专业素养——材料—专业素养.ppt

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1、专业素养专业素养材料材料专业素养专业素养第一页，共134页。 一、本专业材料相关课程 二、材料学科的发展 三、新材料的发展热点 四、材料科学与机械工程第二页，共134页。 材料力学材料力学4学分学分第第4学期学期 工程材料工程材料2学分学分第第5学期学期 机械设计机械设计4学分学分第第6学期学期 金工实习金工实习2学分学分第第2学期学期 机械设计课程设计机械设计课程设计3学分学分第第6学期学期秀外慧中秀外慧中第三页，共134页。什么是材料什么是材料( (materials)?)?Materials is the stuff from which a thing is made for usin

2、g.材料是人类社会所能接受的、可经济地制造有用物材料是人类社会所能接受的、可经济地制造有用物品的物质。品的物质。天然材料天然材料人工材料人工材料人工材料人工材料第四页，共134页。 材料的分类材料的分类 用途：结构材料用途：结构材料（受力，承载）功能材料功能材料（半导体，超导体，以及光、电、声、磁、 应力转换，等）属性：金属材料、无机非金属材料和有机高分子材料属性：金属材料、无机非金属材料和有机高分子材料 发展：传统材料发展：传统材料（钢铁，铜，铝，水泥，塑料，陶瓷，. ）新材料新材料（金属间化合物，高温超导材料，非晶态合 金，纳米材料, .）第五页，共134页。材料的发展史，就是人类社会的发

3、展史。材料的发展史，就是人类社会的发展史。二、材料科学的发展人类使用材料的七个时代人类使用材料的七个时代公元前公元前10万年万年 石器时代石器时代公元前公元前3000年年 青铜器时代青铜器时代公元前公元前1000年年 铁器时代铁器时代公元公元0年年 水泥时代水泥时代1950年年 硅时代硅时代(信息时代信息时代)1990年年 新材料时代新材料时代第六页，共134页。第七页，共134页。第八页，共134页。湖北江陵楚墓出土越王勾践宝剑湖北江陵楚墓出土越王勾践宝剑第九页，共134页。第十页，共134页。 材料、能源和信息材料、能源和信息并列成为现代科学和并列成为现代科学和现代文明的三大支柱，现代文明

4、的三大支柱， 材料又是最重要的材料又是最重要的基础。基础。 材料材料: 人类生活与社会发展的主要物质人类生活与社会发展的主要物质基础基础，其品种、数量和质量是人类文明和社其品种、数量和质量是人类文明和社会进步的标志。会进步的标志。第十一页，共134页。 例例1：泰坦尼克号事件：泰坦尼克号事件（泰坦尼克号遇难有新说）（泰坦尼克号遇难有新说） 造船厂使用劣质材料造船厂使用劣质材料 酿成震惊世界惨祸酿成震惊世界惨祸劣质铆钉！第十二页，共134页。 例例2：9.11世贸大厦是豆腐渣工程世贸大厦是豆腐渣工程 （阻燃材料（阻燃材料、环保材料环保材料、钢结构）钢结构） 造价造价11亿美元亿美元 用钢用钢7.

5、8万吨万吨 110层层 411米米 历时历时7年竣工年竣工 企业企业1200家家 5万人上班万人上班 游客游客15万人万人 30003000多人丧生多人丧生 ！世贸大厦倒塌世贸大厦倒塌第十三页，共134页。 一是用一是用阻燃材料；阻燃材料； 二是用二是用绿色环保材料。绿色环保材料。高高 温温钢梁钢柱严重软化钢梁钢柱严重软化强度急剧降低强度急剧降低倒倒 塌塌建筑材料燃烧建筑材料燃烧释放大量有毒烟雾释放大量有毒烟雾导致导致人窒息死亡人窒息死亡解决办法解决办法：45钢室温钢室温600 b1/2Al合金室温合金室温400 b1/10 第十四页，共134页。例例3： 第十五页，共134页。垮塌后的彩虹桥

6、垮塌后的彩虹桥第十六页，共134页。上海虹桥国际机场上海虹桥国际机场 电影电影紧急迫降紧急迫降例例4：紧急迫降：紧急迫降第十七页，共134页。第十八页，共134页。 88层层 425m 共消耗钢管桩共消耗钢管桩1.8万吨万吨 主楼主楼钢管桩钢管桩430根根(壁厚壁厚20mm) 914mm83.5m 裙楼裙楼钢管桩钢管桩632根根(壁厚壁厚20mm) 609mm47m 例例5：上海金茂大厦：上海金茂大厦 第十九页，共134页。机翼后中段：机翼后中段：Ti合金合金机翼中段：机翼中段：Al、Ti及复合材料及复合材料机身：主梁、发动机舱用轻金机身：主梁、发动机舱用轻金 属、复合材料，其余用碳纤维、属、

