第12章 金属功能材料
1功能材料概论课件
(3)特殊技术和特定结构组合化学。它包括激光喷涂组合化学 研究，主客体组装组合化学等。
(4)固体氧化物燃料电池中新型中、低温(600—800℃)区工 作的固体复合氧化物电解质材料的探索和筛选。
(5)从热力学平衡角度研究材料的相态、结构及稳定性，
获得所需材料体系的相图，同时进行性能测定，由此全
面掌握不同组成、结构和工作温度下的材料特性。
13
1.1.3 功能材料的分类
目前主要是根据材料的物质性、或功能性、应用性 进行分类。
（一）根据材料的物质性进行分类 1、金属功能材料 2、无机非金属功能材料 3、有机功能材料 4、复合功能材料
1功能材料概论
14
（二）根据材料的功能性进行分类
按照材料的物理化学功能进行分类：
1.光学功能材料（按在具体应用中所发挥的效能和作用）
⑨光记录材料 例：碲、碲合金、稀土类合金
1功能材料概论
15
2、电学功能材料 例：防静电材料 3、磁学功能材料 例：磁带、磁盘 4、声学功能材料 例：音响设备、仪器 5、力学功能材料 例：高结晶材料、超高强材料 6、热学功能材料 例：显示、测量 7、化学功能材料 ①分离功能材料 例：分离膜、离子交换树脂 ②反应功能材料 例：高分子试剂、高分子催化剂 ③生物功能材料 例：固定化酶、生物反应器 8、生物医学功能材料 例：人工肾、人工心肺 9、核功能材料
1功能材料概论
24
③磁能与其他形式能量的转换 如光磁效应、热磁效应、磁冷冻效应和磁性转变效应等 ④机械能与其他形式能量的转换 如形状记忆效应、热弹性效应、机械化学效应、压电效 应、电致伸缩、光压效应、声光效应、光弹性效应和磁 致伸缩效应等。
1功能材料概论
25
按材料种类分，功能材料还可分为：金属功 能材料、无机非金属功能材料和有机功能材料。
金属功能材料
顺磁性 物 质 磁 性 分 类
抗磁性 铁磁性
被磁化后，磁化场方向与外场方 向相反
被磁化后，磁化场方向与外 场方向相同
与外加磁 场的关系
• 与原来不具有磁性的磁介质放在磁场中，由于 受磁场的作用很快显出磁性，从而产生附加磁 场，改变空间原有磁场的分布：
• 顺磁性与铁磁性：
• 抗磁性： 与
与
反向
同向
磁性材料分类
有色冶金概论
§1有色金属及其分类
1 金属： 通常把元素周期表中具有光亮的金 属光泽，很高的导热、导电性及良 好的延展加工性的化学元素称为金 属。 109种元素中93种金属元素分类： （1） 铁金属和非铁金属： 铁金属指铁和铁基合金，包括生铁、 铁合金和钢；
非铁金属：铁和铁合金以外的金属元 素； （2）黑色金属和有色金属： 黑色金属：铁、铬、锰； 有色金属：将铁、铬、锰以外的金 属。（90种） 通常按密度大小、矿物原料富集程 度、发现的早晚、用途和价格将有 色金属分为：轻金属、重金属、稀 有金属和贵金属四大类。
永磁材料
主要用途：提供永磁场 主要性能要求：高的磁能积，高的轿顽力，高的居 里点，高稳定性，好的经济性。 主要种类：铝镍钴系永磁合金、永磁铁氧体、铁 铬钴系永磁合金、汝铁硼材料、稀土永磁材料和 复合粘结永磁材料。
三.超导材料
形状记忆合金
储氢合金
天然气为：88MJ/Kg 氢气热值：1.56*10^3MJ/Kg
（2）湿法冶金： 它是在常温（或低于100℃）常压或 高温（100~300 ℃）高压下，用溶剂 处理矿石或精矿，使所要提取的有 色金属溶解于溶液中，而其它杂质 不溶解，然后再从溶液中将有色金 属提取和分离出来的过程。 该方法主要包括浸出、分离、富集 和提取的过程。
功能材料介绍PPT
从功能上看，材料可以分为结构材料和功能材料。
结构材料—通常指具有力学承载功能的材料。体积 较大，常被称为第一代材料。如建筑材料、机械制造材料， 用于制造工具、机器、车辆，修建房屋、桥梁、道路等。
另一类材料是功能材料。功能材料的概念最早由美国 的Morton与1965年提出。
功能材料——指具有光、电、磁、声、热、化学、生 物等特定功能和性质的材料。用于非承载目的，涉及面很 广。如电阻及导电材料、磁性材料、介电材料、发光材料、 光电材料、电极材料、压电材料、声光材料、电光材料、 磁光材料、超导材料、智能材料、仿生材料等。利用他们 可以制造具有记录、储存、信息传输等功能元器件，在电 子、激光、光电、通信、生物医学等许多新技术领域有广 泛应用。
1、按材料的物理化学属性（化学键、成分）：
无机功能材料 有机功能材料
金属功能材料 无机非金属功能材料（玻璃、陶瓷）
复合功能材料（高分子基、金属基、陶瓷基复性、电性、光学、力学、声学、化学、生物医学、 核功能材料及功能转换材料等。
进一步细分：如光学功能材料包括非线性光学材料、 发光材料、红外材料、感光材料、激光材料等。功能 转换材料包括压电材料、光电材料、热电材料、磁光 材料、电光材料、声光材料、磁致伸缩材料等。
_金属功能材料_2009年第16卷总目次
