材料科學(xué)與工程導(dǎo)論

1、.：.；資料科學(xué)與工程導(dǎo)論一、資料的定義與分類資料是人類用于制造機(jī)器、構(gòu)件和產(chǎn)品的物質(zhì)，是人類賴以生存和開展的物質(zhì)根底新資料，主要是指那些正在開展，且具有優(yōu)良性能和運(yùn)用前景的一類資料。為了規(guī)范新資料的含義，普通把具備以下三個(gè)條件之一的資料稱為新(1.新出現(xiàn)或正在開展中的具有傳統(tǒng)資料所不具備的優(yōu)良性能的資料。如：C60 2.高技術(shù)開展需求，具有特殊性能的資料。如：外形記憶合金 3.由于采用新技術(shù)工藝、配備明顯提高了性能，或者出現(xiàn)了新的功能的資料。如：超級(jí)鋼、納米、超導(dǎo)資料、智能資料、生物醫(yī)用資料分類一：按組成與構(gòu)造劃分金屬資料 無機(jī)非金屬資料 高分子資料 復(fù)合資料 分類二：按用途分電子信息資料

2、航空航天資料 能源資料 生物醫(yī)用資料等 分類三：按性能分 構(gòu)造資料高溫合金、難熔金屬、金屬間化合物、金屬基復(fù)合資料、高分子資料、鈦合金、鎂合金 功能資料吸波資料、單晶硅、外形記憶資料 分類四：按運(yùn)用與開展分傳統(tǒng)資料 新資料如納米銅、超導(dǎo)電纜二、資料的位置和作用當(dāng)代文明：能源 資料 信息新技術(shù)革命：信息技術(shù) 新資料 生物技術(shù)資料是人類社會(huì)開展的根底和先導(dǎo)新資料技術(shù)是工業(yè)革命和產(chǎn)業(yè)開展的先導(dǎo)兩次工業(yè)革命都是以新資料的發(fā)明和廣泛運(yùn)用為先導(dǎo)第一次工業(yè)革命18世紀(jì)：制鋼工業(yè)的開展為蒸汽機(jī)的發(fā)明和運(yùn)用奠定了物質(zhì)根底。第二次工業(yè)革命20世紀(jì)中葉以來：單晶硅資料對(duì)電子技術(shù)的發(fā)明和運(yùn)用起了中心作用。新資料技術(shù)是

3、社會(huì)現(xiàn)代化的先導(dǎo) 21世紀(jì)重點(diǎn)開展的高技術(shù)領(lǐng)域的進(jìn)展與趨勢 21世紀(jì)重點(diǎn)開展的高技術(shù)領(lǐng)域的資料選擇 新資料技術(shù)是高技術(shù)開展的根底21世紀(jì)重點(diǎn)開展的高技術(shù)領(lǐng)域的進(jìn)展與趨勢環(huán)境科學(xué)技術(shù)：探求人類與環(huán)境調(diào)和共存方式空間科學(xué)技術(shù)：探求宇宙空間多種用途的人貨分別的新一代航天飛行器、小衛(wèi)星技術(shù)、太空攻防技術(shù)新資料科學(xué)技術(shù)：探求物質(zhì)構(gòu)造納米技術(shù)、光電子資料、光子資料、新型功能資料、新型構(gòu)造資料新能源與再生能源：實(shí)現(xiàn)人類可繼續(xù)開展化石能源高效清潔利用技術(shù)、新能源核能、氫能和可再生能源技術(shù)、天然氣水合物的開發(fā)信息科學(xué)技術(shù)：信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、寬帶通訊技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、計(jì)算機(jī)智能技術(shù)生物科學(xué)技術(shù)：探求生命本質(zhì)基因組學(xué)、蛋

4、白質(zhì)科學(xué)、干細(xì)胞及再生醫(yī)學(xué)海洋科學(xué)技術(shù)：探求海洋奧妙七大高新技術(shù)領(lǐng)域1.信息科學(xué)技術(shù)：正在發(fā)生構(gòu)造性變革，依然是經(jīng)濟(jì)繼續(xù)增長的主導(dǎo)力量。1通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為信息產(chǎn)業(yè)注入強(qiáng)大活力；2寬帶通訊已成為國際上運(yùn)用最廣的通訊技術(shù)；3半導(dǎo)體技術(shù)進(jìn)入納米時(shí)代；4計(jì)算機(jī)智能技術(shù)日新月異。2.生物技術(shù)：正閱歷著一場前所未有的技術(shù)革命，一個(gè)龐大的生物產(chǎn)業(yè)正在孕育和構(gòu)成。1基因組學(xué)、蛋白質(zhì)科學(xué)、干細(xì)胞及再生醫(yī)學(xué)的研討成為生命科學(xué)的前沿與熱點(diǎn)；2干細(xì)胞及再生醫(yī)學(xué)的研討及運(yùn)用為人類安康開辟了新道路；3生物芯片在醫(yī)療和科研領(lǐng)域發(fā)揚(yáng)宏大作用；4轉(zhuǎn)基因技術(shù)及運(yùn)用呈現(xiàn)出高速開展的態(tài)勢。3.航天技術(shù)：快速開展，不斷開辟人類探求的新空

5、間。1太空探求帶動(dòng)太空探求技術(shù)加速開展；2研制多種用途的人貨分別的新一代航天飛行器成未來趨勢；3小衛(wèi)星技術(shù)日趨成熟并將廣泛應(yīng)；4太空攻防技術(shù)成為未來航天技術(shù)開展的重要領(lǐng)域。4.能源技術(shù)：將變革未來社會(huì)的動(dòng)力根底，促進(jìn)人類實(shí)現(xiàn)可繼續(xù)開展。1煤炭的高效清潔利用成為化石能源技術(shù)研發(fā)熱點(diǎn)；2核能技術(shù)醞釀新的突破；3氫能技術(shù)研發(fā)和商業(yè)運(yùn)用加速；4)新能源和可再生能源技術(shù)展現(xiàn)良好前景；5)天然氣水合物的開發(fā)遭到注重用能技術(shù)開展前景寬廣。5.先進(jìn)制造技術(shù)：向綠色制造、高技術(shù)化、信息化、極端制造方向開展，成為提升產(chǎn)業(yè)競爭力的關(guān)鍵技術(shù)。1)光機(jī)電一體化技術(shù)；2微電子光刻技術(shù)；3艱苦配備制造技術(shù)。新資料技術(shù)：出現(xiàn)

6、群體性突破，將對(duì)21世紀(jì)根底科學(xué)和幾乎一切工業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)生革命性影響。新資料技術(shù)是高技術(shù)開展的根底1納米技術(shù)是前沿技術(shù)中最具前瞻性和帶動(dòng)性的領(lǐng)域之一；2光電子資料、光子資料將成為開展最快和最有出路的電子信息資料；3新型功能資料超導(dǎo)資料、智能資料、生物醫(yī)用資料及其運(yùn)用技術(shù)面臨新的突破；4新型構(gòu)造資料高溫合金、難熔金屬、金屬間化合物、金屬基復(fù)合資料、高分子資料、鈦合金、鎂合金開展前景樂觀。新資料技術(shù)是一切工業(yè)開展的關(guān)鍵共性根底新資料技術(shù)出現(xiàn)群體性突破，將對(duì)21世紀(jì)一切工業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)生革命性的影響，成為一切工業(yè)的關(guān)鍵共性基。納米資料 特點(diǎn)之一:外表效應(yīng)特點(diǎn)之二：小尺寸效應(yīng) 特點(diǎn)之三:量子效應(yīng)是人類社會(huì)提高的

