产品造型材料与工艺

1、D设计121周心怡新材料 新材料（或称先进材料）是指那些新近发展或正在发展之中的具有比传统材料的性能更为优异的一类材料。新材料是指新近发展的或正在研发的、性能超群的一些材料，具有比传统材料更为优异的性能。新材料技术则是按照人的意志，通过物理研究、 材料设计、材料加工、试验评价等一系列研究过程，创造出能满足各种需要的新型材料的技术。新材料类型复合新材料超导材料新能源材料智能材料磁性材料纳米材料超导材料有些材料当温度下降至某一临界温度时，其电阻完全消失，这种现象称为超导电性，具有这种现象的材料称为超导材料。超导体的另外一个特征是：当电阻消失时，磁感应线将不能通过超导体，这种现象称为抗磁性。一般金属

2、（例如：铜）的电阻率随温度的下降而逐渐减小，当温度接近于0K时，其电阻达到某一值。而1919年荷兰科学家昂内斯用液氦冷却水银，当温度下降到4.2K（即-269）时，发现水银的电阻完全消失，超导电性和抗磁性是超导体的两个重要特性。使超导体电阻为零的温度称为临界温度（TC）。超导材料研究的难题是突破“温度障碍”，即寻找高温超导材料。以NbTi、Nb3Sn为代表的实用超导材料已实现了商品化，在核磁共振人体成像（NMRI）、超导磁体及大型加速器磁体等多个领域获得了应用；SQUID作为超导体弱电应用的典范已在微弱电磁信号测量方面起到了重要作用，其灵敏度是其它任何非超导的装置无法达到的。但是，由于常规低温

3、超导体的临界温度太低，必须在昂贵复杂的液氦（4.2K）系统中使用，因而严重地限制了低温超导应用的发展。高温氧化物超导体的出现，突破了温度壁垒，把超导应用温度从液氦（ 4.2K）提高到液氮（77K）温区。同液氦相比，液氮是一种非常经济的冷媒，并且具有较高的热容量，给工程应用带来了极大的方便。另外，高温超导体都具有相当高的磁性能，能够用来产生20T以上的强磁场。1.超导磁悬浮列车 超导磁体系统用于火车的动力系统可生产出超导列车，这种列车具有低噪声、高速度、低消耗的特点其原理是：在列车上装有超导磁体系统，当列车一旦运行时，下面的铁轨在磁体的交变磁场作用下产生涡流，这种涡流产生的磁场与列车上超导磁体的

4、磁场相互作用，产生相斥作用力，可托起列车，当列车被托起后，它的运行阻力将大大减少，这样它的运行速度是普通列车无法比拟的，此外，它的两侧也安装超导磁体，在导轨的侧壁也装上导电板，根据电磁学原理，火车的导向问题也可以解决导轨侧壁的悬浮线圈和导向线圈均与电力电缆相联一旦列车从中心偏向任一边，列车所靠近的一侧上的线圈将向车体施加斥力，而与列车间距加大的一侧则向车体施加吸力，从而保证列车在任何时候均在导轨的中心2.超导磁悬浮支架在飞机、弹导导弹的风洞实验室里，传统的支架与飞机之间、支架与导弹之间有摩擦阻力，这样长期下去会对飞机和导弹的表面造成磨损，而我们可以用超导磁体做成一个磁悬浮系统，用该系统后飞机和

5、导弹磁悬浮在支架上，飞机和导弹的表面造成磨损小，对飞机和导弹的表面有很好的保护作用3.高温超导变压器早在60年代，就有人对超导变压器进行研究但是，由于交流损耗过大而认为是不经济的只是最近几年由于极细丝超导复合导体的出现，超导变压器才成为有吸引力的应用项目高温超导材料放宽了对细丝直径的要求已有的液氦冷却的极细丝超导复合导体，估计损耗可降低至原来的1/2 到1/3，重量也可进一步减轻高温超导变压器将比极细丝超导复合导体制作的变压器更优越由于超导受到的磁场强度只有0.3-0.5T, 在变压器中采用高温超导材料是适当的在液氮下的绝缘强度比液氦下的高，所以，将会使变压器绝缘更简化4.超导测辐射热计探测红

6、外辐射用的测辐射热计是一种测辐射能的仪器，为了提高测辐射热计的灵敏度，就必须使它在低温下运行，如果利用超导体的某一种随温度而急剧变化的性质，那么超导体就可以成为有效的探测元件第I类和某些第II类超导体处于临界温度时电阻率就有这种性质例如，锡在发生正常超导转变时，只要入射的辐射能使处在 Tc 的温度改变10-4K，就可以探测电阻的变化此外，在低温下运行，不仅可以降低热噪声，而且由于比热的减小，可以使灵敏度提高超导测辐射热计可以达到5.超导陀螺仪随着航空技术的发展，超导陀螺仪是其发展的方向超导陀螺仪的原理很简单，它是由一个超导球自由地支撑在真空中所构成此球作为转子，可绕自身的旋转轴作高速旋转，通过

