金屬功能材料總復(fù)習(xí)提綱

1、第二章 金屬基復(fù)合材料1.金屬基復(fù)合材料制備工藝的選擇原則（1）基體與增強劑的選擇，基體與增強劑的結(jié)合（2）界面的形成機制，界面產(chǎn)物的控制及界面設(shè)計（3）增強劑在基體中的均勻分布（4）制備工藝方法及參數(shù)的選擇和優(yōu)化（5）制備成本的控制和降低，工業(yè)化應(yīng)用的前景2. 金屬基復(fù)合材料制備工藝的分類1）固態(tài)法：真空熱壓擴散結(jié)合、超塑性成型/ 擴散結(jié)合、模壓、熱等靜壓、粉末冶金法2）液態(tài)法：液態(tài)浸滲、真空壓鑄、反壓鑄造、半固態(tài)鑄造3）噴射成型法：等離子噴涂成型、噴射成型4）原位生長法3. 金屬基復(fù)合材料的界面結(jié)合形式（1）機械結(jié)合：第一類界面。主要依靠增強劑的粗糙表面的機械“錨固”力結(jié)合。（2）浸潤與溶

2、解結(jié)合：第二類界面。如相互溶解嚴重，也可能發(fā)生溶解后析出現(xiàn)象，嚴重損傷增強劑，降低復(fù)合材料的性能。如采用熔浸法制備鎢絲增強鎳基高溫合金復(fù)合材料以及碳纖維/鎳基復(fù)合材料在600下碳在鎳中先溶解后析出的現(xiàn)象等。（3）化學(xué)反應(yīng)結(jié)合：第三類界面。大多數(shù)金屬基復(fù)合材料的基體與增強相之間的界面處存在著化學(xué)勢梯度。只要存在著有利的動力學(xué)條件，就可能發(fā)生相互擴散和化學(xué)反應(yīng)4金屬基復(fù)合材料的界面優(yōu)化以及界面設(shè)計改善增強劑與基體的潤濕性以及控制界面反應(yīng)的速度和反應(yīng)產(chǎn)物的數(shù)量，防止嚴重危害復(fù)合材料性能的界面或界面層的產(chǎn)生，進一步進行復(fù)合材料的界面設(shè)計，是金屬基復(fù)合材料界面研究的重要內(nèi)容。從界面優(yōu)化的觀點來看，增強劑

3、與基體的在潤濕后又能發(fā)生適當(dāng)?shù)慕缑娣磻?yīng)，達到化學(xué)結(jié)合，有利于增強界面結(jié)合，提高復(fù)合材料的性能5. 界面優(yōu)化以及界面設(shè)計一般有以下幾種途徑 增強劑的表面改性處理（1）改善增強劑的力學(xué)性能（保護層）；（2）改善增強劑與基體的潤濕性和粘著性（潤濕層）；（3）防止增強劑與基體之間的擴散、滲透和反應(yīng)（阻擋層）；（4）減緩增強劑與基體之間因彈性模量、熱膨脹系數(shù)等的不同以及熱應(yīng)力集中等因素所造成的物理相容性差的現(xiàn)象（過渡層、匹配層）。常用的增強材料的表面（涂層）處理方法有：PVD、CVD、電化學(xué)、溶膠-凝膠法等金屬基體改性（添加微量合金元素）（1） 控制界面反應(yīng)（2） 增加基體合金的流動性，降低復(fù)合材料的制

4、備溫度和時間（3） 改善增強劑與基體的潤濕性第三章 金屬環(huán)境材料1.與資源、能源和環(huán)境相協(xié)調(diào)的道路在盡可能滿足用戶對材料性能的要求的同時，必須考慮盡可能節(jié)約資源和能源，盡可能減少對環(huán)境的污染，改變片面追求性能的觀點在研究、設(shè)計、制備材料以及使用、廢棄材料產(chǎn)品時，一定要把材料及其產(chǎn)品整個壽命周期中，與環(huán)境的協(xié)調(diào)性作為重要評價指標(biāo)，改變只管設(shè)計生產(chǎn)，而不顧使用和廢棄后資源再生利用及環(huán)境污染的觀點2環(huán)境材料的內(nèi)涵在加工、制造、使用和再生過程中具有最低環(huán)境負荷、最大使用功能的人類所需材料。既包括經(jīng)改造后的現(xiàn)有傳統(tǒng)材料也包括新開發(fā)的環(huán)境材料1) 材料的先進性2) 環(huán)境協(xié)調(diào)性(區(qū)別于傳統(tǒng)材料)優(yōu)先爭取的目

