【正文】 線分類 ?聚丙烯腈 (PAN)基碳纖維 ?瀝青基碳纖維：由瀝青制取碳纖維，原料來源 豐富，碳化收率高，但因原料調制復雜、產品 性能較低，亦未得到大規(guī)模發(fā)展； ?粘膠基碳纖維：從粘膠纖維制取高力學性能的 碳纖維必須經高溫拉伸石墨化，碳化收率低， 技術難度大、設備復雜，成本較高，產品主要 為耐燒蝕材料及隔熱材料所用。 目前，美國聯(lián)合信號公司采用這種方法研制的 644B合金的力學性能與現(xiàn)用航空航天鋁合金相當，但密度更低、比剛度更高，特別是具有優(yōu)異的低溫性能。 8 材料化學 新 型 結 構 材 料 高溫結構陶瓷 傳統(tǒng)陶瓷 工業(yè)陶瓷 原料 粘土，石粉 碳化硅，氮化硅 工藝 用水拌和 ,成型干燥后燒制 磨成均勻細粉 ,與燒結助劑混合或直接高壓成型 ,燒制 耐熱溫度 1300℃ 1500～ 2022℃ 特征 易碎 堅硬 ,熱致伸縮小 ,輕 ,耐高溫 ,耐腐蝕 ,耐蠕變 ,耐機械性 ,耐熱沖擊性 研究領域 高溫燃氣輪機 9 材料化學 新 型 結 構 材 料 結構陶瓷材料主要包括氧化物、非氧化物及氧化物與非金屬氧化物的復合系統(tǒng)。 4 材料化學 新 型 結 構 材 料 類型 5 材料化學 新 型 結 構 材 料 （ 1） 鐵基合金 ： 高溫下，鐵氧化；構型轉化。 特點： 密度低、高強度、高模量以及高比強 度和比剛度等。 目前鋁鋰合金應用存在的主要問題是成本高、韌性和塑性較差、缺少足夠的設計和使用經驗。比碳纖維和硼纖維具 有更好的高溫穩(wěn)定性。 用途：主要用于金屬基復合材料。 制備：粉末冶金方法，由 WC、 TiC、 TaC、 NbC、 VC等難熔金屬碳化物以及作為粘結劑的鐵 族金屬用而成。 這類硬質合金在礦山工具、頂錘、拉絲模等硬質合金工具中亦有廣闊應用前景。 機理：超細晶粒存在晶界 60 材料化學 新 型 結 構 材 料 類型 （ 1） 微細晶粒超塑性 （恒溫超塑性） 特征： ?發(fā)生超塑性的溫度高 ?對變形速度的依賴性大 ?能實現(xiàn)在低壓力下的固相結合 ?減振能力強 （ 2）相變超塑性 61 應用 （ 1）高變形能力的應用 （ 2）固相結合能力的利用 （ 3）減振能力的利用 材料化學 新 型 結 構 材 料 62 材料化學 新 型 結 構 材 料 實用超塑性合金 （ 1） 鋅基超塑合金 63 材料化學 新 型 結 構 材 料 實用超塑性合金 （ 2） 鋁基超塑性合金 64 材料化學 新 型 結 構 材 料 實用超塑性合金 （ 3） 鎳基超塑性合金 65 材料化學 新 型 結 構 材 料 6. 非晶態(tài)金屬材料 （ 1）非晶態(tài)形成能力對合金組成的依賴性 （ 2）結構的長程無序和短程有序性 （ 3）熱力學的亞穩(wěn)性 66 材料化學 新 型 結 構 材 料 性能與用途 （ 1） 高強度高韌性的力學性能 （ 2） 高導磁、低鐵損的軟磁特性 （ 3） 耐強酸、強堿腐蝕的化學特性 （ 4）非晶態(tài)催化劑 （ 5） 其他 —— 超導性、高磁致伸縮、 低居里溫度、高磁積 能、垂直各向異性等 67 材料化學 新 型 結 構 材 料 68 材料化學 新 型 結 構 材 料 7. 納米材料 類型 : ?納米超微粒子： 粒子在 1～ 100nm間的超微顆粒 ?