《金属功能材料》2009年第16卷总目次・试验研究・快淬态纳米晶Fe 2Cu 2Ta 2Si 2B 软磁金属薄带的制备胡季帆,等(1-1)…………………………………………机械合金化法制备Ni -Zr 非晶软磁合金粉末的研究张 静,等(1-4)………………………………………电磁屏蔽涂料用非晶粉末偶联处理研究冯 猛,等(1-9)………………………………………………………基于选区激光烧结(SL S )技术成形多孔金属材料的工艺研究牛爱军,等(1-13)……………………………大型钛滤板的生产工艺研究南海娟,等(1-17)…………………………………………………………………机械高能球磨法制备表面多孔金属铝练绵炎,等(1-20)………………………………………………………Ni 415+x Mn 4115-x Sn 1311(x =0,115,310)合金的结构和磁熵变研究王大伟,等(2-1)……………………………Gd 、Y 含量对烧结钕铁硼永磁体磁性能的影响王发立,等(2-5)………………………………………………放电等离子烧结技术制备La 017Mg 013Ni 215Co x 贮氢合金性能研究曾彩霞,等(2-10)………………………低温熔盐电化学制备CoNi Fe 磁性合金膜刘文峰,等(2-14)…………………………………………………电化学沉积法制备Co Pt 纳米线/纳米管李东栋,等(2-17)……………………………………………………Al 2O 3弥散强化铜基复合材料的制备及性能研究王东里,等(2-21)…………………………………………自生复合Cu 2Cr 合金的制备方法研究刘志平,等(2-26)………………………………………………………Ni -P 镀层磷含量对Ni 2P/TiO 2复合膜耐蚀性能的影响林万舟,等(2-29)…………………………………稀土镧对Sn 315Ag 015Cu 钎料组织性能的影响吴 敏(2-34)…………………………………………………超声在电沉积锡基碳纳米管复合材料中应用李昌明,等(2-37)………………………………………………第一性原理方法研究Cr Te 电子结构性质程唤龄,等(2-41)…………………………………………………Fe 2Cr 2Co 永磁合金的激光辐照效应研究纪楗煜,等(3-1)……………………………………………………Nd 60Fe 30M 10(M =Al ,Si ,Ga )系非晶永磁的性能与组织结构汪 洁,等(3-5)………………………………Fe 85-x Nb 618B 717Cu x (x =0,1,3)快淬态纳米晶薄带的制备与磁性张中利,等(3-9)…………………………p H 值对电沉积FeNi/Cu 复合丝巨磁阻抗性能的影响雍树军,等(3-12)……………………………………利用磁力显微镜观察铁镍合金丝的磁畴结构夏 天,等(3-16)………………………………………………Bi 2O 32MoO 3复合掺杂对高磁导率MnZn 铁氧体磁特性的影响迟煜頔,等(3-21)…………………………矿用碳钢罐道表面超声速喷涂不锈钢涂层研究沈承金,等(3-25)……………………………………………SrAl 2O 4∶Eu 2+,Dy 3+材料发光性能的影响因素的研究邱 冬,等(3-31)……………………………………不同工艺烧结钕铁硼磁体的脆性分析惠英林,等(4-1)…………………………………………………………Fe 88Zr 7B 4Co 1软磁纳米晶薄带的巨磁阻抗效应黎 伦,等(4-4)………………………………………………低硅无取向电工钢退火过程中晶粒组织变化对磁性的影响王峰涛,等(4-8)…………………………………三层电磁屏蔽复合材料结构设计蔡迎波,等(4-13)……………………………………………………………Fe 2B/Fe 3O 4纳米复合粒子的吸波性能研究李 婷,等(4-16)…………………………………………………结构弛豫对Cu 5811Zr 3519Al 6块状非晶合金弹性性能的影响李 萍,等(4-20)………………………………碳包覆坡莫合金纳米粒子磁流体制备及表征李 儒,等(4-23)………………………………………………钢包底吹氩对电热合金Cr 20Ni 35非金属夹杂物的影响王传玉,等(4-26)……………………………………共晶反应定向凝固工艺制备多孔材料气孔形成和长大机理陈文革,等(4-30)………………………………泡沫镍的宏观拉伸断裂行为刘培生,等(4-33)…………………………………………………………………NdDyFeAlCuB 合金的显微结构和磁性能的研究秦春段,等(5-1)……………………………………………陀螺电机用钐钴永磁合金稳定性研究李泽江,等(5-4) (Ⅰ)第6期 《金属功能材料》2009年第16卷总目次贮氢合金La 0165Mg 0135Ni x (x =310～315)高温电化学性能的研究春 林,等(5-8)…………………………非晶态合金填充氯化聚乙烯的电磁屏蔽性能研究曾 敏,等(5-12)…………………………………………应变率和应变历史对β-α双相铜基形状记忆合金力学行为的影响王国平,等(5-16)………………………电场激活合成Mg 2Si 的热电性能研究李柏松,等(5-19)………………………………………………………热处理对双液双金属复合铸造颚板齿尖材质的影响荣守范,等(5-22)………………………………………硅油基镝铁氧体磁流体研制及表征吴凤义,等(5-27)…………………………………………………………Cu 