7、复合材料，其余用碳纤维、 石墨纤维等复合材料，不易反射石墨纤维等复合材料，不易反射 雷达波。雷达波。机翼前缘：全部包覆吸波材料。机翼前缘：全部包覆吸波材料。机体：喷涂吸波油漆。机体：喷涂吸波油漆。 例例6：美国美国B-2A型战机型战机第二十页，共134页。 例例7：未来的航天飞机（复合材料）：未来的航天飞机（复合材料） 主结构用合成材料。航天飞机主结构用合成材料。航天飞机返回地球时，返回地球时，机身温度超过机身温度超过1000 ，以前的航天飞机外表面使用碳陶，以前的航天飞机外表面使用碳陶瓷片，在二次飞行期间许多碳陶瓷瓷片，在二次飞行期间许多碳陶瓷片需更换，很麻烦。片需更换，很麻烦。 新的航天飞

8、机新的航天飞机外壳用外壳用Ni-Cr-Fe合合金金制造，制造，外层隔热板由一层外层隔热板由一层TiAl合金合金与一层绝热材料与一层绝热材料组成。组成。 第二十一页，共134页。 例例8：磁悬浮列车（超导材料）：磁悬浮列车（超导材料） 第二十二页，共134页。 超导磁悬浮列车如何悬浮？超导磁悬浮列车如何悬浮？在每节车厢的底部安装了超导磁体，路面上埋在每节车厢的底部安装了超导磁体，路面上埋许多闭合许多闭合Al环。在超导磁体的线圈中通入电流产生很强的磁场。列车开环。在超导磁体的线圈中通入电流产生很强的磁场。列车开动后，超导磁体相对于动后，超导磁体相对于Al环运动，在环运动，在Al环里感应出强电流，并

9、相应形环里感应出强电流，并相应形成强磁场。成强磁场。超导体的完全抗磁性超导体的完全抗磁性使车上的超导磁体受到地面使车上的超导磁体受到地面Al环的向环的向上托上托力，车速愈快，托力愈大。力，车速愈快，托力愈大。 当超导体处于一块永久磁当超导体处于一块永久磁Fe的上方时，超导体与磁铁之间产生排斥力，的上方时，超导体与磁铁之间产生排斥力，超导体就会悬浮在磁超导体就会悬浮在磁Fe上方。上方。 当车速当车速150km/h，托力大于列车自重，列车浮起。当列车停下，托力大于列车自重，列车浮起。当列车停下时，时，Al环中无感应电流，不能产生磁场，因此在开车启动和减速停车环中无感应电流，不能产生磁场，因此在开车

10、启动和减速停车时有一段时间仍需用车轮在轨道上运行。时有一段时间仍需用车轮在轨道上运行。 上海的磁悬浮线路上海的磁悬浮线路2002年建成，年建成，2003年正式商业运营。时速年正式商业运营。时速430km/h 。 例例8：磁悬浮列车（超导材料）：磁悬浮列车（超导材料） 第二十三页，共134页。北京奥运会的新材料（北京奥运会的新材料（1）第二十四页，共134页。北京奥运会的新材料（北京奥运会的新材料（1） 水立方（水立方（water cube）17717730米米 采用采用聚四氟乙烯（聚四氟乙烯（ETFE）制造外部膜制造外部膜 1. 较好较好延展性延展性：拉到本身的拉到本身的3 4 倍长都不断裂；

11、倍长都不断裂； 2. 抗压性抗压性：充气后，每块膜都能承受充气后，每块膜都能承受1辆汽车的辆汽车的 重量，可抵御暴雨、冰雹、沙尘暴；重量，可抵御暴雨、冰雹、沙尘暴； 3. 耐火性耐火性：燃点：燃点715，燃烧后无扩散、无烟，燃烧后无扩散、无烟， 无燃烧物；无燃烧物； 4. 自洁性自洁性：ETFE膜摩擦系数很小，尘土不容易膜摩擦系数很小，尘土不容易 粘在上面，自己能雨水洗脸。粘在上面，自己能雨水洗脸。 第二十五页，共134页。北京奥运会的新材料（北京奥运会的新材料（2）李娜纳米网球拍李娜纳米网球拍200克，由克，由碳纤维碳纤维、塑料、钛、塑料、钛组成。组成。第二十六页，共134页。北京奥运会的新

12、材料（北京奥运会的新材料（3） 冰背心冰背心德国研制德国研制，夹层里密布细小的水管，夹层里密布细小的水管，水管中流淌着水管中流淌着17的降温的降温液液，可抵御高温、保持体，可抵御高温、保持体能。背心外层隔温性非常能。背心外层隔温性非常好，可有效阻断外部热量好，可有效阻断外部热量，降温效果持久。，降温效果持久。第二十七页，共134页。北京奥运会的新材料（北京奥运会的新材料（4） 以特氟纶纤维制成的鲨鱼皮泳衣以特氟纶纤维制成的鲨鱼皮泳衣，表面模仿了鲨鱼表皮成排的，表面模仿了鲨鱼表皮成排的脊柱形脊柱形小突起小突起，能减少，能减少4的阻力，减少的阻力，减少5的氧气消耗，成绩提高的氧气消耗，成绩提高2。

