材料成型技术-第一章.ppt

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1、1.8 工程材料的发展趋势工程材料的发展趋势 据预测，据预测，据预测，据预测，2121世纪初期，世纪初期，世纪初期，世纪初期，金属材料在工程材料中仍金属材料在工程材料中仍金属材料在工程材料中仍金属材料在工程材料中仍将占主导地位，其中钢铁将占主导地位，其中钢铁将占主导地位，其中钢铁将占主导地位，其中钢铁仍是产量最大、覆盖面最仍是产量最大、覆盖面最仍是产量最大、覆盖面最仍是产量最大、覆盖面最广的工程材料，但非金属广的工程材料，但非金属广的工程材料，但非金属广的工程材料，但非金属材料和复合材料的发展会材料和复合材料的发展会材料和复合材料的发展会材料和复合材料的发展会更加迅速。更加迅速。更加迅速。更加

2、迅速。今后材料发展的总趋今后材料发展的总趋今后材料发展的总趋今后材料发展的总趋势是：势是：势是：势是：以高性能和可持续以高性能和可持续以高性能和可持续以高性能和可持续发展为目标的传统材料的发展为目标的传统材料的发展为目标的传统材料的发展为目标的传统材料的改造及以高度集成化、微改造及以高度集成化、微改造及以高度集成化、微改造及以高度集成化、微细化和复合化为特征的新细化和复合化为特征的新细化和复合化为特征的新细化和复合化为特征的新一代材料的开发。一代材料的开发。一代材料的开发。一代材料的开发。图图1-60 1-60 航天飞机航天飞机1.1.生产工艺的完善和开发生产工艺的完善和开发 完善传统的冶金工

3、艺和开发新工艺完善传统的冶金工艺和开发新工艺完善传统的冶金工艺和开发新工艺完善传统的冶金工艺和开发新工艺，是钢铁工是钢铁工是钢铁工是钢铁工 业技术进步的两大趋向，其中包括洁净钢冶炼、转业技术进步的两大趋向，其中包括洁净钢冶炼、转业技术进步的两大趋向，其中包括洁净钢冶炼、转业技术进步的两大趋向，其中包括洁净钢冶炼、转 炉少渣炼钢、非高炉炼铁（如直接还原和熔炼还原）炉少渣炼钢、非高炉炼铁（如直接还原和熔炼还原）炉少渣炼钢、非高炉炼铁（如直接还原和熔炼还原）炉少渣炼钢、非高炉炼铁（如直接还原和熔炼还原）和带钢铸造等。各类精炼钢、纯净钢、预硬化钢材、和带钢铸造等。各类精炼钢、纯净钢、预硬化钢材、和带钢

4、铸造等。各类精炼钢、纯净钢、预硬化钢材、和带钢铸造等。各类精炼钢、纯净钢、预硬化钢材、涂层钢板、复合钢板等将广泛应用，性能更规范，涂层钢板、复合钢板等将广泛应用，性能更规范，涂层钢板、复合钢板等将广泛应用，性能更规范，涂层钢板、复合钢板等将广泛应用，性能更规范，质量更稳定。质量更稳定。质量更稳定。质量更稳定。钢铁生产正从粗放型向集约型转变钢铁生产正从粗放型向集约型转变钢铁生产正从粗放型向集约型转变钢铁生产正从粗放型向集约型转变，全面提高，全面提高，全面提高，全面提高 技术素质，实现优质高效节能降耗和环境保护，以技术素质，实现优质高效节能降耗和环境保护，以技术素质，实现优质高效节能降耗和环境保护

5、，以技术素质，实现优质高效节能降耗和环境保护，以保证可持续发展。将进一步开发钢材品种，并大力保证可持续发展。将进一步开发钢材品种，并大力保证可持续发展。将进一步开发钢材品种，并大力保证可持续发展。将进一步开发钢材品种，并大力提高钢铁产品的质量和性能。如严格控制杂质元素提高钢铁产品的质量和性能。如严格控制杂质元素提高钢铁产品的质量和性能。如严格控制杂质元素提高钢铁产品的质量和性能。如严格控制杂质元素含量和化学成分，力求显微组织均匀和力学性能稳含量和化学成分，力求显微组织均匀和力学性能稳含量和化学成分，力求显微组织均匀和力学性能稳含量和化学成分，力求显微组织均匀和力学性能稳定等。定等。定等。定等。