5、標(biāo)：生產(chǎn)環(huán)節(jié)中資源和能源的消耗少工藝流程的環(huán)境負荷小廢棄后易于再生循環(huán)3) 舒適性3. 無鉛焊料Sn-Pb合金在焊料制備、焊接、產(chǎn)品使用過程和廢棄之后均產(chǎn)生鉛渣、鉛蒸氣而污染環(huán)境。填埋處理廢棄的Sn-Pb合金，其中鉛元素可溶于水并通過生物鏈進入人體。從環(huán)境保護的角度出發(fā),要尋找替代Sn-Pb 共晶合金的新型無鉛釬焊合金，目前已取得的進展大多以 Sn-Ag 系合金和 Sn-Zn 系合金。為了調(diào)整合金的熔化溫度, 加入了少量的Bi或In。問題：熔點高（260以上），潤濕差，成本高。 由于焊料的成分和性能發(fā)生了變化，焊接過程中也出現(xiàn)了新的問題。須設(shè)法減少焊料損耗，采用充氮工藝等。4. 應(yīng)用材料預(yù)測技

6、術(shù)使材料環(huán)境材料化材料的性能可通過化學(xué)成分的選擇以及由控制加工、熱處理等制造工藝而確定的微觀組織來決定。n復(fù)合材料的特點之一就是可以根據(jù)使用目的進行設(shè)計和制造；n金屬材料即使化學(xué)成分相同，也能通過改變微觀組織使它的性能發(fā)生很大的變化，因而可以說金屬材料是可進行設(shè)計的材料。采用以基礎(chǔ)理論為指導(dǎo)的材料預(yù)測技術(shù)來控制生產(chǎn)、使用、廢棄、回收的循環(huán)，這是“金屬材料環(huán)境材料化”的重要課題5. 廢鋼鐵處理與雜質(zhì)問題在廢鐵的回收過程中分選、分離工程是十分重要的。其一是化學(xué)成分的多樣化。其二是由鋼鐵精煉工藝本身所具有的性質(zhì)決定的因而，鋼水中的元素可以分為以下四種類型：(1) 幾乎全部殘存于鋼水中的元素：Cu,

7、Ni, Sn, Mo, Co, W, As, (Sb)(2) 不能完全除去的元素：Cr, Mn, P, S(3) 與沸點、蒸汽壓等無關(guān)的元素：Zn, Cd, Pb, (Sb)(4) 從鋼水中幾乎可以全部除去的元素：Si, Al, V, Zr, B等。合金鋼經(jīng)幾次廢鋼鐵再生，并且在分選過程中未被分離出而發(fā)生廢料混合的情況下，Cu, Ni, Sn, Mo等元素的濃度就會不斷提高。這些元素本來是為了提高性能而起合金作用的。但是，它們對熱加工性能有不良影響，因而必須控制其含量。為了將廢鋼鐵置于龐大的鋼鐵材料流向中予以妥善處理，必須采取如下綜合性的解決對策：(1) 含有不能除去元素的廢鋼鐵精煉制鋼工藝開

8、發(fā)；(2) 雜質(zhì)無害化技術(shù)的開發(fā)；(3) 確立通過材料設(shè)計可以實現(xiàn)再生循環(huán)的材料體系第四章 非晶材料1.非晶材料在微觀結(jié)構(gòu)特征(1)存在小區(qū)間的短程有序，在近鄰或次近鄰原子鍵合具有一定規(guī)律性，但沒有任何長程有序(2)溫度升高，非晶材料會發(fā)生明顯的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，是一類亞穩(wěn)態(tài)材料(3)非晶結(jié)構(gòu)的亞穩(wěn)性不僅包括溫度達到Tc以上發(fā)生的晶化，還包括低溫加熱時發(fā)生的結(jié)構(gòu)弛豫（4）非晶晶化結(jié)晶與合金熔液凝固結(jié)晶類似，也是一個形核和長大的過程（5）非晶合金的結(jié)構(gòu)弛豫和晶化都是亞穩(wěn)非晶結(jié)構(gòu)產(chǎn)生結(jié)構(gòu)失穩(wěn)時發(fā)生的相應(yīng)變化2.結(jié)構(gòu)馳豫在低于晶化溫度Tc退火時，非晶合金內(nèi)原子相對位置會發(fā)生較小變化，非晶合金的結(jié)構(gòu)逐步接近有

