材料科学概论论文
材料科技论文范文

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材料科技论文范文一:“淮水战斗中的材料应用分析”本论文主要是基于淮水战斗中,我们对武器装备的应用进行的一个全面分析。
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材料科学与工程概论论文

材料科学与工程概论论文材料科学与工程概论论文材料科学与工程专业概述课程考核论文第一部分课程概述与体会八周以来的课程我感受颇深,各位老师的精彩演绎让我对材料科学与工程有了更为深刻地了解,更深入的认识。
老师带领我们概览了我校材料科学与工程领域的各个专业特点及其研究方向,为我们将来的专业选择指明了一定的方向。
老师们主要就材料物理、材料化学、无机非金属材料、材料成形与控制等几个专业领域进行了着重介绍,老师们图文并茂的讲解使我对材料各向异性原理、自蔓延高温合成技术、环境断裂等之前都未曾知晓的专业知识有了一定的了解。
老师也给我讲述了他们正在着手进行的一线比较前沿的科技项目,让我对材料也有了一个新的认识和新的兴趣。
在课程的讲授过程中,我们了解到了我国和我校在材料领域的现状及所取得的成就。
我感到我们材料人的前景是十分广泛的,但是肩上的压力和重担也不小。
在感到自信和自豪的同时,我更多感到的是我们肩上的责任、重担以及前途的漫漫。
我国在材料的基础领域虽然在国际上占有一席地位,但相对低端,所开发的产品大都属于低端性和粗放型的。
所以,要振兴我国的材料科学还需要我们一代代人的更多努力。
关于课程的体会与建议,首先,我觉得这门课的开始是十分必要的让我们有一次与材料学院最好的老师接触交流的机会,让我们能一次系统的、较全面的了解材料科学与工程,我们应该是倍感珍惜的。
所以,在这里对老师表示衷心的感谢。
关于课程的建议,我个人认为课程的讲述过程中老师们可以从实验室拿一些材料样品,让我们对材料及其特性有个更为直观的了解,也可以增加我们对课程的兴趣。
或者,可以分批次带领我们去实验室参观,了解材料的加工环节和整个开发过程。
我想,这将比那些理论的来得更为直观、更为深刻。
第二部分高温材料专题概述和体会在听课过程中我对高温材料这个专题的尤为深刻,主要是因为它涉及的领域全是比较高端的,如:航空航天材料、汽车发动机材料等,它对于我国的军事、经济高科技领域是至关重要的。
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《材料科学概论》结课论文院系:材料科学与工程学院班级:料102班学号: 109024221姓名:李扬超导材料摘要:人类的发展是一个开发和运用新材料的过程,随着上个世纪超导现象被发现以来超导现象一直为人所关注。
关于超导材料的研究也是屡见不鲜.但是如何才能提高材料的临界超导温度,如何把超导材料产业化和生活化都是现在面临的重大问题。
这就要我们综合考虑超导材料的组成成分,制备工艺以改善它的性能。
逐步提高材料的临界温度,使材料更具有实用意义。
关键词:超导材料成分制备性能应用发展前景1973年,人们发现了超导合金――铌锗合金,其临界超导温度为23.2K,该记录保持了13年。
1986年,设在瑞士苏黎世的美国IBM公司的研究中心报道了一种氧化物(镧-钡-铜-氧)具有35K的高温超导性,打破了传统“氧化物陶瓷是绝缘体”的观念,引起世界科学界的轰动。
此后,科学家们争分夺秒地攻关,几乎每隔几天,就有新的研究成果出现。
1986年底,美国贝尔实验室研究的氧化物超导材料,其临界超导温度达到40K,液氢的“温度壁垒”(40K)被跨越。
1987年2月,美国华裔科学家朱经武和中国科学家赵忠贤相继在钇-钡-铜-氧系材料上把临界超导温度提高到90K以上,液氮的禁区(77K)也奇迹般地被突破了。
1987年底,铊-钡-钙-铜-氧系材料又把临界超导温度的记录提高到125K。
从1986-1987年的短短一年多的时间里,临界超导温度竟然提高了100K以上,这在材料发展史,乃至科技发展史上都堪称是一大奇迹!高温超导材料的不断问世,为超导材料从实验室走向应用铺平了道路。
一、超导材料的分类超导材料按其化学成分可分为元素材料、合金材料、化合物材料和超导陶瓷。
①超导元素:在常压下有28种元素具超导电性,其中铌(Nb)的Tc最高,为9.26K。