2018Cr 2012Zr 合金固溶时效后的组织与性能研究姜 伟,等(5-31)………………………………………Sr 4Al 14O 25∶Eu 2+,Dy 3+材料的制备及发光性能影响因素研究鲁道荣,等(5-35)……………………………FeSiBC 非晶纳米晶合金材料的腐蚀行为研究陈智慧,等(6-1)………………………………………………热机械循环训练对Fe 215Mn 24Si 28Cr 24Ni 形状记忆合金耐腐蚀性能和低温应力松弛的影响 杨 军,等(6-5)…………………………………………………………………………………………………磁性液体的等离子体制备及表面张力系数研究李艳琴,等(6-8)………………………………………………高强阻尼铝合金轧制板材的组织与性能李 伟,等(6-11)……………………………………………………热电池用导电镍带的高温硫化行为研究王 辉,等(6-15)……………………………………………………铜铅轴承材料减摩耐磨性能及其温度的影响尹延国,等(6-20)………………………………………………Zn 、Si 共掺杂纳米TiO 2的制备及其光催化性能康 华,等(6-25)……………………………………………氧化锆基固体电解质价电子结构研究石 敏,等(6-30)………………………………………………………尖晶石LiMn 2O 4材料的高温固相合成及性能表征蒙冕武,等(6-35)…………………………………………・综合述评・HDDR 各向异性NdFeB 研究进展罗 阳,等(1-24)…………………………………………………………3∶29富铁金属间磁性化合物的研究现状和趋势徐志斌,等(1-29)…………………………………………非晶、纳米晶软磁材料退火工艺研究进展周 磊,等(1-32)……………………………………………………Cu 基非晶合金的最新研究进展司 颐,等(1-37)………………………………………………………………EBSD 技术及其在取向硅钢研究中的作用孙 颖,等(1-41)…………………………………………………稀土RE 2Pt 材料的应用与研究进展徐成福,等(1-45)…………………………………………………………多主元高熵合金的研究进展郭卫凡,等(1-49)…………………………………………………………………锂离子电池正极材料LiNi 1/3Co 1/3Mn 1/3O 2的研究进展陈小丽,等(1-54)……………………………………电子封装SiCp/Al 复合材料导热性能研究与进展余志华,等(1-59)…………………………………………La 2Mg 2Ni 系贮氢合金的研究进展王利伟,等(2-46)……………………………………………………………高能球磨中纳米亚稳相的合成戴乐阳,等(2-51)………………………………………………………………锡基无铅电子焊料的研究进展与发展趋势闵文锦,等(2-55)…………………………………………………低膨胀钨酸锆(ZrW 2O 8)复合材料的研究现状王 鑫,等(2-60)………………………………………………快淬工艺制备钕铁硼纳米复合稀土永磁材料井浩宇,等(3-35)………………………………………………LiAl H 4作为储氢合金的研究现状郑雪萍,等(3-39)……………………………………………………………AB 5型稀土贮氢合金负极材料研究进展及发展趋势许 进,等(3-43)………………………………………大块非晶合金的研究历程郭金柱,等(3-49)……………………………………………………………………Mo 2Si 2B 合金的制备及性能研究现状刘应超,等(3-56)………………………………………………………泡沫钛材料国内外研究现状及展望白珍辉,等(3-62)…………………………………………………………双连通结构铝基复合材料及其应用雷 杰,等(3-67)…………………………………………………………26502T8铝合金材料耐热性能的研究进展王国军,等(3-73)…………………………………………………Ni 2Mn 2Ga 铁磁性形状记忆合金的最新研究进展边 疆,等(4-38)…………………………………………高纯铁制备技术综述孙 辉,等(4-42)…………………………………………………………………………18Ni 马氏体时效钢强化方法概述陈建刚,等(4-46)……………………………………………………………Ⅱ金属功能材料 2009年高性能高硅铝基合金研究展望安建军,等(4-50)………………………………………………………………(Ba ,Sr )TiO 3薄膜制备技术新进展单志强,等(4-53)…………………………………………………………Cu 215Ni 28Sn 合金的开发与应用现状祁红璋,等(4-57)………………………………………………………镁合金作为生物医用植入材料的研究进展余 