登陆注册
2589200000007

第7章 新材料技术(1)

一、人类文明大厦的基石——材料

材料是人类赖以生存的物质基础。人类社会不断地发展进步,就在于人类能够利用材料制造工具并用来改造世界。恩格斯说:“自然界为劳动提供材料,劳动把材料变为财富。”可以说,材料与人类的生存和进化息息相关,因此它被誉为“人类文明大厦的基石”。

对于材料,人们比较好理解,如普通钢铁、水泥、玻璃等,这些属于传统材料。相对于传统材料而言,新材料,又称先进材料(Advanced Materials),是指最近研究成功的或正在研制中的具有优异特性和功能,能满足高技术需求的新型材料。

人类历史的发展表明,材料是社会发展的物质基础和先导,而新材料则是社会进步的里程碑。材料技术一直是世界各国科技发展规划中一个十分重要的领域,它与信息技术、生物技术、能源技术一起,被公认为是当今社会及今后相当长时间内总揽人类全局的高技术。材料高技术还是支撑当今人类文明的现代工业关键技术,也是一个国家国防力量最重要的物质基础。国防工业往往是新材料技术成果的优先使用者。新材料技术的研究和开发对国防工业和武器装备的发展起着决定性的作用。

新材料既是科技发展的基础,又是科技进步的先导,这是新材料的两个显着特点。比如,半导体材料的发现和发展极大地推动了计算机技术的进步,使人类进入了信息时代;光纤技术的发展推动了现代通信技术的进步;新型结构材料和烧蚀防热材料的出现推动了航天技术和战略武器的发展。

在美国国防部制订的面向21世纪的国防科技战略规划体系中,把材料与制备工艺技术定为4个优先发展的领域之一,提出优先发展结构与多功能材料技术、能量与动力材料技术、光电子材料技术、有机与合成功能材料技术、生物衍生与生物诱发材料技术等五大重点。德国分析了世界高技术发展态势,提出21世纪的9大重点领域,首选就是新材料,在总共研发的80个课题中,有关新材料的占到24个。

毫无疑问,新材料已成为综合国力竞争的重要领域和国防力量的重要物质基础,是提高军队机械化水平的物质支撑和提高信息化程度的基础条件。因此,许多国家都将开发新材料置于优先发展的重点项目,特别是对军用新材料技术的发展给予了高度重视。

二、形形色色的新材料

当前新材料的发展重点是具有优异性能的结构材料和具有特异功能的功能材料,主要包括先进复合材料、特种金属材料、特殊高分子材料、生物医用材料及隐形材料等。

1.先进复合材料

先进复合材料是指两种以上不同性质的材料组合形成的一种高级材料。先进复合材料是结构材料的主要发展方向。这种材料的特点是强度大、比重小、具有良好的气动弹性性能,并且能大批量生产。复合材料已经在航空航天工业以及各种武器装备上得到了广泛应用。先进复合材料已成功地应用在F-16、F-18、“幻影”2000等军用飞机,“民兵”、“三叉戟”、“侏儒”等战略导弹,以及M-1、T-72、“豹”-Ⅱ等坦克上,并取得了良好的效果。

例如美国的AV-8B垂直起降机采用这种材料后,重量减轻了27%。F-18战斗机减轻了10%,从而大大地提高了飞机的机动性能。采用复合材料制成的现代舰船,自重大大减轻,航速也有很大的提高,海上机动作战能力更强。20世纪70年代英国人研制出“乔姆”复合装甲,并在新一代坦克上应用。这种装甲共有3层,外层和内层为钢、铝合金或铁合金等金属材料,中间层为塑料、陶瓷、玻璃纤维等非金属材料。其防破甲弹和碎甲弹的能力,明显优于传统的均质装甲。