13、 英国英国“速比涛速比涛”(Speedo)公司的公司的第四代鲨鱼皮第四代鲨鱼皮LZR Racer，售价，售价7000元人民币，寿命只有元人民币，寿命只有6次。次。第二十八页，共134页。北京奥运会的新材料（北京奥运会的新材料（5） 撑撑高高跳跳女女皇皇 伊伊辛辛巴巴耶耶娃娃竹竹 竿竿金属杆金属杆碳纤维复合材料碳纤维复合材料玻璃纤维玻璃纤维第二十九页，共134页。北京奥运会的新材料（北京奥运会的新材料（6） 杭州产杭州产 “HF-5型型碳纤维复合材料碳纤维复合材料四人新型赛艇四人新型赛艇”采用单向碳纤维制造采用单向碳纤维制造，重量轻、强度高、刚性好，不仅提，重量轻、强度高、刚性好，不仅提高了赛艇

14、的安全性，也提高了划船效高了赛艇的安全性，也提高了划船效率。帮助中国四朵金花一举拿下赛艇率。帮助中国四朵金花一举拿下赛艇女子四人双桨的金牌。女子四人双桨的金牌。 第三十页，共134页。温哥华冬奥会的新材料（温哥华冬奥会的新材料（1） 电子垃圾铸奖牌电子垃圾铸奖牌 奖牌直径奖牌直径100mm，厚，厚6mm，重量重量500576克。每块金牌中克。每块金牌中有有1.5%左右的成分来自于从电左右的成分来自于从电子垃圾碎片中提取的金属。子垃圾碎片中提取的金属。第三十一页，共134页。 科学美国人科学美国人网站报道：将计算网站报道：将计算机、监控器、打印机和玻璃制品等粉机、监控器、打印机和玻璃制品等粉碎，

15、随后分离出钢、铝、铜、玻璃和碎，随后分离出钢、铝、铜、玻璃和其他有用物质，并将余下的碎片倒入其他有用物质，并将余下的碎片倒入1200高温的熔炉中，以获取那些高温的熔炉中，以获取那些不能通过简单粉碎提炼出的金属材不能通过简单粉碎提炼出的金属材料。料。温哥华冬奥会的新材料（温哥华冬奥会的新材料（1） 电子垃圾铸奖牌电子垃圾铸奖牌 第三十二页，共134页。 速滑竞赛服就在大腿处使用速滑竞赛服就在大腿处使用了比普通纤维弹性强数十倍的橡了比普通纤维弹性强数十倍的橡胶材料，可最大程度地减少体力胶材料，可最大程度地减少体力消耗；右胯部以内附着的是消耗；右胯部以内附着的是“3M”合成纤维，可有效减小摩擦合成纤

16、维，可有效减小摩擦力。力。 为减少空气阻力，为减少空气阻力，韩国代表团韩国代表团在比赛服的双手及双腿处使用了蜂窝在比赛服的双手及双腿处使用了蜂窝样式的聚氨酯材料。样式的聚氨酯材料。温哥华冬奥会的新材料（温哥华冬奥会的新材料（2） 聚氨酯速滑服聚氨酯速滑服第三十三页，共134页。铝合金的铝合金的主要应用领域主要应用领域战机舰船导弹火箭人造卫星战车高速列车汽车高层建筑第三十四页，共134页。第三十五页，共134页。第三十六页，共134页。没有特殊的新型材料，“神州号”宇宙飞船就无法遨游太空卫星发射，节省1公斤重量将降低费用$20000。第三十七页，共134页。1）逻辑推理(古代哲学家，432 BC

17、.)2）宏观形貌观察、观测（by eye, 1669）3）科学测定（X-ray diffraction, electron diffraction,等）1、古代中国：“日取其半，万世不竭”“道生一，一生二，二生三，三生万物”（老子）；“以土与金、木、水、火杂以成百物”（国语正语）；“太极生两仪，两仪生四象，四象生八卦，八卦交而生万物” （易经）人类对材料微观结构认识的发展过程人类对材料微观结构认识的发展过程第三十八页，共134页。2、Europe:Plato (428-348 B.C.) and Euclid (330-275? B.C.)5 regular polyhedrons stand

18、 for 5 original elements (fire, air, earth,water, ether) which were used for describing every thing in the world.Fire - tetrahedronAir - octahedronEther - dodecahedronEarth - cubeWater - icosahedron第三十九页，共134页。 介介 观观 宏宏 观观 晶体的结构与形状晶体的结构与形状晶体的结构晶体的形状第四十页，共134页。Morphology of Diamond 第四十一页，共134页。Snow f

19、lake1 mm60SOURCE:W. Bentley & W. Humpbreys, Snow Crystals, (McGraw-Hill Book Company, 1931), p.147.第四十二页，共134页。abcagb单胞晶系晶系单胞特征单胞特征Bravais点阵点阵三斜abc, 简单三斜abg90单斜abc, 简单单斜ag 90=b底心单斜正交abc, 简单正交，底心正交a=b=g=90 体心正交，面心正交三角a=b=c, 简单三角a=b=g120 90, 60四方a=bc, 简单四方a=b=g=90 体心四方六角a=b, 六角b=g=90, a=120立方a=b=c, 简单

