《复合材料》课程论文
任课教师曹鹏军
题目：金属基复合材料的发展现状及展望
班级: 金属材料工程
学号: 2010444174
姓名: 耿坤峰
成绩:
评语: ________________________________ _________________________________
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金属基复合材料的发展现状及展望
耿坤峰
（重庆科技学院冶金与材料工程院系401331）
摘要：金属基复合材料【1】是以金属或合金为基体，并以纤维、晶须、颗粒等为增强体的复合材料。其特点在力学方面为横向及剪切强度较高，韧性及疲劳等综合力学性能较好，同时还具有导热、导电、耐磨、热膨胀系数小、阻尼性好、不吸湿、不老化和无污染等优点。介绍了金属基复合材料的研究及应用现状。介绍了金属基复合材料的分类、性能特点，并总结了其主要应用。对于大批量生产的复合材料来讲，轧制方法复合具有比其它方法有更多的适用性和经济性。
关键词：金属基复合材料；分类；性能；制备工艺；发展趋势；应用
1前言
随着现代科学技术和现代工业的发展,单一的金属或合金已很难完全满足其对材料综合性能的要求,因而近年来新型复合材料【2】受到世界各国的普遍重视。自20世纪80年代以来,美国每年耗资10亿美元专门用于研究开发新材料,其重点之一就是金属复合材料。目前美国复合材料的研制和生产居世界领先的地位。金属复合材料是利用复合技术使两种或两种以上物理、化学、力学性能不同的金属材料结合成一体制备的。金属复合材料在保持母材金属特性的同时还具有“相补效应”可以弥补各自的不足,经过恰当的组合从而获得优异的综合性能。复合材料的力学性能和功能,可以根据实际需要,通过适当选材和优化设计来获得。复合材料广泛应用于航空、航天、汽车、运输、桥梁、民用建筑、体育设施及国防建设等诸多领域。
现代科学技术对现代新型材料的强韧性，导电、导热性，耐高温性，耐磨性等性能都提出了越来越高的要求。与传统的金属材料相比，金属基复合材料具有较高的比强度与比刚度，而与高分子基复合材料相比，它又具有优良的导电性而耐热性，与陶瓷材料相比，它又具有较高的韧性和较高的抗冲击性能。这些优良
的性能决定了它从诞生之日起就成了新材料家庭中的重要一员。
2金属基复合材料的发展历史
金属基复合材料(MMC)【3】是多功能复合材料的一种。它是一类以金属或合金为基体,以金属或非金属线、丝、纤维、晶须或颗粒状组分为增强相的非均质混合物,其共同点是具有连续的金属基体。金属基复合材料有着悠久的历史,在土耳其发现的公元前7000年的铜锥子,在制造过程中经过反复锤打与拓平,非金属夹杂物被拉长,从而产生类似纤维增强的效果。近代金属基复合材料的研究始于1924年Schmit关于铝Π氧化铝粉末烧结的研究工作。在30年代,又出现了沉淀强化理论,并在以后的几十年中得到了很快的发展。到60年代,金属基复合材料已经发展成为复合材料的一个新的分支。到80年代初,日本丰田公司首次将陶瓷纤维增强铝基复合材料用于制造柴油发动机活塞,从此金属基复合材料的研制与开发工作得到了异乎寻常的发展。土耳其的S.Eroglu等人用等离子喷涂技术制得了NiCr2Al/MgO2ZrO2功能梯度涂层。目前,尽管在制造成本和工艺上存在很大的问题,但金属基复合材料已经引起有关部门的高度重视,特别是航空航天部门推进系统使用的材料,其性能已经达到了极限。因此,研制工作温度更高、比刚度和比强度大幅度增加的金属基复合材料,已经成为发展高性能结构材料的一个重要方向。
90年代后期，由于电子产品发展迅速，要求同时具有高热传导能力和低膨胀特性的电子元件构造装配材料的量迅速增加，于是低膨胀、高强化与高热传导的金属基体合理匹配的金属基复合材料备受重视；同时也需要强度高，耐电弧冲蚀，导电率高的电接触用复合材料。
复合材料已经成为当代材料领域中一个重要发展方向，地位越来越重要。到20世纪90年代初，先进复合材料的世界总产量已经达到300万吨，在许多领域特别是航空航天领域显示了极其重要的地位。西方国家把先进复合材料列为战略材料，列入为数有限的国家重点研究和发展项目，列入不准许输出的新材料。
3金属基复合材料的分类和性能
金属基复合材料【4】除力学性能优异外，还具有某些特殊性能和良好的综合
性能，应用范围广泛。依据基体合金的种类可分为：轻金属基复合材料、高熔点金属基复合材料、金属间化合物基复合材料。按增强相形态的不同可划分为：连续纤维增强金属基复合材料、短纤维增强金属基复合材料、晶须增强金属基复合材料、颗粒增强金属基复合材料、混杂增强金属复合材料。以下从基体、增强体以及复合材料的性能应用等方面，分别予以评述。
3．1合金基体复合材料性能
铝、镁、钛、铜合金及金属间化合物合金是目前应用广泛、发展迅速的轻金属合金。用其制成的各种高比强度、高比模量的轻型结构件广泛地应用于航天、航空和汽车工业等领域。
铝基复合材料具有轻质、高强、高韧性、导热性较好的性能特点，且铝基复合材料适用的制备方法多，易于塑性加工，制造成本低。与铝基复合材料相比，镁基复合材料最大的优点是质量更轻，多用于航天、空间等对构件质量有严格要求的高技术领域。铜的导电性、导热性和塑性在金属中名列前茅，属于廉价金属，但在铜中加入增强体可提高其强度、刚度、耐热性和降低热膨胀系数，所以铜基复合材料有良好的导热性可有效地传热散热，能减少构件受热后产生的温度梯度，主要用于电力工业和半导体工业。铝基复合材料在温度高于300℃后，其强度迅速下降，极限工作温度约350℃，相比之下，钛基复合材料比铝基复合材料有更高的耐热性，但成本明显高于铝基复合材料，因此，钛基复合材料应用领域主要集中于飞行器及发动机的耐热零部件。
3．2增强体金属基复合材料
金属基复合材料的增强体是一些不同几何形状的金属或非金属材料。目前，其增强相已有很多，重要的有氧化铝纤维、硼纤维、石墨(碳)纤维、SiC纤维晶须；颗粒型的有SiC、碳化硼、图化钛等；丝状的有钨、铍、硼、钢等。金属基复合材料按其增强材料的几何形态可划分为以下几类。
3.2.1连续纤维增强金属基复合材料。
纤维增强金属基复合材料【5】是利用无机纤维(或晶须)及金属细线等增强金属得到质量轻且强度高的材料，纤维直径从3～150μm(晶须直径小于1μm)，纵横比(长度／直径)在102以上。