6、2.2.新材料的研制与开发新材料的研制与开发1 1 1 1）高效金属材料）高效金属材料）高效金属材料）高效金属材料 为了实现工业可持续发展，为了实现工业可持续发展，为了实现工业可持续发展，为了实现工业可持续发展，必须大幅度地提高材料的使用效必须大幅度地提高材料的使用效必须大幅度地提高材料的使用效必须大幅度地提高材料的使用效能，因而高效材料应运而生。如能，因而高效材料应运而生。如能，因而高效材料应运而生。如能，因而高效材料应运而生。如高效钢不仅强度比现在的钢铁提高效钢不仅强度比现在的钢铁提高效钢不仅强度比现在的钢铁提高效钢不仅强度比现在的钢铁提高一倍，而且耐磨、耐蚀等性能高一倍，而且耐磨、耐蚀等

7、性能高一倍，而且耐磨、耐蚀等性能高一倍，而且耐磨、耐蚀等性能也将大幅度改善。也将大幅度改善。也将大幅度改善。也将大幅度改善。2 2 2 2）金属间化合物）金属间化合物）金属间化合物）金属间化合物 金属间化合物具有高温强金属间化合物具有高温强金属间化合物具有高温强金属间化合物具有高温强度高、抗氧化性能好、密度低等度高、抗氧化性能好、密度低等度高、抗氧化性能好、密度低等度高、抗氧化性能好、密度低等优点，因而最先用于航空航天领优点，因而最先用于航空航天领优点，因而最先用于航空航天领优点，因而最先用于航空航天领域。现除了域。现除了域。现除了域。现除了Ni-AlNi-Al系、系、系、系、Fe-AlFe-

8、Al系等系等系等系等金属间化合物早已用于一般机械金属间化合物早已用于一般机械金属间化合物早已用于一般机械金属间化合物早已用于一般机械制造外，制造外，制造外，制造外，Ti-AlTi-Al基合金用作汽车基合金用作汽车基合金用作汽车基合金用作汽车排气阀材料也已受到重视。排气阀材料也已受到重视。排气阀材料也已受到重视。排气阀材料也已受到重视。图图1-611-61金属间化合物制品金属间化合物制品（1 1）先进的金属材料）先进的金属材料3)3)3)3)快速冷凝金属材料快速冷凝金属材料快速冷凝金属材料快速冷凝金属材料 由于快速冷凝比常规冷由于快速冷凝比常规冷由于快速冷凝比常规冷由于快速冷凝比常规冷 凝速度快

9、得多，可获得一系列凝速度快得多，可获得一系列凝速度快得多，可获得一系列凝速度快得多，可获得一系列 非平衡态的非晶、微晶金属合非平衡态的非晶、微晶金属合非平衡态的非晶、微晶金属合非平衡态的非晶、微晶金属合 金。如类似玻璃的某些结构特金。如类似玻璃的某些结构特金。如类似玻璃的某些结构特金。如类似玻璃的某些结构特 征的金属玻璃，具有超耐蚀和征的金属玻璃，具有超耐蚀和征的金属玻璃，具有超耐蚀和征的金属玻璃，具有超耐蚀和 高强韧等特性，可用于制作变高强韧等特性，可用于制作变高强韧等特性，可用于制作变高强韧等特性，可用于制作变 压器铁心等。压器铁心等。压器铁心等。压器铁心等。4 4 4 4）超细颗粒纳米金

10、属材料）超细颗粒纳米金属材料）超细颗粒纳米金属材料）超细颗粒纳米金属材料 超细颗粒泛指直径超细颗粒泛指直径超细颗粒泛指直径超细颗粒泛指直径小于小于小于小于100nm100nm100nm100nm的颗粒，一般由几千的颗粒，一般由几千的颗粒，一般由几千的颗粒，一般由几千 个原子组成。在电子、化工、个原子组成。在电子、化工、个原子组成。在电子、化工、个原子组成。在电子、化工、原子能、航空航天和生物医药原子能、航空航天和生物医药原子能、航空航天和生物医药原子能、航空航天和生物医药 等方面有着广泛的用途。等方面有着广泛的用途。等方面有着广泛的用途。等方面有着广泛的用途。图图1-62 1-62 激冷铸铁金

