新材料制备与加工课件(第一章)

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第1章 新材料加工技术的现状和展望
1.1 新材料的概念 1.2 新型结构材料 1.3 新型功能材料 1.4 新材料研究中的几个活跃问题 1.5 新材料制备与加工技术的现状与展望
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1.1 新材料的概念
新材料：具有优异的性能而正在开发或有发展 前景的一类材料。
新材料是高技术的一个组成部分，具有高技术产业的特 点：
高效益 高智力 高投入 高竞争 高风险 高势能
1.1 新材料的概念
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1.2 新型结构材料
1.2.1 铝锂合金
在铝中固溶度超过1%原子的元 素有8个，锂是其中的一个。固 溶度比锂高的只有三个。
► 锂在铝中的固溶度高 ► 锂密度低，可大幅提高铝合金比强度
锂属稀有金属，位于碱金属之首，是最轻的金属，其密度仅有
新材料制备与加工
Manufacture and Processing of Advanced Materials
学 时：27 授课时间：2-9周 主讲教师：李静媛
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人类用以制造用于生活和生产的器件、产品等的物质
分类
航天航空材料
化Βιβλιοθήκη Baidu材料
金属材料
材料
无机非金属材料
材料
（按用途分）
（按结构分） 高分子材料
新材料 诞生
很长的时间
走向 市场
制备与 加工技术
材料 组织
材料 性能
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本课程的特点
以新材料的特点、制备与加工方法、应用 领域及发展前景为主线条，介绍讲解有关 新材料的制备与加工的研究成果。
通过本课程的学习，建立起材料的制备 与加工方法在新材料开发与应用之间起 着重要桥梁作用的概念，从而在新材料 设计、制备与加工全过程方面的研究奠 定一定的基础。
0.531g/cm3。铝中每增加1%的锂，可使密度降低3%，弹性模
量金增，加比因强6%此度，，可折提铝换高锂成2比合0~弹金40性受%模，到量比航可刚空增度加航可9天提%高工。2因业0~而的3含0高%3，%度锂一重的架视铝波合音
714.27新-2型00结可构材减料轻重量5吨，年获利上千万美元。
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1.2.2 金属间化合物
高温合金是航空发动机的关键材料
金属间化合物的突破使高温合金上了一个 新的台阶。
高温 合金
限制：材料熔点 合金化程度
性能提高 潜力不大
金属间 化合物
1.2 新型结构材料
优异的耐 高温性能
引起广 泛重视
Ni3Al、NiAl Ti3Al、TiAl Fe3Al、FeAl
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几种金属间化合物的物理性能
合金
TiAl Ti3Al NiAl Ni3Al FeAl Fe3Al 高温合金
是高温、高强度中最有发展前途的一 类材料。
缺 点：脆性、价格高，缺乏竞争力 目前应用：刀具、模具、汽车发动机零件 未来应用：汽车绝热发动机
工业燃气轮机
1.2 新型结构材料
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ZrO2陶瓷应用例
陶瓷轧辊
药机磨桶
陶瓷轴承
陶瓷刀片
1.2 新型结构材料
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1.2.4 工程塑料
工程塑料以代替金属为目的的，适 用于结构与机械部件的高性能塑料。
1.2 新型结构材料
熔点
（℃）
1460 1600 1640 1390 1250～1400 1540 ～1400
弹性模量
（GPa）
1.70 1.45 2.95 1.79 2.61 1.41 2.00
密度
（kg/m3）
3.91 4.20 5.86 7.50 5.56 6.72 ～8.00
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1.2.3 先进结构陶瓷
目前工程塑料强度：>50MPa 耐高温：>150℃
经过挤压大变形所形成的高分子纤维，是目前所有 材料中比强度最高的 可以实现用分子设计手段控制材料的性能 汽车上的应用：7%
1.2 新型结构材料
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1.2.5 复合材料
——结构材料的最主要发展趋势
单一 材料
性能不同 强度、塑性 韧性、耐热 耐磨、耐蚀
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本课程的内容
第1章 第2章 第3章 第4章 第5章 第6章 第7章 第8章 第9章 第10章
新材料加工技术的现状与展望 超导材料的制备与加工 超塑性材料的制备与加工 非晶态材料的制备与加工 高强度钛合金的制备与加工 变形镁合金的制备与加工 减振钢板的制备与加工 爆炸复合板的制备与加工 复合材料的制备与加工 半固态材料的制备与加工
应用领域 计算机技术 通讯技术 控制技术
1.3 新型功能材料
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半导体 材料
集成电路 制造工艺
电子管计 算机与普 通微机一 些参数的 对比
1.3 新型功能材料
◆表面合金化（激光处理、离子注入）
◆表面耐磨耐腐蚀材料的层状复合
刀具材料
金刚石膜
1.2 新型结构材料
复合 刀具
●使用寿命提高 1000倍（工具钢） 100倍（硬质合金） ●提高车削精度 ●提高智能加工线效率
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1.3 新型功能材料
1.3.1 信息材料
信息 材料
信息的： 获取 传输 存储 显示 处理
应用受 到限制
复合 材料
性能优化 发挥长处 克服不足 独自特性
应用 广泛
1.2 新型结构材料
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典型的复合材料
轻金属基复合材料（增强材料：碳纤维、硼纤维、 SiC纤维、Al2O3纤维）:<800℃ 陶瓷基复合材料（增强材料：陶瓷纤维、陶瓷颗 粒）：1000～1400℃ 碳/碳复合材料：> 1500℃ 层状复合材料
1) 材料的成分与结构
2) 材料的性质
3) 材料的制备与加工工艺（技术）
4) 材料的使用性能
使用性能
性质
成分与结构
制备与加工
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材料制备与加工技术的发展趋势
过程综合 技术综合 学科综合
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现代高新技术的进步离不开新材料的发展， 而大多数新材料从其诞生到走向市场，通常需要 一个很长的过程，材料的制备与加工工艺在这一 过程中起着决定性的作用。
机械工程材料 建筑材料 电子信息材料 能源材料
复合材料
生态环境材料
生物医用材料
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材料技术
关于材料制备、成形与加工、表征与评价，以 及材料的使用和保护的知识、经验和诀窍

检模评防改成制
测拟价护质形备
与仿表技改与技
监真征术性加术
控技技
技工
技术 术
术技
术
术
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材料加工技术
现代材料科学与工程由四个基本要素组成
1.2 新型结构材料
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先进复合材料：纤维增强复合材料
存在的问题：
◆ 不同组元间的结合性能 ◆ 价格高 ◆ 连接技术难以解决
1.2 新型结构材料
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长纤维增强型树脂（塑料）水润滑轴承
质量轻、售价低、省油
1.2 新型结构材料
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1.2.6 高耐磨耐腐蚀材料
——要求越来越高
最具发展前途的是：
◆表面涂层