3.2.2短纤维增强金属基复合材料。
作为金属基复合材料增强体的短纤可分为天然纤维制品和短切纤维。天然纤维主要是一些植物纤维和菌类纤维索等，长度一般为35～150mm；短切纤维一般是由连续纤维(长纤维)切割而成长度1～50mm，用于金属基复合材料短纤维增强体的材料主要有Saffil－Al2O3、Al2O3－SiO2、SiC等。
3.2.3晶须增强金属基复合材料。
晶须是指在特定条件下以单晶的形式生长而成的一种高纯度纤维，其原子排列高度有序，几乎不含晶界位错等晶体结构缺陷，有异乎寻常的力学性能。作为金属基复合材料的增强体使用的晶须使用做多、性能较好的是SiC、SiN4晶须，成本最低的是Al2O3·B2O3晶须。
3.2.4颗粒增强金属基复合材料。
颗粒增强金属基复合材料是利用颗粒自身的强度，其基体起着把颗粒组合在一起的作用，颗粒平焊接材料均直径在1μm以上，强化相的容积比可达90％。常用作金属基复合材料增强体的颗粒主要有：SiC、Al2O3、TiC、TiB2、NiAl、Si3N4等陶瓷颗粒，以及石墨颗粒、甚至金属颗粒。
3.2.5混杂增强金属复合材料。
对上述四种单一的增强形式进行有机的组合就形成了混杂增强。增强体的混杂组合可分为三种：颗粒－短纤维(或晶须)、连续纤维－颗粒、连续纤维－连续纤维。在短纤维或晶须的预制件中，易出现增强的粘结、团聚现象，颗粒的混入可以解决这一问题。
4金属基复合材料制备工艺方法
由于金属材料熔点较高，同时不少金属对增强体表面润湿性很差加上金属原子在高温状态下很活泼，易与多种增强体发生反应，所以金属基复合材料【6】的复合工艺比较复杂和困难，这也是金属基复合材料的发展受到制约的主要原因。
4.1粉末冶金复合法
粉末冶金复合法基本原理与常规的粉末冶金法相同，包括烧结成形法，烧结制坯加塑法加成形法等适合于分散强化型复合材料(颗粒强化或纤维强化型复合材料)的制备与成型。该方法在铝基复台材料的制备方面应用较广，但其主要缺点是基体金属与强化颗粒的组合受限制。
4.2铸造凝固成型法
铸造凝固成型法是在基体金属处于熔融状态下进行复合。主要方法有搅拌铸造法、液相渗和法和共喷射沉积法等。铸造凝固成型铸造复合材料具有工艺简单化、制品质量好等特点，工业应用较广泛。
4.2.1原生铸造复合法
原生铸造复合法(也称液相接触反应合成技术Liquid Contact Reaction:LCR）是将生产强化颗粒的原料加到熔融基体金属中，利用高温下的化学反应强化相，然后通过浇铸成形。
4.2.2搅拌铸造法
搅拌铸造法也称掺和铸造法，是在熔化金属中加人陶瓷颗粒，经均匀搅拌后浇入铸摸中获得制品或二次加工坯料，此法易于实现能大批量生产，成本较低。该方法在铝基复合材料的制备方面应用较广，但其主要缺点是基体金属与强化颗粒的组合受限制。
4.2.3半固态复合铸造法
半固态复合铸造法是从半固态铸造法发展而来的。通常金属凝固时，初生晶以枝晶方式长大，固相率达0.2％左右时枝晶就形成连续网络骨架，失去宏观流动性。
4.2.4含浸凝固法
含浸凝固法是一种将预先制备的含有较高孔隙率的强化相成形体含浸于熔融基体金属之中，让基体金属浸透预成型体后，使其凝固以制备复合材料的方法。有加压含浸和非加压含浸两种方法。含浸法适合于强化相与熔融基体金属之间润湿性很差的复合材料的制备。
4.2.5离心铸造法
广泛应用于空心件铸造成形的离心铸造法，可以通过两次铸造成型法成形双金属层状复合材料，此方法简单，具有成本低、铸件致密度高等优点，但是界面质量不易控制，难以形成连续长尺寸的复合材料。
4.2.6加压凝固铸造法
该方法是将金属液浇注铸型后，加压使金属液在压力下凝固。金属从液态到凝固均处于高压下，故能充分浸渗，补缩并防止产生气孔得到致密铸件。铸、锻
相结合的方法叉称挤压铸造、液态模锻、锻铸法等。此法最适合复杂的异型MMCs。
4．3 喷射成形法
喷射成形叉称喷射沉积(Spray Forming)，是用惰性气体将金属雾化成微小的液滴，并使之向一定方向喷射，在喷射途中与另一路由惰性气体送出的增强微细颗粒会合，共同喷射沉积在有水冷衬底的平台上，凝固成复合材料。
4．4 叠层复合法
叠层复合法是先将不同金属板用扩散结合方法复合，然后采用离子溅射或分子束外延方法交替地将不同金属或金属与陶瓷薄层叠合在一起构成金属基复合材料。这种复合材料性能很好，但工艺复杂难以实用化。
4．5 原位生成复合法
原位生成复合法也称反应合成技术，最早出现于1967年前用SHS法合成TiB:／Cu功能梯度材料的研究中。金属基复合材料的反应合成法是指借助化学反应，在一定条件下在基体金属内原位生成一种或几种热力学稳定的增强相的一种复合方法。
5金属基复合材料的应用及发展趋势
5.1金属基复合材料的应用
目前应用的复合材料主要有金属基、无机非金属基和高分子基三大类。但是由于金属基复合材料价格昂贵，主要用于航空航天和军事领域，一般工业领域不多见。而由于铝基复合材料的优良的综合性能，使得铝基复合材料在金属基复合材料中应用最为广泛。
5.1.1铝基复合材料的应用
硼纤维增强铝基复合材料【7】是实际应用最早的金属基复合材料，美国和前苏联的航天飞机中机身框架及支柱和起落拉杆等都用该材料制成。硼-铝复合材料还用做多层半导体芯片的支座的散热冷却板材料，硼-铝复合材料的导热好，热膨胀系数与半导体芯片非常接近，能大大减少接头处的疲劳。硼-铝复合材料的应用前景宽广，可用作中子屏蔽材料，还可用来制造废核燃料的运输容器和储存容器、可移动防护罩、控制杆、喷气发动机风扇叶片、飞机机翼蒙皮、结构支
承件、飞机垂直尾翼、导弹构件、飞机起落部件、自行车架、高尔夫球杆等。
碳化硅晶须增强铝基复合材料用于制造导弹平衡翼和制导元件，航天器的结构部件和发动机部件，战术坦克反射镜部件，轻型坦克履带，汽车零件，如活塞、连杆、汽缸、活塞销等，飞机的机身地板和新型战斗机尾翼平衡器。碳化硅增强铝基复合材料可用来制造卫星及航天用结构材料，如卫星支架、结构连接件、管材，各种型材，导弹翼、遥控飞机翼、飞机零部件等。
5.1.2钛基复合材料的应用
SiC纤维增强钛基复合材料的发展最初是以超高音速宇航器和先进航空发动机为主要目标。因为用它制造的波纹芯体呈蜂窝结构，在高温下具有很高的承载能力和刚度及低的密度，使其成为航天飞机发动机理想的候选材料。但是由于制作工艺复杂、成型工艺困难和原材料昂贵使得它的推广应用很困难。。美国建立了SiC纤维增强钛基复合材料生产线，已为直接进入轨道的航天飞机提供机翼、机身的蒙皮、支撑梁及加强筋等构件。