为进一步推动复合材料在武器装备上的应用,美国正在实施“先进设计复合材料飞机”计划,预计复合材料将占飞机结构质量的68.5%,并使整个结构质量减轻35%。

2.特种金属材料

特种金属材料的代表是钛合金、形状记忆合金和贮氢金属,它们都有自已特殊的本领。

(1)钛合金

这种合金密度低、强度高,并具有优良的抗腐蚀性能和耐高温性能,是一种理想的轻质结构材料。钛合金在航空工业中的应用主要是制作飞机的机身结构件、起落架、支撑梁、发动机压气机盘、叶片和接头等。20世纪70年代以来,钛合金在军用飞机和发动机中的用量迅速增加,从战斗机扩大到军用大型轰炸机和运输机。它在F-14和F-15战斗机上的用量占结构重量的25%,在F-100和F-39战斗机发动机上的用量分别达到25%和33%。80年代以后,钛合金材料和工艺技术进一步发展,一架B-lB飞机需要90402公斤钛合金材料。同时钛合金也越来越受到陆军的青睐。陆军自行火炮、装甲车等重装备的轻量化可以大大提高机动性能。是武器发展的必然趋势。在保证武器机动性能与防护性能的前提下,钛合金在陆军武器上有着广泛的应用。例如155火炮制退器采用钛合金后不仅可以减轻重量,还可以减少火炮身管因重力引起的变形,有效地提高了射击精度;在主战坦克、直升机及反坦克多用途导弹上的一些形状复杂的构件可用钛合金制造,这既能满足产品的性能要求又可减少部件的加工费用。

(2)形状记忆合金

1932年,瑞典人奥兰德在金镉合金中首次观察到“记忆”效应,即合金的形状被改变之后,一旦加热到一定的跃变温度时,它又可以魔术般地变回到原来的形状,人们把具有这种特殊功能的合金称为形状记忆合金。记忆合金的开发迄今不过20余年,但由于其在各领域的特效应用,却广为世人瞩目,被誉为“神奇的功能材料”。

形状记忆合金可以分为三种:一是单程记忆合金,这种合金在较低的温度下变形,加热后可恢复变形前的形状,这种只在加热过程中存在的形状记忆现象称为单程记忆效应。二是双程记忆合金,这种合金在低温时变形,一经加热就会恢复到高温时的形状,一经冷却又能恢复到低温时的形状,这种在加热和降温过程中存在的形状记忆现象称为双程记忆效应。三是全程记忆金属,这种合金在加热时能恢复到高温时的形状,冷却时则变为取向相反形状相同的低温时的形状,这种效应称为全程记忆效应。

形状记忆合金已应用到航空和太空装置。如用在军用飞机的液压系统中的低温配合连接件,欧洲和美国正在研制用于直升飞机的智能水平旋翼中的形状记忆合金材料。由于直升飞机高震动和高噪声使用受到限制,其噪声和震动的来源主要是叶片涡流干扰,以及叶片型线的微小偏差。这就需要一种平衡叶片螺距的装置,使各叶片能精确地在同一平面旋转。目前已开发出一种叶片的轨迹控制器,它是用一个小的双管形状记忆合金驱动器控制叶片边缘轨迹上的小翼片的位置,使其震动降到最低。

科学家还将记忆合金用于制作空中飞机加油接口,在空中加油机与作战飞机加油管道连接好后,再进行电加热改变温度,可使接口处记忆合金变形,从而使接口紧密滴油不漏。

记忆合金在航空航天领域内的应用有很多成功的范例。宇宙空间站上有面积达几百平米的自展天线。这种天线如果不经过“缩小变形”,是不可能通过现有航天器送上太空的。有了记忆合金,问题就迎刃而解了。人类利用记忆合金,先在地面上制成大面积的抛物线形或平面天线,然后折叠成一团,用飞船带到太空,天线受到太阳照射,温度发生变化,折叠的天线因具有“记忆”功能而自然展开,恢复抛物面形状。

