绪论 2011

null材料及其发展概况2011姓名：李涛　绪论材料及其发展概况一、材料与人类社会的发展一、材料与人类社会的发展1.1 材料与人类社会的关系 材料是社会进步的物质基础与先导。它是人类赖以生存和发展、征服自然和改造自然物质基础，是人类进步的里程碑。 人类用材料划分社会的时代，石器时代、金属时代（铜器时代、铁器时代 ）、电脑时代、信息时代，而电脑时代与信息时代又赖于电子技术。null河北赵州石桥河北赵州石桥建于1300多年前（桥长约51m，净跨37m） 建造该桥的石材为青白色石灰岩 比意大利人建石拱桥晚400多年,但在主拱肋与桥面间设计“敞肩拱” ，比外国早了1200多年 敞肩拱不仅减轻自重、节省材料、减轻桥基负担，使桥台轻巧，且位移很小，地基下沉甚微，且拱圈内应力很小，是至今位移和沉陷微小且不坠的重要原因之一； 该桥拱轴线和恒载压力线甚接近，拱圈各横截面只受压力或微小拉力。该二线重合道理，到现代才认识。null人类由石器时代进入金属时代是以青铜的创造和应用为重要标志null越王勾践剑春秋晚期越国青铜兵器, 出土于湖北江陵楚墓。 长55.7厘米， 剑锷锋芒犀利， 锋能割断头发。 null钢桁梁桥—钱塘江桥钢桁梁桥——武汉长江大桥简支梁桥——普兰店桥T形刚构桥——重庆长江大桥连续梁桥——六库怒江桥箱形拱桥——红旗桥结合梁和钢斜拉桥——南浦大桥null●1.2材料的发展过程 从古至今，人类使用过形形色色的材料，若按材料的发展水平来归纳，可分为五代：       当今世界 三大技术:先进材料技术 信息技术 生物技术现代科学技术 的三大支柱:材料 信息 能源null 布达拉宫宫体主楼13层，高117.2米,东西长360米，全部为石木结构，宫墙厚达2—5米，墙身全部用花岗岩砌筑,仅五世达赖灵塔就用黄金11万9千两，大小珍珠4000多颗。        第一代为天然材料：石、木、棉、麻null广西桂林踏步桥null云南下关天生石桥null第二代为烧炼材料：烧结材料和冶炼材料的总称。人类能够用天然的矿、土烧制砖瓦和陶瓷，以后又制出了玻璃和水泥；null 巴黎市中心的塞纳河北岸，矗立着当今世界上最大的美术博物馆——罗浮宫。入口设计成边长35米，高21.6米的玻璃金字塔。金字塔形体简单突出，玻璃清明透亮，可以通过玻璃的自然折光对罗浮宫全貌一览无余。  饰面玻璃砖彩釉玻璃钢化玻璃饰面玻璃砖 null第三代为合成材料：随着有机化学的发展，在20世纪初就出现了化工合成品。null       第四代为可设计材料：随着高新技术的发展，对材料提出了更高的要求，科技工作者开始研究用新的物理、化学 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 ，根据实际需要去设计特殊性能的材料。近代出现的金属陶瓷属于一类。        第五代为智能材料：是指近三、四十年制出的一些新型功能材料，它们能随着环境、时间的变化改变自己的性能或形状，好象具有智能。 例如形状记忆合金，太空伞（接收天线）；门窗玻璃的透光度随光量的加强而减少。 null                         年代 材料 航速 1903 木材和帆布 16km/h 1911 轻质铝合金 实用价值 1939 耐7000C的镍合金 755 km/h，在二战中显示威力 1945 耐8000C以上的各种高温合金 喷气式飞机的问世 飞机航空发展为例null1.3 材料发展图二、工程材料分类及概述二、工程材料分类及概述陶瓷材料金属材料复合材料高分子材料null在所有应用材料中，凡由金属元素或以金属元素为主而形成的并具有一般金属特性的材料通称为金属材料。 