材料化學導論新型結構材料

材料化學導論新型結構材料第一頁，共九十七頁，2022年，8月28日1材料化學新型結構材料1.高溫結構材料2.輕型結構材料3.超低溫材料4.超硬材料5.超塑性合金6.非晶態(tài)材料7.新制備方法開發(fā)的新材料8.工程塑料9.復合材料第二頁，共九十七頁，2022年，8月28日2材料化學新型結構材料高溫結構材料1.1超耐熱合金超耐熱合金：在高溫下能滿意工作的金屬材料。

航天飛機發(fā)動機的高壓氧渦輪泵和高壓氫渦輪泵上的葉片，都是高Cr-Co-W基耐高溫合金，通過定向凝固精密鑄造制成。第三頁，共九十七頁，2022年，8月28日3材料化學新型結構材料高溫材料需滿足的條件（1）高溫下要有優(yōu)良的抗腐蝕性（2）在高溫下要有較高的強度和韌性形成金屬:第ⅤB族（V，Nb，Ta）

第ⅥB族（Cr，Mo，W）高熔點金屬第ⅦB族（Mn，Tc，Re）第Ⅷ族（Fe，Co，Ni）耐熱合金：以ⅤB～ⅦB副族元素和第Ⅷ族元素形成的合金。第四頁，共九十七頁，2022年，8月28日4材料化學新型結構材料類型第五頁，共九十七頁，2022年，8月28日5材料化學新型結構材料（1）鐵基合金：高溫下，鐵氧化；構型轉化。鐵基合金中各元素的作用鎳——形成穩(wěn)定奧氏體的主要元素鉻——提高抗氧化性和抗燃氣腐蝕性鉬和鎢——強化固溶體的晶界鋁、鈦、鈮——沉淀硬化作用基體：奧氏體，主要強化相為，以及其他微量碳化物、硼化物。鐵基高溫合金：適用于低于800℃的條件第六頁，共九十七頁，2022年，8月28日6材料化學新型結構材料(2)鎳基合金：耐高溫，使用時間長，質輕。鎳基超耐熱合金基體：鎳，鎳含量＞50%

使用范圍：700~1000℃

鎳基可溶解較多的合金元素，可保持其較好的組織穩(wěn)定性。含Cr的鎳基合金比鐵基的抗氧化性和抗腐蝕性更好。實例：現(xiàn)代噴氣發(fā)動機中，渦輪葉片幾乎全部采用鎳基合金制造第七頁，共九十七頁，2022年，8月28日7材料化學新型結構材料（3）鈷基合金：鈷含量為40~60%的奧氏體，可在730~1100℃條件下使用。耐熱溫度高。一般鈷基合金含10~22%Ni和20~30%Cr，以及Mo，W,Ta,Nb等固溶強化元素和碳化物形成元素，含碳量高，是以碳化物為主要強化相的超耐熱合金。應用：制作航空發(fā)動機、工業(yè)燃汽輪機、艦船燃汽輪機的導向葉片和噴嘴導向葉片以及柴油機噴嘴。第八頁，共九十七頁，2022年，8月28日8材料化學新型結構材料1.2高溫結構陶瓷傳統(tǒng)陶瓷工業(yè)陶瓷原料粘土，石粉碳化硅，氮化硅工藝用水拌和,成型干燥后燒制磨成均勻細粉,與燒結助劑混合或直接高壓成型,燒制耐熱溫度1300℃1500～2000℃特征易碎堅硬,熱致伸縮小,輕,耐高溫,耐腐蝕,耐蠕變,耐機械性,耐熱沖擊性研究領域高溫燃氣輪機第九頁，共九十七頁，2022年，8月28日9材料化學新型結構材料

結構陶瓷材料主要包括氧化物、非氧化物及氧化物與非金屬氧化物的復合系統(tǒng)。氧化物陶瓷(1)氧化鋁陶瓷

一種以α-Al2O3為主晶相的陶瓷材料，Al2O3含量一般在75%~99%。(2)ZrO2陶瓷密度大、硬度高、耐火度高、化學穩(wěn)定性好，抗彎強度和斷裂韌性等性能更為突出。第十頁，共九十七頁，2022年，8月28日10材料化學新型結構材料1.2.2

