金屬材料與熱處理(2)-資料下載頁

　　

【正文】 一些微量的汞蒸氣，先藉由氣體放電釋放出紫外光，再由燈管內表面上的螢光物質吸收后釋放出可見光。 然而這個過程所消耗的電能只有約 60％轉換為光能，其他的則變為熱能而浪費掉，而廢棄的日光燈管會造成汞污染，也令人詬病。 因此綠色環保的白光發光二極體用于未來照明的可能性，乃引起廣泛的注意。 朱明工作室 授人以魚不如授人以漁 日本日亞化學公司于 1996年推出“ 以藍光 LED激發釔鋁石榴石螢光粉產生黃色螢光，黃色螢光再與藍光混合成白光 ”的新技術，開啟了 LED邁入照明市場的序幕。 這種 YAG螢光粉就是一種陶瓷粉末。 當螢光物質受光或電子刺激后，其內電子由高能階的激發狀態回到原有的低能階狀態時，能量以光的形式輻射出來，稱為“光致發光”。 而不同的螢光陶瓷粉末受光激發后發出的光的顏色也不同，研發新型且具高發光效率的螢光粉是目前 LED發展的目標之一。 朱明工作室 授人以魚不如授人以漁 日本物質材料研究機構于 2022年發展出以氧氮化合物為主的螢光材料，這個 α ?SiAlON的螢光物質保有賽?。?SiAlON）結構抗氧化、抗腐蝕及熱穩定的性質，不會因長時間使用導致熱衰變使得放出的光色變弱，且放出的光色較為溫暖，未來可應用于護眼臺燈、寒帶地區照明設施、街道的路燈或美術展覽館的光源，使螢光陶瓷材料邁入一個新的里程碑！ 朱明工作室 授人以魚不如授人以漁 二、 復合材料 把兩種或兩種以上不同性質或不同結構的材料以微觀或宏觀的形式組合在一起而形成的材料，通過這種組合來達到進一步提高材料性能的目的。包括： ； ； 。 玻璃纖維增強高分子復合材料 朱明工作室 授人以魚不如授人以漁 復合材料的性能特點 ： ； ； ，耐磨性和較強的減振能力； ，抗蠕變能力強； ； 。 朱明工作室 授人以魚不如授人以漁 復合材料，是以一種材料為基體，另一種材料為增強體組合而成的材料。各種材料在性能上互相取長補短，產生“協同效應”，使復合材料的綜合性能優于原組成材料而滿足各種不同的要求。復合材料的發明來源于復合思想： ； ； ； 。 復合材料的基體材料分為金屬和非金屬兩大類。 金屬基體常用的有鋁、鎂、銅、鈦及其合金。 非金屬基體主要有合成樹脂、橡膠、陶瓷、石墨、碳等。 增強材料主要有玻璃纖維、碳纖維、硼纖維、芳綸纖維、碳化硅纖維、石棉纖維、晶須、金屬絲和硬質細粒等。 朱明工作室 授人以魚不如授人以漁 復合材料使用的歷史可以追溯到古代。從古至今沿用的稻草增強粘土和已使用上百年的鋼筋混凝土均由兩種材料復合而成。 20世紀 40年代，因航空工業的需要，發展了玻璃纖維增強塑料（俗稱玻璃鋼），從此出現了復合材料這一名稱。 50年代以后，陸續發展了碳纖維、石墨纖維和硼纖維等高強度和高模量纖維。 70年代出現了芳綸纖維和碳化硅纖維。這些高強度、高模量纖維能與合成樹脂、碳、石墨、陶瓷、橡膠等非金屬基體或鋁、鎂、鈦等金屬基體復合，構成各具特色的復合材料。 朱明工作室 授人以魚不如授人以漁 復合材料按其組成分為金屬與金屬復合材料、非金屬與金屬復合材料、非金屬與非金屬復合材料。按其結構特點又分為： ① 纖維復合材料 。將各種纖維增強體置于基體材料內復合而成。如纖維增強塑料、纖維增強金屬等。 ② 夾層復合材料 。由性質不同的表面材料和芯材組合而成。通常面材強度高、??；芯材質輕、強度低，但具有一定剛度和厚度。分為實心夾層和蜂窩夾層兩種。 ③ 細粒復合材料 。將硬質細粒均勻分布于基體中，如彌散強化合金、金屬陶瓷等。 ④ 混雜復合材料 。由兩種或兩種以上增強相材料混雜于一種基體相材料中構成。與普通單增強相復合材料比，其沖擊強度、疲勞強度和斷裂韌性顯著提高，并具有特殊的熱膨脹性能。分為層內混雜、層間混雜、夾芯混雜、層內／層間混雜和超混雜復合材料。 