电工中实际应用的主要是铌和铅(Pb,Tc=7.201K),已用于制造超导交流电力电缆、高Q值谐振腔等。
②合金材料:超导元素加入某些其他元素作合金成分,可以使超导材料的全部性能提高。
材料概论论文

材料概论论文材料是人类社会发展的重要基础,它的应用范围非常广泛,涉及到工业、建筑、交通、医疗等各个领域。
本文将从材料的定义、分类、性能及应用等方面进行概述,以期对材料有一个全面的了解。
首先,材料是指人类利用各种天然资源或人工合成的物质,通过加工、改造、组合等方式,使其具有一定性能和用途的产品。
材料可以分为金属材料、非金属材料和复合材料三大类。
其中,金属材料具有良好的导电导热性能和机械性能,可用于制造机械设备、建筑结构等;非金属材料包括塑料、橡胶、陶瓷等,具有轻质、绝缘、耐腐蚀等特点,广泛应用于日常生活和工业生产;复合材料是由两种或两种以上的材料组合而成,具有综合性能优异的特点,被广泛应用于航空航天、汽车制造等领域。
其次,材料的性能是指材料在特定条件下所表现出的特性。
材料的性能包括力学性能、物理性能、化学性能、热性能等多个方面。
力学性能包括强度、硬度、韧性等,是衡量材料抗力和变形能力的重要指标;物理性能包括密度、导热导电性等,直接影响材料的使用效果;化学性能包括耐腐蚀性、稳定性等,决定了材料在特定环境下的稳定性;热性能包括热膨胀系数、导热系数等,是材料在高温或低温环境下的表现。
最后,材料的应用是指材料在工程实践中的具体运用。
不同的材料具有不同的特性,因此在不同的领域有着各自的应用。
例如,金属材料广泛应用于汽车制造、航空航天等领域;非金属材料则被用于塑料制品、建筑材料等方面;复合材料则在高科技领域有着广泛的应用,如航空航天领域的飞机结构、汽车制造领域的碳纤维零部件等。
综上所述,材料作为人类社会发展的基础,其定义、分类、性能及应用等方面都具有重要意义。
希望通过本文的概述,能够使读者对材料有一个全面的了解,为今后的学习和工作提供帮助。
材料科学概论论文

论钛合金特性在体育器材中的应用钛(Ti)在地壳中的丰度为0.56%(质量分数,下同),在所有按元素中居第9位,而在可作为结构材料的金属中居第4位,仅次于Al、Fe、Mg,其储量比常见金属Cu,Pb,Zn储量的总和还多。
钛合金的密度小,比强度、比刚度高,抗腐蚀性能、高温力学性能、抗疲劳和蠕变性能都很好,具有优良的综合性能,因此在体育器材中应用也极为广泛。
首先,钛合金具有以下明显的特性:第一,强度高。
钛合金具有很高的强度,其抗拉强度为686—1176MPa,而密度仅为钢的60%左右,所以比强度很高。
第二,硬度较高。
钛合金(退火态)的硬度HRC为32—38。
第三,弹性模量低。
钛合金(退火态)的弹性模量为1.078×10-1.176×10MPa,约为钢和不锈钢的一半。
第四,高温和低温性能优良。
在高温下,钛合金仍能保持良好的机械性能,其耐热性远高于铝合金,且工作温度范围较宽,目前新型耐热钛合金的工作温度可达550—600℃;在低温下,钛合金的强度反而比在常温时增加,且具有良好的韧性,低温钛合金在-253℃时还能保持良好的韧性。
第五,钛的抗腐蚀性强。
钛在550℃以下的空气中,表面会迅速形成薄而致密的氧化钛膜,故在大气、海水、硝酸和硫酸等氧化性介质及强碱中,其耐蚀性优于大多数不锈钢。
作为体育器材,一般都必须要具备高硬度和耐磨性,这样在运动中才不至于出现受伤等意外事故,并且可以长期使用。
尤其对于室外器材,经常日晒雨淋,所以钛合金的抗腐蚀性正好可以避免这些。
其次,钛合金具有以下良好的加工性能:一、切削加工性能钛合金强度高、硬度大,所以要求加工设备功率大,模具、刀具应有较高的强度和硬度。
切削加工时,切屑与前刀面接触面积小,刀尖应力大。
与45钢相比,钛合金的切削力虽然只有其2/3—3/4,可是切屑与前刀面的接触面积却更小(只有45钢的1/2—2/3),所以刀具切削刃承受的应力反而更大,刀尖或切削刃容易磨损;钛合金摩擦因数大,而热导率低(分别仅为铁和铝的1/4和1/16);刀具与切屑的接触长度短,切削热积聚于切削刃附近的小面积内而不易散发,这些因素使得钛合金的切削温度很高,造成刀具磨损加快并影响加工质量。
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有关材料学的论文范文在材料学科上,要求学生掌握坚实宽广的基础理论和系统深入的专门知识,了解材料科学的发展前沿。