7、其两个旋转极的位置，可以读出所要求的角度建立用实心铌球作为转子，采用光学方法读出角度转子悬浮在线圈所产生的磁场中央，利用从切向对着它的喷嘴中喷出的氦气，使它以200Hz的频率自转当转子达到这个转速时，立即把把转子所在的真空室抽成 10-5Torr 的真空，这时残留的少量气体便成为转子传导热量的冷却渠道，以抵消为了读出所需的入射光产生的热量输入陀螺仪的读出是利用高差计瞄准转子的一个极得到的6.超导重力仪超导重力仪的灵敏度很高，它是把超导电性应用于力学测量的实例工作原理大体上和通常的弹簧重力仪相同，利用持续电流方式运行的超导线圈所产生的磁场，把特制的超导球悬浮起来由测定球体的垂直位置变化或反馈力变

8、化，来确定沿垂直方向重力方向或惯性力的变化因为这时球所受到的作用力，可以表示成磁的悬浮力和地球、月球的重力的矢量和，精确地测量重力的变化，在地球物理上是非常有意义的例如可以研究地球的弹性性质，长周期地壳运动和预测地震等使用通常的精密重力仪，在一天内的漂移大约是 10-8g，不是而由于地球和月球的重力变化大约是 10-9g，因而很难测出利用超导重力仪低噪声和低漂移等特点，可以测量出这样小的变化7.超导开关超导开关可以分为电阻开关和电感开关电阻开关是利用超导体以下性能：若改变磁场、电流和温度三个参量的任一个，就可以使它从零电阻态转变到有阻状态例如，用冷子管作开关，就是利用一个完全超导的控制元件所产

9、生的磁场，通过使门元件发生超导-正常转变来控制门元件的电阻而制成这种开关的低电阻态为零，高电阻态典型的是毫欧姆数量级，所以，开关比是无限大电感开关的原理是：不是像线圈、线等电路元件的电感，可用来将靠近它的超导体作正常态和超导态之间的转变，或移动电路元件附近的超导表面，使它发生相同转变，制成开关由于超导体的特殊性能，超导开关的开关速度可达纳秒磁性材料磁性材料，是古老而用途十分广泛的功能材料，而物质的磁性早在3000年以前就被人们所认识和应用，例如中国古代用天然磁铁作为指南针。现代磁性材料已经广泛的用在我们的生活之中，例如将永磁材料用作马达，应用于变压器中的铁心材料，作为存储器使用的磁光盘，计算机

10、用磁记录软盘等。可以说，磁性材料与信息化、自动化、机电一体化、国防、国民经济的方方面面紧密相关。而通常认为，磁性材料是指由过度元素铁、钴、镍及其合金等能够直接或间接产生磁性的物质。一.永磁材料常见的永磁材料有铝镍钴合金、铁氧体永磁材料和稀土永磁材料。 铝镍钴合金是由铝镍铁合金发展来的，目前我国能制造的铝镍钴合金的型号主要有LNG34,LNG52,LNGJ32,LNGJ56等。 由于铝镍钴的主要特点是高Br（剩余磁感应强度）、低矫顽力的永磁材料，其相对磁导率在 3 以上，所以在具体应用时，其磁极须做成长柱体或长棒体，以尽量减少退磁场作用。 铝镍钴磁体本身矫顽力低，所以在使用过程中应严格禁止任何铁

11、器接触铝镍钴永磁材料，以避免造成永磁体局部退磁而使磁路中磁通分布发生畸变。 铝镍钴磁体的优点是温度系数小，而且因温度变化而发生的永磁特性的退化也较小，但该材料硬而脆，加工困难。 铝镍钴的主要应用在电子点火系统、电度表、伏安表、医疗仪器、工业电机、磁力簧片开关、发电机、手动工具、自动售货机等领域。 铁氧体永磁材料是目前应用非常广泛的永磁材料之一，其主要成分是MoFe2O3。具有矫顽力大，重量轻，原材料来源丰富，价格便宜，耐氧化，耐腐蚀，磁晶体的各向异性常数大，退磁曲线近似为直线等优点。而缺点是剩磁较低，温度系数大，易碎。 铁氧体永磁材料的矫顽力介于铝镍钴合金材料和稀土钴永磁材料之间。由于其剩磁较

12、低，故一般适合设计成扁平形状。由于成本低廉，铁氧体磁材有广阔的应用领域，从电机、扬声器到玩具、工艺品，因而是目前应用最广的永磁材料。 稀土永磁材料具有矫顽力高;最大磁能积大;可逆磁导率等于一的优点。因此其磁性能远超过铁氧体和铝镍钴等其他磁性材料。稀土永磁材料的出现，使得重量轻、体积小的永磁同步电机相继问世，从而扩大了永磁同步电机的应用范围。稀土钴永磁材料性能优异，但价格较高，因此在设计时必须精打细算，力求用最小的体积达到预期的效果。由于稀土钴永磁材料的矫顽力很大，可作成薄片永磁材料，以减少体积，节省材料。 二.软磁材料软磁材料按成分可分为九类，下面依次介绍其特点。 (1)纯铁和低碳钢。含碳量低

