工程材料及其成形技術(shù)基礎(chǔ)第二版

1、$大家好，我是奧特帥帥$5.3復(fù)合材料 阿童帥帥$ 大家可以理解一下概念哦 復(fù)合材料：由兩種或兩種以上性質(zhì)不同的材料復(fù)合而成的多相材料。 通常是其中某一組成物為基體，而另一組成物為增強體，用以提高強度和韌性等。 復(fù)合后的材料既保持了各組成物的特點，又可使各組成物之間取長補短，互相協(xié)調(diào)，獲得優(yōu)良的綜合性能。$ 復(fù)合材料性能特點 啦啦啦 1、復(fù)合材料的比強度和比剛度較高。 2、 復(fù)合材料的力學(xué)性能可以設(shè)計，即可以通過選擇合適的原材料和合理的鋪層形式，使復(fù)合材料構(gòu)件或復(fù)合材料結(jié)構(gòu)滿足使用要求。 3、復(fù)合材料的抗疲勞性能良好。 4、復(fù)合材料的減振性能良好。 5、 復(fù)合材料通常都能耐高溫。 6、復(fù)合材料

2、的安全性好。 7、 復(fù)合材料的成型工藝簡單。 8、良好的尺寸穩(wěn)定性$ 常用復(fù)合材料 這個好枯燥??！ 以樹脂、橡膠、陶瓷或金屬為基體相，以無機(jī)纖維（如玻璃纖維、碳纖維、硼纖維或碳化硅纖維）或有機(jī)纖維（聚酯纖維、尼龍纖維或芳綸纖維）為增強相復(fù)合而成的材料。性能特點：高強度、高剛性和密度小、易加工。應(yīng)用：應(yīng)用最為廣泛，如制造軸瓦、齒輪和車、船的殼體等。$ 常用復(fù)合材料 以一種或多種顆粒為增強相均勻分布在基體材料內(nèi)所組成的材料。陶瓷顆粒增強金屬基復(fù)合材料又稱金屬陶瓷。增強相主要為 氧化物（AlAl2 2O O3 3,MgO,BeO,MgO,BeO等）和 碳化物（TiC,SiC,WCTiC,SiC,WC

3、等），金屬基體為TiTi、CrCr、NiNi、MoMo、FeFe等。性能及應(yīng)用： 金屬陶瓷具有高硬度、高強度、耐磨、耐熱、耐腐蝕以及膨脹系數(shù)小等特點。用來制造高速切削刀具、重載軸承及火焰噴管的噴嘴等。$復(fù)合材料的未來 我們也要相信未來啦 復(fù)合材料是一個新興的材料科學(xué)領(lǐng)域，在航空航天，火箭導(dǎo)彈、車輛、化工裝置、建筑結(jié)構(gòu)以及體育、醫(yī)療器械等領(lǐng)域正獲得越來越廣泛的應(yīng)用。特別是用于制造某些有特殊要求，單一材料無法替代的制品。 據(jù)預(yù)測，2121世紀(jì)末復(fù)合材料可能會占到人們使用的結(jié)構(gòu)材料的70%80%70%80%。$ 材料學(xué)$5.4新型工程材料簡介 阿童帥帥$ 21世紀(jì)高技術(shù)領(lǐng)域的關(guān)鍵性材料 新材料是指新

4、出現(xiàn)的或正在發(fā)展中的，具有傳統(tǒng)材料所不具備的優(yōu)異性能和特殊功能的材料；或采用新技術(shù)(工藝,裝備)，使傳統(tǒng)材料性能有明顯提高或產(chǎn)生新功能的材料；一般認(rèn)為滿足高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要的一些關(guān)鍵材料也屬于新材料的范疇。 按使用性能分類$ 納米材料 納米材料是指在三維空間中至少有一維處于納米尺度范圍(1-100nm)或由它們作為基本單元構(gòu)成的材料，這大約相當(dāng)于10100個原子緊密排列在一起的尺度。 納米材料大致可分為納米粉末、納米纖維、納米膜、納米塊體等四類。其中納米粉末開發(fā)時間最長、技術(shù)最為成熟，是生產(chǎn)其他三類產(chǎn)品的基礎(chǔ)。 納米粉末制備方法多樣化$ 納米材料的特征 表面效應(yīng)表面效應(yīng)是指納米粒子表面原子與總

5、原子數(shù)之比隨著粒徑的變小而急劇增大后所引起的性質(zhì)上的變化。表給出了納米粒子尺寸與表面原子數(shù)的關(guān)系。從表可以看出，隨粒徑減小，表面原子數(shù)迅速增加。另外，隨著粒徑的減小，納米粒子的表面積、表面能的都迅速增加。這主要是粒徑越小，處于表面的原子數(shù)越多。表面原子的晶體場環(huán)境和結(jié)合能與內(nèi)部原子不同。表面原子周圍缺少相鄰的原子，有許多懸空鍵，具有不飽和性質(zhì)，易于其他原子想結(jié)合而穩(wěn)定下來，因而表現(xiàn)出很大的化學(xué)和催化活性。$納米材料特征 小尺寸效應(yīng) 量子尺寸效應(yīng) 宏觀量子隧道效應(yīng)$ 納米材料的應(yīng)用 納米技術(shù)基礎(chǔ)理論研究和新材料開發(fā)等應(yīng)用研究都得到了快速的發(fā)展，并且在傳統(tǒng)材料、醫(yī)療器材、電子設(shè)備、涂料等行業(yè)得到了