黑色金属－－铁及其合金 有色金属－－非铁金属及其合金 一、金属材料有色金属有色金属Al-Mg和 Al-Mn系 焊接油箱、焊条 紫铜 黄铜Zn 青铜 白铜 钛及其合金防锈铝 LF 超硬铝 LC锻铝 LD硬铝 LYAl-Cu-Mg系螺旋桨、叶片Al-Cu-Mg-Zn飞机大梁、起落架等Al-Mg-Si-Cu和Al- Cu-Mg-Ni-Fe 内燃机活塞铝及铝合金导弹的燃料罐、超音速飞机的涡轮机匣飞机叶片、轴、轮盘等旋转零件及飞机构件 低温使用的火箭、导弹的液氢燃料箱；400度下长期工作的具有一定高温强度的发动机零件null塑料橡胶二、高分子材料胶粘剂null聚酰胺PA常用塑料塑料合金 聚乙烯PEABS塑料聚四氟乙烯F-4聚甲醛POM酚醛塑料PF聚砜PSF电木聚碳酸酯PC产量居世界首位塑料王 尼龙透明金属 橡胶橡胶通用橡胶丁苯橡胶顺丁橡胶硅橡胶氯丁橡胶耐磨耐热耐油抗老化耐磨、耐寒耐油、耐热、耐燃抗老化丁腈橡胶抗老化、抗臭氧、绝缘、耐热、耐寒、耐油性好特种橡胶氟橡胶三元乙丙高柔高稳定高耐热 耐寒抗老化高耐蚀三、陶瓷材料三、陶瓷材料null 先进陶瓷材料当前的研究热点包括陶瓷材料的强韧化技术、纳米陶瓷材料的制备合成技术、先进结构陶瓷材料体系的设计以及电子陶瓷材料的高匀、超细技术。四、复合材料四、复合材料 两种或两种以上物理性能化学性能力学性能和加工性能不同的物质，经人工组合而成的多相固体材料。null功能材料超导材料当材料被冷却到一个特定的温度以下时，其电阻消失，具有这种性质的材料称为超导材料。例如铌钛、铌锡、铌镓超导材料。 形状记忆材料形状记忆是指具有某种形状的制品变形后，通过加热等手段又回复其初始形状的一种功能。具有这种功能的材料称为形状记忆材料。光学材料光学材料是光的介质，是传输光线的材料。功能材料是指具有一种或几种（物理、化学、生物）功能的材料。功能材料主要注重和利用材料的力学性能之外的性能，包括：热、声、光、电、磁、感光、催化、降解、仿生等性能null 铌钛、铌锡、铌镓超导材料null超导材料的应用强电应用利用超导发电、输电和储能。如超导电缆、超导限流器、超导变压器、超导电机和超导储能装置 弱电应用抗磁性应用广泛应用于微波器件、微弱磁场测量、超高速超导计算机方面，如超导量子干涉器、超导计算机。 利用超导体的抗磁性，可以制造超导磁悬浮列车、超导磁悬浮轴承、储能飞轮、磁悬浮搬运系统等，还可用到飞机、弹道导弹的风洞实验上。形状记忆合金形状记忆合金（形状记忆合金在一定温度下成形后，能记住自己的形状。当温度降到一定值（相变温度）以下时，它的形状会发生变化；当温度再升高到相变温度以上时，它又会自动恢复原来的形状。目前记忆合金的基础研究和应用研究已比较成熟。目前制造工艺成熟、应用比较广泛的是Ni-Ti和Cu-Zn-Al两类合金形状记忆合金的应用1形状记忆合金的应用1（1）利用单程形状记忆效应的单向形状恢复。如管接头、天线、套环等。 （2）外因性双向记忆恢复。即利用单程形状记忆效应并借助外力随温度升降做反复动作，如热敏元件、机器人、接线柱等。 （3）内因性双向记忆恢复。即利用双程记忆效应随温度升降做反复动作，如热机、热敏元件等。但这类应用记忆衰减快、可靠性差，不常用。 （4）超弹性的应用。如弹簧、接线柱、眼镜架等。 工业上应用目前制造工艺成熟、应用比较广泛的是Ni-Ti和Cu-Zn-Al两类合金形状记忆合金的应用1形状记忆合金的应用1一些国家用记忆合金制成了卫星用自展天线。在稍高的温度下焊接成一定形状后，在室温下将其折叠，装在卫星上发射。卫星上天后，由于受到强的日光照射，温度会升高，天线自动展开。除此之外，还有人用记忆合金制成了窗户自动开闭器。当温度升至一定程度后窗户自动打开，温度下降时自动关闭。工业上应用null形状记忆合金形状记忆合金的应用2形状记忆合金的应用2TiNi合金的生物相容性很好，利用其形状记忆效应和超弹性的医学实例相当多。如血栓过滤器、脊柱矫形棒、牙齿矫形丝、脑动脉瘤夹、接骨板、髓内针、人工关节、心脏修补元件、人造肾脏用微型泵等。医学应用形状记忆合金的应用3形状记忆合金的应用320世纪是机电学的时代。传感——集成电路——驱动是最典型的机械电子控制系统，但复杂而庞大。形状记忆材料兼有传感和驱动的双重功能，可以实现控制系统的微型化和智能化，如全息机器人、毫米级超微型机械手等。21世纪将成为材料电子学的时代。形状记忆合金的机器人的动作除温度外不受任何环境条件的影响，可望在反应堆、加速器、太空实验室等高技术领域大显身手。高科技应用展望光学材料光学材料当前激光医学的出色应用研究主要表现在以下方面：光动力疗法治癌；激光治疗心血管疾病；准分子激光角膜成形术；激光治疗前列腺良性增生；激光美容术；激光纤维内窥镜手术；激光腹腔镜手术；激光胸腔镜手术；激光关节镜手术；激光碎石术；激光外科手术；激光在吻合术上的应用；激光在口腔、颌面外科及牙科方面的应用；弱激光疗法等。激光在医学上的应用光学材料光学材料激光测距仪是激光在军事上应用的起点，将其应用到火炮系统，大大提高了火炮射击精度。激光雷达相比于无线电雷达，由于激光发散角小，方向性好，因此其测量精度大幅度提高。由于同样的原因，激光雷达不存在"盲区"，因此尤其适宜于对导弹初始阶段的跟踪测量。但由于大气的影响，激光雷达并不适宜在大范围内搜索，还只能作为无线电雷达的有力补足。还有精确的激光制导导弹，以及模拟战场上使用的激光武器技术运用。在激光实战演习的战场上，酷似实际战争场面。激光在军事上的应用null其它功能材料功能转换材料 磁性材料 贮氢材料 精细功能材料 梯度功能材料 智能功能材料null梯度功能材料（Functionally Graded Materials)就是以计算机辅助材料设计为基础，采用先进的材料复合技术，使构成材料的要素（组成和结构等）沿厚度方向由一侧向另一侧呈连续变化，从而使材料的性质和功能也呈梯度变化的一种新型材料梯度功能材料null 真空化学气相沉积炉为立式结构，由炉体；石墨加热器；真空系统；供气系统；气体流量控制装置；可控硅调压电源；自动控制系统；自动记录装置；工作平台；粉尘过滤系统；水冷系统等组成。真空化学气相沉积炉是在自动控制的条件下，通过真空系统在电炉炉内获取真空状态，采用可控硅调压电源通过石墨加热器把工件加热。采用质量流量控制器准确地控制各种流量，利用压力调节阀对炉内气氛压力进行动态控制，在监控条件下进行化学气相沉积处理。 null燃烧波在样品中蔓延null应用背景 新型航天飞机飞行时预计机体表面温度null梯度功能材料 ( FGMs )nullTi-ZrO2 FGMs研究目的与意义null7 Ti-ZrO2梯度材料的制备与显微结构特征 组成分布