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材料化学导论第6章-新型结构材料

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材料科学导论

材料科学导论

样产生一定蠕变伸长量的应力。 符号表示
和意义
• 持久强度：在一定温度下，规定时间内
• 发生断裂的应力。符号表示和意义
56
材料力学性能
韧性表征和意义
韧性：材料从塑性变形到断裂全过程中
吸收能量的能力。是强度和塑性
的综合量度。
韧性表征：
冲击韧性 KIC
断裂韧性 KIC
57
韧性表征和意义
• 断裂韧性：抵抗裂
50
刚度表征和意义
• 弹性行为 分类
阻尼 减震
线形
非线性
滞弹性
51
材料力学性能
疲劳强度表征
疲劳强度：材料抵抗交变应力作用下断裂破
坏的能力。
疲劳：承受载荷低于屈服强度，但在交变应力下
长时间工作材料失效的现象。
疲劳失效过程：裂纹形成，裂纹发展和突然断裂。
52
疲劳极限：材料能够
经受无限多次（108）
没有固定熔点，只有一段宽的温度范围；
材料力学性能 抗蠕变性能表征意义
69％，熔点为1227℃。
低比重：工业用材料中最轻量材料（铝的2/3重）
钢——550 C；
较弱磁场 较高的磁化强度；
高比强度：优于钢和铝
粘胶纤维（1893~1898年）纤维素黄酸钠
完全抗磁性磁场强度始终为零
陶瓷还具有介电特性，可作为电器的介质。
• 两个重要内容
– 仪器与设备
– 分析与建模
29
材料性质：是功能特性和效用的描述符，是材料
对电.磁.光.热.机械载荷的反应。
材料性质描述
力学性质
物理性质
化学性质
•强度
•硬度
•刚度
•塑性
•韧性

材料化学导论练习与思考题

材料化学导论练习与思考题

《材料化学导论》练习与思考题第一章 绪论1. 讨论新材料与材料加工新技术的出现对现代工业的影响。

2. 举例说明新材料如何引导科技进步。

3. 列举几种你常见到过的和心目中的复合材料。

4. 列举几种正处于发展期的新材料。

5. 简述材料的不同分类方法。

6. 何谓航天高聚物?试举例说明之。

7. 我国在东汉制造出了（），她是中国文化的象征，极大地促进了世界文明。

（A）陶瓷（B）瓷器（C）青铜器（D）丝绸8. 从我国河南商遗址出土的司母戊鼎重8750N，是世界上最古老的大型（）。

（A）石器（B）瓷器（C）青铜器（D）铁器9. 工程材料一般可分为（）等四大类。

（A）金属、陶瓷、塑料、复合材料（B）金属、陶瓷、塑料、非金属材料（C）钢、陶瓷、塑料、复合材料（D）金属、陶瓷、高分子材料、复合材料判断题：10. 金属材料韧性好，应用广泛，是重要的工程材料。

（）11. 材料的加工性能有铸造性、压力加工性、焊接性、热处理性能、切削性能、硬度、强度等。

（）第二章 晶体学基础1. 为什么14种种点阵型式中有正交底心，而无四方底心，也没有立方底心型式？2. 0℃时，水和冰的密度分别是1.0005 g/cm3和0.95g/cm3，如何解释这一现象？3. 方向为[111]的直线通过1/2，0，1/2点，则在此直线上的另外两点的坐标是什么？4. 画出立方晶系中下列晶面和晶向：（010），（011），（111），（231），（321）；[010]，[011]，[111]，[231]，[321]。

