第十六章 功 能 材 料

1、第十六章功 能 材 料第一節(jié)概述第二節(jié)電功能材料第三節(jié)磁功能材料第四節(jié)熱功能材料第五節(jié)傳感器用敏感材料第六節(jié)智能材料與結(jié)構(gòu)第一節(jié)概述一、材料發(fā)展新階段二、功能材料的特點三、功能材料的分類四、功能材料的發(fā)展一、材料發(fā)展新階段二、功能材料的特點1.多功能化功能材料往往具有多種功能，如減振合金，既具有減振阻尼功能，又有結(jié)構(gòu)材料的性能；NiTi合金既是形狀記憶合金，又是超彈性材料。2.材料與元件一體化結(jié)構(gòu)材料常以材料形式為最終產(chǎn)品，并對其本身進行性能評價；而功能材料則以元件形式為最終產(chǎn)品，并對元件的特性與功能進行評價，材料的研究開發(fā)與元器件也常常同步進行，即材料元件一體化。二、功能材料的特點3.制造和

2、應(yīng)用的高技術(shù)性、性能和質(zhì)量的高精密性及高穩(wěn)定性為了賦予材料與元件的特定性能，需要嚴格控制材料成分(如高純或超純要求、微量元素或特種添加劑含量等)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)及表面質(zhì)量，這往往需進行特殊制備與處理工藝；元器件的性能常常要求穩(wěn)定在1106(每攝氏度或每年)的數(shù)量級以上。4.材料形態(tài)多樣性功能材料的形態(tài)多種多樣，同一成分的材料形態(tài)不同時常會呈現(xiàn)不同的功能：如Al2O3陶瓷材料，拉成單晶時為人造寶石；燒結(jié)成多晶時常用作集成電路基板材料、透光陶瓷等；多孔質(zhì)化時是催化劑的良好載體與過濾材料；纖維化時為良好的絕熱保溫材料。三、功能材料的分類表16-1功能材料分類四、功能材料的發(fā)展1.多功能化實現(xiàn)功能材料多功能

3、化的重要途徑，是利用各種新技術(shù)、新工藝來改變材料的結(jié)構(gòu)形態(tài)，進一步豐富現(xiàn)有材料的功能并擴大新型功能材料的應(yīng)用。2.功能復合化材料性能之間的轉(zhuǎn)換是一個普通現(xiàn)象，而材料復合是材料制備的重要手段，通過材料復合和性能轉(zhuǎn)換耦合，可以產(chǎn)生與原材料不同的新功能效應(yīng)，見表16-2。3.智能化智能化是功能材料發(fā)展的高級階段。4.發(fā)展功能材料的新概念、新設(shè)計和新工藝提出的新概念有梯度化、低維化、分子組裝、超分子化和生物分子化等，新設(shè)計有分子設(shè)計、化學模式識別設(shè)計、非平衡態(tài)設(shè)計等，新工藝有離子注入、分子束外延、生物技術(shù)等。第二節(jié)電功能材料一、導電材料二、電阻材料三、電接點材料一、導電材料(一)常用導電金屬材料(二)

4、厚膜與薄膜導體布線材料(三)導電高分子材料(四)超導電材料(一)常用導電金屬材料表16-3高導電純銅與高銅合金的品種和性能表16-4導電純鋁和鋁合金的品種和性能(二)厚膜與薄膜導體布線材料(三)導電高分子材料(四)超導電材料二、電阻材料(一)精密電阻材料(二)膜電阻材料(一)精密電阻材料(二)膜電阻材料三、電接點材料(一)強電接點材料(二)弱電接點材料(三)復合接點材料(一)強電接點材料(二)弱電接點材料(三)復合接點材料第三節(jié)磁功能材料一、軟磁材料二、硬磁材料(永磁材料)三、磁致伸縮材料四、磁性液體一、軟磁材料(一)電工純鐵(二)鐵硅合金(電工硅鋼片)(三)鐵鎳合金(通稱坡莫合金Permal

5、loy)(四)鐵鈷合金(五)非晶、微晶和納米晶軟磁材料(一)電工純鐵(二)鐵硅合金(電工硅鋼片)(三)鐵鎳合金(通稱坡莫合金Permalloy)(四)鐵鈷合金(五)非晶、微晶和納米晶軟磁材料二、硬磁材料(永磁材料)1.淬火磁鋼在wc1.0%左右的碳鋼中加入Cr、W、Mo、Al等元素制成鉻鋼(2J63)、鎢鋼(2J64)、鉻鈷鋼(2J65)等。2.析出硬化鐵基合金以-Fe為基彌散析出金屬間化合物FemXn(X代表Co、W、Mo、V等)來提高硬磁性能，包括FeCoW(2J51)、FeCoMo(2J25)等。3.鋁鎳鈷系和鐵鉻鈷系合金鋁鎳鈷系硬磁合金以高剩磁為主要特征，常見牌號有LN10、LNG40

6、(GB47531984)。4.鐵氧體硬磁材料主要包括鋇鐵氧體(BaO6Fe2O3)和鍶鐵氧體(SrO6Fe2O3)兩種，常用牌號有Y10T、Y25BH等。二、硬磁材料(永磁材料)5.稀土硬磁材料此類材料是以稀土金屬RE(主要是釤Sm、釹Nd、鐠Pr)和過渡族金屬TM(主要是鈷Co、鐵Fe)為主要成分制成，通常分為三代：第一代稀土硬磁材料RECo5型(如SmCo5)；第二代稀土硬磁材料RE2TM17型；第三代稀土材料Nd-Fe-B型。6.粘結(jié)硬磁材料大多數(shù)硬磁材料都較脆、加工性能較差，為此而開發(fā)的粘結(jié)硬磁材料是將磁性粉末用高分子材料或低熔點金屬粘結(jié)起來，制成各種形狀尺寸的磁體，如冷庫和電冰箱門框

7、密封條、靜電復印機和傳真機中的磁輥、工件固定吸盤、磁軸承等。三、磁致伸縮材料四、磁性液體第四節(jié)熱功能材料一、發(fā)熱材料二、膨脹合金三、熱雙金屬一、發(fā)熱材料(一)金屬發(fā)熱材料(二)陶瓷發(fā)熱材料(一)金屬發(fā)熱材料(二)陶瓷發(fā)熱材料二、膨脹合金(一)低膨脹合金(因瓦合金)(二)定膨脹合金(可伐合金)(三)高膨脹合金(一)低膨脹合金(因瓦合金)(二)定膨脹合金(可伐合金)(三)高膨脹合金三、熱雙金屬(1)普通型(常用型)。(2)高敏感型。(3)高溫型。(4)低電阻率型。(5)耐蝕型。(6)低溫型。第五節(jié)傳感器用敏感材料一、熱敏材料(溫敏材料)二、濕敏材料與氣敏材料三、力敏材料四、聲敏材料五、光敏材料一、熱敏材料(溫敏材料)表16-5PTC熱敏材料的應(yīng)用二、濕敏材料與氣敏材料(1)電解質(zhì)系。(2)有機物系。(3)金屬系。(4)氧化物陶瓷系。三、力敏材料四、聲敏材料五、光敏材料第六節(jié)智能材料與結(jié)構(gòu)一、形狀記憶材料二、電/磁流變體材料三、高分子人工肌肉材料四、環(huán)境敏感高聚物五、自組裝基礎(chǔ)智能材料六、智能變