0金属功能材料-绪论
金属功能材料
液相急冷法是一种制备金属功能材料的方法， 通过将熔融的金属迅速冷却，制备出具有所需 性能和结构的金属功能材料。
液相急冷法可以通过控制冷却速度和冷却方式， 实现材料的优化设计和制造，提高材料的性能和 可靠性。
03 金属功能材料的性能优化
合金化
总结词
合金化是金属功能材料性能优化的重要手段之一，通过添加合金元素，可以改变材料的物理、化学和机械性能。
01
03
熔炼法具有生产效率高、成本低、可加工大尺寸和复 杂形状等特点，是制备金属功能材料的重要手段之一。
04
熔炼法可以通过控制熔炼温度、熔炼时间和冷却速度 等参数，实现材料的优化设计和制造，提高材料的性 能和可靠性。
化学沉积法
化学沉积法是一种制备金属功 能材料的方法，通过化学反应 将金属离子还原成金属原子， 并在基材表面沉积形成金属功
金属功能材料
目录
CONTENTS
• 金属功能材料概述 • 金属功能材料的制备技术 • 金属功能材料的性能优化 • 金属功能材料的典型应用 • 金属功能材料的环境影响与可持续发展 • 金属功能材料的研究前沿与展望
01 金属功能材料概述
定义与分类
定义
金属功能材料是指具有特定物理或化 学功能的材料，这些功能包括但不限 于磁性、导电性、超导性、热敏性、 光敏性和催化性等。
性能、物理性能和化学性能的复合材料。
低成本化
总结词
低成本化是金属功能材料的另一个重要发展方向，旨在 通过降低生产成本、提高资源利用率等方式，降低金属 功能材料的应用成本。
详细描述
金属功能材料的生产成本较高，限制了其在一些领域的 应用。为了扩大金属功能材料的应用范围，研究者们致 力于降低其生产成本。例如，通过优化制备工艺、开发 低成本原料、提高资源利用率等方式，可以降低金属功 能材料的生产成本。此外，通过回收再利用废旧金属材 料，也可以降低金属功能材料的成本。
金属功能材料-绪论
《功能材料学概论》
1995
四、关于本课程
绪论
4、徐婉棠 吴英凯编著 《固体物理学》 北京师范大学出版社 1990 5、程守洙 江之水编著 教育出版社 2001 《普通物理》
2、材料的分类 按性质和实际应用
绪论
能承受外加载荷而保持其形状和结 构稳定的材料，它具有优良的力学 性能（如我们学过的强度、刚度、 韧性、耐磨性、硬度、疲劳强度 等），在物件中起着“力能”的作 用。
结构材料
（structural materials)
材料
功能材料
(functional materials)
绪论
功能材料简介 金属功能材料的发展 关于本课程
一、功能材料简介 1、材料的地位
石器时代
绪论
人类进化与文明的标志
青铜时代
信息时代
铁器时代
一、功能材料简介 材料是现代文明的基石
现代文明
生物技术
绪论
材料与能源、信息 并列为现代科学技 术的三大支柱
信息技术
能源技术 材料科学与工程
一、功能材料简介
（3）结构材料常以材料形式为最终产品，而功能 材料有相当一部分是以元器件形式为最终产品， 集材料元件一体化。
一、功能材料简介
绪论
（4）功能材料是。
（5）功能材料的制备技术不同于结构材料的传统 技术，而是采用许多先进的新工艺和新技术，如 急冷、超净、超微、超纯、薄膜化、集成化、微 型化、密集化、智能化以及精细控制和检测技术。
（3）加强基础，拓宽专业知识面，适应知识经济的发展 和科技术中各学科的融合穿插，增强对市场经济的适应 性。
四、关于本课程
3、参考书目
1、王正品 张路 要玉宏 化学工业出版社 2004
金属功能材料