下文是店铺为大家搜集整理的有关材料学的论文范文的内容,欢迎大家阅读参考!有关材料学的论文范文篇1论高电化学性能聚苯胺纳米纤维/石墨烯复合材料的合成石墨烯是一种二维单原子层碳原子SP2杂化形成的新型碳材料,因其非凡的导电性和导热性、极好的机械强度、较大的比表面积等特性,引起了国内外研究者极大的关注.石墨烯已经被探索应用在电子和能源储存器件、传感器、透明导电电极、超分子组装以及纳米复合物[8]等领域中.而rGO因易聚集或堆叠而导致电容量较低(101 F/g)[9],这限制了其在超级电容器电极材料领域的应用.另一方面,PANI作为典型的导电高分子之一,由于合成容易,环境稳定性好和导电性能可调等特性备受关注.具有纳米结构的导电材料,由于纳米效应不但能提高材料固有性能,并开创新的应用领域.PANI纳米结构的合成取得了许多的成果.PANI作为超级电容器电极材料因具有高的赝电容,其电容量甚至可高达3 407 F/g[10];然而,当经过多次充放电时PANI链因多次膨胀和收缩而降解导致其电容损失较大.碳材料具有高的导电性能和稳定的电化学性能,为了提高碳材料的电化学电容和PANI电化学性能的稳定性,人们把纳米结构的PANI与碳材料复合以期获得电容较高且稳定的超级电容器电极材料[11].作为新型碳材料的石墨烯和PANI的复合引起了极大的关注[12].但是用Hummers法合成的GO直接与PANI复合构建PANI/GO复合电极因导电率低而必须还原GO,化学还原剂的加入虽然还原了部分GO 而提高了导电性能,但也在一定程度上钝化了PANI [13],另外排除还原剂又对环境造成一定程度的污染.因而开拓一条简单且环境友好的制备PANI/rGO复合材料作为超级电容器的电极路线仍然是一个难题.基于以上分析,首先使PANI和GO相互分散和组装,借助水热反应这一绿色环境友好的还原方法制备PANI/rGO复合材料,以期获得高性能的超级电容器电极材料.1实验部分1.1原材料苯胺(AR,国药集团),经减压蒸馏后使用;氧化石墨烯(自制);过硫酸铵(APS, AR,湖南汇虹试剂);草酸(OX, AR,天津市永大化学试剂);十六烷基三甲基溴化铵(CTAB, AR,天津市光复精细化工研究所).1.2PANIF的制备PANIF的制备按我们先前提出的方法[14],制备过程如下:把250 mL去离子水加入三口烧瓶后,依次加入1.82 g CTAB,0.63 g 草酸以及0.9 mL苯胺,在12 ℃水浴上搅拌8 h;随后,往上述溶液中一次性加入20 mL含苯胺等量的过硫酸铵水溶液,同样条件下使反应保持7 h.所制备的样品用大量去离子水洗涤至滤液为中性,随后30 ℃真空干燥24 h. 1.3GO的制备采用Hummers法制备GO,具体过程如下:向干燥的2 000 mL 三口烧瓶(冰水浴)中加入10 g天然鳞片石墨(325目),加入5 g硝酸钠固体,搅拌下加入220 mL浓硫酸,10 min后边搅拌边加入30 g高锰酸钾,在冰水浴下搅拌120 min,再将三口烧瓶移至35 ℃水浴中搅拌180 min,然后向瓶中滴加460 mL去离子水,同时将水浴温度升至95 ℃,保持95 ℃搅拌60 min,再向瓶中快速滴加720 mL去离子水,10 min后加入80 mL双氧水,过10 min后趁热抽滤.将抽干的滤饼转移到烧杯中,加大约800 mL热水及200 mL浓盐酸,趁热抽滤,随后用大量去离子水洗涤直至中性.所得产品边搅拌边超声12 h后5 000 r/min下离心10 min,得氧化石墨烯溶液.1.4PANIF/rGO复合材料制备按照一定比例将含一定量的PANIF液与一定量的6.8 mg/mL 的GO溶液混合,使混合液总体积为30 mL,GO在混合液中的最终浓度为0.5 mg/ mL,磁力搅拌10 min后,将混合液转移到含50 mL聚四氟乙烯内衬的反应釜中进行水热反应,在180 ℃保温3 h;待反应釜自然冷却至室温后取出,用去离子水洗涤产物直至洗液无色后,于60 ℃真空干燥24 h,待用.