第6章 材料与化学1

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1、第7章材料与化学7.1金属材料7.2无机非金属材料7.3超导材料7.4纳米材料7.5高分子材料7.6液晶材料16.1金属材料新型轻质金属合金材料金属钛熔点：1600°C，密度：4.5g/cm3钛合金具有高耐蚀性、良好的耐热性及低温性能，主要应用于航天航空领域，被称为“空间金属”。钛生物组织和体液有良好的兼容性，可以用作生物材料，用于制造人工关节、心脏起搏器等。2金属玻璃（非晶态合金）金属或合金在熔融状态下缓慢冷却得到的是晶态金属或合金。如果在熔融状态下以极高的速度骤冷，冷却速度约在106K/S，使原子来不及有序化排列，形成的是非晶态金属

2、或合金。这种结构与玻璃的结构极为相似，所以称为金属玻璃。普通玻璃是硅酸盐或硅的氧化物，它们的显著特点是脆而透明，而金属玻璃却与普通玻璃相反，它们是韧而不透明的。3形状记忆合金1962年，美国海军军械实验室发现Ni-Ti合金具有“形状记忆效应”。这种合金材料在一定的条件下变形后，能够恢复到变形前原始形状的能力。目前的解释是因这类合金具有马氏体相变。具有马氏体相变的合金，将它加热到相变温度时，就能从马氏体结构转变为奥氏体结构，完全恢复原来的形状。4形状记忆合金可以分为三种：（1）单程记忆效应形状记忆合金在较低的温度下变形，加热后可恢复变形前

3、的形状，这种只在加热过程中存在的形状记忆现象称为单程记忆效应。（2）双程记忆效应某些合金加热时恢复高温相形状，冷却时又能恢复低温相形状，称为双程记忆效应。（3）全程记忆效应加热时恢复高温相形状，冷却时变为形状相同而取向相反的低温相形状，称为全程记忆效应。5三种形状记忆合金的示意图：6As表示升温时开始逆转的温度Ms表示冷却时开始产生热弹性马氏体的转变温度Mf表示冷却时转变终止的温度Af表示逆转完全的温度形状记忆铆钉的工作原理7马氏体结构奥氏体结构相变8形状记忆功能的可能机理形状记忆合金的高温相具有较高的结构对称性（奥氏体结构），通常为有

4、序立方结构。在Ms温度以下,单一取向的高温相转变成具有不同取向的马氏体变体。当在Ms温度以下使这种材料变形以制成元件时，材料内与应力方向处于不利地位的马氏体变体不断消减；处于有利地位的则不断生长。最后转变成具有单一取向的有序马氏体的元件。如再度加热到As点以上，这种对称性低的、单一取向的马氏体发生逆转变时，又形成先前的单一取向的高温相。对应于这种微观结构的可逆性转变，便恢复了材料在高温时的宏观形状，这就是所谓的单程形状记忆。经过某种工艺处理的记忆元件，冷却到Ms以下时,可恢复到低温时的形状,则称为双程形状记忆效应。9月面天线10天线的制

5、作与相变过程示意图11具有形状记忆的合金系合金系组成/%（原子）Ms/oCAs/oCTi-NiTi-50Ni6078Cu-Al-NiCu-14.1Al-4.2Ni%(质量)2.520In-CdIn-21Ti6065Ti-Ni-FeTi-47Ni-3Fe-90-7212无机非金属材料传统陶瓷材料1.玻璃：普通玻璃（为钠玻璃）Na2O•CaO•6SiO2石英玻璃：SiO2>80%彩色玻璃：加有色金属。如：CuO－绿色；Co2O3－蓝色；Cu2O－红色；AgCl或AgBr－变色玻璃2.水泥：水硬性凝胶材料硅酸三钙（3CaO•SiO2）>50%

6、13特种陶瓷材料透明陶瓷——人造宝石用纯的Al2O3，烧结温度可达2000℃，能制成洁白如玉，坚硬非凡的氧化铝陶瓷，叫刚玉（俗称宝石）。红宝石：加入2～3%的氧化铬；蓝宝石：加入0.5%的氧化钛及1.5%的氧化铁；黄宝石：加入0.5～1.0%的氧化镍。14高温结构陶瓷——氮化硅陶瓷制备：3Si+2N2Si3N4应用：可以作转子发动机的缸体，这种发动机由于不需要用冷水冷却，发动机工作温度可稳定在1300℃左右，燃料可充分燃烧，热效率可大幅度提高。可以做燃气轮机的涡轮叶片，它比用耐高温合金作的涡轮叶片的温度提高300~500℃，从而可使燃气

7、轮机节省燃料20~30%。高温15各类氮化硅陶瓷部件16压电陶瓷压电陶瓷是一种可以使电能和机械能相互转换的特殊陶瓷材料。压电效应是结构上不具有对称中心的极性晶体中所具有的一种机电耦合效应，例如，石英晶体（SiO2）在应力作用下，能够在晶体中诱发出电极化，如果加上电极，并用导线联结起来可以观察到由外界应力诱发的电流流动。压电点火器与压电打火机是采用黄豆大小的二粒锆钛酸铅压电陶瓷，依靠人手指按压的力量便可产生大约数千伏以上的高电压，产生电火花，而达到引燃的目的。17压电陶瓷18光导纤维——现代信息产业的生命线普通玻璃或石英玻璃拉成5~100

8、μm的细丝就成为光学纤维，光学纤维按其应用目的的不同又可以分为两类，1.光导纤维：利用它的信息功能，传输信息；2.导光纤维：利用它的能量功能，传输光能，相当于输电导线。导光纤维在医学上应用较早，如用这种纤维