7、里程碑和劃時(shí)代的標(biāo)志。人類利用資料的歷史，就是一部人類進(jìn)化和提高的歷史。三、資料科學(xué)與工程的構(gòu)成和開展科學(xué)驅(qū)動(dòng)：科學(xué)技術(shù)的開展 需求牽引：社會(huì)經(jīng)濟(jì)的需求資料科學(xué)與工程的定義資料科學(xué)與工程就是指出研討有關(guān)資料的組成、構(gòu)造、制備工藝流程與資料性能和用途關(guān)系的知識(shí)和它的運(yùn)用。資料科學(xué)與工程的三個(gè)重要屬性一是多學(xué)科交叉。它是物理學(xué)、化學(xué)、冶金學(xué)、金屬學(xué)、陶瓷學(xué)、高分子化學(xué)及計(jì)算科學(xué)相互交融和交叉的結(jié)果；二是一種與實(shí)踐運(yùn)用結(jié)合非常嚴(yán)密的科學(xué)。開展資料科學(xué)的目的在于開發(fā)新資料，提高資料的性能和質(zhì)量，合理運(yùn)用資料，同時(shí)降低資料本錢和減少污染；三是資料科學(xué)是一個(gè)正在開展中的科學(xué)。不像物理學(xué)、化學(xué)已有很成熟的體

8、系，它將隨著各有關(guān)學(xué)科的開展而得到充實(shí)和開展。資料科學(xué)家和資料工程師的使命從電子和原子尺寸微觀尺度、到介觀和宏觀尺度去研討資料資料研討任務(wù)者構(gòu)成共識(shí):四個(gè)要素缺一不可需求多學(xué)科多領(lǐng)域資料任務(wù)者的團(tuán)結(jié)協(xié)作,共同推進(jìn)資料的不斷提高四、資料“四要素1.什么是資料的“四要素？運(yùn)用性能資料性能的定義在某種環(huán)境或條件作用下，為描畫資料的行為或結(jié)果，按照特定的規(guī)范所獲得的表征參量力學(xué)性能1.強(qiáng)度表征 彈性極限、屈服強(qiáng)度、比例極限2.塑性表征 延伸率、斷面收縮率、沖杯深度h 3.硬度表征 布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度4.剛度表征 彈性模量、楊氏模量、剪切模量5. 疲勞強(qiáng)度表征1.疲勞極限 資料能經(jīng)受“無限次循

9、環(huán)而不發(fā)生疲勞破壞的最大應(yīng)力值，稱為資料的疲勞極限或耐久極限。2.疲勞壽命 資料發(fā)生疲勞破壞時(shí)的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)，或從開場受載到發(fā)生斷裂所經(jīng)過的時(shí)間稱為該資料的疲勞壽命6. 抗蠕變性表征1.蠕變極限 表示資料抵抗蠕變才干大小的目的，普通用規(guī)定溫度下和規(guī)定時(shí)間內(nèi)到達(dá)一定總變形量的應(yīng)力值表示。2.耐久強(qiáng)度 資料在給定溫度經(jīng)過一定時(shí)間破壞時(shí)所能接受的恒定應(yīng)力。7. 韌性表征 斷裂韌性KIC、斷裂韌性JIC物理性能1.電學(xué)性能表征 電導(dǎo)率、電阻率、介電常數(shù)2.磁學(xué)性能表征 磁導(dǎo)率F=0 LI2/2a、矯頑力磁記錄介質(zhì)的一個(gè)重要磁性參數(shù)Hc，是指使剩磁降低為零所需求的磁場強(qiáng)度、磁化率(物質(zhì)在外磁場作用下，由

10、于電子等帶電體的運(yùn)動(dòng)，會(huì)被磁化而感應(yīng)出一個(gè)附加磁場。磁化率是用來表征物質(zhì)被磁化程度的物理量)3. 光學(xué)性能表征 光反射率、光折射率、光損耗率2資料運(yùn)用性能與性質(zhì)的區(qū)別與聯(lián)絡(luò)性能是包括資料在內(nèi)的整個(gè)系統(tǒng)特征的表達(dá)；性質(zhì)那么是資料本身特征的表達(dá)性能是隨著外因的變化而不斷變化，是個(gè)漸變過程，在這個(gè)過程中發(fā)生量變的積累，而性質(zhì)堅(jiān)持質(zhì)的相對(duì)穩(wěn)定性；當(dāng)量變到達(dá)一個(gè)“度時(shí)，將發(fā)生量變，資料的性質(zhì)發(fā)生根本的變化。資料運(yùn)用性能的設(shè)計(jì)與實(shí)踐運(yùn)用在資料運(yùn)用性能產(chǎn)品設(shè)計(jì)的同時(shí)，力求改動(dòng)傳統(tǒng)的研討及設(shè)計(jì)道路，將資料性質(zhì)同時(shí)思索進(jìn)去，采取并行設(shè)計(jì)的方法。資料人員應(yīng)具備這樣一種才干 能針對(duì)不同的運(yùn)用環(huán)境，提取出關(guān)鍵的資料性

11、質(zhì)并選擇優(yōu)良性能的資料。傳統(tǒng)方式： 構(gòu)造與功能確定資料的性質(zhì)選擇資料先進(jìn)方式：構(gòu)造與功能/資料的性質(zhì)4資料與環(huán)境的關(guān)系三類主要的資料失效方式 斷裂、磨損、腐蝕5資料性能數(shù)據(jù)資料性能數(shù)據(jù)庫是資料選擇的先決條件；資料性能數(shù)據(jù)庫是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助選材CAMS、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD、計(jì)算機(jī)輔助制造CAM的根底。成分/構(gòu)造資料成分構(gòu)造的分類鍵合構(gòu)造-五種鍵合構(gòu)造(注：1.有些陶瓷資料屬共價(jià)鍵化合物，如SiC陶瓷；2.分子鍵又稱德瓦爾斯力;3.實(shí)踐晶體并非只需一種鍵合構(gòu)造，如冰晶。晶體構(gòu)造 晶體 原子陳列長程有序，有周期；非晶體 原子陳列短程有序，無周期；準(zhǔn)晶體 原子陳列長程有序，無周期組織構(gòu)造 組成資料的

12、不同物質(zhì)表示出的某種形狀特征1.構(gòu)造特征 馬氏體組織、索氏體組織、貝氏體組織 2.組合特征 單相組織、兩相組織、多相組織2資料構(gòu)造的特點(diǎn)多尺度效應(yīng)(小尺度效應(yīng)：特殊的光學(xué)性質(zhì) 特殊的熱學(xué)性質(zhì) 特殊的磁學(xué)性質(zhì) 特殊的力學(xué)性質(zhì)) 穩(wěn)定性 有序與無序 資料的缺陷(點(diǎn)缺陷 線缺陷 面缺陷) 外表和界面(由于納米粒子尺寸減小呵斥表層原子數(shù)目和比外表積巨增，使納米粒子表現(xiàn)出特殊的性質(zhì)。資料納米化后，發(fā)生了三種變化 晶體的周期性遭到破壞 外表原子的懸空鍵增多 表層原子數(shù)劇增)3資料成分構(gòu)造的表征方法現(xiàn)代資料科學(xué)家對(duì)資料成分、構(gòu)造的認(rèn)識(shí)是由分析、檢測實(shí)現(xiàn)成分分析(物理分析：物理量間接測定 譜學(xué)分析：紅外光譜分

