金属功能材料分类

1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划金属功能材料分类新型金属功能材料1课程开设目的：让学生对各种金属功能材料有比较全面和深入的了解，掌握其制备方法、微观组织结构、性能特点、应用及最近的发展动向，为将来独立进行新金属功能材料的研究奠定基础。2课程主要内容：第1章磁性功能材料磁行为物理本质磁记录技术和原理软磁材料硬磁材料磁记录技术材料第2章超导材料超导体的基本性质两类超导体的基本特性超导隧道效应超导材料的发展超导材料的应用第3章形状记忆合金形状记忆效应及原理形状记忆材料及性能形状记忆合金的应用陶瓷和树脂中的形状记忆效应第4章储氢材料金属氢化物储氢合金的类型应用第5章减震材料内耗的表述及各表示法之间的关系动滞后型内耗静滞后型内耗阻尼共振型内耗金属强度与衰减系数的关系从材料的内部组织结构观点看减震机制典型减震合金的特点和减震合金的应用第6章生物医学材料生物医学材料的发展简史生物医学材料的特征与评价生物医学材料的分类、特性与应用第7章智能材料与结构关于智能材料的概念智能结构和系统中的材料机敏材料和结构第8章非晶态合金金属

2、玻璃的分类制备方法结构驰豫和晶化性能、应用和展望第9章薄膜功能材料薄膜材料制备方法简介薄膜材料的特点主要薄膜功能材料第10章纳米功能材料纳米功能材料的制备纳米材料的微结构纳米材料的性能应用和展望第11章功能复合材料电性复合材料梯度功能复合材料隐身复合材料3教材：清华大学材料科学与工程系编，“金属功能材料”，1.金属基复合材料制备工艺的选择原则基体与增强剂的选择，基体与增强剂的结合界面的形成机制，界面产物的控制及界面设计增强剂在基体中的均匀分布制备工艺方法及参数的选择和优化制备成本的控制和降低，工业化应用的前景2.金属基复合材料制备工艺的分类1）固态法：真空热压扩散结合、超塑性成型/扩散结合、模压、热等静压、粉末冶金法2）液态法：液态浸渗、真空压铸、反压铸造、半固态铸造3）喷射成型法：等离子喷涂成型、喷射成型4）原位生长法3.金属基复合材料的界面结合形式机械结合：第一类界面。主要依靠增强剂的粗糙表面的机械“锚固”力结合。浸润与溶解结合：第二类界面。如相互溶解严重，也可能发生溶解后析出现象，严重损伤增强剂，降低复合材料的性能。如采用熔浸法制备钨丝增强镍基高温合金复合材料以及碳纤维/镍基复合

3、材料在600下碳在镍中先溶解后析出的现象等。化学反应结合：第三类界面。大多数金属基复合材料的基体与增强相之间的界面处存在着化学势梯度。只要存在着有利的动力学条件，就可能发生相互扩散和化学反应4金属基复合材料的界面优化以及界面设计改善增强剂与基体的润湿性以及控制界面反应的速度和反应产物的数量，防止严重危害复合材料性能的界面或界面层的产生，进一步进行复合材料的界面设计，是金属基复合材料界面研究的重要内容。从界面优化的观点来看，增强剂与基体的在润湿后又能发生适当的界面反应，达到化学结合，有利于增强界面结合，提高复合材料的性能5.界面优化以及界面设计一般有以下几种途径增强剂的表面改性处理改善增强剂的力学性能；改善增强剂与基体的润湿性和粘着性；防止增强剂与基体之间的扩散、渗透和反应；减缓增强剂与基体之间因弹性模量、热膨胀系数等的不同以及热应力集中等因素所造成的物理相容性差的现象。常用的增强材料的表面处理方法有：PVD、CVD、电化学、溶胶-凝胶法等金属基体改性控制界面反应增加基体合金的流动性，降低复合材料的制备温度和时间改善增强剂与基体的润湿性1.与资源、能源和环境相协调的道路在尽可能满足用户对