5. 在六方晶体中，绘出常见晶面：（1120），（0110），（1012），（1100），（1012）。

6. (a)在立方体系中，[100]方向和[211]方向的夹角是多少？(b)[011]方向和[111]方向的夹角是多少？7. 一平面与晶体两轴的截距为a=0.5,b=0.75,并且与Z轴平行，则此平面的米勒指标是什么？8. 一平面与三轴的截距为a=1,b=-2/3,c=2/3, 则此平面的米勒指标是什么？9. 立方晶体中的[001]方向是（）（A）二次对称轴（B）四次对称轴（C）六次对称轴10. 晶体的特性是（）（A）有确定的熔点，无各向异性；（B）有确定的熔点，有各向异性；（B）无确定的熔点，有各向异性；（D）无确定的熔点，无各向异性；11. 名词解释：（1）点群和空间群；（2）空间格子和晶胞第三章金属材料1. 当CN=6时，K+离子的半径为0.133nm(a)当CN=4时，半径是多少？(b)CN=8时，半径是多少？若(按K+半径不变) 求负离子半径。

材料化学(化学工业出版社)课件10

材料化学(化学工业出版社)课件10

学习目的
• 结合前面所学内容，理解金属材料结构与性能 特点； • 了解各种新型金属材料的特殊性能和结构以及 其用途。
Chapter6 Metallic Materials
3Leabharlann .1 金属材料结构与性能6.1.1 金属晶体结构 • 金属键特性：无方向性和饱和性 • 紧密堆积结构 FCC、BCC、HCP
Chapter6 Metallic Materials
26
四、渗碳体（Cementite，符号C表示）
– – – – 碳与铁形成的一种化合物Fe3C，一般含碳6.67％ 复杂的正交晶格 熔点1227℃。 极高硬度的脆性化合物，塑性、韧性几乎为零。
Chapter6 Metallic Materials
24
马氏体的晶格
铁原子沿奥氏体一定晶面, 集体地(不改变相互位置关系) 作一定距离的移动(不超过一个原子间距), 使面心立方晶 格改变为体心四方晶格，碳原子原地不动，过饱和地留 在新组成的晶胞中；增大了其正方度c/a 。
三、铁素体（Ferrite，符号F表示）
– – – – 碳溶解于α-Fe的体心立方晶格中形成的间隙固溶体 碳原子含量很少(仅0.02%) 强度和硬度低，塑性和韧性好。 性质和纯铁相似。
Chapter6 Metallic Materials
21
奥氏体的结构
二、马氏体（Martensite，符号M表示）
–碳在-Fe中的过饱和固溶体 –马氏体的晶体结构为体心四方结构（BCT），中高碳 钢中加速冷却通常能够获得这种组织 – 普遍具有较高强度和硬度 马氏体的形成特点： •马氏体的形成速度很快 •马氏体转变是不彻底的， 总要残留少量奥氏体。
6
二、合金的基本类型

材料加工原理第6章-材料加工过程中的化学冶金

材料加工原理第6章-材料加工过程中的化学冶金

Cn H 2 n+2 nC + (n + 1)H 2 →
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二、液态金属与气体的反应
N2、H2、O2是对金属作用 最大（有害） 最大（有害）的三种气 体。
1、氮 Nitrogen (1)氮在金属中的溶解 (1)氮在金属中的溶解 N2↔2[N] 2[N] 即: 1/2N [N] 1/2N2↔[N]
1 2 3 4 5
F2＝F＋F ＋ H2＝H＋H ＋ H2＝H＋H+＋e ＋ O2＝O＋O ＋ N2＝N＋N ＋
－270 －433.9 －1745 －489.9 －711.4
6 7 8 9 10
CO2＝CO＋1/2O2 ＋ H2O＝H2＋1/2O2 ＝ H2O＝OH＋1/2H2 ＝ ＋ H2O＝H2＋O ＝ H2O＝2H＋O ＝ ＋
13
4、气体的分解
简单气体（ 等双原子气体） 简单气体（指N2、H2、O2、F2等双原子气体）的分解 ； 复杂气体（ 复杂气体（指CO2和H2O等）的分解，分解产物在高温下 等 的分解， 还可进一步分解和电离。 还可进一步分解和电离。
编 号 反应式
∆H
° 298 /kJ.mol
编 号
反应式
° ∆H 298 /kJ.mol
6
(3)熔池反应区 (3)熔池反应区
焊接化学冶金反应的最后阶段。 焊接化学冶金反应的最后阶段。 特点： 特点： 平均温度较低： 16001）平均温度较低： 1600-1900℃ 前后部温差大，反应方向不同。 前后部温差大，反应方向不同。 比表面积小，但存在（反应）时间较长。 2）比表面积小，但存在（反应）时间较长。 熔池中金属、熔渣不断更新(renewing) (renewing)。 3）熔池中金属、熔渣不断更新(renewing)。

