新材料技术

一、国外特种陶瓷的发展及新动向
1、生产工艺技术方面的新进展
(1)在粉末制备方面，目前最引人注目的是超高温技术。 (2)在成型及烧结方面，热等静压法最为引人注目。 (3)在特种陶瓷的精密加工方面，真空扩散焊接法是一种最有前途的 方法。
2、应用方面的新发展
(1)耐热性能优良的特种陶瓷：超高温材料，用于原子能有关的高温 结构材料、 高温电极材料等。 (2)隔热性优良的特种陶瓷：新的高温隔热材料，用于高 温加热炉、 热处理炉、高温反应容器、核反应堆等。
(5)敏感陶瓷与电子陶瓷，如各种气敏、热敏、光
敏、声敏、压敏等敏感元件，高导热高绝缘基板及磁性 材料等的研制； (6)光学功能 (如透光、偏光、集光、荧光等) 陶瓷 和光电、光磁、非线性光学陶瓷的研制； (7)化学功能 (如耐腐蚀、催化剂及其载体、燃料电 池、离子交换、吸附剂等)陶瓷的研制； (8)生物功能(如具有生物活性和亲和性的人工骨、 牙齿、心瓣膜等)及固体酶载体陶瓷的研究、试剂及系列 化生产并用于医疗临床实践和工业化应用等。
1、激光材料
在光电子信息技术中广泛应用半导体激光器，激光管和发光管都 利用半导体化合物做材料；此外，在光信息技术中，作为发光源的激 光器也使用化合物半导体制成。
2、光电子集成化材料
多功能量子结构材料已被公认为是实现光电子集成的最适宜的材 料，半绝缘衬底平面化集成结构被认为是获得高性能光电子集成芯片 的可能途径。
五 电子材料与光电子材料
一、电子材料
电子材料是指在电子技术和微电子技术中使用的材料，包 括半导体材料、介电材料、压电及铁电材料、磁性材料、某些 金属材料、高分子材料及其他相关材料，其中最重要的是半导 体材料。
二、光电子材料
光电子信息材料包括光源和信息获取材料、信息传输材料、 信息存储材料以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、各种光纤和薄膜材料、各种液晶显示材料和 新型相变和光色存储材料、光子选通材料、新型非线性光学晶 体材料等。
二、国内特种陶瓷产业概况及材料发展趋势
我国目前特陶行业特点是：在材料开发上具有一 定能力，水平较高，但要低成本、高效地将优质材料 大批量制造成优质的商品，则缺乏必要的先进技术、 设备和管理水平，这也与全国整体基础工业水平较为 落后有关。因而，目前世界最先进的超高利润的特陶 产品我们未能占领市场，许多电子整机中的电子陶瓷 元件仍需大量进口。 影响我国特陶发展的重要因素之一是特陶粉体(原 材料)的生产加工落后，体现在专用粉体生产缺乏，产 量低，质量稳定性差，从而影响产品的稳定性和可靠 性，因而目前许多生产线所需原材料必须从国外进口。 可以说这是我国特陶发展的一个“瓶颈”。
具体品种：硼-铝复合材料；石墨-铝复合材料；
钨丝式晶须，增强后成为耐热复合材料；以钢板为基体 的各种层压板；超导电缆。
三、我国复合材料的发展潜力和热点
我国复合材料发展潜力很大，但须处理好以下热点 问题： 1、复合材料创新 2、聚丙烯腈基纤维发展 3、玻璃纤维结构调整 4、开发能源、交通用复合材料市场 5、纤维复合材料基础设施应用 6、复合材料综合处理与再生
超导磁悬浮列车
二、功能材料
功能材料是指在电、光、热、催化、分离、生物和 医学等方面具有特殊性能的材料，如日光灯管内壁涂的 发光材料、照像胶卷上的感光材料、扩音器话筒和电唱 机唱头里的压电晶体材料等，均属于功能材料。
1、记忆功能材料
电子计算机的存贮器是一个很大的“记忆仓库”， 它靠许多圆环记忆磁芯来存贮数据和指令。用氧化铁磁 性材料制成的磁芯成了电子计算机的关键材料。
三、合成纤维
合成纤维是以煤、石油、天然气、水、空气、食盐、 石灰石等为原料，经化学处理制成而成的人工纤维。
1、通用合成纤维
主要品种有：绵纶(聚酰胺)、腈纶(聚丙烯腈)、涤 纶(聚酯)、维纶(聚乙烯醇)、丙纶(聚丙烯)和氯纶(聚氯 乙烯)等6种，其中前3种产量最大，占整个合成纤维产量 的90%。 优点：强度高、耐磨、比重小、弹性大、防蛀、防 霉等。 缺点：吸湿性和耐热性较差，染色比较困难。 应用：服装、工业以及其他方面。
现代高新技术 及其产业发展
中国民航飞行学院
新材料技术及其产业发展