20、立方，体心立方a=b=g=90面心立方七大晶系、14种Bravais点阵第四十三页，共134页。金属材料半导体和超导材料硅酸盐材料复合材料纳米材料高分子材料三、新材料的发展热点减振材料智能材料磁性材料第四十四页，共134页。1 1、纳米材料纳米材料石墨烯纳米材料石墨烯纳米材料第四十五页，共134页。第四十六页，共134页。 纳米材料的特性纳米材料的特性1. 纳米材料的表面效应纳米材料的表面效应 纳米材料的表面效应是指纳米纳米材料的表面效应是指纳米粒子的表面原子数与总原子数之比粒子的表面原子数与总原子数之比随粒径的变小而急剧增大后所引起随粒径的变小而急剧增大后所引起的性质上的变化。的性质上的变化

21、。 2. 纳米材料的体积效应纳米材料的体积效应 由于纳米粒子体积极小，所包含的由于纳米粒子体积极小，所包含的原子数很少，相应的质量极小。因此，原子数很少，相应的质量极小。因此，许多现象就不能用通常有无限个原子的许多现象就不能用通常有无限个原子的块状物质的性质加以说明，这种特殊的块状物质的性质加以说明，这种特殊的现象通常称之为体积效应。现象通常称之为体积效应。 表面效应表面效应第四十七页，共134页。如果一个纳米的粒子放在乒乓球上，相当于把一个乒乓球放在地球上。用什么仪器去看纳米扫描隧道显微镜（英文名称是Scanning Tunneling Microscope，简称为STM）。STM具有惊人的

22、分辨本领，水平分辨率小于0.1纳米，垂直分辨率小于0.001纳米第四十八页，共134页。花粉是纳米级的粒子病毒也是纳米级的,0-100nm.第四十九页，共134页。第五十页，共134页。第五十一页，共134页。第五十二页，共134页。第五十三页，共134页。第五十四页，共134页。第五十五页，共134页。碳纳米管 nanotube碳纳米管是一种长度和直径之比很高的纤维。它韧性极高，兼具金属性和半导体性，强度比钢高100倍，而重量只有钢的1/6。科学家们已经研制成功了世界上最小的碳管，他们认为这将是最细和最稳定的纳米碳管。这种小小的圆柱体直径仅为0.4纳米。第五十六页，共134页。纳米管存储器的

23、优点 存储量大 底成本和闪存的非挥发性完美的结合 耗电量低 较好地抵抗可能出现的高温，低温或磁性损坏第五十七页，共134页。第五十八页，共134页。纳米技术对信息技术的影响 可以将存储器的存储能力提高1000倍，到那时巨型计算机小到可以放进口袋里，国家图书馆的全部资料的信息可以存储在一块水果糖大小的存储器中。 以硅为材料的微米级集成电路技术将走到尽头，纳米材料将成为替代硅和其它半导体材料的最佳候选者。从技术上讲，碳纳米管很有可能成为硅的换代品，成为电子产品的主要材料。 科学家分别研究了金属性的碳纳米管和半导体性的碳纳米管，认为金属性碳纳米管可以用作电路中的连接件，而半导体性碳纳米管可以用作电路

24、开关第五十九页，共134页。碳纳米管纤维纺织技术2004年11月19日 美国科学周刊306卷第六十页，共134页。纳米技术在生活中的应用 将纳米颗粒放到织物纤维中去，做成的衣服不沾水又防污。 在食物中添加纳米微粒，可以除味杀菌，聪明的厂家已利用这一技术生产出可以抗菌的冰箱。 纳米陶瓷粉体作为涂料的添加剂也得到广泛的应用，这些特种涂料涂在塑料或木材上，具有防火、防尘和耐磨的性能。第六十一页，共134页。引发新的工业革命 纳米技术的科学家们坚信，“小”不仅是美丽的，而且是未来科学技术发展的趋势。日本已用极微小的部件组装成一辆只有米粒大小、能够运转的汽车；工程师们制成了直径只有12毫米的静电发动机、

25、体积只有常规机器万分之一并能运转的车床以及直径仅5.5毫米的“尺蠖”有朝一日它也许会钻进核工厂的管道系统检查管道是否有裂缝；德国工程师还制成了一架只有黄蜂大小并能升空的直升机以及肉眼几乎看不见的发动机。第六十二页，共134页。科学家已开始在硅片上造出微机电系统 (MEMS)。这种装置把电路和运转着的机器合装在一个硅片上，它最终将像目前的硅芯片一样普遍。几种基本的微机电系统已经在美国、日本和德国使用，包括在上百万辆汽车里安装的一种细如发丝的传感制动器，当它“感觉”到撞击时，就会立即打开保险气袋，防止撞伤。第六十三页，共134页。生物医学领域 纳米机器人是纳米生物学中最具诱惑力的内容。纳米机器人可

