機(jī)械工程材料的發(fā)展趨勢

趙泓旭 鄭騰飛 張旭 劉健

摘 要：材料是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，是人類文明的重要里程碑，當(dāng)今有人將能源、信息和材料并列為新科技革命的三大支柱，而材料又是能源和信息發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。人類先后經(jīng)歷了：石器時(shí)代- -一鐵器時(shí)代一一鋼鐵時(shí)代 （高分子時(shí)代半導(dǎo)體時(shí)代先進(jìn)陶瓷時(shí)代復(fù)合材料時(shí)代），這說明以學(xué)一種類材料為主導(dǎo)的時(shí)代已經(jīng)一不復(fù)返了。材料的發(fā)展已進(jìn)入豐富多采的時(shí)代，而以保護(hù)資源、環(huán)境和生態(tài)為目的的材料設(shè)計(jì)思想已形成新的潮流，即“生態(tài)環(huán)境材料”。

關(guān)鍵詞：機(jī)械；工程；材料

一、金屬材料依然在材料家族中占有統(tǒng)治地位

金屬材料是指由金屬元素或以金屬元素為主構(gòu)成的具有金屬特性的材料的統(tǒng)稱。包括純金屬、合金、金屬間化合物和特種金屬材料等。人類文明的發(fā)展和社會的進(jìn)步同金屬材料關(guān)系十分密切。繼石器時(shí)代之后出現(xiàn)的銅器時(shí)代、鐵器時(shí)代，均以金屬材料的應(yīng)用為其時(shí)代的顯著標(biāo)志。現(xiàn)代，種類繁多的金屬材料已成為人類社會發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。我們對金屬材料的認(rèn)識應(yīng)從以下幾方面開始：

1.1分類：金屬材料通常分為黑色金屬、有色金屬和特種金屬材料。

①黑色金屬又稱鋼鐵材料，包括含鐵90%以上的工業(yè)純鐵，含碳2%～4%的鑄鐵，含碳小于2%的碳鋼，以及各種用途的結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼、耐熱鋼、高溫合金、精密合金等。廣義的黑色金屬還包括鉻、錳及其合金。

②有色金屬是指除鐵、鉻、錳以外的所有金屬及其合金，通常分為輕金屬、重金屬、貴金屬、半金屬、稀有金屬和稀土金屬等。

③特種金屬材料包括不同用途的結(jié)構(gòu)金屬材料和功能金屬材料。其中有通過快速冷凝工藝獲得的非晶態(tài)金屬材料，以及準(zhǔn)晶、微晶、納米晶金屬材料等；還有隱身、抗氫、超導(dǎo)、形狀記憶、耐磨、減振阻尼等特殊功能合金，以及金屬基復(fù)合材料等。

性能材料的使用性能包括物理性能（如比重、熔點(diǎn)、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、熱膨脹性、磁性等）、化學(xué)性能（耐用腐蝕性、抗氧化性），力學(xué)性能也叫機(jī)械性能。材料的工藝性能指材料適應(yīng)冷、熱加工方法的能力。

1.2主要優(yōu)勢：

①、金屬材料的力學(xué)性能全面，可靠性高，使用安全；②、具有良好的溫度使用范圍；良好的工藝性能；③、儲量豐富，適合大規(guī)模應(yīng)用

金屬材料，尤其是新型金屬材料在目前的情況下，應(yīng)用較為廣泛，前景依然不錯(cuò)，這種狀況將持續(xù)很長時(shí)間，非金屬材料的研究進(jìn)展將決定這種狀態(tài)的時(shí)間長短。

1.3金屬材料總的發(fā)展趨勢：

金屬材料的發(fā)展已從純金屬、純合金中擺脫出來。隨著材料設(shè)計(jì)、工藝技術(shù)及使用性能試驗(yàn)的進(jìn)步，傳統(tǒng)的金屬材料得到了迅速發(fā)展，新的高性能金屬材料不斷開發(fā)出來。如快速冷凝非晶和微晶材料、高比強(qiáng)和高比模的鋁鋰合金、有序金屬間化合物及機(jī)械合金化合金、氧化物彌散強(qiáng)化合金、定向凝固柱晶和單晶合金等高溫結(jié)構(gòu)材料、金屬基復(fù)合材料以及形狀記憶合金、釹鐵硼永磁合金、貯氫合金等新型功能金屬材料，已分別在航空航天、能源、機(jī)電等各個(gè)領(lǐng)域獲得了應(yīng)用，并產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。金屬材料行業(yè)前景將不斷上升。

