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第二篇 第四章 新材料技术（p185-220）材料是人类一切生产和生活活动的物质基础，是社会生产力的重要因素。每一种新材料的出现和应用，都把人类支配自然的能力提高到一个新的水平。20世纪中叶以来，作为新技术革命支柱的新材料的研究异常活跃，出现了一个“材料革命”的新时代。材料是指人们可以用来做成器件、结构件或其他可供使用的哪些物质。所谓新材料（或称先进材料）是指那些新近发展或正在发展之中的具有比传统材料的性能更为优异的一类材料。新材料按材料的属性划分可分为金属、有机高分子、无机非金属材料三大类以及它们的复合材料。按材料的使用性能来分，可将材料分为两大类，即结构材料和功能材料。高材料是高技术的一部分，同时又为高技术服务。它具有以下特点：1. 是知识密集、技术密集、资金密集的一类新兴产业；2. 其发展与新技术密切相关，在新材料的设计、制备、性能检测等方面往往都需要高新技术，而某些未来的高新技术的实现往往依赖于新材料的研制；3. 常常是多种学科的相互交叉和渗透的结果。新材料是新技术发展的必要物质基础，是当代新技术革命的先导。第1节 先进的金属材料金属的发现和应用，曾经对人类文明的发展起过重要的作用，加速了人类社会发展的历史进程。由于金属材料具有优良的性能，直到20世纪中叶，在材料工业中一直占统治地位。1、 形状记忆合金1951年美国瑞德等人首先在Au-Cd合金中发现形状记忆效应。所谓形状记忆效应是指将在高温下处理成一定形状的金属急冷下来，在低温相状态下经塑性变形成另一种形状，然后加热到高温相成为稳定状态的温度时通过马氏体逆相变恢复到低温塑性变形前形状的现象。具有这种效应的金属，通常是由两种以上的金属元素构成的合金，故称为形状记忆合金。形状记忆效应基本质主要来自热弹性马氏体相变的可逆性。形状记忆合金在军事、电子、汽车、能源、机械、宇航、医疗等领域得到了广泛的应用。2、 超塑性合金某些材料在特定的组织状态（如晶粒尺寸、相变等）、一定的温度和形变速率下表现极高的塑性，这种现象称为超塑性。超塑性的研究已经遍及材料加工、力学、机械等许多学科。金属合金的超塑性可分为两类：1. 微晶超塑性微晶超塑性的条件要求晶粒微细化、等轴化和稳定化。有些材料（如AL-CU-ZN合金等）超塑变形前为变形组织，利用超塑性中的高温和加载形变进行动态结晶，形成细晶组织，即所谓再结晶超塑性，本质上也属于这一类。大多数金属和合金的超塑性属于细晶超塑性。2. 相变超塑性相变超塑性是在相变点的温度附近，进行反复地温度循环（加热和冷却），在此过程中施加一定的外力，也可导致超塑性变形。因此相变超塑性又称环境超塑性。超塑性现象的实际应用首先是在金属合金的形变加工方面。3、 减振合金解决机械结构中的振动和噪音的根本方法是使振动源和零部件材料具有良好的减振能力，理想的减振材料不仅应该具备一般金属的强度及耐高温等特性，同时又要有高减振（或称高阻尼）的特性。为此，就应运产生了减振合金。减振合金又称为高阻尼合金。4、 贮氢合金氢在新资源的开发中占有重要的地位。根据金属能吸氢的特点，提出了用金属贮氢的办法。这种用于贮氢的金属称为贮氢合金。贮氢合金是靠其与氢进行化学反应生成金属氢化物来贮氢的，这个化学反应的可逆的，无论是金属合金吸氢生成金属氢化物还是金属氢化物分解释放出氢，都受温度、压力及合金成分的控制。需要贮氢时，让合金与氢反应生成金属氢化物；需要用氢时，则可将金属氢化物加热，使氢释放出来，并可通过温度、压力调节其释放量。实际用作贮氢材料的金属应具备下列条件：贮氢能力要强，反复吸氢和放氢时，材料性能稳定，吸氢和放氢时速度快；金属氢化物的生成热要适当，这样吸氢与放氢过程能较容易进行；平衡氢气压不太高，以便于氢的吸贮与释放。纯金属一般都不能满足作为贮氢材料的基本条件。为了改善其贮氢性能，必须添加一些合金元素形成贮氢合金。5、 多孔金属材料有意识地制备出充满着分散的小孔的金属合金。这就是所谓的多孔金属。多孔金属除具有本体金属的强度、导热、导电、耐腐蚀等性能外，还具有质轻、比表面积大等特性，因此具有广泛的应用前景。6、 金属磁性材料1. 永磁材料是指具有强的抗退磁能力和高的剩余磁感应强度的磁性材料（1.可变性永磁合金2.铸造永磁合金3.稀土永磁合金）1975年，稀土永磁合金材料正式投入生产。2. 软磁材料，它们在较低的磁场中即可被饱和磁化从而呈现很强的磁性，但在磁场撤除以后，磁性就基本消失。3. 超高磁致伸缩材料磁致伸缩现象是指磁性材料在磁场中被磁化后，其外形尺寸发生伸长或缩短的现象。尺寸变化的大小通常随着磁场的增大而增大。材料长度的相对变化率称为饱和磁致伸缩系数。7、 非晶态合金在通常的情况下，液态金属冷却凝固时，原子总是按一定的规则排列，成为晶体。液态金属的凝固过程同时也是一个晶体的过程，所以金属凝固又称金属结晶。第2节 特种陶瓷材料特种陶瓷是以高纯、超细的人工合成的无机化合物为原料，采用精密控制的制备工艺烧结而成的，是比传统陶瓷性能更加优异的新一代陶瓷。特种陶瓷又称为精细陶瓷或新型陶瓷。按性能和用途，特种陶瓷一般分为结构陶瓷和功能陶瓷、生物陶瓷。特种陶瓷按其化学成分可分为氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、硼化物陶瓷、硅化物陶瓷、氟化物陶瓷。硫化物陶瓷、磷化物陶瓷等。1、 结构陶瓷结构陶瓷主要指特种陶瓷中发挥其机械、热、化学等效能的材料。1. 氮化物陶瓷氮化物陶瓷是20多年来迅速发展起来的结构陶瓷。（p191）第6节 超导材料有些物质在一定的临界温度TC以下会转变为完全没有电阻的状态，同时具有完全抗磁性，这就是所谓的超导现象。超导材料的发现是20世纪物理学的一项重大成就。1、 超导现象的基本特征和临界参量1911年，荷兰物理学家昂尼斯发现，水银的电阻在温度下降到4.2K附近或更低时突然减少到零。1913年，昂尼斯宣称，这些材料在低温下“进入了一种新的状态，这种状态具有特殊的电磁学性质”他把这种电阻消失的状态定名为超导状态，因而零电阻就被看作是超导态的基本特征。超导态的另一个基本特征是完全抗磁性。超导材料按物质的结构组成来分类，可分为单质、合金、化合物；按超导材料的特性来分类，则可分为第类超导体和第类超导体。3、 超导材料的应用1. 作为超导磁体的应用2. 能源和动力方面的应用3. 超导材料在其他领域的应用第7节 纳米材料纳米材料可分为纳米颗粒和纳米固体两个层次，纳米颗粒（超微粒）是指颗粒尺寸为纳米量级的超细颗粒，它的尺寸大于原子簇，小于通常的微粒，它是介于原子簇与固体之间的过渡物质；纳米固体（纳米结构材料）是由超微粒子凝聚