镍钛形状记忆合金材料的应用及发展
本科毕业论文
题目：镍钛形状记忆合金材料的应用及发展
学院：化学与化工学院
班级：09化学六班
姓名：赵凤
指导教师：田静职称：讲师
完成日期：2013 年06 月01 日
镍钛形状记忆合金材料的应用及发展
摘要:随着科技的发展，形状记忆合金（简称SMA）作为一种新型的功能材料广泛应用于各个领域。形状记忆合金现在已经成为功能材料领域中的研究热点之一，它是二十年代发展起来的一种新型功能材料。本文主要介绍了形状记忆合金中的一种合金即Ni-Ti形状记忆合金的一些特性，综述了Ni-Ti形状记忆合金的发展历史，研究现状，及其在航天航空、能源、医疗器械、建筑、汽车等各个领域的应用特点，最后分析了Ni-Ti形状记忆合金的发展趋势。
关键字:镍钛合金 ; 形状记忆合金 ; 形状记忆效应 ; 应用；发展
目录
1 引言 (1)
2 形状记忆合金的简介 (1)
2.1 形状记忆合金的分类 (1)
2.1.1 镍-钛基形状记忆合金 (2)
2.1.2 铜基形状记忆合金 (2)
2.1.3 铁基形状记忆合金 (2)
2.2 形状记忆合金的特性 (2)
2.2.1 形状记忆效应 (2)
2.2.2 超弹性效应 (2)
2.2.3 阻尼特性 (2)
2.2.4 电阻特性 (3)
3 形状记忆合金的发展历史 (3)
4 Ni-Ti形状记忆合金的重要性 (4)
5 Ni-Ti形状记忆合金的研究现状 (4)
6 Ni-Ti形状记忆合金的应用 (5)
6.1 在航天航空方面的应用 (5)
6.2 在能源方面的应用 (6)
6.3 在医疗器械方面的应用 (6)
6.4 在建筑方面的应用 (6)
6.5 在汽车方面的应用 (7)
7 Ni-Ti形状记忆合金的发展趋势 (7)
参考文献 (7)
Abstract (9)
致谢 (10)
1 引言
形状记忆材料是具有形状记忆效应的一种特殊功能材料，这种集感知和驱动于一体的新型功能材料可以成为智能材料结构。除了一些合金材料外，还有一些非金属材料如高聚物和陶瓷也具有形状记忆效应，也属于形状记忆材料。在这些材料中，应用范围较广、较为重要的形状记忆材料是形状记忆合金(Shape Memory Alloy简称SMA）。这种合金能够记忆原有的形状，而且记忆效果相当好，有些合金甚至反复改变几百万次后仍然能够在一定条件下完全恢复为原来的形状。形状记忆合金通常是由两种以上的金属元素构成的，具有一定的初始形状，在低温下经过处理发生形变并固定成另一种形状后，再通过加热、光照或通电等处理使合金升高温度，一直升到某一临界温度以上，然后就可以恢复成初始的形状，而这种效应就称为形状记忆效应(Shape Memory Effect ,简称为SME)。形状记忆效应最早是由Chang和Read在研究金镉的相变可逆性时发现的。随后在铜基合金和镍钛合金中也发现了形状记忆效应。形状记忆合金是一种有记忆能力的金属材料,具有形状记忆效应。对于普通的金属材料，受到外力作用时，当应力超过屈服强度而产生塑性形变，应力去除后，塑性形变就会永久保留了下来，不能恢复为原来的形状。而对于具有形状记忆效应的金属合金，当合金受到外力作用产生塑性形变，在加载过程中应变随应力增加，卸载时会产生残余应变，将合金在一定温度下加热，残余应变降为零，合金就会全部恢复为原状。一些研究表明,很多金属合金材料都具有形状记忆效应,但是只有那些在形状变化过程中能够产生较大回复应变和较大形状回复力的记忆合金,才具有利用的价值。到目前为止,世界上应用得最多的是镍钛基合金和铜基合金。现在市场上已经出现了大量的利用形状记忆合金的特殊性能而制造的产品。形状记忆合金在空间技术、医疗器械、机械器具、电子设备、能源开发、汽车工业以及日常生活各方面都得到了广泛的应用。形状记忆合金是能将自身的塑性变形在某一特定温度下自动恢复为原始形状的合金。形状记忆合金除了具有独特的形状记忆功能外，还具有耐磨损、抗腐蚀、高阻尼和超弹性等优异特点。
2 形状记忆合金的简介
2.1 形状记忆合金的分类
到目前为止，已经被开发出来的形状记忆合金主要有镍钛基、铜基和铁基这三种金属合金。在这三大类形状记忆合金中，根据不同的要求和工作环境，分别在基体中加入和调整一些合金元素的量，使得每一个大类的合金中都有一系列合
金被开发出来，将这些形状记忆合金应用在各行各业，来满足各种不同的特殊需求[1]。
2.1.1 镍-钛基形状记忆合金
镍钛形状记忆合金是开发的最早的一种记忆合金，它的形状记忆效应最稳定，相对比较成熟。这种记忆合金已经在航天工业、能源、医疗、建筑、汽车工业、电子工业及人类生活的各个领域获得应用。但是由于它的原材料镍、钛价格昂贵，并且加工成本高等这些因素，其应用受到了限制[2]。
2.1.2 铜基形状记忆合金
铜基形状记忆合金由于价格便宜、原材料来源广泛、易于加工和制造等原因而得到了迅速的发展。这种合金可以应用于机械、能源、宇航、电气、医学、日用工程等方面用于制作各种在温度变化时造成形状记忆效应的敏感元件。铜基形状记忆合金是这三类合金中种类最多的的一类，但有实际应用价值的目前只有Cu-Zn-Al和Cu-Al-Ni两种[3]。
2.1.3 铁基形状记忆合金
铁基形状记忆合金虽然发展较晚，但是由于它的成本较镍钛基和铜基合金低得多、强度较高、记忆性能适中、塑性好、易于加工、使用方便等优点，使得铁基记忆合金在石油、机械、化工等应用方面有明显的竞争优势。而且这种记忆合金被认为是一种具有广泛应用前景的特殊功能材料，受到了广泛的关注[3]。
2.2 形状记忆合金的特性
2.2.1 形状记忆效应
具有一定初始形状的形状记忆合金，在某一低温状态下经过塑性形变并固定成另一形状后，通过加热合金使温度升高到一定值，然后合金又恢复到了原来的形状，这种效应称为形状记忆效应（Shape Memory Effect简称SME）。形状记忆效应按形状恢复情况可以分为单程形状记忆效应、双程形状记忆效应和全程记忆效应[4]。
2.2.2 超弹性效应
当形状记忆合金受到外力作用时就会发生塑性形变，去除外力后记忆合金就会恢复原来的形状，这种效应就称为超弹性效应。形状记忆合金在发生超弹性形变时，会诱发马氏体相变，当去除外力后，又会发生马氏逆相变[4]。
2.2.3 阻尼特性
形状记忆合金由于热弹性马氏体相变，生成了大量的结构相同、取向不同的
马氏体变体，并且变体之间的界面能和马氏体内部的孪晶界面能都非常低，比较容易迁移，从而能够有效地减弱震动、冲击等外来的机械能，所以形状记忆合金的阻尼特性特别好，可以用来做防震材料和消声材料[5]。
2.2.4 电阻特性
经过研究表明，对于初始组织为马氏体的镍钛合金，在拉伸过程中电阻与应变之间呈线性关系；对于初始组织为奥氏体或奥氏体、马氏体两者混合的镍钛合金，当发生应力诱发马氏体相变后，曲线的斜率会降低，相变前后电阻-应变关系保持线性关系[5]。
3 形状记忆合金的发展历史
1951年，美国依利诺斯大学的Riido研究小组在进行的一次试验中偶然发现金-镉合金有记忆形状的特性，但在当时这种现象被认为是这一合金的特殊现象，并且只有在做成单晶时才会产生这种现象，同时还因为这种单晶的造价昂贵等问题的存在，从而未引起应有的重视[6]。
1963年,美国海军军械研究室的成员们在一项实验中需要一些镍钛合金丝,但是他们领回来的合金丝都是弯弯曲曲的。为了使用的时候比较方便，于是他们就将这些弯弯曲曲的合金细丝一根一根的拉直后使用。在后来的实验中出现了一种奇怪的现象，当加热这些合金使他们的温度升高到一定值的时候，这些已经被拉直的合金丝突然又魔术般地快速恢复到原来弯弯曲曲的形状，而且恢复后的形状和原来的形状几乎没有变化。再反复多次进行试验，每次得出的结果都是一样的，被拉直的合金丝只要达到一定的温度，就会立即恢复为原来的形状。就好像在从前被“冻”得失去知觉的时候被人们改变了形状，而当加热合金丝使温度升高到一定值的时候，它们突然“苏醒”过来了，又“记忆”起了自己原来的形状，于是便不顾一切地恢复了自己本来的样子。镍-钛合金在40℃以上和40℃以下的晶体结构是不同的，但温度在40℃上下变化时，合金就会收缩膨胀，使得它的形态发生变化。在这里，40℃就是镍-钛记忆合金的“变态温度”（各种合金都有自己的变态温度）[7]。在这次试验中发现镍-钛合金也具有明显的形状记忆效应，并且因为这种合金具有很好的耐腐蚀性、重量比较轻、强度较高等优点，从而引起了人们的极大关注。
