功能材料-清华大学-工程材料.ppt

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1、“十五”国家级规划教材《工程材料》第3版配套课件第7章第7章功能材料内容提要：介绍功能材料的发展及分类，介绍常用电功能材料、磁功能材料、热功能材料、光功能材料等应用。学习目标：了解各种功能材料及其基本应用。●概述具有某种或某些特殊物理性能或功能的材料叫作功能材料。电功能材料磁功能材料热功能材料光功能材料功能材料发展过程：●最早：铜、铝导线及硅钢片等。电工合金、磁与电金属功能材料（电力工业发展）●50年代：半导体功能材料（微电子技术）●60年代：光功能材料（激光技术）●70年代后：光电子材料、形状记忆合金、储能材料等●90年代起：智能功能材料、纳米功能材料7.1电功能材

2、料电功能材料以金属材料为主：金属导电材料金属电阻材料金属电接点材料超导材料金属电阻材料：制造电子线路中电阻元件及电阻器的基础材料。金属导电材料：用来传送电流的材料,包括电力、电机工程中使用的电缆、电线等强电材料和仪器、仪表用的弱电材料两大类。电缆7.1.1金属电接点材料一、强电或中电电接点材料制造电力、电机系统和电器装置中的电接点。采用纯铜、黄铜等。弱电接点材料大都采用贵金属（Au、Ag、Pt）或贵金属为基的合金材料；为降低成本，常在Cu表面涂Au、Ag、Pt层。常见电接点元件二、弱电接点材料制造仪器仪表、电子与电讯装置中的各种电接触元件（小型继电器、微型开关、电位器

3、、印刷电路板插座、集成电路引线框架等）。7.1.2超导材料一、超导现象1.超导现象几十种金属元素及其合金、化合物，一些半导体材料和有机材料等具有超导现象；超导现象：物质在一定的温度Tc以下时,电阻为零,并完全排斥磁场（即磁力线不能进入其内部）的现象。超导材料：具有超导现象的材料2.特征及临界参数超导材料的基本特征为零电阻，第二特征为完全抗磁性；●转变温度Tc在一定的温度Tc以下时,电阻为零。绝大多数超导材料转变温度Tc在23.2K(约-250℃)以下,高温超导材料Tc在125K(约-148℃)以上。●临界磁场Bc当磁场强度超过某一个临界值Bc时,超导体就转回常态。●临

4、界电流密度Jc当电流密度超过某一个临界值Jc时,超导体也开始有电阻。二、超导体种类1.第一类超导体除Nb和V外的其它纯金属。大于Bc的磁场中是正常态;小于Bc的磁场中是超导态（完全抗磁态）。2.第二类超导体Nb、V及多数金属合金和化合物超导体、氧化物超导体。磁场小于Bc1时处于超导态，磁场大于Bc2时恢复常态;磁场介于Bc1与Bc2之间，一部分区域仍处于超导态，另一部分区域处于常态（磁场可穿过）。三、超导材料按临界转变温度Tc分：●低温超导材料用极低温的液氦冷却●高温超导材料用较廉价的77K液氮冷却按承受磁场和电流的强弱分：●强电超导材料Nb-Ti基超导合金及金属间化

5、合物●弱电超导材料多为约瑟夫森器件材料，如Sn、Pb、In、Pb-In合金、Pb-Bi合金、Pb-In-Au合金等软金属,Nb和Nb的化合物,Ba-Y-Cu氧化物薄膜等）其他超导材料：氧化物陶瓷有机超导材料碳纳米管（Tc已接近液氮温度77K）超导材料应用已广泛应用于加速器、医学诊断设备、热核反应堆等。约瑟夫森器件已广泛应用于高科技电子产品。用高温超导材料制造的磁悬浮式列车7.2.1软磁材料一、软磁材料特性软磁材料在较低的磁场中被磁化而呈强磁性，磁场去除后磁性基本消失。性能要求：高的饱和磁感应强度高的最大磁导率高的居里温度低的损耗7.2磁功能材料二、材料及应用(1)纯铁

6、w(C)低于0.04%的Fe-C合金。易加工，价格低，但电阻率低，涡流损耗大。应用制造电磁铁铁芯、极头，继电器、扬声器中的磁导体。(2)硅钢w(Si)为0.5%～4.8%的Fe-Si合金。Si提高最大磁导率，增大电阻率，有利于减小涡流损耗。冷轧硅钢片可以形成（110）[001]织构，磁性具有强烈的方向性。变压器继电器应用制造电力、配电和通信工程中的发电机、电动机、变压器、继电器、电感器铁芯。(3)铁钴合金Fe64Co35V1   Fe64Co35Cr1(Fe50Co50)98.7V1.3具有高的磁导率，但电阻率较低，价格贵。应用:制造小型、轻型有较高要求的飞行器和仪器

7、仪表元件。(4)铁镍合金w(Ni)为76%～86%的Fe-Ni合金。在弱磁场中有很高的初始磁导率和最大磁导率，有较高的电阻率，易加工成极薄带。应用:适于在交流弱磁场中使用。制造用于电视机、收音机和通讯器材中的音频变压器、互感器、磁放大器、磁头等。(5)铁氧体Mg-Zn铁氧体由Mg、Zn氧化物粉末制成Ni-Zn铁氧体由Ni、Zn氧化物粉末制成涡流损耗很低。制造低频、中频、高频变压器，电视机、收音机中的磁棒、磁芯等。磁性材料磁铁氧体7.2.2永（硬）磁材料一、永磁材料特性永磁材料在磁场中被充磁，磁场去除后材料的磁性仍长时保留。有很高的磁能积。很高的矫顽力