6、廣泛的應(yīng)用。在產(chǎn)業(yè)化發(fā)展方面，除了納米粉體材料在美國、日本、中國等少數(shù)幾個國家初步實現(xiàn)規(guī)模生產(chǎn)外，納米生物材料、納米電子器件材料、納米醫(yī)療診斷材料等產(chǎn)品仍處于開發(fā)研制階段。2010年全球納米新材料市場規(guī)模達(dá)22.3億美元，年增長率為14.8%。今后幾年，隨著各國對納米技術(shù)應(yīng)用研究投入的加大，納米新材料產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程將大大加快，市場規(guī)模將有放量增長。納米粉體材料中的納米碳酸鈣、納米氧化鋅、納米氧化硅等幾個產(chǎn)品已形成一定的市場規(guī)模；納米粉體應(yīng)用廣泛的納米陶瓷材料、納米紡織材料、納米改性涂料等材料也已開發(fā)成功，并初步實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，納米粉體顆粒在醫(yī)療診斷制劑、微電子領(lǐng)域的應(yīng)用正加緊由實驗研究成果向產(chǎn)品

7、產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)方向轉(zhuǎn)移$ 燒蝕防熱材料 一種固體防熱材料，主要用于導(dǎo)彈頭部、航天器再入艙外表面和火箭發(fā)動機(jī)內(nèi)表面。這種材料在熱流作用下能發(fā)生分解、熔化、蒸發(fā)、升華、侵蝕等物理和化學(xué)變化，借材料表面的質(zhì)量消耗帶走大量的熱，以達(dá)到阻止再入大氣層時(見航天器返回技術(shù))的熱流傳入飛行器內(nèi)部并冷卻火箭發(fā)動機(jī)燃燒室和噴管的目的。所謂燒蝕，也就是導(dǎo)彈和飛行器再入大氣層時在熱流作用下，由熱化學(xué)和機(jī)械過程引起的固體表面的質(zhì)量遷移(材料消耗)現(xiàn)象$ 燒蝕防熱材料 燒蝕材料按燒蝕機(jī)理分為升華型、熔化型和碳化型三類 按基體不同分類：樹脂基、碳基、陶瓷基 碳-碳復(fù)合材料是用碳（石墨）纖維或織物為增強材料，用沉積碳或浸漬碳為

8、基體制成的復(fù)合材料。碳在高溫下升華，吸收熱量，而且碳還是一種輻射系數(shù)較高的材料，因而有很好的抗燒蝕性能。$ 超硬材料 超硬材料則是指硬度可與金剛石相比擬的材料。目前使用的超硬材料主要是立方氮化硼與金剛石，但是還是許多超硬材料正在研發(fā)中，如碳化硼，富硼氧化物等 金剛石，也稱鉆石，有天然金剛石和人造金剛石兩種。金剛石是目前世界上已知的最硬工業(yè)材料，它不僅具有硬度高、耐磨、熱穩(wěn)定性能好等特性，而且以其優(yōu)秀的抗壓強度、散熱速率、傳聲速率、電流阻抗、防蝕能力、透光、低熱脹率等物理性能，成為工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域不可替代的新材料，現(xiàn)代工業(yè)和科學(xué)技術(shù)的瑰寶。 人造金剛石是加工業(yè)最硬的磨料，電子工業(yè)最有效的散熱材料，半

9、導(dǎo)體最好的晶片，通訊元器件最高頻的濾波器，音響最傳真的振動膜，機(jī)件最穩(wěn)定的抗蝕層等等，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于冶金、石油鉆探、建筑工程、機(jī)械加工、儀器儀表、電子工業(yè)、航空航天以及現(xiàn)代尖端科學(xué)領(lǐng)域。$ 超硬材料 立方氮化硼 立方氮化硼（CBN）是硬度僅次于金剛石的超硬材料。它不但具有金剛石的許多優(yōu)良特性，而且有更高的熱穩(wěn)定性和對鐵族金屬及其合金的化學(xué)惰性。它作為工程材料，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于黑色金屬及其合金材料加工工業(yè)。同時，它又以其優(yōu)異的熱學(xué)、電學(xué)、光學(xué)和聲學(xué)等性能，在一系列高科技領(lǐng)域得到應(yīng)用，成為一種具有發(fā)展前景的功能材料。$ 5.4.4 超塑性合金 金屬的超塑性現(xiàn)象，是英國物理學(xué)家森金斯在1928年發(fā)現(xiàn)