(3)贮氢金属

关于氢气的化学常识可能你已经知道了很多,氢能够燃烧,是一种高热值的燃料,燃烧1公斤氢可放出143283200焦耳的热量,常规燃料中还没有哪一种可以与它相比呢!而且在燃烧过程中,氢与氧结合生成水,水对环境不会造成任何污染。所以,可以说氢是最洁净的燃料。

制取氢的方法很多,例如电解水,但是这要消耗大量能源。在一般情况下,用电解水法制取氢作燃料是不合算的。于是科学家又在研究更经济的制氢方法,其中,比较引人注目的一种研制方法叫光分解法。太阳光是一种取之不尽的天然能源,利用太阳光分解海水,这大概是我们寻找无污染能源最有希望的方法。但是,新的问题也随之出现了。

现在一般都用一种钢制的耐高压容器——氢气瓶来贮存氢气。瓶里的氢气即使加到150个大气压,所装氢气的重量也不到气瓶重量的1/100,而且还有爆炸的危险。显然,这种贮存方法对于在工业上和生活上大量使用氢气是不合适的。正当人们为解决氢气的贮存问题而苦苦思索之时,金属材料的最新研究成果给我们带来了希望。

科学家发现,有些金属具有捕捉氢的能力,这类金属叫做“贮氢”金属。它们在一定的温度和比平衡分解压高的压力下能够大量吸收氢气,一个金属原子可以与两三个乃至更多个氢原子结合,形成金属氢化物。当我们把这种金属氢化物加热时,它又会发生分解而放出氢气。从理论上讲,相当于氢气瓶重量1/3的某些金属,就能“吸收”与氢气瓶贮氢容量相当的氢气,而它的体积却不到氢气瓶体积的1/10。具有贮氢能力的金属和合金已经发现不少,其中接近实用化的有钛铁合金镧镍合金和镁镍合金。

贮氢的办法找到了,氢作为燃料的应用也会更加广泛。若用氢代替汽油作燃料,可以在各种内燃机中使用,而且不需要对现在的内燃机作多大改动即可,甚至还能提高效率40%呢!

由于用贮氢金属来供应氢气具备了氢气纯度高,储氢密度高、安全性好和寿命长的特有优势,贮氢金属很快在军事领域受到了青睐。例如,在兵器工业中,坦克车辆使用的铅酸蓄电池因容量低、自放电率高而需经常充电,此时维护和搬运十分不便。放电输出功率容易受电池寿命、充电状态和温度的影响,在寒冷的气候条件下,坦克车辆起动速度会显着减慢,甚至不能起动,这样就会影响坦克的作战能力。贮氢合金蓄电池具有能量密度高、耐过充、抗震、低温性能好、寿命长等优点,在未来主战坦克蓄电池发展过程中将具有广阔的应用前景。如果用贮氢金属来作为作战飞机的燃料时,可以大大提高飞机的有效载荷、航速和航程,而且可以减少噪音,增加作战飞机的隐蔽性。

(4)超导材料

同类推荐
  • 傲慢与偏见(语文新课标课外读物)

    傲慢与偏见(语文新课标课外读物)

    小说以男女主人公达西和伊丽莎白由于傲慢和偏见而产生的爱情冲突为主线,描写了四段基于不同人生哲理的婚恋故事。同时,小说也展现了女主人公从恋爱到结婚,自我发现、自我成长的心理过程。作者文笔辛辣而滑稽,富有喜剧色彩,生动地反映了处于保守和闭塞状态下英国乡间生活和世态人情,展示了18世纪末至19世纪初英国社会的生活画面。
  • 心理常识速读

    心理常识速读

    心理是指生物对客观物质世界的主观反应,心理现象包括心理过程和人格,人的心理活动都有一个发生,发展,消失的过程。人们在活动的时候,通常各种感官认识外部世界事物,通过头脑的活动思考着事物的因果关系,并伴随着喜,怒,哀,乐等情感体验等。关于心理的一些小常识你了解吗?《心理常识速读》这本书从“感官生理心理”、“感官神经特殊能力”、“心灵不可知”等等方面来向大家介绍心理的常识;快来了解这些关于心理的常识吧!
  • 水域精灵的奥秘(我的动物朋友)

