統(tǒng)材料更為優(yōu)異性能的一類材料,如：新型的金屬材料、陶瓷材料、高分子材料、復(fù)合材料、信息材料、超導(dǎo)材料、納米材料等,煤氣爐中的電子打火壓電陶瓷,海底電纜光導(dǎo)纖維,電腦的CPU單晶硅,在各行各業(yè)都有廣泛的應(yīng)用,一、形狀記憶合金 （鈦鎳合金） 形狀記憶合金是一種新的功能金屬材料，用這種合金做成的金屬絲，即使將它揉成一團(tuán)，但只要達(dá)到某個(gè)溫度，它便能在瞬間恢復(fù)原來(lái)的形狀,第二節(jié) 新型金屬材料,新型金屬材料種類繁多，它們都屬合金,狀態(tài)1,狀態(tài)2,狀態(tài)1,衛(wèi)星天線,收藏的狀態(tài),衛(wèi)星天線,二、超塑性合金 超塑性合金是指那

3、些具有超塑性的金屬材料。超塑性是一種奇特的現(xiàn)象。具有超塑性的合金在一定的溫度下，能像飴糖一樣伸長(zhǎng)10倍、20倍甚至上百倍，也不會(huì)斷裂,新型金屬材料,試想一下，金屬變成了飴糖狀，從而具有了可吹塑和可擠壓的柔軟性能 ，加工成型非常方便,超塑性成形工藝將在航天、汽車、車廂制造等部門中廣泛采用，所用的超塑性合金包括鋁、鎂、鈦、碳鋼、不銹鋼和高溫合金等,三、減震合金 又稱阻尼合金,新型金屬材料,一種阻尼(內(nèi)耗)大，能使振動(dòng)迅速衰減的特種金屬材料。 采用阻尼合金減震防噪，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)便、體積小、輕量化等優(yōu)點(diǎn),新近開發(fā)成功的一種新型錳基減振合金“M2052合金”，其化學(xué)成分含Mn73、Cu20、Ni5、Fe2

4、(均為原子百分比,應(yīng)用在高速運(yùn)動(dòng)的機(jī)械零部件和家用電器中（冰箱、空調(diào)、音響等），可減少振動(dòng)，提高穩(wěn)定性，降低噪音,四、儲(chǔ)氫合金,新型金屬材料,能儲(chǔ)存氫的合金，稱為儲(chǔ)氫合金,儲(chǔ)氫合金具有很強(qiáng)的捕捉氫的能力，它可以在一定的溫度和壓力條件下，氫分子在合金中先分解成單個(gè)的原子，而這些氫原子便“見(jiàn)縫插針”般地進(jìn)入合金原子之間的縫隙中，并與合金進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)生成金屬氫化物，外在表現(xiàn)為大量“吸收”氫氣，同時(shí)放出大量熱量。而當(dāng)對(duì)這些金屬氫化物進(jìn)行加熱時(shí)，它們又會(huì)發(fā)生分解反應(yīng)，氫原子又能結(jié)合成氫分子釋放出來(lái)，而且伴隨有明顯的吸熱效應(yīng),主要用途: 氫氣分離、回收和凈化材料 ；制冷或采暖設(shè)備材料 ；鎳氫充電電池,五、

5、金屬多孔材料（略,六、非晶及微晶合金 （略,第三節(jié) 陶瓷材料,1、陶器瓷器（傳統(tǒng)陶瓷,先進(jìn)結(jié)構(gòu)陶瓷 先進(jìn)功能陶瓷,陶瓷的了展經(jīng)過(guò)三次飛躍，圖見(jiàn)P286,2、傳統(tǒng)陶瓷先進(jìn)陶瓷,3、先進(jìn)陶瓷納米陶瓷,本書主要提到,一、結(jié)構(gòu)材料高溫結(jié)構(gòu)陶瓷,1)氧化鋁陶瓷,用 途,坩堝、高溫爐管,剛玉球磨機(jī),高壓鈉燈燈管,用途示例：鈉蒸氣放電發(fā)光問(wèn)題早在1950年就得以解決，由于沒(méi)有一種能抵御高溫鈉蒸氣（1400）強(qiáng)烈腐蝕的特殊材料，所以，直到1965年才制取第一支高壓鈉燈,高溫結(jié)構(gòu)材料與金屬材料的性能比較,耐高溫、耐腐蝕、硬度大、耐磨損、不怕氧化,金屬材料： 易受腐蝕、不耐氧化、不適合高溫時(shí)使用,高純氧化鋁透明陶