琨,等(4-61)…………………………………………………镁基储氢合金的最新研究进展章燕青,等(5-38)………………………………………………………………储氢合金电化学性能影响因素的研究进展丰洪微,等(5-42)…………………………………………………铜铟镓硒薄膜太阳能电池的研究进展及发展前景马光耀,等(5-46)…………………………………………质子交换膜燃料电池双极板的研究现状与展望杨丽军,等(5-50)……………………………………………高磁感取向硅钢(Hi 2B )中Al 抑制剂的固溶析出行为李建军,等(5-55)……………………………………日本改善Hi 2B 硅钢性能的新举措卢凤喜,等(5-59)…………………………………………………………铝基非晶态合金研究进展尹志其,等(6-40)……………………………………………………………………FeCuNbSiB 系列纳米晶软磁合金应力敏感性的研究概况张宁娜,等(6-45)…………………………………层状LiMnO 2正极材料的新型碳热还原制备与性能表征李学良,等(6-50)…………………………………表面纳米化处理对铝、镁合金性能的影响郭卫凡(6-55)………………………………………………………金属细化方法的研究现状高晓龙,等(6-60)..............................................................................W 2WC 混杂增强铜基块状非晶复合材料的研究进展寇生中,等(6-66).............................................Al H 3张 斌,等(6-71) (Ⅲ)第6期 《金属功能材料》2009年第16卷总目次。
金属功能材料课程教学大纲
金属功能材料课程教学大纲课程名称：金属功能材料课程编号：16118642学时/学分：40/2.5开课学期：6适用专业：材料科学与工程课程类型：专业方向选修课一、课程说明本课程是材料科学与工程专业的一门专业方向选修课，主要面对金属及功能材料方向。
本课程将系统介绍各种金属功能材料的基础理论、工艺原理和制造技术，并介绍各种材料的功能、应用范围及其发展现状与前景。
主要内容包括：贮氢合金、梯度功能材料、超导材料、纳米材料、非晶态材料、磁性材料、智能材料和薄膜材料等。
目的在于让学生使对各种金属功能材料有一个全面的了解，并能够接触一些材料科学的前沿领域和新的发展，掌握各种金属功能材料的基础知识、概念和工艺原理，为从事相关专业技术工作打下良好的基础，以提高学生参加生产实际工作的能力。
二、课程对毕业要求的支撑毕业要求1工程知识：具有数学、自然科学、工程基础和材料专业知识，并能够将其应用于解决本专业的复杂工程问题。
指标点1.5：掌握材料制备、生产、应用的基本原理和相关知识，并结合数学、自然科学、工程基础知识，用于解决本专业的复杂工程问题。
三、课程的教学目标1.掌握金属功能材料方面的基础知识、概念和工艺原理；2.了解各种功能材料的发展现状与前景；3.了解材料科学的前沿领域和新的发展。
三、课程基本内容和学时安排第一章绪论（2课时）知识点：功能材料发展、概念与分类，功能设计的原理和方法，功能材料的现状与展望；重点：功能材料的概念与分类；难点：功能设计的原理和方法。
第二章超导材料（5课时）知识点：超导现象及超导现象的发现，超导材料的基本性质，超导体的临界参数、两类超导体，超导材料的分类及性能，超导材料的应用；重点：超导材料的基本性质，超导体的临界参数、两类超导体，超导材料的分类及性能；难点：超导材料的基本性质，超导体的临界参数、两类超导体。
第三章贮氢合金（5课时）知识点：金属贮氢原理及优势，影响贮氢合金吸贮能力的主要因素，金属贮氢材料应具备的条件，贮氢合金分类及开发现状，金属贮氢材料的应用；重点：金属贮氢原理，金属贮氢材料应具备的条件，贮氢合金的分类；难点：金属贮氢原理。
功能材料概述
大学中最早设立冶金系
美国(1865)年建立第一批矿冶系 Michigan technological Univ. (后归Michigan大学) Columbia 大学 Carnigie-Mellon 大学
英国（1865-1870）大学开始设立矿冶系
Sheffield 大学 侧重炼钢 Birmingham 大学 侧重铸铁 Emperical mining college 学院 侧重冶炼工艺
用光导纤维做手术，不用开刀
高压钠灯灯管
Si3N4基陶瓷球轴承
高纯氧化铝透明陶瓷管
Si3N4基陶瓷球轴承
高纯氧化铝透明陶瓷管
1832年以来美国牙科协会一直使用专用的汞合
金，它通常有下列材料组成： 50% Hg 汞,20% 的Ag 银,15% 的 Cu 铜15% 的 Sn 锡最近有一些病人抱怨口腔中发生的电化学 反应会导致金属合金的分解。
耐口腔中的酸；低热导率；尽得住数年的咀嚼 力； 耐骤冷骤热；当然还要口感舒适。
生活中的无机非金属材料
功能材料是一门新的学科，是从经典的材料学
科中孕育出来的学科，它遵循材料科学的一般 特性和变化规律，但又具有其自身的特点。
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。
功能材料学-金属功能材料篇