金属功能材料
金属功能材料是一类具有特殊功能和性能的金属材料，广泛应用于各个领域。
它们不仅具有传统金属材料的优良性能，如强度高、导电性好等特点，还具有特殊的功能，如磁性、光学性能、导热性能等。
金属功能材料在现代工业、电子、航空航天等领域发挥着重要作用。
首先，金属功能材料的磁性能使其在电子领域得到广泛应用。
铁、镍、钴等金
属材料具有良好的磁性能，可以用于制造电磁铁、磁盘等电子产品。
此外，金属功能材料还可以用于制造磁性材料，如软磁材料、硬磁材料等，用于制造变压器、电感器等电子元器件，为电子产品提供了重要的材料基础。
其次，金属功能材料的光学性能也是其重要特点之一。
金属材料在光学方面具
有独特的性能，如金属玻璃、金属薄膜等材料可以用于制造反射镜、透镜等光学元件，广泛应用于激光器、光学仪器等光学设备中。
金属功能材料的光学性能为光学领域的发展提供了重要的支持。
另外，金属功能材料的导热性能也是其重要特点之一。
铜、铝等金属材料具有
良好的导热性能，可以用于制造散热器、导热片等散热元件，广泛应用于电子产品、汽车发动机等领域。
金属功能材料的导热性能为现代工业的发展提供了重要的支持。
总的来说，金属功能材料具有独特的功能和性能，广泛应用于电子、光学、工
业等各个领域。
随着科学技术的不断发展，金属功能材料的应用范围将会进一步扩大，为人类社会的发展进步提供更多的支持和保障。
相信在不久的将来，金属功能材料将会发挥更加重要的作用，为人类社会的发展做出更大的贡献。
金属功能材料课程教学大纲
金属功能材料课程教学大纲课程名称：金属功能材料课程编号：16118642学时/学分：40/2.5开课学期：6适用专业：材料科学与工程课程类型：专业方向选修课一、课程说明本课程是材料科学与工程专业的一门专业方向选修课，主要面对金属及功能材料方向。
本课程将系统介绍各种金属功能材料的基础理论、工艺原理和制造技术，并介绍各种材料的功能、应用范围及其发展现状与前景。
主要内容包括：贮氢合金、梯度功能材料、超导材料、纳米材料、非晶态材料、磁性材料、智能材料和薄膜材料等。
目的在于让学生使对各种金属功能材料有一个全面的了解，并能够接触一些材料科学的前沿领域和新的发展，掌握各种金属功能材料的基础知识、概念和工艺原理，为从事相关专业技术工作打下良好的基础，以提高学生参加生产实际工作的能力。
二、课程对毕业要求的支撑毕业要求1工程知识：具有数学、自然科学、工程基础和材料专业知识，并能够将其应用于解决本专业的复杂工程问题。
指标点1.5：掌握材料制备、生产、应用的基本原理和相关知识，并结合数学、自然科学、工程基础知识，用于解决本专业的复杂工程问题。
三、课程的教学目标1.掌握金属功能材料方面的基础知识、概念和工艺原理；2.了解各种功能材料的发展现状与前景；3.了解材料科学的前沿领域和新的发展。
三、课程基本内容和学时安排第一章绪论（2课时）知识点：功能材料发展、概念与分类，功能设计的原理和方法，功能材料的现状与展望；重点：功能材料的概念与分类；难点：功能设计的原理和方法。
第二章超导材料（5课时）知识点：超导现象及超导现象的发现，超导材料的基本性质，超导体的临界参数、两类超导体，超导材料的分类及性能，超导材料的应用；重点：超导材料的基本性质，超导体的临界参数、两类超导体，超导材料的分类及性能；难点：超导材料的基本性质，超导体的临界参数、两类超导体。
第三章贮氢合金（5课时）知识点：金属贮氢原理及优势，影响贮氢合金吸贮能力的主要因素，金属贮氢材料应具备的条件，贮氢合金分类及开发现状，金属贮氢材料的应用；重点：金属贮氢原理，金属贮氢材料应具备的条件，贮氢合金的分类；难点：金属贮氢原理。