6、瓷管,氧化鋁陶瓷制品,高溫結(jié)構(gòu)材料,2)氮化硅陶瓷,此外，高溫結(jié)構(gòu)陶瓷還有：氮化硼陶瓷、碳化 硼陶瓷、 、 等,Si3N4基陶瓷球軸承,氮化硅陶瓷部件,沙漠車,等,氧化鋯陶瓷,碳化硅陶瓷,3)人造寶石,紅寶石和藍(lán)寶石的主要成分都是Al2O3（剛玉）。 紅寶石呈現(xiàn)紅色是由于其中混有少量含鉻化合物； 而藍(lán)寶石呈藍(lán)色則是由于其中混有少量含鈦化合物。 1900年，科學(xué)家曾用氧化鋁熔融后加入少量氧化鉻的方法，制出了質(zhì)量為2g-4g的紅寶石。 現(xiàn)在，已經(jīng)能制造出大到10g的紅寶石和藍(lán)寶石,鉆石、寶石、玉石的成分是什么，它們是同一類物質(zhì)嗎,鉆石就是 ，其成分是碳； 的主要成分是氧化鋁，不同顏色的寶石是因?yàn)槠?/p>

7、中含少量不同的氧化物雜質(zhì)； 的主要成分是 硅酸鹽。所以，鉆石、寶石、玉石都是價(jià)格昂貴的“石頭”，但它們不是同一類物質(zhì),金剛石,寶石,玉石,是指利用材料的電、磁、聲、光、熱、彈性等直接的或耦合的效應(yīng)以實(shí)現(xiàn)各種使用功能的陶瓷,二、先進(jìn)功能陶瓷,半導(dǎo)體陶瓷、絕緣陶瓷、介電陶瓷、發(fā)光陶瓷、感光陶瓷、吸波陶瓷、激光用陶瓷、核燃料陶瓷、推進(jìn)劑陶瓷、太陽(yáng)能光轉(zhuǎn)換陶瓷、貯能陶瓷、陶瓷固體電池、阻尼陶瓷、生物技術(shù)陶瓷、催化陶瓷、特種功能薄膜等，在自動(dòng)控制、儀器儀表、電子、通訊、能源、交通、冶金、化工、精密機(jī)械、航空航天、國(guó)防等部門均發(fā)揮著重要作用,其用途實(shí)在太多了,第四節(jié)新型高分子材料,高分子是由碳、氫、氧、氮

8、、硅、硫等元素組成的分子量足夠高的有機(jī)化合物,高分子材料包括橡膠、塑料、纖維、涂料、膠粘劑等材料,現(xiàn)代高分子材料為三大合成材料：橡膠、塑料、合成纖維,現(xiàn)代高分子材料（新型高分子材料），具有磁性、光信息的處理、人體器官的替代等方面,第五節(jié)復(fù)合材料,復(fù)合材料是由兩種或兩種以上不同性質(zhì)的材料，通過(guò)物理或化學(xué)的方法，在宏觀上組成具有新性能的材料。 各種材料在性能上互相取長(zhǎng)補(bǔ)短，產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，使復(fù)合材料的綜合性能優(yōu)于原組成材料而滿足各種不同的要求,有玻璃纖維（玻璃鋼）、碳纖維、芳綸纖維、超高分子聚乙烯纖維 等,第六節(jié) 信息材料和超導(dǎo)材料,一、信息材料,二、超導(dǎo)材料： 超導(dǎo)材料是一類在低溫下23.2K（大