按照上述步骤制备的PANIF与GO的质量比分别为5,10以及15,相应命名为PAGO5,PAGO10和PAGO15,对应的PANIF质量为75 mg,150 mg和225 mg.1.5仪器与表征用日本日立公司S4800场发射扫描电镜(SEM)分析样品的形貌;样品经与KBr混合压片后,用Nicolet 5700傅立叶红外光谱仪进行红外分析;用德国Siemens公司Xray衍射仪进行XRD分析;电化学性能测试使用上海辰华CHI660c电化学工作站.电极制备和电化学性能测试:将活性物质(PANIF或PANIF/rGO)、乙炔黑以及PTFE按照质量比85∶10∶5混合形成乳液,将其均匀地涂在不锈钢集流体上,在10 MPa压力下压片,之后烘干得工作电极.在电化学性能测试过程中,使用饱和甘汞电极(SCE)作为参比电极,铂片(Pt)作为对电极,在三电极测试体系中使用1 M H2SO4作为电解液进行电化学测试,电势窗为-0.2~0.8V.比电容计算依据充放电曲线,按式(1)[15]计算:Cs=iΔtΔVm.(1)式中:i代表电流,A;Δt代表放电时间,s;ΔV代表电势窗,V;m 代表活性物质质量,g.2结果与讨论2.1形貌表征图1为PANIF和PAGO10形貌的SEM图.低倍的SEM(图1(a))显示所制备PANIF为大面积的纳米纤维网络;高倍的图1(b)清晰地显现该3D纳米纤维网络结构含许多交联点.PANIF和PAGO10混合液经过水热反应后,从低倍的SEM(图1(c))可以看出,PAGO10复合物具有交联孔状结构;提高观察倍数(图1(d)和图1(e))后可以发现样品中rGO 与PANIF共存;而高倍的图1(d)清晰地显示出了rGO与PANIF紧密结合,且合成的褶皱rGO因层数较少而能观察到其遮盖的PANIF.从图1可知:成功合成了大面积的PANIF以及互相均匀分散的PANIF/rGO复合材料.2.2FTIR分析图2为PANIF,GO以及PAGO10 3种样品的FTIR图.图2中a曲线在1 581 cm-1,1 500 cm-1,1 305 cm-1,1 144 cm-1,829 cm-1等波数处展现的尖锐峰为PANI的特征峰,它们分别对应醌式结构中C=C双键伸缩振动、苯环中C=C双键伸缩振动、C-N伸缩振动峰、共轭芳环C=N伸缩振动、对位二取代苯的C-H面外弯曲振动.图2中b曲线为GO的红外谱图,在3 390 cm-1, 1 700 cm-1的峰分别对应-COOH中的O-H,C=O键振动,1 550~1 050 cm-1范围内的吸收峰代表COH/ COC中的C-O振动[16],可以看出,GO中存在大量的含氧官能团.图2中c曲线为PAGO10复合物红外吸收谱图,与GO,PANIF谱图比较,可以发现PAGO10中的GO特征峰不太明显而PANI的特征峰全部出现,这个结果归结于GO含量少以及GO经水热反应后形成了rGO,另外也表明水热反应对PANI品质无大的影响.2.4电化学性能分析图4为样品的CV曲线,其中图4(a)为不同样品在1 mV/s扫描速率下的CV图,可以看出,4个样品均出现明显的氧化还原峰,这归因于PANI掺杂/脱掺杂转变,表明PANIF以及复合物显示出优良的法拉第赝电容特性.图4(b)为PAGO10在不同扫描速率下的CV曲线,由图可知PAGO10电极的比电容随着扫描速率减小而稳步增加,在扫描速率为1 mV/s时,PAGO10电极的比电容为521.2 F/g.图5为PANI,PAGO5,PAGO10和PAGO15的充放电曲线以及交流阻抗图.图5(a)为电流密度为1 A/g时样品的放电曲线图,由图可知:4种样品均有明显的氧化还原平台,这与前述CV分析中的结果相吻合.根据充放电曲线,借助式(1),计算了4种样品在不同电流密度下的比电容,结果如图5(b)所示,很明显,相同电流密度下PAGO10比电容最大,当电流密度为1 A/g时,其比电容为517 F/g,这个结果表明PAGO10的电化学性能明显优于PANI/石墨烯微球和3D PANI/石墨烯有序纳米材料(电流密度为0.5 A/g时,比电容分别为261和495 F/g)[18-19],而PANIF比电容最小,仅为378 F/g;且在10 A/g 电流密度下PAGO10的比电容仍保持在356 F/g 左右,这表明PAGO10电极具有优异的倍率性能.该复合材料比电容以及倍率性能得到极大提高源于rGO与PANIF两组分间的协同效应.在充放电过程中连接在PANIF间的rGO为电子转移提供了高导电路径;同时,紧密连接在rGO上的PANIF有效阻止水热还原过程中石墨烯的团聚,增加了电极/电解质接触面积,从而提高了PANIF的利用率而使得容量增加. 