近年来，有关形状记忆合金的研究已逐渐成为国际相变会议和材料会议的重要议题，并且为此召开了多次专题讨论会，不断的丰富和完善了马氏体相变理论。在理论研究不断深入的同时，形状记忆合金的应用研究也取得了很大的进步，其
应用范围涉及机械、电子、化工、宇航、能源和医疗等许多领域。在美国、日本、英国、苏联、联邦德国、瑞士、比利时等许多国家都投入了大量的人力、物力，积极开展了这种合金的研制和应用方面的研究工作，并已在许多方面取得了显著效果[8]。
4 Ni-Ti形状记忆合金的重要性
镍钛形状记忆合金是最具工业实用价值的形状记忆材料,它具有良好的形状记忆效应和超弹性行为,有较高的力学性能,优良的耐磨耐腐蚀性能和良好的阻尼特性,同时还具有较好的生物相容性。镍钛记忆合金的抗拉强度在1000MPa 以上，延伸率在20％以上，疲劳寿命达107次，阻尼特性比普通的弹簧高10倍，其耐腐蚀性优于目前最好的医用不锈钢，因此可以满足各类工程和医学的应用需求，它是一种非常优秀的功能材料[9]。镍钛记忆合金的应用领域极其广泛，包括电子、机械、宇航、运输、建筑、化学、医疗、能源、家电以及日常生活用品等方面,几乎涉及了产业界的所有领域,应用潜力是非常大的。
我国从1978年开始对形状记忆合金进行理论研究,与形状记忆合金有关的马氏体相变理论、形状记忆与超弹性的微观机制等研究发展迅速,并且在某些方面取得的成果居世界领先水平。但是由于镍钛记忆合金的价格比较高及其加工过程复杂等原因,镍钛记忆合金的工程应用及其产业化进程较为缓慢,与美国、日本等国家相比还存在一定的差距。我国的镍钛记忆合金的应用及产业化进程大致可分为3个阶段:1978年-1986年,研究主要集中在大学以及科研机构中,研究的主要内容为形状记忆效应与超弹性的基本规律及生物相容性基础研究；1987年-1997年,研究主要集中在大学以及科研机构中,主要为镍钛记忆合金构件的设计、制造以及应用研究；1998年至现在,除大学及科研机构外,一些企业也进入了记忆合金的应用领域,并且研究开发出许多具有市场前景的镍钛记忆合金[9]。随着时代的不断发展，越来越多的镍钛记忆合金的产品出现在人们的生活中，它的应用领域也在不断地扩大。
5 Ni-Ti形状记忆合金的研究现状
从镍钛形状记忆合金的发现到现在已经有几十年的历史了，美国、日本等一些发达国家对镍钛记忆合金的研究和应用开发已经较为成熟，同时也较早地实现了镍钛记忆合金的产业化。我国对镍钛记忆合金的研究起步较晚，但起点较高。在材料冶金学方面，特别是我国的实用形状记忆合金的炼制水平已经得到国际学术界的公认，在其应用开发上也有一些独到的成果。但是由于研究条件的限制，
在镍钛记忆合金的基础理论和材料科学方面的研究，我国与国际水平还有一定的差距，尤其是在镍钛记忆合金产业化和工程应用方面与国外差距较大。近十年来，我国在镍钛记忆合金基础理论研究方面有了很大的发展，在镍钛记忆合金的应用和开发方面更是取得了巨大的进步。现在，我国的镍钛记忆合金产业化进程正方兴未艾，国内涌现了一大批以镍钛记忆合金原料及产品为主要生产、经营项目的高科技公司。可以预见，未来几年我国镍钛记忆合金的研究和应用将会有新的突破。
6 Ni-Ti形状记忆合金的应用
6.1 在航天航空方面的应用
镍钛形状记忆合金在航空航天方面最早应用是在管接头、紧固件、连接部件、电器连接和机电执行元件上。在机械零件的连接、管道的连接、飞机的空中加油的接口处，用镍钛形状记忆合金加工成内径比将要连接的管的外径小4％的套管，然后在液氮的温度下将套管扩径约8％，装配时要将这种套管从液氮中取出，把将要连接的管的管子从两端插入。当温度升高至常温时，再利用电加热来改变温度，接口处镍钛记忆合金变形，套管收缩便形成紧固密封，使接口处紧密滴水（油）不漏，这样远远要比焊接的效果好，特别适合用于航空、航天、核工业以及船舰和海底输油管道的管接头的连接等。在一些不容易施工的部位，用镍钛记忆合金制成销钉，装入孔内然后加热，其尾端会自动分开卷曲实现紧固。利用镍钛记忆合金的感温驱动功能，可以用来制作机器人、机械手，他们的优点是体型微小，结构紧凑[10]。
美国F-14型战斗机上的液压系统中,平均每架战斗机要用800个镍钛形状记忆合金管接头。这种利用镍钛合金制成的管接头在液氮中进行扩径，在室温下贮存而不发生形状恢复，安装时，只需将管接头套在被连接管上，稍稍加热管接头就会实现形状恢复从而达到紧固密封的目的[11]。自1970年以来，美国海军飞机上使用了几十万个这样的管接头，而且没有出现过一次失效的记录。
在我国，镍钛形状记忆合金在航空航天方面上的应用也颇为广泛。我国的飞机上应用镍钛形状记忆合金的有伊尔B208、伊尔62B2022型机，使用钛镍钴三元形状记忆合金开尾铆钉铆接中央翼和货舱门的加强框[12]。
镍钛形状记忆合金除了做管接头和紧固件之外，还可以用做宇宙飞船天线。镍钛形状记忆合金可以在其母相状下态加工成张形天线，制成的张形天线在冷却状态下能弯折成很小形状，当它被太阳加热时便恢复成张形天线。
6.2 在能源方面的应用
镍钛形状记忆合金在能源方面的应用也较为广泛。经过研究证明，我们可以利用镍钛形状记忆合金的特性实现能量之间的转化，可以把热能转变成机械能。镍钛形状记忆合金的相变滞后只有几十度，只需要两个温差有几十度的高温热源和低温热源就能够产生马氏体与母相之间的转换，然而变形后的马氏体却能产生高达700MPa的回复力。根据镍钛形状记忆合金的这种转换能量的特性，我们可以对低质热能进行回收并且加以利用，例如工业上排出的废水、废气以及原子反应堆或地热源排出的水等等都是可以利用的对象。利用这样的原理所制造的热发动机的输出功率已经达到了一千瓦[13]。
C.M.Wayman等人的研究表明,镍钛形状记忆合金将热能转换成机械能的效率高达20％—25％,这在现如今世界能源匮乏的情况下具有非常重大的现实意义。近年来,日本已经准备把镍钛形状记忆合金发生形变时可以产生的巨大能量应用于混凝土等的破碎方面,研究结果表明,利用镍钛形状记忆合金发生形变可以产生高达98kN的力[14]。
6.3 在医疗器械方面的应用
形状记忆合金因为具有良好的力学性能和生物相容性，如今已经在医用领域得到了广泛的应用。尤其是镍钛形状记忆合金，因为其具有良好的抗腐蚀性、抗磨性、生物相容性、超弹性效应和形状记忆效应，得到了医学界的医学专家的极大关注，并且现在已经成功的应用于口腔牙齿的矫正、外科的矫正和整形以及心血管的微创介入治疗[15]。血栓滤器又称血管结块过滤器，它也是一种镍钛记忆合金的新产品。当被拉直的滤器植入静脉后，温度升高到体温时，就会逐渐恢复成网状结构，从而阻止了95％的凝血块流向心脏和肺部。到目前为止，镍钛形状记忆合金的产品已经进入医疗临床试用的还有手术缝合线、牙齿矫形丝、脑动脉瘤夹、髓内针、人工关节、避孕环、人造心脏、人造肾脏用微型泵等[16]。
6.4 在建筑方面的应用
镍钛形状记忆合金在建筑方面的应用也具有非常重要的现实意义。由于镍钛形状记忆合金具有超弹性特性和高阻尼特性,并且镍钛形状记忆合金的结构可以显著增加系统的阻尼特性,减小结构的动力反应,可以利用它来制作各种形式的阻尼耗能装置。同时还可以利用镍钛形状记忆合金的特性来设计隔震器，它的工作原理是当镍钛形状记忆合金装置变形后，它会产生较大的变形位移耗能，这样会减少下部结构地震能量向上部结构的传输，从而起到保护上部结构的作用，提
高了结构的抗震性能[17]。利用镍钛记忆合金还可以测定地基变形、进行静态爆破。测定地基变形是采用由镍钛记忆合金测定器、加热电源和温度控制装置组成的测定地基变形系统来进行测定的[18]。具体测定方法是在导管内插入镍钛形状记忆合金丝，然后放入将要测定的位置，加热使镍钛记忆合金记忆变形的情况，待冷却后抽出地面，再加热便可将地下发生的变形情况再次重现在地面上进行测定[19]。
