材料科学与人类文明课程复习资料(13)

材料科学与人类文明

美观并使室内变得冬暖夏凉。电视机、录像机、录音机、空调、电脑内脏里的集成块, 电阻电容、延迟器、滤波器、显像管、磁头、磁带等很多是用陶瓷材料制的。暖风器、电热驱蚊器、冰箱冷热起动开关等就是用一种正温度系数的陶瓷材料一PTC 陶瓷制造的。

在现代化的医院里，CT 、B超、胃窥视镜等各种理疗诊断仪大量使用陶瓷材料。 高尔夫球棒, 钓鱼杆, 高级服装上的宝石钮扣, 变色玻璃眼镜等均由陶瓷及其复合材料制成。我们可以说陶瓷已与人们的生活密切相关。

10.2 字宙空间技术与陶瓷材料

发展空间技术首先要解决的是运载工具一火箭的制造和发射, 若要将火箭发射上天首先要解决好火箭的两大部件，一是燃烧室和尾喷管, 另一个是头罩和蒙皮。火箭在离地飞行时火箭尾部喷出的烈焰要高达摄氏9000度高温，用金属材料显然是行不通, 现代用碳化硅SiC陶瓷或涂有MoSi2 的石墨材料解决了这个问题。

10.3 核能发电与陶瓷材料

原子能发电就是利用原子核的裂变反应放出大量的能量进行发电的过程, 但核反应如不加以控制则原子能发电站便成了一颗原子弹。因此人们必须有效地控制其核反应过程同时防止放射线泄出。反应堆外必须用石墨、蛇纹石混凝土或氧化被陶瓷砖等把反应堆围起来, 把那些伤害人体的射线阻挡在反应堆里。可见原子能发电站的反应堆上堆满了陶瓷材料。 10.4 发动机和汽车工业与陶瓷材料

由于发动机材料的限制使其使用温度不高，影响了能源的使用效率。我国现有汽油发动机的热效率约25％ , 柴油发动机的热效率约30％， 热气轮机的热效率35％。世界发达国家特别是日本、美国等国正积极研究用陶瓷发动机及相应的陶瓷部件来替代原来的发动机体系, 例如用Sialon ,Si3N4 , SiC , PSZ , 莫来石等陶瓷材料做成活塞, 活塞环, 汽缸封, 预热室, 阀密封镶块阀导板, 进气排气通管, 挺杆, 机械密封件, 增压器, 轴承, 电热塞等。 10.5 材料科学的发展趋势

材料科学的任务是研究材料的制备、组成、结构、形态与性能之间的相互关系及材料在形成过程中的规律, 并在此基础上提高原有材料的性能, 创制新材料, 探索新理论、新技术、新工艺, 开拓新应用。作为陶瓷材料的发展趋势对高温结构陶瓷来讲是向着高比强,高耐摩、耐高温、高韧性方面发展, 而对于功能陶瓷而言主要是使材料具有更优异的功能特性, 并向高效能、高可靠性, 大功率、小型化、高灵敏、高精度和多样化、集成化方向发展。

材料是科学技术的必要物质基础，任何一项新技术的突破，都要有相应的新材料作前提保证，而且某些新材料的研制过程本身就是新技术的发展。光导纤维和激光材料对于光通信，半导体材料和磁性材料对于计算机技术，超导材料、光电材料和贮氢材料等对于新能源，生物功能材料对于生物工程等等，无不说明新材料对于新技术和新兴工业的发展具有举足轻重的关键作用。当前材料、能源、信息是现代科技的三大支柱，它会将人类物质文明推向新的阶段。 二十一世纪将是一个新材料时代。

从材料的发展史来看，最初的石器材料仅是对自然界天然物质作简单的打、磨加工，陶器才是人类通过加工技术以一定的工艺制造非天然物质材料的起点。自陶瓷至青铜、铁器材料，还只是加工、冶炼技术和工艺的改进。当发展到现代的高分子材料、特种陶瓷和复合材料等，人类开始从加工改造天然物质材料走向以人工化合物为原料的合成材料。20世纪末主要的新材料，包括塑料、合成橡胶、化纤等各种高分子材料，特种陶瓷、特种玻璃、特种水泥、光导纤维、碳纤维、硼纤维等硅酸盐和无机功能新材料，记忆合金、非晶态金属、晶须、超导材料、超塑性金属、超弹性合金等型金属材料，以及纤维增强、弥散粒子、叠层复合等新型复合材料。还有被称为第四代、第五代材料的超微粒子、超晶格膜、超纯材料等"极限材料"和"分子设计"材料等。