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材料科学（第1页）

材料科学

◆金属新材料——锂

锂是瑞典科学家阿尔弗德松于1817年发现的，直到20世纪中期才受到普遍重视。20世纪80年代以来，锂的新用途被不断发现，其用量的增长率每年都保持在10％以上。锂是最轻的金属，有人形容，如果用锂制作一架飞机，两个人就可以把它抬走。利用锂做成的锂合金，具有重量轻、强度高、耐高温、耐冲击的优点，还有阻止高速辐射粒子穿透的能力。因此，锂是研制人造天体的理想材料。

◆镍——钛合金材料

20世纪60年代初，美国科学家偶然发现镍－钛合金具有形状记忆效应。在一定的温度下，给它一个固定的形状，当温度下降时，很容易把它变为另外一种形状；当回到原来温度时，它又会自动地恢复原来的形状，好像它能“记住”自己原来的形状。目前已发现具有“记忆”功能的合金多种，其中以1∶1的镍与钛组成的“镍钛诺”合金应用最广。美国海军把“镍钛诺”记忆合金用在飞机液压系统的接头上，尽管价格较昂贵，但从未发生过漏油或破损现象，效果很好。

◎强劲的锂电池。

◆精密陶瓷

精密陶瓷属于无机非金属新材料，又叫精细陶瓷、特种陶瓷等。日用陶瓷主要是用粘土、硅石熔烧而成。精密陶瓷则由极纯的硅、铝、碳、氮等元素的化合物的超细粉末烧结而成。由于成分和结构有很大改进，所以精密陶瓷具有强度高、耐高温、耐腐蚀、透光性好等优良性能。

◆金属瓷发动机

近年来，用精密陶瓷制成的“全陶瓷发动机”已经问世。这种发动机能把气缸工作温度提高几百摄氏度，因而能提高热效率、节约燃料、延长使用寿命。同时由于取消了冷却水系统，更适合在高寒地带、沙漠地带及缺少水源等恶劣环境下使用。它的研制被认为是热机工业的一场革命。目前，世界上只有美、日、中等少数国家研制成功并投入实用试验。21世纪初，陶瓷发动机将达到实用化、商业化。

◆电子材料

电子材料是指在电子技术和微电子技术中使用的材料，包括半导体材料、介电、压电、铁电及磁性材料等。其中最重要的是半导体材料，而硅单晶是主要的半导体材料。硅的主要特性是机械强度高、结晶性好，自然界中储量丰富、成本低，并且可以拉制大尺寸的硅单晶，所以它是大规模集成电路的基石。近年来，低电耗、具有光电效应的化合物砷化镓很可能成为继硅之后第二种最重要的半导体材料，它可作为制造高速计算机的关键材料和成为激光光源。20世纪末，砷化镓材料已占半导体材料的1／3。

◎新型精密陶瓷发动机。

◆高性能工程塑料

塑料自20世纪初问世以来，发展极为迅速，是有机高分了材料中的·支主力军。1979年美国的塑料年产量（容积）首次超过了钢。尽管如此，塑料新品种仍不断涌现。如近年来开发出的高性能工程塑料，具有重量轻、强度高、耐磨损、不生锈、成本低的优点，将在汽车工业塑料化的进程中显示出良好的应用前景。

◆高分子材料

高分子材料也叫高分子聚合物，就是由高分子组成的化合物。在我们日常生活中，高分子材料随处叮见，比如丝、麻等物质，它们的分子量高达几万至几十万，甚至上百万。我们平时食用的粮食、蔬菜、鱼、肉也都是高分子材料，它的分子依照一定的方式连接而成的大分子，很像一根长长的链条，分了之问相互绕结，紧密贴近。因此，分子之间结合得十分紧密，很难将它们分开，又小易断裂，这止是高分子材料结实、耐用、弹性大的原因。

人工合成的高分子材料制品被广泛应用于现代社会的各个生产、生活部门。

◆高吸水性树脂

高吸水性树脂是近年来开发研究和应用的高科技产品。高吸水性树脂无毒无味尢色，具有松散网状结构，含有低联系、强吸水基团的功能高分子材料。产品具有广泛的用途，无论是农、林、园艺、石油化学工业、日用品化学工业还是建筑材料工业、医疗卫生、交通运输等都在应用。现已渗入到各个领域，特别是在农业上，用来拌种、育苗和作土壤的保湿剂，油井和建筑工程的堵水剂。高吸水树脂使用量最大的是儿童尿布、病床衬垫、卫生用品等。