11、相组织激冷铸铁金相组织（2 2）先进的高分子材料）先进的高分子材料1 1 1 1）高性能工程塑料）高性能工程塑料）高性能工程塑料）高性能工程塑料 通过改革单一聚合物的通过改革单一聚合物的通过改革单一聚合物的通过改革单一聚合物的聚合态或将不同聚合物共混，聚合态或将不同聚合物共混，聚合态或将不同聚合物共混，聚合态或将不同聚合物共混，可使是产量大、价格低、性可使是产量大、价格低、性可使是产量大、价格低、性可使是产量大、价格低、性能一般的通用塑料（如聚乙能一般的通用塑料（如聚乙能一般的通用塑料（如聚乙能一般的通用塑料（如聚乙烯和聚丙烯等）变为高强度、烯和聚丙烯等）变为高强度、烯和聚丙烯等）变为高强度、

12、烯和聚丙烯等）变为高强度、超高韧性的工程塑料。超高韧性的工程塑料。超高韧性的工程塑料。超高韧性的工程塑料。2 2 2 2）功能高分子材料）功能高分子材料）功能高分子材料）功能高分子材料 具有导电、光敏或磁性等具有导电、光敏或磁性等具有导电、光敏或磁性等具有导电、光敏或磁性等功能的高分子材料和医用高功能的高分子材料和医用高功能的高分子材料和医用高功能的高分子材料和医用高分子材料、仿生高分子材料、分子材料、仿生高分子材料、分子材料、仿生高分子材料、分子材料、仿生高分子材料、环境友好高分子材料、信息环境友好高分子材料、信息环境友好高分子材料、信息环境友好高分子材料、信息功能高分子材料以及高分子功能高

13、分子材料以及高分子功能高分子材料以及高分子功能高分子材料以及高分子材料的再生利用技术等，可材料的再生利用技术等，可材料的再生利用技术等，可材料的再生利用技术等，可望在未来取得较大的进展。望在未来取得较大的进展。望在未来取得较大的进展。望在未来取得较大的进展。图图1-631-63高性能工程塑料高性能工程塑料（3 3）先进的陶瓷材料先进的陶瓷材料 1 1 1 1）结构陶瓷）结构陶瓷）结构陶瓷）结构陶瓷 性能更优异的性能更优异的性能更优异的性能更优异的TiTi3 3SiCSiC2 2、TiTi2 2AlNAlN等陶瓷材料正在得到开等陶瓷材料正在得到开等陶瓷材料正在得到开等陶瓷材料正在得到开发。多相复

14、合材料有利于陶瓷发。多相复合材料有利于陶瓷发。多相复合材料有利于陶瓷发。多相复合材料有利于陶瓷的强化和增韧，如纤维或晶须的强化和增韧，如纤维或晶须的强化和增韧，如纤维或晶须的强化和增韧，如纤维或晶须增强的增强的增强的增强的陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料、异相、异相、异相、异相颗粒弥散分布的颗粒弥散分布的颗粒弥散分布的颗粒弥散分布的复合陶瓷复合陶瓷复合陶瓷复合陶瓷等。等。等。等。精细陶瓷所用的粉料正从微米精细陶瓷所用的粉料正从微米精细陶瓷所用的粉料正从微米精细陶瓷所用的粉料正从微米级向纳米级发展，性能更好。级向纳米级发展，性能更好。级向纳米级发展，性能更好。级向纳米级发

15、展，性能更好。如纳米级氧化锆粉料的烧如纳米级氧化锆粉料的烧如纳米级氧化锆粉料的烧如纳米级氧化锆粉料的烧结温度可降低结温度可降低结温度可降低结温度可降低400400，制品密，制品密，制品密，制品密度可达到理论密度的度可达到理论密度的度可达到理论密度的度可达到理论密度的98%98%，且且且且具有具有具有具有400%400%的塑性伸长率。的塑性伸长率。的塑性伸长率。的塑性伸长率。图图1-64 1-64 结构陶瓷结构陶瓷2 2 2 2）功能陶瓷）功能陶瓷）功能陶瓷）功能陶瓷 功能陶瓷正向功能陶瓷正向功能陶瓷正向功能陶瓷正向可靠性可靠性可靠性可靠性、多多多多功能功能功能功能、微型化微型化微型化微型化、智

16、能化智能化智能化智能化、集成集成集成集成化化化化的方向发展。的方向发展。的方向发展。的方向发展。如低损耗、低温度特性、如低损耗、低温度特性、如低损耗、低温度特性、如低损耗、低温度特性、大容量、超薄型的多层电容器大容量、超薄型的多层电容器大容量、超薄型的多层电容器大容量、超薄型的多层电容器材料与制备技术。用于微型机材料与制备技术。用于微型机材料与制备技术。用于微型机材料与制备技术。用于微型机械的高性能压电陶瓷和驱动陶械的高性能压电陶瓷和驱动陶械的高性能压电陶瓷和驱动陶械的高性能压电陶瓷和驱动陶瓷，以及气敏陶瓷材料和环保瓷，以及气敏陶瓷材料和环保瓷，以及气敏陶瓷材料和环保瓷，以及气敏陶瓷材料和环保

