材料科学与人类文明课程复习资料(11)

材料科学与人类文明

的分散元件。集成块的功能和原电路的晶体管、电阻和电容的功能是相同的。

9. 未来材料

未来材料是指那些新近发展或正在发展的具有优异性能或特殊性能的、代表现代新技术动向并能满足未来需要的材料。

9.1新型金属合金材料

高温合金

高温合金是指那些在极高温度下仍能满足工作要求的金属材料。

在20世纪70年代以前，高温合金耐热的发展速度大约每年提高10℃。例如涡轮叶片最初使用的耐热钢，工作温度只有550℃～650℃，到20世纪70 年代已达到1050℃。继续提高镍基和钴基高温合金的工作温度越来越困难，因为这样高的温度已接近基体金属镍和钴的熔点（镍的为1453℃，钴的为1495℃）。

超塑性合金

具有超塑性的合金能像饴糖一样伸长10倍、20倍甚至上百倍，既不出现缩颈，也不会断裂。凡金属在适当的温度下（大约相当于金属熔点温度的一半）变得像软糖一样柔软，而应变速度为10毫米/秒时产生本身长度三倍以上的延伸率，均属于超塑性。

超塑性铅合金已经商品化，如英国的Supral 100（Al6Cu0.4Zr）和加拿大的Alcan 08050（Al5Ca5Zn） 铝板可在300℃～600℃时利用超塑性成形为复杂形状，所用模具费用降低至普遍压力加工模具费用的十分之一，因此它具有和薄钢板、铝压铸件及塑料模压件相竞争的能力。超塑性成形工艺将在航天、汽车、车厢制造等部门中广泛采用，所用的超塑性合金包括铝、镁、钛、碳钢、不锈钢和高温合金等。

记忆合金

记忆合金是指那些改变形状后在一定的条件下仍能恢复原形的合金，它们的成分通常是镍钛、铜锌、铜铅镍和铜金锌等。以的50％钛和50％镍组成的“镍钛诺”应用最广。记忆合金变形超过屈服极限后，只要一加热，变形消失后会返回原来的形状，似乎对自己的原形有记忆，因此而得名。

记忆合金已用于管道结合和自动化控制方面，用记忆合金制成套装可以代替焊接，方法是在低温时将管端内径扩大约4％，装配时套接一起，一经加热，套管 收缩恢复原形，形成紧密的接合。美国海军飞机的液压系统使用10万个这种接头，多年来从未发生漏油和破损。船舰和海底油田管道损坏，用记忆合金配件修复起来，十分方便。在一些施工不便的部位，用记忆合金制成销钉，装入孔内加热，其尾端自动分开卷曲，形成单面装配件。

记忆合金特别适合于热机械和恒温自动控制，已制成室温自动开闭臂，能在阳光照耀的白天打开通风窗，晚间室温下降时自动关闭。

防振合金

它用在导弹控制板、飞行器陀螺仪和潜艇螺旋桨等先进武器上，以达到防振和消音的目的。后来它的使用范围迅速扩展，逐渐由军事转向民用，成为各种运输工具和家电防止噪音的一种有力手段。

金属玻璃

金属玻璃又称非晶态合金，它既有金属和玻璃的优点，又克服了它们各自的弊病。把高温下熔化了的液体金属，以极快的速度冷却，使金属原子来不及按它的常规编排结晶，还处于不整齐、杂乱无章的状态便被“冻结”了，因此，出现了类似玻璃的奇异特性。制造金属玻璃的关键是保持极高的冷却速度，要在千分之一秒的时间内，把熔化的金属材料冷却为固体，这样的冷却速度等于在一秒钟内把温度突然降低一百万摄氏度。由于冷却速度太快了，熔化的合金液体来不及调整为晶体结构，突然被凝固成毫无秩序的固态。

金属玻璃的抗断裂强度比一般金属材料高得多，可达350公斤每平方毫米。更可贵的是，