金属功能材料
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金属功能材料
金属功能材料是一类具有特殊功能和性能的金属材料,广泛应用于各个领域。
它们不仅具有传统金属材料的优良性能,如强度高、导电性好等特点,还具有特殊的功能,如磁性、光学性能、导热性能等。
金属功能材料在现代工业、电子、航空航天等领域发挥着重要作用。
首先,金属功能材料的磁性能使其在电子领域得到广泛应用。
铁、镍、钴等金
属材料具有良好的磁性能,可以用于制造电磁铁、磁盘等电子产品。
此外,金属功能材料还可以用于制造磁性材料,如软磁材料、硬磁材料等,用于制造变压器、电感器等电子元器件,为电子产品提供了重要的材料基础。
其次,金属功能材料的光学性能也是其重要特点之一。
金属材料在光学方面具
有独特的性能,如金属玻璃、金属薄膜等材料可以用于制造反射镜、透镜等光学元件,广泛应用于激光器、光学仪器等光学设备中。
金属功能材料的光学性能为光学领域的发展提供了重要的支持。
另外,金属功能材料的导热性能也是其重要特点之一。
铜、铝等金属材料具有
良好的导热性能,可以用于制造散热器、导热片等散热元件,广泛应用于电子产品、汽车发动机等领域。
金属功能材料的导热性能为现代工业的发展提供了重要的支持。
总的来说,金属功能材料具有独特的功能和性能,广泛应用于电子、光学、工
业等各个领域。
随着科学技术的不断发展,金属功能材料的应用范围将会进一步扩大,为人类社会的发展进步提供更多的支持和保障。
相信在不久的将来,金属功能材料将会发挥更加重要的作用,为人类社会的发展做出更大的贡献。
金属功能材料的真空熔炼+浇铸+定向凝固制备金属功能材料的真空熔炼、浇铸和定向凝固制备一、引言金属功能材料是一类具有特殊功能或性能的材料,可以满足特定工程要求或特殊环境下的使用需求。
在金属功能材料的制备过程中,真空熔炼、浇铸和定向凝固是非常重要的工艺环节。
本文将围绕这三个工艺环节展开详细的讨论,以便读者能够深入了解金属功能材料的制备过程以及其中的技术要点。
二、真空熔炼1. 真空熔炼的概念和意义真空熔炼是指在高真空条件下进行金属或合金的熔炼,其目的是通过消除氧、氮等杂质,提高金属或合金的纯度和均匀性,以及优化其组织和性能。
在金属功能材料的制备过程中,真空熔炼是非常关键的一步,可以有效改善材料的质量和性能。
2. 真空熔炼的工艺技术在真空熔炼过程中,需要控制好熔炼温度、保持高真空状态、选择合适的熔炼时间等关键参数,以确保金属或合金的质量和均匀性。
还需要考虑金属间的相互作用、杂质的挥发和吸附等问题,以避免对材料质量的不利影响。
3. 真空熔炼的关键技术在真空熔炼过程中,需要重点关注金属或合金的成分设计、合金化处理、熔炼设备的选择和优化等关键技术,以确保制备出符合要求的金属功能材料。
三、浇铸1. 浇铸的基本原理浇铸是指将熔融金属或合金倒入铸型中,通过冷却凝固形成所需的零件或材料。
在金属功能材料的制备过程中,浇铸是常用的成形工艺,可以实现对复杂形状和大尺寸件的制备。
2. 浇铸的工艺特点浇铸过程中需要考虑金属的流动性、凝固收缩、气孔和夹杂等问题,以确保所制备出的金属功能材料具有良好的密度和组织。
3. 浇铸的质量控制在浇铸过程中,需要做好浇注温度和速度的控制、铸模设计和制备、凝固过程的监测等工作,以确保最终制备的金属功能材料符合要求。
四、定向凝固1. 定向凝固的基本原理定向凝固是指将熔融金属或合金在特定条件下进行凝固,以获取具有定向结构和特定组织的材料。
在金属功能材料的制备过程中,定向凝固是一种重要的凝固工艺,可以实现对材料组织和性能的有效控制。
金属功能材料
金属功能材料是一种具有特殊功能的金属材料,它不仅具有传统金属材料的优
良性能,还具有一定的功能特性,能够在特定环境或条件下发挥特殊的功能作用。
金属功能材料在现代工业生产和科学研究中具有广泛的应用,其种类繁多,功能各异,为人类社会的发展做出了重要贡献。