金属吸留氢形成金属氢化物，然后对 该金属氢化物加热，并把它放置在比其平 衡压低的氢压力环境中使其放出吸留的氢， 其反应式如下：
25
2 n
M
(固)
H
2
(气,
p)
吸氢,放热 放氢,吸热
2 n
MHn
(固)
H
式中，M---金属； MHn---金属氢化物 P---氢压力；H---反应的焓变化
此外，氢还可以作为贮存其他能源的媒体，通过利 用过剩电力进行电解制氢，实现能源贮存。
在以氢作为能源媒体的氢能体系中，氢的贮存与运 输是实际应用中的关键。氢气液化温度-253℃，液化 1kg氢气，耗电约12W/h，还需绝热保护。
贮氢材料就是作为氢的贮存与运输媒体而成为当前 材料研究的一个热点项目。
5
贮氢材料(Hydrogen storage materials)是在通常条件下能可逆地大量 吸收和放出氢气的特种金属材料。
反应进行的方向取决于温度和氢压力。
26
2 n
M
(固)
H
2
(气,
p)
吸氢,放热 放氢,吸热
2 n
MHn
(固)
H
实际上，上式表示反应过程具有化学能 (氢)、热能(反应热)、机械能(平衡氢气压力) 的贮存和相互转换功能。
27
这种能量的贮存和相互转换功能可用 于氢或热的贮存或运输、热泵、冷气暖气 设备、化学压缩机、化学发动机、氢的同 位素分离、氢提纯和氢汽车等。
1、金属与氢气生成金属氢化物的反应
金属和氢的化合物统称金属氢化物。元 素周期表中所有金属元素的氢化物在20世纪60 年代以前就已被探明，并被汇总于专著中。
_金属功能材料_2008年第15卷总目次
……………………………………………… 岳彩霞, 等( 6- 22)
Zn 掺杂对锂离子电池正极材料 L iFePO 4 性能的影响 ………………………………… 鲁道荣, 等( 6- 26) 磁通门中的坡莫合金材料的磁滞回线的拟合 ……………………………………………… 罗 巍, 等( 6- 30) 综合评述 Mg Ni 基贮氢合金元素取代改性研究进展 ………………………………………………… 庞在广, 等( 1- 32) 电沉积镍钼合金析氢电极材料的研究进展 ………………………………………………… 杨素珍, 等( 1- 36) 6 5% Si 渗硅工艺新进展 …………………………………………………………………… 卢凤喜, 等( 1- 40) 金属复合材料生产技术的现状与发展趋势 ………………………………………………… 刘 江, 等( 1- 44) 电子浆料的研究进展与发展趋势 …………………………………………………………… 陆广广, 等( 1- 48) 纳米复合结构热电材料研究进展 …………………………………………………………… 张晨阳, 等( 1- 53) AB5 型低钴含铁贮氢合金电极材料的研究进展 …………………………………………… 赵东江, 等( 2- 41) 医用钛合金羟基磷灰石涂层的研究动态 …………………………………………………… 李永华, 等( 2- 45) 裂纹动力学的研究进展 ……………………………………………………………………… 于 涛, 等( 3- 39) CM OS 器件用金属栅材料的研究进展 ……………………………………………………… 蔡 苇, 等( 3- 43) Na/ L i 络合铝氢化物贮氢材料的研究进展 ………………………………………………… 王国清, 等( 4- 38) 包覆型复合超微颗粒磁性材料研究 ………………………………………………………… 唐葆霖, 等( 4- 44) Mg Ni RE 系贮氢合金在不同工艺条件下性能的研究进展 ……………………………… 孙玉巧, 等( 5- 37) 低膨胀钨酸锆( ZrW 2 O 8 ) 复合材料的研究进展 ……………………………………………… 王 鑫, 等( 5- 43) 烧结钕铁硼的发展及其应用现状 …………………………………………………………… 闫文龙, 等( 6- 33) 稀土永磁材料的 H D 工艺研究及应用 ……………………………………………………… 李建奎, 等( 6- 38) 固体氧化物燃料电池连接体材料研究进展 ………………………………………………… 卢凤双, 等( 6- 44) * * * ) 金属功能材料 2008 年第 15 卷总目次 ………………………………………………………………… ( 6-
有色金属材料及功能材料课件
2.2非铁金属材料2.2.1铜及铜合金（1）概述铜是人类最早使用的金属，自然界有自然铜存在。
公元前17世纪，我国黄河上游齐家文化时期，人们就懂得冷锻和铸造红铜技术。
铜及铜合金作为工程材料，由于其高导电率和导热率，易于成型及某些条件下有良好的耐蚀性，至今仍然被广泛应用。
1) 工业纯铜工业纯铜的牌号用汉语拼音“Tong”(铜)的第一个字母T加上序号数字表示，如T1, T2, T3等，数字增加表示纯度降低。
工业纯铜的氧含量低于0.01%的称为无氧铜，无氧铜用“铜”和“无”二字的汉语拼音字头“T”和“U”加上序号表示，如TU1、TU2。
用磷和锰脱氧的无氧铜，在TU后面加脱氧剂化学元素符号表示，如TUP、TU Mn。
2) 铜合金分类工业中广泛应用的铜合金分为黄铜，白铜、青铜三大类。