为了更清晰地了解所制备材料的电子转移特点以及离子扩散路径,对样品进行了交流阻抗测试,图5(c)为4个样品的Nyquist图.从图5(c)可知:在高频区、低频区均分别具有阻抗弧半圆、频响直线.在高频区,电荷转移电阻Rct大小顺序为RPAGO5值说明rGO的加入提高了电极材料的导电性.在低频区,直线形状反映了样品电化学过程均受扩散控制,并且PAGO5所展现的直线斜率最大,说明其电容行为最接近理想电容,即频响特性最好,这也是源于rGO的加入提高了材料导电性以及复合物的独特微观结构.氧化还原反应的发生,导致PANIF具有十分高的赝电容,但由于在大电流充放电过程中高分子链重复膨胀和收缩,导致其循环稳定性差而限制了其实际应用.为此,对ANIF和PAGO10进行循环稳定性分析.图6显示,PAGO10在5 A/g电流密度下经过1 000次充放电后,电容保持率为77%,而不含rGO的PANIF电极在2 A/g电流密度下充放电1 000次电容保持率仅为54.3%,这个结果表明PANIF循环稳定性较差;另外,rGO的加入形成的PANIF/rGO紧密的连接,降低了PANI链在充放电过程中的膨胀与收缩,使得链段不容易脱落或者断裂,从而PAGO10具有出色的循环稳定性.3结论采用自组装的方法,经水热反应,制备了PANIF/rGO复合电极材料.研究发现,rGO与PANIF紧密连接;而且,当PANIF与GO质量比为10∶1时,复合材料展现了最佳的电化学性能,当电流密度为1和10 A/g时,其比电容分别为517,356 F/g.从上可知:合成的PAGO10具有高的比电容、较好的倍率性能和稳定性能,从而有望作为超级电容器电极材料在实践中应用.有关材料学的论文范文篇2浅谈水泥窑用新型环保耐火材料的研制及应用1 概述随着新型干法水泥生产技术在我国的迅速普及,我国水泥工业得到飞速发展,2012年,水泥总产量达21.8亿吨,占世界总产量55%左右。
材料科学概论论文

材料科学概论所谓材料,是指经过某种加工,具有一定结构、组分和性能,并可应用于一定用途的物质,通俗的讲就是人类用于制造物品、器件、构件、机器或其他产品的那些物质。
材料是人类生活和生产的物质基础,是人类认识自然和改造自然的工具,是人类进步程度的主要标志。
可以这样说,自从人类一出现就开始了使用材料。
材料的历史与人类史一样久远。
从人类的出现到二十一世纪的今天,人类的文明程度不断提高,材料及材料科学也在不断发展。
在人类文明的进程中,材料大致经历了‘‘ 1.使用纯天然材料的初级阶段 2.人类单纯利用火制造材料的阶段 3.利用物理与化学原理合成材料的阶段 4.材料的复合化阶段5.材料的智能化阶段这五个阶段。
当前,高技术新材料的发展日新月异,材料科学的内涵也将日益丰富。
我们每一天都与材料打交道,它如空气般萦绕在我们身边的每一个角落、每一分每一秒。
从清晨睁开眼睛时投射入眼底的那束光开始算起,牙刷、毛巾、牙膏……无不是材料这一庞大而复杂家庭的一份子。
材料是人类赖以生存和发展的物质基础,20世纪70年代人们把信息、材料和能源誉为当代文明的三大支柱。
80年代以高技术群为代表的新技术革命,又把新材料、信息技术和生物技术并列为新技术革命的重要标志。
这主要是因为材料与国民经济建设和人民生活密切相关。
材料除了具有重要性和普遍性以外,还具有多样性。
从物理化学属性来分,可分为金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料和不同类型材料所组成的复合材料。
从用途来分,又分为电子材料、航空航天材料、核材料、建筑材料、能源材料、生物材料等。
更常见的两种分类方法则是结构材料与功能材料;传统材料与新型材料。
金属材料金属材料,特别是钢、铜、铝等,仍是21世纪的主要结构材料和电能传输材料。
金属材料已有成熟的生产工艺,相当多的配套设施和工业规模生产,价格低廉、性能可靠,已成为涉及面广、市场需求大的基础材料。
金属材料虽然今后会部分被高分子材料、陶瓷材料及复合材料所代替,由于它有比高分子材料高得多的弹性模量,比陶瓷高得多的韧性和良好的导电性能,在相当长的时期内改变不了它在材料中的主导地位,即使在高技术产业中也不例外.金属材料的发展趋势是:随着航天航空和其它尖端技术的飞跃的发展,在改善和提升传统材料品质的同时,金属功能材料、非平衡态金属,特别是高比强、高模量、耐高温、抗氧化,抗腐蚀、耐磨损合金和金属基复合材料会有快速的发展,如金属超导材料、钛及其合金、铝基增强复合材料,金属间化合物、形状记忆合金和纳米晶块体材料等。