材料科学与工程导论第六版william

材料科学与工程导论第六版william

材料科学与工程导论第六版william摘要：一、材料科学与工程的概述1.材料科学与工程的定义2.材料科学与工程的学科体系二、材料科学与工程的历史发展1.古代材料的使用2.现代材料科学的发展3.我国材料科学与工程的发展三、材料的基本性能与分类1.材料的力学性能2.材料的物理性能3.材料的化学性能4.材料的分类四、材料制备与加工技术1.材料制备的基本过程2.常见材料加工技术五、材料的性能与应用1.结构材料2.功能材料3.复合材料4.超导材料六、材料科学与工程的展望1.新型材料的研发2.可持续发展与环保材料3.材料科学与工程的跨学科发展正文：材料科学与工程专业是一门研究材料的制备、性能、加工以及应用的基础理论与实践相结合的学科。

材料科学与工程专业涵盖了金属材料、无机非金属材料、高分子材料和复合材料等领域。

材料科学与工程专业有着悠久的历史，可以追溯到古代。

随着人类社会的发展，对材料的需求不断增加，推动了材料科学的发展。

在我国，材料科学与工程的发展始于上世纪50 年代，经过几十年的发展，已经在很多领域取得了显著的成果。

材料的基本性能主要包括力学性能、物理性能和化学性能。

力学性能主要包括强度、硬度、韧性等；物理性能主要包括导电性、导热性、磁性等；化学性能主要包括耐腐蚀性、抗氧化性等。

根据这些性能，材料可分为金属材料、无机非金属材料、高分子材料和复合材料等。

材料制备与加工技术是实现材料性能与应用的关键环节。

材料制备的基本过程包括原料选择、制备方法、成型与加工等。

常见的材料加工技术有冶炼、铸造、锻造、轧制、拉拔、焊接、切削等。

材料科学与工程专业的研究领域广泛，涉及结构材料、功能材料、复合材料和超导材料等。

结构材料主要包括金属材料、陶瓷材料和塑料等，用于承载和传递力的部件；功能材料主要包括磁性材料、导电材料、光学材料等，用于实现特定功能的部件；复合材料是由两种或多种材料组合而成，兼具各种材料的优点；超导材料是指在低温下具有超导性的材料，具有很高的科研价值和应用前景。

材料化学导论第6章_新型结构材料(2).