5.1.3镁基复合材料的应用
镁合金材料【8】具有密度小、比强度和比刚度高、良好的尺寸稳定性和优良的铸造性能，正成为现代高新技术领域中最有希望采用的一种复合材料，其综合性能优于铝基复合材料。此外，这种材料还具有优良的阻尼减振、电磁屏蔽等性能，在汽车制造工业中用作方向盘减振轴、活塞环、支架、变速箱外壳等，在通讯电子产品中的飞机、便携计算机等也用做外壳材料。SiC晶须增强镁基复合材料可用于制造齿轮，SiC和Al2O3颗粒增强镁基复合材料由于耐磨性好，可用于制造油泵的泵壳体、止推板、安全阀等零件。镁合金复合材料由于其优异的力学性能和物理性能已经显示出广阔的用途。
5.2金属基复合材料研究趋势
(1)简化制备工艺,降低制备成本，始终是研究热点之一。
(2)目前金属基复合材料【9】的强化机制研究还不是很成熟，学术观点各有所见,很难达成共识。应加强对强化机制的研究，探讨复合材料的凝固过程，研究增强相与基体的微观作用机理，进一步推动金属基复合材料的发展。
(3)润湿性问题一直困扰研究金属基复合材料的学者，给实际制备复合材料带来很大的困难。目前，有些学者研究了铝基复合材料的润湿性，并取得了一定
的进展。但对钢基复合材料的研究却很少，国内目前尚未见报道。如果想制备优良的钢基复合材料，润湿性问题尤显重要。
(4)研究的重点侧重于增强体与基体的结合界面及增强体在基体中的分布，却忽略了基体自身的性能。基体本身的性能对复合材料的影响也至关重要，性能优越的复合材料同样要求有性能优越的基体，因此应加大对基体和增强体性能同步提高的研究。
6结束语
由此看来,金属基复合材料研究较早,但关键处还有待突破;而表面复合金属基复合材料虽研究较晚,但由于具有相对简单的复合工艺和较低的造价等特性,正受到越来越多的重视。尽管金属基复合材料有于广大科研人员的继续努力。相信在不久的将来,金属基复合材料一定会在众多的材料家族中占有举足轻重的一席之地。我国金属基复合材料的研究起步仅落后于美、日等国不到五年。鉴于国际上金属基复合材料尚未大规模生产，因此目前差距不大。目前主要集中在以轻金属（如铝、镁、钛）等为基体的复合材料研究，少量研究致力于铜、铁、铅基体的复合材料。增强的形式包括连续纤维、短纤维、晶须和颗粒。鉴于国际的发展趋势侧重于非连续的颗粒、晶须和短纤维方面，因此我国的研究也早已转向这方面。但在关于其理论基础性研究的理论深度上与国外有一定的差距，特别是在原子、分子水平上深入认识界面的结构方面不够，这主要是缺少先进的分析表征手段和物理学家的介入不够有关。另外，复合材料可持续发展及其实用化降低成本的要求使金属基复合材料的再生问题显得尤为重要，应该加强对金属基复合材料的再生研究工作。
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非金属材料的应用现状与发展趋势 无机非金属材料(inorganic nonmetallic materials)是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、卤素化合物、硼化物以及硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐等物质组成的材料。是除有机高分子材料和金属材料以外的所有材料的统称。无机非金属材料的提法是20世纪40年代以后,随着现代科学技术的发展从传统的硅酸盐材料演变而来的。无机非金属材料是与有机高分子材料和金属材料并列的三大材料之一。无机非金属材料工程是材料学中的一个专业。无机非金属材料工程是为了培养具备无机非金属材料及其复合材料科学与工程方面的知识，能在无机非金属材料结构研究与分析、材料的制备、材料成型与加工等领域从事科学研究、技术开发、工艺和设备设计、生产及经营管理等方面工作的高级工程技术人才。 本专业学生主要学习无机非金属材料及复合材料的生产过程、工艺及设备的基础理论、组成、结构、性能及生产条件间的关系，具有材料测试、生产过程设计、材料改性及研究开发新产品、新技术和设备及技术管理的能力。我国无机非金属材料工业的发展中存在很多问题，特别是传统的无机非金属材料与国外先进水平有非常大的差距，主要有： (1) 产品等级低 在传统无机非金属材料中，无论是水泥、玻璃还是陶瓷的产品等级普遍偏低。例如：发达国家的水泥熟料强度一般都在70MPa以上，而我国平均强度仅为50 MPa。我国高等级水泥（ISO≥）仅占18%，大量生产的是中、低等级水泥（ISO≤），而很多发达国家的高等级水泥占90％以上。 (2) 资源消耗高 在资源的消耗方面，水泥和陶瓷工业更为突出。由于大量的无序开采，未能充分利用有限资源，造成了极大浪费。例如：生产水泥熟料的主要原料是相对优质的石灰石，其化学成份须满足CaO含量不低于45%、MgO不高于3%等要求。我国符合水泥生产要求，可以使用的量仅约250亿吨。目前每年生产水泥消耗的优质石灰石约亿吨，因此该储量仅可生产水泥熟料约200亿吨，仅能提供约40年的水泥生产
灌浆材料的发展现状与展望 摘要：灌浆工法作为防渗补强加固的一种重要手段，其灌浆材料起着至关重要的作用。本文对灌浆材料的种类及其使用性能作了详细的描述，同时对今后浆材的发展方向提出了展望。 关键词：灌浆灌浆材料 注浆法出现于19世纪初，注浆工法在水利水电工程中多称灌浆法。采用灌浆技术以解决土建工程的有关技术难题，至今已有一个世纪的历史。浆液注入到地层中去的方式是该工法的关键。随着注浆技术的广泛应用，注浆材料得到了较大的发展。注浆材料从最早的石灰和黏土、水泥，发展到今天的水泥－－水玻璃浆液、各种化学浆液。而注浆材料的开发与应用，又反过来推动了注浆工法在更广泛的领域内的应用。通常说的注浆材料是指浆液中的主剂。注浆材料必须是能固化的材料。习惯上把注浆原材料分为粒状材料和化学材料两个系统。而浆液是同主剂、固化剂，以及溶剂、助剂经混合后所配成的液体，分为溶液型和悬浊液型两大类。 1 灌浆材料的种类及其特点 1.1 溶液型浆材 溶液型浆材又叫化学浆材，可分为水玻璃类、木质素类灌浆材料、丙烯酰胺类灌浆材料、丙烯酸盐类灌浆材料、聚氨酯类灌浆材料、环氧树脂灌浆材料、甲基丙烯酸酯类灌浆材料、脲醛树脂类、其它类化学灌浆材料。