最新材料化学导论新型结构材料2课件ppt.ppt

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1、材料化学导论新型结构材料2材料化学新型结构材料高温材料需满足的条件（1）高温下要有优良的抗腐蚀性（2）在高温下要有较高的强度和韧性形成金属:第ⅤB族（V，Nb，Ta）第ⅥB族（Cr，Mo，W）高熔点金属第ⅦB族（Mn，Tc，Re）第Ⅷ族（Fe，Co，Ni）耐热合金：以ⅤB～ⅦB副族元素和第Ⅷ族元素形成的合金。2材料化学新型结构材料类型3材料化学新型结构材料1.2高温结构陶瓷传统陶瓷工业陶瓷原料粘土，石粉碳化硅，氮化硅工艺用水拌和,成型干燥后烧制磨成均匀细粉,与烧结助剂混合或直接高压成型,烧制耐热温度1300℃1500～2000℃特征易碎

2、坚硬,热致伸缩小,轻,耐高温,耐腐蚀,耐蠕变,耐机械性,耐热冲击性研究领域高温燃气轮机7材料化学新型结构材料结构陶瓷材料主要包括氧化物、非氧化物及氧化物与非金属氧化物的复合系统。1.2.1氧化物陶瓷(1)氧化铝陶瓷一种以α-Al2O3为主晶相的陶瓷材料，Al2O3含量一般在75%~99%。(2)ZrO2陶瓷密度大、硬度高、耐火度高、化学稳定性好，抗弯强度和断裂韧性等性能更为突出。8材料化学新型结构材料1.2.2非氧化物陶瓷非氧化物陶瓷是由金属的碳化物、氮化物、硅化物和硼化物等制造的陶瓷的总称。（1）氮化物陶瓷①氮化硅②Sialon陶瓷系

3、列化合物的总称③氮化硼陶瓷（2）碳化物陶瓷9材料化学新型结构材料实例1：氮化硅Si3N4x(N)=3.0，x(Si)=1.8结构：共价键，结构稳定性能：硬度高，熔点高，绝缘性能好合成方法：•硅氮结合法3Si+2N2→Si3N4•还原氮化法3SiO2+6C+2N2→Si3N4+6CO10材料化学新型结构材料•化学气相法3SiCl4+4NH3→Si3N4+12HCl或3SiH4+4NH3→Si3N43SiH4+2N2H4→Si3N4+10H23SiH4+2N2+6Cl2→Si3N4+12HCl•热分解法3Si(NH)2→Si3N4+4NH3

4、3Si(NH2)4→Si3N4+8NH311材料化学新型结构材料氮化硅(Si3N4)陶瓷，多晶材料晶体结构：六方晶系，有α和β两相α相——动力学上易生成，在1400~1800℃，高温下转化为β相β相——结构对称性高，摩尔体积小，是热力学稳定相12材料化学新型结构材料性能高硬度，弹性模量大，高强度，耐高温，热膨胀系数小，导热系数大耐热冲击性能好，密度低，耐腐蚀，抗氧化，机械自润滑，表面摩擦系数小，电绝缘性好13材料化学新型结构材料实例2：氧化锆ZrO2结构：室温稳定态高温亚稳态单斜晶型四方晶型作用：韧化氮化硅陶瓷材料用途：制造轴承、汽轮机

5、叶片、机械密封环、永久性模具等机械构件。用于制造柴油机中发动机部件的受热面等类型：氮化硼陶瓷、碳化硼陶瓷、氧化锆陶瓷、碳化硅陶瓷等。1170℃有体积收缩14材料化学新型结构材料2.轻型结构材料2.1铝锂合金定义：以铝为基添加锂（一般为3wt％左右）及其它元素组成的合金称作铝锂合金。特点：密度低、高强度、高模量以及高比强度和比刚度等。原因：锂的密度为0.534gcm-3，是铝的1／5，钢的1／15。在铝合金中增加少量锂可使密度显著降低。15材料化学新型结构材料主要系列：Al-Cu-Li-Zr系、Al-Cu-Mg-Li系、Al-Mg-Li

6、系。用途：轻合金中用途最广泛。民航机上改用铝锂合金，飞机重量可以减轻8％～16％。如：B737将可减重2178kgB747SP可减重4200kgB747—200可减重5200kgA310可减重2600kgA340可减重3900kg16铝锂合金的生产工艺铸造法(IM)，应用最早。各国生产的几种比较成熟的铸造铝锂合金：美国的2090、2091和8090、8091,英国的8090和8091,法国的CP271(8090)和CP274(2091)，前苏联的BAД23、01420、1421等。材料化学新型结构材料17粉末冶金法(PM)优点：合金

7、成分选择范围大，可获得微细的组织和更好的性能，现处于研究开发阶段。目前，美国联合信号公司采用这种方法研制的644B合金的力学性能与现用航空航天铝合金相当，但密度更低、比刚度更高，特别是具有优异的低温性能。预计粉末铝锂合金可能成为航空、航天器的重要结构材料。材料化学新型结构材料18机械合金化法(MA)原理：将机械混合粉末进行高能球磨以获得复合粉末再经压实成材。90年代美国Incoa公司采用该方法研制的IncoMAPAl-905XL合金(Al-Mg-Li)具有极好的抗应力腐蚀性能和热稳定性,并生产出136kg和544kg的真空热压坯料,已

8、用于美国F-18大黄蜂战斗机舱罩,机械合金化法铝锂合金因其热强度优于其它铝锂合金,可能在航天材料中占有特殊地位。材料化学新型结构材料19铝锂合金的一个发展方向：超塑成型。目前超塑成型的主要方法是板材吹胀法