论新材料开发与传统材料革新之间的辩证关系

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1、维普资讯http://www.cqvip.com，l(’)真墨材料科学与工程第l5卷第6期／，(}论新材料开发与传统材料革新之间的辩证关系(西安交通大学)T’，(西学)【摘要l在介绍新材料开发中的当前成就和金属材料特殊优越性的基础上，论证了新材料开发和传统材料革新中均需要十分重视合成加J：／*J备工艺这一环节的必要性，并讨论了在注意新材料开发的同时，也应注意对传统材料进行。高技术武装和再提高。关t词新材料传统材料高技术l引言约予100年以前，当英国地质学家H．C．Sorby研磨抛光一块锕材并在显微镜下观察分析以后，第一次开始了材料科学与工程的研究。随后5眸来，科学家阐明了金属的力学性能与其内部

2、结构有关。再后，材料科学家把结构与性能依赖关系扩展到许多重要的材料物理性能上，其中包括光学、电学、磁学、热学和绝缘体。今天材料科学与工程则被描绘成合成加工／{}!I备工艺一成分、组织结构一性能一使用性能之间的相互关系。人类学者根据材料的发明创造和用于改善生活质量把人类文明分为若干时期，即石器、青锕和铁器时代。在过去一个世纪，尤其是过去几十年间，材料科学与工程领域巾的迅速发展，已经使人们相信新材料的设计、生产与应用构成了新的纪元，它将发展制造工业和提高人类生活的质量。举例来说，新材料工程、生物工程和信息工程已经被美国视为未来工业成长的关键领域，日本重要的国家研究计划也把新材料和新工艺的开发，视为

3、重要研究领域，在欧洲，新材料和新工艺的研究与开发被视为“尤里卡计划的柱石。在我国“863”高技术发展计划，也把新材料新工艺的研究、开发放在十分重要盼地位。在整个工业中的竞争优势决定于制造者可用材料的质量。一个新材料的可用性可以产生许多倍的影响力量。此外新材料的出现，可以影响工业的产生或灭亡。例如，在电子工业中，真空管已被电子管所取代，硅集成电路的随后发展是信息工程成长的关键1991年llH13日收到稿件王笑天西安交通大学金属强度研究所，教授，710049维普资讯http://www.cqvip.com低损耗的光导纤维的，I：发成功，已经她了整个的新的通讯产业，而制铜工业却J生了，很大挫折。高质

4、量、低成本的新材料，可以使国家在几个关键工业中获得市场控制。譬如日本钢铁和造船工业的供应／消费关系决定着G0年代世界造船工业的控制权，并且在70和8O年代间，面临世界各地劳力价格降低的情况下，保持了显著的市场股份。在商用飞机和计算机工业中，美国控制权，大部分来源于铝，钛和硅的制造工业水平。新金属材料、陶瓷、聚合物，复合材料和电子材料的发展，在国家制造工业上，提供了丰要竞争优势。不幸的是这些新材料廉价有效的制造和加工这一概念，往往没有引起足够“重视。结果，许多在实验室中具有良好性能的新材料，恰难以得到商业成功。这种情况如不扭转，在新材料开发中许多成就将会浪费。美国国家研究委员会关于90年代的材料

5、科学与工程一如何在。材料世纪”中拥有竞争力的研究报告中极力呼吁如果工程师们希望把这些新材料列入将来应用的行列中，那么必须改变材料合成加工这一薄弱环节，它包括铸造、烧结、锻造、成形，机加工、连结和修理以及材料的再循环等。就新材料的合成加工／制备来说，它依赖和采用的是高、新技术，本身就存在着从基础到材料生产范围内的一系列问题。过去长期以来，人们利用的是已有材料和它的性质，对它们的认识带直觉性和经验性而现在人们要花很大气力为高技术的特定应用设计新材料、开拓新性能。用新技术进行合成和加工，经常需要基本原理的指导。人们充分利用现代仪器测定性能的能力，理论研究以及计算机的模拟和分析，就有可能解决这皇复杂的

6、材料问题。本文将着重讨论下列三个问题：①新材料研究开发的成就和金属材料的特殊优越性；②新材料开发和传统材料革新中都需要十分重视合成加工／制备这一环节，③新材料开发和传统材料再提高的关系。2新材料研究开发的成就和金属材料的特殊优越性新材料的迅速发展可以用图1来说明。图1a为光学性能的显著增加，图lb为永磁材料磁能积的变化；图1c为现代纤维的复合材料的比强度与传统材料的比较。由此可以看Ⅲ研究新材料在发展高技术产业中的重要作用。但从结构件要求强度、韧性的结合和选材的六大判据——强度、韧性、成型性、连结性、抗蚀性和购买能力——来看，金属材然具备特球的优越性。图2示出了各种传统材料与新材料强度和韧性综合

7、性能的比较。可以看出作为广泛需要的结构材料，金属材料提供了良好的强韧配合。作为比较，陶瓷极高的强度但很脆，这是为什么陶瓷仅能主要用于压编载荷的原因。再从选材角度来看，同3示出了上述六个选材判据沿一个轮子的轮辐分布的情况。由于数值是标准化了，所以描述轮子的同代表着特定的性能水平。金属材料提供了良好的韧性、成型性、近结性和可购买能力，然而强度却低于陶瓷。金属一陶瓷复合‘料则可给出一套中问的姓能。然而复