黄铜又分为简单黄铜和复杂黄铜二种。
简单黄铜为Cu-Zn二元合金，以“H”表示，H后面的数字表示合金的平均含铜量，如H 70表示含铜量为70%，其余为锌。
复杂黄铜是在Cu-Zn合金中加入少量铅、锡、铝、锰等，组成三元、四元，甚至五元的合金。
第三组元为铅的称铅黄铜，为铝的称铝黄铜，如HSn70-1表示含70%Cu, 1 %Sn，余为锌的锡黄铜(三元复杂黄铜)；四元、五元合金则以第三种含量最多的元素称呼，例如：HMn57-3-1表示含57%Cu, 3%Mn, 1%Al，余为锌的锰黄铜(四元复杂黄铜)，HAl 66-6-3-2表示含66%Cu, 6 %A1, 3 %Fe, 2%Mn,余为锌的铝黄铜(五元复杂黄铜)。
白铜——是指铜为基，镍为主要合金元素的铜合金。
以“B”表示，例如B10表示含Ni量10%，其余为铜；B30为30%Ni，余为铜的铜镍合金。
青铜——是指除黄铜(以为Zn主要合金元素)和白铜(以Ni为主要合金元素)之外的铜合金。
青铜按主添元素(如Sn、Al, Be等)分别命名为锡青铜、铝青铜、铍青铜，并以“Q”加上主添元素化学符号及百分含量表示，如QSn6.5-0.1表示含Sn6.5%，含P0.1%，余为铜的锡磷青铜。
第九章 金属功能材料
马氏体逆转 变需要很大 的热量
加热过程中马 氏体将首先发 生分解，难以 直接逆转变回 母相
马 氏 体 相 变
非 热 弹 性
马氏体转变 只需要很小 的过冷度 马氏体逆转变 不需要过热， 由弹性能驱动
随马氏体形成，弹 性应变能增加，缺 陷少，界面可动 加热的过程中马 氏体直接逆转变 回母相
热 体弹 相性 变马 氏
1.磁性起源 磁性起源于电子运动。电子的轨道运动和自 旋运动使其具有轨道磁距和自旋磁距。 原子磁距就是所有电子轨道磁距和自旋磁距 合成的结果。 物质的宏观磁化强度就是单位物质中所有原 子磁距之和。
2.强磁性的必要条件 存在未填满的亚电子层。 磁性主要来源自3d亚电子层的磁距；稀土 元素中未填满的4f亚电子层的磁距也有重要 贡献。 不为零的原子磁距要平行排列起来，即自 发磁化。
1952年，发现了临界温度为17K的硅化钒， 不久又发现了临界温度为18K 的铌锡合金。 1960年，昆兹勒发现了铌锡合金在 8.8万 高斯磁场中仍具有超导性。 1973年，发现了铌锗合金，其临界温度可 达 23.2K。 1986年，IBM公司瑞士实验室的研究人员 米勒和贝德诺尔茨发现了临界温度为35K的 锎钡铜氧化物陶瓷超导材料，这一温度比 1973 年的记录又提高了 12K。
3.主要的几类记忆合金及性能
（1） Ti-Ni基形状记忆合金 基本特点：记忆效应优良、性能稳定、生物 相容性好。但制造过程较复杂、价格高昂 基本相： TiNi相 B2(CsCl结构)晶体结构的母相 棱面体点阵结构的R相 T两种相变过程： 母相 马氏体
Cu-Al-Ni合金的超弹性应力应变曲线
对于Cu-34.1Zn-1.8Sn（at%）合金：
• 在不施加外力时，合金的 Ms点为275 K， 低于环境温度，不发生马氏体相变。 • 施加外力，Ms升高，应力达到80MPa时Ms 升高至约330 K，达到环境温度，马氏体开 始形成。 • 应力继续增加，Ms高于环境温度的幅度更 大，马氏体转变的量随之增加，即马氏体 由应力诱发而形成。
（完整版）高性能金属新材料
（完整版）高性能金属新材料高性能金属新材料（特种金属功能材料、高端金属结构材料）一、金属类新材料金属新材料按功能和应用领域可划分为高性能金属结构材料和金属功能材料。
高性能金属结构材料指与传统结构材料相比具备更高的耐高温性、抗腐蚀性、高延展性等特性的新型金属材料，主要包括钛、镁、锆及其合金、钽铌、硬质材料等，以及高端特殊钢、铝新型材等。
金属功能材料指具有辅助实现光、电、磁或其他特殊功能的材料，包括磁性材料、金属能源材料、催化净化材料、信息材料、超导材料、功能陶瓷材料等。
与其他材料相比，稀土具有优异的光、电、磁、催化等物理特性，近年来在新兴领域的应用急速增长，其中永磁材料是稀土应用领域最重要的组成部分，2009年永磁材料占稀土新材料消费总量的57%。
在国家新兴产业政策的推动下，新能源汽车、风力发电、节能家电等领域将拉动稀土永磁材料钕铁硼磁体的需求出现爆发式增长。
建议重点关注钕铁硼行业龙头中科三环、宁波韵升，以及稀土资源类企业包钢稀土、厦门钨业等。
钢铁材料、稀有金属新材料、高温合金、高性能合金是属于金属类工程结构材料。
①、钢铁材料和稀有金属新材料钢铁材料提高钢材的质量、性能，延长使用周期，在钢铁材料生产中，应用信息技术改造传统的生产工艺，提高生产过程的自动化和智能化程度，实现组织细化和精确控制，提高钢材洁净度和高均匀度，出现低温轧制、临界点温度轧制、铁素体轧制等新工艺。
稀有金属新材料指高强、高韧、高损伤容限钛合金，以及热强钛合金、锆合金、难熔金属合金、钽钨合金、高精度铍材等。
②、高温合金和高性能合金高温结构材料主要种类包括：高温合金、粉末合金、高温结构金属间化合物，以及高熔点金属间化合物等。