非氧化物陶瓷非氧化物陶瓷是由金屬的碳化物、氮化物、硅化物和硼化物等制造的陶瓷的總稱。（1）氮化物陶瓷

①氮化硅

②Sialon陶瓷

系列化合物的總稱

③氮化硼陶瓷（2）碳化物陶瓷第十一頁，共九十七頁，2022年，8月28日11材料化學新型結構材料實例1：氮化硅Si3N4

x(N)=3.0，x(Si)=1.8

結構：共價鍵，結構穩(wěn)定性能：硬度高，熔點高，絕緣性能好合成方法：

?硅氮結合法

3Si+2N2→Si3N4

?還原氮化法

3SiO2+6C+2N2→Si3N4+6CO第十二頁，共九十七頁，2022年，8月28日12材料化學新型結構材料?化學氣相法

3SiCl4+4NH3→Si3N4+12HCl

或3SiH4+4NH3→Si3N43SiH4+2N2H4→Si3N4+10H23SiH4+2N2+6Cl2→Si3N4+12HCl?熱分解法

3Si(NH)2→Si3N4+4NH33Si(NH2)4→Si3N4+8NH3

第十三頁，共九十七頁，2022年，8月28日13材料化學新型結構材料氮化硅(Si3N4)陶瓷，多晶材料晶體結構：六方晶系，

有α和β

兩相

α相——動力學上易生成，在1400~1800℃，高溫下轉化為β相

β相——結構對稱性高，摩爾體積小，是熱力學穩(wěn)定相第十四頁，共九十七頁，2022年，8月28日14材料化學新型結構材料性能高硬度，彈性模量大，高強度，耐高溫，熱膨脹系數(shù)小，導熱系數(shù)大耐熱沖擊性能好，密度低，耐腐蝕，抗氧化，機械自潤滑，表面摩擦系數(shù)小，電絕緣性好第十五頁，共九十七頁，2022年，8月28日15材料化學新型結構材料實例2：氧化鋯ZrO2結構：室溫穩(wěn)定態(tài)高溫亞穩(wěn)態(tài)單斜晶型四方晶型作用：韌化氮化硅陶瓷材料用途：制造軸承、汽輪機葉片、機械密封環(huán)、永久性模具等機械構件。用于制造柴油機中發(fā)動機部件的受熱面等類型：氮化硼陶瓷、碳化硼陶瓷、氧化鋯陶瓷、碳化硅陶瓷等。1170℃有體積收縮第十六頁，共九十七頁，2022年，8月28日16材料化學新型結構材料2.輕型結構材料2.1鋁鋰合金定義：以鋁為基添加鋰（一般為3wt％左右）及其它元素組成的合金稱作鋁鋰合金。特點：密度低、高強度、高模量以及高比強度和比剛度等。原因：鋰的密度為0.534gcm-3，是鋁的1／5，鋼的1／15。在鋁合金中增加少量鋰可使密度顯著降低。

第十七頁，共九十七頁，2022年，8月28日17材料化學新型結構材料主要系列：Al-Cu-Li-Zr系、Al-Cu-Mg-Li系、

Al-Mg-Li系。

用途：輕合金中用途最廣泛。民航機上改用鋁鋰合金，飛機重量可以減輕8％～16％。如：B737將可減重2178kgB747SP可減重4200kgB747—200可減重5200kgA310可減重2600kgA340可減重3900kg第十八頁，共九十七頁，2022年，8月28日18鋁鋰合金的生產工藝鑄造法(IM)，應用最早。各國生產的幾種比較成熟的鑄造鋁鋰合金：美國的2090、2091和8090、8091,

英國的8090和8091,

法國的CP271(8090)和CP274(2091)，前蘇聯(lián)的BAД23、01420、1421等。

材料化學新型結構材料第十九頁，共九十七頁，2022年，8月28日19粉末冶金法(PM)優(yōu)點：合金成分選擇范圍大，可獲得微細的組織和更好的性能，現(xiàn)處于研究開發(fā)階段。目前，美國聯(lián)合信號公司采用這種方法研制的644B合金的力學性能與現(xiàn)用航空航天鋁合金相當，但密度更低、比剛度更高，特別是具有優(yōu)異的低溫性能。預計粉末鋁鋰合金可能成為航空、航天器的重要結構材料。材料化學新型結構材料第二十頁，共九十七頁，2022年，8月28日20機械合金化法(MA)原理：將機械混合粉末進行高能球磨以獲得復合粉末再經壓實成材。