26、注入人体血管内，可以进行全身健康检查，疏通脑血管中的血栓，清除心脏动脉脂肪淀积物，吞噬病毒，杀死癌细胞。第六十四页，共134页。第六十五页，共134页。二、智能材料二、智能材料 智能材料智能材料就是指具有感知环境（包括内环就是指具有感知环境（包括内环境和外环境）刺激，对之进行分析、处理境和外环境）刺激，对之进行分析、处理、判断，并采取一定的措施进行适度响应、判断，并采取一定的措施进行适度响应的智能特征的材料的智能特征的材料 第六十六页，共134页。1）具有感知功能，能够检测并且可以识别外界（或者内）具有感知功能，能够检测并且可以识别外界（或者内部）的刺激强度部）的刺激强度2）具有驱动功能，能够

27、响应外界变化）具有驱动功能，能够响应外界变化3）能够按照设定的方式选择和控制响应）能够按照设定的方式选择和控制响应4）反应比较灵敏、及时和恰当）反应比较灵敏、及时和恰当5）当外部刺激消除后，能够恢复到原始状态）当外部刺激消除后，能够恢复到原始状态 二、智能材料二、智能材料 第六十七页，共134页。传感器传感器执行器执行器控制器控制器智能机构智能机构材料自身材料自身能够探测能够探测到外部环到外部环境状态的境状态的变化变化能够自动能够自动地执行改地执行改变材料状变材料状态的指令态的指令能够对探测到的外部环境的变化作出判断能够对探测到的外部环境的变化作出判断，并给出相应的改变材料状态的指令，并给出相

28、应的改变材料状态的指令智能材料的基本结构智能材料的基本结构 感知感知 控制控制 驱动驱动 第六十八页，共134页。智能结构的动作流程图智能结构的动作流程图识别识别分析分析判断判断行动行动驱动元件驱动元件自适应地改变结构形状、刚度、自适应地改变结构形状、刚度、位置、应力状态、固有频率等位置、应力状态、固有频率等智能材料的原理智能材料的原理 第六十九页，共134页。智能材料的应用形状记忆合金智能材料的应用形状记忆合金形状记忆效应：将材料在一定条件下进行一定限度以内的变形后，再对材形状记忆效应：将材料在一定条件下进行一定限度以内的变形后，再对材料施加适当的外界条件，材料的变形随之消失而恢复到变形前的

29、形状的现料施加适当的外界条件，材料的变形随之消失而恢复到变形前的形状的现象象形状记忆材料：具有形状记忆效应的材料形状记忆材料：具有形状记忆效应的材料形状记忆合金：具有形状记忆效应的金属，通常是由形状记忆合金：具有形状记忆效应的金属，通常是由两两种以上的金属元素构种以上的金属元素构成的合金。成的合金。感知和驱动双重功能感知和驱动双重功能a)a)原始形状原始形状 b)b)拉拉 直直 c)c)加热后恢复加热后恢复 第七十页，共134页。 形状记忆效应的三种形式形状记忆效应的三种形式 单向记忆单向记忆 双向记忆双向记忆 全方位记忆全方位记忆第七十一页，共134页。 利用记忆合金在特定温度下的形变功能，

30、可以制作多种利用记忆合金在特定温度下的形变功能，可以制作多种温控器温控器件，可以制作温控电路、温控件，可以制作温控电路、温控阀门阀门，温控的管道，温控的管道连接。连接。自动的消防龙头，失火温度升高，记忆合金变形，使阀门开启，自动的消防龙头，失火温度升高，记忆合金变形，使阀门开启，喷水救火。喷水救火。制作了宇宙空间站的面积几百平米的自展天线，先在地面上制作了宇宙空间站的面积几百平米的自展天线，先在地面上制成大面积的抛物线形或平面天线，折叠成一团，用飞船带制成大面积的抛物线形或平面天线，折叠成一团，用飞船带到太空，温度转变，自展成原来的大面积和形状。到太空，温度转变，自展成原来的大面积和形状。 第

31、七十二页，共134页。用钛用钛- -镍形状记忆合金制成的人造卫星天线镍形状记忆合金制成的人造卫星天线形状记忆合金形状记忆合金被广泛用于做人造卫星和宇宙飞船的天线，水暖系被广泛用于做人造卫星和宇宙飞船的天线，水暖系统、防火门和电路断电的自动控制开关，以及牙齿矫正等医疗材料统、防火门和电路断电的自动控制开关，以及牙齿矫正等医疗材料第七十三页，共134页。自展天线自展天线第七十四页，共134页。形状记忆合金用作铆钉的工作原理图形状记忆合金用作铆钉的工作原理图形状记忆材料形状记忆材料第七十五页，共134页。医疗领域应用：牙齿矫形丝、血栓过滤器、动脉瘤医疗领域应用：牙齿矫形丝、血栓过滤器、动脉瘤 夹、接

