3-材料分类.ppt

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1、新材料技术材料：人类能用来制作有用物件的物质。新材料：指最近发展或正在发展之中的具有比传统材料性能更为优异的一类材料。历史分期：新石器时代青铜器时代以人类使用工具的材料划分铁器时代﹝硅时代﹞材料的分类:使用性能—力学性能硬度强度延展性-结构材料用于机械制造工程建设交通运输能源-使用性能—光、电、热、磁、声性能功能材料用于：激光通信能源生物工程-按用途1按成分和特性金属材料陶瓷材料高分子材料复合材料纳米材料……按应用对象信息材料能源材料建筑材料生物材料航空航天材料……2一、金属材料1.传统金属材料黑色金属钢铁

2、及合金轻金属（d<5g/cm3）铝.钛.镁等重金属（d>5g/cm3）铜.镍.银等有色金属耐高温金属（熔点>1857℃）铬.钼.钨等低熔金属（熔点<400℃）锡、铅、.鉍等贵金属金.铂等2.新型金属材料(1)形状记忆合金金属或合金T1(形状)1恢复T2(形状)23形状记忆合金记忆原理：在有些材料中，即使是同一材料组成的晶体中，也可能存在不同的晶体结构，这种现象称为同素异构。金刚石和石墨就是炭的同素异构体。石墨的晶体结构4铁也有两种不同的基本晶体结构，即体心立方铁和面心立方铁。这种由相同的原子组成的不同的晶体

3、结构，在材料学中又称为不同的“相”。体心立方铁和面心立方铁属不同的“相”，前者称为α-Fe(铁素体)，后者称为γ-Fe(奥氏体)。前者是常温下存在，而后者是高温下存在，它们在硬度、密度和塑性变形能力等性质上都不相同。5人们利用同一种成分的材料可以有不同的“相”，就能演出一幕幕“相”变戏，即改变外界条件如温度,使材料由一种晶体结构变成另一种晶体结构，材料的力学性能和物理或化学性能也就随之改变，当温度恢复时材料的晶体结构也恢复到原来的状态，性质也随之复原。在实际应用中，形状记忆合金就是利用一些材料的晶体结构的相

4、互转变来开发其形状记忆功能的。6◎举例金—镉（Au---Cd)镍—钛(Ni---Ti)铜—金—锌(Cu---Au---Zn)铜—铝—镍(Cu---Al---Ni)◎特性★有确定的转变温度镍-钛40℃★超弹性外力作用下形变★抗疲劳回忆变形500万次不疲劳变形★耐腐蚀7应用1）记忆合金铆钉2）紧固件3）卫星自展天线（镍—钛）4）形状记忆合金发动机……8紧固件待连接管室温下形状记忆合金套管，内径比待连接管外径小约4%液N2中扩管约8%待连接管从两端插入室温套管收缩形成紧固密封件9（2）储氢合金气态-

5、--150大气压钢瓶储氢的传统方法液态---－253℃液化钢瓶储氢金属或合金——能吸收H2的金属或合金。储氢金属或合金为什么能储存氢气？，氢元素较活泼，原子半径又小，它很容易钻进金属空隙中去并和金属起化学反应生成金属氢化物。金属结构中存在着很多空隙10在储氢合金中，一个金属原子能与2-3个甚至更多个氢原子结合，生成金属氢化物。所以储氢合金的储氢能力很强，典型的反应方程式如下所示：(2/x)M+H2=(2/x)MHx+QX=1：2M+H2=2MH+QX=2：M+H2=MH2+Q一单位体积的储氢合金能储存100

6、0—1300单位体积的氢。11在储氢合金中，氢原子密度要比同样温度和压力条件下的气态氢大1000倍，也就是说，相当于储存1000个大气压的高压氢气。放热金属（合金）+H2储氢金属或合金吸热一般储氢合金，吸收与氢气瓶储氢容量相等的氢气，其重量只有氢气瓶的1/3，而体积却不到氢气瓶的1/10。因此，用储氢合金储氢是一种很理想的储氢手段。12例镁系钛系储氢合金铁系稀土应用氢能汽车、高速飞机燃料传热介质镍氢电池紧急救生材料…13（3）非晶态合金晶态物质——内部质点排列有序（普通金属）非晶态物质——内部质

7、点排列无序（玻璃）非晶态合金化学成分——金属或合金（金属玻璃）内部结构——玻璃态形成：熔融态合金骤冷（每秒上百万度）特点：整体均匀各向同性拉伸强度大硬度高用途：变压器、电动机芯、光磁记录、超大规模集成电路板14二、陶瓷材料1.陶瓷材料.传统陶瓷原料:天然矿物(岩石、沙子、粘土、……)制备：烧制例如水泥、玻璃、砖瓦、耐火材料……新型（精细、先进）陶瓷原料:精致、高纯的化工原料制备:先进成型、烧结技术等制备工艺，具有优异性能主要成分是硅酸盐，其耐热性低，易碎。15氧化物陶瓷氮化物陶瓷碳化物陶瓷

8、硼化物陶瓷硅化物陶瓷特点：电、磁、光、热等性能用途：通信、电子、自控、集成电路……按化学成分新型陶瓷分类:按使用性能结构陶瓷功能陶瓷特点:耐高温、超硬度、高强度、耐磨损、抗腐蚀用途：能源、机械、冶金、宇航……162.几种新型陶瓷材料(1)高温结构陶瓷原料:氮化硅、碳化硅、……制备:1700℃烧结用途:汽车、飞机发动机陶瓷刀具（超薄）工作温度1300℃不水冷重量轻17(2)透明陶瓷(光学陶瓷)特点光学性能