90年代美國Incoa公司采用該方法研制的IncoMAPAl-905XL合金(Al-Mg-Li)具有極好的抗應力腐蝕性能和熱穩(wěn)定性,并生產出136kg和544kg的真空熱壓坯料,已用于美國F-18大黃蜂戰(zhàn)斗機艙罩,機械合金化法鋁鋰合金因其熱強度優(yōu)于其它鋁鋰合金,可能在航天材料中占有特殊地位。材料化學新型結構材料第二十一頁，共九十七頁，2022年，8月28日21鋁鋰合金的一個發(fā)展方向：超塑成型。目前超塑成型的主要方法是板材吹脹法，90年代采用的超塑成型/擴散連接技術，能夠使形狀復雜的鋁鋰合金構件一次成型,并可大幅度提高結構強度,降低結構重量。英國Alcon公司報導的鋁鋰合金擴散連接工藝采用鋅做夾層。目前鋁鋰合金應用存在的主要問題是成本高、韌性和塑性較差、缺少足夠的設計和使用經驗。材料化學新型結構材料第二十二頁，共九十七頁，2022年，8月28日22材料化學新型結構材料2.2纖維材料（1）玻璃纖維性能：質輕、高強、絕緣、防腐、耐高溫

用途：制造纖維增強材料，可紡織、縫編，易于與各類材料復合。因為玻纖增強材料的比強度、比模量、耐疲勞性、阻尼減震性和破損安全性都超過高強金屬性能，是跨越傳統(tǒng)的新型材料。第二十三頁，共九十七頁，2022年，8月28日23材料化學新型結構材料

由碳基物質或纖維在惰性氣體氣氛中經高溫碳化即可制成碳纖維和石墨纖維。在800~1600℃燒成碳纖維，在2500~3000℃燒成為石墨纖維。碳纖維的含碳量為95%，石墨纖維的含碳量99%，均可制成短纖維，也可制成連續(xù)不斷的長纖維，還可以織成布、帶及氈等制品。（2）碳纖維

第二十四頁，共九十七頁，2022年，8月28日24材料化學新型結構材料

特性：與一般碳素材料相比?相同點：耐高溫、耐磨擦、導電、導熱及耐腐蝕?不同點：外形有顯著的各向異性、柔軟、可加工成各種織物，沿纖維軸方向強度很，力學性能突出。碳纖維比重小，比強度很高。用途：與樹脂、金屬、陶瓷等基體復合做結構材料。第二十五頁，共九十七頁，2022年，8月28日25材料化學新型結構材料工業(yè)化生產碳纖維方法，按原料路線分類聚丙烯腈(PAN)基碳纖維瀝青基碳纖維：由瀝青制取碳纖維，原料來源豐富，碳化收率高，但因原料調制復雜、產品性能較低，亦未得到大規(guī)模發(fā)展；粘膠基碳纖維：從粘膠纖維制取高力學性能的碳纖維必須經高溫拉伸石墨化，碳化收率低，技術難度大、設備復雜，成本較高，產品主要為耐燒蝕材料及隔熱材料所用。第二十六頁，共九十七頁，2022年，8月28日26材料化學新型結構材料聚丙烯腈(PAN)基碳纖維第二十七頁，共九十七頁，2022年，8月28日27材料化學新型結構材料第二十八頁，共九十七頁，2022年，8月28日28碳纖維的結構模型PolymerMatrixComposites，PMC普通型高強度型高彈性模量型按力學性能分類高強度碳纖維、高模量碳纖維和普通碳纖維。材料化學新型結構材料第二十九頁，共九十七頁，2022年，8月28日29

碳纖維的特點：?強度和模量高、密度?。痪哂泻芎玫哪退嵝?；熱膨脹系數(shù)小，甚至為負值具有很好的耐高溫蠕變性能，一般碳纖維在1900℃

以上才呈現(xiàn)出永久塑性變形。摩擦系數(shù)小、潤滑性好、導電性高。碳纖維的缺點：價格昂貴，比玻璃纖維貴25倍以上抗氧化能力較差，高溫有氧存在時會生成二氧化碳。材料化學新型結構材料第三十頁，共九十七頁，2022年，8月28日30材料化學新型結構材料（3）其它無機纖維碳化硅纖維（SiliconCarbideFibre，SF或SiCf）生產方法：有機合成法和CVD法。特點：高強度高模量，良好的耐化學腐蝕性、耐高溫和耐輻射性能。比碳纖維和硼纖維具有更好的高溫穩(wěn)定性。具有半導體性能。與金屬相容性好，常用于金屬基和陶瓷基復合材料。第三十一頁，共九十七頁，2022年，8月28日31材料化學新型結構材料第三十二頁，共九十七頁，2022年，8月28日32材料化學新型結構材料硼纖維（BoronFibre，BF或Bf）