首先,金属功能材料可以根据其功能特性分为多种类型,如形状记忆合金、磁
性材料、光学材料、导电材料等。
形状记忆合金是一种具有记忆形状功能的金属材料,可以在外力作用下发生形状变化,并在去除外力后恢复原状。
磁性材料具有磁性,可以用于制造电磁设备和磁性存储器件。
光学材料具有特殊的光学性能,可用于制造光学器件和光学仪器。
导电材料具有良好的导电性能,可用于制造导线、电路板等。
其次,金属功能材料具有广泛的应用领域。
形状记忆合金可以用于医疗器械、
航空航天、汽车制造等领域。
磁性材料可以用于制造电机、变压器、传感器等电磁设备。
光学材料可以用于制造光学镜片、激光器件、光纤通信等光学器件。
导电材料可以用于制造电线、电缆、电子元器件等。
此外,金属功能材料的研发和应用对于推动科技创新和产业发展具有重要意义。
通过对金属功能材料的研究,可以不断开发出具有新功能、新特性的金属材料,满足不同领域的需求。
金属功能材料的应用也促进了相关领域的技术进步和产业升级,推动了经济的发展和社会的进步。
总的来说,金属功能材料作为一种具有特殊功能的金属材料,在现代社会具有
重要的地位和作用。
随着科学技术的不断进步和发展,金属功能材料必将在更广泛的领域得到应用,为人类社会的发展做出新的贡献。
2024年金属功能材料市场发展现状引言金属功能材料是一种具有特殊功能的金属材料,广泛应用于各个领域。
随着科技的进步和工业的发展,金属功能材料市场呈现出迅猛发展的趋势。
本文将对金属功能材料市场的发展现状进行分析和总结,以期了解其潜力和前景。
1. 金属功能材料市场概述金属功能材料市场是一个庞大且多元的市场,各种金属功能材料的应用领域涉及钢铁、汽车、航天航空、电子、建筑等诸多产业。
随着市场对高性能、高可靠性、环境友好的新型金属材料需求增加,金属功能材料市场得以快速扩大。
2. 金属功能材料市场的主要发展方向2.1 新型金属功能材料新型金属功能材料是金属材料领域的重要研究方向。
通过改变金属材料的结构、制备方法以及添加特定元素,使金属材料具备一定的物理、化学、磁性等特性,以满足不同需求。
例如,特种钢在汽车和机械制造中的应用不断增加。
2.2 绿色环保金属功能材料随着环境问题的日益严重,绿色环保金属功能材料的需求也在不断增加。
绿色环保金属功能材料具有低能耗、低污染、可再生等特点,受到各个行业的关注和重视。
例如,可降解金属材料在医疗领域中的应用逐渐增多。
2.3 智能金属功能材料随着智能科技的飞速发展,智能金属功能材料成为市场的热点。
智能金属功能材料能够根据外界的温度、压力、湿度等条件做出相应的响应和变化,具有很大的应用潜力。
例如,形状记忆合金在航空航天和电子领域有广泛的应用。
3. 金属功能材料市场的现状和前景金属功能材料市场目前呈现出快速增长的趋势。
随着科技的不断进步和工业的发展,金属功能材料的研究和应用将迎来更多的机遇和挑战。
从全球范围来看,金属功能材料市场将继续保持稳定增长,预计在未来几年内将迎来更大的发展。
结论金属功能材料市场的发展现状显示出其巨大的潜力和前景。
随着新型金属功能材料、绿色环保金属功能材料和智能金属功能材料的不断涌现,金属功能材料市场将迎来更多的机遇和挑战。
在全球范围内,金属功能材料市场将继续保持稳定增长,为各个行业的发展提供更多的可能性。
新型金属功能材料的研究与应用近年来,随着科技的进步和人们对生活品质的追求,新型金属功能材料的研究和应用逐渐受到关注。
这些新型材料在机械、电子、光学、医疗等领域中有着广泛的应用前景。
本文将深入探讨新型金属功能材料的研究与应用。
一、什么是新型金属功能材料?新型金属功能材料是指具有特定性能和功能的材料。
它们通常是由金属和非金属元素合成的复合材料,如合金、金属陶瓷、金属复合材料等。
这些新型材料拥有较高的强度、硬度、导电性和热传导性,并且能够实现某些特定的功能,如防腐、抗氧化、耐磨等。
