新材料技术课件范文 12材料是人类赖以生存和发展的物质基础?一直是人类进步的一个重要里程碑。 例如?历史上的石器时代、青铜器时代、铁器时代都是以材料作为时代主要标志的。 一种新型材料的研制成功?可以引起人类文化和生活的新的变化。 石器、陶瓷、铁、铜、玻璃、水泥、有机高分子?如塑料等?、单晶材料等的发明?为人类进步提供重要的物质基础。 没有半导体材料?便不可能有目前的计算机技术?没有耐高温、高强度的特殊结构材料?便没有今天的宇航工业?没有低损耗的光导纤维?也就没有现代的光通讯?没有有机高分子材料?人们的生活也不可能像今天这样丰富多彩。 3 (1)按化学组成和特性分无机非金属材料传统无机非金属材料新型无机非金属材料金属材料高分子材料?塑料、合成橡胶、合成纤维 (2)按用途分结构材料?利用材料的力学性能?广泛应用于机械制造、工程建设、交通运输等各个工业部门功能材料?利用材料的热、光、电、磁等性能用于电子、激光、通讯、能源和生物工程等许多高新技术领域。 功能高分子材料4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5 一、金属材料1.传统金属材料黑色金属铁、锰、铬以及它们的合金轻金属?d5g/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)26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。 金刚石和石墨就是碳的同素异形体。 石墨的晶体结构7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-Fe(铁素体)?后者称为-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。 8?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互转变来开发其形状记忆功能的。 9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10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11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12?2?储氢合金气态-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13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?一单位体积的储氢合金能储存10001300单位体积的氢。 14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。 15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16 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、高纯的化工产品为原料制备:采用先进的成型、烧结等制备工艺技术?使制备的陶瓷制品具有优异性能主要成分是硅酸盐?其耐热性低?易碎。 硅酸盐材料17氧化物陶瓷氮化物陶瓷碳化物陶瓷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18粉彩瓷古代陶器192.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20工作温度1300不水冷重量轻高温结构陶瓷发动机1990年我国第一台无水冷发电机试车成功21 (2)透明陶瓷(光学陶瓷)特点光学性能优异耐高温(熔点2000以上)用途高压灯?如高压鈉灯工作温度1200寿命12万小时?防弹玻璃 (3)光导纤维一种精细陶瓷 (4)生物陶瓷特点:耐腐蚀、稳定性好用途:人体器官和组织的修复与再造22备注?钠蒸气放电发光问题早在1950年就得以解决?由于没有一种能抵御高温钠蒸气?1400?强烈腐蚀的特殊材料?所以?直到1965年才制取第一支高压钠灯。 高纯氧化铝透明陶瓷灯管23高纯氧化铝透明陶瓷管242526271.我国最著名的陶器产地在什么地方?有什么之称?2.我国素有“瓷都”之称的地方在那里?28由两种或两种以上的组分材料组成的新材料。 复合效应保持原材料的特点各组分间取长补短,互相协同?形成一种优于原有材料的特性。 2.特点强度高、重量轻、剛性大、抗疲劳、减振性、耐温性好3.构成及用途 四、复合材料1.