9、序度較高的理想結(jié)構(gòu)，使其總能量降低，同時引起非晶合金密度、比熱、電阻、彈性模量等物理性能產(chǎn)生相應(yīng)變化，這種結(jié)構(gòu)變化稱為結(jié)構(gòu)弛豫3. 非晶晶化結(jié)晶與合金熔液凝固結(jié)晶的比較非晶晶化結(jié)晶與合金熔液凝固結(jié)晶類似，也是一個形核和長大的過程（1）晶化是固態(tài)反應(yīng)，受原子在固相中的擴散支配，晶化速度沒有凝固結(jié)晶快；（2）非晶比熔體在結(jié)構(gòu)上更接近晶態(tài)，晶化形核時主要阻力項(固固界面能)比凝固時(固液界面能)小；（3）實際凝固中，非晶形成的同時也可能形成一些細小晶粒，它們在晶化時可作為非均勻形核媒質(zhì)，非晶中的夾雜物、自由表面等都可使晶化以非均勻形核方式進行。（4）非晶晶化時形核率很高，晶化后晶粒十分細小4.非晶結(jié)

10、構(gòu)的穩(wěn)定性主要取決因素（1）合金組元的種類和含量：組元種類和含量的變化會改變原子鍵合強度和短程有序程度。（2）凝固冷速：冷速越高，金屬玻璃的自由能越高，相應(yīng)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性越低，越易產(chǎn)生結(jié)構(gòu)弛豫和晶化，選擇適當(dāng)?shù)哪汤渌賹ΡＷC非晶穩(wěn)定性十分重要。（3）組態(tài)熵較大的合金：組態(tài)熵較大的合金晶化激活能越大，發(fā)生結(jié)構(gòu)弛豫或晶化時所需的能量越高，非晶結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定。（4）中子輻照：中子輻照可使極細的晶粒非晶化，消除晶化時非均勻形核媒質(zhì)，提高非晶合金的穩(wěn)定性。5. 非晶態(tài)合金的性能（1）強度、硬度和剛度非晶中原子有較強的鍵合，特別是金屬-類金屬非晶中原子鍵合比一般晶態(tài)合金強得多；非晶合金中原子排列長程無序，缺乏周

11、期性，合金受力時不會產(chǎn)生滑移；非晶合金具有很高的強度、硬度和較高的剛度，是強度最高的實用材料之一（2）韌性和延性非晶合金不僅具有很高的強度和硬度，與脆性的無機玻璃截然不同，還具有很好的韌性，并且在一定的受力條件下還具有較好的延性6.為什么非晶合金不能單獨做結(jié)構(gòu)材料使用？非晶合金具有很高強度、硬度、耐磨性能和韌性，在彎曲、壓縮狀態(tài)時有很好的延性，但拉伸延性、疲勞強度很低，所以一般不能單獨用作結(jié)構(gòu)材料。許多成分的金屬玻璃經(jīng)適當(dāng)晶化處理后，綜合力學(xué)性能會有很大提高7.非晶合金的四大性能（1）熱學(xué)性能非晶態(tài)合金處于亞穩(wěn)態(tài)，是溫度敏感材料。如果材料的晶化溫度較低，非晶態(tài)合金更不穩(wěn)定，有些甚至在室溫時就會