13、析等 化學(xué)分析：化驗(yàn))構(gòu)造分析(體視顯微鏡 mm(毫米)-m微米 光學(xué)顯微鏡 m微米 電子掃描顯微 微米-納米nm達(dá)0.7nm 透射電鏡 察看到原子陳列面，達(dá)0.2nm 場離子顯微鏡 形貌察看 0.2-0.3nm 隧道掃描顯微鏡 察看到原子構(gòu)造0.05-0.2nm)4資料成分、構(gòu)造數(shù)據(jù)庫X衍射數(shù)據(jù)庫：建立了構(gòu)造測定參數(shù)的關(guān)系相圖數(shù)據(jù)庫： 建立了成分相的關(guān)系相的定義:把系統(tǒng)中物理性質(zhì)及化學(xué)性質(zhì)均勻的部分稱為相5資料成分構(gòu)造與其它要素的關(guān)系構(gòu)造是資料性能的緣由：1、按統(tǒng)計(jì)學(xué)原理計(jì)算單位面積上的位錯(cuò)缺陷數(shù)目，由于截面減小而不能滿足大樣本空間時(shí)，這個(gè)數(shù)值不再恒定2、晶體構(gòu)造越來越接近無缺陷理想晶體，強(qiáng)

14、度值也就越接近于實(shí)際強(qiáng)度值。構(gòu)造是合成加工的結(jié)果 金屬資料隨塑性加工量的增大，組織構(gòu)造發(fā)生明顯的變化：等軸晶-帶狀組織-細(xì)晶組織資料的強(qiáng)韌化-位錯(cuò)實(shí)際的建立：固溶強(qiáng)化、彌散強(qiáng)化、復(fù)相強(qiáng)化、加工硬化 相變?cè)鲰g制備/加工1資料制備與加工的定義“制備與“加工是指建立原子、分子和分子團(tuán)的新陳列，在一切尺度上從原子尺寸到宏觀尺度對(duì)構(gòu)造的控制，以及高效而有競爭力地制造資料與元件的演化過程制備是指把各種原子或分子結(jié)合起來制成資料所采用的各種化學(xué)方法和物理方法。Fe2O3+3H2=2Fe+3H2O 加工可以同樣的方式運(yùn)用，還可以指較大尺度上的改動(dòng)，包括資料制造。在資料科學(xué)與工程中，制備和加工之間的區(qū)別變得越來

15、越模糊制備是新技術(shù)開發(fā)和現(xiàn)有技術(shù)改良的關(guān)鍵性要素現(xiàn)代資料制備技術(shù)是人造資料的獨(dú)一實(shí)現(xiàn)途徑2資料制備與加工的主要內(nèi)容資料制備冶金過程冶金物理化學(xué)目的:從原料中提取出金屬 內(nèi)容: 火法冶金 煉鐵、煉銅熔鹽電冶金電解鋁、鎂 濕法冶金水溶液電解鋅熔煉與凝固凝固學(xué)實(shí)際目的: 1.金屬的精練提純2. 資料的“合金化3. 晶體的生長內(nèi)容: 1.平衡凝固2. 快速凝固3. 定向凝固4. 區(qū)域熔煉5. 玻璃的熔煉6. 熔融法提拉單晶粉末燒結(jié)燒結(jié)原理高分子聚合聚合反響目的: 實(shí)現(xiàn)小分子發(fā)生化學(xué)反響，相互結(jié)合構(gòu)成高分子。高分子聚合是人工合成三大類高分子資料：塑料、橡膠、合成纖維的根本過程。內(nèi)容: 1 . 本體聚合2

16、 . 乳液聚合3 . 懸浮聚合4 . 溶液聚合資料加工與成型加工：資料的切削 車、銑、刨、磨、切、鉆資料的成型 鑄造、拉、拔、擠、壓、鍛資料的改性 合金化、熱處置典型熱處置工藝 淬火經(jīng)過快速冷卻，獲得遠(yuǎn)離平衡態(tài)的不穩(wěn)定組織，到達(dá)強(qiáng)化資料的目的、正火在奧氏體形狀下，空氣或維護(hù)氣體冷卻獲得珠光體均勻組織，提高強(qiáng)度，改善韌性、回火淬火或正火的資料重新加熱,可以松懈淬火應(yīng)力和使組織向穩(wěn)態(tài)過度，改善資料的延展性和韌性、退火經(jīng)過緩慢冷卻，獲得接近平衡態(tài)的組織，到達(dá)均勻化、消除內(nèi)應(yīng)力的目的資料的聯(lián)接 焊接、粘接、鉚接、栓接成型：三大類資料的成型技術(shù)在資料工程中是內(nèi)容最為豐富的一部分。假設(shè)按資料的流變特性來分

17、析，那么資料的成型方法可分為三種：1.液態(tài)成型金屬的鑄造、溶液紡絲研討內(nèi)容：凝固過程 成型工藝 流變特性 2.塑變成型金屬的壓力加工A冷加工 高應(yīng)力低形變量實(shí)現(xiàn)加工硬化B熱加工 低應(yīng)力大形變量實(shí)現(xiàn)超塑性變形 3.流變成型金屬、陶瓷、高分子成型金屬的半固態(tài)成型 高分資料的熔融成型 陶瓷泥料、漿料成型 玻璃的熔融澆注外表工程外表改性-改動(dòng)資料外表的性質(zhì)1.三束外表改性激光束 組織變化；電子束 組織變化；離子束 成分、組織變化2.化學(xué)外表改性化學(xué)熱處置3.外表淬火高頻淬火、火焰淬火從工藝機(jī)理上分析，外表改性同整體資料的改性是一樣的，即：在外表實(shí)現(xiàn)資料的成分、組織與構(gòu)造的變化，到達(dá)改動(dòng)資料外表性能的目

18、的。不同點(diǎn)就是采用了特殊的能量輸入方式，使能量作用效果或成分變化僅發(fā)生在外表。外表防護(hù)1.腐蝕防護(hù)自動(dòng)防護(hù) 合金化、非晶化、高純度、外表涂鍍 被動(dòng)防護(hù) 外表涂鍍、外表改性、外表鈍化、電化學(xué)維護(hù)2.摩擦磨損防護(hù) 添加抗磨損性 添加光滑性資料復(fù)合金屬基復(fù)合資料 陶瓷基復(fù)合資料 高分子復(fù)合資料材復(fù)合的主要目的就是根據(jù)不同資料性能的優(yōu)勢互補(bǔ)、協(xié)調(diào)作用的原那么，進(jìn)展資料的設(shè)計(jì)與制備。因此資料復(fù)合的過程就是資料制備、改性、加工的一致過程。復(fù)合資料的制備過程交融了金屬、陶瓷、高分子資料制備的根本原理。目前資料科學(xué)的開展，復(fù)合的概念越來越重要，出現(xiàn)了許多新型的復(fù)合資料及制備方法3資料制備與加工和其它要素的關(guān)系