1.1.1 水玻璃类灌浆材料 水玻璃（硅酸钠）是化学灌浆中最早使用的一种材料，水玻璃类浆液是由水玻璃溶液和相应的胶凝剂组成。其无机胶凝剂有氯化钙、铝酸钠、氟硅酸、磷酸、草酸、硫酸铝、混合钠剂等，有机胶凝剂有醋酸、酸性有机盐、有机酸酯、醛类（乙二醛类）、聚乙烯醇等。二氧化碳亦可与水玻璃溶液在被灌体内生成硅酸凝胶。 灌浆用水玻璃模数在2.4~3.4之间为宜，水玻璃溶液的浓度在35~45°Be'为宜。 水玻璃类浆材主要特点及性能： (1) 胶凝时间从瞬间~24小时不等； (2) 固砂体强度可达6MPa； (3) 粘度从1.2~200×10-3Pa·s； (4) 可灌性好，渗透系数可达10-5～10-6cm/s，可灌入 0.1mm以上的土层。 (5) 毒副作用小，造价低。 1.1.2 木质素类浆液 木质素类浆液由纸浆废液、胶凝剂和促凝剂等组成。木质素类浆液包括铬木素和硫木素浆液两种。铬木素浆液的固化剂是重铬酸钠。但重铬酸钠毒性大，难以大规模使用。硫木素浆液是在铬木素浆液的基础上发展起来的，是采用过硫酸铵完全代替重铬酸钠，使之成为低毒、无毒木质素浆液，是一种很有发展前途的注浆材料。
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
我国有色金属材料发展现状 摘要：有色金属材料是新材料的一个重要的组成部分。发展有色金属新材料产业，加速有色金属新材料的研究和开发，对于促进国民经济的可持续发展具有极 其重要的战略意义。我国有色金属材料经过几十年的努力，已经在产量和规模方 面取得了重大进展，是目前世界上的有色金属生产大国。然而，我国有色金属材 料行业在高附加值产品、降低能耗、可持续发展方面与世界先进国家还有很大差距。本文讲述了我国有色金属材料的发展现状，并指出了今后的发展方向和战略。 关键词：有色金属；材料；战略 金属材料是人类赖以生存和发展的需要。特别是现代高新技术的发展，更是 依赖材料技术的进步。在金属材料中，有色金属材料是最重要的一类材料，合计60多种。地壳中含量最多的铝、镁元素均为有色金属元素。其它的还包括钛、铜、铅、锌、锑、锡、镍、钨、钼等元素。有色金属材料涉及到结构材料、功能材料、环境保护材料和生物医用材料等领域。其应用几乎涉及到国民经济和国防建设的 所有领域。有色金属新材料是新材料的一个极其重要的组成部分，其地位和作用 十分突出。大力发展有色金属新材料产业，加速有色金属新材料的研究和开发， 对促进国民经济的可持续发展具有极其重要的战略意义。 我国有色金属材料发展现状：我国有色金属工业经过50多年的发展，已经形成了比较完整的工业体系，建立了相当雄厚的物质基础。特别是近10年来，成 绩显著，举世瞩目，产量和规模发展迅速，跃居世界前列，产品规格进一步增多，除基本满足国内需求外，还实现了部分出口。如2002年，我国10种有色金属产 量首次突破1000万t，达到1 012万t，成为世界有色金属第一生产大国；其中铝、钨、稀土、铅、锑、锌、镁和锡等产量居世界第一位，稀土产量占世界总产 量的70%以上，镁产量占世界总产量的50%以上。另外我国还是世界有色金属贸 易大国之一，2002年我国有色企业实现销售收入2 690亿元，实现利税187亿元，实现利润80亿元；出口量为205万t，其中铅、锌、锡、锑、镁出口量居世界第一，预计2003年我国有色金属产量将达到1 120万t，实现利税250亿元，实现 利润150亿元。1.1.2研究开发取得重大进展我国有色金属材料经过多年的发展，在高性能材料、新型材料加工技术等方面已取得了重大进展。铝合金新材料的性 能大幅度提高，部分高强高韧铝合金、铝锂合金、喷射沉积快速凝固耐热铝合金 的性能达到国际先进水平。到20世纪90年代，随着国际镁合金应用的扩大，镁 的价格上升，在全国范围内出现了硅热法炼镁热潮，全国镁产量由1990年的 0.59万t猛增至1999年的16万t。虽然我国原镁的产量和出口量剧增，但镁合 金材料深度加工制品的发展相对滞后。近几年，国家将发展镁合金材料列为重大 科技攻关项目，镁合金新材料的研究水平因而得到了明显提高，开发了ZM1～ ZM10等十几个牌号的镁合金。通过细化、净化、微合金化等手段，使铸造镁合 金的性能大幅度提高。镁合金铸件、压铸件已应用于汽车和摩托车等领域。2001 年我国生产镁铸件1 040 t，压铸件2 120 t。镁合金制备技术得到了发展，现已装 备2 000 t的镁合金压铸机，能生产出0.3 mm厚的变形镁合金薄板，并开发了镁 合金阻燃技术、镁合金熔体环保型保护技术和镁合金微弧氧化表面处理技术等先 进制备技术。到目前为止，我国研制的钛合金有近50种，已列入国家标准的钛 及钛合金牌号有40余种。 20世纪80年代以来，我国钛合金开始进入由纯仿制到独立研究与仿制相结 合的阶段。经过“八五”、“九五”攻关，我国已形成4大钛合金系列：1)具有不同
中国磁性材料产业现状及其发展展望(1) 摘要：磁性材料是各种电子产品主要的配套产品，无论是消费家电产品和工业类如计算机、通讯设备、汽车，以及国防工业均离不开磁性材料。当前，中国各种磁性材料的产量基本上世界第一，成为磁性材料生产大国和磁性材料产业中心。中国磁性材料的中长期市场前景十分光明，中国的磁性材料产品在全球的地位必将进一步提高。必须加强科技创新力度、加强技术改造加强企业管理水平，调整产业结构和提高产品档次，使中国磁性材料从大国走向强国。本文着重从宏观角度分析了中国磁体产业整体情况，介绍了稀土永磁材料特别是中国钕铁硼烧结和粘结产业现状，以及中国新型的稀土永磁材料的研究开发情况，同时对我国磁体产业发展前景进行了预测和分析。 1 中国磁体产业的发展历程 目前，全球的经济已进入了一个信息时代，作为一种功能材料，磁性材料所占的地位越来越重要。当前主要的商品磁体共有4类：20世纪30年代开发的铝-镍-钴永磁；50年代初期开发的铁氧体磁体；60年代末开发的钐-钴磁体，包括第一代稀土永磁－SmCo5和第二代稀土永磁－Sm2Co17；80年代初开发的稀土永磁钕铁硼。而稀土永磁，特别是钕铁硼是磁性材料里最重要的一部分，在永磁材料中发展最快，平
