《金属材料与热处理》单元10 新型材料 教学课件.pptVIP

**纳米材料01非晶态合金02梯度材料03储氢合金04超导材料05形状记忆材料06本章内容材料是所有科技进步的核心。在现代科学技术迅猛发展的基础上，材料技术朝着高功能化、超高性能化、复合化和智能化的方向发展，从而为人类社会的物质文明建设做出更大的贡献。先进材料及先进材料的制备工艺对国家的安全及经济实力起着关键性的作用。随着材料的合成、开发及工艺技术的迅速成熟，人类开辟了许多以前都不曾梦想的新领域。新材料产业是知识密集、技术密集、资金密集的一类新兴产业，是多学科相互交叉、相互渗透的科技成果，它们都体现出了固体物理、凝聚态物理、有机化学、量子化学、量子力学、固体力学、冶金科学、陶瓷、生物学、微电子学、光电子学等多学科的最高成就。项目概述项目目标新型材料包括纳米材料、非晶态合金、梯度材料、储氢材料、超导材料和形状记忆材料等；01了解纳米材料、非晶态合金、梯度材料、储氢材料、超导材料和形状记忆材料的结构、性能及应用；02纳米材料是指在三维a空间中至少有一维处于纳米尺度范围（1～100nm）或由它们作为基本单元构成的材料，这大约相当于10～100个原子紧密排列在一起的尺度。纳米粒子属于原子族与宏观物体交界的过渡区域，从通常的关于微观和宏观的观点看，该系统即非典型的微观系统，亦非典型的宏观系统，具有一系列新异的特性。纳米材料包括体积分数近似相等的两部分：一是直径为几个或几十纳米的粒子（纳米微粒）；二是粒子间的界面（纳米固体）。大部分都是用人工制备的，属于人工材料，但是自然界中早就存在纳米微粒和纳米固体。例如天体的陨石碎片，人体和兽类的牙齿以及十分珍贵的蛋白石等都是由纳米微粒构成的。纳米微粒和纳米固体具有表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应。当人们将宏观物体细分成超微颗粒（纳米级）后，它将显示出许多奇异的特性，即它的光学、热学、电学、磁学、力学以及化学方面的性能和宏观物体显著不同。（1）小尺寸效应：当纳米微粒尺寸与光波波长，传导电子的德布罗意波长及超导态的相干长度、透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，它的周期性边界被破坏，从而使其声、光、电、磁，热力学等性能呈现出“新奇”的现象。（2）表面与界面效应：纳米晶体粒表面原子数与总原子数之比随粒径变小而急剧增大后所引起的性质上的变化，大大增加了纳米粒子的活性。（3）量子尺寸效应：该效应将导致纳米微粒的声、光、热、磁、电及超导特性与宏观物体显著不同。这三个方面的效应使纳米微粒和纳米固体产生了许多传统固态材料不具备的特殊物理、化学性能。（4）宏观量子隧道效应：微观粒子具有贯穿势垒的能力，称为隧道效应。纳米粒子的磁化强度等也有隧道效应，它们可以穿过宏观系统的势垒而产生变化，故称之为纳米粒子的宏观量子隧道效应。纳米材料从根本上改变了材料的结构，可望得到诸如高强度金属和合金、塑性陶瓷、金属间化合物以及性能特异的原子规模复合材料等新一代材料，为克服材料科学研究领域中长期未能解决的问题开拓了新的途径。目前，纳米材料已用于化工催化材料、（气、光）敏感材料、吸波材料、阻热涂层材料、陶瓷的扩散连接材料等，其制备方法有化学气相沉积法、惰性气体淀积法、还原法等。非晶态合金是近30年出现的具有新型微观组织结构的金属功能材料，它是将熔融的合金以大于每秒一百万度的冷却速度快速凝固而成的，其原子在凝固过程中来不及按周期排列，仍保持液态结构，故形成了长程无序的非结晶状态，与通常情况下金属材料的原子排列呈周期性和对称性不同，因而称之为非晶合金。非晶态金属原子结构上是典型的玻璃态，故又称金属玻璃。金属玻璃和普通玻璃的结构组态相似，但化学成分不同，有着不同的基本性质，例如金属玻璃是韧而不透明的。与晶态金属相比，两者的化学成分相似，甚至相同，但非晶态金属由于其特殊的结构而具有一般金属不具备的优良性能，如具有高的强度、硬度和断裂韧性等力学性能，高的磁导率、饱和磁感应强度等优良的电学和磁学性能，高的耐腐蚀性等化学性能，因此，其应用前景广阔，是材料科学瞩目的新领域。一、非晶态合金的结构特点原子在三维空间呈拓扑无序状排列，不存在长程周期性，但在几个原子间距的范围内，原子的排列仍然有着一定的规律，因此可以认为非晶态合金的原子结构为“长程无序，短程有序”。通常定义非晶态合金的短程有序区小于1.5nm，即不超过4～5个原子间距。非晶态合金的一个显著特征是均匀性，其表现在结构均匀，各向同性和成分均匀两方面。非晶态金属的结构均匀，没有与晶态相关联的缺陷，如晶粒边界、位错和堆垛层错。制备非晶态合金的熔融状态快淬可以防止在淬火过程中的固态扩散，于是，非晶态合金中没有异相、沉淀和偏析等缺