12、發(fā)生轉(zhuǎn)變。如金屬玻璃在相當(dāng)寬的溫度范圍內(nèi)，都顯示出很低的熱膨脹系數(shù)（2）電學(xué)性能非晶具有長程無序結(jié)構(gòu)，在金屬-類金屬非晶合金中含有較多的類金屬元素，對電子有較強的散射非晶合金一般具有較高的電阻率（3） 磁學(xué)性能部分非晶合金具有良好的鐵磁性能非晶合金很容易磁化，矯頑力極低在很大頻率范圍內(nèi)都具有很高的磁導(dǎo)率一些非晶永磁合金經(jīng)晶化處理后，永磁性能會產(chǎn)生很大改善，例如：NdFeB非晶合金經(jīng)過晶化熱處理并控制形變織構(gòu)方向后，最大磁能積達到55MGOe，是目前永磁合金磁能積的最高水平之一（4） 化學(xué)性能非晶中沒有晶界、沉淀相相界、位錯等容易引起局部腐蝕的部位，也不存在晶態(tài)合金容易出現(xiàn)的成分偏析，所以非晶合

13、金在結(jié)構(gòu)和成分上都比晶態(tài)合金更均勻，具有更高的抗腐蝕性能8. 非晶合金晶化后制成微晶合金可作為結(jié)構(gòu)材料使用非晶薄帶粉碎后進行熱壓加工，使非晶合金晶化并制成大塊晶態(tài)合金，晶粒細小均勻，尺寸0.2-0.3m，還含有大量硬度很高的彌散硼化物和金屬間化合物，具有優(yōu)異力學(xué)性能。這種微晶合金不僅綜合力學(xué)性能好，而且克服非晶合金尺寸小、工作溫度低的缺點，且仍然保持很強的抗腐蝕性能第五章 薄膜材料1.薄膜材料的定義薄膜是一種二維材料，它在厚度方向上的尺寸很小，往往為納米至微米量級。薄膜是一種人造材料，其結(jié)構(gòu)和性質(zhì)與制備方法和工藝條件密切相關(guān)。 從宏觀上講，薄膜是位于兩個平面之間的一層物質(zhì)，其厚度與另外兩維的尺

14、寸相比要小得多。從微觀角度來講，薄膜是由原子或原子團凝聚而成的二維材料。但是究竟“薄”至何等尺度才可以認為是薄膜，并沒有嚴格的界限。2. 薄膜的形成過程（1）生成三維的核型原子在基片上先凝聚，然后生成核，進一步再將蒸發(fā)原子凝聚起來生成三維的核。通常大部分金屬薄膜都是以這樣的一個過程形成的（2）單層生長型是基片和薄膜原子之間，以及薄膜原子之間相互作用很強時容易出現(xiàn)的形式。它是先形成兩維的層，然后再一層一層地逐漸形成金屬薄膜（3）單層上再生長核型是基片和薄膜原子間相互作用非常強時的形成形式。這種方式只有非常有限的基片材料和金屬薄膜材料的組合才能形成3.薄膜形成與生長的物理過程薄膜的形成過程大致都可

15、分為 4個階段，圖（a）在最初階段，外來原子在基底表面相遇結(jié)合在一起成為原子團，只有當(dāng)原子團達到一定數(shù)量形成“核”后，才能不斷吸收新加入的原子而穩(wěn)定地長大形成“島”；圖（b）隨著外來原子的增加，島不斷長大，進一步發(fā)生島的接合；圖（c）很多島接合起來形成通道網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；圖（d）后續(xù)的原子將填補網(wǎng)絡(luò)通道間的空洞，成為連續(xù)薄膜4.物理氣相沉積（PVD）采用物理方法使物質(zhì)的原子或分子逸出，然后沉積在基片上形成薄膜的工藝。根據(jù)使物質(zhì)的逸出方法不同，可分為蒸鍍、濺射和離子鍍（1）真空蒸鍍把待鍍的基片置于真空室內(nèi)，通過加熱使蒸發(fā)材料氣化（或升華）而沉積到某一溫度基片的表面上，從而形成一層薄膜，這一工藝稱為真空