均以每年10％的速度增长。中国磁体产业在中国的出现远较西方发达国家晚，起始期是1969年到1987年之间。因为当时的稀土永磁钐钴磁体的高成本、国内市场的需求量少，所以到八十年代初还没有形成自己的磁体工业。1987～1996的十年是中国磁体产业开始发展的第一阶段，其特点是起点低：由于投资小，设备简陋，生产设备基本完全是国产的，经营理念落后，仍局限于小生产的模式。 1997～20XX的五年是中国磁体产业发展的第二阶段，其特点是起点远高于前一阶段：投资强度大，引进一部分国外的先进技术设备，能够按先进的工艺路线组织生产，产品质量一般属中低档。 20XX年起，中国磁体产业的发展将进入第三阶段。企业建立的特点将是“三高”，即高起点、高投入、高回报：1）产品瞄准特定用途所需的高档磁体；投资规模巨大，引进整条先进生产线；2）按现代化管理的理念，组织集约式分段联营的大生产：磁体生产分为两段—母合金/粉料的生产和磁体制备，投资显著降低，效益则大为提高；3）按资本运作的规律运营，从而保证磁体产业较高的回报率。特别是有可能从国外引进最先进的或采用国产先进生产线，生产高档的磁体产品。 进入21世纪，发达国家的磁体生产由于成本过高，已难以为继，世界磁性材料行业纷纷向中国或第三世界地区转移，中国作为首选的国家。世界一些著名的磁性材料制造企
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
无机非金属材料的现状与前景 【摘要】无机非金属材料是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、卤素化合物、硼化物以及硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐等物质组成的材料。是除有机高分子材料和金属材料以外的所有材料的统称。在材料学飞速发展的今天，无机非金属材料有这广阔的应用前景和良好的就业形势。 【关键字】无机非金属材料方向前景智能 1. 无机非金属材料的特点及应用 无机非金属材料(inorganic nonmetallic materials)是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、卤素化合物、硼化物以及硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐等物质组成的材料。是除有机高分子材料和金属材料以外的所有材料的统称。无机非金属材料的提法是20世纪40年代以后,随着现代科学技术的发展从传统的硅酸盐材料演变而来的。无机非金属材料是与有机高分子材料和金属材料并列的三大材料之一。 在晶体结构上,无机非金属的晶体结构远比金属复杂，并且没有自由的电子。具有比金属键和纯共价键更强的离子键和混合键。这种化学键所特有的高键能、高键强赋予这一大类材料以高熔点、高硬度、耐腐蚀、耐磨损、高强度和良好的抗氧化性等基本属性,以及宽广的导电性、隔热性、透光性及良好的铁电性、铁磁性和压电性。 无机非金属材料品种和名目极其繁多,用途各异,因此,还没有一个统一而完善的分类方法。通常把它们分为普通的(传统的)和先进的(新型的)无机非金属材料两大类。 普通无机非金属材料的特点是：耐压强度高、硬度大、耐高温、抗腐蚀。此外，水泥在胶凝性能上，玻璃在光学性能上，陶瓷在耐蚀、介电性能上，耐火材料在防热隔热性能上都有其优异的特性，为金属材料和高分子材料所不及。但与金属材料相比，它抗断强度低、缺少延展性，属于脆性材料。与高分子材料相比，密度较大，制造工艺较复杂。
——颗粒增强镁基复合材料 课程名称：金属基复合材料 学生姓名： 学号: 班级： 日期：2010/12/26
——颗粒增强镁基复合材料 摘要：镁基复合材料具有很高的比强度、比刚度以及优良的阻尼减震性能，是汽车制造、航空航天等领域的理想材料之一。本文综述了颗粒增强镁基复合材料的研究概况，镁基复合材料常用的基体合金和常用的增强相。着重介绍了其制备方法、力学以及阻尼性能，并对它的发展趋势进行了展望。 关键词：镁基复合材料；制备方法；基体镁合金；颗粒增强体；性能 1.前言 与传统的金属材料相比，金属基复合材料具有高的比强度、比刚度、耐高温、耐磨损耐疲劳、热膨胀系数小、化学稳定性和尺寸稳定性好等优异性能。金属基复合材料的增强体主要有长纤维、短纤维、颗粒和晶须等，其中颗粒增强金属基复合材料由于制备工艺简单、成本较低微观组织均匀、材料性能各向同性且可以采用传统的金属加工工艺进行二次加工等优点，已经成为金属基复合材料领域最重要的研究方向，正在向工业规模化生产和应用发展。颗粒增强金属基复合材料的主要基体有铝、镁钛、铜和铁等，其中铝基复合材料发展最快；由于镁的密度更低(1.74 g／cm3)，仅为铝的2／3，具有更高的比强度、比刚度，而且具有良好的阻尼性能和电磁屏蔽等性能，镁基复合材料正成为继铝基之后的又一具有竞争力的轻金属基复合材料。镁基复合材料因其密度小，且比镁合金具有更高的比强度、比刚度、耐磨性和耐高温性能，受到航空、航天、汽车、机械及电子等高技术领域的重视．自20世纪8O年代至现在，镁基复合材料已成为金属基复合材料的研究热点之一。颗粒增强镁基复合材料与连续纤维增强、非连续(短纤维、晶须等)纤维增强镁基复合材料相比，具有力学性能呈各向同性、制备工艺简单、增强体价格低廉、易近终成型、易机械加工等特点，是目前最有可能实现低成本、规模化商业生产的镁基复合材料。 2．制备方法 2．1粉末冶金法 粉末冶金法是把微细纯净的镁合金粉末和增颗粒均匀混合后在模具中冷压，然后在真空中将合体加热至合金两相区进行热压，最后加工成型得复合材料的方法。粉末冶金的特点：可控制增颗粒的体积分数，增强体在基体中分布均匀；制备温度较低，一般不会发生过量的界面反应。该法工艺设备较复杂，成本较高，不易制备形状复杂的零件。 2.2熔体浸渗法 包括压力浸渗、无压浸渗和负压浸渗。压力浸渗是先将增强颗粒做成预制件，加入液态镁合金后加压使熔融的镁合金浸渗到预制件中，制成复合材料采用高压浸渗，可克服增强颗粒与基体的不润湿情况，气孔、疏松等铸造缺陷也可以得到很好的弥补。无压浸渗是指熔的镁合金在惰性气体的保护下，不施加任何压力对增强颗粒预制件进行浸渗。该工艺设备简单、成本低，但预制件的制备费用较高，因此不利于大规模生产。增强颗粒与基体的润湿性是无压浸渗技术的关键。负压浸渗是通过预制件造成真空的负压环境使熔融的镁合金渗入到预制件中。由负压浸渗制备的SiC／Mg颗粒在基体中分布均匀。
