《机械制造技术基础》课件-第2章2.4新材料及其发展趋势展望

第2章机械工程材料2.4新材料及其发展趋势展望学习目标了解新材料的相关知识及发展趋势展望1.新材料的历史地位人们通常把材料、信息和能源并列为现代科学技术的三大支柱，这三大支柱是现代社会赖以生存和发展的基本条件之一，而材料科学显得尤为重要。从古至今，材料一直在扮演着划分时代的主角，可以说，材料是人类社会进步的里程碑，整个人类社会的物质文明史也就是一部材料发展的历史，特别是高性能、多用途的先进材料是人类社会发展的重要推力，新材料将继续成为科研和应用的重点。材料工业都将成为未来社会发展的重要组成部分。科学技术的发展，出现了一些其他新型工程材料。橡胶材料和陶瓷材料的性能获得了飞速发展，除了用于传统的橡胶和陶瓷制品外，还广泛应用在国防、宇航和电气等工业部门。2．新材料概述现代的材料按化学组成可分为金属材料、高分子材料和无机材料。一般而言，材料可分为“传统材料”和“新材料”两大类，新材料是指那些新近开发或正在开发的、具有优异性能的材料，在众多新材料中，纤维增强树脂复合材料、硅基电子材料是当今工业中最重要的材料，而信息功能材料、纳米材料、智能材料、生物材料、高温与结构陶瓷等将是新时代材料研究开发的重点。新制料对高科技和技术具有非常关键的作用，没有新材料就没有发展高科技的物质基础，掌握新材料是一个国家在科技上处于领先地位的标志之一。

3．新材料的研究与应用现状现代科学技术发展具有学科之间相互渗透、综合交叉的特点，科学和经济之间的相互作用，推动了当前最活跃的信息和材料科学的发展，又导致了一系列高新技术和高性能材料的诞生。功能材料是指具有优良的电、磁、声、光、热、化学和生物功能及其相互转化的功能，被用于非结构目的的高技术材料。功能材料是当代新技术如能源技术、信息技术、激光技术、计算技术、空间技术、海洋工程技术、生物工程技术的物质基础，是新技术革命的先导。目前，信息功能材料、高温结构材料、复合材料、生物材料、智能材料、纳米材料等取得了较大的发展，它们正成为国民经济发展的重要驱动力。

(6）复合材料。纤维增强型、弥散粒子型、叠层复合型复合材料以及碳纤维、石墨纤维、硼纤维、金属纤维、晶须的研制发展，将使被称为“21世纪材料”复合材料更放光彩。

(7）金属新材料。非品态金属（金属玻璃）、记忆合金、防振合金、超导合金和金属氢等。

(8）极限材料。在超高压、超高温、超低温、超高真空等极端条件下应用和制取的各种材料。如超导、超硬、超塑性、超弹性、超纯、超晶格膜等材料。（9）原子分子设计材料。这是在材料科学深入研究的基础上，对表面、非晶态、结构点阵与缺陷、固态杂质、非平衡态、相变以及变形、断裂、磨损等领域研究探索的发展方向，以期获得原子、分子组成结构按性能要求设计的新材料。

(10）稀土材料。稀土金属在激光、荧光、磁性、红外、微波、核能、特种陶瓷以及化工材料中，有奇异的性能，稀土材料已成为重要的开发领域。我国稀土资源储量居世界首位，因此稀土的开发对我国更为重要。4．新材料发展趋势展望数据显示，目前，全球新材料市场规模每年已经超过4000亿美元，而由新材料带动而产生的新产品和新技术市场则更为广阔，年营业额突破2万亿美元。据《中国新材料产业发展报告》预测，未来一段时期，中国新材料产业市场的年均扩张速度将保持在20%以上，将引发多资本进入，从而进一步加快扩张速度。2010年，中国新材料产业的市场规模超过800亿元，至2015年，这一数值将达到2000亿元左右，增长空间巨大。机械产品的可靠性和先进性，除设计因素外，在很大程度上取决于所选用材料的质量和性能，新型材料的发展是发展新型产品和提高产品质量的物质基础。各种高强度材料的发展，为发展大型结构件和逐步提高材料的使用强度等级，减轻产品自重提供了条件；高性能的高温材料、耐腐蚀材料为开发和利用新能源开辟了新的途径。现代发展起来的新型材料有新型纤维材料、功能性高分子材料、非晶质材料、单晶体材料、精细陶瓷和新合金材料等。对于研制新一代的机械产品有重要意义，如碳纤维比玻璃纤维强度和弹性更高，用于制造飞机和汽车等结构件，能显著减轻自重而节约能源；精细陶瓷如热压氮化硅和部分稳定结晶氧化错，有足够的强度，比合金材料有更高的耐热性，能大幅度提高热机的效率，是绝热发动机的关键材料。还有不少与能源利用和转换密切有关的功能材料的突破，将会引起现电产品的巨大变革。随着科学技术的发展，尤其是材料测试分析技术的不断提高，如电子显微技术、微区成分分析技术等的应用，材料的内部结构和性能间的关系不断被揭示，对于材料的认识也从宏观领域进入微观领域。在认识各种材料的共性基本规律的基础上，正在探索按指定性能来设计新材料的途径。

新材料发展趋势：

(1）高分子材料。资源丰富、原料广，轻质、高强度，成形工艺简易。提高工作温度是研制的重要课题。各种塑料、合成橡胶和合成纤维将有很大发展，成为重要的新材料。

(2）特种陶瓷。高强高温结构陶瓷、电工电子功能陶瓷和复合陶瓷是新材料中普遍注重的发展方向。

(3）功能材料。这是新材料中发展很快的一个重要方向，如半导体、激光、