16、蒸鍍法蒸發(fā)源可分為：電阻加熱、電子束加熱和激光加熱等（2）濺射當(dāng)具有一定能量的粒子轟擊固體表面時，固體表面的原子就會得到粒子的一部分能量，當(dāng)獲得能量足以克服周圍原子得束縛時，就會從表面逸出，這種現(xiàn)象成為“濺射”它可分為離子束濺射和磁控濺射（3） 離子束離子鍍是在真空蒸鍍得基礎(chǔ)上，在熱蒸發(fā)源與基片之間加一電場（基片為負極），在真空中基片與蒸發(fā)源之間將產(chǎn)生輝光放電，使氣體和蒸發(fā)物質(zhì)部分電離，并在電場中加速，從而將蒸發(fā)的物質(zhì)或與氣體反應(yīng)后生成的物質(zhì)沉積到基片上5.化學(xué)氣相沉積（CVD）定義：化學(xué)氣相沉積是使含有構(gòu)成薄膜元素的一種或幾種化合物（或單質(zhì)）氣體在一定溫度下通過化學(xué)反應(yīng)生成固態(tài)物質(zhì)并沉積在基

17、片上而生成所需薄膜的方法。特點：設(shè)備可以比較簡單，沉積速率高，沉積薄膜范圍廣，覆蓋性好，適于形狀比較復(fù)雜的基片，膜較致密，無離子轟擊等優(yōu)點。特別是在半導(dǎo)體集成電路上得到廣泛應(yīng)用6.決定金屬薄膜材料的兩個重要因素（1）蒸發(fā)時的基片溫度一般來說，基片溫度越高，則吸附原子的動能也越大，跨越表面勢壘的幾率增多，則需要形成核的臨界尺寸增大，越易引起薄膜內(nèi)部的凝聚，每個小島的形狀就越接近球形，容易結(jié)晶化，高溫沉積的薄膜易形成粗大的島狀組織。而在低溫時，形成核的數(shù)目增加，這將有利于形成晶粒小而連續(xù)的薄膜組織，而且還增強了薄膜的附著力 （2）蒸發(fā)速率蒸發(fā)速率越快，島狀密度越大7.金屬薄膜的結(jié)構(gòu)特點一二維材料的

18、特點（1）最大的特點是功能膜的某些性能可以在制備時通過特殊的薄膜制備方法實現(xiàn)（2）作為二維材料，薄膜材料最主要是特點是所謂尺寸特點,利用這個特點可以實現(xiàn)把各種元器件的微型化、集成化（3）由于尺寸小，薄膜材料中表面和界面所占的相對比例子較大，表面所表現(xiàn)的有關(guān)性質(zhì)極為突出，存在一系列與表面界面有關(guān)的物理效應(yīng)二薄膜制備過程決定的特點（1）非平衡態(tài)相結(jié)構(gòu)薄膜的制備方法多數(shù)為非平衡狀態(tài)的制取過程，在薄膜形成過程中，基片溫度一般不很高，擴散較慢，因而制成的薄膜常常是非平衡相的結(jié)構(gòu)。 （2）膜常常是非化學(xué)計量比成分在蒸鍍法中，各種元素的蒸氣壓不同，濺射過程中各元素濺射速率不同，所以一般較難精確控制薄膜的成分

19、，制成的膜往往是非化學(xué)計量比的成分。 （3） 薄膜內(nèi)存在大量的缺陷由沉積生長過程所決定，薄膜內(nèi)一般存在大量的缺陷，如位錯、空位等，其密度常與大變形冷加工的金屬中的缺陷密度相當(dāng)，基片的溫度越低，沉積的薄膜中缺陷密度越大，其中用離子鍍和濺射方法制備的薄膜缺陷密度最大。另外，在薄膜沉積過程中的工作氣體也常常混入薄膜。很多薄膜材料都不宜進行高溫?zé)崽幚恚匀毕莶灰紫?。這些缺陷對材料的電學(xué)、磁學(xué)等很多性能都有影響（4） 沉積冷卻過程中常會產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力薄膜材料一般都沉積在不同材料的基片，由于熱膨脹系數(shù)不同，沉積后冷卻過程中常會產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，應(yīng)力的存在對很多性能都有影響。8.薄膜制備方法能夠?qū)崿F(xiàn)的