1958年首先用CVD方法研制成功高模量的硼纖維。制備方法：在加熱的鎢絲表面通過化學反應沉積硼層。規(guī)格：硼纖維直徑有100μm、140μm、200μm幾種。特點：具有很高的彈性模量和強度，性能受沉積條件和纖維直徑的影響，硼纖維的密度為2.4~2.65g/cm3，拉伸強度為3.2~5.2GPa，彈性模量為

350~400GPa。耐高溫，耐中子輻射。第三十三頁，共九十七頁，2022年，8月28日33缺點：工藝復雜，不易大量生產，價格昂貴。由于鎢絲的密度大，硼纖維的密度也大。目前已研究用碳纖維代替鎢絲，以降低成本和密度，結果表明，碳心硼纖維比鎢絲硼纖維強度下降5%，但成本降低25%。常溫為較惰性物質，但在高溫下易與金屬反應，因此需在表面沉積SiC層，稱之為Bosic纖維。用途：主要用于聚合物基和金屬基復合材料。材料化學新型結構材料第三十四頁，共九十七頁，2022年，8月28日34材料化學新型結構材料氧化鋁纖維（AluminiaFibre,AF或（Al2O3）f）氧化鋁纖維是多晶連續(xù)纖維，除Al2O3外常含有約15%的SiO2。優(yōu)點：具有優(yōu)良的耐熱性（1200～1300℃

）和抗氧化性，直到370℃強度仍下降不大。缺點：在所有纖維中密度最大。用途：主要用于金屬基復合材料。第三十五頁，共九十七頁，2022年，8月28日35（4）Kevlar有機纖維（芳綸、聚芳酰胺纖維）特點：比強度、比模量高；其強度可達2800～

3700MPa；密度小，只有1.45g/㎝3；耐熱性比玻璃纖維好。它還具有優(yōu)良的抗疲勞性、耐蝕性、絕緣性和加工性。材料化學新型結構材料第三十六頁，共九十七頁，2022年，8月28日36材料化學新型結構材料Kevlar纖維樹脂復合材料由Kevlar纖維與環(huán)氧、聚乙烯、聚碳酸酯、聚酯等樹脂組成。性能特點:抗拉強度大于玻璃鋼，而與碳纖維―

環(huán)氧樹脂復合材料相似；延性好，與金屬相當；其耐沖擊性超過碳纖維增強塑料；其疲勞抗力高于玻璃鋼和鋁合金；減振能力為鋼的8倍。第三十七頁，共九十七頁，2022年，8月28日37材料化學新型結構材料（5）金屬和鋼纖維類型：鎢、鉬、不銹鋼、鋁等 特點：導電性和導熱性好，塑性和抗沖擊性好。制備方法：拉絲加工。熔融紡絲法、擠壓法、析出法、冷卻法等制造金屬纖維的新途徑也在積極探索著。用途：常用于混凝土基復合材料。第三十八頁，共九十七頁，2022年，8月28日38（6）晶須（Wisker）晶須：具有一定長徑比（一般大于10）和截面積小于52×10-5cm2的單晶纖維材料。具有實用價值的晶須直徑約為1～10μm，長度與直徑比在5～1000之間。特點：含缺陷很少的單晶短纖維，其拉伸強度接近其純晶體的理論強度。相對密度小，彈性模量高、高溫強度好。外形：白色、灰白色棒狀、螺旋狀或針狀、發(fā)狀材料化學新型結構材料第三十九頁，共九十七頁，2022年，8月28日39

用途：作復合材料的強化劑分類：金屬晶須（如Ni、Fe、Cu、Si、Ag、Ti、Cd等）氧化物晶須（如MgO、ZnO、BeO、Al2O3、TiO2、

Y2O3、Cr2O3等）陶瓷晶須（如碳化物晶須SiC、TiC、ZrC、WC、B4C）氮化物晶須（如TiB2、ZrB2、TaB2、CrB、NbB2等）無機鹽類晶須（如K2Ti6O13和Al18B4O33）材料化學新型結構材料第四十頁，共九十七頁，2022年，8月28日40晶須的制備方法： 化學氣相沉積（CVD）法溶膠—凝膠法氣液固（VLS）法液相生長法固相生長法原位生長法材料化學新型結構材料第四十一頁，共九十七頁，2022年，8月28日41材料化學新型結構材料3.超低溫材料——超低溫合金把常溫以下直至絕對零度的較大溫度范圍稱為低溫。特殊要求：防止低溫脆性