4、材料性能的要求的同时，必须考虑尽可能节约资源和能源，尽可能减少对环境的污染，改变片面追求性能的观点在研究、设计、制备材料以及使用、废弃材料产品时，一定要把材料及其产品整个寿命周期中，与环境的协调性作为重要评价指标，改变只管设计生产，而不顾使用和废弃后资源再生利用及环境污染的观点2环境材料的内涵在加工、制造、使用和再生过程中具有最低环境负荷、最大使用功能的人类所需材料。既包括经改造后的现有传统材料也包括新开发的环境材料1)材料的先进性2)环境协调性(区别于传统材料)优先争取的目标：生产环节中资源和能源的消耗少工艺流程的环境负荷小废弃后易于再生循环3)舒适性3.无铅焊料Sn-Pb合金在焊料制备、焊接、产品使用过程和废弃之后均产生铅渣、铅蒸气而污染环境。填埋处理废弃的Sn-Pb合金，其中铅元素可溶于水并通过生物链进入人体。从环境保护的角度出发,要寻找替代Sn-Pb共晶合金的新型无铅钎焊合金，目前已取得的进展大多以Sn-Ag系合金和Sn-Zn系合金。为了调整合金的熔化温度,加入了少量的Bi或In。问题：熔点高，润湿差，成本高。由于焊料的成分和性能发生了变化，焊接过程中也出现了新的问题。须设法减

5、少焊料损耗，采用充氮工艺等。4.应用材料预测技术使材料环境材料化材料的性能可通过化学成分的选择以及由控制加工、热处理等制造工艺而确定的微观组织来决定。?复合材料的特点之一就是可以根据使用目的进行设计和制造；?金属材料即使化学成分相同，也能通过改变微观组织使它的性能发生很大的变化，因而可以说金属材料是可进行设计的材料。采用以基础理论为指导的材料预测技术来控制生产、使用、废弃、回收的循环，这是“金属材料环境材料化”的重要课题5.废钢铁处理与杂质问题在废铁的回收过程中分选、分离工程是十分重要的。其一是化学成分的多样化。其二是由钢铁精炼工艺本身所具有的性质决定的因而，钢水中的元素可以分为以下四种类型：(1)几乎全部残存于钢水中的元素：Cu,Ni,Sn,Mo,Co,W,As,(Sb)(2)不能完全除去的元素：Cr,Mn,P,S(3)与沸点、蒸汽压等无关的元素：Zn,Cd,Pb,(Sb)(4)从钢水中几乎可以全部除去的元素：Si,Al,V,Zr,B等。合金钢经几次废钢铁再生，并且在分选过程中未被分离出而发生废料混合的情况下，Cu,Ni,Sn,Mo等元素的浓度就会不断提高。这些元素本来是为了提高性能

6、而起合金作用的。但是，它们对热加工性能有不良影响，因而必须控制其含量。为了将废钢铁置于庞大的钢铁材料流向中予以妥善处理，必须采取如下综合性的解决对策：(1)含有不能除去元素的废钢铁精炼制钢工艺开发；(2)杂质无害化技术的开发；(3)确立通过材料设计可以实现再生循环的材料体系第四章非晶材料1.非晶材料在微观结构特征(1)存在小区间的短程有序，在近邻或次近邻原子键合具有一定规律性，但没有任何长程有序(2)温度升高，非晶材料会发生明显的结构转变，是一类亚稳态材料(3)非晶结构的亚稳性不仅包括温度达到Tc以上发生的晶化，还包括低温加热时发生的结构弛豫非晶晶化结晶与合金熔液凝固结晶类似，也是一个形核和长大的过程非晶合金的结构弛豫和晶化都是亚稳非晶结构产生结构失稳时发生的相应变化2.结构驰豫在低于晶化温度Tc退火时，非晶合金内原子相对位置会发生较小变化，非晶合金的结构逐步接近有序度较高的理想结构，使其总能量降低，同时引起非晶合金密度、比热、电阻、弹性模量等物理性能产生相应变化，这种结构变化称为结构弛豫3.非晶晶化结晶与合金熔液凝固结晶的比较非晶晶化结晶与合金熔液凝固结晶类似，也是一个形核和长大的过