6.5 在汽车方面的应用
最初将镍钛记忆合金应用于汽车上，主要生产的产品有汽车的雾灯，为了对雾灯起到保护作用，就在雾灯前面的较低处设置了一个能开关的挡板，可以借助镍钛记忆合金来控制开关。将镍钛形状记忆合金元件与灯串联起来，通过用电流来加热驱动[20]。镍钛记忆合金在汽车方面使用得最多的是汽车的制动器，这种制动器现在大概已经超过了百种，主要是用于控制引擎、传送、悬吊等，用来提高汽车的安全性、可靠性以及舒适性。例如美国Raychem公司与德国宝士公司将镍钛记忆合金制成弹簧，然后把这种弹簧引入汽车自动排挡系统中，利用镍钛合金的记忆行为来调整传动油压，还可以增加汽车减震器的效能。镍钛记忆合金在汽车方面还可以用于发动机防热风扇离合器、排气自动调节喷管、柴油机散热器孔自动开关和喷气发动机抽过滤器的形状记忆弹簧等等[20]。
7 Ni-Ti形状记忆合金的发展趋势
镍钛形状记忆合金因为具有温度传感器和驱动器这样双重的效果, 所以利用它来制造机械器件可以达到省时省力、节能、节省空间、降低成本等的目的,同时它的用途也是极其广泛的。在美国，以飞机、舰艇等军事装备为主，在航空和航天技术上最早得到了应用, 并且已经将镍钛记忆合金推广用于高科技产品和民用产品上。在苏联、联邦德国和法国这种镍钛记忆合金的应用已经遍及机械、冶金、医疗器械等各个领域。在日本，镍钛记忆合金的应用则主要是家用电器方面, 广泛应用于日用工业产品的生产[21]。在我们国家，镍、钛矿产资源条件优厚，并且镍钛合金价格便宜、用量节省，所以在今后的一段时间里，我国将着重发展镍钛形状记忆合金材料，为我国的国防现代化建设和国民经济建设服务。在今后，为了满足不同领域的需求，还要充分发掘、改进和完善现有的镍钛形状记忆合金的性能，研究镍钛记忆合金薄膜的应用，开发镍钛记忆合金智能复合材料[22]。
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Application and Development of the Ni-Ti Shape Memory
Alloy Materials
Abstract: With the development of science and technology, shape memory alloy (SMA) as a new type of functional materials are widely used in various fields. Shape memory alloy has become one of research hotspots in the field of functional materials, and it is in the twentieth century developed a kind of new functional materials. One kind of shape memory alloy that called Ni-Ti shape memory alloy is mainly introduced in this paper. What’s more, in this paper are reviewed some characteristics of the Ni -Ti shape memory alloy and its development history, research status, and its applications in aerospace, energy, medical equipment, construction, automotive and other fields of application, and finally analyzes the development trend of the Ni-Ti shape memory alloy.
Key words: Nickel titanium alloy; Shape memory alloy; Shape memory effect; Applications; The development
新型功能材料发展趋势
新型功能材料发展趋势 功能材料是一大类具有特殊电、磁、光、声、热、力、化学以及生物功能的新型材料，是信息技术、生物技术、能源技术等高技术领域和国防建设的重要基础材料，同时也对改造某些传统产业，如农业、化工、建材等起着重要作用。功能材料种类繁多，用途广泛，正在形成一个规模宏大的高技术产业群，有着十分广阔的市场前景和极为重要的战略意义。功能材料按使用性能分，可分为微电子材料、光电子材料、传感器材料、信息材料、生物医用材料、生态环境材料、能源材料和机敏（智能）材料。由于我们已把电子信息材料单独作为一类新材料领域，所以这里所指的新型功能材料是除电子信息材料以外的主要功能材料。 功能材料是新材料领域的核心，对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用，在全球新材料研究领域中，功能材料约占 85 % 。随着信息社会的到来，特种功能材料对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用，是二十一世纪信息、生物、能源、环保、空间等高技术领域的关键材料，成为世界各国新材料领域研究发展的重点，也是世界各国高技术发展中战略竞争的热点。 鉴于功能材料的重要地位，世界各国均十分重视功能材料技术的研究。 1989年美国200多位科学家撰写了《90年代的材料科学与材料工程》报告，建议政府支持的6类材料中有5类属于功能材料。从1995年至2001年每两年更新一次的《美国国家关键技术》报告中，特种功能材料和制品技术占了很大的比例。2001年日本文部省科学技术政策研究所发布的第七次技术预测研究报告中列出了影响未来的100项重要课题,一半以上的课题为新材料或依赖于新材料发展的课题,而其中绝大部分均为功能材料。欧盟的第六框架计划和韩国的国家计划等
薄膜材料的应用与发展
薄膜材料的应用与发展 薄膜材料的发展以及应用，薄膜材料的分类，如金刚石薄膜、铁电薄膜、氮化碳薄膜、半导体薄膜复合材料、超晶格薄膜材料、多层薄膜材料等。各类薄膜在生产与生活中的运用以及展望。 1 膜材料的发展 在科学发展日新月异的今天，大量具有各种不同功能的薄膜得到了广泛的应用，薄膜作为一种重要的材料在材料领域占据着越来越重要的地位。 自然届中大地、海洋与大气之间存在表面，一切有形的实体都为表面所包裹，这是宏观表面。生物体还存在许多肉眼看不见的微观表面，如细胞膜和生物膜。生物体生命现象的重要过程就是在这些表面上进行的。细胞膜是由两层两亲分子--脂双层膜构成，它好似栅栏，将一些分子拦在细胞内，小分子如氧气、二氧化碳等，可以毫不费力从膜中穿过。膜脂双层分子层中间还夹杂着蛋白质，有的像船，可以载分子，有的像泵，可以把分子泵到膜外。细胞膜具有选择性，不同的离子须走不同的通道才行，比如有K＋通道、Cl－通道等等。细胞膜的这些结构和功能带来了生命，带来了神奇。 2 膜材料的应用 人们在惊叹细胞膜奇妙功能的同时，也在试图模仿它，仿生一直以来就是材料设计的重要手段，这就是薄膜材料。它的一个很重要的应用就是海水的淡化。虽然地球上70％的面积被水覆盖着，但是人们赖以生存的淡水只占总水量的2.5％～3％，随着人口增长和工业发展，当今世界几乎处于水荒之中。因此将浩瀚的海水转为可以饮用的淡水迫在眉睫。淡化海水的技术主要有反渗透法和蒸馏法,反渗透法用到的是具有选择性的高分子渗透膜,在膜的一边给海水施加高压,使水分子透过渗透膜,达到膜的另一边,而把各种盐类离子留下来,就得到了淡水。反渗透法的关键就是渗透膜的性能,目前常用有醋酸纤维素类、聚酰胺类、聚苯砜对苯二甲酰胺类等膜材料.这种淡化过程比起蒸法法,是一种清洁高效的绿色方法。 利用膜两边的浓度差不仅可以淡化海水,还可以提取多种有机物质。工业生产中，可用膜法过滤含酚、苯胺、有机磺酸盐等工业废水，膜法过滤大大节约了成本,有利于我们的生存环境。 