高性能结构材料

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什么是高性能结构材料[1]

  高性能结构材料是指那些具有高强度、高韧性、耐高温、耐磨损、抗腐蚀等特殊性能的材料

高性能结构材料的内容[2]

  研究开发高效陶瓷发动机,是当前世界各国高技术竞争的“热点”之一。使用陶瓷发动机,可以把发动机的工作温度从1000℃ 提高到1300℃,热效率从30%提高到50% ,重量减轻20%,燃料节省30%~50%。据美国福特汽车公司的专家估计,如果全美国的汽车都采用陶瓷发动机,那么每年至少可节约石油5亿桶。

  对于陶瓷发动机,目前美、日、法、德等国都已制定了庞大的开发计划,投入了巨大的人力和资金。美国近几年来投资10亿美元组织几十家公司从事陶瓷发动机的研究开发,其中通用汽车公司、福特汽车公司、诺尔顿公司等大型企业,都相继建立了新型陶瓷专业化生产中心。

  日本人把结构陶瓷看作是继徽电子之后又一个可以为企业带来巨大效益的新领域,因此他们在同美国人的竞争中不惜代价。目前,日本从事新型陶瓷开发生产的公司已达600多家,仅在汽车行业的陶瓷专家就达两千多人。其开发新产品能力已经超过了美国。日本的213千瓦陶瓷发动机已经形成规模生产,并已经装备了上百万辆小汽车。

  德国对陶瓷内燃机的研究开发也是走在世界前列的,德国“奔驰”汽车公司研制的“2000年轿车”就是由陶瓷燃气轮机驱动的。在欧洲共同体的“尤里卡 计划中,法国、德国和瑞典三个国家从20世纪8O年代起始联合进行陶瓷燃气轮机的开发,已经研制出功率为147千瓦的陶瓷涡轮喷气发动机,其工作温度可达1600℃,比普通发动机高出600℃以上。

  英国是最早从事结构陶瓷应用开发的国家,英国政府专门拨款上千万英磅,对陶瓷燃气轮机和往复式陶瓷发动机进行研究开发,已经造出了活塞式陶瓷发动机。

  高性能结构材料还包括复合材料。复合材料是由基体材料(包括树脂、金属、陶瓷等)和增强剂(有纤维状的、晶须状的、颗粒状的等等)复合而成的。复合材料的力学性能和功能,可以根据实际需要,通过适当选材和优化设计来获得。复合材料广泛应用于航空、航天、汽车、运输、桥梁、民用建筑、体育设施及国防建设等诸多领域 当前复合材料开展的重点在以下几个方面:热塑性树脂基复合材料;金属基复合材料;陶瓷基复合材料;碳基复合材料。

  在高性能结构材料的发展中,近些年来“超合金”技术的竞争很激烈,不过这种竞争主要是在美、日两国之间进行的 这种“超合金”材料的发展现在已进入实用化阶段,它的年消耗量平均以20%的速度递增。美、日两国的“超合金”新产品很多。例如:美国在台金中适当加入一些陶瓷粉末以后,使这种合金的耐磨性能提高了35倍;日本研制的一种铁基记忆合金,它可以代替镍-钛基记忆合金,而这样可以使成本降低90%。

参考文献

  1. 师昌绪.21世纪初的材料科学技术[J].中国科学院院刊,2001(2)
  2. 洪量.迅速发展的新材料技术[J].国外科技动态,2000(11)
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