二、新型金属功能材料的研究现状目前,新型金属功能材料的研究主要集中在以下几个方向:1. 金属纳米材料金属纳米材料是指尺寸小于100纳米的金属颗粒。
由于其表面积相对于体积的增加,金属纳米材料具有优异的物理、化学和光学性质。
例如,纳米金属颗粒能够加强催化反应、提高传感器的灵敏度、增强材料的强度、硬度和韧性等。
2. 金属氢化物金属氢化物是指金属与氢气反应生成的稳定化合物。
金属氢化物具有较高的储氢容量、较低的储氢压力和温度、良好的可逆性,因此被广泛应用于能源、汽车、军事和民用等领域。
3. 多元合金多元合金是指由三种或以上的元素组成的合金。
多元合金具有复杂的化学成分和结构,因此拥有多种特殊性质和应用潜力。
例如,高熵合金具有高的耐腐蚀性、高温变形能力和优异的力学性能。
三、新型金属功能材料的应用前景新型金属功能材料在各个领域都有着广泛的应用前景。
1. 机械领域新型金属功能材料在机械领域中应用广泛,如钢铁、航空航天、汽车、机器人等。
例如,高强度合金、超级合金、金属陶瓷等材料可以用于制造高温、高压、高强度和高耐久的零部件,以满足各种极端条件下的使用需求。
2. 电子领域新型金属功能材料在电子领域中有广泛的应用,如半导体、电池、传感器及集成电路等。
例如,金属纳米颗粒可以用于制造电子元件,如表面增强拉曼光谱、光电子器件等。
3. 光学领域新型金属功能材料在光学领域中有广泛的应用,例如,银基减振材料可以用于制造高效度的抗震减振器件,以保护建筑物和机械设备。
功能材料是什么功能材料是指将各种材料通过特定的加工和处理方式,使其具有某种特殊的功能或性能的材料。
它不仅能够满足基本的材料性能要求,还具有特定的应用功能,广泛应用于各个领域,如建筑、汽车、电子、化工等。
功能材料的种类繁多,下面主要介绍几种常见的功能材料:1. 高分子功能材料:高分子材料是由大量重复单元组成的大分子化合物,通过改变其结构和配方,可以获得不同的功能材料。
例如,聚氨酯材料具有良好的强度和耐磨性能,广泛用于汽车座椅、泡沫材料等;高分子薄膜材料具有优异的透明度和导电性能,广泛应用于光电子器件等。
2. 金属功能材料:金属材料是由金属元素组成的材料,通过控制合金成分和加工工艺,可以获得具有特定功能的金属材料。
例如,高强度钢材料具有较高的强度和耐磨性能,广泛用于汽车零部件制造;形状记忆合金材料具有形状记忆和超弹性等特殊功能,广泛应用于医疗器械等领域。
3. 陶瓷功能材料:陶瓷材料由非金属元素组成,其晶格结构稳定,具有优异的耐高温、耐腐蚀和绝缘性能。
通过控制原料和烧结工艺,可以获得具有特殊功能的陶瓷材料。
例如,氧化铝陶瓷材料具有良好的绝缘性能和抗磨性能,广泛应用于电力传输领域;氧化锆陶瓷材料具有优异的热传导性能和耐磨性能,广泛用于医疗器械等领域。
4. 纳米功能材料:纳米材料是指粒径在纳米尺度范围内的材料,由于其颗粒尺寸小、比表面积大等特点,具有独特的物理、化学和生物学性能。
通过控制合成方法和纳米结构,可以获得具有特殊功能的纳米材料。
例如,纳米复合材料具有超强强度和导电性能,广泛应用于电子器件制造;纳米药物材料具有较大的比表面积和更好的生物相容性,广泛用于医药领域。
总之,功能材料是一种通过特定的加工和处理方式,使材料具有特殊功能或性能的材料,可以满足不同领域的需求,并推动科技和工业的发展。
随着科技的不断进步,功能材料将会有更广阔的应用前景。
金属功能材料
金属功能材料是指具有特殊功能和性能的金属材料,可以在各个领域广泛应用。
下面介绍几种常见的金属功能材料。
1. 变形记忆合金:变形记忆合金是一种具有形状记忆效应和超弹性的金属材料。
它可以在受力作用下发生形态变化,但在去除力后可以恢复到原来的形状。
这种材料具有自修复能力,可以广泛应用于医疗器械、航空航天等领域。
2. 导电性增强型复合材料:这种材料将金属纤维或导电纤维与非金属基体复合而成,既具有金属的导电性能,又具有非金属材料的轻质、高强度等特点。