32、骨板等（夹、接骨板等（Ti-Ni合金）合金）支撑性与柔韧性完美协调支撑性与柔韧性完美协调 的的Ti-Ni记忆合金食道支架记忆合金食道支架形状记忆材料形状记忆材料第七十六页，共134页。 记忆金属记忆金属Ti-Ni合金支架治疗食管狭窄合金支架治疗食管狭窄支架形状的回复力对组织产生持续而柔和的扩张作用，支架植入后支架形状的回复力对组织产生持续而柔和的扩张作用，支架植入后患者的进食困难症状明显减轻，由于生物相容性好，可较长期放置患者的进食困难症状明显减轻，由于生物相容性好，可较长期放置体内。体内。主要适应症包括：中晚期食道癌、食道癌术后复发和食道癌放疗后引起的吞主要适应症包括：中晚期食道癌、食道癌术

33、后复发和食道癌放疗后引起的吞咽困难等。治疗后咽困难等。治疗后10分钟内可解除吞咽困难，增加进食量，明显改善生活分钟内可解除吞咽困难，增加进食量，明显改善生活质量质量形状记忆材料形状记忆材料第七十七页，共134页。形状记忆材料形状记忆材料Ti-Ni合金制作的多种支架合金制作的多种支架(a)尿道支架尿道支架(b)食道支架食道支架(c)胆道支架胆道支架(d)气管支架气管支架第七十八页，共134页。陶瓷（陶瓷（Ceramics ） 陶瓷材料是陶瓷材料是陶器陶器和和瓷器瓷器材料的总称，是一种既材料的总称，是一种既古老又现代的工程材料，同时也是人类最早利用古老又现代的工程材料，同时也是人类最早利用自然所提

34、供的原料而成的材料，亦称自然所提供的原料而成的材料，亦称无机非金属材无机非金属材料料。 陶瓷材料由于具有陶瓷材料由于具有耐高温耐高温、耐腐蚀耐腐蚀、硬硬 度高度高、绝缘绝缘等优点，在现在宇航、国防等高等优点，在现在宇航、国防等高科技领域得到越来越广泛的应用。科技领域得到越来越广泛的应用。第七十九页，共134页。陶瓷的性能陶瓷的性能(1)硬度 是各类材料中最高的。 （高聚物20HV，淬火钢500-800HV，陶瓷1000-5000HV）(2)刚度 是各类材料中最高的 （弹性模量E ，塑料1380MPa，钢207GPa)(3)强度 理论强度很高（E/10-E/5）；由于晶界的存在，实际强度比理论值

35、低的多。（E/1000-E/100）。耐压（抗压强度高），抗弯（抗弯强度高），不耐拉（抗拉强度很低，比抗压强度低一个数量级）较高的高温强度。(4) 塑性： 在室温几乎没有塑性。(5) 韧性差，脆性大。是陶瓷的最大缺点。第八十页，共134页。(6) 热膨胀性低。导热性差，多为较好的绝热材料（=10-210-5w/mK）(7) 热稳定性抗热振性（在不同温度范围波动时的寿命）急冷到水中不破裂所能承受的最高温度。陶瓷的抗热振性很低（比金属低的多，日用陶瓷220）(8) 化学稳定性：耐高温，耐火，不可燃烧，抗蚀（抗液体金属、酸、碱、盐）(9) 导电性大多数是良好的绝缘体，同时也有不少半导体（NiO，Fe

36、3O4等）(10)其它：不可燃烧，高耐热，不老化，温度急变抗力低。第八十一页，共134页。下面让我们来欣赏一下由古至今陶瓷的一些应用第八十二页，共134页。秦始皇陵兵秦始皇陵兵马俑马俑第八十三页，共134页。第八十四页，共134页。南青北白南青北白九秋风露越窑开，夺得千峰翠色来. -陆龟蒙君家白碗胜霜雪，急送茅斋也可怜。 -杜甫第八十五页，共134页。 唐三彩唐三彩（黄、绿、白）第八十六页，共134页。彩彩 瓷瓷第八十七页，共134页。青花瓷青花瓷第八十八页，共134页。景泰蓝景泰蓝第八十九页，共134页。第九十页，共134页。氧化铝陶瓷和碳化硼陶瓷氧化铝陶瓷和碳化硼陶瓷武装直升机在设计中重点

37、强调战场生存力考虑，在座椅和直升机的关键部位采用了陶瓷复合材料轻质装甲材料，涉及到的特种陶瓷主要是氧化铝陶瓷和碳化硼陶瓷。 激光制导炸弹第九十一页，共134页。陶瓷轴承陶瓷轴承陶瓷轴承是在航空航天产业中使用较为广泛的一种产品，具有耐高温、耐寒、耐磨、耐腐蚀、抗磁电绝缘、高转速等特性。陶瓷轴承针对航空航天工业中恶劣环境下的调整、重载、低温、无润滑工况而开发，是新材料、新工艺、新结构的完美结合。枭龙战斗机 第九十二页，共134页。材料按电学性质分类：材料导电体绝缘体半导体超导体如：金属如：橡胶如：Si如：纯铅4 4、超导材料、超导材料第九十三页，共134页。金子铝线铜线石墨第九十四页，共134页。