耐磨金属材料的最新研究现状 关键词：耐磨材料；锰钢；抗磨白口铸铁；技术进展 摘要：耐磨金属材料被广泛地应用于工业生产的各个领域, 而随着科学技术和现代工业的高速发展，由于金属磨损而引起的能源和金属材料消耗增加等所造成的经济损失相当惊人。近年来，对金属磨损和耐磨材料的研究，越来越引起国内外人们的广泛重视。本文概述了国内外耐磨金属材料领域研究开发的现状及取得的一系列新进展。 0 引言 随着科学技术和现代工业的高速发展，机械设备的运转速度越来越高，受摩擦的零件被磨损的速度也越来越快，其使用寿命越来越成为影响现代设备(特别是高速运转的自动生产线)生产效率的重要因素。尽管材料磨损很少引起金属工件灾难性的危害，但其所造成的能源和材料消耗是十分惊人的。据统计，世界工业化发达的国家约30%的能源是以不同形式消耗在磨损上的。如在美国,每年由于摩擦磨损和腐蚀造成的损失约1000亿美元，占国民经济总收入的4%。而我国仅在冶金、矿山、电力、煤炭和农机部门，据不完全统计，每年由于工件磨损而造成的经济损失约400亿元人民币[1]。因此，研究和发展耐磨材料，以减少金属磨损，对国民经济的发展有着重要的意义。 1国外耐磨金属材料的发展 国外耐磨材料的生产和应用经过了多年研究与发展的高峰期，现已趋于稳定，并有自己的系列产品和国家标准、企业标准。经历了从高锰钢、普通白口铸铁、镍硬铸铁到高铬铸铁的几个阶段，目前已发展为耐磨钢和耐磨铸铁两大类。 耐磨钢除了传统的奥氏体锰钢及改性高锰钢、中锰钢以外，根据其含量的不同可分为中碳、中高碳、高碳合金耐磨钢；根据合金元素的含量又可分为低合金、中合金及高合金耐磨钢；根据组织的不同还可分为奥氏体、贝氏体、马氏体耐磨钢。而耐磨铸铁主要包括低合金白口铸铁和高合金白口铸铁两大类。二者中最具有代表性的是低铬白口铸铁和高铬白口铸铁，而且这两种材料目前在耐磨铸铁中占有主导地位。马氏体或贝氏体、马氏体组织的球墨铸铁在制作小截面耐磨件方面也占有一席之地，中铬铸铁则应用较少。从整体上看，合金白口铸铁的耐磨性优于耐磨铸钢，但后者韧性好，在诸如衬板、耐磨管道等方面有着广泛的应用[2]。 2 我国耐磨金属材料的发展 据统计,国内每年消耗金属耐磨材料约达300万吨以上，应用摩擦磨损理论防止和减轻摩擦磨损,每年可节约150亿美元。近年来,针对设备磨损的具体工况和资源情况,研制出多种新型耐磨材料。主要有改性高锰钢、中锰钢、超高锰钢
新材料产业发展现状及趋势 “十五”期间，在我国新材料产业发展过程中，国家给予了大力支持，初步形成了比较完整的新材料产业体系。“十五”期间发布的《国家计委关于组织实施新材料高技术产业化专项公告》，通过100多个产业化专项的实施．有力地推动了我国具有自主知识产权的新材料产业的发展，在电子信息材料、先进金属材料、电池材料、磁性材料、新型高分子材料、商性能陶瓷材料和复合材料等方面形成了一批高技术新材料核心产业。“十一五”期间又进一步加大了支持力度。按我国目前经济发展趋势预计，新材料需求增长速度将高于经济增长速度，按10％的增长速度计算，到2010年我国新材料市场可达6500亿元。新材料产业也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。 我国新材料产业的发展现状 当前，我国的新材料产业在国际产业布局中正处于由低级向高级发展的阶段，随着对外开放和与全球业界的广泛交流合作，我国新材料产业正呈现快速健康发展的良好状态，在一些重点、关键新材料的制备技术、工艺技术、新产品开发及节能、环保和资源综合利用等方面取得了明显成效，促进了一批新材料产业的形成与发展。 1．新一代钢铁结构材料 迄今为止，钢铁结构材料依然是国民经济各支柱产业和国防工业的重要支撑材料和应用范围最宽、使用量最大的材料，其生产和应用过程对全球资源、能源和人类生存环境有着不可忽视的影响，以去年为例： 2007年生产钢材46719.3万吨，比去年增长16.2％。同时，高技术含量、高附加值品种钢材产量大幅度增长。全年生产冷轧薄宽钢带1740.27万吨，同比增长31.8％；冷轧薄板1563.83万吨，同比增长25.2％；镀层板(带)1754.58万吨，同比增长37.9％；涂层板(带)317.21万吨，同比增长36.1％；电工钢板(带)415.57万吨。同比增长23.5％。以上5个品种钢材合计生产5791.487吨，比上年增长31.28％，高于钢材生产总量增幅8.59个百分点。全年生产不锈钢720.6万吨，比上年增加190.6万吨，增长35.96％，居世界第一位。其中，世界一流工艺装备的生产量达到70％，国内市场占有率达到75％，实现了重大的突破。全行业已基本形成以企业为主体、市场为导向、产学研相结合的技术创新和新产品研发体系，形成了科研基础设施建设加强、科技投入增加的良好格局。全行业在高效采选技术、钢铁冶炼技术、轧钢新技术、高端产品开发、大型冶金成套装备技术集成、节能节水和废弃物综合利用新技术等方面，都取得了新的成果和进步。 2007年宝钢试制成功X120管线钢，实现电镀锌机组全面无铬化生产，年产150万吨生铁的COREX3000熔融还原工艺装置投产；鞍钢继续完善冷连轧自主集成成套工艺技术，开发成功一批具有自主知识产权的核心技术，并在相关企业投入使用；武钢新一代取向硅钢、高效电机硅钢的研发和装备技术集成，高强度桥梁钢生产技术提高；太钢建成世界一流的现代化不锈钢生产基地；攀钢转炉铁水提钒和半钢炼钢连续工业性试生产成品钒渣等均取得了工艺技术的新突破。 2007年在研发和扩大生产市场需求的短缺产品方面，船用高强度宽厚板、高强度海洋结构用钢板、高档汽车用板和汽车零部件用钢、工程机械和高层建筑用高强度厚钢板、X80以上高等级管线钢板、百米在线热处理钢轨和时速350公里高速铁路钢轨、高速动车组用钢、高端压