13、于0.04，包括电磁纯铁、电解铁和羰基铁。其特点是饱和磁化强度高，价格低廉，加工性能好；但其电阻率低、在交变磁场下涡流损耗大，只适于静态下使用，如制造电磁铁芯、极靴、继电器和扬声器磁导体、磁屏蔽罩等。 (2)铁硅系合金。含硅量0.54.8，一般制成薄板使用，俗称硅钢片。在纯铁中加入硅后，可消除磁性材料的磁性随使用时间而变化的现象。随着硅含量增加，热导率降低，脆性增加，饱和磁化强度下降，但其电阻率和磁导率高，矫顽力和涡流损耗减小，从而可应用到交流领域，制造电机、变压器、继电器、互感器等的铁芯。 (3)铁铝系合金。含铝616，具有较好的软磁性能，磁导率和电阻率高，硬度高、耐磨性好，但性脆，主要用于

14、制造小型变压器、磁放大器、继电器等的铁芯和磁头、超声换能器等。 (4)铁硅铝系合金。在二元铁铝合金中加入硅获得。其硬度、饱和磁感应强度、磁导率和电阻率都较高。缺点是磁性能对成分起伏敏感，脆性大，加工性能差。主要用于音频和视频磁头。 (5)镍铁系合金。镍含量3090，又称坡莫合金，通过合金化元素配比和适当工艺，可控制磁性能，获得高导磁、恒导磁、矩磁等软磁材料。其塑性高，对应力较敏感，可用作脉冲变压器材料、电感铁芯和功能磁性材料。 (6)铁钴系合金。钴含量2750。具有较高的饱和磁化强度，电阻率低。适于制造极靴、电机转子和定子、小型变压器铁芯等。 (7)软磁铁氧体。非金属亚铁磁性软磁材料。电阻率高

15、（10-21010m），饱和磁化强度比金属低，价格低廉，广泛用作电感元件和变压器元件（见铁氧体）。 (8)非晶态软磁合金。一种无长程有序、无晶粒合金，又称金属玻璃，或称非晶金属。其磁导率和电阻率高，矫顽力小，对应力不敏感，不存在由晶体结构引起的磁晶各向异性，具有耐蚀和高强度等特点。此外，其居里点比晶态软磁材料低得多，电能损耗大为降低，是一种正在开发利用的新型软磁材料。 (9)超微晶软磁合金。20世纪80年代发现的一种软磁材料。由小于50纳米左右的结晶相和非晶态的晶界相组成，具有比晶态和非晶态合金更好的综合性能，不仅磁导率高、矫顽力低、铁损耗小，且饱和磁感应强度高、稳定性好。现主要研究的是铁基超

16、微晶合金。 三.磁记录材料利用磁特性和磁效应输入（写入）、记录、存储和输出（读出）声音、图像、数字等信息的磁性材料。分为磁记录介质材料和磁头材料。前者主要完成信息的记录和存储功能，后者主要完成信息的写入和读出功能。1898年，一位丹麦工程师伯尔森（Ponlsen）将声音用磁的方法记录在磁性钢丝上，由此发明了录音电话机。20世纪50年代开发了存储电子计算机数据的硬磁盘技术和磁录像技术。80年代磁带摄像机的开发和应用是磁记录技术的又一新的发展。 纳米材料纳米材料是指在三维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10100个原子紧密排列在一起的尺

17、度。1. 信息产业中的纳米技术信息产业不仅在国外，在我国也占有举足轻重的地位。2000年，中国的信息产业创造了gdp5800亿人民币。纳米技术在信息产业中应用主要表现在3个方面：网络通讯、宽频带的网络通讯、纳米结构器件、芯片技术以及高清晰度数字显示技术。因为不管通讯、集成还是显示器件，都要原器件，美国已经着手研制，现在有了单电子器件、隧穿电子器件、自旋电子器件，这种器件已经在实验室研制成功，而且可能在2001年进入市场。光电子器件、分子电子器件、巨磁电子器件，这方面我国还很落后，但是这些原器件转为商品进入市场也还要10年时间，所以，中国要超前15年到20年对这些方面进行研究。网络通讯的关键纳米

18、器件，如网络通讯中激光、过滤器、谐振器、微电容、微电极等方面，我国的研究水平不落后，在安徽省就有。压敏电阻、非线性电阻等，可添加氧化锌纳米材料改性。2.环境产业中的纳米技术纳米技术对空气中20纳米以及水中的200纳米污染物的降解是不可替代的技术。要净化环境，必须用纳米技术。我们现在已经制备成功了一种对甲醛、氮氧化物、一氧化碳能够降解的设备，可使空气中的大于10ppm的有害气体降低到0.1ppm，该设备已进入实用化生产阶段；利用多孔小球组合光催化纳米材料，已成功用于污水中有机物的降解，对苯酚等其它传统技术难以降解的有机污染物，有很好的降解效果。近年来，不少公司致力于把光催化等纳米技术移植到水处理产业，用于提高水的质量，已初见成效；采用稀土氧化铈和贵金属纳米组合技术对汽车尾气处理器件的改造效果也很明显；治理淡水湖内藻类引起的污染，最近已在实验室初步研究成功。3.能源环保中的纳