20、特點由于薄膜材料性能受制備過程的影響，在制備過程中多數(shù)處于非平衡狀態(tài)，因而可以在很大范圍內(nèi)改變薄膜材料的成分、結(jié)構(gòu)，不受平衡狀態(tài)時限制，所以人們可以制備出秀多塊體難以實現(xiàn)的材料，得到新的性能。這是薄膜材料的重要特點，也是薄膜材料引人注目的重要原因。無論采用化學(xué)法還是物理法都可以得到設(shè)計的薄膜，例如：（1）薄膜材料在制備過程中可以在很大范圍內(nèi)將幾種材料摻雜在一起得到均勻膜，而無需考慮是否會形成均勻相，這樣就能較自由地改變薄膜的性能。（2）可以根據(jù)需要得到單晶、多晶及至非晶的各種結(jié)構(gòu)薄膜。（3）可以容易地將不同材料結(jié)合在一起制成多層結(jié)構(gòu)的薄膜（4）通過沉積速率的控制可以容易得到成分不均勻分布的薄膜

21、第六章 儲氫材料1. 金屬的儲氫原理氫的存貯方式物理方式貯氫：如采用壓縮、冷凍、吸附等方式金屬氫化物貯氫：氫化物具有優(yōu)異的吸放氫性能外，還兼顧了很多其它功能在一定溫度和壓力下，許多金屬、合金和金屬間化合物（Me）與氣態(tài)H2可逆反應(yīng)生成金屬固溶體MHx和氫化物MHy。反應(yīng)分三步進行：第一步：先吸收少量氫，形成含氫固溶體（相）。第二步：固溶體進一步與氫反應(yīng)，產(chǎn)生相變，形成氫化物相（相）式中：x為固溶體中的氫平衡濃度，y是合金氫化物中氫的濃度，一般yx。第三步：再提高氫壓，金屬中的氫含量略有增加2. 金屬與氫的反應(yīng)是一個可逆過程正向反應(yīng)吸氫、放熱，逆向反應(yīng)釋氫、吸熱改變溫度和壓力條件可使反應(yīng)按正向、

22、逆向反復(fù)進行，實現(xiàn)材料的稀釋氫功能氫在金屬中的吸收和釋放，取決于金屬和氫的相平衡關(guān)系，影響相平衡的因素為溫度、壓力和組成。（也就是金屬吸氫生成金屬氫化物還是金屬氫化物分解釋放氫，受溫度、壓力和合金成分的控制）3. 合金的吸氫反應(yīng)機理氫與金屬或合金的基礎(chǔ)反應(yīng)：（1）H2傳質(zhì)；（2）化學(xué)吸附氫的解離，H22Had ；（3）表面遷移；（4）吸附的氫轉(zhuǎn)化為吸收氫，HadHabs；（5）氫在a相的稀固態(tài)溶液中擴散；（6）相轉(zhuǎn)變?yōu)橄?，Habs()Habs()；（7）氫在氫化物（）中擴散。4.影響儲氫能力的因素1、活化處理制造貯氫材料時，考慮到表面被氧化物覆蓋及吸附著水及氣體等會影響氫化反應(yīng)，因此應(yīng)先對材料

23、進行表面活化處理。活化處理可以采用加熱解壓脫氣，和高壓加氫處理。2、耐久性和中毒當(dāng)向貯氫材料供給新的氫時，每次都會帶入氧、水分等不純物，這些不純物在合金或氫化物離子表面聚集，并形成氧化物等，從而導(dǎo)致吸儲能力的下降，這種現(xiàn)象稱為“表面中毒”3、貯氫材料的導(dǎo)熱性當(dāng)貯氫材料在反復(fù)吸儲和釋放氫的過程中，形成厚度為525m的微粉層，其平均有效導(dǎo)熱系數(shù)為0.5W/(mK)，導(dǎo)熱性能很差4、粉末化貯氫材料在吸儲和釋放氫的過程中，它會反復(fù)膨脹和收縮，從而導(dǎo)致出現(xiàn)粉末現(xiàn)象。這一現(xiàn)象會使裝置內(nèi)的充填密度增高、傳熱效率降低、裝置局部地方會產(chǎn)生應(yīng)力；同時形成微分還會隨氫氣流動，造成閥門和管道阻塞。5、滯后現(xiàn)象與坪域5