低溫下的熱性能

非磁性合金第四十二頁，共九十七頁，2022年，8月28日42

超低溫合金的研究液化天然氣中使用含鎳的鋼；不銹鋼；鎳基合金；高錳奧氏體鋼；鐵錳鋁新合金鋼。材料化學新型結構材料第四十三頁，共九十七頁，2022年，8月28日43材料化學新型結構材料第四十四頁，共九十七頁，2022年，8月28日44材料化學新型結構材料4.超硬材料4.1硬質合金（由Sehroter于1926年首先發(fā)明）由ⅣB,ⅤB,ⅥB族金屬和C,N,B形成的化合物，硬度和熔點特別高(>1000℃)。制備：粉末冶金方法，由WC、TiC、TaC、NbC、

VC等難熔金屬碳化物以及作為粘結劑的鐵族金屬用而成。類型：鎢鈷類，主要成分是WC和粘結劑Co

鈦鎢鈷類，主要成分是WC，TiC和Co第四十五頁，共九十七頁，2022年，8月28日45材料化學新型結構材料碳與ⅣB,ⅤB,ⅥB族金屬所形成的碳化物金屬型碳化物：間隙固溶體特點：具有金屬光澤，導電，傳熱性好，硬度高，熔點高，脆性大結論：第4周期中的金屬，從第ⅣB族開始，自左及右，其碳化物穩(wěn)定性依次降低。

Ti，V的碳化物穩(wěn)定。

Cr、Mn、Fe的碳化物穩(wěn)定性較差。

Co、Ni的碳化物不大穩(wěn)定。

Cu不能形成碳化物。第四十六頁，共九十七頁，2022年，8月28日46材料化學新型結構材料氮、硼與金屬所形成的氮化物、硼化物金屬型碳化物：間隙固溶體特點：導電，傳熱性好，硬度高，熔點高形成元素：Ti，Zr，Hf，V，Nb，Ta，Mo，

V及Cr，Mn，F(xiàn)e，Co，Ni，第四十七頁，共九十七頁，2022年，8月28日47目前的研究熱點(1)細化晶粒

通過細化硬質相晶粒度、增大硬質相晶間表面積、增強晶粒間結合力，可使硬質合金刀具材料的強度和耐磨性均得到提高。當WC晶粒尺寸減小到亞微米以下時，材料的硬度、韌性、強度、耐磨性等均可提高，達到完全致密化所需溫度也可降低。材料化學新型結構材料第四十八頁，共九十七頁，2022年，8月28日48普通硬質合金晶粒度為3～5μm，細晶粒硬質合金晶粒度為l～1.5μm(微米級)，超細晶粒硬質合金晶粒度可達0.5μm以下

(亞微米、納米級)。超細晶粒硬質合金與成分相同的普通硬質合金相比，硬度可提高2HRA以上，抗彎強度可提高600～800MPa。材料化學新型結構材料第四十九頁，共九十七頁，2022年，8月28日49常用的晶粒細化工藝方法：物理氣相沉積法、化學氣相沉積法、等離子體沉積法、機械合金化法等徑側向擠壓法(ECAE)是一種很有發(fā)展前途的晶粒細化工藝方法。材料化學新型結構材料第五十頁，共九十七頁，2022年，8月28日50(2)涂層硬質合金

在韌性較好的硬質合金基體上，通過CVD(化學氣相沉積)、PVD(物理氣相沉積)、HVOF(HighVelocityOxy-FuelThermalSpraying)(高速火焰噴涂)等方法涂覆一層很薄的耐磨金屬化合物，可使基體的強韌性與涂層的耐磨性相結合而提高硬質合金的綜合性能。材料化學新型結構材料第五十一頁，共九十七頁，2022年，8月28日51(3)表面、整體熱處理和循環(huán)熱處理

對強韌性較好的硬質合金表面進行滲氮、滲硼等處理，可有效提高其表面耐磨性。對耐磨性較好但強韌性較差的硬質合金進行整體熱處理，可改變材料中的粘結成分與結構，降低WC硬質相的鄰接度，從而提高硬質合金的強度和韌性。利用循環(huán)熱處理工藝緩解或消除晶界間的應力，可全面提高硬質合金材料的綜合性能。材料化學新型結構材料第五十二頁，共九十七頁，2022年，8月28日52(4)添加稀有金屬碳化物

在硬質合金材料中添加TaC、NbC等稀有金屬碳化物，可使添加物與原有硬質相WC、TiC結合形成復雜固溶體結構，從而進一步強化硬質相結構，同時可起到抑制硬質相晶粒長大、增強組織均勻性等作用，對提高硬質合金的綜合性能大有益處。在ISO標準的P、K、M類硬質合金牌號中，均有這種添加了Ta(Nb)C的硬質合金(尤以M類牌號中較多)。材料化學新型結構材料第五十三頁，共九十七頁，2022年，8月28日53(5)添加稀土元素