高性能金属材料
特种陶瓷材料 复合材料
其他新材料技术
高分子材料
电子材料与光电子材料
一 高性能金属材料
1、高温合金
高温合金是指那些在极高温度下能满足工作的金属
材料。 高温合金是依靠“固熔强化”、“金属间化合物强 化”及“碳化合物强化”而使三合化机理不断得到增强。
二、合成橡胶
在通用合成橡胶中，最常用的有丁苯、丁基、氯丁、 丁腈橡胶等，它们都可以代替天然橡胶制成日常橡胶制 品如轮胎、救生艇、密封件、电缆、软管和油箱等。丁 苯橡胶在合成橡胶中产量最高，主要用于制造汽车和飞 机轮胎等；氯丁橡胶弹性和加工性好，可制造密封件和 减震零件；丁腈橡胶具有耐热、耐油和耐老化的特点， 可制作耐油胶管和油箱。 胶粘剂和涂料也是有机高分子化合物的重要应用领域， 在许多新型机械、电工和电子产品中都离不开它们。
2、光电功能材料
19世纪末，人们发现铯、铷、钾、钠等金属内部的 电子很不稳定，受到光线照射后，一部分电子会被释放 出来，所释放的电子数量与光的强弱成正比，这种现象 叫做光电效应。如果用一块具有光电效应的金属板和另 一导电的金属板组成光电管，并分别加上正负电压。那 么，一旦光线照在负极板上，电路中就立即会有电流通 过，而电流的大小与光照的强弱成正比。由于光电管能 够把光和电联系起来，使光信号变成电信号，因此，光 电管又称“光电眼”。而铯、铷等金属正是制造光电管 最重要的材料。
工程塑料包括聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯、 聚酯、改性聚苯醚等。工程塑料是指机械性能好， 可以代替金属制造机械零件，并且能在一些特殊 环境，如高温、低温、腐蚀、大载荷条件下长期 工作的工程材料的一类塑料。 从20世纪70年代中期开始，又逐渐从工程塑 料中分出高性能工程塑料。高性能工程塑料包括 聚芳醚、聚芳酯、聚芳杂环类、聚芳酰胺、聚对 二甲苯、含氟材料等。
一、非金属基复合材料
1、玻璃钢
品种：玻璃纤维增强尼龙、聚碳酸酯、聚乙烯、聚 丙烯、环氧、酚醛及有机硅树脂等。 特点：质量轻、强度高、耐腐蚀性好、同时具有良 好的隔热、隔音、抗冲击和透波能力。 加工方法：手糊法、半自动和自动化的液压注射和 短切纤维喷射工艺。
2、人造大理石和塑料混凝土
组成：以合成树脂为粘接剂，加入各种填料。
2、超塑性合金
超塑性合金是指那些具有超塑性的金属材料。
1982年英国物理学家森金斯发现金属的超塑性现象。
超塑性：凡金属在适当Leabharlann Baidu度下变得像软糖一样柔软，
而应变速度10毫米/秒时产生本身长度３倍以上的延伸率， 均属于超塑性。
优点：只要很小的压力就能获得形状非常复杂的制作；可
以一次成型。
缺点：加工时间较长。
3、碳纤维复合材料
现代的碳纤维是以聚丙烯腈、人造丝或木质素为原丝，在 高 温分解和碳化后得到的。 特点：强度高、重量轻、比重小、刚性好、抵抗变形能力强 等。 应用：化工、机电、造船、特别是航空航天工业。
二、金属基复合材料
组成：金属基复合材料所用的增强剂除了石墨、硼
(硼硅克)纤维外，还有高强度钢线、高熔点合金丝(钨、 钼)和晶须(氧化铝、碳化硅)等。这些纤维分别用来与铝、 镁、钛、铜和镍钴基高温合金组成复合材料。
三 高分子材料
高分子化合物：由碳、氢、氧、氮等元素组成的有机 化合物，其分子量很大。 现代高分子材料主要包括：塑料、橡胶、纤维、薄膜、 胶黏剂、涂料等。其中塑料、合成橡胶、合成纤维被称为 现代高分子的三大合成材料。
一、塑料
特点：可塑性和可调性、重量轻、不导电、不怕酸碱 腐蚀、不传热，可做成透明、不透明或各种颜色的制品。 分类：按其热性能可分为热塑性塑料和热固性塑料两 大类；更为流行和方便的是从使用角度来划分，把塑料分 为通用塑料和工程塑料两大类。 通用塑料包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、 酚醛塑料和氨基塑料等。通用塑料的产量较大，占塑料总 产量的80%以上。它们共同的特点是价格低、用途广，可 制成生活用品、一般零件和包装材料，以代替纸和木材， 并部分代替金属。
(1)人造大理石
