新材料及应用课件.ppt
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- 新材料 应用 课件
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1、新材料及其特点 新材料指新近发展或已在发展中具有比传统材新材料指新近发展或已在发展中具有比传统材料更为优异性能的一类材料料更为优异性能的一类材料 特点:知识与技术密集度高;与新工艺和新技特点:知识与技术密集度高;与新工艺和新技术关系密切;更新换代快;品种式样变化多术关系密切;更新换代快;品种式样变化多新材料的类型新材料新材料新型金属材料新型金属材料合金、稀有金属合金、稀有金属高分子合成材料高分子合成材料合成橡胶、塑料合成橡胶、塑料化学纤维化学纤维新型无机非金属材料新型无机非金属材料工业陶瓷、光导纤维工业陶瓷、光导纤维半导体材料半导体材料复合材料复合材料纳米材料纳米材料光电子材料光电子材料一、新
2、型金属材料 非晶态金属:非晶态金属:又称为又称为“金属玻金属玻璃璃”,由沸腾的钢液经每秒,由沸腾的钢液经每秒100100万度的速度冷却而成万度的速度冷却而成,其内在结其内在结构发生了质变,原子从有序排列构发生了质变,原子从有序排列变成了无序排列变成了无序排列,具有极优异的具有极优异的物理磁性能、化学耐腐蚀性能和物理磁性能、化学耐腐蚀性能和力学耐磨性能力学耐磨性能,传统的车钳铣刨传统的车钳铣刨和强酸溶液对它们无可奈何和强酸溶液对它们无可奈何,可可以在通信、交通、电子、家电、以在通信、交通、电子、家电、防盗等很多领域大显身手。防盗等很多领域大显身手。外表轻薄如纸、优雅华丽、用外表轻薄如纸、优雅华丽
3、、用手可轻易撕断的带形金属玻璃手可轻易撕断的带形金属玻璃 “终结者终结者”的材料变现实的材料变现实 一、新型金属材料合金材料:合金材料:新型合金材料包括许多种类,新型合金材料包括许多种类,它们性能各异,用途各不相同,铝合金、它们性能各异,用途各不相同,铝合金、镁合金、钛合金、铁镍铬及高温合金、稀镁合金、钛合金、铁镍铬及高温合金、稀贵金属合金等等贵金属合金等等形状记忆合金:形状记忆合金:能够使温度值变化时人为能够使温度值变化时人为造成的形状变化,在温度恢复到特定值时,造成的形状变化,在温度恢复到特定值时,形状也自动丝毫不差地恢复到原来的状态,形状也自动丝毫不差地恢复到原来的状态,坚韧性极强,可反
4、复变形和复原坚韧性极强,可反复变形和复原500500万次而万次而不产生疲劳断裂,其广泛应用于卫星、飞不产生疲劳断裂,其广泛应用于卫星、飞船和空间站的大型天线、飞机部件接头以船和空间站的大型天线、飞机部件接头以及骨科整形等方面。及骨科整形等方面。其他新型金属功能材料如其他新型金属功能材料如贮氢合金等贮氢合金等歼歼-11-11机体制造中使用大量钛合金材料机体制造中使用大量钛合金材料 镍钛记忆合金镍钛记忆合金“花瓣花瓣”在在相应的温度下慢慢绽放相应的温度下慢慢绽放形状记忆合金在太空自然恢复原状形状记忆合金在太空自然恢复原状一、新型金属材料超导金属材料:超导金属材料:在特定条件下,电在特定条件下,电阻
5、完全消失,产生超导电性的材料。阻完全消失,产生超导电性的材料。具有零电阻、完全抗磁性和载流能具有零电阻、完全抗磁性和载流能力强三个基本特征。力强三个基本特征。超导技术的应用:超导技术的应用:制造磁性极强的制造磁性极强的超导磁铁超导磁铁,用于磁约束核聚变反应、,用于磁约束核聚变反应、大容量储能设备、高能加速器、超大容量储能设备、高能加速器、超导发电机、电力工业输电和交通运导发电机、电力工业输电和交通运输工具等。如美国实现超导输电,输工具等。如美国实现超导输电,每年可以节省每年可以节省100100亿美元的电力;亿美元的电力;制造超高速计算机和高灵敏度的探制造超高速计算机和高灵敏度的探测设备、通信设