材料科学概论论文

汽车轻量化材料的选择与发展摘要:本文主要介绍了汽车用材及汽车轻量化材料的更新发展。
现代汽车的发展进步主要体现在材料更新进步上,而材料的选择又受到了多重因素的制约。
但总体目标是在不改变甚至是能提升汽车性能的基础上使汽车质量更轻,即达到汽车的轻量化。
汽车轻量化带来的意义是重大的,不只是在提高汽车速度和稳定性上,更能节约资源和能源,达到一石多鸟的目的。
许多材料都能起到汽车轻量化的作用,本文即介绍了各种材料及其对比,和我对汽车材料发展的一些想法。
这学期学习了材料科学概论,了解到了许多有关自己专业的知识,虽然只是序幕,但是却为自己正式踏进了材料这门学科的圈子而高兴。
材料科学与工程的四要素组成了一个四面体,四个顶点分别是材料性能、化学成分、合成加工、组织结构。
它表示了材料的性能与其化学成分、组织结构和加工工艺有关。
这三个因素直接影响了材料的性能。
我们所学的材料主要是金属材料,包括铁及铁基合金和非铁合金。
还学习到了铁碳相图,对铁素体、奥氏体和高温铁素体的转化温度以及各个相的铁含量有了初步认识;通过C曲线了解到了冷却时候的组织相变。
目前我所知道的金属材料强化的方式有四种:一种是固溶强化,通过引入直径小的原子通过间隙强化或置换强化来达到目的;一种是形变强化,通过提高位错密度;另一种是晶界强化,即通过加入元素——如硼元素——使晶界处的原子排列整齐,并达到细晶的目的;还有一种是第二相强化,这也是耐热钢强化的重要手段。
值得一提的是,细晶的方式十分丰富。
我所了解的就包括了脉冲电流凝固细晶技术,震荡凝固细晶技术,超声波凝固细晶技术,微滴凝固细晶技术等多种,很期待能再了解到更多的方法达到细晶的目的。
有关钢的处理的重要的一项是热处理,目的是改变整体及表面组织,以获得所需的性能。
普通热处理包括退火、正火、淬火和回火。
对于不同的需求要运用不同的热处理过程。
对炼钢炼铁有了初步的了解。
通过炼钢达到四脱(脱碳、脱氧、脱磷、脱硫)、二去(去气体和杂质元素)、二调整(调整成分与温度),所以炼钢的过程也十分重要。
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超导材料概论摘要:具有在一定的低温条件下呈现出电阻等于零以及排斥磁力线的性质的材料称为超导材料。
从1911年荷兰物理学家翁奈首先发现超导现象以来,现已发现有28种元素和几千种合金和化合物可以成为超导体。
超导材料具有优越的物理性质和优越的性能,目前已被广泛接受和认同,具有良好的发展前景。
关键词:超导材料、制备、性能、应用、发展前景超导材料又称为超导体(superconductor),指可以在在特定温度以下,呈现电阻为零的导体。
零电阻和抗磁性是超导体的两个重要特性。
使超导体电阻为零的温度,叫超导临界温度。
超导材料的分类超导材料按其化学成分可分为元素材料、合金材料、化合物材料和超导陶瓷。
①超导元素:在常压下有28种元素具超导电性,其中铌(Nb)的Tc最高,为9.26K。
电工中实际应用的主要是铌和铅(Pb,Tc=7.201K),已用于制造超导交流电力电缆、高Q值谐振腔等。
②合金材料:超导元素加入某些其他元素作合金成分,可以使超导材料的全部性能提高。
如最先应用的铌锆合金(Nb-75Zr),其Tc为10.8K,Hc为8.7特。
继后发展了铌钛合金,虽然Tc稍低了些,但Hc高得多,在给定磁场能承载更大电流。
其性能是Nb-33Ti,Tc=9.3K,Hc=11.0特;Nb-60Ti,Tc=9.3K,Hc=12特(4.2K)。
目前铌钛合金是用于7~8特磁场下的主要超导磁体材料。
铌钛合金再加入钽的三元合金,性能进一步提高,Nb-60Ti-4Ta的性能是,Tc=9.9K,Hc=12.4特(4.2K);Nb-70Ti-5Ta的性能是,Tc=9.8K,Hc=12.8特。
发展历程1911年,荷兰科学家海克·卡末林·昂内斯用液氦冷却汞,当温度下降到绝对温标4.2K 时水银的电阻完全消失,这种现象称为超导电性,此温度称为临界温度。
根据临界温度的不同,超导材料可以被分为:高温超导材料和低温超导材料。
