材料新世界讲义

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1、材料新世界讲义一、人类对材料的认识历程人类对材料的认识是逐步深入的:l1863年，光学显微镜首次应用于金属研究，诞生了金相学，使人们能够将材料的宏观性能与微观组织联系起来。l1912年发现了X-射线对晶体的作用并在随后被用于晶体衍射分析，使人们对固体材料微观结构的认识从最初的假想到科学的现实。l1932年发明了电子显微镜，把人们带到了微观世界的更深层次（10-7m）.l1934年位错理论的提出，解决了晶体理论计算强度与实验测得的实际强度之间存在的巨大差别的矛盾，对于人们认识材料的力学性能及设计高强度材料具有划时代的意义。二、金属材料的发展1

2、、金属材料的优点Ø力学性能（如强度、塑性、韧性等）堪称“全能冠军”。Ø既耐热，又耐寒。Ø金属材料的有出色的工艺性能。Ø金属有良好的导热性、导电性和铁磁性，在电力电子等行业有不可替代的作用。2、五光十色的有色合金有色金属的产量和用量虽然大大低于钢铁（只占6％），但其重要性却无法用数量来表示。我国有色金属的总产量占世界第四，但人均占有量在世界排名第50位。世界有色金属生产的构成中，铝、铜、铅、锌四种占总量的95％以上。n铝合金：铝是最重要的、最有特色的有色金属，其主要特点是：密度低；抗大气腐蚀；优良的导电性；比强度高；良好的加工性能。在从日常用

3、品到汽车、航空材料等各行业中都有广泛应用。n钛合金：轻合金中的又一佼佼者，密度小、强度高、耐高温和耐腐蚀，在航空航天及其它领域中具有主要用途。n镁合金：比重轻，减震能力强，在航空航天领域有重要应用。n铍合金：尺寸稳定，惯性低，用于航天；比热大，用于散热片和飞行器头部；热中子吸收截面低，用于核工业。n铜合金：包括黄铜、青铜、白铜等，用于机械、仪表、电机、化工、造船、汽车等工业。n锌合金：用于电池锌板，照相和胶印印刷，铸造温度低用于模具和仪表零件等。n镍合金：高温强度高，用于航空、火箭发动机和核反应堆等。n锰合金：减振性能好，用于潜艇螺旋桨、钻

4、杆等。3、低热点合金和难熔金属n低熔点合金：铅（熔点327℃）、锡（232℃）、镉（321℃）、铋（271℃）等及其合金，用于保险丝、熔断器、焊料等。n难熔金属：钨合金（熔点3407℃），用于电光源材料、电子发射材料，军事上用作穿甲弹；钼合金（2610℃）、铌合金（2477℃）、钽合金（2985℃），在飞机、宇航、核工业等领域有广泛应用。4、贵金属和稀土金属n贵金属：包括金（Au）、银（Ag）、铂（Pt）、钯（Pd）、铑（Rh）、铱（Ir）等。有艳丽的光泽，耐腐蚀，可用于装饰品等。n稀土金属：稀土包括15个镧系元素，以及钪、钇共17种元素。

5、在世界上分布相对集中在中国、美国、印度、澳大利亚、前苏联和巴西。我国稀土资源占世界储量的80％左右。目前稀土已在金属加工、永磁材料、生命科学、发光材料、高温超导等领域有广泛应用。5、精密合金n电热合金：用于制造电热器发电体，把电能转化为热能，如铁基或镍基材料。n热电偶：主要材料及其最高使用温度如下：铂-铂铑合金（1800℃）、镍铬-镍硅合金（1300℃）、镍铬-镍铜（900℃）、铜-镍铜(400℃）等n精密电阻：电阻随温度变化小，稳定性高，用于精密仪器。n弹性合金、膨胀合金等。三、新材料介绍新材料之一:纳米材料1.相关基本概念·纳米（nan

6、ometer，nm）　　是一种长度单位，一纳米等于十亿分之一米，千分之一微米。大约是三、四个原子的宽度。·纳米科学（nano-science）　研究纳米尺度范围内的物质所具有的特异现象和特异功能的科学。·纳米科学技术（nano-technology）是指用数千个分子或原子制造新型材料或微型器件的科学技术。它以现代科学技术为基础，是现代科学和现代技术结合的产物。2.纳米材料的发展历程人工制备纳米材料的历史至少可以追溯到1000年以前。中国人利用燃烧的蜡烛形成的烟雾制成碳黑，作为墨的原料或着色染料，科学家们将其誉为最早的纳米材料。中国古代的铜镜

7、表面防锈层是由Sn02颗粒构成的薄膜。遗憾的是，当时人们并不知道这些材料是由肉眼根本无法看到的纳米尺度小颗粒构成。1861年，随着胶体化学(colloidchemistry)的建立，科学家们开始对1～lOOnm的粒子系统(colloids)进行研究。但限于当时的科学技术水平，化学家们并没有意识到在这样一个尺寸范围是人类认识世界的一个崭新层次，而仅仅是从化学角度作为宏观体系的中间环节进行研究。20世纪初，有人开始用化学方法制备作为催化剂使用的铂超微颗粒。1929年，Kchlshuthe用A1、Cr、Cu、Fe等金属作电极，在空气中产生弧光放电

8、，得到了15种金属氧化物的溶胶。同年，Welesley等人开始对超微颗粒进行X光射线实验研究。1940年，Ardeume首次采用电子显微镜对金属氧化物的烟状物进行观察。1945年