7、程晶化是固态反应，受原子在固相中的扩散支配，晶化速度没有凝固结晶快；非晶比熔体在结构上更接近晶态，晶化形核时主要阻力项(固固界面能)比凝固时(固液界面能)小；实际凝固中，非晶形成的同时也可能形成一些细小晶粒，它们在晶化时可作为非均匀形核媒质，非晶中的夹杂物、自由表面等都可使晶化以非均匀形核方式进行。非晶晶化时形核率很高，晶化后晶粒十分细小4.非晶结构的稳定性主要取决因素合金组元的种类和含量：组元种类和含量的变化会改变原子键合强度和短程有序程度。凝固冷速：冷速越高，金属玻璃的自由能越高，相应的结构稳定性越低，越易产生结构弛豫和晶化，选择适当的凝固冷速对保证非晶稳定性十分重要。组态熵较大的合金：组态熵较大的合金晶化激活能越大，发生结构弛豫或晶化时所需的能量越高，非晶结构越稳定。中子辐照：?中子辐照可使极细的晶粒非晶化，消除晶化时非均匀形核媒质，提高非晶合金的稳定性。5.非晶态合金的性能强度、硬度和刚度非晶中原子有较强的键合，特别是金属-类金属非晶中原子键合比一般晶态合金强得多；非晶合金中原子排列长程无序，缺乏周期性，合金受力时不会产生滑移；非晶合金具有很高的强度、硬度和较高的刚度，是强度最

8、高的实用材料之一韧性和延性非晶合金不仅具有很高的强度和硬度，与脆性的无机玻璃截然不同，还具有很好的韧性，并且在一定的受力条件下还具有较好的延性6.为什么非晶合金不能单独做结构材料使用？非晶合金具有很高强度、硬度、耐磨性能和韧性，在弯曲、压缩状态时有很好的延性，但拉伸延性、疲劳强度很低，所以一般不能单独用作结构材料。许多成分的金属玻璃经适当晶化处理后，综合力学性能会有很大提高7.非晶合金的四大性能热学性能非晶态合金处于亚稳态，是温度敏感材料。如果材料的晶化温度较低，非晶态合金更不稳定，有些甚至在室温时就会发生转变。如金属玻璃在相当宽的温度范围内，都显示出很低的热膨胀系数电学性能非晶具有长程无序结构，在金属-类金属非晶合金中含有较多的类金属元素，对电子有较强的散射非晶合金一般具有较高的电阻率磁学性能部分非晶合金具有良好的铁磁性能非晶合金很容易磁化，矫顽力极低在很大频率范围内都具有很高的磁导率一些非晶永磁合金经晶化处理后，永磁性能会产生很大改善，例如：NdFeB非晶合金经过晶化热处理并控制形变织构方向后，最大磁能积达到55MGOe，是目前永磁合金磁能积的最高水平之一化学性能非晶中没有晶界、沉淀相相界、位错等容易引起局部腐蚀的部位，也不存在晶态合金容易出现的成分偏析，所以非晶合金在结构和成分上都比晶态合金更均匀，具有更高的抗腐蚀性能8.非晶合金晶化后制成微晶合金可作为结构材料使用非晶薄带粉碎后进行热压加工，使非晶合金晶化并制成大块晶态合金，晶粒细小均匀，尺寸m，还含有大量硬度很高的弥散硼化物和金属间化合物，具有优异力学性能。这种微晶合金不仅综合力学性能好，而且克服非晶合金尺寸小、工作温度低的缺点，且仍然保持很强的抗腐蚀性能第五章薄膜材料1.薄膜材料的定义薄膜是一种二维材料，它在厚度方向上的尺寸很小，往往为纳米至微米量级。薄膜是一种人造材料，其结构和性质与制备方法和工艺条件

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