[工学]1先进功能材料-概论

功能材料及应用四川大学材料成型及控制工程系2主要参考资料1、现代功能材料及其应用 -郭卫生 ,汪济奎（ 2002） 2、新型功能材料 -贡长生 ,张克立 (2001)3、金属功能材料 -王正品 ,张路 ,要玉宏（ 2003 ）4、功能材料学概论 -马如璋 ,蒋民华（ 1999）5、功能材料概论 -殷景华 ,王雅珍（ 1999）教材：自编讲义3课程介绍p课程编号： 30284920p学 时： 32学时 p学 分： 2p周 次： 4-11周p考 核：n平时考核（ 50）： 出勤、作业、课堂表现n笔试（ 50）： 闭卷考试4平时考核（ 50）：出勤（ 10%）、作业（ 25%）、课堂表现（ 15%）v作业： 随堂作业 选择 一种功能材料，查阅文献后撰写小 论文v课堂表现 ： 按要求制作 PPT,讲授 5min5课程教学目的让学生比较了解多种 功能材料制备方法、组成结构、性能特点、应用及最近的发展动向 ，为将来进行新型功能材料的研究奠定基础。6本课程主要内容p 功能材料概述p 贮 (储 )氢合金p 磁性材料p 超导材料p 纳米材料p 智能材料（形状记忆合金）p 其他材料（复合材料 /非晶合金 /梯度材料）7Contentsp 前言p 功能材料概念及特点p 功能材料分类p 功能材料现状及展望8v材料无处不在，是人类赖以生存和发展的物质基础。v材料：可以直接做成制品的东西。用于生产或生活的物质。1. 前言9复合材料合成材料制造材料天然材料1.1 材料的发展石器时代： 200300万年前，打制磨制石器、陶器。铜器时代和铁器时代： 约 1万年前到 20世纪初 陶、铜和铁陶、铜和铁 20世纪初，合成高分子材料 20世纪 50年代，根据实际需要设计独特性能的材料。 近三四十年，研制出如形状记忆合金、光致变色玻璃等功能材料智能材料101.2 材料的分类v从物理化学属性可分为 金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料 和 不同类型材料所组成的 复合材料v从用途分为 电子材料、航空航天材料、核材料、建筑材料、能源材料、生物材料 等v常见的两种分类方法： 结构材料与功能材料；传统材料与新型材料111.3 材料的重要性材料是社会发展、科技进步的三大支柱之一能源、信息、 材料举例：新材料在各领域中的应用。12航空领域波音 787大型客机 空中巨无霸可承载 1000名乘客主要材料 :复合材料构成(玻璃纤维增强铝材料 )材料，重量轻、强度高、抗疲劳特性好。 采用碳纤维复合材料制造可安装的座位数目由 210个至330个不等 13航天飞机航天飞机从近地轨道进入大气层时 ,其飞行速度达 8 M。其机头尖端和发动机燃烧室温度达 2000 以上 ;而燃烧室的另一侧用液氢冷却时,内外侧温差达 1000 以上。 梯度功能材料14宇航材料对材料要求： 材质轻、高比强度、高比刚度碳纤维和环氧树脂结合而成的复合材料 ，由于其 比重小、刚性好和强度高 而成为一种先进的航空航天材料。（航天飞行器的重量每减少 1公斤，就可使运载火箭减轻 500公斤。） 火箭喷管和导弹表皮温度都为 超高温 （ 2000 ），用 高温材料 W-Cu、石墨、 C/C复合材料 等15神舟 7号载人飞船在飞船上采用比较多的材料是 铝合金、钛合金、不锈铝板及一些复合材料 ，如碳纤维增强金属复合材料等。16火箭低温箱军事领域豹 2坦克在飞机表面涂一层特殊的磁性材料 吸波材料， 吸收雷达发射的电磁波，使得雷达电磁波很少发生反射，敌方雷达无法探测到雷达回波。 隐身飞机17u剑身材料是 碳钢 ，极易产生微裂纹导致剑身折断；u铁镍和钛的合金材料 ，并经长时间的时效与弯曲处理，内部微裂只有碳钢的 1/20，极不容易折断。 18蔬菜大棚v以高强度有机聚合树脂与综合填充物为原料v特点：强度高、韧性好、耐潮、防腐、寿命长，使用寿命可达 2030 年。采光面积大，升温快，保温久，比普通大棚温度高 3 5 。19塑木复合材料1、 原材料 : 充分回收利用了塑料和木纤维，消除白色污染 ；2、 无毒害 : 经过 170 高温加工，产品无毒无害；3、 可回收 : 到了使用年限后，可以回收利用4、 性价比 : 操作简便，免维护，使用寿命是木材的 5倍以上，使用费用仅为木材的 1/21/3。其防水、防虫蛀、耐腐蚀性20钛合金自行车(1). 纯钛金属的强度更高。 (2).不生锈：钛在一般的环境下几乎不会被腐蚀。 (3).骑感好 价值一万多美金，重量才几斤。 21碳纤维 增强塑料复合材料自行车前车叉 羽毛球拍杆强度比钢大、密度比铝小、比不锈钢耐蚀、比耐热钢耐高温、又能像铜那样导电，具有许多宝贵的 电学、热学和力学性能 的新型材料。22新型陶瓷 人造关节钛合金 “ 亲生物金属 ” 。与骨骼密度相仿，因此可用来制造人造骨。23在做牙齿矫形时，利用记忆合金在一定温度下做成矫形弓丝。为了恢复原来的形状，矫形弓丝便对牙齿施力，牙齿在记忆合金的作用下变得整齐。现在有些同学牙齿排列不整齐，你知道医学上采用什么办法进行矫形的吗？24记忆合金记忆合金制成的卫星用自展天线。在稍高的温度下焊接成一定形状后，在室温下将其折叠，装在卫星上发射。卫星上天后，由于受到强的日光照射，温度会升高，天线自动展开。 25医用生物材料 .50,000空间材料 15,000军机材料 1,500民航材料 1,000汽车材料 .10建筑材料 .1相对价格以效能为重点以价格为重点不同材料使用性能与价格关系 （ 价格 VS 效能）材料性能要求高，价格更高261.4 材料的 “梦 ”v充分利用太阳能的新光电材料v和平利用核聚变反应的炉壁材料v发动机部件用超耐热材料v电阻为零的超导线v登天有术的 “ 天梯 ” 材料27充分利用太阳能的新材料v太阳能取之不尽，用之不竭v关键在于转化效率v现在的光电材料的转化率约 15v如果能够提高到 50 硅太阳能电池 28核聚变 是指由质量小的原子，主要是指氘或氚，在一定条件下（如超高温和高压），发生 原子核互相聚合作用，生成新的质量更重的原子核，并伴随着 巨大的能量 释放的一种 核反应 形式。如太阳发光发热的能量来源核聚变反应的炉壁材料29核聚变反应的炉壁材料v用于核聚变反应的氕、氘、氚的资源可以供人类使用上百亿年。v控制反应速度。 找到安全可靠的炉壁材料。（不泄漏、无后遗问题）30发动机部件