二、高分子材料現(xiàn)狀及前沿

隨著生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，不斷對材料提出各種各樣的新要求。通用高分.子材料向高性能、多功能、低污染、低成本方向發(fā)展通用高分子材料主要是指塑料、橡膠、纖維三大類合成高分子材料及涂料、黏合劑等精細(xì)高分子材料。高性能、多功能、低成本、低污染（環(huán)境友好）是通用合成高分子材料顯著的發(fā)展趨勢。在聚烯烴樹脂研究方面，如通過新型聚合催化劑的研究開發(fā)、反應(yīng)器內(nèi)聚烯烴共聚合金技術(shù)的研究等來實(shí)現(xiàn)聚烯烴樹脂的高性能、低成本化。

高性能工程塑料的研究方向主要集中在研究開發(fā)高性能與加工性兼?zhèn)涞牟牧?。合成橡膠方面，如通過研究合成方法、化學(xué)改性技術(shù)、共混改性技術(shù)、動態(tài)硫化技術(shù)與增容技術(shù)、互穿網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、鏈端改性技術(shù)等來實(shí)現(xiàn)橡膠的高性能化。在合成纖維方面，特種高性能纖維、功能性、差別化、感性化纖維的研究開發(fā)仍然是重要的方向。同時(shí)生物纖維、納米纖維、新聚合物纖維德研究和開發(fā)也是纖維研究的重要領(lǐng)域。在涂料和黏合劑方面，環(huán)境友好及特殊條件下使用的高性能涂料和黏合劑是發(fā)展的兩個(gè)主要方向。

三、復(fù)合材料現(xiàn)狀及前沿

復(fù)合材料，顧名思義是指由兩種或兩種以上的具有不同化學(xué)和物理性質(zhì)的素材復(fù)合組成的一種材料。其力學(xué)特性有各向異性、纖維和基體的界面特性以及強(qiáng)度的分散性。其一般分為：高分子基復(fù)合材料、金屬基復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料。

四、陶瓷材料的現(xiàn)狀及前沿

陶瓷材料是以抗壓強(qiáng)度大、耐高溫、剛度強(qiáng)、韌性好、耐磨損、硬度高、耐腐蝕、抗氧化性能好、疲勞強(qiáng)度大等力學(xué)性能為特征的材料，但是，陶瓷性脆，沒有延展性，經(jīng)不起碰撞和急冷急熱。在現(xiàn)代工程材料中，陶瓷材料作為應(yīng)用做廣泛的材料之一，在化工、電器、紡織、建筑等行業(yè)等到普遍應(yīng)用。

五、未來機(jī)械工程材料的發(fā)展趨勢

21世紀(jì)以前，科學(xué)與技術(shù)著重于認(rèn)識自然世界，不斷提高人類生存能力；21世紀(jì)科技將更多地著眼于認(rèn)識人類自身，不斷提高人的生命質(zhì)量。

在21世紀(jì)里，就制造業(yè)來講，發(fā)明和發(fā)展了汽車、機(jī)床、機(jī)器人、飛機(jī)、火箭、芯片、計(jì)算機(jī)、電視機(jī)等成千上萬的機(jī)電產(chǎn)品，極大地改變了人類的生產(chǎn)方式和生活方式。展望未來，21世紀(jì)機(jī)械工程材料將更加偉大、更加輝煌。制造業(yè)將出現(xiàn)更多意想不到的奇跡。機(jī)械工程材料生產(chǎn)的汽車不僅會跑，可能還會：飛；制造的飛機(jī)將更快、更安全；高速列車和磁懸浮列車將飛馳在祖國的原野；智能儀器裝備和智能機(jī)器人將按照人們的要求高效率、高質(zhì)量地制造產(chǎn)品；微型機(jī)器人將能進(jìn)入血管清理“垃圾”、修補(bǔ)心臟；人 們可用分子組裝技術(shù)組裝出理想性能的微器件；掌上工具可能是計(jì)算機(jī)、可視電話、電視、音響和網(wǎng)絡(luò)的集成，等等。

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作者簡介：

趙泓旭，出生年月：1997-04-18，性別：男，民族：漢，籍貫（精確到市）：河南省新鄉(xiāng)市，當(dāng)前職務(wù)：無，當(dāng)前職稱：無，學(xué)歷：本科，研究方向：材料成型及控制工程.