6、备、航天系统等测设备、通信设备、航天系统等。如如19891989年日本研制出世界第一台超年日本研制出世界第一台超导电子计算机,其全部采用约瑟夫导电子计算机,其全部采用约瑟夫森超导器件,运算速度达每秒森超导器件,运算速度达每秒 1010亿次,功耗亿次,功耗 6.26.2毫瓦,仅为常规电毫瓦,仅为常规电子计算机功耗的千分之一子计算机功耗的千分之一超导磁悬浮列车原理超导磁悬浮列车原理二、高分子合成材料 高分子是由碳、氢、氧、氮、硅、硫等元素组成的高分子是由碳、氢、氧、氮、硅、硫等元素组成的分子量足够高的有机化合物。常用高分子材料的分分子量足够高的有机化合物。常用高分子材料的分子量在几百至几百万之间,
7、有的可高达上千万。子量在几百至几百万之间,有的可高达上千万。高分子材料主要包括塑料、纤维、橡胶、薄膜、胶高分子材料主要包括塑料、纤维、橡胶、薄膜、胶粘剂和涂料等,其中粘剂和涂料等,其中合成塑料、合成纤维、合成橡合成塑料、合成纤维、合成橡胶胶被称为现代高分子三大合成材料。被称为现代高分子三大合成材料。高分子材料特点:重量轻、高弹性、强度低、韧性高分子材料特点:重量轻、高弹性、强度低、韧性好、粘弹性、耐摩性、绝缘性好,低导热性、耐热好、粘弹性、耐摩性、绝缘性好,低导热性、耐热性、耐蚀性好、易老化性、耐蚀性好、易老化二、高分子合成材料 合成塑料:合成塑料:聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯
8、乙烯、聚丙烯四大品种是日常生活中乙烯、聚丙烯四大品种是日常生活中最常见的塑料材料,全球总产量在最常见的塑料材料,全球总产量在1 1亿亿吨左右。吨左右。透光性好的有机玻璃透光性好的有机玻璃(亚克力,Acrylic)“塑料王塑料王”的耐腐蚀塑料聚四氟乙烯的耐腐蚀塑料聚四氟乙烯 作为工程塑料的聚碳酸脂、聚甲醛、作为工程塑料的聚碳酸脂、聚甲醛、聚酰亚胺和常用做泡沫塑料的聚胺脂聚酰亚胺和常用做泡沫塑料的聚胺脂等等 二、高分子合成材料 合成纤维:合成纤维:涤纶、锦纶、晴纶、涤纶、锦纶、晴纶、维纶、丙纶、氯纶等维纶、丙纶、氯纶等“六大纶六大纶”可做宇航服、耐超热超冷的芳纶可做宇航服、耐超热超冷的芳纶1313
9、1313;可做飞机机翼、高强缆索;可做飞机机翼、高强缆索的芳纶的芳纶14141414;可耐;可耐400400高温和负高温和负273273超低温的聚酰亚胺纤维;超低温的聚酰亚胺纤维;可做人造血管、软骨等人体器件可做人造血管、软骨等人体器件的氟纶纤维;的氟纶纤维;可做新式伪装服的多色纤维;可做新式伪装服的多色纤维;可做合成纸、合成革、高效除尘可做合成纸、合成革、高效除尘器的高缩纤维、复合纤维、有色器的高缩纤维、复合纤维、有色纤维、网络丝、完全变形纱、吸纤维、网络丝、完全变形纱、吸湿纤维和离子交换纤维等。湿纤维和离子交换纤维等。芳纶芳纶1313莫代尔莫代尔涤纶涤纶晴纶晴纶高分子人造血管高分子人造血管
10、合成革合成革复合纤维棉内胆复合纤维棉内胆二、高分子合成材料 合成橡胶合成橡胶 :将天然乳胶经过硫化将天然乳胶经过硫化处理变成能成型、富有弹力的材处理变成能成型、富有弹力的材料,填补天然橡胶的不足;发展料,填补天然橡胶的不足;发展极快极快 。顺丁橡胶、异戊橡胶、乙丙橡胶顺丁橡胶、异戊橡胶、乙丙橡胶等发展前途看好等发展前途看好 硅橡胶、氟橡胶能在零下硅橡胶、氟橡胶能在零下5050度不度不变形,又可耐变形,又可耐250250度高温,用于制度高温,用于制造火箭、导弹、飞机的某些零件。造火箭、导弹、飞机的某些零件。氟橡胶零件氟橡胶零件硅橡胶手镯硅橡胶手镯三、新型无机非金属材料 陶瓷材料:陶瓷材料:新型陶
11、瓷的强度、硬新型陶瓷的强度、硬度、耐磨损、耐高温、耐腐蚀等度、耐磨损、耐高温、耐腐蚀等性能都比传统陶瓷有很大提高,性能都比传统陶瓷有很大提高,特别是在克服传统陶瓷的致命弱特别是在克服传统陶瓷的致命弱点脆性问题上取得重大突破。点脆性问题上取得重大突破。新型结构陶瓷新型结构陶瓷:氧化物陶瓷、氮:氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、硅化物化物陶瓷、碳化物陶瓷、硅化物陶瓷、硼化物陶瓷、砷化物陶瓷、陶瓷、硼化物陶瓷、砷化物陶瓷、氰化物陶瓷等氰化物陶瓷等 新型功能陶瓷新型功能陶瓷:装置陶瓷、电容:装置陶瓷、电容器陶瓷、压电陶瓷、电致伸缩陶器陶瓷、压电陶瓷、电致伸缩陶瓷、热释电陶瓷、磁性陶瓷、半瓷、热释电陶