这种材料可以用于制造导电纤维、电子器件等,广泛应用于电子、通信等领域。
3. 磁致伸缩材料:磁致伸缩材料是在外加磁场作用下发生伸缩变形的金属材料。
它具有快速响应、大变形和高精度等特点,广泛应用于精密仪器、传感器等领域。
4. 喷涂涂层材料:喷涂涂层材料是一种特殊的金属材料,主要用于防腐、防磨损等功能。
这种材料可以通过喷涂的方式形成一层保护膜,能够有效延长金属材料的使用寿命。
5. 高温合金:高温合金是一类能够在高温环境下工作的金属材料,具有优异的高温强度、耐腐蚀性和抗氧化性能。
这种材料广泛应用于航空、航天、化工等领域。
以上是几种常见的金属功能材料,它们在各自的领域具有独特
的功能和性能,对于促进科技进步和经济发展起到了重要的作用。
随着科技的不断进步,金属功能材料的应用前景将会更加广阔。
特种冶炼与金属功能材料1. 什么是特种冶炼特种冶炼是一种针对特定金属和合金的冶炼过程,旨在控制其组织和性能,以满足特定的工业需求。
特种冶炼通常涉及对金属的纯度、晶粒尺寸、相组成和析出相等方面的控制。
通过精确控制这些因素,特种冶炼能够改善金属材料的力学性能、耐腐蚀性、热稳定性和其他特殊性能。
2. 什么是金属功能材料金属功能材料是指那些具有特定功能或特殊性能的金属材料。
与传统的结构性金属材料不同,金属功能材料可以在特定条件下实现特定的物理、化学或机械功能。
例如,记忆合金具有形状记忆效应,可以通过温度变化恢复原始形状;超导材料则具有极低的电阻和磁场排斥性能,可用于磁共振成像和电力传输等领域。
3. 特种冶炼与金属功能材料的关系是什么特种冶炼是制备金属功能材料的重要手段之一。
通过特种冶炼的技术和方法,可以调控金属材料的微观结构和组织,从而改善其特殊性能。
特种冶炼可以通过合金化、热处理、快速凝固等方式实现对金属材料的微观结构和组织的控制。
这些控制手段可以使金属材料实现特定的功能,如形状记忆效应、超导性、磁性等。
4. 特种冶炼在金属功能材料制备中有哪些应用特种冶炼在金属功能材料制备中有多种应用。
例如,在形状记忆合金的制备中,特种冶炼可以通过合金化的方法调节其转变温度和形状记忆效应的强度。
在超导材料制备中,特种冶炼可以通过优化合金化成分和热处理参数,实现高温超导材料的制备。
在磁性材料制备中,特种冶炼可以通过控制合金化元素和热处理条件,实现特定的磁性性能。
5. 特种冶炼对金属功能材料性能的影响是怎样的特种冶炼对金属功能材料性能的影响是多方面的。
首先,特种冶炼可以改变金属材料的组织和晶粒尺寸,从而影响其力学性能和耐腐蚀性。
其次,特种冶炼可以在金属材料中引入特定的相,如沉淀相、弥散相等,从而改变其磁性、电性和导热性等特殊性能。
此外,特种冶炼还可以通过调节合金成分和热处理参数,实现金属材料的形状记忆效应、超导性等特殊功能。
2024年金属功能材料市场前景分析引言金属功能材料是一类具有特殊功能性质的金属材料,拥有广泛的应用前景。
本文将对金属功能材料市场的前景进行分析,并探讨市场发展的动态和趋势。
市场概述金属功能材料市场在过去几年中持续增长,这主要得益于其广泛的应用领域和不断发展的技术。
金属功能材料可以用于汽车制造、航空航天、电子设备等多个行业,满足不同领域对材料性能的需求。
市场驱动因素技术进步随着科技的不断进步,金属功能材料的研发和制造技术不断改善。
新的合金材料、涂层技术和先进加工技术的出现,使得金属功能材料的性能得到了显著提高。
这些技术的发展推动了金属功能材料市场的增长。
应用需求增加各个行业对金属功能材料的需求日益增加。
例如,在汽车制造业,对轻量化、高强度和耐磨损的要求促使了金属功能材料的需求增长。
而在电子设备领域,对导电性能和热传导性能的要求也推动了金属功能材料的市场需求。
市场挑战高成本金属功能材料的生产成本相对较高,这对市场的发展产生了一定的限制。