工程材料的历史、现状与发展 §1 工程材料的历史、现状和发展 材料：人类用以制作有用物件的物质 新材料：主要是指最近发展起来或正在发展之中的具有特殊功能和效用的材料。 人类先后经历了:石器时代——铁器时代——钢铁时代（高分子时代半导体时代先进陶瓷时代复合材料时代）,这说明以学一种类材料为主导的时代已经一不复返了。材料的发展已进入丰富多采的时代，而以保护资源、环境和生态为目的的材料设计思想已形成新的潮流，即“生态环境材料”。 材料分类：金属材料无机非金属材料（陶瓷）有机高分子材料复合材料 一、金属材料 1、特点：由于其主要通过金属键结合而成，因此金属有比高分子材料高得多的模量，有比陶瓷高得多的韧性、可加工性、磁性和导电性。 2、近年来金属材料的纵深发展： 1）高纯材料 2）高强度及超高强度金属材料 3）超易切削钢和超高易切削钢 4）硬质合金和金属陶瓷 5）高温合金与难熔合金 6）纤维增强金属基复合材料 7）共晶合金定向凝固材料 8）快速冷凝金属非晶及微晶材料 9）有序金属间化合物 10）超细纳米颗粒金属材料 11）形状记忆合金 12）贮氢合金 3、金属材料的发展趋势 二、无机非金属材料（陶瓷ceramic）的特点 陶瓷是泛指一切经高温处理而获得的无机非金属材料，除先进（特种）陶瓷外，还包括玻璃、搪瓷、水泥和耐火材料等。从狭义上讲，用无机非金属化合物粉体，经高温烧结而成，以多晶聚积体为主的固态物均称为陶瓷，即先进的陶瓷。 先进陶瓷的化学键是由共价键与离子键组成，具有优良的耐高温、耐磨、耐腐蚀的特点。 三、复合材料的特点 复合材料，是指由不同材料组合而成，在新制成的材料中，原来各材料的特性得到了充分的应用，而且复合后可望获得单一材料得不到的新功能材料。 近代复合材料包括： 1、软质复合材料，具有高强度、高质量的特点。如橡胶与纺织材料结合在一起，人造丝、尼龙、金属纤维 2、硬质复合材料，“玻璃钢”代表（又增强纤维与合成树脂制成的复合材料。 §2 制造（工艺）技术发展的历史、现状和趋势
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
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。
金属材料的发展和展望 一、金属材料的发展过程 材料的发展史就是人类社会的发展史，经历了石器、陶器、青铜器、铁器时代。我们正处于多元材料时代，材料、能源、信息是现代社会的三大支柱。金属材料是指金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料的统称。包括纯金属、合金、金属材料金属间化合物和特种金属材料等。金属材料一直扮演着重要的角色，例如陆、海、空、各类运输工具，桥梁、建筑、机械工具，国防重工业等。 金属材料发展的四个阶段：由公元前4300年用金、铜、铁铸造锻打制作出大马士革刀、日本武士剑等原始钢铁到十九世纪铁桥铁路的修筑建立学科基础，又由十九世纪中金属学、金相学发展到合金相图、位错理论等微观组织理论的发展。微观理论的深入研究有原子扩散、马氏体相变、位错滑移，原子显微镜、电子显微镜等新仪器的产生又为进一步研究微观组织提供了可能性，随之产生了表面和界面科学。 材料科学研究了材料的核心关系，即结构和性能的关系，制造工艺决定了材料的结构，结构又决定了材料的性能，性能决定了它的用途。材料科学和技术进入世界科技发展优先领域的第五位。在面临环境保护、节约能源的情况下，新材料便应运而生。 现代金属材料有铝镁合金等先进结构材料、钛铝合金等高温合金材料、复合材料、超导材料、能源材料、智能材料、磁性材料、纳米材料等。材料力学性能有强度、弹性、塑性、硬度等，物理性能有电学、磁学、热学、光学性质等。对材料的研究方向正由力学性能慢慢向物性转变。金属材料具有高强度、优良的塑性和韧性，耐热、耐寒。可铸造、锻造、冲压和焊接，还有良好的导电性、导热性和铁磁性，因此是一切工业和现代科学技术中最重要的材料。 二、金属材料的现状 金属材料作为人类推动社会发展的重要载体之一，作为原料在人类的生产生活中已经被广泛应用，金属材料作为原料具有以下等特征，金属材料本身具备高弹性的模量，金属材料具有高强度的韧性，金属材料的强度硬度是其他同类原料所无法比拟的，在当代金属材料科学的不断成长下金属材料在所有材料的范畴中占据了非常非常重要的位置，在现实中，最常见的金属材料应用的领域有航天航空以及建筑工程等行业。 金属材料机械制造业、建筑业、电子信息等领域都有很大的市场和优势。 汽车的制造上有了高强度钢来制造外形，强度高且质量小的镁合金做发动机、变速箱传动机构等；高强度钢是具有很好的强度和韧性的钢种，在吸能性、应变分布能力和应变硬化特性上远远好于传统钢。与铝、镁这类金属材料相比，具有很好的经济性能，会为企业节省大量的制造成本。由于其有良好的强度和韧性等金属特性，因此被广泛的应用在保险杠、车门槛、车门防撞梁等零件上，它的使用既增加了汽车的安全性，又降低了车身自重。而为了适应轻质材料发展趋势，我们要不断的借鉴国外的先进技术，并结合自身发展需求特点，进行高强度钢的研发。 在建筑领域中，每一次新型金属材料、新型工程技术的出现，都将推动着建筑技术的革新，并对建筑师进行建筑创作，表达建筑美学产生巨大影响。金属材料以其优越的材料性能和独特的视觉效果，已经从建筑中最初的栏杆、扶手等局部装饰构件、建筑内部结构框架，逐渐走向建筑表皮，并决定着建筑所呈现的整体形象，表达着建筑美的意境。如今，金属材料在建筑表皮中扮演着重要角色，对应用金属材料进行建筑表皮的创作与研究，已成为材料科学、建筑学、美学等众多学科争相探索的一个重要课题。
金属材料的发展现状与前景 摘要：金属是人们日常生活生产中最不可或缺的材料，更是人类社会进步的关键所在，本篇论文主要论述金属材料的种类、性能及在社会发展中的重要应用，并且展望金属材料在未的发展前景。 关键词：金属材料、镁合金、铝合金、稀土、汽车 引言 金属材料是指由金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料的统称。包括纯金属、合金、金属间化合物和特种金属材料等。 人类文明的发展和社会的进步同金属材料关系十分密切。继石器时代之后出现的铜器时代、铁器时代，均以金属材料的应用为其时代的显著标志。现代，种类繁多的金属材料已成为人类社会发展的重要物质基础。我们对金属材料的认识应从以下几方面开始： 一、分类： 金属材料通常分为黑色金属、有色金属和特种金属材料。 1、黑色金属又称钢铁材料，包括含铁90％以上的工业纯铁，含碳2％～4％的铸铁，含碳小于2％的碳钢，以及各种用途的结构钢、不锈钢、耐热钢、高温合金、精密合金等。广义的黑色金属还包括铬、锰及其合金。 2、有色金属是指除铁、铬、锰以外的所有金属及其合金，通常分为轻金属、重金属、贵金属、半金属、稀有金属和稀土金属等。有色合金的强度和硬度一般比纯金属高，并且电阻大、电阻温度系数小。