膜的应用还体现在表面化学上面。在日常生活中,我们会发现在树叶表面,水滴总是呈圆形,是因为水不能在叶面铺展。喷洒农药时,如果在农药中加入少量的润湿剂(一种表面活性剂),农药就能够在叶面铺展,提高杀虫效果,降低农药用量。 更重要的，研究人员还将膜材料用于血液透析，透析膜的主要功能是移除体内多余水份和清除尿毒症毒素，大大降低了肾功能衰竭患者的病死率[1] 3 膜材料的分类 近年来,随着成膜技术的飞速发展,各种材料的薄膜化已经成为一种普遍趋势。 薄膜材料种类繁多,应用广泛,目前常用的有：超导薄膜、导电薄膜、电阻薄膜、半导体薄膜、介质薄膜、绝缘薄膜、钝化与保护薄膜、压电薄膜、铁电薄膜、光电薄膜、磁电薄膜、磁光薄膜等。目前很受人们注目的主要有一下几种薄膜。 3.1金刚石薄膜 金刚石薄膜的禁带宽，电阻率和热导率大，载流子迁移率高，介电常数小，击穿电压高，是一种性能优异的电子薄膜功能材料，应用前景十分广阔。 近年来,随着科技的发展,人们发展了多种金刚石薄膜的制备方法,比如离子束沉积法、磁控溅射法、热致化学气相沉积法、等离子化学气相沉积法等.成功获得了生长速度快、具有较高质量的膜,从而使金刚石膜具备了商业应用的可能。
对建筑工程新型材料的发展现状及应用分析
对建筑工程新型材料的发展现状及应用分析 1 建筑工程新型材料应用的意义 建筑材料直接影响土木和建筑工程的安全可靠性、耐久性及适用性等各种性能。因此加强建筑新型材料的开发、生产和使用，对于促进建筑业发展、发展国民经济具有重要意义。发展新建材、推广节能建筑是改造传统建材和建筑工艺发展的重要前提。新材料代表了建筑材料的未来发展方向，符合世界发展趋势和人类发展的需要。 2 建筑工程新型材料的現状分析 目前建筑工程新型材料具有很强的地方性和区域性，其发展受到资源、自然条件、工业和科学技术水平、建筑风格、民族习俗等多方面的影响。目前建材工业成为国民经济体系中资源综合利用的关键环节和消纳固体废弃物的主要工业之一。并且建材工业正在朝着资源消耗低、环境污染少的资源节约型、环境友好型产业的绿色发展方向迈进。虽然新型建筑材料正朝着大型化、轻质化、节能化、利废化、复合化和装饰化方向发展，产品结构趋于合理，但代表建筑材料现代化水平的各种轻质、复合板和复合墙板可供建筑业选择使用的仍然比较少。此外新型建筑材料施工工艺要求较高，施工人员培训不够，墙体砌筑、安装质量不易保证。因此要改变过去依赖能源、资源并且污染环境的建筑材料应
用，必须不断加强建筑工程新型材料的生产、应用发展。 3 建筑工程新型材料的应用分析 3.1 建筑工程新型混凝土材料的应用分析 新型混凝土特性如下：（1）硬化混凝土的性能。现代建筑向高层化、大跨度方向发展，因此促进了高强HPC 的研究和开发。在高层建筑中的混凝土强度是对应于柱子的轴力，可以说建筑物的层数是由所使用的混凝土强度来决定的。比如25?30层的建筑物要使用强度36Mpa?42MPa的混凝土，30?35层要42MPa?48MPa,更高层的建筑就需要更高强的混凝土，如60层需用100MPa。在此情况下，配合比设计可以参照普通混凝土的方法，但是主要组成材料和性能应满足HPC的要求。HPC可能比普通混凝土要耐久得多，这是因为在设计配合比时，就考虑到耐久性问题。（2）新拌混凝土的工作性。新拌混凝土的工作性是一个综合指标，如流动性、可泵性、填充性、均匀性等。HPC要求新拌混凝土具有大流动性及流动度经时损失小，以满足混凝土集中搅拌、运输、泵送、浇注的工艺要求。甚至在浇注时要求混凝土不振捣自流平，即好的填充性。与普通混凝土相比，HPC的组分复杂，多种掺合料与超塑化剂配合使用，其目的是通过这些组分来调整性能。其中最关键的技术之一是超塑化剂及其组成。单一成分的超塑化剂（如萘系和三聚氰胺系高效减水剂）虽然对水泥浆有强的分散作
玻璃材料的应用现状与发展趋势
玻璃材料的应用与趋势 内容摘要：随着建筑多元化的发展，建筑玻璃的已经成为建筑多样化和建筑功能化的关键组成部分，尤其是最近几年，建筑用深加工玻璃的品种、数量也得到了很大的发展，产品质量有了很大的提高。但是一些建筑使用的深加工玻璃出现了如钢化玻璃自爆、中空玻璃漏气等多种问题，造成很大的损失。当今世界玻璃制造商们在开发钢化玻璃新技术方面，均向能源、材料、环保、信息、生物等五大领域的发展和需求奋进。 关键词：玻璃材料的应用现状，玻璃材料的发展趋势 一 .世界建筑的发展对玻璃的要求变化 从20世纪60年代，随着第一个玻璃幕墙出现开始，建筑幕墙一直占据着建筑市场的主导位置并引领着建筑行业技术的发展。到目前，建筑对玻璃的要求经过了从白玻、本体着色玻璃、热反射镀膜到低辐射镀膜玻璃的变化。玻璃的颜色也由无色、茶色、金黄色到兰色、绿色并最后向通透方向的发展变化。 二.建筑玻璃的主要应用品种及特点 1、钢化玻璃 它是利用加热到一定温度后迅速冷却的方法，或是化学方法进行特殊处理的玻璃。一般是在原来普通的浮法玻璃基础上，经过将玻璃加热到软化点温度再经过淬火处理，使玻璃内部中心部位具有张应力
而玻璃表面部位具有压应力并达到均匀应力平衡的玻璃产品。钢化玻璃的品种包括化学钢化也称离子钢化和物理钢化两种；化学钢化玻璃的特点是由于采用颗粒较大的离子如钾离子置换玻璃表面的钠离子，在约400度的温度下经过一定的工艺制作完成；化学钢化玻璃可以切割、热弯等，但经过高温加工后的玻璃强度会受影响；化学钢化玻璃的初始强度可以达到原片的6-7倍，但是随着使用时间加长，性能会衰减；由于离子置换的特殊性，多数使用在超薄的玻璃上。物理钢化玻璃的特点是强度高，一般强度可以达到普通平板玻璃的4倍左右 2、夹层玻璃 夹层玻璃是由一层玻璃与一层或多层玻璃、塑料材料夹中间层而成的玻璃制品，中间层是介于玻璃之间或玻璃与塑料材料之间起粘结和隔离作用的材料，使夹层玻璃具有抗冲击、阳光控制、隔音等性能；夹层玻璃的特点是安全—即使破碎，也不会对人造成伤害。缺点是降低采光性能、玻璃自重增加。 3、镀膜玻璃 镀膜玻璃俗称热反射玻璃，包括阳光控制镀膜玻璃和低辐射镀膜玻璃（Low-E）玻璃两个品种。镀膜形成的原理是在原片玻璃表面镀上金属或者金属氧化物/氮化物膜，使玻璃的遮蔽系数降低，又称低辐射玻璃，是一种对波长范围4.5μm-25μm的远红外线有较高反射比的镀膜玻璃。低辐射镀膜玻璃还可以复合阳光控制功能，称为阳光控制低辐射玻璃。镀膜玻璃主要有两个系列的品种，一种是在线镀
《化学材料的发展与应用》
《化学与人类文明》课程论文 化学材料的发展与应用 学院：机械学院 专业：机械制造及其自动化 班级：机制101 学号： 学生姓名： 电子信箱： 2012年12月12日
化学材料的发展与应用 摘要：随着现代科学技术的飞跃发展，以前传统的材料早已不能满足我们人类的需求和发展，为了获得更多满足人类工业和日常生活中所需要的具有特定性能的材料，化学材料先如今得到了很大的发展，化学材料不仅获得了传统材料的有点，还具备了一些特殊的功能，极大的满足了工业生产和生活所需。本文章分析了一些常见的化学材料的应用和发展状况，并提出了未来材料化学的发展趋势的一些简单看法。 关键词：材料化学；化学材料；性能；应用；发展 化学与材料息息相关，面对传统的材料不能满足工业生产、日常生活的时候，世界上各国都已开始把目光看向了材料化学，材料化学的发现和使用，使之研发出一系列的新材料，材料化学在原子和分子的水准上设计新材料的战略意义有着广阔的应用前景。然而，材料化学在发挥巨大作用的同时也不短的推动自身理论与技术水平的提高，并且为材料工程的发展带来了新的活力和更加广阔的发展空间。 1材料化学简介 材料化学是材料科学的一个重要分支，也是材料科学的核心部分，在新材料的发现和合成，制备和修饰工艺的发展以及表征方法的革新等领域所作出了的独到贡献。材料是具有使其能够用于机械、结构、设备和产品的性质的物质，是人们利用化合物的某些功能来制作物件时用的化学物质。而化学是在原子、分子水平上研究物质的组成、结构、件能、反应和应用的学科。材料与化学试剂不同，后者在使用过程中通常被消耗并转化成别的物质，而材料则一般可重复持续使用，除了正常消耗以外，它不会不可逆的转变为别的物质。化学则是关于物质的组成，结构和性质以及物质相互转变的研究。显然，材料科学和化学的对象都是物质，前者注重的是宏观方面，而后者则关注原子和分子水平的相互作用。材料化学正是这两者结合的产物，它是关于材料的结构、性能，制备和应用的化学。2化学材料的分类、功能及应用 材料一般按其化学组成，结构进行分类。通常可把材料分成金属材料，无机非金属材料，聚合物材料和复合材料四大类。此外，随着材料科学的迅猛发展，