19、制備與加工提供構(gòu)造與成分產(chǎn)生運(yùn)用性能具備資料性質(zhì)4資料制備與加工的主要開展方向 在極端化的條件下，完成制備與加工過程，獲得更多的功能特性。超純條件-單晶 高壓條件-人工金剛石 低溫-超導(dǎo)體 超細(xì)-納米資料電子資料制備與加工的關(guān)鍵技術(shù) 大尺寸、高均勻性、高完好性的晶體生長技術(shù) 高精度晶片加工技術(shù) MOCVD、MBE超薄膜生長技術(shù) 高純和超高純資料純制技術(shù) 低維資料的微細(xì)加工和制備技術(shù) 電子陶瓷、磁性資料的焙燒和成型技術(shù) 資料的修飾或改性技術(shù)性質(zhì) 是功能特性和成效的描畫符，是資料對(duì)電、磁、光、熱、機(jī)械載荷的反響。1.力學(xué)性質(zhì)強(qiáng)度、硬度、剛度、塑性、韌性強(qiáng)度：資料在載荷作用下抵抗明顯的塑性變形或破壞

20、的最大才干。塑性：外力作用下，資料發(fā)生不可逆的永久性變形而不破壞的才干硬度：資料在外表上的小體積內(nèi)抵抗變形或破裂的才干。剛度：外應(yīng)力作用下資料抵抗彈性變形才干。疲勞強(qiáng)度：資料抵抗交變應(yīng)力作用下斷裂破壞的才干。蠕變性：固體資料在堅(jiān)持應(yīng)力不變的條件下，應(yīng)變隨時(shí)間延伸而添加的景象。韌性：資料從塑性變形到斷裂全過程吸收能量的才干 2.物理性質(zhì)電學(xué)性質(zhì)導(dǎo)電性、絕緣性、介電性、磁學(xué)性質(zhì)抗磁性、順磁性、鐵磁性、光學(xué)性質(zhì)光反射、光折射、光學(xué)損耗、光透性、熱學(xué)性質(zhì)導(dǎo)熱性、熱膨脹、熱容、熔化巨磁阻效應(yīng):是指磁性資料的交變阻抗隨外磁場顯著變化的效應(yīng)。電致發(fā)光：在電場的作用下電子在發(fā)光層內(nèi)高速運(yùn)動(dòng)， 激活發(fā)光資料原子

21、使其發(fā)生能級(jí)躍遷而發(fā)光。 3.化學(xué)性質(zhì)催化性質(zhì)、腐蝕性質(zhì)資料的腐蝕:資料受環(huán)境介質(zhì)的化學(xué)、電化學(xué)作用而引起的蛻變或破環(huán)景象，分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。催化性質(zhì)：可以加速化學(xué)反響，且在反響前后資料本身不被耗費(fèi)。2.資料研討手段和方法成分、構(gòu)造表征儀器如 盧瑟福背散射、射線衍射、電子探針2資料性能的檢測儀器 如：陶瓷高溫疲勞實(shí)驗(yàn)機(jī)3制備與加工過程中運(yùn)用的設(shè)備空間條件：各類反響容器、坩堝、熔煉爐 外力條件：氣壓、液壓、機(jī)械壓制、沖擊力波 介質(zhì)環(huán)境：真空設(shè)備、不同的氣氛條件 能量供應(yīng)：電力、加熱、輻照安裝、激光發(fā)生器 物質(zhì)保送：氣、液管路、機(jī)械進(jìn)給安裝4過程控制的探測元件及安裝過程控制的探測元件和安裝

22、傳感器是控制系統(tǒng)“感知加工過程的“器官。傳感器從過程中獲得的信號(hào)主要包括：聲、光、電、磁、熱、壓力、流速、濃度，等?！百Y料設(shè)計(jì)想象始于50年代，80年代后實(shí)現(xiàn)“資料設(shè)計(jì)的條件漸趨成熟。表如今以下三個(gè)方面：1根底實(shí)際的構(gòu)成和開展量子力學(xué)，統(tǒng)計(jì)力學(xué)，能帶實(shí)際，化學(xué)鍵實(shí)際等實(shí)際科學(xué)的開展使人們對(duì)資料的構(gòu)造和性質(zhì)的關(guān)系有了系統(tǒng)的了解；2計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的開展，計(jì)算機(jī)高速運(yùn)算，方式識(shí)別，數(shù)據(jù)庫技術(shù)等技術(shù)的開展，為資料設(shè)計(jì)與過程仿真的實(shí)施提供了手段；3制備與加工新技術(shù)的涌現(xiàn)，各種新型資料制備加工技術(shù)為資料設(shè)計(jì)方案的實(shí)施提供了條件，同時(shí)資料智能加工又為制備加工的優(yōu)化開辟了新方向2資料設(shè)計(jì)的內(nèi)容 成分構(gòu)造設(shè)計(jì)

23、性質(zhì)性能預(yù)測 制備加工過程的控制與優(yōu)化如 雜化資料、晶體構(gòu)造計(jì)算、相圖計(jì)算-預(yù)告新化合物、超晶格構(gòu)造設(shè)計(jì)、陶瓷纖維增韌的設(shè)計(jì)方案資料的智能加工優(yōu)點(diǎn) 實(shí)現(xiàn)資料加工的自動(dòng)化、提高資料的質(zhì)量、提高性能的重現(xiàn)性、降低產(chǎn)品的廢品資料設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)根底 ： 物理場的數(shù)值模擬方法 常用工程數(shù)學(xué)的計(jì)算機(jī)處置 幾種重要的數(shù)學(xué)軟件 計(jì)算機(jī)過程控制全過程、全要素優(yōu)化設(shè)計(jì)全過程 資料的設(shè)計(jì)、制備與加工、支持與維護(hù)、廢棄與回收全要素 性能目的、加工性、環(huán)境要素、失效分析、本錢目的資料“四要素 的典型案例分析2鋁合金資料 1.密度低、比強(qiáng)度高。純鋁的密度為2700kg/m3，僅為鐵的1/4。2.優(yōu)良的物理、化學(xué)性能。導(dǎo)電性

24、能好、磁化率低、耐腐蝕等。3.加工性能好。鑄造性能好、易于塑性變形，經(jīng)熱處置后還具有很高的強(qiáng)度鋁中參與合金元素后，可提高合金的強(qiáng)度，并堅(jiān)持良好的加工性能。時(shí)效強(qiáng)化 固溶強(qiáng)化 彌散強(qiáng)化 細(xì)晶強(qiáng)化摻雜鎢絲的設(shè)計(jì)與研制純鎢絲在運(yùn)用時(shí)，會(huì)發(fā)生再結(jié)晶過程，最后構(gòu)成等軸狀組織構(gòu)造。資料中有大量的均勻分布的孔洞，深化研討發(fā)現(xiàn)是鉀元素的富集區(qū)五、構(gòu)造資料構(gòu)造資料是主要利用資料的強(qiáng)度、韌性、彈性等力學(xué)性能，用于制造在不同環(huán)境下任務(wù)時(shí)接受載荷的各種構(gòu)造件和零部件的一類資料，即機(jī)械構(gòu)造資料和建筑構(gòu)造資料。1.鋼鐵資料1)純鐵:工業(yè)純鐵強(qiáng)度低、硬度低、塑性好，普通不用于構(gòu)造資料。2)鑄鐵:碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于2.11%的