    水域精灵的奥秘(我的动物朋友)

    海洋的面积占全球总面积的2/3,因为海洋面积远远大于陆地面积,故有人将地球称为“大水球”。生命源于水,所以海洋是所有生物最古老的栖地。水生动物最常见的是鱼,此外还有肠腔动物,如海葵、海蜇、珊瑚虫;软体动物,如乌贼、章鱼;甲克动物,如虾、蟹;其他动物,如海豚、鲸、龟等其他生物。鲸用肺呼吸,所以属于哺乳动物。而不是鱼类。
  • 让学生诚实守信的故事

    让学生诚实守信的故事

    战胜死亡的抉择,萨拉的第二次生命,永不丢失缘于物欲的平静,地狱、天堂只一步之遥,不可或缺的两种东西,没有对手同样很孤独,谁在测试谁,道歉同样也是一种美德,还是做自己好,让花朵在受伤处绽放,改变我们的固有思维。
  • 每天学一点管理常识

    每天学一点管理常识

    常识能提升人的文化素养,改善一个人的文化形象。常识蕴涵着真正的智慧。人文学科本来就没有很严格的区分,而掌握更多的学科常识对于我们成为一个有文化素养的人很有意义。这虽然未必是我们对知识分工所带来的局限作抗争,但不同的学科常识使我们更能成为一个丰富而有趣的人。这不免使我们想起培根先生那段著名的论述,“读史使人明智,读诗使人聪慧,演算使人精密,哲理使人深刻,伦理学使人有修养,逻辑修辞使人善辩。总之,知识能塑造人的性格。不仅如此,精神上的各种缺陷,都可以通过求知来改善--正如身体上的缺陷,可以通过运动来改善一样。这些话语所蕴涵的深刻含义,令人咀嚼不尽。
热门推荐
  • 女皇请你狠一点

    女皇请你狠一点

    宋清瞳,北秦历史上唯一一位女皇,荒淫无耻,死于男人的算计!双眸再睁,她已非她。唇边一抹狡黠的微笑,她是来自现代的超级腹黑女,谈笑间,将一切算计踩在脚下。曾经人人避之如蛇蝎,如今却引来桃花朵朵,他们是真心爱她,还是另有所图?当淫荡背后的真相一点点揭开,她该如何抉择?【片段1】“宫里什么时候请的道士?”宋清瞳见一位道士打扮的人坐在凉亭里。“皇上说的是青峰观的主持吧,三个月前您邀他进宫讲道。”玉儿回答。“他到现在还没走?”“皇上以全观道士的性命威胁,留他在宫里,赐封文贵君,还准他穿道服。”宋清瞳脚底一滑。“不止文贵君,法良人和澄良人也是皇上礼佛时顺道捎回来的。”玉儿唯恐天下不乱补充道,她看见文贵君对面坐的好像是澄良人,还是一次说干净为好。【片段2】“皇后有话不妨直说。”宋清瞳放下茶盏,扯了半天没见他说正题,她的时间很宝贵。“……这些天,皇上一直召华贵君侍寝?”上官潋月犹豫一下,板起面孔问。“皇后有异议?”宋清瞳好整以暇,原来他拐弯抹角就是问这个。“华贵君出身低微,不配令皇上诞下龙子。”宋清瞳扑哧一笑,嘲弄道:“皇后的意思是,你更有资格?”“皇上以为如何?”袍袖一展,将她圈进怀中。
  • 绾青丝

    绾青丝

    绾青丝,挽情思,任风雨飘摇,人生不惧。浮生一梦醉眼看,海如波,心如皓月,雪似天赐。你自妖娆,我自伴。永不相弃!——借书友“东方如梦”赠词以代文案。叶落江秋孤舟蔚,海烟长空一色蓝。花落人去空落雪,楚楚凄凄弄停云。殇酒无味画声峥,且看离人绾青丝。——《绾青丝》
  • 萌主殿下恋爱吧