但这里所说的“高温”,其实仍然是远低于冰点摄氏0℃的,一般来说仍是极低的温度。
1933年,迈斯纳和奥克森菲尔德两位科学家发现,如果把超导体放在磁场中冷却,则在材料电阻消失的同时,磁感应线将从超导体中排出,不能通过超导体,这种现象称为抗磁性。
1973年,发现超导合金――铌锗合金,其临界超导温度为23.2K,这一记录保持了近13年。
1986年,设在瑞士苏黎世的美国IBM公司的研究中心报道了一种氧化物(镧钡铜氧化物)具有35K的高温超导性。
此后,科学家们几乎每隔几天,就有新的研究成果出现。
1986年,美国贝尔实验室研究的超导材料,其临界超导温度达到40K,液氢的“温度壁垒”(40K)被跨越。
1987年,1987年,亨茨维尔亚拉巴马大学的吴茂昆及其研究生(Ashburn和Torng),与休斯顿大学的中华民国科学家朱经武和他的学生共同发现了钇钡铜氧,这是首个超导温度在77K以上的材料,突破了液氮的“温度壁垒”(77K)。
随后,中国科学家赵忠贤以及中华民国科学家朱经武相继在钇-钡-铜-氧系材料上把临界超导温度提高到90K以上。
1987年底,铊-钡-钙-铜-氧系材料又把临界超导温度的记录提高到125K。
2001年,二硼化镁(MgB2)被发现其超导临界温度达到39K。
此化合物的发现,打破了非铜氧化物超导体(non-cuprate superconductor)的临界温度纪录。
2008年,日本的Hideo Hosono团队发现在铁基氮磷族氧化物(iron-based oxypnictide)中,将部份氧以掺杂的方式用氟作部份取代,可使LaFeAsO1-xFx的临界温度达到26K,在加压后(4 GPa)甚至可达到43K。
其后,中国的闻海虎团队,发现在以锶取代稀土元素之后,La1-xSrxFeAsO亦可达到临界温度25K。
其后,中国的科学家陈仙辉、赵忠贤等人,发现将镧以其他稀土元素作取代,则可得到更高的临界温度;其中,SmFeAs[O0.9F0.1]可达55K。
另外,将铁以钴取代(LaFe1-xCoxAsO),稀土元素以钍取代(Gd1-xThxFeAsO),或是利用氧缺陷(LaFeAsO1-δ)等方式,也都可以引发超导。
超导材料的制备超导材料的制备方法很多,以前较为常用的有液相淬火法,离子轰击法,气相淬火法。
化学气相沉积法CVD,表面扩散法和固态扩散法(青铜法)等等,对于高温超导陶瓷材料的制备而言,这些方法可以借鉴,但主要是运用一些化学和物理技术和方法,这里更趋向于采用陶瓷工艺制备。
首先必须明确的是,发展超导材料的关键在于有效地运用科学方法,控制工艺参数,以形成超导相而避免其他不利的物质或杂质生成,努力使超导材料的超导相含量增高,甚至是单一超导相,提高转变温度,力求达到液氮温区或者干冰区,甚至追求室温超导体的制备为最终目标。
目前的工作重点在于提高临界电流密度(Jc)和改善机械性质(KC和强度),这方面的研究刚起步。
常用的合成方法:固相合成法、均匀溶胶一凝胶合成法、熔盐结构生长法、悬浮挤拉性、液态淬火氧化法、套管拉丝法等。
超导材料的性能1.零电阻性超导材料处于超导态时电阻为零,能够无损耗地传输电能。
如果用磁场在超导环中引发感生电流,这一电流可以毫不衰减地维持下去。
这种“持续电流”已多次在实验中观察到。
超导体的零电阻现象与常导体零电阻在实质上截然不同。
常导体的零电阻是指在理想的金属晶体中,由于电子运动畅通无阻,因此没有电阻;而超导体零电阻是指当温度降至某一数值Tc或以下时,其电阻突然变为零。
电阻率ρ与温度T的关系见右图2.完全抗磁性1933年迈斯纳和奥尔德首次发现了超导体具有完全抗磁性的特点。
把锡单晶球超导体在磁场(H≦Hc)中冷却,在达到临界温度Tc以下时,超导体内的磁通线一下子被排斥出去;或者先把超导体冷却至Tc以下,再通以磁场,这时磁通线也被排斥出动;如图所示。
即在超导状态下,超导体内磁感应强度B=0.这就是迈斯纳效应。
3.约瑟夫森效应两超导材料之间有一薄绝缘层(厚度约1nm)而形成低电阻连接时,会有电子对穿过绝缘层形成电流,而绝缘层两侧没有电压,即绝缘层也成了超导体。
当电流超过一定值后,绝缘层两侧出现电压U(也可加一电压U),同时,直流电流变成高频交流电,并向外辐射电磁波,其频率为,其中h为普朗克常数,e为电子电荷。
这些特性构成了超导材料在科学技术领域越来越引人注目的各类应用的依据。
