机械工程材料第2版 教学课件 作者 王章忠 主编 第十二章.ppt

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1、第一节概述第二节电功能材料第三节磁功能材料第四节热功能材料第十二章功能材料第五节传感器用敏感材料第六节智能材料与结构第一节概述功能材料的发展历史与结构材料一样悠久，然而其产量和产值却远小于结构材料。但随着电力技术的发展，电功能材料和磁功能材料已得到较大的进步；20世纪50年代微电子技术的发展，半导体电子功能材料迅速发展；60年代出现的激光技术，70年代的光电子技术也发展了相应的功能材料；进入80年代后，新能源功能材料和生物医学功能材料迅猛崛起。一、材料发展新阶段材料发展新阶段随着科学技术的发展，功能材料的品种越来越多，其应用也越来越广，在国民经济中的地位将与日俱增。这说明现代材料发展到了一个

2、新阶段，功能材料已成为材料研究、开发与应用的重点，它与结构材料一样重要，今后将互相促进、共同发展。（一）多功能化功能材料往往具有多种功能：如减振合金，既具有减振阻尼功能，又有结构材料的性能；NiTi合金既是形状记忆合金，又是超弹性材料。二、功能材料的特点功能材料的特点结构材料常以材料形式为最终产品，并对其本身进行性能评价；而功能材料则以元件形式为最终产品，并对元件的特性与功能进行评价，材料的研究开发与元器件也常常同步进行，即材料元件一体化。（二）材料与元件一体化功能材料的特点为了赋予材料与元件的特定性能，需要严格控制材料成分（如高纯或超纯要求、微量元素或特种添加剂含量等）和内部结构及

3、表面质量，这往往需进行特殊制备与处理工艺；元器件的性能常常要求稳定在1×10-6（每摄氏度或每年）的数量级以上。因此功能材料大多是知识密集、技术密集、附加值高的高技术材料。（三）制造和应用的高技术性、性能和质量的高精密性和高稳定性功能材料的特点功能材料的形态多种多样，同一成分的材料形态不同时，常会呈现不同的功能。如Al2O3陶瓷材料，拉成单晶时为人造宝石；烧结成多晶时常用作集成电路基板材料、透光陶瓷等；多孔质化时是催化剂的良好载体与过滤材料；纤维化时为良好的绝热保温材料。（四）材料形态多样性功能材料的分类方法很多，目前尚无公认统一的方法。表12-1为不同分类方法的功能材料类型。三、功能材料

4、的分类按化学组成分按使用性能分按使用领域分金属功能材料高分子功能材料陶瓷功能材料复合功能材料电功能材料磁功能材料热功能材料力、声学功能材料光学功能材料化学功能材料生物功能材料传感器用敏感材料仪器仪表材料信息材料能源材料电工材料光学材料生物医学材料表12-1功能材料分类功能材料已广泛应用于各技术领域和产业部门，对高新技术产业有着决定性的作用。在信息技术领域中，用于集成电路、电子元器件、磁性元件、光学元器件、自动化装置等，主要处理弱电、微光等信息，故这类材料又称“信息材料”。在新能源技术领域，用于太阳能利用装置、温差发电器、地热发电站、原子能装置、贮氢和氢能利用装置等。在生物技术与生物医学领域，功

5、能材料也大有用途，典型的有人体植入材料（人工假体）。四、功能材料的发展功能材料的发展实现功能材料多功能化的重要途径是利用各种新技术和新工艺、改变材料的结构形态，进一步丰富现有材料的功能并扩大新型功能材料的应用。如对光功能材料薄膜化可得到选择性吸收膜或太阳能薄膜电池，对其纤维化可得光学纤维，对其无气孔化可得透光晶体等。（一）多功能化功能材料的发展材料性能之间的转换是一个普通现象，而材料复合是材料制备的重要手段，通过材料复合和性能转换耦合，可以产生与原材料不同的新功能效应，见表12-2。（二）功能复合化甲组元性能（X/Y）乙组元性能（Y/Z）甲乙复合材料性能（X/Z）压电性电致发光压力发光磁阻

6、性压阻效应磁致伸缩压阻性压电性磁阻效应磁电效应光导性电致伸缩光致伸缩电致发光光波转变热胀变形形敏电阻热阻控制效应表12-2功能复合的相乘性功能材料的发展智能化是功能材料发展的高级阶段。智能材料指的是一种自身兼有对环境的可感知、判断、得出结论并发出指令功能的新材料，这是将信息科学融合于材料性能和功能的一种材料新构思。（三）智能化第二节电功能材料导电材料是用来制造传输电能（能源）的电线电缆和传导电信息的导线引线与布线。其主要性能要求是导电性（用电导率或电阻率表示，国际电气公司IEC规定电阻率为1.7241μΩ·cm的标准软铜的电导率为100%，其它材料的电导率与之比较，并以“%IACS”单

7、位表示），根据使用目的不同，有时还要求一定的强度、弹性、韧性或耐热、耐蚀等其它性能。一、导电材料导电材料纯铜与纯铝是最常用的导电材料，为改善力学性能和其它物理、化学性能而不明显损害其电导率和热导率，常添加少量合金元素制成高导电的高铜合金和铝合金。此外为提高使用性能和工艺性能，满足某些特殊需要，还发展了复合金属导体，如铜包铝线、铜包钢线、铝包钢线、镀银铜线、镀锡铜线等。（一）常用导电金属材料导