    萌主殿下恋爱吧

    她从来没有想过会有人喜欢她,居然还到了痴迷的地步。他眼里,她就像星光,那样耀眼。她是指引他获得新生的天使,他会不顾所有的守护她。友情和爱情碰撞时,他还能理智的选择吗?冷漠如冰块的恶魔骑士,温暖如春风的完美王子,又会给原本不属于那个世界的灰姑娘带去怎么样的奇妙旅程。最后谁又会成功的为灰姑娘穿上水晶鞋!一切尽在——萌主殿下,恋爱吧!
  • 至尊妖娆之血瞳魔后

    至尊妖娆之血瞳魔后

    苍穹大陆是个充满魔幻的地方,有吃人的丧尸,一蹦一跳的僵尸,美貌无比的吸血鬼,更有修真者,炼药师,魔法师等等,简单点说,这就是个弱肉强食,强者为尊的世界。苍穹无极之地,火山之底的冰棺中沉睡了一个女子,乃是上古创世主冰女。倾城妖娆,第二代纯种吸血鬼公主,因被亲生母亲,血族的真祖设计,一朝被害,魂穿异世。得知所有的一切,包括自己,都是一个笑话,她心死,神伤,愤怒,弥留之际立下惊天血誓,如有来世,斩情绝爱,绝不再不相信任何一人。当强大的灵魂与完美的身体所契合,开启上古神器戒指,炼灵药,得兽典,修真经,召唤万兽,妖娆之名震惊苍穹。面对神界大军,她平静如水“我可以创造出这个世界,我亦可以毁了它!”面对阴谋诡计,她冷眼看戏“夺我食者,必杀之!”传闻他冷冽无情,身边从未出现过女人,胆敢接近他的女人,都会死不瞑目。但是事实是这样的,“妖妖,不许不爱我,不许看别的男人,就算是女人也不行。”传闻他嗜血如命,杀人如同踩死一只蚂蚁,靠近他的人,都会生不如死。但是事实是这样的,“我就是厚脸皮,妖妖叫我往东,我绝不往西,妖妖叫我杀人,我绝不抓鸡。”传闻她断情绝爱,敢纠缠她的男人,都会遭受非人的痛苦。其实事实是这样的,“大哥,大爷,我求你不要再跟着我了好不好?”传闻她乃恶魔转世,吃人肉,喝人血,见过她的人,都会被生生吓死。其实事实是这样的,妖娆的脸庞,妩媚的身体,见过她的不管男女,都会迷得神魂颠倒。男主语录“娘子就是用来追的,厚脸皮,不要脸,都不要紧,只要能让她接受自己,就算用什么阴谋阳谋,毁天灭地,本尊都在所不惜!”女主语录“我从来不知一个人的脸皮可以厚成这样,既然你在我内心占据了一席之地,那就别再想出去了!”本文男主乃是霸道冰山,嗜血如命型,上的了厅堂,下得了厨房,斗的过六界,泡的了老婆,简单点就是腹黑无敌忠犬一枚。醉醉本着一生一世一双人的原则,这本也是一对一,无敌宠文,男女身心干净。醉醉语录;醉醉我是水晶心,如有不喜,敬请绕道,【本书纯属原创,如有雷同,纯属巧合,如有抄袭,我也无辙】
  • 仙缘莲生

    仙缘莲生

    在浩瀚的银河畔,有一居所。名叫“莲居小筑”。有一天,“小筑”的莲花全部盛开了,莲香四溢,“小筑”的上方有无数的光华溢出。在“小筑”的莲池中,一朵青莲,缓缓的绽放。随着光华流转,一位身着淡绿色荷叶边下摆长纱衣,内穿白色衣裙的仙子浮立水中。身上的淡绿色纱衣随着微风拂……这朵青莲,幻化出人身后又将经历什么呢?从仙界辗转到人间,从仙子到凡人。这一切的一切,真的就是上天冥冥中的注定吗?如果是,那么青莲最后的结局又是什么呢?
  • 做一个懂感恩、负责任、讲忠诚的员工

