第十六章功能材料

第十六章功能材料第一节概述第二节电功能材料第三节磁功能材料第四节热功能材料第五节传感器用敏感材料第六节智能材料与结构第一节概述一、材料发展新阶段二、功能材料的特点三、功能材料的分类四、功能材料的发展一、材料发展新阶段二、功能材料的特点1.多功能化功能材料往往具有多种功能，如减振合金，既具有减振阻尼功能，又有结构材料的性能；NiTi合金既是形状记忆合金，又是超弹性材料。2.材料与元件一体化结构材料常以材料形式为最终产品，并对其本身进行性能评价；而功能材料则以元件形式为最终产品，并对元件的特性与功能进行评价，材料的研究开发与元器件也常常同步进行，即材料元件一体化。二、功能材料的特点3.制造和应用的高技术性、性能和质量的高精密性及高稳定性为了赋予材料与元件的特定性能，需要严格控制材料成分(如高纯或超纯要求、微量元素或特种添加剂含量等)和内部结构及表面质量，这往往需进行特殊制备与处理工艺；元器件的性能常常要求稳定在1×10－6(每摄氏度或每年)的数量级以上。4.材料形态多样性功能材料的形态多种多样，同一成分的材料形态不同时常会呈现不同的功能：如Al2O3陶瓷材料，拉成单晶时为人造宝石；烧结成多晶时常用作集成电路基板材料、透光陶瓷等；多孔质化时是催化剂的良好载体与过滤材料；纤维化时为良好的绝热保温材料。三、功能材料的分类表16-1功能材料分类四、功能材料的发展1.多功能化实现功能材料多功能化的重要途径，是利用各种新技术、新工艺来改变材料的结构形态，进一步丰富现有材料的功能并扩大新型功能材料的应用。2.功能复合化材料性能之间的转换是一个普通现象，而材料复合是材料制备的重要手段，通过材料复合和性能转换耦合，可以产生与原材料不同的新功能效应，见表16-2。3.智能化智能化是功能材料发展的高级阶段。4.发展功能材料的新概念、新设计和新工艺提出的新概念有梯度化、低维化、分子组装、超分子化和生物分子化等，新设计有分子设计、化学模式识别设计、非平衡态设计等，新工艺有离子注入、分子束外延、生物技术等。第二节电功能材料一、导电材料二、电阻材料三、电接点材料一、导电材料(一)常用导电金属材料(二)厚膜与薄膜导体布线材料(三)导电高分子材料(四)超导电材料(一)常用导电金属材料表16-3高导电纯铜与高铜合金的品种和性能表16-􀰊4导电纯铝和铝合金的品种和性能(二)厚膜与薄膜导体布线材料(三)导电高分子材料(四)超导电材料二、电阻材料(一)精密电阻材料(二)膜电阻材料(一)精密电阻材料(二)膜电阻材料三、电接点材料(一)强电接点材料(二)弱电接点材料(三)复合接点材料(一)强电接点材料(二)弱电接点材料(三)复合接点材料第三节磁功能材料一、软磁材料二、硬磁材料(永磁材料)三、磁致伸缩材料四、磁性液体一、软磁材料(一)电工纯铁(二)铁硅合金(电工硅钢片)(三)铁镍合金(通称坡莫合金Permalloy)(四)铁钴合金(五)非晶、微晶和纳米晶软磁材料(一)电工纯铁(二)铁硅合金(电工硅钢片)(三)铁镍合金(通称坡莫合金Permalloy)(四)铁钴合金(五)非晶、微晶和纳米晶软磁材料二、硬磁材料(永磁材料)1.淬火磁钢在wc＝1.0%左右的碳钢中加入Cr、W、Mo、Al等元素制成铬钢(2J63)、钨钢(2J64)、铬钴钢(2J65)等。2.析出硬化铁基合金以α-Fe为基弥散析出金属间化合物FemXn(X代表Co、W、Mo、V等)来提高硬磁性能，包括FeCoW(2J51)、FeCoMo(2J25)等。3.铝镍钴系和铁铬钴系合金铝镍钴系硬磁合金以高剩磁为主要特征，常见牌号有LN10、LNG40(GB4753—1984)。4.铁氧体硬磁材料主要包括钡铁氧体(BaO·6Fe2O3)和锶铁氧体(SrO·6Fe2O3)两种，常用牌号有Y10T、Y25BH等。二、硬磁材料(永磁材料)5.稀土硬磁材料此类材料是以稀土金属RE(主要是钐Sm、钕Nd、镨Pr)和过渡族金属TM(主要是钴Co、铁Fe)为主要成分制成，通常分为三代：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.粘结硬磁材料大多数硬磁材料都较脆、加工性能较差，为此而开发的粘结硬磁材料是将磁性粉末用高分子材料或低熔点金属粘结起来，制成各种形状尺寸的磁体，如冷库和电冰箱门框密封条、静电复印机和传真机中的磁辊、工件固定吸盘、磁轴承等。三、磁致伸缩材料四、磁性液体第四节热功能材料一、发热材料二、膨胀合金三、热双金属一、发热材料(一)金属发热材料(二)陶瓷发热材料(一)金属发热材料(二)陶瓷发热材料二、膨胀合金(一)低膨胀合金(因瓦合金)(二)定膨胀合金(可伐合金)(三)高膨胀合金(一)低膨胀合金(因瓦合金)(二)定膨胀合金(可伐合金)(三)高膨胀合金三、热双金属(1)普通型(常用型)。(2)高敏感型。(3)高温型。(4)低电阻率型。(5)耐蚀型。(6)低温型。第五节传感器用敏感材料一、热敏材料(温敏材料)二、湿敏材料与气敏材料三、力敏材料四、声敏材料五、光敏材料一、热敏材料(温敏材料)表16-5PTC热敏材料的应用二、湿敏材料与气敏材料(1)电解质系。(2)有机物系。(3)金属系。(4)氧化物陶瓷系。三、力敏材料四、声敏材料五、光敏材料第六节智能材料与结构一、形状记忆材料二、电/磁流变体材料三、高分子人工肌肉材料四、环境敏感高聚物五、自组装基础智能材料六、智能变色材料七、光纤智能材料一、形状记忆材料表16-􀰊6形状记忆合金的应用二、电/磁流变体材料(1)分散相。(2)连续相。(3)稳定剂。(4)活化剂。三、高分子人工肌肉材料四、环境敏感高聚物五、自组装基础智能材料六、智能变色材料七、光纤智能材料