38、 电阻率是表征材料导电性的重要物理量。超导体，导体，半导体的绝缘体值的大小与范围可分类如下:超导体：0 m导体：=10-810-5 m半导体：=10-5 107 m绝缘体：=107 1020 m第九十五页，共134页。橡胶塑料陶瓷玻璃第九十六页，共134页。半导体相关概念半导体相关概念 半导体：半导体：材料的电阻率界于金属与绝缘材料之间的材料。这种材料在某个温度范围内随温度升高而增加电荷载流子的浓度，电阻率下降。 本征半导体：本征半导体：不含杂质且无晶格缺陷的半导体称为本征半导体 第九十七页，共134页。二极管三极管电子产品光伏电池第九十八页，共134页。第九十九页，共134页。 1908年，

39、荷兰物理学年，荷兰物理学家莱顿大学的昂纳斯家莱顿大学的昂纳斯(Heike Kamerlingh Onnes)首次成功地把首次成功地把称为称为“永久气体永久气体”的的氦 液 化 ， 因 而 获 得氦 液 化 ， 因 而 获 得4.2K (-268.8) 的低的低温源，为超导准备了温源，为超导准备了条件。条件。第一百页，共134页。 1911年，昂纳斯在年，昂纳斯在测试纯金属电阻率的低测试纯金属电阻率的低温特性时，他又发现，温特性时，他又发现，汞的直流电阻在汞的直流电阻在4.2K左左右低温时突然消失，他认为右低温时突然消失，他认为这时汞进入了一种以零阻值这时汞进入了一种以零阻值为特征的新物态，并称

40、为为特征的新物态，并称为“超导态超导态”，称这种处于超导，称这种处于超导状态的导体为超导体。超导状态的导体为超导体。超导体电阻突然变为零的温度叫体电阻突然变为零的温度叫超导临界温度超导临界温度(Tc)。昂纳斯。昂纳斯在在1911年年12月月28日宣布了日宣布了这一发现。由于他的这这一发现。由于他的这一发现获得了一发现获得了1913年的诺年的诺贝尔奖。贝尔奖。第一百零一页，共134页。超导材料超导材料 某些物质达到临界温度某些物质达到临界温度(Tc)以以下时，电阻急剧消失，这样的物下时，电阻急剧消失，这样的物质成为超导体。这种现象只有在质成为超导体。这种现象只有在温度温度(T)、磁场、磁场(H)

41、和其中流过的电和其中流过的电流密度流密度(J)达到其相应的临界值达到其相应的临界值(Tc、Hc、Jc)以下时才能发生，其临界值以下时才能发生，其临界值越高，超导体的使用价值越大。越高，超导体的使用价值越大。超导纳米器件超导纳米器件第一百零二页，共134页。超导性超导性 大多数高纯金属冷大多数高纯金属冷却到却到0K附近时，电阻逐附近时，电阻逐渐减小到一个表征该金属渐减小到一个表征该金属的最小值。也有一些材料的最小值。也有一些材料在很低的温度下电阻突然在很低的温度下电阻突然从某个值降到零，再进一从某个值降到零，再进一步降温时，电阻仍然保持步降温时，电阻仍然保持为零，如图。这种材性质为零，如图。这种

42、材性质称为称为超导性超导性。第一百零三页，共134页。超导材料特性超导材料特性1.零电阻效应（完全导电性）零电阻效应（完全导电性）超导材料处于超导态时电阻为零，能够无损耗地传输电能。如果用磁场在超导环中引发感生电流，这一电流可以毫不衰减地维持下去。使超导体的电阻变为零的温度称为使超导体的电阻变为零的温度称为零界温度零界温度，以，以Tc表示。表示。 2.麦斯纳效应（完全抗磁性）麦斯纳效应（完全抗磁性）超导材料处于超导态时，只要外加磁场不超过一定值，磁力线不能透入，超导材料内的磁场恒为零。这时，如果在其上放置一个磁体这时，如果在其上放置一个磁体的话，磁体将被顶起一定的距离。的话，磁体将被顶起一定的

43、距离。第一百零四页，共134页。超导输电线路超导输电线路 制作超导电线和超导变压器制作超导电线和超导变压器目前的铜或铝导线输电，约有目前的铜或铝导线输电，约有15%的电能损耗在输电线路上的电能损耗在输电线路上中国每年的电力损失即达中国每年的电力损失即达1000多亿度。若改为超导输电，节多亿度。若改为超导输电，节省的电能相当于新建数十个大省的电能相当于新建数十个大型发电厂型发电厂超导导线(含2120根微米直径之铌钛合金纤维) 1998年，我国第一根铋系高温超导输电电缆研制成功，运载电流达年，我国第一根铋系高温超导输电电缆研制成功，运载电流达1200安培，使我国成为少安培，使我国成为少数几个掌握这