金属材料学教学大纲-金属专业
金属材料学AScience of Metal Materials课程编号：07310410学分：3学时： 45 （其中：讲课学时：41 实验学时：4 上机学时：0 ）先修课程：金属学、金属组织控制原理、金属材料强韧化、材料力学性能适用专业：金属材料工程。
教材：《金属材料学》，戴起勋主编，化学工业出版社，2012 年9月第2版开课学院：材料科学与工程学院一、课程的性质与任务：《金属材料学》是一门综合性应用性较强的专业主干课，是金属材料工程专业的核心课程。
在金属学、金属组织控制原理及工艺和力学性能等课程的基础上，系统介绍金属材料合金化的一般规律及金属材料的成分、工艺、组织、性能及应用的关系。
通过课堂讲授、实验等教学环节，使学生系统掌握有关金属材料学方面的知识，培养学生研究开发和合理应用金属材料的初步能力。
二、课程的基本内容及要求绪论（金属材料的过去、现在和将来）：1．教学内容（1）金属材料发展简史（2）现代金属材料（3）金属材料的可持续发展与趋势2．基本要求了解金属材料在国民经济中的地位与作用、金属材料的发展概况和本课程的性质、地位和任务。
第一章钢的合金化原理1．教学内容（1）钢中的合金元素：合金元素和铁基二元相图；合金元素对Fe-C相图的影响；合金钢中的相组成；合金元素在钢中的分布；（2）合金钢中的相变：合金钢加热奥氏体化，合金过冷奥氏体分解；合金钢回火转变；（3）金元素对强度、韧度的影响及其强韧化；（4）合金元素对钢工艺性能的影响；（5）微量元素在钢中的作用（6）金属材料的环境协调性设计基本概念；（7）钢的分类、编号方法。
2．基本要求（1）掌握钢中合金元素与铁和碳的作用；铁基固溶体、碳（氮）化合物的形成规律；合金元素在钢中的分布；合金元素对铁-碳状态图的影响（2）了解钢的分类、编号方法（3）掌握合金元素对合金钢工艺过程的影响（4）掌握合金元素对合金钢力学性能的影响规律（5）理解微量元素在钢中的作用（6）了解材料的环境协调性设计基本概念第二章工程构件用钢1.教学内容（1）工程构件用钢的服役条件及性能要求（2）普通碳素工程构件用钢、低合金（含微合金化）钢的合金化原则和有关的低合金钢，双相钢（3）提高高低碳工程构件用钢性能的途径：控轧、控冷、合金化等，了解工程构件用钢的发展趋势2.基本要求（1）了解工程构件用钢的服役条件及性能要求（2）掌握普通碳素工程构件用钢、低合金（含微合金化）钢的合金化原则和有关的低合金钢，双相钢（3）理解提高高低碳工程构件用钢性能的途径：控轧、控冷、合金化等，了解工程构件用钢的发展趋势第三章机器零用钢1．教学内容（1）机器零件用钢一般性能要求（2）机器零件用钢：调质钢、弹簧钢、低碳马氏体钢、轴承钢、高锰耐磨钢、渗碳钢、氮化钢、非调质钢等合金化原则和性能及其典型钢种（3）（超高强度钢简介）（4）理解典型机器零件用钢的选材思路和发展2．基本要求（1）掌握机器零件用钢一般服役条件及性能要求（2）掌握常用机器零件用钢的合金化原则和性能及其典型钢种（3）了解超强度钢（4）理解典型机器零件用钢的选材思路和发展第四章工具用钢1．教学内容（1）工具用钢的合金化、组织性能的特点及分类（2）低合金刃具钢的合金化，热处理特点，典型钢种。
《功能材料概论》课件
固相反应法通常涉及将固体原料混合 、研磨并在高温或高压下进行反应。 该方法具有操作简单、设备成本低等 优点，但反应时间较长，且不易控制 产物成分和纯度。