材料化学导论第6章_新型结构材料(2).
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材料化学
新型结构材料
聚丙烯腈(PAN)基碳纤维
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材料化学
新型结构材料
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材料化学
新型结构材料
按力学性能分类 高强度碳纤维、高模量碳纤维和普通碳纤维。
普通型
高强度型
高弹性模量型
碳纤维的结构模型 Polymer Matrix Composites，PMC
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材料化学
新型结构材料
碳纤维的特点： •强度和模量高、密度小； 具有很好的耐酸性；热膨胀系数小，甚至为负值 具有很好的耐高温蠕变性能，一般碳纤维在1900℃ 以上才呈现出永久塑性变形。 摩擦系数小、润滑性好、导电性高。 碳纤维的缺点： 价格昂贵，比玻璃纤维贵25倍以上 抗氧化能力较差，高温有氧存在时会生成二氧化碳。
16
材料化学
新型结构材料
主要系列：Al-Cu-Li-Zr系、Al-Cu-Mg-Li系、 Al-Mg-Li系。 用途：轻合金中用途最广泛。民航机上改用铝锂 合金，飞机重量可以减轻8％～16％。 如：B737将可减重2178kg B747SP可减重4200kg B747—200可减重5200kg A310可减重2600kg A340可减重3900kg
5
材料化学
新型结构材料
(2)镍基合金：耐高温，使用时间长，质轻。 镍基超耐热合金基体：镍，镍含量＞50% 使用范围：700~1000℃ 镍基可溶解较多的合金元素，可保持其较 好的组织稳定性。含Cr的镍基合金比铁基的抗 氧化性和抗腐蚀性更好。 实例：现代喷气发动机中，涡轮叶片几乎全部 采用镍基合金制造
材料化学
新型结构材料
2. 轻型结构材料 2.1 铝锂合金 定义：以铝为基添加锂（一般为3wt％左右） 及其它元素组成的合金称作铝锂合金。 特点：密度低、高强度、高模量以及高比强 度和比刚度等。 原因：锂的密度为0.534gcm-3，是铝的1／5， 钢的1／15。在铝合金中增加少量锂可 使密度显著降低。

材料化学导论

都能相互溶解，即 溶体常常在某一限定成分 范围内才能形成。
LnxA-μA关系曲线会终止于 A在B中的饱和溶解度处， 要用LnxA=0处外插之后μA 的值，标准状态也变成了 假想标准状态。
4.固体的溶解度
• 固体与液体平衡时溶液中A 的化学势等于固体A的化学
• 物质A的溶解行为取决于固 体A的化学势大小和溶解过
2．课堂讨论 2 3．机动 2（复习及习题解答）
教学过程
1. 后次复习前次概念 2. 本次讲授内容的引入 3. 新教学内容的讲授过程 4. 小结 5. 思考题 6． 作业
教材及教学参考书
1. 《材料化学导论》 席慧智 哈尔滨工业大学出版社 2001 2. 《材料化学导论》 唐小真 高教出版社 1997 3. 《材料化学导论》 丁马太 厦门大学出版社出版 1995年 4. 《材料化学导论》 杨宏秀 高等教育出版社 1997 5. 《Introduction to Materials Chemistry》 Harry R. Allcock
•
P+为标准压力,G+为该压力 下n摩尔理想气体的标准自
•
由能，与压力无关，是温
温度较低时，单位压力气 体的化学势高于液体的化 学势，这时气体凝结；
度的函数
• 高温时则正好相反。
•
当气体压力保持一定时， 单纯理想气体的化学势随
•
温度达到Tb，气体和固体 的两条曲线相交，此时，
温度而变化。单位压力下
Tb温度下单位压力的气体
• 溶体平均每摩尔自由能g为：
2.混合气体化学势 • 把单纯理想气体的化学势表达式中的全压力p换成各成
分的分压，即可得到理想混合气体的化学势。 (理想气体) (对A成分而言)