朱明工作室 授人以魚不如授人以漁 60年代，為滿足航空航天等尖端技術所用材料的需要，先后研制和生產了以高性能纖維（如碳纖維、硼纖維、芳綸纖維、碳化硅纖維等）為增強材料的復合材料，其比強度大于 4 106cm，比模量大于 4 108cm。為了與第一代玻璃纖維增強樹脂復合材料相區別，將這種復合材料稱為先進復合材料。 按基體材料不同，先進復合材料分為樹脂基、金屬基和陶瓷基復合材料。其使用溫度分別達 250～ 350℃ 、350～ 1200℃ 和 1200℃ 以上。 先進復合材料除作為結構材料外，還可用作功能材料，如梯度復合材料 (材料的化學和結晶學組成、結構、空隙等在空間連續梯變的功能復合材料 )、機敏復合材料（具有感覺、處理和執行功能，能適應環境變化的功能復合材料）、仿生復合材料、隱身復合材料等。 朱明工作室 授人以魚不如授人以漁 復合材料中以纖維增強材料應用最廣、用量最大。其特點是比重小、比強度和比模量大。 例如碳纖維與環氧樹脂復合的材料，其比強度和比模量均比鋼和鋁合金大數倍，還具有優良的化學穩定性、減摩耐磨、自潤滑、耐熱、耐疲勞、耐蠕變、消聲、電絕緣等性能 。石墨纖維與樹脂復合可得到膨脹系數幾乎等于零的材料。 纖維增強材料的另一個特點是各向異性，因此可按制件不同部位的強度要求設計纖維的排列 。以碳纖維和碳化硅纖維增強的鋁基復合材料，在 500℃ 時仍能保持足夠的強度和模量。 朱明工作室 授人以魚不如授人以漁 碳化硅纖維與鈦復合，不但鈦的耐熱性提高，且耐磨損，可用作發動機風扇葉片。碳化硅纖維與陶瓷復合，使用溫度可達 1500℃ ，比超合金渦輪葉片的使用溫度（ 1100℃ ）高得多。碳纖維增強碳、石墨纖維增強碳或石墨纖維增強石墨，構成耐燒蝕材料，已用于航天器、火箭導彈和原子能反應堆中。 非金屬基復合材料由于密度小，用于汽車和飛機可減輕重量、提高速度、節約能源。用碳纖維和玻璃纖維混合制成的復合材料片彈簧，其剛度和承載能力與重量大 5倍多的鋼片彈簧相當 。 朱明工作室 授人以魚不如授人以漁 復合材料的成型方法按基體材料不同各異。樹脂基復合材料的成型方法較多，有手糊成型、噴射成型、纖維纏繞成型、模壓成型、拉擠成型、熱壓罐成型、隔膜成型、遷移成型、反應注射成型、軟膜膨脹成型、沖壓成型等。 金屬基復合材料成型方法分為固相成型法和液相成型法。 前者是在低于基體熔點溫度下，通過施加壓力實現成型，包括擴散焊接、粉末冶金、熱軋、熱拔、熱等靜壓和爆炸焊接等。 后者是將基體熔化后，充填到增強體材料中，包括傳統鑄造、真空吸鑄、真空反壓鑄造、擠壓鑄造及噴鑄等、陶瓷基復合材料的成型方法主要有固相燒結、化學氣相浸滲成型、化學氣相沉積成型等。 朱明工作室 授人以魚不如授人以漁 復合材料的主要應用領域有： ① 航空航天領域 。由于復合材料熱穩定性好，比強度、比剛度高，可用于制造飛機機翼和前機身、衛星天線及其支撐結構、太陽能電池翼和外殼、大型運載火箭的殼體、發動機殼體、航天飛機結構件等。 ② 汽車工業 。由于復合材料具有特殊的振動阻尼特性，可減振和降低噪聲、抗疲勞性能好，損傷后易修理，便于整體成形，故可用于制造汽車車身、受力構件、傳動軸、發動機架及其內部構件 。 朱明工作室 授人以魚不如授人以漁 ③ 化工、紡織和機械制造領域 。有良好耐蝕性的碳纖維與樹脂基體復合而成的材料，可用于制造化工設備、紡織機、造紙機、復印機、高速機床、精密儀器等。 ④ 醫學領域 。碳纖維復合材料具有優異的力學性能和不吸收 X射線特性，可用于制造醫用 X光機和矯形支架等。碳纖維復合材料還具有生物組織相容性和血液相容性，生物環境下穩定性好，也用作生物醫學材料。此外，復合材料還用于制造體育運動器件和用作建筑材料等。 朱明工作室 授人以魚不如授人以漁 簡介克維拉 克維拉這種新材質是混合了克維拉 174。 基漿的種彈性聚合物，是杜邦 ? 克維拉的高效能纖維，最廣為人知的是其防彈功能，還有應用在各種橡膠產品上的重要改良，例如汽車、摩托車、自行車輪胎，軟管、輸送皮帶，封膠及墊圈，橡膠輥，幫浦襯套，膜片等。 