特点：色泽鲜明，纹理清晰，在外观和性能上与天 然大理石相似，而价格只有它的1/5～1/2，特别是一些 异型制品，使用人造大理石的优点更为突出。人造大理 石是在聚酯树脂中加入粉末填料混合浇注而成。为了追 求色泽和花纹的美观典雅，还可以加入各种颜料。
(2)塑料混凝土
优点：比重比水泥混凝土轻，抗拉、压强度为水泥混凝土的4倍，耐酸 性和抗冻性比水泥混凝土好；硬化脱模时间少于1小时；所用树脂的品种很 广泛，所用填料种类也很多；色彩可任意选择，修补方便等。 缺点：硬度稍低，耐火性不及普通混凝土。 应用最著名的例子：日本北部津轻海峡青函隧道就是使用塑料混凝土 的很好例子。
根据国家新材料技术发展纲要，我国今后高 性能陶瓷发展规划包括下列八个方面：
(1)超纯超细粉末原料的制备技术，批量和工业生产 装备的研制； (2)高性能陶瓷特殊成型、烧结、精密加工、涂层纤 维增强复合技术和工艺装备的研制； (3)脆性材料评价技术、无损检测、破坏准则及烧结、 复合机理； (4)高温工程陶瓷：包括燃气轮机、高温密封阀、轴 承、泵、风机、炼钢机械等的研制；
二 特种陶瓷材料
陶瓷材料是人类最早利用自然界所提供的原材料制造而 成的材料。它的发展经历了：从陶器到瓷器、从传统陶瓷到 特种陶瓷、从特种陶瓷到纳米陶瓷的三次飞跃。 特种陶瓷成型方法：热压铸、热压、静压及气相沉积等。 特种陶瓷的特殊性质和功能：高强度、高硬度、高韧性、 耐腐蚀、绝缘、磁性、透光、半导体以及压电、电光、声光、 磁光等。 应用：作为工程结构材料和功能材料应用于机械、电子、 化工、冶炼、能源、医学、激光、核反应、宇航等方面。
3、光导纤维
现代光导纤维都是石英制成的，不仅加工困难而且价高。科学家 正在设法减小有机玻璃的光衰，用廉价的有机玻璃代替石英。
六 其他新材料技术
一、超导材料
低温超导材料：主要是多种金属合金，如铌锆合金、铌钛合金、 铌锡合金、钒镓合金、铌锗合金等。 高温超导材料：钡-镧-铜氧化物、钡-钇-铜-氧体系等。
(3)导热性优良的特种陶瓷：用作内部装有大规模集成
电路和超大规模集成电路电子器件的散热片。 (4)耐磨性优良的硬质特种陶瓷：主要集中在轴承、切 削刀具方面。 (5)高强度的陶瓷：可用于燃气轮机的燃烧器、叶片、 涡轮等;在加工机械上可用于机床、轴承、燃烧喷嘴等。这 类陶瓷有氮硅、碳化硅、氮化铝、等。 (6)具有润滑性的陶瓷如六方晶型氮化硼极为引人注目， 目前国外正在加紧研究。 (7)生物陶瓷方面目前正在进行将氧化铝、磷石炭等用 作人工牙齿、人工骨、人工关节等研究，这方面的应用已引 起人们极大关注。
3、防震合金
防震合金成为各种运输工具和家电防止噪音的一种有
力手段。
4、金属玻璃
形成：把高温下熔化了的液体金属以极快的速度急 剧冷却。 优点：抗断裂强度比一般金属材料高得多；令人难 以想象的韧性和塑性；有良好的化学稳定性；很好的超 导性和抗核辐射能力；导磁率高、损耗小、电阻率大； 成本低；高强度。 缺点：要获得每秒100万摄氏度的冷却速度十分困难； 这么快的冷却速度下所获得的金属往往很薄。
2、特种合成纤维
在尖端工业中起作用的是特种合成纤维，它们的产 量不大，品种却不下数十种，它们具有特殊的物理、机 械性能，是天然纤维和通用合成纤维无法达到的。
其中包括： (1)氟纶(聚四氟乙烯)
(2)芳纶(芳香族聚酰胺) (3)康复医学中使用的各种人造纤维
四 复合材料
复合材料是指由两种或两种以上不同物质以不同方式组 合而成的材料，它可以发挥各种材料的优点，克服单一材料 的缺陷，扩大材料的应用范围。 特点：重量轻、强度高、加工成型方便、弹性优良、耐 化学腐蚀和耐候性好等。 应用：航空航天、汽车、电子电气、建筑、健身器材等 领域。 现代复合材料是由基体材料和增强剂复合而成的。通常 使用的基体材料是塑料、树脂、橡胶、金属、陶瓷等。常用 增强剂有玻璃纤维、碳纤维、金属丝等，有时也采用粉末和 颗粒增强剂。
3、将来可能的发展趋势
(1)特种陶瓷基础技术的研究； (2)超导陶瓷的研究； (3)特种陶瓷的薄膜化和非晶化； (4)陶瓷的纤维化； (5)多孔陶瓷； (6)陶瓷与陶瓷或陶瓷与其他材料复合； (7)非氮化物陶瓷中的陶瓷发动机、高压热交换器及陶 瓷刀具等； (8)生物陶瓷的开发研究也变得越来越重要。