25、鐵碳合金稱之為鑄鐵，通常還含有較多的Si、Mn、S、P等元素。1.根據(jù)石墨化程度的不同，鑄鐵的類型和組織也不同。白口鑄鐵：完全按照Fe-Fe3C 相圖進(jìn)展結(jié)晶而得到的鑄鐵。其中碳全部以滲碳體(Fe3C)方式存在，斷口呈雪白色。灰口鑄鐵：其中碳主要以片狀石墨外形存在，斷口為暗灰色，常見的鑄鐵件多數(shù)是灰口鑄鐵?？慑戣T鐵：由一定成分的白口鑄鐵經(jīng)石墨化退火處置而獲得，其中碳大部分或全部以團(tuán)狀石墨方式存在，由于具有較灰口鑄鐵高得多的塑性和韌性，習(xí)慣上稱為可鍛鑄鐵，實(shí)踐上并不可鍛。球墨鑄鐵：鐵水在澆注前經(jīng)球化處置，其中碳大部分或全部以球狀石墨方式存在，機(jī)械性能高，消費(fèi)工藝比可鍛鑄鐵簡單，近年來日益得到廣泛

26、的運(yùn)用。蠕墨鑄鐵：碳以蠕蟲狀石墨方式存在，介于片狀和球狀石墨之間此外，為了滿足一些特殊要求，向鑄鐵中參與一些合金元素，如Cr、Cu、Al、B等，可得到耐蝕、耐熱及耐磨等特性的合金鑄鐵。2.石墨對(duì)鑄鐵的作用：切削加工性能優(yōu)，鑄造性能良好，良好的減振性，具有耐磨性，對(duì)缺口不敏感。3)碳鋼按碳的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)分類低碳鋼,中碳鋼,高碳鋼,鑄鐵(含碳量越高，硬度、強(qiáng)度越高，但塑性降低。)按鋼的質(zhì)量分類(主要是雜質(zhì)硫、磷的含量)普通碳素鋼，優(yōu)質(zhì)碳素鋼，高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素鋼按用途分類碳素構(gòu)造鋼主要用于橋梁、船舶、建筑構(gòu)件、機(jī)器零件等，碳素工具鋼主要用于刀具、模具、量具等4.碳鋼的常規(guī)熱處置1退火：將鋼加熱到適當(dāng)溫度，

27、保溫一定時(shí)間，然后緩慢冷卻隨爐冷卻，以獲得接近于平衡形狀組織的熱處置工藝。2正火：將鋼件加熱到AC3和Acm以上3050度，堅(jiān)持適當(dāng)時(shí)間后，在空氣中冷卻，得到珠光體類組織的熱處置工藝。3淬火：將鋼件加熱到奧氏體化后，快速冷卻，使組織轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的熱處置工藝。所得的馬氏體的形狀與鋼的成分、原始奧氏體晶粒的大小以及構(gòu)成條件有親密關(guān)系。奧氏體晶粒越小，馬氏體越細(xì)。4回火：淬火或正火的資料重新加熱,可以松懈淬火應(yīng)力和使組織向穩(wěn)態(tài)過度，改善資料的延展性和韌性。4合金鋼1.按所含合金元素的多少分低合金鋼總質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于5，中合金鋼總質(zhì)量分?jǐn)?shù)510，高合金總質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于10按主要合金元素種類分鉻鋼 錳鋼 鉻鎳

28、鋼 硅錳鋼 按用途分構(gòu)造鋼，工具鋼，特殊性能鋼4.合金元素與鐵的作用合金元素參與鋼中，首先溶于鐵構(gòu)成固溶體，超越溶解度極限時(shí)與碳構(gòu)成化合物。合金元素溶與鐵，構(gòu)成合金鐵素體或合金奧氏體。合金元素溶于鐵素領(lǐng)會(huì)使鋼的室溫強(qiáng)度提高，這種作用稱為固溶強(qiáng)化。5.合金元素與碳的作用對(duì)于與碳的親和力較弱的合金元素，不與碳發(fā)生作用，只溶于鐵素體或奧氏體中；對(duì)于與碳的親和力較強(qiáng)的合金元素，當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低時(shí)，與鐵構(gòu)成合金滲碳體，當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高時(shí)，構(gòu)成合金碳化物。6.不銹鋼：能在大氣和普通腐蝕性介質(zhì)中具有很高耐蝕性的鋼種。主要用來制造在各種腐蝕性介質(zhì)中任務(wù)并具有較高抗腐蝕才干的零件或構(gòu)造件。廣泛用于石油、化工、原子能

29、、海洋開發(fā)、國防和一些先端科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。不銹鋼中合金元素的作用1耐腐蝕性要求越高，碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)越低；2參與主要的合金元素Cr。Cr能提高基體的電極電位。在氧化性介質(zhì)中極易鈍化，構(gòu)成致密的氧化膜，提高耐腐蝕性；3參與合金元素Ni?？色@得單項(xiàng)的奧氏體組織，顯著提高耐腐蝕性并改善鋼的塑性，經(jīng)過熱處置還可以改善鋼的強(qiáng)度；4參與合金元素Mo、Cu等：提高鋼在非氧化性酸中的耐腐蝕才干。5參與合金元素Ti、Nb等：能優(yōu)先同C構(gòu)成穩(wěn)定的碳化物，使Cr保管在基體中，防止晶界貧Cr，提高鋼的耐腐蝕性。6參與合金元素Mn、N等：部分替代Ni以獲得奧氏體組織，并能提高鉻不銹鋼在有機(jī)酸中的耐腐蝕性。2.有色金屬資料1

30、鋁及鋁合金1.鋁及鋁合金特點(diǎn):1密度低、比強(qiáng)度高。純鋁的密度為2700kg/m3，約為鐵的1/3。2優(yōu)良的物理、化學(xué)性能。導(dǎo)電性能好、磁化率低、耐腐蝕等。3加工性能好。鑄造性能好、易于塑性變形，經(jīng)熱處置后還具有很高的強(qiáng)度。2.合金元素的作用鋁中參與合金元素后，可提高合金的強(qiáng)度，并堅(jiān)持良好的加工性能。銅及銅合金1.銅及銅合金特點(diǎn)1導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能好、耐腐蝕等，是抗磁資料。2加工性能好。容易冷熱成形，鑄造銅合金鑄造性能好。3具有某些特殊力學(xué)性能。比如優(yōu)良的減摩性和耐摩性高的彈性極限和疲勞強(qiáng)度。4色澤美觀。2.銅合金銅中參與合金元素后，可提高合金的強(qiáng)度，并堅(jiān)持良好的加工性能。黃銅;以Zn為主要合金元素

