功能材料-清华大学-工程材料.pptxVIP

“十五”国家级规划教材《工程材料》第3版配套课件第7章

第7章功能材料内容提要：介绍功能材料的发展及分类，介绍常用电功能材料、磁功能材料、热功能材料、光功能材料等应用。学习目标：了解各种功能材料及其基本应用。

●概述?具有某种或某些特殊物理性能或功能的材料叫作功能材料。电功能材料???磁功能材料热功能材料???光功能材料

最早：铜、铝导线及硅钢片等。电工合金、磁与电金属功能材料（电力工业发展）50年代：半导体功能材料（微电子技术）60年代：光功能材料（激光技术）70年代后：光电子材料、形状记忆合金、储能材料等90年代起：智能功能材料、纳米功能材料功能材料发展过程：

7.1?电功能材料电功能材料以金属材料为主：金属导电材料?????金属电阻材料金属电接点材料???超导材料金属电阻材料：制造电子线路中电阻元件及电阻器的基础材料。金属导电材料：用来传送电流的材料,包括电力、电机工程中使用的电缆、电线等强电材料和仪器、仪表用的弱电材料两大类。电缆

7.1.1金属电接点材料

一、强电或中电电接点材料制造电力、电机系统和电器装置中的电接点。采用纯铜、黄铜等。弱电接点材料大都采用贵金属（Au、Ag、Pt）或贵金属为基的合金材料；为降低成本，常在Cu表面涂Au、Ag、Pt层。常见电接点元件二、弱电接点材料?制造仪器仪表、电子与电讯装置中的各种电接触元件（小型继电器、微型开关、电位器、印刷电路板插座、集成电路引线框架等）。

1象7.1.2超导材料超导材料：具有超导现象的材料1.超导现象2

01超导材料的基本特征为零电阻，第二特征为完全抗磁性；02转变温度Tc?在一定的温度Tc以下时,电阻为零。03绝大多数超导材料转变温度Tc在23.2K(约-250℃)以下,?高温超导材料Tc在125K(约-148℃)以上。04临界磁场Bc?当磁场强度超过某一个临界值Bc时,超导体就转回常态。05临界电流密度Jc?当电流密度超过某一个临界值Jc时,超导体也开始有电阻。2.特征及临界参数

二、超导体种类二、超导体种类

1.第一类超导体除Nb和V外的其它纯金属。大于Bc的磁场中是正常态;?小于Bc的磁场中是超导态（完全抗磁态）。2.第二类超导体Nb、V及多数金属合金和化合物超导体、氧化物超导体。磁场小于Bc1时处于超导态，磁场大于Bc2时恢复常态;磁场介于Bc1与Bc2之间，一部分区域仍处于超导态，另一部分区域处于常态（磁场可穿过）。

按承受磁场和电流的强弱分：强电超导材料?Nb-Ti基超导合金及金属间化合物弱电超导材料?多为约瑟夫森器件材料，如Sn、Pb、In、Pb-In合金、Pb-Bi合金、Pb-In-Au合金等软金属,Nb和Nb的化合物,Ba-Y-Cu氧化物薄膜等）超导材料

按临界转变温度Tc分：低温超导材料?用极低温的液氦冷却高温超导材料?用较廉价的77K液氮冷却

其他超导材料：氧化物陶瓷有机超导材料碳纳米管（Tc已接近液氮温度77K）超导材料应用已广泛应用于加速器、医学诊断设备、热核反应堆等。约瑟夫森器件已广泛应用于高科技电子产品。用高温超导材料制造的磁悬浮式列车

低的损耗高的最大磁导率性能要求：软磁材料特性高的居里温度高的饱和磁感应强度软磁材料在较低的磁场中被磁化而呈强磁性，磁场去除后磁性基本消失。7.2.1软磁材料7.2磁功能材料

纯铁?01w(C)低于0.04%的Fe-C合金。02易加工，价格低，但电阻率低，涡流损耗大。03应用制造电磁铁铁芯、极头，继电器、扬声器中的磁导体。04二、材料及应用

(2)硅钢?w(Si)为0.5%～4.8%的Fe-Si合金。Si提高最大磁导率，增大电阻率，有利于减小涡流损耗。冷轧硅钢片可以形成（110）[001]织构，磁性具有强烈的方向性。?变压器继电器应用制造电力、配电和通信工程中的发电机、电动机、变压器、继电器、电感器铁芯。

(3)铁钴合金Fe64Co35V1???Fe64Co35Cr1(Fe50Co50)98.7V1.3具有高的磁导率，但电阻率较低，价格贵。应用:制造小型、轻型有较高要求的飞行器和仪器仪表元件。

w(Ni)为76%～86%的Fe-Ni合金。在弱磁场中有很高的初始磁导率和最大磁导率，有较高的电阻率，易加工成极薄带。应用:适于在交流弱磁场中使用。制造用于电视机、收音机和通讯器材中的音频变压器、互感器、磁放大器、磁