在硬質合金材料中添加少量釔等稀土元素，可有效提高材料的韌性和抗彎強度，耐磨性亦有所改善。稀土元素可強化硬質相和粘結相，凈化晶界，并改善碳化物固溶體對粘結相的潤濕性。這類硬質合金在礦山工具、頂錘、拉絲模等硬質合金工具中亦有廣闊應用前景。我國稀土資源豐富，在硬質合金中添加稀土元素的研究也具有較高水平。材料化學新型結構材料第五十四頁，共九十七頁，2022年，8月28日54材料化學新型結構材料4.2超硬陶瓷

?人造金剛石金剛石是世界上已知的最硬物質，并具有高導熱性、高絕緣性、高化學穩(wěn)定性、高溫半導體特性等多種優(yōu)良性能，可用于鋁、銅等有色金屬及其合金的精密加工，特別適合加工非金屬硬脆材料。第五十五頁，共九十七頁，2022年，8月28日55制備原理：依據(jù)在5-7萬大氣壓，1200℃-1800℃

溫度的條件下,碳元素就會結晶成為金剛石這個原理用合金片作觸媒使外加的壓力和溫度降低,達到將碳轉為金剛石的目的。用途：金剛石的用途十分廣泛，用量較大的是礦山、地質、煤田勘探，公路建設、建材、國防等行業(yè)及高精尖科研領域。材料化學新型結構材料第五十六頁，共九十七頁，2022年，8月28日56材料化學新型結構材料?立方晶體氮化硼(白石墨)：與石墨相似立方氮化硼(CBN)硬度僅次于金剛石。雖然CBN的硬度低于金剛石，但其氧化溫度高達1360℃，且與鐵磁類材料具有較低的親和性。目前CBN還是以燒結體形式進行制備，但仍是適合鋼類材料切削、具有高耐磨性的優(yōu)良刀具材料。

CBN具有高硬度、高熱穩(wěn)定性、高化學穩(wěn)定性等優(yōu)異性能，因此特別適合加工高硬度、高韌性的難加工金屬材料。第五十七頁，共九十七頁，2022年，8月28日57材料化學新型結構材料

?碳化硅（金剛砂）晶體結構：與金剛石相似性能：熔點2827℃

，硬度接近金剛石；藍黑色、發(fā)珠光晶體，化學性能穩(wěn)定制備：SiO2+3C→SiC+2CO類型：綠碳化硅，含SiC97％以上，主要用于磨硬質合金的工具黑碳化硅，有金屬光澤，強度比綠碳化硅大而硬度較低，含SiC95％以上，主要用于磨鑄鐵和非金屬材料第五十八頁，共九十七頁，2022年，8月28日58材料化學新型結構材料?人造寶石紅寶石和藍寶石的主要成分都是Al2O3(剛玉)。紅寶石呈紅色，其中混有少量含鉻化合物；藍寶石呈藍色，其中混有少量含鈦、鐵化合物。

1900年，科學家曾用氧化鋁熔融后加入少量氧化鉻的方法，制出了質量為2g-4g的紅寶石（人造剛玉）。現(xiàn)在，已經能制造出大到10g的紅寶石和藍寶石。。

第五十九頁，共九十七頁，2022年，8月28日59材料化學新型結構材料5.超塑性合金超塑性現(xiàn)象：金屬在某一小的應力狀態(tài)下，可以延伸十倍甚至上百倍，既不出現(xiàn)縮頸，也不發(fā)生斷裂，呈現(xiàn)一種異常的延伸現(xiàn)象。合金的超塑性現(xiàn)象：用適當?shù)臏囟群洼^小的應變速率，使金屬產生300％以上的平均延伸率的現(xiàn)象。

機理：超細晶粒存在晶界第六十頁，共九十七頁，2022年，8月28日60材料化學新型結構材料類型（1）微細晶粒超塑性（恒溫超塑性）特征：?發(fā)生超塑性的溫度高