功能材料发展趋势
材料】功能材料发展趋势 功能材料发展趋势 功能材料是一大类具有特殊电、磁、光、声、热、力、化学以及生物功能的新型材料，是信息技术、生物技术、能源技术等高技术领域和国防建设的重要基础材料，同时也对改造某些传统产业，如农业、化工、建材等起着重要作用。功能材料种类繁多，用途广泛，正在形成一个规模宏大的高技术产业群，有着十分广阔的市场前景和极为重要的战略意义。功能材料按使用性能分，可分为微电子材料、光电子材料、传感器材料、信息材料、生物医用材料、生态环境材料、能源材料和机敏（智能）材料。由于我们已把电子信息材料单独作为一类新材料领域，所以这里所指的新型功能材料是除电子信息材料以外的主要功能材料。 功能材料是新材料领域的核心，对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用，在全球新材料研究领域中，功能材料约占85%。随着信息社会的到来，特种功能材料对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用，是二十一世纪信息、生物、能源、环保、空间等高技术领域的关键材料，成为世界各国新材料领域研究发展的重点，也是世界各国高技术发展中战略竞争的热点。 鉴于功能材料的重要地位，世界各国均十分重视功能材料技术的研究。1989年美国200多位科学家撰写了《90年代的材料科学与材料工程》报告，建议政府支持的6类材料中有5类属于功能材料。从1995年至2001年每两年更新一次的《美国国家关键技术》报告中，特种功能材料和制品技术占了很大的比例。2001年日本文部省科学技术政策研究所发布的第七次技术预测研究报告中列出了影响未来的100项重要课题,一半以上的课题为新材料或依赖于新材料发展的课题,而其中绝大部分均为功能材料。欧盟的第六框架计划和韩国的国家计划等在他们的最新科技发展计划中,都把功能材料技术列为关键技术之一加以重点支持。各国都非常强调功能材料对发展本国国民经济、保卫国家安全、增进人民健康和提高人民生活质量等方面的突出作用。 1、新型功能材料国外发展现状 当前国际功能材料及其应用技术正面临新的突破，诸如超导材料、微电子材料、光子材料、信息材料、能源转换及储能材料、生态环境材料、生物医用材料及材料的分子、原子设计等
(汽车行业)汽车车身新材料的应用及发展方向
（汽车行业）汽车车身新材料的应用及发展方向
汽车车身新材料的应用及发展趋势 现代汽车车身除满足强度和使用寿命的要求外，仍应满足性能、外观、安全、价格、环保、节能等方面的需要。在上世纪八十年代，轿车的整车质量中，钢铁占80％，铝占3％，树脂为4％。自1978年世界爆发石油危机以来，作为轻量化材料的高强度钢板、表面处理钢板逐年上升，有色金属材料总体有所增加，其中，铝的增加明显；非金属材料也逐步增长，近年来开发的高性能工程塑料，不仅替代了普通塑料，而且品种繁多，在汽车上的应用范围广泛。本文着重介绍国内外在新型材料应用方面的情况及发展趋势。 高强度钢板 从前的高强度钢板，拉延强度虽高于低碳钢板，但延伸率只有后者的50％，故只适用于形状简单、延伸深度不大的零件。当下的高强度钢板是在低碳钢内加入适当的微量元素，经各种处理轧制而成，其抗拉强度高达420N/mm2，是普通低碳钢板的2～3倍，深拉延性能极好，可轧制成很薄的钢板，是车身轻量化的重要材料。到2000年，其用量已上升到50%左右。中国奇瑞汽车X公司和宝钢合作，2001年在试制样车上使用的高强度钢用量为262kg，占车身钢板用量的46%，对减重和改进车身性能起到了良好的作用。低合金高强度钢板的品种主要有含磷冷轧钢板、烘烤硬化冷轧钢板、冷轧双相钢板和高强度1F冷轧钢板等，车身设计师可根据板制零件受力情况和形状复杂程度来选择钢板品种。含磷高强度冷轧钢板：含磷高强度冷轧钢板主要用于轿车外板、车门、顶盖和行李箱盖升板，也可用于载货汽车驾驶室的冲压件。主要特点为：具有较高强度，比普通冷轧钢板高15％～25％；良好的强度和塑性平衡，即随着强度的增加，伸长率和应变硬化指数下降甚微；具有良好的耐腐蚀性，比普通冷轧钢板提高20％；具有良好的点焊性能；烘烤硬化冷轧钢板：经过冲压、拉延变形及烤漆高温时效处理，屈服强度得以提高。这种简称为BH钢板的烘烤硬化钢板既薄又有足够的强度，是车身外板轻量化设计首选材料之壹；冷轧双向钢板：具有连续屈服、屈强比低和加工硬化高、兼备高强度及高塑性的特点，如经烤漆后其强度可进壹步提高。适用于形状复杂且要求强度高的车身零件。主要用于要求拉伸性能好的承力零部件，如车门加强板、保险杠等；超低碳高强度冷轧钢板：在超低碳钢（C≤0.005％）中加入适量的钛或铌，以保证钢板的深冲性能，再添加适量的磷以提高钢板的强度。实现了深冲性和高强度的结合，特别适用于壹些形状复杂而强度要求高的冲压零件。 轻量化迭层钢板 迭层钢板是在俩层超薄钢板之间压入塑料的复合材料，表层钢板厚度为0.2～0.3mm，塑料层的厚度占总厚度的25％～65％。和具有同样刚度的单层钢板相比，质量只有57％。隔热防振性能良好，主要用于发动机罩、行李箱盖、车身底板等部件。铝合金 和汽车钢板相比，铝合金具有密度小（2.7g/cm3）、比强度高、耐锈蚀、热稳定性好、易成形、可回收再生等优点，技术成熟。德国大众X公司的新型奥迪A2型轿车，由于采用了全铝车身骨架和外板结构，使其总质量减少了135kg，比传统钢材料车身减轻了43％，使平均油耗降至每百公里3升的水平。全新奥迪A8通过使用性能更好的大型铝铸件和液压成型部件，车身零件数量从50个减至29个，车身框架完全闭合。这种结构不仅使车身的扭转刚度提高了60%，仍比同类车型的钢制车身车重减少50%。由于所有的铝合金都能够回收再生利用，深受环保人士的欢迎。根据车身结构设计的需要，采用激光束压合成型工艺，将不同厚度的铝板或者用铝板和钢板复合成型，再在表面涂覆防具有良好的耐腐蚀性。 镁合金 镁的密度为1.8g/cm3，仅为钢材密度的35％，铝材密度的66％。此外它的比强度、比刚度高，阻尼性、导热性好，电磁屏蔽能力强，尺寸稳定性好，因此在航空工业和汽车工业中得到了广泛的应用。镁的储藏量十分丰富，镁可从石棉、白云石、滑石中提取，特别是海水的
国内外焊接材料的应用及发展趋势
国内外焊接材料的应用 及发展趋势 集团标准化小组：[VVOPPT-JOPP28-JPPTL98-LOPPNN]
国内外焊接材料的应用及发展趋势 沈阳工业大学材料科学与工程学院 摘要：焊接材料是焊接行业中一个重要分支。随着焊接技术的发展，国内外焊接材料的生产和使用也得到了长足的进步。本文简单介绍国内外的钢材、焊接材料的应用状况，进而分析了焊接材料的应用领域，总结出我国焊接的材料发展中存在的问题及应对策略。 关键词：焊接材料；应用；发展趋势 1国内外钢材及焊接的应用现状 钢产量是衡量一个国家综合经济实力的重要指标，钢铁工业是中国工业进程中的支柱产业。表1为世界主要国家的钢产量数据。从表中数据可以发现，从2001年开始我国的钢产量已经跃居全球第一，从2001年到2008年钢产量已经提高了3倍多，这样的增速明显高于其他国家。这主要是由于中国的经济持续高速增长，拉动了钢铁工业的快速发展，带动了中国钢铁的生产和消耗。但与中国钢产量全球第一形成鲜明的对比的是中国也是钢材进口大国，尤其是特种性能、高强度钢材的大量进口，因此中国钢材巨大产量，并没有给中国带来巨大的经济效益。