納米固體材料：由納米超微粒子制成的固體材 料。 材料化學 新 型 結 構 材 料 改善耐候性的方法 A、將丁二烯橡膠用不含雙鍵的其他彈性體代替。 83 材料化學 新 型 結 構 材 料 聚脂 聚酯：主鏈上含有許多重復酯基 的一大類聚合物。 91 （ 2） 按增強纖維種類分類 玻璃纖維復合材料； 碳纖維復合材料； 有機纖維（如芳香族聚酰胺纖維、芳香族 聚酯纖維、高強度聚烯烴纖維等）復合材料； 金屬纖維（如鎢絲、不銹鋼絲等）復合材 料； 陶瓷纖維（如氧化鋁纖維、碳化硅纖維、硼纖維等）復合材料。 用途 :制作高溫結構材料、耐高溫隔熱材料、耐高 溫防腐蝕材料等。組成：由基體材料加入增強材料合理復合。 用途：可代替各種有色金屬和合金，在汽 車、機床、電器制品、容器、精密 機械等方面得到廣泛應用。 B、或者使橡膠粒子必須小到不引起可見光散射 的程度。 現(xiàn)在，已經能制造出大到 10g的紅寶石和藍 寶石。 材料化學 新 型 結 構 材 料 52 (4)添加稀有金屬 在硬質合金材料中添加 TaC、 NbC等稀有金屬 碳化物，可使添加物與原有硬質相 WC、 TiC結合 形成復雜固溶體結構，從而進一步強化硬質相結 構，同時可起到抑制硬質相晶粒長大、增強組織 均勻性等作用，對提高硬質合金的綜合性能大有 益處。相對密度小，彈 性模量高、高溫強度好。 用途：主要用于聚合物基和金屬基復合材料。 ?摩擦系數(shù)小、潤滑性好、導電性高。 90年代美國 Incoa公司采用該方法研制的 IncoMAPAl 905XL合金 (AlMgLi)具有極好的抗應力腐蝕性能和熱穩(wěn) 定性 ,并生產出 136kg和 544kg的真空熱壓坯料 ,已用于美國 F18大黃蜂戰(zhàn)斗機艙罩 ,機械合金化法鋁鋰合金因其熱強 度優(yōu)于其它鋁鋰合金 ,可能在航天材料中占有特殊地位。 10 材料化學 新 型 結 構 材 料 非氧化物陶瓷 非氧化物陶瓷是由金屬的碳化物、氮化物、硅化物和硼化物等制造的陶瓷的總稱。1 材料化學 新 型 結 構 材 料 1. 高溫結構材料 2. 輕型結構材料 3. 超低溫材料 4. 超硬材料 5. 超塑性合金 6. 非晶態(tài)材料 7. 新制備方法開發(fā)的新材料 8. 工程塑料 9. 復合材料 2 材料化學 新 型 結 構 材 料 1. 高溫結構材料 超耐熱合金 超耐熱合金：在高溫下能滿意工作的金屬材料。 （ 1）氮化物陶瓷 ①氮化硅 ② Sialon陶瓷 系列化合物的總稱 ③氮化硼陶瓷 （ 2）碳化物陶瓷 11 材料化學 新 型 結 構 材 料 實例 1：氮化硅 Si3N4 x(N)=， x(Si)= 結構：共價鍵，結構穩(wěn)定 性能：硬度高，熔點高，絕緣性能好 合成方法： ? 硅氮結合法 3Si + 2N2 → Si3N4 ? 還原氮化法 3SiO2+6C + 2N2 → Si 3N4+6CO 12 材料化學 新 型 結 構 材 料 ? 化學氣相法 3SiCl4+4NH3 → Si3N4+12HCl 或 3SiH4+4NH3 → Si 3N4 3SiH4+2N2H4 → Si 3N4+10H2 3SiH4+2N2+6Cl2 → Si 3N4+12HCl ? 熱分解法 3Si(NH)2 → Si 3N4+4NH3 3Si(NH2)4 → Si 3N4+8NH3 13 材料化學