?對變形速度的依賴性大

?能實現(xiàn)在低壓力下的固相結合

?減振能力強（2）相變超塑性第六十一頁，共九十七頁，2022年，8月28日61應用（1）高變形能力的應用（2）固相結合能力的利用（3）減振能力的利用材料化學新型結構材料第六十二頁，共九十七頁，2022年，8月28日62材料化學新型結構材料實用超塑性合金（1）鋅基超塑合金第六十三頁，共九十七頁，2022年，8月28日63材料化學新型結構材料實用超塑性合金（2）鋁基超塑性合金第六十四頁，共九十七頁，2022年，8月28日64材料化學新型結構材料實用超塑性合金（3）鎳基超塑性合金第六十五頁，共九十七頁，2022年，8月28日65材料化學新型結構材料6.非晶態(tài)金屬材料6.1基本特征（1）非晶態(tài)形成能力對合金組成的依賴性（2）結構的長程無序和短程有序性（3）熱力學的亞穩(wěn)性第六十六頁，共九十七頁，2022年，8月28日66材料化學新型結構材料6.2性能與用途

（1）高強度高韌性的力學性能（2）高導磁、低鐵損的軟磁特性（3）耐強酸、強堿腐蝕的化學特性（4）非晶態(tài)催化劑（5）其他——超導性、高磁致伸縮、低居里溫度、高磁能積、垂直各向異性等第六十七頁，共九十七頁，2022年，8月28日67材料化學新型結構材料第六十八頁，共九十七頁，2022年，8月28日68材料化學新型結構材料7.納米材料

類型:?納米超微粒子：粒子在1～100nm間的超微顆粒?納米固體材料：由納米超微粒子制成的固體材料。特點：具有表面效應

小尺寸效應

宏觀量子隧道效應第六十九頁，共九十七頁，2022年，8月28日69特性：特殊的力學性質特殊的熱學性質特殊的光學性質特殊的磁性引人注目的化學性質、光學性質材料化學新型結構材料第七十頁，共九十七頁，2022年，8月28日70材料化學新型結構材料8.工程塑料8.1ABS塑料（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料）ABS（AcrylonitrileButadieneStyrene）樹脂：是丙烯腈、丁二烯、苯乙烯的三種成分組成的一群耐沖擊性熱塑性樹脂的總稱。第七十一頁，共九十七頁，2022年，8月28日71ABS的成分：樹脂相（AS）、橡膠相（PS）的

兩相不均勻聚合物。材料化學新型結構材料AS組分：提高表面光澤度、耐熱性、耐化學性和加工性能，但抗沖擊韌性下降。PB組分：提高彈性和抗沖擊性，但耐熱性、剛性不足。ABS樹脂：集合了三種單體的優(yōu)良性質。苯乙烯：有光澤、電性能、成型性；丙烯腈：耐熱性、剛性、耐油性；丁二烯：耐沖擊性。第七十二頁，共九十七頁，2022年，8月28日72ABS樹脂的優(yōu)點（1）有優(yōu)越的耐沖擊強度，特別是在低溫有無與倫比的沖擊強度，熱變形溫度高（2）電性能、耐化學藥品性、耐油性好，易電鍍（3）加工適應性好，注射成型、擠出成型、模壓成型等所有的加工方法都可以，尺寸穩(wěn)定性好，耐堿性，耐應力開裂性也好材料化學新型結構材料第七十三頁，共九十七頁，2022年，8月28日73ABS樹脂的用途（1）殼體材料：廣泛用于制造電話機、移動電話、復印機、傳真機、玩具及廚房用品等的殼體。（2）汽車配件：方向盤、儀表盤、風扇葉片、擋泥板、手柄及扶手等。（3）機械配件：ABS可用于制造齒輪、泵葉輪、軸承、把手、管材、管件、蓄電池槽及電動工具殼材料化學新型結構材料第七十四頁，共九十七頁，2022年，8月28日74ABS樹脂的主要缺點（1）透明性不好

ABS樹脂的構成是AS樹脂的連續(xù)相中分布橡膠粒子，這種二相不均勻體系結構中的樹脂與橡膠的折射率不一樣，在界面上折射、散射結果使其不透明。材料化學新型結構材料第七十五頁，共九十七頁，2022年，8月28日75改善透明性的方法A、用混煉的方法使聚合物透明?；炀毧墒箻渲拖鹉z的折射率在一定范圍內相近。B、或者使橡膠粒子必須小到不引起可見光散射的程度。材料化學新型結構材料透明ABS

透明ABS是由甲基丙烯酸甲酯（MMA）-苯乙烯-丙烯腈三元共聚物和聚丁二烯兩者混煉而成。第七十六頁，共九十七頁，2022年，8月28日76（2）耐候性差丁二烯中存在著雙鍵，成為ABS樹脂耐候性不好的根源。內雙鍵鄰接的-CH2-上的H，由于光和氧發(fā)生氧化反應，使主鏈與主鏈交聯(lián)。材料化學新型結構材料