（数据来源：中国钢材贸易网） 焊接是一种将材料永久性连接，并成为具有给定功能结构的制造技术。几乎所有的产品，从几十万吨巨轮到不足1克的微电子元件。在生产制造中都不同程度地应用焊接技术。焊接已经渗透到制造业的各个领域，直接影响到产品的质量、可靠性和寿命以及生产的成本、效率和市场反应速度。焊接技术包括焊接材料、设备和工艺等相关内容，而其中焊接材料是焊接技术发展的基础，所以焊接材料的应用和发展影响着焊接技术的发展。 钢材产量和快速升高又拉动了中国焊接材料产业的强劲发展，钢材的产量、品质及发展趋势直接决定了焊接行业的可持续发展及焊接技术的发展方向。2006年，按国际钢材协会统计，全世界钢产量12．39亿吨，按有 关资料综合测算，焊材的消费量应为钢材总量的0．6%--1．6%，全世界焊接材料约为600多万吨，因此，2006年中国钢产量占全世界钢产量的34%[2]，中国焊接材料产量占全世界焊接材料产量的50%左右。但是中国焊接材料的种类和分布不是很平衡[3，4]，见表2-表3。
纳米材料及其应用前景
纳米材料及其应用前景 摘要:21世纪，纳米技术、纳米材料在科技领域将扮演重要角色。纳米技术是当今世界最有前途的决定性技术之一。本文简要地概述了纳米材料的基本特性以及其在力学、磁学、电学、热学等方面的主要应用，并简单展望了纳米材料的应用前景。 关键词：纳米材料；功能；应用； 一、纳米材料的基本特性 所谓纳米材料是指材料基本构成单元的尺寸在纳米范围即1~100纳米或者由他们形成的材料。由于纳米材料是由相当于分子尺寸甚至是原子尺寸的微小单元组成，也正因为这样，纳米材料具有了一些区别于相同化学元素形成的其他物质材料特殊的物理或是化学特性例如：其力学特性、电学特性、磁学特性、热学特性等，这些特性在当前飞速发展的各个科技领域内得到了应用。科学家们和工程技术人员利用纳米材料的特殊性质解决了很多技术难题，可以说纳米材料特性促进了科技进步和发展。 1、力学性质 高韧、高硬、高强是结构材料开发应用的经典主题。具有纳米结构的材料强度与粒径成反比。纳米材料的位错密度很低，位错滑移和增 殖符合Frank-Reed模型，其临界位错圈的直径比纳米晶粒粒径还要大，增殖后位错塞积的平均间距一般比晶粒大，所以纳米材料中位错滑移和 增殖不会发生，这就是纳米晶强化效应。金属陶瓷作为刀具材料已有50 多年历史，由于金属陶瓷的混合烧结和晶粒粗大的原因其力学强度一直 难以有大的提高。应用纳米技术制成超细或纳米晶粒材料时，其韧性、 强度、硬度大幅提高，使其在难以加工材料刀具等领域占据了主导地位。 使用纳米技术制成的陶瓷、纤维广泛地应用于航空、航天、航海、石油 钻探等恶劣环境下使用。 2、热学性质 纳米材料的比热和热膨胀系数都大于同类粗晶材料和非晶体材料的值，这是由于界面原子排列较为混乱、原子密度低、界面原子耦合作用 变弱的结果。因此在储热材料、纳米复合材料的机械耦合性能应用方面 有其广泛的应用前景。例如Cr-Cr2O3颗粒膜对太阳光有强烈的吸收作 用，从而有效地将太阳光能转换为热能。 3、电学性质 由于晶界面上原子体积分数增大，纳米材料的电阻高于同类粗晶材料，甚至发生尺寸诱导金属——绝缘体转变（SIMIT）。利用纳米粒子的 隧道量子效应和库仑堵塞效应制成的纳米电子器件具有超高速、超容量、超微型低能耗的特点，有可能在不久的将来全面取代目前的常规半导体 器件。2001年用碳纳米管制成的纳米晶体管，表现出很好的晶体三极管 放大特性。并根据低温下碳纳米管的三极管放大特性，成功研制出了室 温下的单电子晶体管。随着单电子晶体管研究的深入进展，已经成功研 制出由碳纳米管组成的逻辑电路。
新材料的应用与发展说课材料
新材料的应用与发展
新材料 摘要：随着现代科学技术的迅速发展和人类需求的改变，我们队对材料的要求也越来越高，我们期待能够有更好的材料来满足我们各方面的需求，随着新材料的研发日益的成熟，更多的新材料开始真正的进入大众的视野当中，在现实生活当中的使用也是日趋广泛。新的要求，新的材料，新的使用，新的材料的使用是我们的生活的各个方面发生着巨大的变化。 关键词：建筑节能新材料，高分子智能材料，汽车新材料 正文：新材料是指新近发展的或正在研发的、性能超群的一些材料，具有比传 统材料更为优异的性能。新材料作为高新技术的基础和先导，应用范围极其广泛,它同信息技术，生物技术一起成为二十一世纪最重要和最具发展潜力的领域同传统材料一样，新材料可以从结构组成，功能和应用领域等多种不同角度对其进行分类,不同的分类之间相互交叉和嵌套.新材料正在从一点一滴改变我们的世界。 一.建筑节能新材料。近年来国内建筑业得到了突飞猛进的发展，建筑节能是社会发展的需求，它有利于缓解能源紧缺问题；建筑节能是环境保护的需求它有利于减轻大气污染现状；建筑节能是建筑业进步的需求，它有利于巩固企业市场地位。 我国传统围护结构墙多为无机材料组成，如砖石砌体、混凝土、水泥砂浆等而最新发明的新型环保阻燃蜂窝复合墙体材料则是利用煤渣、水稻秸秆等废料生产而来，其是将废料同水泥、粘合剂经过混合搅拌压缩而成，该种节能砖既减少了废物排放又能实现清洁生产，同时其具有能耗低、重量轻、所需钢筋水泥量小等优点。 防裂性是墙体保温工程要解决的关键技术，因为一旦保温层、抗裂防护层发生开裂，墙体保温性能就会发生很大改变，非但满足不了节能要求，甚至还会危
镍钛合金是一种形状记忆合金,形状记忆合金是能将自身的
镍钛合金是一种形状记忆合金，形状记忆合金是能将自身的塑性变形在某一特定温度下自动恢复为原始形状的特种合金。它的伸缩率在20%以上，疲劳寿命达1*10的7次方，阻尼特性比普通的弹簧高10倍，其耐腐蚀性优于目前最好的医用不锈钢，因此可以满足各类工程和医学的应用需求，是一种非常优秀的功能材料 另附郑州华菱超硬刀具牌号及适用范围： 适合加工范围： 1，高硬度铸铁/铸钢的加工,如:高铬铸铁、白口铸铁、镍硬铸铁等合金铸铁；高锰钢等耐热耐磨钢的高硬度粗加工和精加工【可拉荒粗车有夹砂、气孔的铸件毛坯】2，热处理后的高硬度工件加工,如:淬硬轴承钢、渗碳钢、氮化钢、工具钢、模具钢热后硬切削，可断续切削【可背吃刀量ap≤7.5mm大余量加工HRC45-HRC79硬度】 3，其他难切削材料类：高温合金、粉末冶金，镍钛合金难熔合金如碳化钨，镍基，钴基合金等的加工【可订做非标，来图来样加工】 4，普通灰口铸铁、珠光体球墨铸铁的高速切削【刀具寿命是合金刀具寿命的10-20倍】 刀具材质牌号类别： 刀具牌 号 类别应用范围 BN-K10 精加 工适用于灰铸铁和耐磨合金铸铁材料的连续精加工，如制动鼓、刹车盘、飞轮、缸套等工件的精车和高硬度铸铁材料的精加工。 BN-K20适用于灰铸铁、球墨铸铁，粉末冶金材料的高速精加工，且适合高速精镗孔。 BN-H10适用于硬钢材料的连续精加工或轻微断续精加工，如“以车代磨”齿轮、轴承等。 BN-H20适用于硬钢材料的中/强断续精加工和超高速精加工，如各种仿形轴件和高精密齿轮、轴承的车削和小型内孔的加工。 BN-K1粗精 加工 均可 用追求高的抗冲击性能，针对高硬度短铁屑工件研发，具备高硬度的同时，其抗冲击性能更优异，适合大余量粗加工高硬度铸铁件如高铬合金，高镍铬合金，镍钛合金、冷硬铸铁，白口铸铁；广泛应用于矿山机械，冶金机械，水泥、电力设备耐磨备件行业。 BN-S20抗冲击性和耐磨性的完美平衡，可用于粗加工，也可用于半精加工和精加工。适用于各种高硬度难加工材料，如高温合金、耐热耐磨钢、大型铸钢件、淬火钢、氮化钢、渗碳钢材料的加工。
电子信息材料发展趋势
电子信息材料发展趋势