9、約零下250攝氏度）或更低溫度下電阻可以完全消失的材料,T（K）273+t（攝氏度,信息材料屬于功能材料，是為實(shí)現(xiàn)信息探測(cè)、傳輸、存儲(chǔ)、顯示和處理等功能使用的材料。如電子材料，光電子材料等,超導(dǎo)材料的作用,1）用超導(dǎo)材料做成導(dǎo)線，電阻幾乎為零，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離無(wú)損耗輸電； （2）超導(dǎo)材料可以產(chǎn)生極強(qiáng)的磁場(chǎng)，用于制造磁懸浮列車； （3）用超導(dǎo)材料制成的發(fā)電機(jī)將會(huì)比現(xiàn)有的發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率高100倍以上,1986年，獲得了臨界溫度Tc達(dá)35K的超導(dǎo)體， 1987年，發(fā)現(xiàn)了臨界溫度Tc為90K的材料，實(shí)現(xiàn)了在液氧（77K）中的超導(dǎo)性,超導(dǎo)研究的進(jìn)展,人類已發(fā)現(xiàn)由鑭、鍶、銅、氧組成的陶瓷材料在14溫度下存在

10、超導(dǎo)跡象,納米材料指的是微粒直徑最多不超過(guò)100納米的材料， （通常情況下，微粒直徑不超過(guò)10nm納米）它具有奇特的光、電、磁、熱、力和化學(xué)性質(zhì)。 實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)如果將金屬銅或鋁做成幾個(gè)納米的顆粒，一遇到空氣就會(huì)產(chǎn)生劇烈的燃燒，發(fā)生爆炸。有人認(rèn)為用納米顆粒作新型火箭的固體燃料將會(huì)有更大的推力,第七節(jié) 納米材料,1毫米=1 000微米,1 微米=1 000 納米,如果把納米顆粒粉末制成塊狀金屬材料，它會(huì)變得十分結(jié)實(shí)，強(qiáng)度比一般金屬高十幾倍，同時(shí)又可以像橡膠一樣富有彈性。納米金屬有著奇異的性能超塑延展性，納米銅在室溫下可延伸50多倍而不折斷。用這種材料制造飛機(jī)、汽車、輪船，會(huì)使它們的質(zhì)量減少到1/10,

11、1）納米碳管是石墨中一層或若干層碳原子卷曲而成的籠狀纖維，內(nèi)部是空的，外部直徑只有幾到幾十納米。這樣的材料很輕，但很結(jié)實(shí)。它的密度是鋼的1/6，而強(qiáng)度卻是鋼的100倍。用來(lái)做防彈背心是再好不過(guò)的了。納米碳管的細(xì)尖極易發(fā)射電子，用于做電子槍，可做成幾厘米厚的壁掛式電視。 （2）如果把透明、防油、防水的納米材料顆粒組合在大樓表面或窗玻璃上，大樓不會(huì)被空氣中的油污弄臟，玻璃也不會(huì)沾上水蒸氣而永遠(yuǎn)透明。 （3）納米材料在醫(yī)學(xué)上前途不可限量。用數(shù)層納米材料包裹的智能藥物進(jìn)入人體后可主動(dòng)搜索并攻擊癌細(xì)胞或修補(bǔ)損傷組織。在人工器官外面涂上納米粒子可預(yù)防移植后的排異反應(yīng)。使用納米技術(shù)的新型診斷儀器只需檢測(cè)少量血液，就能診斷出各種疾病。納米顆粒還可用于人體的細(xì)胞分離或細(xì)胞染色，也可以用來(lái)攜帶DNA進(jìn)行DNA治療基因缺陷癥,高純氧化鋁透明陶瓷管,返回,氧化鋁陶瓷制品,高壓鈉燈管,1燈內(nèi)溫度高達(dá)1400 。 2鈉蒸氣具有強(qiáng)烈的腐