31、。良好的加工性能，優(yōu)良的鑄造性能，耐腐蝕性能也好。青銅;以Sn為主要合金元素。用于鑄造外形復(fù)雜的零件?？垢g性比黃銅還好。白銅;以Ni為主要合金元素。具有較好的強(qiáng)度和塑性，能進(jìn)展冷加工變形，抗腐蝕性能也好。白銅線是國際上運(yùn)用比較廣泛的一種耐蝕性資料和裝飾構(gòu)造資料，在儀器儀表、機(jī)電、化工、衛(wèi)生和日用五金等工業(yè)部門用于制造耐蝕、彈性元件、醫(yī)療器械和日用裝飾品等。銅鈹合金：屬時(shí)效析出強(qiáng)化的銅基合金，經(jīng)淬火時(shí)效處置后具有高的強(qiáng)度、硬度、彈性極限，并且穩(wěn)定性好，具有耐蝕、耐磨、耐疲勞、耐低溫、無磁性、導(dǎo)電導(dǎo)熱性好等一系列優(yōu)點(diǎn)。3鈦及鈦合金1.型：鈦中加鋁、硼等穩(wěn)定元素獲得Ti合金。室溫強(qiáng)度較低，但高溫強(qiáng)

32、度很高?？寡趸?、抗蠕變性以及焊接性能良好。2.型：鈦中參與鉬、鉻、釩等元素后可獲得Ti合金。強(qiáng)度高，沖壓性能好，并可經(jīng)過淬火和時(shí)效熱處置獲得強(qiáng)化。3.+型塑性好，容易鍛造、壓延和沖壓，并可經(jīng)過固溶和時(shí)效進(jìn)展強(qiáng)化。熱處置后的強(qiáng)度可提高50-100。4鎂及鎂合金鎂及鎂合金特點(diǎn)1比重?。轰X的2/3，鐵的1/42比強(qiáng)度高:比鋁合金高50MPa，碳鋼的2倍3減震性好：阻尼性優(yōu)于鑄鐵4抗沖擊：優(yōu)于鋁合金和軟鋼5切削性好：切削力為鋁和軟鋼的1/26電磁屏蔽優(yōu)良:可屏蔽頻率范圍較廣7易再生利用：可節(jié)約資源、維護(hù)環(huán)境3.陶瓷資料1陶瓷的物質(zhì)構(gòu)造1.陶瓷資料的相組成晶體相、玻璃相、氣相氣孔1晶體相是陶瓷資料最主

33、要的組成相，主要是某些固溶體或化合物，其構(gòu)造、形狀、數(shù)量及分布決議了陶瓷資料的特性和運(yùn)用。晶體相又分為主晶相、次晶相和第三相。陶瓷中晶體相主要有含氧酸鹽硅酸鹽、鈦酸鹽等、氧化物MgO，Al2O3、非氧化物SiC，Si3N4等。2玻璃相的作用是將分散的晶體相粘結(jié)起來，填充晶體之間的空隙，提高資料的致密度；降低燒成溫度，加快燒結(jié)過程；阻止晶體轉(zhuǎn)變、遏止晶粒長大。玻璃相是陶瓷資料中原子不規(guī)那么陳列的組成部分，其構(gòu)造類似于玻璃。玻璃相對(duì)陶瓷強(qiáng)度、介電常玻璃相 數(shù)、耐熱性能是不利的。3氣相氣孔陶瓷中氣孔主要是坯體各成分在加熱過程中單獨(dú)或相互發(fā)生物理、化學(xué)作用所生成的空隙。這些空隙可由玻璃相來填充，還有少

34、部分殘留下來構(gòu)成氣孔。氣孔對(duì)陶瓷的性能是不利的。它降低資料的強(qiáng)度，是呵斥裂紋的根源。2.陶瓷資料的結(jié)合鍵陶瓷資料的組成相的結(jié)合鍵為離子鍵MgO、Al2O3、共價(jià)鍵金剛石、Si3N4以及離子鍵與共價(jià)鍵的混合鍵。1以離子鍵結(jié)合的晶體稱為離子晶體。離子晶體在陶瓷資料中占有很重要的位置。它具有強(qiáng)度高、硬度高、熔點(diǎn)高等特點(diǎn)。但這樣的晶體脆性大，無延展性，熱膨脹系數(shù)小，固態(tài)時(shí)絕緣，但熔融態(tài)可導(dǎo)電等特點(diǎn)。金屬氧化物晶體主要以離子鍵結(jié)合，普通為透明體。2以共價(jià)鍵結(jié)合的晶體稱為共價(jià)晶體。共價(jià)晶體具有方向性和飽和性，因此共價(jià)鍵晶體的原子堆積密度較低。共價(jià)鍵晶體具有強(qiáng)度高、硬度高、熔點(diǎn)高、構(gòu)造穩(wěn)定等特點(diǎn)。但它脆性大

35、，無延展性，熱膨脹系數(shù)小，固態(tài)、熔融態(tài)時(shí)都絕緣。最硬的金剛石、SiC、Si3N4、BN等資料都屬于共價(jià)晶體。2陶瓷的性能特點(diǎn)1.力學(xué)性能1硬度：陶瓷的硬度很高，多為1000Hv1500Hv普通淬火鋼的硬度500800Hv。陶瓷硬度高的緣由是離子晶體中離子堆積密度大、以及共價(jià)晶體中電子云的重疊程度高引起的。2剛度：陶瓷的剛度很高。剛度是由彈性模量衡量的，而彈性模量又反映其化學(xué)鍵的鍵能。離子鍵和共價(jià)鍵的鍵能都要高于金屬鍵，因此陶瓷資料的彈性模量要高于金屬資料。3強(qiáng)度：陶瓷資料的強(qiáng)度取決于鍵的結(jié)合力，實(shí)際強(qiáng)度很高。但陶瓷中由于組織的不均勻性，內(nèi)部雜質(zhì)和各種缺陷的存在，使得陶瓷資料的實(shí)踐強(qiáng)度要比實(shí)際強(qiáng)

36、度低100多倍。陶瓷資料的強(qiáng)度也受晶粒大小的影響。晶粒越細(xì)，強(qiáng)度越高。此外，陶瓷資料普通具有優(yōu)于金屬資料的高溫強(qiáng)度，高溫抗蠕變才干，且有很高的抗氧化性。常用于高溫資料。4塑性與韌性：陶瓷資料的塑性和韌性較低，這是陶瓷資料最大的弱點(diǎn)。陶瓷資料遭到載荷時(shí)在不發(fā)生塑性變形的情況下，就發(fā)生斷裂。斷裂是裂紋構(gòu)成和擴(kuò)展的過程。陶瓷內(nèi)部和外表所產(chǎn)生的微裂紋，由于裂紋尖端的應(yīng)力集中，內(nèi)部裂紋在遭到外應(yīng)力時(shí)擴(kuò)展很快，這是導(dǎo)致陶瓷資料斷裂的根本緣由。2.熱學(xué)性能1熱容：陶瓷資料在低溫下熱容小，在高溫下熱容增大。2熔點(diǎn)：陶瓷資料由離子鍵和共價(jià)鍵結(jié)合，因此具有較高的熔點(diǎn)。3熱膨脹：陶瓷資料的熱膨脹系數(shù)小，這是由晶體構(gòu)