化学气相沉积法
总结词
化学气相沉积法是一种利用气态化学反应在固体表面沉积功能材料的方法。
详细描述
化学气相沉积法通过将气态反应剂引入反应室，在基体表面发生化学反应并形 成固态沉积物。该方法可制备出高纯度、高致密度的功能材料，但设备成本较 高，且工艺参数较难控制。
固体氧化物燃料电池
固体氧化物燃料电池是一种高温燃料电池，其工作原理 是利用氢气、天然气或生物质等燃料和氧气反应产生电 能。固体氧化物燃料电池具有高效率和低污染等优点。
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《功能材料概论》课件
目录
• 功能材料的分类与特性 • 功能材料的制备技术 • 功能材料的性能与应用 • 功能材料的未来发展与挑战 • 案例分析：功能材料在新能源领域的应用
01 功能材料的分类与特性
金属ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ能材料
金属功能材料是指具有特殊物理或化 学性能的金属材料，如导电性、超导 性、磁性、热敏性等。
磁学性能与应用
总结词
功能材料的磁学性能是指其在磁场作用下的性质和行为，包括磁导率、磁化强度、磁致伸缩等。
详细描述
磁导率是指材料对磁场的导磁能力，磁化强度是指材料在磁场作用下的磁化程度，磁致伸缩是指材料 在磁场作用下尺寸发生变化的性质。这些磁学性能在磁记录、磁流体、磁悬浮等领域有着广泛的应用 ，如硬盘、磁带、磁传感器等。
功能材料的环境友好性
总结词
随着环保意识的日益增强，功能材料的环境友好性成 为研究重点，通过降低材料的环境负荷，实现可持续 发展。
金属功能材料
金属功能材料
金属功能材料是一种具有特殊功能的金属材料，它不仅具有传统金属材料的优
良性能，还具有一定的功能特性，能够在特定环境或条件下发挥特殊的功能作用。
金属功能材料在现代工业生产和科学研究中具有广泛的应用，其种类繁多，功能各异，为人类社会的发展做出了重要贡献。
首先，金属功能材料可以根据其功能特性分为多种类型，如形状记忆合金、磁
性材料、光学材料、导电材料等。
形状记忆合金是一种具有记忆形状功能的金属材料，可以在外力作用下发生形状变化，并在去除外力后恢复原状。
磁性材料具有磁性，可以用于制造电磁设备和磁性存储器件。
光学材料具有特殊的光学性能，可用于制造光学器件和光学仪器。
导电材料具有良好的导电性能，可用于制造导线、电路板等。
其次，金属功能材料具有广泛的应用领域。
形状记忆合金可以用于医疗器械、
航空航天、汽车制造等领域。
磁性材料可以用于制造电机、变压器、传感器等电磁设备。
光学材料可以用于制造光学镜片、激光器件、光纤通信等光学器件。
导电材料可以用于制造电线、电缆、电子元器件等。
此外，金属功能材料的研发和应用对于推动科技创新和产业发展具有重要意义。
通过对金属功能材料的研究，可以不断开发出具有新功能、新特性的金属材料，满足不同领域的需求。
金属功能材料的应用也促进了相关领域的技术进步和产业升级，推动了经济的发展和社会的进步。
总的来说，金属功能材料作为一种具有特殊功能的金属材料，在现代社会具有
重要的地位和作用。
随着科学技术的不断进步和发展，金属功能材料必将在更广泛的领域得到应用，为人类社会的发展做出新的贡献。
金属材料学绪论
1.2 钢的合金化
1、形成铁基固溶体 1）置换固溶体
1.2 钢的合金化
合金元素的固溶规律， 即Hume-Rothery规律