24、.實用貯氫金屬氫化物的特征1、容易活化，貯氫量大、能量密度高；2、吸氫和放氫速度快，氫擴散速度大，可逆性好；3、氫化物生成熱小；4、有較平坦和較寬的平衡平臺壓區(qū)，分解壓適中，滯后小；5、有效導(dǎo)熱率大，電催化活性高；6、化學(xué)穩(wěn)定性好；7、在貯存與運輸過程中性能可靠；8、原料來源廣，成本低廉。6. 納米儲氫采用機械合金化方法高能球磨使粉末發(fā)生嚴重變形，進而產(chǎn)生大量晶體缺陷和界面，極大地促進各組元間的擴散過程，組元在較低溫度下就能實現(xiàn)合金化，獲得納米晶或非晶等非平衡結(jié)構(gòu)特點：簡易高效，較好控制組織結(jié)構(gòu)材料易受污染氧化第七章 梯度材料1.梯度功能材料的定義梯度功能材料是一種集各種組分(如金屬、陶瓷、纖

25、維、聚合物等)于一體的新型材料，其微觀結(jié)構(gòu)和物理、化學(xué)、生物等單一或綜合性能都呈連續(xù)變化，以適應(yīng)不同環(huán)境，實現(xiàn)某一特殊功能3. 梯度功能材料主要特征梯度功能材料主要通過連續(xù)控制材料的微觀要素(包括組成、結(jié)構(gòu))，使界面的成分和組織呈連續(xù)性變化，主要特征有：材料的組分和結(jié)構(gòu)呈連續(xù)性梯度變化；材料內(nèi)部沒有明顯的界面；材料的性質(zhì)也呈連續(xù)性梯度變化4. 自蔓延高溫合成法利用粉末混合物化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的熱量和反應(yīng)自傳播性，通過初始反應(yīng)物濃度分布的空間變化，使材料燃燒和合成來制備FGM的方法稱為自蔓延高溫合成法。特點:利用放熱反應(yīng)的能量使化學(xué)反應(yīng)自動持續(xù)下去，操作簡單，反應(yīng)迅速，最適合于生成熱大的化合物的合成如

26、AlN、TiC、TiB2等3. 梯度功能材料與復(fù)合材料之間區(qū)別第八章 納米材料1.納米材料四大效益納米材料：是指由納米顆粒構(gòu)成的固體材料，其中納米顆粒的尺寸最多不超過100納米，在通常情況下不超過10納米。包括納米超薄膜、夾層結(jié)構(gòu)、多層膜和超晶格等材料。（1） 小尺寸效應(yīng) 由于顆粒尺寸變小所引起的宏觀物理性質(zhì)的變化稱為小尺寸效應(yīng)，對納米顆粒而言尺寸變小，同時其比表面積亦顯著增加（2） 量子效應(yīng)大塊材料的能帶可以看成是連續(xù)的，而納米材料的能帶將分裂為分立的能級。能級間的間距隨顆粒尺寸減小而增大。當(dāng)熱能、電場能、或者磁場能比平均的能級間距還小時就會呈現(xiàn)出一系列與宏觀物體截然不同的反常特性，稱之為量

27、子效應(yīng)（3） 表面效應(yīng)納米材料表面積大大增加，表面結(jié)構(gòu)也發(fā)生很大的變化。因此，與表面狀態(tài)有關(guān)的吸附、催化以及擴散等物理化學(xué)性質(zhì)，納米材料與宏觀材料有顯著的區(qū)別。納米材料的表面積大、表面活性強，在催化領(lǐng)域中前景良好。-納米催化劑 （4） 界面效應(yīng)納米材料具有非常大的界面。界面的原子排列是相當(dāng)混亂的，原子在外力變形的條件下很容易遷移，因此表現(xiàn)出很好的韌性與一定的延展性，使材料具有新奇的界面效應(yīng)。2.原子團簇（1） 定義：n 原子團簇，簡稱團簇，是由幾個乃至上千個原子、分子或離子通過物理和化學(xué)結(jié)合力組成相對穩(wěn)定的聚集體，其物理和化學(xué)性質(zhì)隨著所含的原子數(shù)目不同而變化。n 原子團簇粒徑小于或等于l nm，其許多性質(zhì)既不同于單個原子分子，也不同于固體和液體，也不能