材料创造发明学05分析.ppt

材料创造发明学－4 科学技术与工程技术创新问题 人类社会的进步史就是一部不断创造和创新的历史 创造就是破旧立新 , 是创见性地发现问题、分析问题、解决问题 任何社会进步和科技发展都离不开创造活动 人们进行创造活动 , 又离不开创造性思维 5.1 继承与创新 继承是人类赖以存在的前提和基础 , 创新是人类进步的动力 , 而叛逆则是横跨两者间的桥梁。 原理与方法 科学研究的价值在于创造 任何创造者的创造都离不开对前人成果的继承 科学研究的继承性 , 是批判地继承 , 创新地继承 应用举例 举例27：从 X 射线到放射性元素的发现 1876 年 , 英国科学家克鲁克斯发现了阴极射线和冷光现象 , 曾吸引了许多科学家对这一新现象的研究。正当科学家对能自由穿过各种物质的射线感到神秘莫测之际，1895 年德国人伦琴从中发现了X射线 ,他因此而 第一个获得诺贝尔物理学奖。 对 X 射线的研究，又导致了1896年法国人贝克勒尔发现了与 X射线不同的天然铀具有放射性这一新现象。 -问题：既然铀有放射性，还有没有其他元素也有放射性? 这一问题激发了居里夫人的研究热情，她经过数年的艰苦努力，终于发现了钋、镭两种新的放射性元素，成为世界上第一个获得诺贝尔奖的女性。 19世纪末，由于电子、X射线和放射性的发现，人类对物质的认识开始深入到原子内部。截至 1907 年，被分编出来并且加以研究的放射性元素有近30种， 这样，原有的元素周期表就没有容纳它们的空位。 令人不解的是，尽管有些化学元素的放射性不同，但化学性质都完全一样，没有办法把它们分开。 到1910年，根据大量的这类事实，英国化学家索迪终于提出了著名的同位素假说，即：存在有原子量和放射性不同 , 但化学性质完全一样的化学元素的变种，这些变种在元素周期表中应该处于同一个位置上，因此命名为“同位素”。 同位素（isotope ）一词是他在1913年首次提出和使用的。索迪于1921年获诺贝尔化学奖。 举例30：从钢的氢脆到金属间化合物氢脆的发现 二战前，英国为了应对希特勒法西斯的扩军备战而举行了一次实战演习。不幸发生飞机失事。因牺牲的驾驶员是一位亲王的儿子，引起了英国当局的高度重视。 失事原因调查结果表明，飞机因主轴发生断裂而坠毁，而断裂面上呈现许多细如发丝的微小裂纹。 产生裂纹的原因众说纷纭： + 有人认为是由于钢中残留的奥氏体转变为马氏体，诱发内应力而引起 + 有人认为是由于钢中存在夹杂物导致应力集中所致。 研究主轴断裂原因的任务交给当时在英国工作的中国科学家李薰博士等人。他们力排众议，提出了新的设想：是钢中浸入了水蒸气里的氢气，而诱发裂纹。为了证实这个假设，他们将钢样在高温氢气中加热，然后淬火，使钢样中保留一定量的氢气。 果然发现经过渗氢处理后的钢样内部产生了裂纹。--钢的氢脆现象被发现了。 美籍华人科学家刘锦川2004年当选美国工程院院士。他是国际有序金属问化合物领域的研究先驱。 20世纪80年代初期，他开创性地研究了化学计量比和硼的添加对Ni3A1延展性的改善作用。这一研究成果发表在Science杂志上。 1988年他首次发现镍锂和铁铝金属间化合物在室温下的本质延展性，其脆性主要是来自空气中水汽引发的氢脆。 此后国际上类似的研究论文数以千万计，环境脆性因而也被认为是导致多种金属间化合物室温脆性断裂和延展性低的新机制。 该研究成果也为设计工业用高延展性金属间化合物提供了明确的方向。由于他在新型镍铝和铁铝金属间化合物方面的杰出贡献，获得两项重要的 I.R.100 工业发明奖 (I.R.100 Industrial Awards) 举例31：最大磁能积(BH)max日趋提高的永磁材料时代 当于工业发展的需求，最近一百年来永磁材料交替出现了不断发明、推陈出新、代代交替的局面。 从20世纪初到70年代，永磁材料的发展经历了一系列合金演变： 淬火马氏体钢、沉淀硬化型钢 ( 典型的 AINiCo系列)、可加工永磁合金(如铁钴钒顺磁合金)，以及铁铬钴可加工永磁合金。 从1933年永磁材料发现，到1952年棚铁氧体(BFe12019)和锶铁氧体(SrFe12019)问世。 上世纪60年代起稀土永磁材料崛起，人们研发和生产了三代材料：1967第一代SmCo5稀土永磁体；1977年第二代Sm2Co7稀土永磁体；1983年第三代稀土永磁体Nd2Fe14B。 我国稀土资源世界第一， NdFeB永磁体的产量和质量独占世界鳌头。 而国际上烧结 NdFeB 各向异性的磁性能已经经提高到 55 MG.Oe (1 Oe=79. 6 A/m), 快接近烧结NdFeB理论磁能积水平。 举例32：集成电路－－材料加工工艺的突破。 1948 年第一支晶休管问世。 20世纪50年代，美国得州仪器公司工程师Kilby把1