第1页，共29页，星期日，2025年，2月5日新型高性能结构材料高性能结构材料是具有高比强度、高比刚度、耐高温、耐腐蚀、耐磨损的材料，它包括新型金属材料、高性能结构陶瓷材料和高分子材料等。发展新型高性能结构材料将支撑交通运输、能源动力、资源环境、电子信息、农业和建筑、航天航空、国防军工以及国家重大工程等领域的可持续发展，对国家支柱产业的发展和国家安全的保障起着关键性的作用。第2页，共29页，星期日，2025年，2月5日第一节：超硬材料超硬材料通常是指莫氏硬度达到或接近10的材料，主要指金刚石和立方氮化硼，适于用来制造加工其他材料的工具。此外，超硬材料在光学、电学、热学方面还具有一些特殊性能，是一种重要的功能材料。一、人造金刚石和立方氮化硼的问世瑞典ASEA公司的Liander和Lundblad在1953年成功地合成了金刚石；1957年物理化学家温托夫（R.H.Wentorf）研制成功立方氮化硼。第3页，共29页，星期日，2025年，2月5日请同学们猜一猜合成钻石第4页，共29页，星期日，2025年，2月5日超硬材料的发展历程如表12-1所示。二、超硬材料的性能及应用1.天然单晶金刚石天然金刚石是一种各向异性的单晶体。硬度达9000-10000HV，是自然界中最硬的物质，最重要的用途在于高速超精加工有色金属及其合金。2.人造单晶金刚石人造单晶金刚石硬度略逊于天然金刚石，其解理方向和尺寸变得可控和统一。第5页，共29页，星期日，2025年，2月5日时间超硬材料公司方法用途1955人造单晶金刚石美国GE高温高压磨料1957立方氮化硼美国GE高温高压磨料1977人造聚晶金刚石，立方氮化硼烧结体美国GE高温高压刀具1995人造单晶金刚石刀具近年人造单晶立方氮化硼刀具近年类金刚石膜刀具近年金刚石薄膜CVD刀具近年金刚石厚膜CVD刀具表12-1超硬材料发展史第6页，共29页，星期日，2025年，2月5日3．人造聚晶金刚石人造聚晶金刚石是在高温高压下将金刚石微粉加溶剂聚合而成的多晶体材料其硬度比天然金刚石低（6000HV左右），但抗弯强度比天然金刚石高很多主要用来制作刀具。4．化学气相沉积金刚石膜金刚石膜是采用化学气相沉积(简称CVD)的方法制备出来的一种多晶纯金刚石材料，他呈膜状附着于基体表面，故又常称金刚石膜。第7页，共29页，星期日，2025年，2月5日5．立方氮化硼立方氮化硼微粉的显微硬度为8000~9000HV，仅次于金刚石，但热硬度和热稳定性比金刚石高很多。立方氮化硼在1300℃时仍能保持其硬度。6．立方氮化硼烧结体立方氮化硼烧结体具有较高的硬度(3000~5000HV)和耐磨性，并具有很高的热稳定性，在800℃时的硬度还高于陶瓷和硬质合金的常温硬度。第8页，共29页，星期日，2025年，2月5日第二节：超塑性合金一、超塑性的定义变形所需应力却很小，变形均匀，拉伸时不产生颈缩；无加工硬化，无弹性回复，变形后内部无残余应力，无各向异性，这种现象即为超塑性。图12-1为Ni-Fe-Cr合金延伸率达1000%以上而无颈缩的拉伸试样图。第9页，共29页，星期日，2025年，2月5日超塑性合金
Superplasticalloy1超塑性合金现象金属在某一小的应力状态下，可以延伸十倍甚至是上百倍，既不出现缩颈，也不发生断裂，呈现一种异常的延伸现象。第10页，共29页，星期日，2025年，2月5日图12-1Ni-Fe-Cr合金延伸率达1000%以上而无颈缩的拉伸试样图a拉伸试验前；b拉伸试验后第11页，共29页，星期日，2025年，2月5日4.3.1超塑性现象产生超细化晶粒；适宜的温度和应变速率。产生超塑性的条件晶粒的超细化、等轴化以及稳定化可通过合金化，控制凝固过程、热处理、形变热处理、粉末冶金、机械加工等方法来实现。第12页，共29页，星期日，2025年，2月5日6.4.2超塑性合金类别结构类别：细晶超塑性相变超塑性合金种类：锌基合金：巨大的无颈缩延伸率；低蠕变强度，冲压加工性能差铝基合金：综合力学性能较差，室温脆性大镍基合金超塑性钢：钛基合金第13页，共29页