高性能結構材料

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什麼是高性能結構材料[1]

  高性能結構材料是指那些具有高強度、高韌性、耐高溫、耐磨損、抗腐蝕等特殊性能的材料

高性能結構材料的內容[2]

  研究開發高效陶瓷發動機,是當前世界各國高技術競爭的“熱點”之一。使用陶瓷發動機,可以把發動機的工作溫度從1000℃ 提高到1300℃,熱效率從30%提高到50% ,重量減輕20%,燃料節省30%~50%。據美國福特汽車公司的專家估計,如果全美國的汽車都採用陶瓷發動機,那麼每年至少可節約石油5億桶。

  對於陶瓷發動機,目前美、日、法、德等國都已制定了龐大的開發計劃,投入了巨大的人力和資金。美國近幾年來投資10億美元組織幾十家公司從事陶瓷發動機的研究開發,其中通用汽車公司、福特汽車公司、諾爾頓公司等大型企業,都相繼建立了新型陶瓷專業化生產中心。

  日本人把結構陶瓷看作是繼徽電子之後又一個可以為企業帶來巨大效益的新領域,因此他們在同美國人的競爭中不惜代價。目前,日本從事新型陶瓷開發生產的公司已達600多家,僅在汽車行業的陶瓷專家就達兩千多人。其開發新產品能力已經超過了美國。日本的213千瓦陶瓷發動機已經形成規模生產,並已經裝備了上百萬輛小汽車。

  德國對陶瓷內燃機的研究開發也是走在世界前列的,德國“賓士”汽車公司研製的“2000年轎車”就是由陶瓷燃氣輪機驅動的。在歐洲共同體的“尤里卡 計劃中,法國、德國和瑞典三個國家從20世紀8O年代起始聯合進行陶瓷燃氣輪機的開發,已經研製出功率為147千瓦的陶瓷渦輪噴氣發動機,其工作溫度可達1600℃,比普通發動機高出600℃以上。

  英國是最早從事結構陶瓷應用開發的國家,英國政府專門撥款上千萬英磅,對陶瓷燃氣輪機和往複式陶瓷發動機進行研究開發,已經造出了活塞式陶瓷發動機。

  高性能結構材料還包括複合材料。複合材料是由基體材料(包括樹脂、金屬、陶瓷等)和增強劑(有纖維狀的、晶須狀的、顆粒狀的等等)複合而成的。複合材料的力學性能和功能,可以根據實際需要,通過適當選材和優化設計來獲得。複合材料廣泛應用於航空、航天、汽車、運輸、橋梁、民用建築、體育設施及國防建設等諸多領域 當前複合材料開展的重點在以下幾個方面:熱塑性樹脂基複合材料;金屬基複合材料;陶瓷基複合材料;碳基複合材料。

  在高性能結構材料的發展中,近些年來“超合金”技術的競爭很激烈,不過這種競爭主要是在美、日兩國之間進行的 這種“超合金”材料的發展現在已進入實用化階段,它的年消耗量平均以20%的速度遞增。美、日兩國的“超合金”新產品很多。例如:美國在台金中適當加入一些陶瓷粉末以後,使這種合金的耐磨性能提高了35倍;日本研製的一種鐵基記憶合金,它可以代替鎳-鈦基記憶合金,而這樣可以使成本降低90%。

參考文獻

  1. 師昌緒.21世紀初的材料科學技術[J].中國科學院院刊,2001(2)
  2. 洪量.迅速發展的新材料技術[J].國外科技動態,2000(11)
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