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电子信息材料发展趋势 电子信息材料发展趋势 电子信息材料及产品支撑着现代通信、计算机、信息网络技术、微机械智能系统、工业自动化和家电等现代高技术产业。电子信息材料产业的发展规模和技术水平，已经成为衡量一个国家经济发展、科技进步和国防实力的重要标志，在国民经济中具有重要战略地位，是科技创新和国际竞争最为激烈的材料领域。 随着电子学向光电子学、光子学迈进，微电子材料在未来10～15年仍是最基本的信息材料，光电子材料、光子材料将成为发展最快和最有前途的信息材料。电子、光电子功能单晶将向着大尺寸、高均匀性、晶格高完整性以及元器件向薄膜化、多功能化、片式化、超高集成度和低能耗方向发展。一、集成电路和半导体器件用材料由单片集成向系统集成发展。微电子技术发展的主要途径是通过不断缩小器件的特征尺寸，增加芯片面积以提高集成度和信息处理速度，由单片集成向系统集成发展。 1.Si、GaAs、InP等半导体单晶材料向着大尺寸、高均质、晶格高完整性方向发展。椎8英吋硅芯片是目前国际的主流产品，椎12英吋芯片已开始上市，GaAs芯片椎4英吋已进入大批量生产阶段，并且正在向椎6英吋生产线过渡；对单晶电阻率的均匀性、杂质含量、微缺陷、位错密度、芯片平整度、表面洁净度等都提出了更加苛刻的要求。 2.在以Si、GaAs为代表的第一代、第二代半导体材料继续发展的同时，加速发展第三代半导体材料———宽禁带半导体材料SiC、GaN、ZnSe、金刚石材料和用SiGe／Si、SOI等新型硅基材料大幅度提高原有硅集成电路的性能是未来半导体材料的重要发展方向。 3.继经典半导体的同质结、异质结之后，基于量子阱、量子线、量子点的器件设计、制造和集成技术在未来5～15年间，将在信息材料和元器件制造中占据主导地位，分子束外延MBE 和金属有机化合物化学汽相外延 MOCVD 技术将得到进一步发展和更加广泛的应用。 4.高纯化学试剂和特种电子气体的纯度要求将分别达到lppb～0．1ppb和6N级以上，0．5μm以上的杂质颗粒必须控制在5个／毫升以下，金属杂质含量控制在ppt级，并将开发替代有毒气体的新品种电子气体。 二、光电子材料向纳米结构、非均值、非线性和非平衡态发展。光电集成将是21世纪光电子技术发展的一个重要方向。光电子材料是发展光电信息技术的先导和基础。材料尺度逐步低维化———由体材料向薄层、超薄层和纳米结构材料的方向发展，材料系统由均质到非均质、工作特性由线性向非线性，由平衡态向非平衡态发展是其最明显的特征。发展重点将主要集中在激光材料、红外探测器材料、液晶显示材料、高亮度发光二极管材料、光纤材料。 1.激光晶体材料：向着大尺寸、高功率、LD泵浦、宽带可调谐以及新波长、多功能应用方向发展。 2.红外探测器材料：大面积高均匀性HgCdTe外延薄膜及大尺寸ZnCdTe衬底材料仍是2010年前红外探测器所用的主要材料。 3.液晶材料：研究发展超扭曲向列型 STN 和薄膜晶体管型 TFT 显示器所用混合液晶，提高性能，降低成本。 4.高亮度发光二极管材料：继规模生产发红、橙、黄色的GaAs基、GaP基外延材料之后，拓宽发光波段，开发发蓝光的GaN基、ZnSe基外延材料将成为研究热点。
金属材料的应用现状及发展趋势分析
金属材料的应用现状及发展趋势分析 在进行金属材料的应用现状及发展趋势分析之前，先简要介绍一下金属材料。金属材料是最重要的工程材料之一。按冶金工艺，金属材料可以分为铸锻材料、粉末冶金材料和金属基复合材料。铸锻材料又分为黑色金属材料和有色金属材料。黑色金属材料包括钢、铸铁和各种铁合金。有色金属是指除黑色金属以外的所有金属及其合金，如铝及铝合金、铜及铜合金等。工程结构中所用的金属材料90%以上是钢铁材料，其资源丰富、生产简单、价格便宜、性能优良、用途广泛。钢有分为碳钢和合金钢，铸铁又分为灰口铸铁和白口铸铁。 一、金属材料的应用现状 金属材料的结构及其性能决定了它的应用。而金属材料的性能包括工艺性能和使用性能。工艺性能是指在加工制造过程中材料适应加工的性能，如铸造性、锻造性、焊接性、淬透性、切削加工性等。使用性能是指材料在使用条件和使用环境下所表现出来的性能，包括力学性能（如强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度等）、物理性能（如熔点、密度热容、电阻率、磁性强度等）和化学性能（如耐腐蚀性、抗氧化性等）。 金属材料具有许多优良性能，是目前国名经济各行业、各部门应用最广泛的工程材料之一，特别是在车辆、机床、热能、化工、航空航天、建筑等行业各种部件和零件的制造中，发挥了不可替代的作用。 （1）、在汽车中的应用。缸体和缸盖，需具有足够的强度和刚度，良好的铸造性能和切削加工性能以及低廉的价格等，目前主要用灰铸钢和铝合金；缸套和活塞，对活塞材料的性能要求是热强性高，导热性好，耐磨性和工艺性好，目前常用铝硅合金；冲压件，采用钢板和钢带制造，主要是热轧和冷轧钢板。热轧钢板主要用于制造承受一定载荷的结构件，冷轧钢板主要用于构型复杂、受力不大的机器外壳、驾驶室、轿车车身等。还有汽车的曲轴和连杆、齿轮、螺栓和弹簧等，都按其实用需要使用的了不同的金属材料 （2）、在机床方面的应用。机床的机身、底座、液压缸、导轨、齿轮箱体、轴承座等大型零件部，以及其他如牛头刨床的滑枕、带轮、导杆、摆杆、载物台、手轮、刀架等，首选材料为灰铸铁，球磨铸铁也可选用。随着对产品外观装饰效果的日益重视，不锈钢、黄铜的
功能材料及其发展趋势
材料】功能材料发展趋势??功能材料发展趋势??功能材料是一大类具有特殊电、磁、光、声、热、力、化学以及生物功能的新型材料，是信息技术、生物技术、能源技术等高技术领域和国防建设的重要基础材料，同时也对改造某些传统产业，如农业、化工、建材等起着重要作用。功能材料种类繁多，用途广泛，正在形成一个规模宏大的高技术产业群，有着十分广阔的市场前景和极为重要的战略意义。功能材料按使用性能分,可分为微电子材料、光电子材料、传感器材料、信息材料、生物医用材料、生态环境材料、能源材料和机敏（智能）材料。由于我们已把电子信息材料单独作为一类新材料领域,所以这里所指的新型功能材料是除电子信息材料以外的主要功能材料。? 功能材料是新材料领域的核心，对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用,在全球新材料研究领域中,功能材料约占85 % 。随着信息社会的到来，特种功能材料对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用,是二十一世纪信息、生物、能源、环保、空间等高技术领域的关键材料,成为世界各国新材料领域研究发展的重点，也是世界各国高技术发展中战略竞争的热点。??鉴于功能材料的重要地位,世界各国均十分重视功能材料技术的研究。1９89年美国20０多位科学家撰写了《90年代的材料科学与材料工程》报告,建议政府支持的6类材料中有5类属于功能材料。从199５年至２001年每两年更新一次的《美国国家关键技术》报告中，特种功能材料和制品技术占了很大的比例。2001年日本文部省科学技术政策研究所发布的第七次技术预测研究报告中列出了影响未来的100项重要课题,一半以上的课题为新材料或依赖于新材料发展的课题，而其中绝大部分均为功能材料。欧盟的第六框架计划和韩国的国家计划等在他们的最新科技发展计划中,都把功能材料技术列为关键技术之一加以重点支持。各国都非常强调功能材料对发展本国国民经济、保卫国家安全、增进人民健康和提高人民生活质量等方面的突出作用。? 1、新型功能材料国外发展现状??当前国际功能材料及其应用技术正面临新的突破,诸如超导材料、微电子材料、光子材料、信息材料、能源转换及储能材料、生态环境材料、生物医用材料及材料的分子、原子设计等正处于日新月异的发展之中，发展功能材料技术正在成为一些发达国家强化其经济及军事优势的重要手段。 超导材料以NbTi、Nｂ3Sn为代表的实用超导材料已实现了商品化，在核磁共振人体成像(NMRI）、超导磁体及大型加速器磁体等多个领域获得了应用;SQＵIＤ作为超导体弱电应用的典范已在微弱电磁信号测量方面起到了重要作用,其灵敏度是其它任何非超导的装置无法达到的。但是，由于常规低温超导体的临界温度太低，必须在昂贵复杂的液氦(4.2K)系统中使用,因而严重地限制了低温超导应用的发展。? 高温氧化物超导体的出现,突破了温度壁垒,把超导应用温度从液氦（４.2Ｋ）提高到液氮(77K）温区。同液氦相比,液氮是一种非常经济的冷媒，并且具有较高的热容量，给工程应用带来了极大的方便。另外，高温超导体都具有相当高的上临界场［Ｈc2 (４Ｋ)＞50T]，能够用来产生20T以上的强磁场,这正好克服了常规低温超导材料的不足之处。正因为这些由本征特性Ｔｃ、Ｈc2所带来的在经济和技术上的巨大潜在能力,吸引了大量的科学工作者采用最先进的技术装备，对高Tc超导机制、材料的物理特性、化学性质、合成工艺及显微组织进行了广泛和深入的研究。高温氧化物超导体是非常复杂的多元体系，在研究过程中遇到了涉及多种领域的重要问题，这些领域包括凝聚态物理、晶体化学、工艺技术及微结构分析等。一些材料科学研究领域最新的技术和手段，如非晶技术、纳米粉技术、磁光技术、隧道显微技术及场离子显微技术等都被用来研究高温超导体，其中许多研究工作都涉及了材料科学的前沿问题。高温超导材料的研究工作已在单晶、薄膜、体材料、线材和应用等方面取得了重要进展。