复合材料复合材料三要素基体材料增强剂复合方式29热弯玻璃防弹玻璃化学仪器玻璃30树脂基(高分子)基体材料金属基陶瓷基粒子状增强剂纤维状层状聚脂树脂飞机、汽车、树脂基(玻璃钢)玻璃纤维船舶、建筑结构金属复合金属基耐热纤维航空、航天复合方式基体陶瓷Al2O 3、SiO 2、SiC、陶瓷基增强纤维C、SiC、航空航天功能功能体换能、导电、导磁复合基体屏蔽吸波材料增强纤维隐形飞机31纳米长度单位1nm=10-9m?十亿分之一米?纳米颗粒尺寸在1?100nm之间的颗粒类型纳米陶瓷纳米金属碳纳米管纳米材料是指由纳米颗粒构成的固体材料。 32各种纳米材料的特性莲花叶子表面的自我洁净莲花叶面表面的结构与粗糙度为微米至纳米尺寸的大小。 当远大于该结构的灰尘、雨水等降落在叶面上时?只能和叶面上凸状物形成点的接触。 液滴在自身的表面张力作用下形成球状?在滚动中吸附灰尘?并滚出叶面。 视频?莲花33鹅毛和鸭毛的排列非常整齐?且毛与毛之间的隙缝极小?小到纳米尺寸?所以水分子无法穿透层层的鹅毛和鸭毛。 所以鹅与鸭得以在水中保持身体的干燥。 这种结构还极其通气。 34?xx年?一批高科技服装面料从实验室走上了展台?不用洗涤剂也能清洁的衣物、可用做防水地图的仿真丝面料等相继出现?高科技的服装面料令人耳目一新视频?纳米布料35视频?纳米表面36普通陶瓷坚硬、质脆、易于破碎纳米陶瓷坚硬、耐磨、永不生锈做发电机的轮子?将广泛用于汽车、高速列车37纳米材料具有奇特的光、电、磁、热、力等性质381?在空气中?纳米金属颗粒会迅速氧化而燃烧。 利用其表面活性?金属超微颗粒可望成为新一代的高效催化剂、火箭燃料、炸药等。 空气纳米铜、纳米铝燃烧?纳米金属粉)催化剂火箭燃料炸药392?所有的金属在超微颗粒状态时都呈现为黑色。 尺寸越小?颜色越黑。 金属超微颗粒对光的反射率很低?通常可低于l%?大约几微米厚度的膜就能起到完全消光的作用。 光吸收能力强?利用这个特性可以制造隐身材料等。 403?大尺寸的固态物质其熔点往往是固定的?超细微化的固态物质其熔点却显著降低?当颗粒小于10纳米量级时尤为突出。 熔点金1063纳米金330纳米银100960.8?低温烧结制备合金或不互熔的金属冶炼成合金?银414?陶瓷材料在通常情况下一般呈现脆性?由纳米超微颗粒压制成的纳米陶瓷材料具有良好的韧性。 呈纳米晶粒的金属要比传统的粗晶粒金属硬3?5倍。 金属-陶瓷复合纳米材料则可在更大的范围内改变材料的力学性质。 42纳米铜在室温下可延伸50多倍?强度比常规铜高5倍43?“纳米机器人”的研制属于分子仿生学的范畴?它根据分子水平的生物学原理为设计原型?设计制造可对纳米空间进行操作的“功能分子器件”。 ?第一代纳米机器人是生物系统和机械系统的有机结合体。 这种纳米机器人可注入人体血管内?进行健康检查和疾病治疗。 还可以用来进行人体器官的修复工作、作整容手术、从基因中除去有害的?或把正常的?安装在基因中?使机体正常运行。 ?第二代纳米机器人是直接从原子或分子装配成具有特定功能的纳米尺度的分子装置。 ?第三代纳米机器人将包含有纳米计算机?是一种可以进行人机对话的装置。 这种纳米机器人一旦问世将彻底改变人类的劳动和生活方式。 44仿甲虫外形制造的微型机器人纳米轴承微型机器人45描述的是一个纳米机器人在清理血管中的有害堆积物。 由于纳米机器人可以小到在人的血管中自由的游动?对于象脑血栓、动脉硬化等病灶?它们可以非常容易的予以清理?而不用再进行危险的开颅、开胸手术。 46?碳纳米管是由石墨中一层或若干层碳原子卷曲而成的笼状“纤维“?内部是空的?外部直径只有几到几十纳米。 其比重只有钢的六分之一?而强度却是钢的100倍。 碳纳米管还是极好的储氢材料?在将来的以氢为动力的汽车上将得到应用。 ?诺贝尔化学奖得主斯莫利教授认为?纳米碳管将是未来最佳纤维的首选材料?也将被广泛用于超微导线、超微开关以及纳米级电子线路等。 未来的理想超级纤维碳纳米管4760?1985年?美国科学家克劳特和斯莫利等用激光束去轰击石墨表面?意外地发现了C60。 ?C60的外形像足球?中心是空的?外边围砌着60个碳原子?碳原子组成了12个五边形和20个正六边形。 碳60有一个别名?巴基球?一个巴基球的直径是0.7纳米。 ?巴基球还可以做得更大?再增加10个碳原子?还可以做成碳70。 有人认为?如果不是只用60个碳原子?而是用960个碳原子制成碳540?有可能在室温条件下就可实现超导?48?科学家们又在想?碳原子既然可以排列成足球的形状?就可以排列成圆筒形。 球形只能扩大?成为越来越大的球?圆筒形却可以加长?越加越长?成为一根纤维。 于是科学家就用碳元素组成了一种圆筒材料碳纳米管。 ?人们制成的碳纳米管?其直径已经达到了1.4纳米?每一圈是由10个六边形组成。 49碳纳米管?碳纳米管?是指用纳米技术将碳做成的细管C60C60C70金刚石石墨视频?碳纳米管50纳米科技是指在纳米尺度上研究物质的特性和相互作用?以及利用这些特性的多学科交叉的科学和技术。