高成本主要来自于材料制备过程中的高温、高压和复杂的合金化工艺。
降低金属功能材料的生产成本是市场发展面临的主要挑战之一。
环保限制金属功能材料的生产过程中可能产生废水、废气等对环境有害的物质。
环保法规对金属功能材料生产企业提出了更严格的要求,这对市场的发展带来了一定的限制。
解决环保问题是金属功能材料市场发展的重要课题。
市场趋势新材料的兴起随着科技的进步,新型合金材料和复合材料逐渐应用于金属功能材料市场。
这些新材料具有更优异的性能,能够满足不同领域的需求。
新材料的出现将推动市场向更高性能和更多领域拓展。
国际市场竞争加剧金属功能材料市场面临着来自世界各地的竞争。
随着全球市场的开放和国际贸易的增加,国际竞争的压力持续增加。
国内企业需要提高技术水平、降低成本,以保持市场竞争力。
结论金属功能材料市场在技术进步推动和应用需求增加的双重驱动下,展现出良好的发展前景。
然而,高成本和环保限制仍然是市场发展的主要挑战。
粉末冶金:将金属或非金属粉末混合后压制成形,并在低于金属熔点的温度下进行烧结,利用粉末间原子扩散来使其结合的过程被称做粉末冶金工艺。
一、粉料制备与压制成型粉末混料均匀并加入适当的助剂,再进行压制成型,粉粒间的原子通过固相扩散和机械咬合作用,使制件结合为具有一定强度的整体。
二、烧结将压制成型的制件放置在采用还原性气氛的闭式炉中进行烧结,烧结温度约为基体金属熔点的2/3~3/4倍。
由于高温下不同种类原子的扩散,粉末表面氧化物的被还原以及变形粉末的再结晶,使粉末颗粒相互结合。
金属基复合材料的界面结合形式(1)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。
(2)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/镍基复合材料在600C下碳在镍中先溶解后析出的现象等。
(3)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。
2 金属基复合材料制备方法固态法、液态法、喷射成型法、原位生长法3、界面优化以及界面设计一般有以下几种途径:1 增强剂的表面改性处理(选择增强体的考虑因素)(1)改善增强剂的力学性能(保护层);(2)改善增强剂与基体的润湿性和粘着性(润湿层);(3)防止增强剂与基体之间的扩散、渗透和反应(阻挡层);(4)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(过渡层、匹配层)。
2 金属基体改性(添加微量合金元素):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。
环境材料的内涵特点(1)材料的先进性(2)环境协调性(区别于传统材料)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。
(优先争取的目标)(3)舒适性金属材料环境化一、合金元素无害化、资源丰富和易于再生循环1、添加无毒无害化元素(2)无铅机械加工钢(3)无铬表面处理钢2、合金元素再生循环性的选择3、采用资源丰富、廉价易得的元素代替昂贵稀缺的合金元素, 研究开发具有高性能、低环境负荷的新钢种二、围绕降低资源、能源消耗和降低排放进行工艺技术的结构调整三、发展高效率使用的金属材料1先吸收少量氢,形成含氢固溶体(α相)。
其固溶度[H]M与固溶体平衡氢压的平方根成正比2固溶体进一步与氢反应,产生相变,形成氢化物相(β相)3再提高氢压,金属中的氢含量略有增加(金属与氢的反应是一个可逆过程。
正向反应吸氢、放热,逆向反应释氢、吸热。
氢在金属中的吸收和释放,取决于金属和氢的相平衡关系,影响相平衡的因素为温度、压力和组成。
(也就是金属吸氢生成金属氢化物还是金属氢化物分解释放氢,受温度、压力和合金成分的控制))三、影响贮氢材料吸储能力的因素1、活化处理制造贮氢材料时,考虑到表面被氧化物覆盖及吸附着水及气体等会影响氢化反应,因此应先对材料进行表面活化处理。