改善耐候性的方法A、將丁二烯橡膠用不含雙鍵的其他彈性體代替。B、加入抗老化和抗氧化的光穩(wěn)定劑等，雖然不能從根本上解決問題，但是是通常采用的方法。第七十七頁，共九十七頁，2022年，8月28日77光穩(wěn)定劑光屏蔽劑：反射吸收紫外線，如碳黑、氧化鋅。紫外線吸收劑：吸收紫外線并通過分子內部變化將光能轉化為振動能，再以熱能傳遞出去。光淬滅劑：將激發(fā)態(tài)光敏劑分子上的額外能量通過分子內部轉換為熱能。

S*(激發(fā)態(tài)光敏劑)+Q(淬滅劑)S+Q*Q+熱能自由基捕捉劑：使自由基失去活性，可歸入抗氧劑。材料化學新型結構材料第七十八頁，共九十七頁，2022年，8月28日78材料化學新型結構材料8.2聚酰胺PA（俗稱尼龍）聚酰胺：具有許多重復的酰胺基團（）的一大類聚合物結構：特征：熱塑性塑料，具有較高的強度、沖擊韌度和自潤滑性能，耐磨性最佳。絕緣性也好。

用途：常用于做機器零件和耐磨襯套。第七十九頁，共九十七頁，2022年，8月28日79材料化學新型結構材料8.3聚碳酸酯PC聚碳酸酯：分子鏈中含有碳酸酯的一類聚合物類型：種類很多，目前大規(guī)模生產的是雙酚A

（4’4-二羥基二苯基丙烷）型聚碳酸酯。合成方法：?光氣法（溶液法）

?酯交換法（熔融縮聚法）第八十頁，共九十七頁，2022年，8月28日80材料化學新型結構材料特點：可結晶；具有特別高的韌性、硬度和抗沖、抗張、抗壓、抗彎曲強度；具有金屬的機械強度；玻璃的光學性質；在長期負荷下工作蠕變性小、疲勞強度高，電絕緣性能優(yōu)良，無毒，第八十一頁，共九十七頁，2022年，8月28日81材料化學新型結構材料8.4聚甲醛POM聚甲醛：，是繼尼龍之后發(fā)展的優(yōu)良工程塑料。

特點：原料單一，來源豐富，具有良好的物理、機械和化學性能，尤其是優(yōu)異的耐摩擦性能。用途：可代替各種有色金屬和合金，在汽車、機床、電器制品、容器、精密機械等方面得到廣泛應用。第八十二頁，共九十七頁，2022年，8月28日82材料化學新型結構材料8.5聚砜PSF聚砜：結構中含有砜基的聚合物。結構：特點：穩(wěn)定，耐溫、耐蠕變，柔順，在高溫下也能保持其在常溫下所具有的各種機械性能和硬度。電氣性能良好，有自熄性，對無機酸、堿和鹽等穩(wěn)定。第八十三頁，共九十七頁，2022年，8月28日83材料化學新型結構材料8.6聚酯聚酯：主鏈上含有許多重復酯基的一大類聚合物。（1）飽和聚酯

?聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）

結構第八十四頁，共九十七頁，2022年，8月28日84材料化學新型結構材料特點熱塑性飽和聚酯，結晶度高，分子鏈的剛度大、彈性好、尺寸穩(wěn)定性好、透明性及電性能優(yōu)越。用途汽車、機械設備的零部件，如閥門、儀表罩、車燈支架、齒輪等；電子電氣零部件，如繼電器、開關、電容等；產品半數(shù)以上用于膠片片基、磁帶、包裝、絕緣材料和畫報薄膜等。第八十五頁，共九十七頁，2022年，8月28日85材料化學新型結構材料（1）飽和聚酯

?聚對苯二甲酸丁二醇酯（PBT）

結構

特點：吸水率低，尺寸穩(wěn)定性好，耐摩擦性，機械性能優(yōu)越。

用途：機械零件，家用電器。第八十六頁，共九十七頁，2022年，8月28日86材料化學新型結構材料（2）不飽和聚酯典型類型：間苯二甲酸型不飽和聚酯

特點：熱固性工程塑料，堅硬，不溶，不熔，耐腐蝕。用途：機械零件，家用電器；玻璃鋼用于電鍍、造紙、石油化工設備等第八十七頁，共九十七頁，2022年，8月28日87材料化學新型結構材料8.7含氟塑料含氟塑料：脂肪烴主鏈上的氫原子