37、造和化學(xué)鍵決議的。普通為105106/K。3.電學(xué)性能陶瓷資料是良好的絕緣體。可用于隔電的絕緣資料；陶瓷還具有介電特性，可作為電器的介質(zhì)。陶瓷的介電損耗很小，可大量制造高頻、高溫下任務(wù)的器件。4.光學(xué)性能陶瓷資料由于晶界和氣孔的存在，普通是不透明的?？梢越?jīng)過燒結(jié)方法的改動(dòng)和控制晶粒的大小，制備出透明的氧化物陶瓷。構(gòu)造陶瓷的種類 氧化物構(gòu)造陶瓷鎂，鋅，鈹特點(diǎn)：化學(xué)穩(wěn)定性好、抗氧化性強(qiáng)、熔融溫度高、高溫強(qiáng)度高。 炭化物構(gòu)造陶瓷碳化硅特點(diǎn)：高耐火度、高硬度、高耐磨性。SiC陶瓷有兩種晶體構(gòu)造：SiC 和SiC。前者屬六方晶系，是高溫穩(wěn)定相；后者屬等軸晶系，是低溫穩(wěn)定相。 氮化物構(gòu)造陶瓷氮化硅特點(diǎn)：高

38、耐火度、高硬度、高耐磨性。Si3N4陶瓷是強(qiáng)共價(jià)鍵資料，原子結(jié)合力強(qiáng)，屬六方晶系。4.玻璃資料1定義：凡熔融體經(jīng)過一定方式冷卻，因黏度逐漸添加而具有固體性質(zhì)與一定構(gòu)造特征的非晶態(tài)物質(zhì)，都稱為玻璃。2種類鈉鈣玻璃，石英玻璃，鉛玻璃，硼硅酸鹽玻璃，磨光玻璃。鋼化玻璃微晶玻璃，磨砂玻璃，變色玻璃，色玻璃，夾層玻璃，壓花玻璃3玻璃的性質(zhì)1力學(xué)性質(zhì)實(shí)際強(qiáng)度高，實(shí)踐強(qiáng)度低。抗壓強(qiáng)度高，抗拉強(qiáng)度低。硬度高，脆性大。2物理性質(zhì)高度透明，具有很重要的光學(xué)性質(zhì)。能投可見光和紅外線。3化學(xué)性質(zhì)化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，抗酸腐蝕，但不抗堿。5.水泥資料1定義：水泥是一種參與適量水后，成為塑性漿體的，既能在空氣中硬化，又能在水中硬

39、化的，并能把砂、石等資料結(jié)實(shí)地膠結(jié)在一同的水硬性膠凝資料。2水泥的種類硅酸鹽水泥，鋁酸鹽水泥，火山灰水泥，氟鋁酸鹽水泥，硫鋁酸鹽水泥6.高分子資料1。高分子的含義：1分子量很大104-107，甚至更大。2分子似“一條鏈，由許多一樣的構(gòu)造單元組成。3以共價(jià)鍵的方式反復(fù)銜接而成。2與小分子比較1分子量不確定，只需一定的范圍，是分子量不等的同系物的混合物；2沒有固定熔點(diǎn)，只需一段寬的溫度范圍；3分子間力很大，沒有沸點(diǎn)，加熱到2000C-3000C以上，資料破壞降解或交聯(lián)。3熱塑性與熱固性熱塑性塑料：受熱后軟化，冷卻后又變硬，可反復(fù)循環(huán)。熱固性塑料：由單體直接構(gòu)成網(wǎng)狀聚合物或經(jīng)過交聯(lián)線型預(yù)聚體而構(gòu)成，

40、一旦構(gòu)成交聯(lián)聚合物，受熱后不能再回到可塑形狀。制品不溶不熔。優(yōu)點(diǎn)：質(zhì)輕、電絕緣、耐化學(xué)腐蝕、容易成形加工等；缺陷：力學(xué)性能比金屬資料差，外表硬度低，大多數(shù)種類易燃，耐熱性差。4高分子資料分類1、按資料來源分類天然高分子，合成高分子2、按資料性能和用途分類塑料，橡膠，纖維三大合成資料，涂料，粘合劑，功能高分子3、按構(gòu)造單元的化學(xué)組成分類碳鏈高分子，雜鏈高分子，元素有機(jī)高分子，無機(jī)高分子7.復(fù)合資料1定義：復(fù)合資料是由兩種或兩種以上物理、化學(xué)、力學(xué)性能不同的物質(zhì)，經(jīng)人工組合而成的多相固體資料。2復(fù)合資料的種類1構(gòu)造復(fù)合資料：金屬基復(fù)合資料，陶瓷基復(fù)合資料，樹脂基復(fù)合資料，水泥基復(fù)合資料2功能復(fù)合資

41、料：導(dǎo)電導(dǎo)磁復(fù)合資料，阻尼吸聲復(fù)合資料，屏蔽功能復(fù)合資料。摩擦磨損復(fù)合資料3復(fù)合資料的性能特點(diǎn) 比強(qiáng)度和比彈性模量高，復(fù)合資料的比強(qiáng)度和比模量普遍高于常用金屬資料的 抗疲勞與斷裂平安性能好，大量的加強(qiáng)纖維對(duì)裂紋的擴(kuò)展起到妨礙作用。 良好的減震性能，纖維加強(qiáng)復(fù)合資料具有較高的自震頻率，不易產(chǎn)生共振景象，具有一定的減震作用。 良好的高溫性能，加強(qiáng)纖維的熔點(diǎn)都很高，并且在高溫下仍具有較高的強(qiáng)度。4復(fù)合資料的開展趨勢 由宏觀復(fù)合向微觀復(fù)合開展微纖加強(qiáng)復(fù)合資料、納米復(fù)合資料、分子復(fù)合資料 向多元混雜復(fù)合和超混雜復(fù)合開展例如兩種纖維的復(fù)合運(yùn)用，兩種基體的復(fù)合運(yùn)用等 由構(gòu)造復(fù)合為主向構(gòu)造復(fù)合與功能復(fù)合并重的

42、方向開展功能復(fù)合資料的開發(fā)與運(yùn)用等 由被動(dòng)復(fù)合向自動(dòng)復(fù)合資料開展所謂被動(dòng)就是指在外界作用下資料只能被動(dòng)接受某種作用或作出某種反響。自動(dòng)資料就是指具備能自診斷、自順應(yīng)和自修補(bǔ)作用資料。 由常規(guī)設(shè)計(jì)向仿生設(shè)計(jì)方向開展仿生設(shè)計(jì)就是利用某種生物體的特征，設(shè)計(jì)資料。仿生設(shè)計(jì)可以參照生物體的功能機(jī)制設(shè)計(jì)出新的功能資料。六、功能資料具有某種優(yōu)良的電學(xué)、磁學(xué)、熱學(xué)、聲學(xué)、光學(xué)、化學(xué)和生物學(xué)功能及其相互轉(zhuǎn)化的功能，被用于非構(gòu)造目的高技術(shù)資料。1.超導(dǎo)資料1超導(dǎo)資料：在一定溫度以下，資料電阻為零，物體內(nèi)部失去磁通成為完全抗磁性的物質(zhì)。這一特定溫度稱為轉(zhuǎn)變溫度、或臨界溫度Tc。2超導(dǎo)資料的兩個(gè)根本特征1零電阻效應(yīng)物