12、瓷、磁性陶瓷、半导体陶瓷、导电与超导陶瓷、光导体陶瓷、导电与超导陶瓷、光学陶瓷和敏感陶瓷等。学陶瓷和敏感陶瓷等。新型陶瓷制成的人造骨等新型陶瓷制成的人造骨等 陶瓷零件陶瓷零件 玻璃材料:玻璃材料:改变了传统玻璃材料易改变了传统玻璃材料易碎、易传热的特性,研制出具有碎、易传热的特性,研制出具有“特异功能特异功能”的新品种,如玻璃钢、的新品种,如玻璃钢、记忆玻璃、化学敏感性玻璃、超韧记忆玻璃、化学敏感性玻璃、超韧性增强玻璃、激光玻璃、防弹玻璃、性增强玻璃、激光玻璃、防弹玻璃、防辐射玻璃等。防辐射玻璃等。光导纤维:光导纤维:纯度极高的玻璃纤维制纯度极高的玻璃纤维制成使现代通信技术发生了革命性的成使现
13、代通信技术发生了革命性的转变,并且在医疗、遥感、遥测等转变,并且在医疗、遥感、遥测等领域也得到越来越广泛的应用。领域也得到越来越广泛的应用。光纤通信具有传输距离远、保密性光纤通信具有传输距离远、保密性好、抗干扰等优点,一条电缆就可好、抗干扰等优点,一条电缆就可以传输几百万路电话;可传输高强以传输几百万路电话;可传输高强度的激光度的激光 ;制作光纤传感器;制作光纤传感器三、新型无机非金属材料防弹玻璃防弹玻璃 防辐射高铅玻璃防辐射高铅玻璃 由光导纤维构成的光缆由光导纤维构成的光缆 光导纤维工艺品光导纤维工艺品 三、新型无机非金属材料 半导体材料:半导体材料:2020世纪世纪4040年代发展起来的年
14、代发展起来的重要信息材料,通过近几十年来的研究重要信息材料,通过近几十年来的研究工作,半导体材料种类不断更新,应用工作,半导体材料种类不断更新,应用领域不断扩展,成为信息技术发展的基领域不断扩展,成为信息技术发展的基础。础。锗材料锗材料不需要加热、功耗低、可靠性高、不需要加热、功耗低、可靠性高、转换速度快、功能多样和体积小,取代转换速度快、功能多样和体积小,取代电子管电子管 硅材料硅材料机械强度高、结晶性强、在自然机械强度高、结晶性强、在自然中储量丰富、成本低,并且可以拉制出中储量丰富、成本低,并且可以拉制出大尺寸的完整单晶,使之成为目前电子大尺寸的完整单晶,使之成为目前电子信息工业领域的主要
15、半导体材料信息工业领域的主要半导体材料 砷化镓砷化镓由于电子运动速度快、电子激发由于电子运动速度快、电子激发后释放能量以发光形式进行等特点,很后释放能量以发光形式进行等特点,很可能成为继硅之后第二种最重要的半导可能成为继硅之后第二种最重要的半导体电子材料,制成的晶体管可以制造出体电子材料,制成的晶体管可以制造出速度更快、功能更强的计算机(速度更快、功能更强的计算机(1010倍)倍)第一台晶体管收音机第一台晶体管收音机仅包含仅包含4只锗晶体管只锗晶体管 半导体器件半导体器件 四、复合材料 现代科技的发展,对材料的性能提出高标准、多样化,甚至是现代科技的发展,对材料的性能提出高标准、多样化,甚至是
16、相互矛盾的要求,因此,任何一种单一的材料都难以满足上述相互矛盾的要求,因此,任何一种单一的材料都难以满足上述需要,于是各种高性能的复合材料便应运而生。需要,于是各种高性能的复合材料便应运而生。复合材料是由基体材料和增强材料两部分组成,根据基体材料复合材料是由基体材料和增强材料两部分组成,根据基体材料和增强材料的特点,复合材料可分为结构复合材料和功能复合和增强材料的特点,复合材料可分为结构复合材料和功能复合材料两大类材料两大类 复合材料在高度轻量化直升机上的用量已达结构重量的复合材料在高度轻量化直升机上的用量已达结构重量的70%-80%70%-80%,在先进战斗机上的用量大约是结构重量的在先进战