杜邦 ? 克維拉屬于高強度聚醯氨有機纖維，獨具結合高強度而輕巧，高防護而舒適的特性。 在等重的情況下，克維拉比不銹鋼的強度高五倍，并提供可靠的性能和結實的強度。 在在固定性高的分子結構下，克維拉 174。 亦提供了不只單一的性能，例如保溫及高抗危險性，甚至可抗高溫達 800 ℉ ?？司S拉在防彈及防刀的個人防御應用，超過 3000 位警官在可能致命或重度殘障的風險下挽回生命及健康，因為他們穿著了克維拉 174。制作的個人防御裝備。除此之外，自從 1991 年波灣戰起，每位美國陸軍士兵都配戴杜邦克維拉的頭盔。 克維拉的高度可應用性，使得現今克維拉的應用范圍相當廣泛，例如從防彈背心到防砍手套，以及防爆破、防焰等裝備。 朱明工作室 授人以魚不如授人以漁 三 、 下面簡介超導材料 1908年，荷蘭物理學家品納斯首次成功地把稱為“永久氣體”的氮液化，因而獲得 的低溫源，為超導準備了條件，三年后即 1911年，在測試純金屬電阻率的低溫特性時，他又發現，汞的直流電阻在 （ ℃ ）時突然消失，多次精密測量表明，汞柱兩端壓降為零，他認為這時汞進入了一種以零阻值為特征的新物態，并稱為“超導態”。 品納斯在 1911年 12月 28日宣布了這一發現。但此時他還沒有看出這一現象的普遍意義，僅僅當成是有關水銀的特殊現象。后來，他才發現：許多金屬和合金都具有與上述汞相類似的低溫下失去電阻的特性。 朱明工作室 授人以魚不如授人以漁 邁斯納效應 邁斯納效應又叫完全抗磁性， 1933年邁斯納發現，超導體一旦進入超導狀態，體內的磁通量將全部被排出體外，磁感應強度恒為零，且不論對導體是先降溫后加磁場，還是先加磁場后降溫，只要進入超導狀態，超導體就把全部磁通量排出體外。 N N S S 注： S表示超導態 N表示正常態 朱明工作室 授人以魚不如授人以漁 觀察邁納斯效應的磁懸浮試驗 在錫盤上放一條永久磁鐵，當溫度低于錫的轉變溫度時，小磁鐵會離開錫盤飄然升起，升至一定距離后，便懸空不動了，這是由于磁鐵的磁力線不能穿過超導體，在錫盤感應出持續電流的磁場，與磁鐵之間產生了排斥力，磁體越遠離錫盤，斥力越小，當斥力減弱到與磁鐵的重力相平衡時，就懸浮不動了。 朱明工作室 授人以魚不如授人以漁 逐漸增大磁場到達一定值后，超導體會從超導態變為正常態，把破壞超導電性所需的最小磁場稱為 臨界磁場 ，記為 Hc。 有經驗公式： Hc(T)=Hc(0)(1T2/Tc2) 正常態 H Hc(0) Tc T 臨界磁場 超導態 朱明工作室 授人以魚不如授人以漁 臨界電流 超導體無阻載流的能力也是有限的，當通過超導體中的電流達到某一特定值時，又會重新出現電阻，使其產生這一相變的電流稱為 臨界電流 ，記為 Ic。目前，常用電場描述 Ic(V) ，即當每厘米樣品長度上出現電壓為1?V時所輸送的電流。 Ic(V) I V 失超 朱明工作室 授人以魚不如授人以漁 1913年品納斯在諾貝爾領獎演說中指出：低溫下金屬電阻的消失“不是逐漸的，而是突然的”，水銀在4． 2K進入了一種新狀態，正由于它的特殊導電性能，所以稱為“超導態” 1986年 1月 在美國國際商用機器公司設在瑞士蘇黎世實驗室中工作的科學家柏諾茲和繆勒，首先發現鋇鑭銅氧化物是高溫超導體，將超導溫度提高到 30K；緊接著，日本東京大學工學部又將超導溫度提高到 37K。 朱明工作室 授人以魚不如授人以漁 1987年 1月初 日本川崎國立分子研究所將超導溫度提高到43K；不久日本綜合電子研究所又將超導溫度提高到 46K和 53K。中國科學院物理研究所由趙忠賢、陳立泉領導的研究組，獲得了 48． 6K的鍶鑭銅氧系超導體，并看到這類物質有在 70K發生轉變的跡象。 1987年 2月 16日 美國國家科學基金會宣布，朱經武與吳茂昆獲得轉變溫度為 98K的超導體。