材料科学与工程导论 第6章 高分子材料


聚酰胺（PA） 聚碳酸酯（PC） 聚甲醛（POM） 聚对苯二甲酸丁二醇酯 （PBT） 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯 （ABS） PC
挡 风 板
6.1.3 高分子材料简介
ABS树脂（丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物，ABS是 Acrylonitrile Butadiene Styrene的首字母缩写）是一 种强度高、韧性好、易于加工成型的热塑型高分子材料。
有机玻璃顶棚
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6.1.3 高分子材料简介
▲工程塑料
热稳定性高是其最突出 的特点。使用温度 150~174℃。 用于机械设备等工业。
聚砜（PSU） 聚醚砜（PES） 聚醚醚酮（PEEK） 聚苯硫醚（PPS） 聚四氟乙烯 （PTFE）
30
又称尼龙。强 度较高，耐磨、 自润滑性好， 广泛用作机械、 化工及电气零 件。 优良的机械性能， 透明无毒，应用 广泛。
初～40年代末）。
●现代高分子科学阶段（20世纪50年代初～20世纪末）。 ●21世纪的高分子科学—分子设计。
——高分子的概念始于20世纪20年代，但应用更早。1920年， 德国人Staudinger (施陶丁格)发表了“论聚合”的论文，提 出了高分子的概念。
9
6.1.1 高分子材料科学发展简史
高分子科学既是一门应用学科，也是一门基础学科，它
▲单体 用来制备高分子的小分子物质称单体。 高分子的单体： 通过聚合反应能制备高分
子化合物的物质称做单体。
例如乙烯是单体，能聚合 生成聚乙烯。
[ CH2–CH2 ]n
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6.1.2 高分子材料基本概念
▲结构单元 构成大分子的最小重复结构单元，简称结构 单元，或称链节。
[ CH2–CH2 ]n
▲聚合度