决定组元在置换固溶体中的溶解度因素 是点阵结构、原子半径和电子因素，无限 固溶必须使这些因素相同或相似。
1.2 钢的合金化
1.2 钢的合金化
结 论
2）间隙固溶体
1.2 钢的合金化
1.3 合金元素对钢的相变影响
4、对奥氏体晶粒长大的影响 1）Ti、Nb、V↓↓，W、Mo↓晶粒长大； 由于形成的碳化物或氮化物稳定性高，高温时不溶解，可
钉扎晶界；若溶解于奥氏体中，则会↑Fe原子间的结合力， ↓Fe的自扩散系数，↓奥氏体晶粒长大。
2）C、N、B↑晶粒长大； 由于它们溶于奥氏体后会↓铁原子的自扩散激活能。
A形成元素Ni、Mn等使γ-Fe区扩大→钢在室温下也 为奥氏体——奥氏体钢；
F形成元素Cr、Si等使γ-Fe区缩小→钢在室温下也 为铁素体——铁素体钢。
1.1 合金元素对铁碳相图的影响
a) Cr对相区的影响
b) Mn对相区的影响
1.2 钢的合金化
一、合金元素在钢中的存在形式
1．形成铁基固溶体 2．形成合金渗碳体（碳化物）与氮化物 3．形成金属间化合物 4．形成非金属相（非碳化合物）及非晶体相 5. 自由态
原因：形成了一部分不溶于奥氏体中的特殊碳化物，固定了钢 中一部分碳，使奥氏体碳含量下降，必须再增加一部分碳才能发 生共析转变。
1.1 合金元素对铁碳相图的影响
四、对A1、A3温度的影响
A形成元素Ni、Mn等使A1（A3）线向下移动； F形成元素Cr、Si等使A1（A3）线向上移动。
五、对γ-Fe相区的影响
金属材料学
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二、金属功能材料
1、发展 三个阶段：
绪论
a)50年代中～70年代 传统的金属功能材料 精密合金
(1)软磁合金 （2）永磁合金 （3）弹性合金（4）膨胀合金 (5)热双金属（6）精密电阻
b)70～80年代 精密合金大市场， 新材料涌现
非晶态合金、稀土永磁、贮氢材料等
c)80年代末至今 新型金属功能材料迅速发展 非晶微晶材料、稀土永磁材料、纳米晶材料、贮氢合金和电池 等。而形状记忆合金、生物材料、磁记录（磁光、磁电阻、巨 磁电阻）材料、薄膜和多层膜材料、高温超导材料等取得大量 成果。
(2)按功能分类：
物理（如光、电、磁、声、热等）、化学（如感光、催化、含 能、降解等）、生物（如生物医药、仿生等）和核功能材料
(3)按凝聚态分类： 气态、液态、固态、液晶态和混合态功能材料
(4)按用途分类： 电子、航空、航天、兵工、建筑、医药、包装等材料
(5)按材料形态分类：
体积、膜，纤维和颗粒等功能材料
2、材料的分类
按性质和实际应用
绪论
材料
结构材料
能承受外加载荷而保持其形状和结
构稳定的材料，它具有优良的力学
（structural materials) 性能（如我们学过的强度、刚度、
韧性、耐磨性、硬度、疲劳强度
等），在物件中起着“力能”的作
用。
具有一种或几种特定功能的材料，
功能材料 它具有优良的物理、化学和生物或
三、金属功能材料
2、研究开发方向
绪论
（1）国际：
国际近期开发成功并投入应用的金属功能材料有： 非晶微晶合金、稀土永磁合金、隐身材料、储氢材料和 在电池中的应用、磁致伸缩材料以及形状记忆合金等
正大力研究开发的有： 薄膜材料、高温超导材料、超细粉末及阻尼减震合金等。
另外，电子信息方面的应用如集成电路芯片、计算机、 高清晰度电视机、通讯设备及磁光记录等用材均在飞 速发展中。
三、金属功能材料
绪论
（2）国内：
“七五”和“八五”期间 音响和彩电
“九五”期间 微电子、通讯、国民经济信息化工程等电子产 品