    做一个懂感恩、负责任、讲忠诚的员工

    一本让人如何以最短的时间成为最优秀员工的超级畅销书。新员工入职培训最佳读本,80后、90后员工最需要阅读的职场手册。为企业提供人才管理最佳解决方案,本书有望成为未来2—5年员工职业化培训团购量最大的学习读本。
  • 半个世纪的孤独:迈克尔·杰克逊

    半个世纪的孤独:迈克尔·杰克逊

    作者以生动流利、饱含深情的笔触从迈克尔·杰克逊一生跌宕起伏的经历中,用记事的方式书写了其童年生活、成名经历、辉煌与悲哀的人生、从黑人楷模到苍白怪人等无数经典片段,内容丰富而翔实,重现了其生前一个个生动的瞬间,让一代歌王波澜壮阔而又多姿多彩的一生在书中得到了几近完美的展现。
  • 妖颜媚世

    妖颜媚世

    此文玄幻+言情+三界+妖色+美男+天马行空的想象并且幽默搞笑诸多,不落俗套,喜欢的就收藏吧~—————————————————————————她,林怡倾,天生媚骨,妖艳容貌,性子由于家人的宠溺而单纯了些,更加显得惹人怜爱。不过,好不容易在毕业之后谈场恋爱,却偏偏是个失败的恋情,那男人有了未婚妻,却还对她纠缠不清。她,林怡倾,对待感情从不拖泥带水,分手也绝不回头,怎会再次留恋?却偏偏被人骂成‘狐狸精’、‘小贱人’,这怎能让她不气!在她昏迷前的一刻,她所想的只是:若有来世,千万不要给她一副妖艳容貌!再次醒来,一切都发生了变化,什么?你说她是妖精!做妖也是个快乐的妖!不过化为人身的时候,为什么会是这副模样!老天!你忒地不公!——————————————————————————他说:“姐姐,我们要永远在一起,你可不要食言啊。”他说:“既然你说了相配,就不要再把我丢下了。”他说:“人常言,人生得一知己足矣,那我只要你就够了。”他说:“你欠我的人情,可莫要忘了还。”他说:“即使是百花齐放,也没有一朵能够让我停留。”他说:“小东西,既然沾染上了我,你还想要逃吗?”男配众多,在文中将会为大家一一呈现~——————————————————————————此文你可以看到不同的妖精,还有人界,仙界的美男此文你可以领略玄幻的奥妙,修仙,论道此文你可以看到上古凶兽,神兽,各式各样的妖物层出不穷——————————————————————————★★★★★★★★★★★★★★★★★喜欢这本书的可以加群哦群一:35636912(不时有空位,可试着加加看)群二:40513217(空余)验证码用书中任一你喜欢的人物名称,例如“璎珞”“琅缳”...当然也可以输入动物的名称,默...★★★★★★★★★★★★★★★★★推荐自己的文同穿系列之一《偷欢盗爱》:同穿系列之二《夫君难选》:新坑:《妖夫》:
  • 不喝孟婆汤

    不喝孟婆汤

    据说,这世上有一条路叫黄泉路,有一条河叫忘川,河上有一座奈何桥,奈何桥的另一端有一个土台,叫望乡台,孟婆在那里卖孟婆汤。想要投胎转世的人,都必须走过奈何桥,喝下孟婆汤,这样就可以忘掉今生的一切,转入下一个轮回......
  • 剑斗九天

    剑斗九天

    看着身边人一个一个的在我面前倒下,我哭了---我的命运,怎么可能由上天来主宰?不能,绝不能。所以,我要逆天而行,用我手中之剑,埋葬我心痛的泪水,让九天在我面前忏悔......(86464840最新群)