3、特种金属材料包括不同用途的结构金属材料和功能金属材料。其中有通过快速冷凝工艺获得的非晶态金属材料，以及准晶、微晶、纳米晶金属材料等；还有隐身、抗氢、超导、形状记忆、耐磨、减振阻尼等特殊功能合金，以及金属基复合材料等。 4、金属材料按生产成型工艺又分为铸造金属、变形金属、喷射成形金属，以及粉末冶金材料。铸造金属通过铸造工艺成型，主要有铸钢、铸铁和铸造有色金属及合金。变形金属通过压力加工如锻造、轧制、冲压等成型，其化学成分与相应的铸造金属略有不同。喷射成形金属是通过喷射成形工艺制成具有一定形状和组织性能的零件和毛坯。 二、性能 金属材料的性能可分为工艺性能和使用性能两种。为更合理使用金属材料，充分发挥其作用，必须掌握各种金属材料制成的零、构件在正常工作情况下应具备的性能（使用性能）及其在冷热加工过程中材料应具备的性能（工艺性能）。 材料的使用性能包括物理性能（如比重、熔点、导电性、导热性、热膨胀性、磁性等）、化学性能（耐用腐蚀性、抗氧化性），力学性能也叫机械性能。 材料的工艺性能指材料适应冷、热加工方法的能力。 三、应用现状： 金属材料的发展已从纯金属、纯合金中摆脱出来。随着材料设计、工艺技术及使用性能试验的进步，传统的金属材料得到了迅速发展，新的高性能金属材料不断开发出来。如快速冷凝非晶和微晶材料、高比强和高比模的铝锂合金、有序金属间化合物及机械合金化合金、氧化物弥散强化合金、定向凝固柱晶和单晶合金等高温结构材料、金属基复合材料以及形状记忆合金、钕铁硼永磁合金、贮氢合金等新型功能金属材料，已分别在航空航天、能源、机电等各个领域获得了应用，并产生了巨大的经济效益。 1、镁及镁合金
金属材料的历史、现状及未来一、金属材料的历史 人类在大约公元前五千年由石器时代进入铜器时代，而后又在公元前一千二百年步入了所谓的铁器时代。此时出现的金属材料表明当时的社会生产力达到了一个新的高度，人们发现陶器能够承受高温，掌握了用火在陶质容器内把金属熔化、然后将液态的金属倒进模腔内，以铸成所需的工具。金属铜的应用早于金属铁，这是因为天然铜在自然界中存在而铁则被氧化，同时金属铜的熔点比金属铁的要低。在炼铜技术逐步提升时，我们的祖先已经不知不觉的发现了“合金”，最早的合金可能是青铜，它大约由百分之十的锡及百分之九十的铜构成。随着青铜技术的不断发展，人们意识到增大锡的比例会使合金变硬换句话说，“合金”比单一的金属拥有更好的性能。此后，更延伸出黄铜等适用于不同场合的合金。不久，人类社会从青铜时代进入铁器时代。铁器时代已经能运用很复杂的金属加工来生产铁器。铁的高硬度、高熔点与铁矿的高蕴含量，使得铁相对青铜来说来得便宜及可在各方面运用，所以其需求很快便远超青铜。而在几百年后的欧洲，资本主义萌芽带来的社会化大生产也促使着金属的冶炼和材料的制造向着工厂化、规模化发展。一些效率更高的大型炼铁炉被建造起来。英国在18世纪初已经出现了“高炉” 的原型，日产铁以吨计。一开始工人们使用木炭等天然燃料，后来改用焦炭，并安装上鼓风机，从此慢慢演变为近代的高炉，这是炼铁工业的起点。由于铁的大规模生产，人类物质文明的进一步提高，铁轨等应运而生。19世纪一个英国人找到了将铁炼成钢的方法。他把空气直接鼓入铁水中,使杂质烧掉。后来知道，铁水中含有C、S、P等杂质，将影响铁的强度和脆性等；为提高铁的性能，需要对铁水进行再冶炼，以去除上述杂质。对铁水进行重新冶炼以调整其成分的过程叫作炼钢。在之后的一些由于铁的性能不足而
重庆三峡学院 新型器件与先进工艺 （课程论文） 学号：201107014336 专业：电子信息工程姓名：___________ 腾
一、新型元器件用材料发展状况 （一）电子陶瓷材料 电子陶瓷是特种陶瓷材料中的一种重要类型。特种陶瓷材料是相对于传统陶瓷而言的，是20世纪70年代后期才逐渐兴起的高新技术。随着汽车工业、航空航天事业、电子信息技术、环保节能技术、生物工程、建筑科技的飞速发展，特种陶瓷也得到了长足的发展，并在这些领域得到了广泛的应用。其中的电子陶瓷是电子工业、微电子及光电子工业中制备基础元件的关键，其市场需求量大，产业化前景广阔，是一类广泛应用于电子信息领域中的重要的高技术新材料。 2004年世界电子陶瓷陶瓷的用量约2万吨。2004年中国陶瓷基片和陶瓷产量是：陶瓷基片 约17?20万平方米；圆片陶瓷电容器和多层陶瓷电容器用陶瓷分别为500吨和200吨；热敏电阻 和压敏电阻用陶瓷分别为450吨和320吨；压电频率元件用瓷料约650吨。上述陶瓷基片和各种瓷 料只能满足国内需求量的60%左右。预计2005年，中国陶瓷基片的需求量约30万平方米，各种功 能陶瓷的需求量总计5300吨。美国电子陶瓷材料的市场销售额，2000年为54.7亿美元，到2005 年预计增长到72.36亿美元，年平均增长率为 5.8 %。从市场份额分析，电子陶瓷占据了超过60% 的先进陶瓷市场份额。2000年，电子陶瓷的市场份额为64.7 %，到2005年，预计市场份额基本保持不变。 电子陶瓷包括绝缘陶瓷和导电陶瓷，导电陶瓷包括超导、导体以及半导体陶瓷，其中既有 离子导电陶瓷，也有电子导电陶瓷。此外，还有不完全独立于上述任何一种的磁性陶瓷和光学陶瓷。随着现代通讯、计算机、微电子、光电子、机器人制造、生物工程以及核技术等高科技的飞速发展，对电子陶瓷元器件的要求也愈来愈高，高性能复合型电子陶瓷材料的研究开发引起了世界各工业先进国家的高度重视。。国外电子陶瓷材料发展具有综合领先水平的是日本、美国等发达国家。日本在电子陶瓷材料领域中一直以全列化、产量最大、应用领域最广、综合性能最优，处在世界领先地位。中国电子陶瓷材料及器件的生产企业在技术水平、产品品种和生产规模上与国外相比有较大差距。 电子陶瓷材料的发展始于20世纪初期，经历了电介质陶瓷一一压电铁电陶瓷一一半导体陶 瓷一一快离子导体陶瓷一一高温超导陶瓷一一高性能复合型电子陶瓷的发展过程，近十年来，随着微电子技术、光电子技术、信息技术等高新技术的发展以及高纯超微粉体技术、厚膜与薄膜技术的进一步完善，电子陶瓷材料体系围绕新材料的探索、传统电子陶瓷材料的改性、材料与器件的一体化研究与应用等方面开展了广泛的研究，成为材料科学工作者十分活跃的研究领域，也为信息时代 的蓬勃发展奠定了良好的基础。 现代科学技术的加速发展对电子陶瓷材料提出了严峻的挑战，也为这一领域的研究和发展创造了机