材料化学导论

材料化学导论
材料化学导论是一门研究材料的物理、化学和结构性质的学科。

它是材料科学的重要基础，涉及到物质的制备、结构和性质的探究、
以及材料在各种应用领域中的应用。

材料化学导论主要包括材料的基
本分类、制备技术、结构和性质等方面的内容。

在材料化学导论中，材料通常可以分为金属材料、无机非金属材
料以及有机材料三类。

金属材料包括纯金属、合金、复合材料等，常
常被用于可靠的结构件、导电部件和传热部件等。

无机非金属材料包
括陶瓷、玻璃、半导体材料等，具有高度的热、电、光学性能，广泛
应用于电子、航空、建筑等领域。

有机材料如塑料、橡胶、纤维素等，具有高度的柔韧性和可塑性，是医药、日用品和纺织品等领域的重要
材料。

在材料的制备技术方面，包括物理和化学制备方法两种。

物理制
备方法主要包括热加工、冷加工、粉末冶金、液相法等，而化学制备
方法则包括溶胶-凝胶法、水热法、气相沉积等。

在结构和性质方面，
材料的微观结构和宏观结构对其性能的影响非常重要。

材料的性能包
括机械性能、物理性能、化学性质、热性能、电性能和光学性能等。

总之，材料化学导论是一门非常重要的学科，它为材料科学的进
一步发展提供了深刻的理论基础和实践指导。

材料化学-金属材料


熔点/℃ 硬度(以金刚
石的硬度为 10作标准)
锡
660
(高) 3410 1535 1083 1064
铝
铅
1.5
4-5 2.5-4 2.5-3 2.5-3 2-2.9
讨论：
根据你的生活经验和表所提供的信息，并查阅有关资料分析下 列问题。 1. 为什么菜刀、镰刀、锤子等用铁制而不用铅制？ 因铁的硬度大于铅，若菜刀、镰刀用铅制，容易卷刃；而锤 子用铅制，容易变形。 2. 银的导电性比铜好，为什么电线一般用铜制而不用银制？ （1）银在自然界含量少，价格昂贵；（2）银的密度大， 不易架设。 3. 为什么灯泡里的灯丝用钨制而不用锡制？如果用锡制的话， 可能会出现什么情况？ 钨有较高的熔点，且易导电。若用锡制灯丝，灯丝导电产 生的热量易使灯丝熔断。 4. 为什么有的铁制品如水龙头等要镀铬（Cr）？如果镀金怎 么样？（1）增加水龙头的硬度，使其不易变形（2）不易 生锈（3）使水龙头美观大方。镀金更好看，更耐 腐蚀，但不经济
金属的力学性能
金属的力学性能是外力作用时表现出来的性能。 力学性能包括弹性、强度、塑性、硬度、韧性和 疲劳强度等。
金属的工艺性能
金属的工艺性能是指金属材料对不同加工工艺方法的 适应能力。它包括铸造性能、锻压性能、焊接性能和切削 加工性能等。工艺性能是材料能否大量工业应用的一个重 要因素。 铸造性能：金属及合金铸造成形获得优良铸件的能力称为铸造
导热性：金属材料传导热量的性能称为导热性。 金属的导热能力以银为最好，铜、铝次之 导电性：金属材料传导电流的性能称为导电性。 热膨胀性：金属材料随着温度的变化而出现体积变化的特 性称为热膨胀性。热膨胀性的大小用线膨胀性系数 α l 和 体膨胀性α V系数。 磁性：金属材料在磁场中受到磁化的性能称为磁性。根据 金属材料在磁场中受到磁化的程度不同，可分为 铁磁性材料（如铁、钴、镍等） 顺磁性材料（如锰、铬等） 抗磁性材料（如铜、锌等）三类。
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材料化学
新型结构材料
1.2 高温结构陶瓷
传统陶瓷 原料 工艺 耐热温度 特征 研究领域 粘土，石粉 工业陶瓷 碳化硅，氮化硅
用水拌和,成型干燥后 磨成均匀细粉,与烧结助剂混合或 烧制 直接高压成型,烧制 1300℃ 易碎 1500～2000℃ 坚硬,热致伸缩小,轻,耐高温,耐腐 蚀,耐蠕变,耐机械性,耐热冲击性 高温燃气轮机
34
材料化学
新型结构材料
氧化铝纤维（Aluminia Fibre,AF或（Al2O3）f） 氧化铝纤维是多晶连续纤维，除Al2O3外常 含有约15%的SiO2。 优点：具有优良的耐热性（1200～1300 ℃ ）和 抗氧化性，直到370℃强度仍下降不大。 缺点：在所有纤维中密度最大。 用途：主要用于金属基复合材料。
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材料化学
新型结构材料
特性：与一般碳素材料相比 •相同点：耐高温、耐磨擦、导电、导热及耐腐蚀 •不同点：外形有显著的各向异性、柔软、可加工 成各种织物，沿纤维轴方向强度很，力 学性能突出。 碳纤维比重小，比强度很高。 用途：与树脂、金属、陶瓷等基体复 合做结构材料。
25
材料化学
新型结构材料
工业化生产碳纤维方法，按原料路线分类 聚丙烯腈(PAN)基碳纤维 沥青基碳纤维：由沥青制取碳纤维，原料来源 丰富，碳化收率高，但因原料调制复杂、产品 性能较低，亦未得到大规模发展； 粘胶基碳纤维：从粘胶纤维制取高力学性能的 碳纤维必须经高温拉伸石墨化，碳化收率低， 技术难度大、设备复杂，成本较高，产品主要 为耐烧蚀材料及隔热材料所用。
6
材料化学
新型结构材料