44、一技术的国家之一数几个掌握这一技术的国家之一第一百零五页，共134页。超导磁悬浮列车超导磁悬浮列车 利用磁体和超导体之间的排斥力，使超导体悬利用磁体和超导体之间的排斥力，使超导体悬浮在磁体上方。利用这种磁悬浮效应可以制作浮在磁体上方。利用这种磁悬浮效应可以制作高速超导磁悬浮列车高速超导磁悬浮列车 上海浦东上海浦东30公里长的磁悬浮公里长的磁悬浮列车铁路列车铁路第一百零六页，共134页。超导计算机超导计算机 高速计算机的散热难题高速计算机的散热难题用半导体和超导体来制造晶体管，甚至完全用超导体来用半导体和超导体来制造晶体管，甚至完全用超导体来制作晶体管制作晶体管 超导数字电路开关速度可达超导数字

45、电路开关速度可达10-11秒秒左右的数量级，比半导体集成电路快左右的数量级，比半导体集成电路快100倍，但功耗却要低倍，但功耗却要低1000倍左右，倍左右，为制造亚纳秒电子计算机提供了为制造亚纳秒电子计算机提供了一个途径一个途径第一百零七页，共134页。四、材料科学与机械工程四、材料科学与机械工程材料科学与工程的材料科学与工程的四要素四要素 使用性能使用性能制备合成制备合成/加工工艺加工工艺成分成分/组织结构组织结构材料固有性能材料固有性能合理的材料合理的材料优良的设计优良的设计合适的加工合适的加工优质、适用的机械产品优质、适用的机械产品第一百零八页，共134页。 一个关系：一个关系：成分成分

46、 组织组织 结构结构 性能性能 两张图：两张图：Fe - Fe3C相图（成分、组织）相图（成分、组织） C曲线曲线 （制备、加工）（制备、加工） 三种材料：三种材料：钢、铸铁、有色金属钢、铸铁、有色金属四种热处理：四种热处理：退火、正火、淬火、回火退火、正火、淬火、回火进一步延伸为：进一步延伸为： 三个方面：原理、工艺、应用三个方面：原理、工艺、应用 四种材料：金属材料、高分子材料、陶瓷材料、复合材料四种材料：金属材料、高分子材料、陶瓷材料、复合材料工程材料：第一百零九页，共134页。汽车汽车中各种材料的大致比例中各种材料的大致比例铝合金铝合金5%10%塑料塑料10%20%铁合金铁合金60%7

47、5%其它其它第一百一十页，共134页。汽车汽车中的轻合金中的轻合金 车身用车身用Al合金，每车用合金，每车用1kgAl，汽车，汽车 2.25kg。 泡沫泡沫Al制汽车零件，只有钢重的制汽车零件，只有钢重的1/2，刚度却是钢的，刚度却是钢的10倍；绝倍；绝热性能比热性能比Al高高95，对，对800Hz的噪声有很强的消声能力。的噪声有很强的消声能力。 汽车若能用汽车若能用70kgMg，CO2减排减排30。用于壳体可以降低噪声，用。用于壳体可以降低噪声，用于座椅、轮圈可以减振。于座椅、轮圈可以减振。第一百一十一页，共134页。汽车汽车中的塑料中的塑料汽车减重汽车减重10，油耗降低，油耗降低68。 塑

48、料在轿车上占车身重塑料在轿车上占车身重1030 汽车中用聚丙烯汽车中用聚丙烯100kg可替代可替代200300kg其它材料，相应地其它材料，相应地在在15万万km的平均寿命里可减少燃料消耗的平均寿命里可减少燃料消耗750L。 与钢材相比，聚丙烯保险杠轻与钢材相比，聚丙烯保险杠轻10.2kg，发动机罩轻，发动机罩轻2.2kg，燃料，燃料箱轻箱轻5kg，宝马，宝马M3塑料翼子板减重塑料翼子板减重1.5kg。第一百一十二页，共134页。福特汽车中使用的材料福特汽车中使用的材料第一百一十三页，共134页。汽车发动机和传动系示意图汽车发动机和传动系示意图第一百一十四页，共134页。飞机飞机所用材料比例变

49、化所用材料比例变化波音波音767亚音速飞机亚音速飞机19851995铝合金铝合金 81%钢钢14%钛合金钛合金2%复合材料复合材料3%复合材复合材料料65%钢钢14%铝合金铝合金 11%其它其它10飞机发动机飞机发动机1kg飞机飞机4kg飞行上限飞行上限10m航天飞行器航天飞行器1kg运载火箭运载火箭500kg第一百一十五页，共134页。飞机用材料飞机用材料第一百一十六页，共134页。第一百一十七页，共134页。导弹壳体用材料导弹壳体用材料第一百一十八页，共134页。材料力学：材料力学：第一百一十九页，共134页。第一百二十页，共134页。压杆压杆第一百二十一页，共134页。 第一百二十二页，共134页。第一百二十三页，共134页。汽车风洞试验第一百二十四页，共134页。第一百二十五页，共134页。第一百二十六页，共134页。第一百二十七页，共134页。第一百二十八页，共134页。第一百二十九页，共134页。第一百三十页，共134页。第一百三十一页，共134页。第一百三十二页，共134页。第一百三十三页，共134页。Thank You!第一百三十四页，共134页。