10、的，他給這種現(xiàn)象做如下定義：凡金屬在適當(dāng)?shù)臏囟认拢ù蠹s相當(dāng)于金屬熔點溫度的一半）變得像軟糖一樣柔軟，而應(yīng)變速度10毫米秒時產(chǎn)生本身長度三倍以上的延伸率，均屬于超塑性。 現(xiàn)超塑性的主要條件是一定的變形溫度和低的應(yīng)變速率，這時合金本身還要具有極為細(xì)小的等軸晶粒（直徑五微米以下），這種超塑性稱為超細(xì)晶粒超塑性。還有一些鋼，在一定的溫度下組織中的相發(fā)生轉(zhuǎn)變，在相變點附近加工也能完成超塑性，稱為相變超塑性$應(yīng)用前景超塑加工具有很大的實用價值，只要很小的壓力就能獲得形狀非常復(fù)雜的制作。試想一下，金屬變成了飴糖狀，從而具有了可吹塑和可擠壓的柔軟性能，因此過去只能用于玻璃和塑料的真空成型、吹塑成型等工藝被沿用

11、過來，用以對付難變形的合金。而這時所需的壓力很小，只相當(dāng)于正常壓力加工時的幾分之一到幾十分之一，從而節(jié)省了能源和設(shè)備。使用超塑性加工制造零件的另一優(yōu)點是可以一次成型，省掉了機(jī)械加工、鉚焊等工序，達(dá)到節(jié)約原材料和降低成本的目的。在模壓超塑性合金薄板時，只需要具備一種陰?；蜿柲＜纯?，節(jié)省一半模具費用。超塑性加工的缺點是加工時間較長，由普通熱模鍛的幾秒增至幾分鐘據(jù)推測，最近超塑性成形工藝將在航天、汽車、車廂制造等部門中廣泛采用，所用的超塑性合金包括鋁、鎂、鈦、碳鋼、不銹鋼和高溫合金等。$5.4.5 海綿金屬和“無聲合金”疏松多孔、類似海綿的金屬（或合金），采用冶煉工藝制取。用粉末冶金工藝制得的多孔材

12、料稱為多孔金屬（或合金）。多孔金屬的孔徑和孔隙度可以控制，而海綿金屬則不易控制。海綿金屬因為多孔，有很大的比表面積。與致密金屬相比，它的吸附能力大，透氣性好，化學(xué)活性高，容易氧化，但導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能較差，抗拉強度較低。廣泛的用途 海綿金屬有著獨特的結(jié)構(gòu)多孔，這就給它帶來了不少獨特的性能和用途。 由于孔洞是球形的，骨架的粗細(xì)也比較均勻，并且互相連在一起，這就使它不容易造成裂紋和斷裂。氣體、液體可以順利地從多孔的海綿金屬里通過。由于海綿金屬能讓流體順利通過，耐熱性能也好，加工又很方便，所以可以用來制做過濾器，過濾各種氣體、水、水溶液、油類、熔化的合成樹脂甚至金屬液，也可以做成氣墊和通氣性良好的金屬模

13、。 海綿金屬吸音的性能相當(dāng)強，聲音通過它，衰減得很厲害。利用海綿金屬的消音能力，可以裝在空氣壓縮機(jī)上，用來消除或減小機(jī)器的噪音，也可以做防止機(jī)械工作時震動的地基材料。用到房屋建筑上，把海綿金屬做成墻壁的隔音嵌板也是十分合適的。 海綿金屬的孔洞多，跟相同體積的無孔金屬相比，它的表面積要大幾百甚至上千倍，用作熱交換器可以提高熱交換效率。用海綿金屬做成太陽能集熱體，可以更好地吸收并保存太陽能。$5.4.5 海綿金屬和“無聲合金” 無聲金屬是一種高性能的減震合金 根據(jù)內(nèi)耗來進(jìn)行無聲合金的分類。 無聲合金的應(yīng)用降低噪聲$5.4.6 非晶態(tài)合金 非晶態(tài)合金， 是指自然界的各種物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)可以按其組成原子的排列狀態(tài)分為兩大類：有序結(jié)構(gòu)和無序結(jié)構(gòu)。晶體是典型的有序結(jié)構(gòu)，而氣體、液體和非晶態(tài)固體屬于無序結(jié)構(gòu)。 非晶態(tài)合金是近30年出現(xiàn)的具有新型微觀組織結(jié)構(gòu)的金屬功能材料，其制取工藝是將熔融的母合金以大于每秒一百萬度的冷卻速度快速凝固而成，其原子在凝固過程中來不及按周期排列，故形成了長程無序的非結(jié)晶狀態(tài)，與通常情況下金屬材料的原子排列呈周期性和對稱性不同，因而稱之為非晶合金。$5.4.6 非晶態(tài)合金 沒什么用??！優(yōu)點1.高強韌性及耐磨性2.優(yōu)良的磁性3。高的耐蝕性$5.4.7 隱身材料所謂吸波材料，指能吸收投射到它表