17、用陶瓷等。特别是近年来出现用陶瓷等。特别是近年来出现用陶瓷等。特别是近年来出现用陶瓷等。特别是近年来出现的用于催化反应工程的无机分的用于催化反应工程的无机分的用于催化反应工程的无机分的用于催化反应工程的无机分离催化膜陶瓷，具有广泛的应离催化膜陶瓷，具有广泛的应离催化膜陶瓷，具有广泛的应离催化膜陶瓷，具有广泛的应用前景。用前景。用前景。用前景。图图1-651-65陶瓷驱动器件（功能陶瓷）陶瓷驱动器件（功能陶瓷）（4 4）先进的复合材料）先进的复合材料1 1 1 1）有机）有机）有机）有机-无机复合材料无机复合材料无机复合材料无机复合材料 通过通过通过通过精细控制精细控制精细控制精细控制无机超微无

18、机超微无机超微无机超微粒子在高聚物中的分散与复粒子在高聚物中的分散与复粒子在高聚物中的分散与复粒子在高聚物中的分散与复合，可仅以很少的无机粒子合，可仅以很少的无机粒子合，可仅以很少的无机粒子合，可仅以很少的无机粒子含量，就能在一个相当大的含量，就能在一个相当大的含量，就能在一个相当大的含量，就能在一个相当大的范围内有效地改变复合材料范围内有效地改变复合材料范围内有效地改变复合材料范围内有效地改变复合材料的综合性能。如的综合性能。如的综合性能。如的综合性能。如增强、增韧增强、增韧增强、增韧增强、增韧和抗老化和抗老化和抗老化和抗老化等，且不影响材料等，且不影响材料等，且不影响材料等，且不影响材料的

19、加工性能。该技术可望替的加工性能。该技术可望替的加工性能。该技术可望替的加工性能。该技术可望替代目前品种极多的高分子材代目前品种极多的高分子材代目前品种极多的高分子材代目前品种极多的高分子材料，同时也为提高材料的循料，同时也为提高材料的循料，同时也为提高材料的循料，同时也为提高材料的循环利用率创造了良好的条件。环利用率创造了良好的条件。环利用率创造了良好的条件。环利用率创造了良好的条件。图图1-661-66玻璃钢复合材料玻璃钢复合材料2 2 2 2）纳米复合材料）纳米复合材料）纳米复合材料）纳米复合材料 即由两种及两种以上的固即由两种及两种以上的固即由两种及两种以上的固即由两种及两种以上的固相

20、至少一个方向上以相至少一个方向上以相至少一个方向上以相至少一个方向上以纳米级纳米级纳米级纳米级尺寸复合而成的材料。尺寸复合而成的材料。尺寸复合而成的材料。尺寸复合而成的材料。人工合成的有机人工合成的有机人工合成的有机人工合成的有机-无机纳无机纳无机纳无机纳米复合材料，既具有无机物米复合材料，既具有无机物米复合材料，既具有无机物米复合材料，既具有无机物优良的优良的优良的优良的刚度、强度和热稳定刚度、强度和热稳定刚度、强度和热稳定刚度、强度和热稳定性性性性，又具有聚合物的，又具有聚合物的，又具有聚合物的，又具有聚合物的加工性加工性加工性加工性能和介电性能能和介电性能能和介电性能能和介电性能，可望在各种，可望在各种，可望在各种，可望在各种新技术领域获得广泛应用，新技术领域获得广泛应用，新技术领域获得广泛应用，新技术领域获得广泛应用，且是探索高性能复合材料的且是探索高性能复合材料的且是探索高性能复合材料的且是探索高性能复合材料的一条重要途径。一条重要途径。一条重要途径。一条重要途径。图图1-671-67AlAl2 2OO3 3-ZrO-ZrO2 2(3Y)-SiC(3Y)-SiC 纳米复合材料组织纳米复合材料组织思考题思考题1.1.工程材料的发展趋势如何工程材料的发展趋势如何工程材料的发展趋势如何工程材料的发展趋势如何？返回目录返回目录