镍钛合金是一种形状记忆合金
镍钛合金在医学上的应用 材料科学与工程学院 08级热处理1班 单珺 080102010005
一、镍钛合金的发展历史可分为3 个阶段: 1、1963 年～1986 年, 开展了初步的基础研究, 包括相变行为、晶体结构、显微组织、力学性能和冶炼加工制备技术等。20 世纪70 年代初, 美国Raychem 公司成功研制了NiTiFe 航空用液压管路接头和紧固件, 并应用于F14 战斗机中, 成为镍钛合金第一个成功的工业应用实例。、 2、1987 年～1994 年, 深入细致地研究了基础理论, 包括马氏体的三变体自协作形状恢复机制、线性超弹性和非线性超弹性的影响因素等 , 这个阶段是镍钛合金工程的鼎盛时期。 3、1995 年至今, 一些新的镍钛合金加工技术和基础理论问题不断出现, 如镍钛合金的表面改性技术、激光加工技术和脉动疲劳寿命测试等。 二、NiTi合金形状记忆效应的原理和特性 所谓"形状记忆效应"是指NiTi合金对它的金相几何形状有“记忆”本领，宏观而言，将一定形状的合金试样，低温塑形形变后，再将试样加热，试样又回复到它原来的形状，同时，产生巨大的回复力，例如横截面积为lcm2的合金棒，相变时产生850Okg的力。 记忆效应分三种:(1)单向记忆:低温金相受力变形，高温金相回到原状。C2)双向记忆:能记住高温与低温金相，随温度而发生顺、逆性变化。(3)全程记忆:机理不甚明了，可能是金相中的一种内应力场起了主要作用。形状记忆效应的应变量依合金的种类而各有所异，约5-20%之间(一般金属小于0.5%),NiTi合金为8%。 形状记忆合金具有“热弹性马氏体型”相变。NiTi合金为例，高温奥氏体相为体心立方有序晶体结构CaCl型B2晶格，低温马氏体相(M)为单斜畸变结构Bl9晶格，从B→M，存在一个对双程记忆效应起着重要作用的R相变。 在B2=R，R=M和R2=M的顺、逆相变中，母和子相中相邻原子位置不变，只是界面上原子发生协作位移-晶体切变。这种切变不但对记忆效应和超弹性起了重要作用，而且也使其耐疲劳性能优于一般金属材料。 具有记忆效应的合金已发现20余种，实用化潜力大的有镍基、铜基及铁基形状记忆合金。NliTi合金为近等原子比的NiTi金属间化合物。国产的医用NiTi合金，Mi含量为50-53%。相变温度可依临床而行相应的工艺处理;同时亦适当改变它的弹性模量。 三、镍钛合金的相变与性能 镍钛合金是一种形状记忆合金，形状记忆合金是能将自身的塑性变形在某一特定温度下自动恢复为原始形状的特种合金。它的伸缩率在20%以上，疲劳寿命达107次，阻尼特性比普通的弹簧高10倍，其耐腐蚀性优于目前最好的医用不锈钢，因此可以满足各类工程和医学的应用需求，是一种非常优秀的功能材料。 顾名思义，镍钛合金是由镍和钛组成二元合金，由于受到温度和机械压力的改变而存在两种不同的晶体结构相，即奥氏体相和马氏体相。镍钛合金冷却时的相变顺序为母相（奥氏体相）-R相-马氏体相。 R相是菱方形，奥氏体是温度较高（大于同样地:即奥氏体开始的温度）的时候，或者去处载荷（外力去除）时的状态，立方体，坚硬。形状比较稳定。而马氏
全球新材料产业发展特征与趋势
全球新材料产业发展特征与趋势 内容来源：互联网浏览次数：1248 更新时间：2018-04-08 新材料是指新出现的具有优异性能或特殊功能的材料，或是传统材料改进后性能明显提高或具有新功能的材料。融入了当代众多学科先进成果的新材料产业是支撑国民经济发展的基础产业，是高技术产业的发展先导和重要内涵，逐渐成为促进经济快速增长和提升企业及地区竞争力的源动力。 我国新材料产业细分产业导向 作为《中国制造2025》制造强国战略提出的十大重点领域之一，新材料产业承担着引领材料工业升级换代，支撑战略性新兴产业发展，保障国民经济和国防军工建设等重要使命。 一、国外新材料产业发展特征与趋势 1、各国新材料产业发展现状 新材料产业的发展水平已成为衡量一个国家经济社会发展、科技进步和国防实力的重要标志，因此世界各国纷纷在新材料领域制定出台相应的规划，竭力抢占新材料产业的制高点。
目前，发达国家仍在国际新材料产业中占据领先地位，世界上新材料龙头企业主要集中在美国、欧洲和日本，其中，日、美、德6家企业占全球碳纤维产能70%以上，日、美5家企业占全球12寸晶圆产量的90%以上，日本3家企业占全球液晶背光源发光材料产量的90%以上。 世界各国新材料领域相关发展计划 2、各国新材料产业发展趋势
(1)、高新技术发展促使材料不断更新换代 高新技术的快速发展对关键基础材料提出新的挑战和需求，同时材料更新换代又促进了高技术成果的产业化。 如微电子芯片集成度及信息处理速度大幅提高，成本不断降低，硅材料发挥了重要作用;新兴产业如氮化镓等化合物半导体材料的发展，催生了半导体照明技术;LED灯的光效给照明工业带来革命性变化;太阳能电池转换效率不断提高，极大推动了新能源产业发展。镁钛合金等高性能结构材料的加工技术取得突破，成本不断降低，研究与应用重点由航空、航天以及军工扩展到高附加值民用领域。 (2)、绿色、低碳成为新材料发展的重要趋势 新能源产业崛起，拉动上游产业如风机制造、光伏组件、多晶硅等一系列制造业和资源加工业的发展，促进智能电网、电动汽车等输送与终端产品的开发和生产。 欧美等发达国家已经通过立法，促进节能建筑和光伏发电建筑的发展，功能材料向微型化、多功能化、模块集成化、智能化等方向发展以提升材料的性能;纳米技术与先进制造技术的融合将产生体积更小、集成度更高、更加智能化、功能更优异的产品。绿色、低碳的新材料技术及产业化将成为未来发展的主要方向。 (3)、跨国集团在新材料产业中仍占据主导地位 目前，世界著名企业集团凭借其技术研发、资金和人才等优势不断向新材料领域拓展，在高附加值新材料产品中占据主导地位。 尤尼明几乎垄断着国际市场上4N8及以上高端石英砂产品;信越、SUMCO、Siltronic、SunEdison等企业占据国际半导体硅材料市场份额的80%以上。半绝缘砷化镓市场90%以上被日本日立电工、住友电工、三菱化学和德国FCM所占有。 DuPont、Daikin、Hoechst、3M、Ausimont、ATO和ICI等7家公司拥有全球90%的有机氟材料生产能力。美国科锐(Cree)公司的碳化硅衬底制备技术具有很强市场竞争力，飞利浦(Philips)控股的美国Lumileds公司的功率型白光LED国际领先，美、日、德等国企业拥有70%LED外延生长和芯片制备核心专利。 小丝束碳纤维的制造基本被日本的东丽纤维公司、东邦公司、三菱公司和美国的Hexel 公司所垄断，而大丝束碳纤维市场则几乎由美国的Fortafil公司、Zoltek公司、Aldila公司和德国的SGL公司4家所占据。美铝、德铝、法铝等世界先进企业在高强高韧铝合金材料的研制生产领域居世界主导地位。美国的Timet、RMI和Allegen Teledyne等三大钛生产企业的总产量占美国钛加工总量的90%，是世界航空级钛材的主要供应商。 (4)、新材料研发模式变革成为关注的重点 21世纪以来，发达国家逐渐意识到依赖于直觉与试错的传统材料研究方法已跟不上工业快速发展的步伐，甚至可能成为制约技术进步的瓶颈。因此，亟需革新材料研发方法，加速材料从研发到应用的进程。 例如，美国政府“材料基因组计划”(MGI)，其新材料从发现到应用的速度至少提高一倍，