二、高性能结构材料从世界上新材料的发展趋势看，钢铁材料和有色金属材料的生产一直在向短流程、高效率、节能降耗、洁净化、高性能化、多功能化的方向发展。
结构材料其主要功能是承担负载（如火车、汽车、飞机）。
汽车用钢近年来已从一般钢铁发展为使用高强合金钢、铝合金或特殊的高强Mg基合金，高强Ti合金在高强钢中有重要位置，不锈钢则有取代碳钢的趋势。
《金属功能材料》课程教学大纲
《金属功能材料》课程教学大纲一、课程名称（中英文）中文名称：金属功能材英文名称：Metallic Functional Materials二、课程代码及性质专业选修课程三、学时与学分总学时：32学分：2四、先修课程《材料科学基础》、《磁性材料与器件》五、授课对象本课程面向功能材料专业学生开设六、课程教学目的（对学生知识、能力、素质培养的贡献和作用）【注：教学目的要突出各项“能力”，且与表1中的某项指标点相对应】本课程是功能材料专业的选修课之一，其教学目的包括：1、掌握金属功能材料的基本原理与理论，，掌握典型功能材料的制备方法结构特点，培养能够科学设计、应用金属功能材料的综合实验的能力。
2、了解金属功能材料测试所需的常用设备和实验仪器，具备调控设备及仪器参数，进行测控和维护的能力。
3、了解金属功能材料的技术前沿、应用领域以及发展趋势，正确认识该技术领域在社会经济发展中所起的作用。
4、掌握文献检索、资料查询以及搜索工具的使用方法。
5、能够针对金属功能材料领域最新科研文献进行品阅、提问质疑、陈述发言、清晰表达。
七、教学重点与难点：课程重点：（1）功能材料种类繁多，本课程重点介绍针对几种典型的金属功能材料；（2）重点学习的章节内容包括：第2章“储氢合金”（6学时）、第4章“形状记忆合金”（6学时）、第5章“非晶态合金”（4学时）。
（3）在了解金属功能材料相关理论知识的基础上，重点学习各类金属功能材料的制备方法与原理、功能性能（如电化学性能、形状记忆）表征方法。
课程难点：（1）通过本课程的学习，充分理解几种常用金属功能材料的制备方法，从而系统掌握各种制备技术的主要特点、影响因素和适用范围。
（2）通过本课程的学习，能够清晰掌握各类金属功能材料的结构以及性能，并能从材料学角度对各类功能材料的优劣进行分析、改进，从而具备设计新型金属功能材料的能力。
八、教学方法与手段：教学方法：（1）在课堂讲授中，教师全面而又有所侧重地阐述各章节的主要教学内容。
新型金属功能材料
新型金属功能材料1．课程开设目的：让学生对各种金属功能材料有比较全面和深入的了解，掌握其制备方法、微观组织结构、性能特点、应用及最近的发展动向，为将来独立进行新金属功能材料的研究奠定基础。
2．课程主要内容：第1章磁性功能材料1.1 磁行为物理本质1.2 磁记录技术和原理1.3 软磁材料1.4 硬磁材料1.5 磁记录技术材料第2章超导材料2.1 超导体的基本性质2.2 两类超导体的基本特性2.3 超导隧道效应2.4 超导材料的发展2.5 超导材料的应用第3章形状记忆合金3.1 形状记忆效应及原理3.2 形状记忆材料及性能3.3 形状记忆合金的应用3.4 陶瓷和树脂中的形状记忆效应第4章储氢材料4.1 金属氢化物4.2 储氢合金的类型4.3 应用第5章减震材料5.1 内耗的表述及各表示法之间的关系5.2 动滞后（dynamic hysteresis）型内耗5.3 静滞后（static hysteresis）型内耗5.4 阻尼共振型内耗5.5 金属强度与衰减系数的关系5.6 从材料的内部组织结构观点看减震机制5.7 典型减震合金的特点和减震合金的应用第6章生物医学材料6.1 生物医学材料的发展简史6.2 生物医学材料的特征与评价6.3 生物医学材料的分类、特性与应用第7章智能材料与结构7.1 关于智能材料的概念7.2 智能（机敏）结构和系统中的材料7.3 机敏材料和结构第8章非晶态合金8.1 金属玻璃的分类8.2 制备方法8.3 结构驰豫和晶化8.5 性能、应用和展望第9章薄膜功能材料9.1 薄膜材料制备方法简介9.2 薄膜材料的特点9.3 主要薄膜功能材料第10章纳米功能材料10.1 纳米功能材料的制备10.2 纳米材料的微结构10.3 纳米材料的性能10.4 应用和展望第11章功能复合材料11.1 电性复合材料11.2 梯度功能复合材料11.3 隐身复合材料3．教材：清华大学材料科学与工程系编，“金属功能材料”，2001.6。
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单向记忆
双向记忆
全方位记忆
形状记忆效应的三种形式
2 、常用形状记忆台金
(1) Ti-Ni基形状记忆合金
具有记忆效应优良、性能稳定、可靠性高、生 物相容性好等一系列的优点。但成本高，加工困 难。Ti-Ni合金是所有记忆合金中抗疲劳性能最好 的材料。已用于航天航空、海军舰艇和海上石油 平台等方面
特 点
水下舰艇声纳系统中超磁致伸缩 合金GMM制造的声纳装置(Giant Magnetostrictive Material,GMM)
江苏大学开发的铜基 形状记忆合金过热保护 器
12.2 贮氢合金