活化处理可以采用加热解压脱气,和高压加氢处理。
2、耐久性和中毒当向贮氢材料供给新的氢时,每次都会带入氧、水分等不纯物,这些不纯物在合金或氢化物离子表面聚集,并形成氧化物等,从而导致吸储能力的下降,这种现象称为“表面中毒”3、贮氢材料的导热性当贮氢材料在反复吸储和释放氢的过程中,形成厚度为5~25m的微粉层,其平均有效导热系数为0.5W/(m·K),导热性能很差。
4、粉末化贮氢材料在吸储和释放氢的过程中,它会反复膨胀和收缩,从而导致出现粉末现象。
这一现象会使装置内的充填密度增高、传热效率降低、装置局部地方会产生应力;同时形成微分还会随氢气流动,造成阀门和管道阻塞。
5、滞后现象与坪域对储氢材料性能的要求1、储氢量;储氢量大,不低于液体储氢方式2、吸/放氢压力、温度;适当的压力和温度下吸/放氢,对同一合金吸氢/放氢压力随温度变化,不同合金吸氢/放氢压力、温度关系不同3、动力学特性;能迅速吸氢、放氢4、寿命长、耐中毒;在反复循环中,杂质气体导致合金的储氢能量下降甚至丧失,称储氢合金中毒5、易活化;活化是指在纯氢气氛下使合金处于高压,然后在加热条件下减压脱氢的循环过程。
活化处理后才能应用6、抗粉化;储氢合金吸放氢时体积会膨胀收缩,会产生裂纹、破碎、粉化方法:冶炼、粉末冶金、快速凝固、机械合金化一、薄膜的形成过程A 生成三维的核型原子在基片上先凝聚,然后生成核,进一步再将蒸发原子凝聚起来生成三维的核。
通常大部分金属薄膜都是以这样的一个过程形成的。
B 单层生长型是基片和薄膜原子之间,以及薄膜原子之间相互作用很强时容易出现的形式。
它是先形成两维的层,然后再一层一层地逐渐形成金属薄膜。
C 单层上再生长核型是基片和薄膜原子间相互作用非常强时的形成形式。
这种方式只有非常有限的基片材料和金属薄膜材料的组合才能形成。
薄膜的形成过程大致都可分为4个阶段,图(a)在最初阶段,外来原子在基底表面相遇结合在一起成为原子团,只有当原子团达到一定数量形成“核”后,才能不断吸收新加入的原子而稳定地长大形成“岛”;图(b)随着外来原子的增加,岛不断长大,进一步发生岛的接合;图(c)很多岛接合起来形成通道网络结构;图(d)后续的原子将填补网络通道间的空洞,成为连续薄膜2、薄膜制备过程决定的特点(1)非平衡态相结构薄膜的制备方法多数为非平衡状态的制取过程,在薄膜形成过程中,基片温度一般不很高,扩散较慢,因而制成的薄膜常常是非平衡相的结构。
(2)膜常常是非化学计量比成分在蒸镀法中,各种元素的蒸气压不同,溅射过程中各元素溅射速率不同,所以一般较难精确控制薄膜的成分,制成的膜往往是非化学计量比的成分。
(3)薄膜内存在大量的缺陷由沉积生长过程所决定,薄膜内一般存在大量的缺陷,如位错、空位等,其密度常与大变形冷加工的金属中的缺陷密度相当,基片的温度越低,沉积的薄膜中缺陷密度越大,其中用离子镀和溅射方法制备的薄膜缺陷密度最大。
另外,在薄膜沉积过程中的工作气体也常常混入薄膜。
很多薄膜材料都不宜进行高温热处理,所以缺陷不易消除。
这些缺陷对材料的电学、磁学等很多性能都有影响,(4)沉积冷却过程中常会产生较大的内应力薄膜材料一般都沉积在不同材料的基片,由于热膨胀系数不同,沉积后冷却过程中常会产生较大的内应力,应力的存在对很多性能都有影响。
3、薄膜制备方法能够实现的特点(1)薄膜材料在制备过程中可以在很大范围内将几种材料掺杂在一起得到均匀膜,而无需考虑是否会形成均匀相,这样就能较自由地改变薄膜的性能。
(2)可以根据需要得到单晶、多晶及至非晶的各种结构薄膜。
(3)可以容易地将不同材料结合在一起制成多层结构的薄膜(4)通过沉积速率的控制可以容易得到成分不均匀分布的薄膜PVD 的优点:操作方便,沉积参数易于控制;制膜纯度高,可用于薄膜性质研究;可在电镜监测下镀膜,对薄膜生长过程和生长机理进行研究;膜沉积速率快还可以多块同时蒸镀;沉积温度较高,膜与基片的结合强度不高。