“十五”乃至2010年 高清晰电视、汽车电子、信息高速公路
此外，能源、环保、交通、医疗设备等领域
三、金属功能材料
绪论
四、关于本课程
1、主要内容
✓1 电性材料 ✓2 磁性材料 ✓3 超导材料 ✓4 贮氢材料 ✓5 形状记忆合金
四、关于本课程
绪论
4、徐婉棠 吴英凯编著 《固体物理学》 北京师范大学出版社 1990
5、程守洙 江之水编著 《普通物理》 教育出版社 2001
一、功能材料简介
2、功能材料的发展
绪论
功能材料概念是1965年由美国贝尔研究所 J.A.Morton博士提 出来的。20世纪60年代以来，各种现代技术如微电子、激光、 红外、光电、空间、能源、计算机、机器人、信息、生物和医 学等技术的兴起，强烈刺激了功能材料的发展。近20多年来， 功能材料成为材料科学和工程领域中最活跃的部分，每年以5％ 的速度增长。
（3）加强基础，拓宽专业知识面，适应知识经济的发展 和科技术中各学科的融合穿插，增强对市场经济的适应 性。
四、关于本课程
3、参考书目
绪论
1、王正品 张路 要玉宏 主编 《金属功能材料》 化学工业出版社 2004
2、马如璋 蒋民华 徐祖雄编著 《功能材料学概论》 冶金工业出版 社 1999
3、田莳编著 《功能材料》 北京航空航天大学出版社 1995
6 非晶态合金 7 薄膜功能材料 8 纳米材料
绪论
四、关于本课程
2、目的
绪论
（1）建立功能材料的概念，了解金属功能材料的功能 原理、特性、结构特点、化学组成和实际应用。
（2）试图通过对几种具有代表性功能材料的分析，对浩 瀚的功能材料有个相貌的了解，以便在将来研制新材料、 新工艺的过程中以及在新产品和新材料的选用上，思维 新颖、产品更具有竞争力。
绪论
❖功能材料简介 ❖金属功能材料的发展 ❖关于本课程
一、功能材料简介
绪论
1、材料的地位 人类进化与文明的标志
石器时代
青铜时代
信息时代
铁器时代
一、功能材料简介 材料是现代文明的基石
绪论
现代文明
生物技术
材料与能源、信息 并列为现代科学技 术的三大支柱
信息技术
能源技术 材料科学与工程
一、功能材料简介
(functional materials)
相互转化功能（例如我们物理中所 学的声、光、电、磁等物理性能），
在物件中起着“功能”的作用。
一、功能材料简介
绪论
1、功能材料的特征
（1）功能材料的功能对应于材料的微观结构和微 观物体的运动，这是最本质的特征。
（2）功能材料的凝聚态和形态非常多样化，除了 晶态外，还有气态、液态、液晶态、非晶态、准 晶态、混合态和等离子体态等。除了三维体相材 料外，还有二维、一维和零维材料。
（3）结构材料常以材料形式为最终产品，而功能 材料有相当一部分是以元器件形式为最终产品， 集材料元件一体化。
一、功能材料简介
绪论Байду номын сангаас
（4）功能材料是利用现代化的技术，多学科交叉 的知识密集型产物。
（5）功能材料的制备技术不同于结构材料的传统 技术，而是采用许多先进的新工艺和新技术，如 急冷、超净、超微、超纯、薄膜化、集成化、微 型化、密集化、智能化以及精细控制和检测技术。
功能材料是新材料领域的核心，在全球新材料研究领域中，功 能材料约占 85 %。
功能材料是现代高技术的基础：信息技术、生物技术、能源技 术等高技术的发展离不开功能材料。
功能材料是国防建设的重要基础材料。
一、功能材料简介
绪论
3、功能材料的分类
(1)按化学成分分类：
金属、无机非金属、有机高分子和复合功能材料