人类可持续发展的关键是开发和利用新能源 . 氢是一种非常重要的二次能源。氢资源丰富，氢 比任何一种化学燃料的发热值高，不污染环境， 是一种洁净的能源。
特 点
与Ti-Ni相比，Cu基记忆合金疲劳强度和循 环寿命等力学性能。强度较低，稳定性及耐疲 劳性能差，不具有生物相容性。
(3) Fe系形状记忆合金
类 型
具有热弹性可逆M相变的有Fe-Pt、Fe-Pd 、 Fe-Ni-Co-Ti 等和具有非热弹性可逆M相变的 Fe-Mn-Si等 热弹性马氏体相变驱动力很小、热滞很小。 由于含有极昂贵的Pt、Pd和Co，工业应用受到 限制。 Fe-Mn-Si系弹性模量与强度均明显高于铜基 和Ni-Ti合金，合金原料丰富，价格低。硅降低 合金塑性，一般应<6％Si。Fe-Mn-Si合金的缺 点是抗蚀性很差，易于发生氧化、腐蚀。
反应按正向、逆向反复进行，实现材料
的吸氢与放氢功能。
1、镁系贮氢合金
特 点
优点:贮氢量大，重量轻，资源丰富，价格低等 缺点:分解温度过高（250℃），吸放氢速度慢， 使镁系合金实用受到限制。 镁与氢在300~400℃和较高的氢压下反应生 成MgH2，属离子型氢化物，过于稳定，放氢困 难。目前通过合金化改善Mg基合金氢化反应的 动力学和热力学。Ni，Cu，Re等元素对Mg的 氢化反应有良好的催化作用。 正在研究Mg-Ni-Cu-M（M为Cu/Mn/Ti）系, Mg-Ni-Cu
2、稀土系贮氢合金
特 点
LaNi5稀土系贮氢合金 优点:室温即可活化、吸氢放氢容易、平衡压力 低、滞后小和抗杂质等优点。 缺点:成本高，大规模应用受到限制。 LaNi5三元系：最主要的是LaNi5-xAlx合金， A1的置换改变了平衡压力和生成热值。
类 型
MmNi5系：MmNi5用混合稀土和多元合金化 (A1、Cu等)置换LaNi5中La→Mm1-xAxNi5型, 使平衡压力升高，改善贮氢性能. MINi5系：发展了MINi5-xMx系列合金，其中 MINi5-xAlx已应用于氢贮运、回收和净化。
特 点
形状记忆合金应用例子
欧洲航天计划研制的 形状记忆合金材料(Ni-Ti 合金)可以像橡皮筋一样 拉伸，拉伸后一旦加热到 一定温度就会变回原来的 形状。
这是魔力水车，周而复始运 转。水车叶片是由Cu基形状记 忆合金做的.当外界温度发生变 化时，水车叶片外形也会发生 变形，而驱动水车转动。
新型功能材料不断开发
定 义
应 用
1、形状记忆基本概念
热弹性马氏体 ：马氏体晶核随温度下降逐渐长大，温度 回升时马氏体片又随温度上升而缩小.
应力诱发马氏体 ：在Ms以上某一温度对合金施加外力也 可以引起马氏体转变. 具备形状记忆材料的条件：马氏体相变是热弹性的；马 氏体点阵的不变切变为孪生，亚结构为孪晶或层错； 母相和马氏体均为有序点阵结构。 形状记忆效应形式：单向形状记忆效应；双向形状记忆效 应（或可逆形状记忆效应）；全方位形状记忆效应。
第12章 金属功能材料
功能材料往往在能量与信息的显示、转换、 传输、存储等方面，具有独特的功能。这些特 殊功能是以它们所具有优良的电学、磁学、光 学、热学、声学等物理性能为基础的。 新材料中功能材料大约占85%,种类很多.功 能材料对现代科学技术进步、社会发展起着巨 大的作用。
一 形状记忆合金
合金在低温下被施加应力产生变形，应力 去除后形变保留，但加热会逐渐消除形变，并 恢复原来形状，这种现象称为形状记忆效应 （shape memory effect），简称SME。具有形 状记忆效应的合金称为形状记忆合金(shape memery alloy)，简称SMA. 利用记忆效应进行工作的元件、机构和装置, 其应用领域遍及温度继电器、玩具、机械、电子、 自动控制、机器人、医学应用等许多领域。
合 金 化
在Ti-Ni合金基础上，加入Nb、Cu、Fe、Mo、
V、Cr等元素 .
(2) Cu系形状记忆合金
类 型
Cu-Zn-A1基和Cu-A1-Ni基形状记忆合金是最 主要的两种Cu基记忆合金 记忆性能良好、相变点可调节、价格便宜和 易于制造。CuZnAl合金已实用化，但由于脆性 γ2相的析出使其加工性能极差，严重限制了其 应用范围.
储氢合金为金属氢化物储氢材料 . 是目前正
在迅速发展的一种储氢方式.目前研究和使用的 贮氢合金主要有镁系、稀土系、钛系。
许多金属或合金可固溶H2形成含氢固 溶体（MHx）,其溶解度[H]与其平衡氢 储氢 合金 原理
压PH2平方根成正比。在一定温度和压力
条件下，固溶相与氢反应生成金属氢化 物→贮氢。 这是一可逆过程。正向吸氢、放热； 逆向放氢、吸热。改变温度、压力可使
3、钛系贮氢合金
钛 铁 系 合 金 TiFe可在室温与氢反应生成氢化物. 研究了以 Co、Cr、Cu,、Mn、Mo、Ni等元素置换部分铁 的TiFe1-xMx合金。过渡金属的加入，使合金活 化性能得到改善，氢化物稳定性增加.
钛 锰 系 合 金
Ti-Mn二元合金中TiMn1.5贮氢性能最佳，在
室温下即可活化，与氢反应生成TiMn1.5H2.4。 TiMn原子比Mn/Ti=1.5时，合金吸氢量较大， 以TiMn为基的多元合金主要有TiMn1.4M0.1 （M为Fe，Co，Ni等）。