第八章新材料和新工艺

SUST机械工程材料第八章新材料和新工艺形状记忆材料膨胀材料及减振材料金属间化合物非晶态合金材料梯度功能材料纳米材料贮氢材料SUST机械工程材料形状记忆材料形状记忆是指具有初始形状的制品变形后，通过加热等手段处理后又恢复为初始形状的功能。包括形状记忆合金和形状记忆聚合物。热水中SUST机械工程材料形状记忆材料—形状记忆合金形状记忆合金的记忆原理–同一种成分的材料可以有不同的“相”。因此改变外界条件如温度，可以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。SUST机械工程材料形状记忆材料—形状记忆合金形状记忆合金举例–钛—镍(Ti-Ni)–金—镉（Au-Cd)–铜—锌—铝(Cu-Zn-Al)–铜—铝—镍(Cu-Al-Ni)形状记忆合金特性–有确定的转变温度，如镍-钛：40℃–超弹性–抗疲劳：回忆变形500万次不疲劳变形–耐腐蚀SUST机械工程材料形状记忆材料—形状记忆合金形状记忆合金的应用–卫星自展天线：Ti-Ni–记忆合金铆钉–管件接头–形状记忆合金发动机SUST机械工程材料形状记忆材料—形状记忆合金管件接头待连接管记忆合金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形状记忆合金液压系统管SUST机械工程材料形状记忆材料—形状记忆合金形状记忆合金驱动装置SUST机械工程材料形状记忆材料—形状记忆聚合物重量轻、易加工、变形率大、成本低。变形物的复原：–汽车的缓冲器、保护罩建筑、施工材料–热收缩管用于异径管的接合医疗材料–代替石膏作固定器具SUST机械工程材料膨胀材料膨胀材料是指具有特殊膨胀系数的材料。低膨胀材料：–因瓦合金Fe-Ni36：1.2×10-6/K–超因瓦合金Fe-Ni32Co:0.8×10-6/K–主要用于精密仪器、仪表中对尺寸变化量要求很高的元件定膨胀材料：–主要用作封接材料热双金属材料：–用作各种测量和控制仪表中的传感元件SUST机械工程材料减振材料减振材料是指内耗和衰减能力强的材料。减振合金：灰铸铁、Al-Zn、Ni-Ti等高分子减振材料：轨道用减振橡胶发动机橡胶减振配件SUST机械工程材料金属间化合物结构：原子在晶体内长程有序排列，因此金属间化合物也称有序金属间化合物。性能：优良的高温性能。是介于高温合金和陶瓷材料间的一类新型高温结构材料。举例：Fe-Al、Ti-Al、Ni-AlTiAl金属间化合物SUST机械工程材料非晶态合金结构特征：–长程无序，短程有序；各向同性；亚稳性制备工艺：–熔融态合金骤冷（每秒上百万度）–气相沉积法性能及应用：–高强度、高硬度、抗疲劳、耐腐蚀–金属玻璃具有负温度系数，可用于仪表测量–高的磁导率，作为磁性材料广泛用于变压器、电动机芯等SUST机械工程材料梯度功能材料梯度功能材料（FGM）是指将性能截然不同的两种材料连接在一起，两者之间的界面是一个化学成分、组织结构和性能等都连续变化的过渡区，从而实现这两种材料的性能平缓过渡。金属-陶瓷构成的热应力缓和梯度功能材料，用于高速飞行器中承受较大温差的部位。HA-G-Ti功能梯度材料：综合了HA的生物活性和钛合金的机械强度，适于植入人体使用。制备方法：–气相沉积法、等离子喷涂法、粉末冶金烧结法、SHS法SUST机械工程材料纳米材料纳米材料是指材料的几何尺寸达到纳米级尺度水平并且具有特殊性能的材料。发展阶段：–1990年以前：实验室制备纳米颗粒–1994年以前：利用纳米材料的奇特特性设计纳米材料–1994-今：为期望特性有目的地设计、组装、创造纳米材料体系类型：–纳米颗粒与粉体、纳米管、纳米薄膜、纳米块材放大30倍的碳纳米管SUST机械工程材料纳米材料制备方法：–纳米微粒：机械粉碎法、液相法、气相法–纳米管：电弧蒸发法、热解化合物法–纳米薄膜：溶胶-凝胶法、气相法应用：–纳米涂料–防护材料–精细陶瓷–催化剂纳米陶瓷碳纳米管灯丝长1.4微米宽13纳米SUST机械工程材料贮氢材料能吸收氢气的金属或合金。–贮氢合金：镁系、稀土系、钛系、锆系–碳质贮氢材料：碳纳米管、石墨纳米纤维贮氢合金的制备：–机械法、化学法、电解法、气相沉积法碳质贮氢材料的制备：–催化裂解法、熔盐电解法、石墨电弧法、电弧催化法SUST机械工程材料新材料与新工艺新材料的发现不等于能应用于实际。若生产工艺不过关，价格就没竞争能力，就不能产业化。新材料的发现往往出于偶然，如C60等。因此广泛探索，悉心钻研十分关键。新材料的研究开发与产业化，有赖于新技术的发展。而高技术又以新材料为基础和先导，因此新材料与新技术相辅相成。在开发先进材料的同时，必须重视传统材料。传统材料性能的提高和生产工艺的改进，有很大潜力，必须给以足够的重视。