43、質(zhì)在一特定的溫度下沒有電阻。零電阻是超導(dǎo)體的根本特征之一，稱為零電阻效應(yīng)。2邁斯納效應(yīng)超導(dǎo)態(tài)的物質(zhì)完全排斥磁場，即磁力線不能進(jìn)入超導(dǎo)體內(nèi)部。這一特征稱為完全抗磁性或邁斯納效應(yīng)。超導(dǎo)資料的臨界參數(shù)1臨界溫度具有超導(dǎo)景象的資料稱為超導(dǎo)資料，這一特定溫度稱為轉(zhuǎn)變溫度、或臨界溫度Tc。2臨界磁場溫度低于Tc時(shí)，當(dāng)磁場值超越某一臨界值Hc時(shí)，資料就從超導(dǎo)態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檎B(tài)，Hc就稱為臨界磁場。3臨界電流密度當(dāng)電流密度J超越某一值Jc時(shí)，超導(dǎo)體出現(xiàn)電阻景象，Jc就稱為臨界電流密度。4超導(dǎo)資料分類1.運(yùn)用范圍強(qiáng)電超導(dǎo)資料：可接受大電流和強(qiáng)磁場超導(dǎo)電子資料：利用約瑟夫結(jié)效應(yīng)，僅涉及小電流和弱磁場化學(xué)組成元素超導(dǎo)體

44、，合金超導(dǎo)體，化合物超導(dǎo)體，氧化物超導(dǎo)體5高溫超導(dǎo)資料：臨界溫度Tc到達(dá)液氮77K以上的超導(dǎo)資料。6超導(dǎo)資料的運(yùn)用開發(fā)新能源超導(dǎo)受控?zé)岷朔错懚?，超?dǎo)磁流體發(fā)機(jī)，超導(dǎo)懸浮列車，超導(dǎo)儲(chǔ)能，科學(xué)研討領(lǐng)域，醫(yī)學(xué)和生物學(xué)運(yùn)用核磁共振成像技術(shù)，約瑟夫結(jié)器件，節(jié)約能源超導(dǎo)輸電，超導(dǎo)發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)超導(dǎo)變壓器納米資料納米資料的特點(diǎn)1界面構(gòu)造界面占有可與微粒整體相比的體積分?jǐn)?shù)。納米晶體的界面構(gòu)造既不是非晶態(tài)的長程有序，也不是非晶態(tài)的短程有序。而是一種類似于氣態(tài)的更無序陳列的構(gòu)造。2晶粒構(gòu)造納米尺寸的晶粒構(gòu)造與完好晶格也有差別。納米晶粒在一定程度上表現(xiàn)出點(diǎn)畸變效應(yīng)，點(diǎn)陣常數(shù)偏離平衡值。3晶界偏聚納米晶體中，溶質(zhì)原子

45、或雜質(zhì)原子易在晶界上偏聚，從而降低晶界能。納米資料的性能1.力學(xué)性能1強(qiáng)度高例如納米銅的屈服強(qiáng)度高達(dá)350MPa，而冷扎態(tài)晶銅為260MPa，退火態(tài)粗晶銅為70MPa。2塑性低納米資料的塑性都很低，且塑性隨晶粒的減小而降低。主要緣由是缺陷密度添加。3彈性模量納米資料的彈性模量比多晶資料低1550。2.熱學(xué)性能1納米資料界面體積分?jǐn)?shù)大，具有較大的總界面能，使其熔點(diǎn)大大下降。2納米資料的熱容比多晶資料的大。3納米資料制備方法1氣相冷凝法：其中納米微粒采用氣相冷凝制得。然后再經(jīng)過壓制、燒結(jié)等環(huán)節(jié)制備納米資料的方法。2球磨法：可以降低粉粒尺寸，固態(tài)合金化、混合或交融，以及改動(dòng)粉粒的外形。球磨法可以制備

46、納米晶純金屬、不互溶體系的固溶體納米晶、納米非晶、納米金屬間化合物以及納米金屬陶瓷復(fù)合資料等。3非晶晶化法：先將原料用急冷技術(shù)制成非晶薄帶或薄膜，控制晶化退火時(shí)間和溫度，使非晶全部或部分晶化，生成尺寸為納米級(jí)的粉粒。4溶膠凝膠法：將易于水解的金屬化合物與水溶劑中水發(fā)生水解與縮聚反響而逐漸凝膠化，再講過枯燥、燒結(jié)等過程，可制得納米資料。3.能源資料新能源資料指正在開展的，能夠支撐新能源體統(tǒng)的建立，滿足各種新能源及節(jié)能技術(shù)所要求的一類資料。1新能源資料的種類：新型二次電池資料，燃料電池資料，太陽電池資料，儲(chǔ)氫資料4.熱電資料熱敏資料能把熱轉(zhuǎn)化為電的資料就稱之為熱電資料。熱電導(dǎo)資料又稱熱敏資料。本質(zhì)

47、上是溫敏資料，重要的傳感器資料。1正溫度系數(shù)熱電資料溫度升高，資料的電導(dǎo)率添加。這類資料多半時(shí)具有半導(dǎo)性的金屬氧化物和過渡金屬的復(fù)合氧化物2負(fù)溫度系數(shù)熱電資料溫度升高，資料的電導(dǎo)率下降。這類資料主要是摻雜半導(dǎo)體陶瓷如鑭摻雜鈦酸鋇，鈦酸鍶陶瓷等。3熱電導(dǎo)資料的運(yùn)用熱電導(dǎo)資料可以作熱敏電阻等熱敏元件。這類合金有鈷基、鎳基和鐵基，它們廣泛運(yùn)用與航空、航天器的大氣溫度加熱器、家用電器元件，如電褥、電熨斗、電烙鐵等。半導(dǎo)體熱點(diǎn)資料還可以作半導(dǎo)體熱敏器件，如二極管溫度敏感器、半導(dǎo)體熱敏傳感器等。熱電導(dǎo)資料還可用作紅外探測器元件，如紅外成像集成陣列等。4熱釋電資料的種類1.晶體可以是單晶也可以是陶瓷。這類熱

48、釋電晶體可以分為具有自發(fā)極化，但自發(fā)極化不能為外電場所轉(zhuǎn)向的晶體，如電氣石、CaS、CaSe、ZnO等，以及自發(fā)極化可以為外電場轉(zhuǎn)向的晶體，如LiTaO3、PbTiO3等2.有機(jī)高聚物晶體如聚偏二氟乙烯PVDF等熱釋電資料。3.熱釋電資料的運(yùn)用熱釋電資料可作熱釋電探測器運(yùn)用。其中鋯鈦酸鉛PbZr，TiO3鐵電順電相變陶瓷資料，由于改性減少了熱滯，使它顯示了良好的熱釋電性能，已制成了單個(gè)探測器和矩陣，在紅外探測和熱成像系統(tǒng)中得到運(yùn)用。5.生物醫(yī)學(xué)資料1按資料屬性分類：醫(yī)用金屬及合金醫(yī)用不銹鋼，醫(yī)用鈷基合金，醫(yī)用鈦及鈦合金，生物陶瓷氧化鋁、氧化鋯、磷酸鈣、碳素，醫(yī)用高分子醫(yī)用聚乙烯、聚氨酯、聚硅氧烷，醫(yī)用復(fù)合資料羥基磷石灰加強(qiáng)聚乙烯，碳纖維加強(qiáng)聚乳酸，生物衍生資料豬心瓣膜、再生膠原、殼聚糖、凝膠2按與生體間相互作用分類：生物惰性資料，生物活性資料與可降解生物資料，細(xì)胞與基因活性生物