（3）钴基合金：钴含量为40~60% 的奥氏体，可 在730~1100℃ 条件下使用。 耐热温度高。 一般钴基合金含10~22%Ni和20~30%Cr，以及 Mo,W,Ta,Nb等固溶强化元素和碳化物形成元素， 含碳量高，是以碳化物为主要强化相的超耐热合金。 应用：制作航空发动机、工业燃汽轮机、舰船燃汽 轮机的导向叶片和喷嘴导向叶片以及柴油机 喷嘴。 7
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材料化学
新型结构材料
（4）Kevlar有机纤维（芳纶、聚芳酰胺纤维） 特点：比强度、比模量高；其强度可达2800～ 3700MPa；密度小，只有1.45 g/㎝3；耐 热性比玻璃纤维好。它还具有优良的抗 疲劳性、耐蚀性、绝缘性和加工性。
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材料化学
新型结构材料
Kevlar纤维树脂复合材料 由Kevlar纤维与环氧、聚乙烯、聚碳酸酯、 聚酯等树脂组成。 性能特点:抗拉强度大于玻璃钢，而与碳纤维― 环氧树脂复合材料相似； 延性好，与金属相当； 其耐冲击性超过碳纤维增强塑料； 其疲劳抗力高于玻璃钢和铝合金； 减振能力为钢的8倍。
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材料化学
新型结构材料
实例2：氧化锆ZrO2 结构：室温稳定态 高温亚稳态 1170 ℃ 有体积收缩 单斜晶型 四方晶型 作用：韧化氮化硅陶瓷材料 用途：制造轴承、汽轮机叶片、机械密封环、 永久性模具等机械构件。用于制造柴油 机中发动机部件的受热面等 类型：氮化硼陶瓷、碳化硼陶瓷、氧化锆陶瓷、 碳化硅陶瓷等。 15
37
材料化学
新型结构材料
（5）金属和钢纤维 类型：钨、钼、不锈钢、铝等 特点：导电性和导热性好，塑性和抗冲击性好。 制备方法：拉丝加工。 熔融纺丝法、挤压法、析出法、冷 却法等制造金属纤维的新途径也在 积极探索着。 用途：常用于混凝土基复合材料。
材料化学
新型结构材料
2. 轻型结构材料 2.1 铝锂合金 定义：以铝为基添加锂（一般为3wt％左右） 及其它元素组成的合金称作铝锂合金。 特点：密度低、高强度、高模量以及高比强 度和比刚度等。 原因：锂的密度为0.534gcm-3，是铝的1／5， 钢的1／15。在铝合金中增加少量锂可 使密度显著降低。
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材料化学
新型结构材料
铝锂合金的生产工艺 铸造法(IM)，应用最早。 各国生产的几种比较成熟的铸造铝锂合金： 美国的2090、2091和8090、8091, 英国的8090和8091, 法国的CP271(8090)和CP274(2091)， 前苏联的BAД23、01420、1421等。
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材料化学
新型结构材料
粉末冶金法(PM) 优点：合金成分选择范围大，可获得微细的组织 和更好的性能，现处于研究开发阶段。 目前，美国联合信号公司采用这种方法研制 的644B合金的力学性能与现用航空航天铝合金相 当，但密度更低、比刚度更高，特别是具有优异 的低温性能。 预计粉末铝锂合金可能成为航空、航天器的 重要结构材料。
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材料化学
新型结构材料
2.2 纤维材料 （1）玻璃纤维 性能：质轻、高强、绝缘、防腐、耐高温 用途：制造纤维增强材料，可纺织、缝编，易 于与各类材料复合。 因为玻纤增强材料的比强度、比模量、 耐疲劳性、阻尼减震性和破损安全性都超过 高强金属性能，是跨越传统的新型材料。
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材料化学
新型结构材料
（2）碳纤维 由碳基物质或纤维在惰性气体气氛中经高 温碳化即可制成碳纤维和石墨纤维。在 800~ 1600℃烧成碳纤维，在 2500~3000℃烧成为石 墨纤维。 碳纤维的含碳量为95%，石墨纤维的含碳 量99%，均可制成短纤维，也可制成连续不断 的长纤维，还可以织成布、带及毡等制品。
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材料化学
新型结构材料
主要系列：Al-Cu-Li-Zr系、Al-Cu-Mg-Li系、 Al-Mg-Li系。 用途：轻合金中用途最广泛。民航机上改用铝锂 合金，飞机重量可以减轻8％～16％。 如：B737将可减重2178kg B747SP可减重4200kg B747—200可减重5200kg A310可减重2600kg A340可减重3900kg
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材料化学
新型结构材料