梯度功能材料特点:材料的组分和结构呈连续性梯度变化;利用粉末混合物化学反应产生的热量和反应自传播性,通过初始反应物浓度分布的空间变化,使材料燃烧和合成来制备FGM 的方法称为自蔓延高温合成法。
特点是利用放热反应的能量使化学反应自动持续下去,操作简单,反应迅速,最适合于生成热大的化合物的合成.如AlN 、TiC 、TiB2等材料复合材料 梯度材料 设计思想材料优点的相互复合 特殊功能为目标 结合方式化学键/物理键 分子间力/化学键/物理键 微观组织界面处非均质 均质/非均质 宏观组织均质 非均质(连续变化) 功能一致 梯度化梯度功能材料设计思想:1、根据热防护梯度功能材料构成的形状和受热环境,得出热力学边界条件,以设计知识库为基础选择可能合成的材料组合和相应的制造方法;2、选择表示组成梯度变化的分布函数,并以材料物理数据库为依据进行温度和热应力的解析计算,几经反复直至得到使热应力最小的组成和结构的最佳梯度分布;3、将有关设计结果提交给材料合成部门。
纳米材料:是指由纳米颗粒构成的固体材料,其中纳米颗粒的尺寸最多不超过100纳米,在通常情况下不超过10纳米。
包括纳米超薄膜、夹层结构、多层膜和超晶格等材料。
小尺寸效应:由于颗粒尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化量子效应:大块材料的能带可以看成是连续的,而纳米材料的能带将分裂为分立的能级。
能级间的间距随颗粒尺寸减小而增大。
当热能、电场能、或者磁场能比平均的能级间距还小时就会呈现出一系列与宏观物体截然不同的反常特性表面效应:纳米材料表面积大大增加,表面结构也发生很大的变化。
因此,与表面状态有关的吸附、催化以及扩散等物理化学性质,纳米材料与宏观材料有显著的区别。
界面效应:纳米材料具有非常大的界面。
界面的原子排列是相当混乱的,原子在外力变形的条件下很容易迁移,因此表现出很好的韧性与一定的延展性,使材料具有新奇的界面效应非晶材料在微观结构上具有以下基本特征: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。
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。
亚稳态转变到自由能最低的稳定态需克服一定的能量势垒,因此亚稳态在一定温度范围内可长期稳定存在;当温度超过一定值Tc(晶化温度)后,发生稳定化转变,形成晶态合金。
智能材料(Intelligent material),是一种能感知外部刺激,能够判断并适当处理且本身可执行的新型功能材料。
1)传感功能(Sensor)能够感知外界或自身所处的环境条件,如负载、应力、应变、振动、热、光、电、磁、化学、核辐射等的强度及其变化。
(2)反馈功能(Feedback)可通过传感网络,对系统输入与输出信息进行对比,并将其结果提供给控制系统。
(3)信息识别与积累功能能够识别传感网络得到的各类信息并将其积累起来(4)响应功能能够根据外界环境和内部条件变化,适时动态地作出相应的反应,并采取必要行动。
(5)自诊断能力(Self-diagnosis)能通过分析比较系统目前的状况与过去的情况,对诸如系统故障与判断失误等问题进行自诊断并予以校正。
(6)自修复能力(Self-recovery)能通过自繁殖、自生长、原位复合等再生机制,来修补某些局部损伤或破坏。
(7)自调节能力(Self-adjusting)对不断变化的外部环境和条件,能及时地自动调整自身结构和功能,并相应地改变自己的状态和行为,从而使材料系统始终以一种优化方式对外界变化作出恰如其分的响应。
一般来说智能材料由基体材料、敏感材料、驱动材料和信息处理器四部分构成。
(1)基体材料基体材料担负着承载的作用,一般宜选用轻质材料。