◆高分子粘合剂

高分子粘合剂可以把不同的材料牢固地粘结在一起，甚至比某些材料本身还结实，所以又称万能胶粘剂。它特别适合飞机和宇宙飞船的金属部件的粘合，可改变过去一直采用的传统的铆、焊连接工艺，既方便，又减轻了飞机的重量。

◆新型复合材料

玻璃钢、碳纤维、陶瓷复合材料是近年来发展较快的新型复合材料。这三类新型复合材料具有强度高、耐高温、耐腐蚀、刚性好、重量轻等优良性能。因此适应了航空、航天等高新技术产业的需要，受到航空、航天界的欢迎。

◎有记忆能力的合金

◆金属泡沫材料

20世纪80年代后期，国际上迅速兴起了一种物理功能与结构一体化的新型工程材料，它就是金属泡沫或金属多孔材料。它所具备的多种优异物理性能特别是阻尼性能已引起广泛关注，并在消声、减震、分离工程、催化载体、屏蔽防护、吸能缓冲等一些高技术领域获得了厂一泛应用。金属泡沫材料因为具有以上优点而受到科学家和国防工业部门的高度重视。90年代起，民用工业，尤其是建筑业已开始组织生产，目前日本已上市供应大块泡沫铝材。

◆隐形材料

隐形材料又称隐身材料、吸波材料、吸收屏蔽性功能复合材料。它是由吸波材料与有机或无机胶粘剂按一定工艺制成的复合材料。高损耗吸波材料有铁氧体、羧基铁、碳黑及导电金属纤维材料等，也有用辉绿岩屑在水蒸气中加热到1050℃再急冷粉碎制得的粉末。胶粘剂可采用油漆、橡胶、塑料、磷酸盐、水玻璃及水泥等。主要用作飞机、导弹等表面涂层或结构材料，用以摆脱雷达和红外探测器吸波材料的颗粒很小，电磁波碰到它以后，就在小颗粒之间形成多次不规则的反射，转化成热能被吸收了。这样，对方雷达就收不到反射波，也就发现不了飞行器。

◎新型材料铸件的追踪。

◆记忆合金

当我们用力将一根铁丝折弯，超过一定的程度后，它就不会再恢复到原来的状态了，而只是保持变形后的状态。但是，记忆合金经过一定的塑性变形后，能在一定的条件下，比如再给它加热，它就会自动地恢复到原来的形状。那么，这种记忆合金为什么会具有这样的本领呢?这是因为受力时合金的内部组织为菱形晶格（处在这种状态的合金具有一定的记忆变形的能力）。而在加热时，合金内部组织就转变到受力前的正方形晶格的状态，从而恢复了原来的形状。这有点像是在拉弹簧，只要是不超过弹簧的弹性形变的范围，弹簧总能够恢复到原来的状态。记忆合金已在工业生产、航天、家电、医疗等各方面都得到了广泛的应用。

◆激光晶体

激光晶体是一种非常重要的晶体，它吸收足够的能量之后能发出激光，所以这种晶体叫做激光晶体。

现在人们已研制出数百种激光晶体。其中，红宝石晶体是最引人注目0的一种。美国科学家梅曼曾在1960年利用这种晶体获得了一项举世瞩目的重大科学成就——研制出世界上第一台激光器。

◎抗冲击的汽车新型材料

今天，这些激光晶体在军事技术、宇宙探索、医学、化学等众多领域内都已得到了广泛的应用。例如，激光电视、激光彩色立体电影、激光雷达、激光手术刀等都是激光晶体在这些领域内成功应用的结果。又如水中通信，由于海水对红光产生强烈的吸收，而对蓝、绿光则吸收得较少。因此，蓝、绿光在海水中能够传播较远的距离。利用这一特性，人们就可以利用激光晶体产生的蓝、绿光进行水中通信和探索。

◆半导体晶体

由半导体晶体硅和锗做成的各利晶体管，取代了原来的电子管，在无线电子工业上有着极其广泛的应用。它们的出现使电子产品的体积大大獭小，成本大幅度降低。此外，光纤通讯技术也离不开半导体晶体。利用这种晶体做光源，人们就能在一根头发丝般的光导纤维中传递几十万路电话或几千路电视，从而大大提高了信息传递的数量和质量。