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材料化学
新型结构材料
硼纤维（Boron Fibre，BF或Bf） 1958年C.P.Talley首先用CVD方法研制成功高模 量的硼纤维。 制备方法：在加热的钨丝表面通过化学反应沉积硼层。 规格：硼纤维直径有100μm、140μm、200μm几种。 特点：具有很高的弹性模量和强度，性能受沉积条件 和纤维直径的影响，硼纤维的密度为2.4~2.65 g/cm3，拉伸强度为3.2~5.2GPa，弹性模量为 350~400GPa。耐高温，耐中子辐射。
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(2)镍基合金：耐高温，使用时间长，质轻。 镍基超耐热合金基体：镍，镍含量＞50% 使用范围：700~1000℃ 镍基可溶解较多的合金元素，可保持其较 好的组织稳定性。含Cr的镍基合金比铁基的抗 氧化性和抗腐蚀性更好。 实例：现代喷气发动机中，涡轮叶片几乎全部 采用镍基合金制造
航天飞机发动机的高 压氧涡轮泵和高压氢涡轮 泵上的叶片，都是高CrCo-W基耐高温合金，通 过定向凝固精密铸造制成。
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高温材料需满足的条件 （1）高温下要有优良的抗腐蚀性 （2）在高温下要有较高的强度和韧性 形成金属: 第ⅤB族（V，Nb，Ta） 第ⅥB族（Cr，Mo，W） 高熔点金属 第ⅦB族（Mn，Tc，Re） 第 Ⅷ 族（Fe，Co，Ni） 耐热合金：以ⅤB～ⅦB副族元素和第Ⅷ族元素形 成的合金。
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缺点 ：工艺复杂，不易大量生产，价格昂贵。 由于钨丝的密度大，硼纤维的密度也大。 目前已研究用碳纤维代替钨丝，以降低成本 和密度，结果表明，碳心硼纤维比钨丝硼纤维强 度下降5%，但成本降低25%。 常温为较惰性物质，但在高温下易与金属反 应，因此需在表面沉积SiC层，称之为Bosic纤维。 用途：主要用于聚合物基和金属基复合材料。
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氮化硅(Si3N4)陶瓷，多晶材料 晶体结构：六方晶系， 有α和β 两相 α相——动力学上易生成，在1400~ 1800℃，高温下转化为β相 β相——结构对称性高，摩尔体积小， 是热力学稳定相
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性能 高硬度，弹性模量大，高强度，耐高温， 热膨胀系数小， 导热系数大耐热冲击性能好， 密度低，耐腐蚀，抗氧化， 机械自润滑，表面摩擦系数小， 电绝缘性好
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F-18大黄蜂战斗机
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铝锂合金的一个发展方向：超塑成型。 目前超塑成型的主要方法是板材吹胀法，90 年代采用的超塑成型/扩散连接技术，能够使形状 复杂的铝锂合金构件一次成型,并可大幅度提高结 构强度,降低结构重量。英国Alcon公司报导的铝 锂合金扩散连接工艺采用锌做夹层。 目前铝锂合金应用存在的主要问题是成本高、 韧性和塑性较差、缺少足够的设计和使用经验。
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（1）铁基合金：高温下，铁氧化；构型转化。 铁基合金中各元素的作用 镍——形成稳定奥氏体的主要元素 铬——提高抗氧化性和抗燃气腐蚀性 钼和钨——强化固溶体的晶界 铝、钛、铌——沉淀硬化作用 基体：奥氏体，主要强化相为 ， 以及其他微量碳化物、硼化物。 铁基高温合金：适用于低于800℃的条件
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结构陶瓷材料主要包括氧化物、非氧化物及 氧化物与非金属氧化物的复合系统。 1.2.1氧化物陶瓷 (1)氧化铝陶瓷 一种以α-Al2O3为主晶相的陶瓷材料， Al2O3 含量 一般在75%~99%。 (2)ZrO2陶瓷 密度大、硬度高、耐火度高、化学稳定性好， 抗弯强度和断裂韧性等性能更为突出。
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AN)基碳纤维
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按力学性能分类 高强度碳纤维、高模量碳纤维和普通碳纤维。
普通型 高强度型 高弹性模量型
碳纤维的结构模型 Polymer Matrix Composites，PMC
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