17、斗机上的用量大约是结构重量的30%-40%30%-40%。国产重点型号战机将用复合材料水平尾翼国产重点型号战机将用复合材料水平尾翼 复合材料井盖复合材料井盖四、复合材料 结构复合材料结构复合材料作为承力结构使用的材作为承力结构使用的材料,它由能承受载荷的增强体与能连料,它由能承受载荷的增强体与能连接增强体成为整体材料同时又起传递接增强体成为整体材料同时又起传递力作用的基体构成;可以根据材料在力作用的基体构成;可以根据材料在使用中受力的要求进行选材设计及复使用中受力的要求进行选材设计及复合结构设计合结构设计 增强体增强体包括各种玻璃、陶瓷、碳素、包括各种玻璃、陶瓷、碳素、高聚物、金属、天然纤维、
18、织物、晶高聚物、金属、天然纤维、织物、晶体等;体等;基体基体包括高聚体(树脂)基、包括高聚体(树脂)基、金属基、陶瓷基、碳基等金属基、陶瓷基、碳基等 树脂基复合材料用于建筑、造船、车树脂基复合材料用于建筑、造船、车辆、化工容器、生活用品等辆、化工容器、生活用品等 金属基复合材料是宇航、航空技术的金属基复合材料是宇航、航空技术的理想材料理想材料树脂基复合材料树脂基复合材料耐磨陶瓷复合材料膨胀节耐磨陶瓷复合材料膨胀节碳基复合材料碳基复合材料四、复合材料 功能复合材料一般由功能体和基体组成,基体功能复合材料一般由功能体和基体组成,基体不仅起到构成整体的作用,而且能产生协同或不仅起到构成整体的作用,而
19、且能产生协同或加强功能的作用,利用材料的电学、化学等性加强功能的作用,利用材料的电学、化学等性能。能。现已有压电型功能复合材料、吸波、屏蔽性功现已有压电型功能复合材料、吸波、屏蔽性功能复合材料(隐身材料)、导电功能复合材料能复合材料(隐身材料)、导电功能复合材料等,有广阔的发展前景等,有广阔的发展前景五、生物材料 生物材料也称为生物工程材料或生物医学材料,是生物体器官生物材料也称为生物工程材料或生物医学材料,是生物体器官缺损、病变或衰竭的替代材料,也就是人类器官再造材料缺损、病变或衰竭的替代材料,也就是人类器官再造材料。生物活性陶瓷生物活性陶瓷已实现与骨相结合,并与软组织相结已实现与骨相结合,
20、并与软组织相结 生物化学水泥生物化学水泥在骨骼缺损修补、骨骼植入材料的固定和牙齿的在骨骼缺损修补、骨骼植入材料的固定和牙齿的修复等过程使用修复等过程使用 人工器官人工器官已制造出人工心脏、人工肝脏、人工肾、人工喉、人已制造出人工心脏、人工肝脏、人工肾、人工喉、人工眼球、人工骨、人工皮、人造血浆和血液等工眼球、人工骨、人工皮、人造血浆和血液等 预期研制出具有主动诱导、能促进人体自身组织和器官再生作预期研制出具有主动诱导、能促进人体自身组织和器官再生作用的生物复合材料用的生物复合材料 六、光电子材料 光电子工业异军突起,它包括光通信、光电子工业异军突起,它包括光通信、光计算、激光加工、激光医疗、激
21、光光计算、激光加工、激光医疗、激光印刷、激光影视、激光仪器、激光受印刷、激光影视、激光仪器、激光受控热核反应、激光分离同位素、激光控热核反应、激光分离同位素、激光制导等许多方面。制导等许多方面。探索与发展新型光电子材料,制作高探索与发展新型光电子材料,制作高性能、小型化、集成化的光电子器件,性能、小型化、集成化的光电子器件,已经成为整个光电子科技领域的前沿。已经成为整个光电子科技领域的前沿。光电子信息材料是整个光电子技术的光电子信息材料是整个光电子技术的基础和先导。包括淘汰和信息获取材基础和先导。包括淘汰和信息获取材料、信息传输材料、信息存储材料以料、信息传输材料、信息存储材料以及信息处理和运
22、算材料等,其中主要及信息处理和运算材料等,其中主要是各类光电子半导体材料、各种光纤是各类光电子半导体材料、各种光纤和薄膜材料、各种液晶显示(和薄膜材料、各种液晶显示(LCDLCD)材料等。材料等。LED发光产品发光产品 蓝宝石晶体蓝宝石晶体 电子纸电子纸全球第二大液晶显示器生产商全球第二大液晶显示器生产商飞利浦公司宣布,该公司已飞利浦公司宣布,该公司已研发出世界首款色研发出世界首款色“电子纸电子纸”。“电子纸电子纸”是一种超薄、超轻的显示器。飞利浦开发的这款是一种超薄、超轻的显示器。飞利浦开发的这款英寸彩色显示器薄如纸张,并且可以随意折叠弯曲。这款英寸彩色显示器薄如纸张,并且可以随意折叠弯曲。
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