4.同位素效应超导体的临界温度Tc与其同位素质量M有关。
M越大,Tc越低,这称为同位素效应。
例如,原子量为199.55的汞同位素,它的Tc是4.18开,而原子量为203.4的汞同位素,Tc 为4.146开。
超导材料的应用超导陶瓷材料的超导材料具有的优异特性使它从被发现之日起,就向人类展示了诱人的应用前景。
但要实际应用超导材料又受到一系列因素的制约,这首先是它的临界参量,其次还有材料制作的工艺等问题(例如脆性的超导陶瓷如何制成柔细的线材就有一系列工艺问题)。
到80年代,超导材料的应用主要有:①利用材料的超导电性可制作磁体,应用于电机、高能粒子加速器、磁悬浮运输、受控热核反应、储能等;可制作电力电缆,用于大容量输电(功率可达10000MVA);可制作通信电缆和天线,其性能优于常规材料。
②利用材料的完全抗磁性可制作无摩擦陀螺仪和轴承。
③利用约瑟夫森效应可制作一系列精密测量仪表以及辐射探测器、微波发生器、逻辑元件等。
利用约瑟夫森结作计算机的逻辑和存储元件,其运算速度比高性能集成电路的快10~20倍,功耗只有四分之一。
超导材料的发展前景陶瓷高温超导材料的发现和应用,将带动着广泛领域里许多有着重大意义的应用前景,如约瑟夫逊效应器件,超导磁屏蔽,超导红外传感器等在近期内会得到应用。
至于超导磁悬浮列车,超导电动机,超导储能,以及超导电力传输等,将在本世纪和下世纪普遍实现。
著名材料学家们表示了乐观的意见。
其他人在不同的场合表示了这种看法,甚至更富于幻想或浪漫色彩。
对于超导材料的研究,一定要给予高度的重视,应大力推进它的研究过程,高温陶瓷超导材料的应用价值很大,它的科学研究,会导致一场新的电磁革命,可与一百多年前法拉第,奥断陆和洛伦兹发起的电磁革命相比,它的开发就用,最终将导致一场高层次,大范围的真正工业革命,对科技,能源,交通,医疗,电业,乃至人民生活,思想信息和经济发展产生不可估量的巨大影响。
超导体有得天独厚的特性,但由于早期的超导体存在于液氦极低温度条件下,极大地限制了超导材料的应用。
自1911年荷兰科学家卡末林、昂尼斯发现“超导”现象至今,世界各国的科学家从未间断过对“超导”的研究,特别是进入20世纪80年代以来,随着1987年中国、日本和美国科学家采用金属氧化物,将超导临界温度提高,使超导体前进了一大步,从而引起了一场前所未有的“超导大战”。
近年来,世界各国纷纷投入巨资加紧研究与开发,不断推动超导技术产生新的飞跃。
当日本宣布获得了175K的超导材料后不久,美、中、俄、联邦德国、丹麦等国也都相继有了突破性的研究报告,有的甚至已看到了308K的超导迹象,即已达到常温的转变温度。
这表明,超导技术广泛应用的时代即将来临。
超导材料与绿色材料众所周知,中国为了修建三峡工程可谓是不惜血本啊!为什么要耗费如此巨大来建造三峡?中国原本是利用火力发电的,现在改用水力发电(还是有好多地方的电是靠火力的)。
火力发电的能量来源绝大部分是煤炭,自然就要耗费大量的煤炭,这是显而易见的。
而煤炭又是不可再生资源。
然而,世界范围内都面临着资源危机,显然身为不可再生资源的煤炭在其中扮演着一个十分重要的角色。
利用水力发电也就解决大大了这个问题,这就是为什么即使牺牲再大也要建造三峡水电站的根本原因。
但是单单靠一个三峡水力发电显然是不够用的,特别是在这样一个什么都要用电的现代化社会之中。
煤炭在发电这方面的使用依然是十分巨大的。
即使加上风力发电等其它能量来源,依然还是不能满足现代社会对电力的需求。
那么要怎样做?千家万户分住各地,我们不可能把他们集中在一个地方居住,所以L无法改变,这也是不争的事实,同时因为考虑到热胀冷缩的物理现象,我们的两根电杆间的输电线还必须长于他们的实际长度,这使得L的值相对而言就更加大了。
而S做得太大也不切合实际。
显然R是很大,自然损耗功也是很大的。
但是大家不要忘了超导体,如果使用超导体作为我们的输电线的材料,我们将永永远远告别输电线上带来的损耗。
输电线上得损耗的杜绝将让我们可以很自信的向宇宙宣布我们地球上将不用再以牺牲煤炭为代价来换取电能了,因为利用其它方式发电将完完全全能够满足我们的所需。
所以,从节约能源资源的角度上来说,超导材料是良好的绿色材料。
环保,节能是超导材料在以后实际应用中遥遥领先于其他材料的优势。
超导材料在绿色材料中友好的发展前景。