幾種新型金屬材料

2023-02-04 23:27:05 字數 1602 閱讀 2703

(1)形狀記憶合金

形狀記憶合金是在60年代初期發現的,它是一種特殊的合金,有一種不可思議的性質,即使把它揉成一團,一旦達到一定溫度,它便能在瞬間恢復到原來的形狀。由鎳和鈦組成的合金具有記憶能力,稱為nt合金。

首先將預先加工成某一形狀的這種nt合金,在300℃~1000℃高溫下熱處理幾分鐘至半小時,這樣nt合金就會記憶住被加工成的形狀。以後在室溫下無論形狀怎樣變化,一旦將它的溫度公升至一定溫度時,它就會恢復成原來被加工成的形狀。

形狀記憶合金的結構尚未完全探明,為什麼金屬會記住某些固定形狀的問題也還沒有完全搞清楚。據科學家推測,金屬的結晶狀態,在被加熱時和冷卻時是不同的,雖然外表沒有變化,然而在一定溫度下,金屬原子的排列方式會發生突變,這稱為「相變」。能引起記憶合金形狀改變的條件是溫度。

分析表明,這類合金存在著一對可逆轉變的晶體結構。如含有ti和ni各為50%的記憶合金,有兩種晶體結構,一種是菱形的,另一種是立方體的,這兩種晶體結構相互轉變的溫度是一定的。高於這一溫度,它會由菱形結構轉變為立方體結構;低於這一溫度,又由立方體結構轉變為菱形結構。

晶體結構型別改變了,它的形狀也就隨之改變。

具有這種形狀記憶效應的合金,除鎳鈦合金外,還先後發現銅-鋅、金-鎘、鎳-鋁等約20種合金,其中「記憶力」最好的是nt合金。

形狀記憶合金的應用範圍廣泛,除了可用於溫度控制裝置、積體電路引線、汽車零件與機械零件外,由於其與生物體的相容性好、耐蝕性強,還可用於骨折部位的固定、人造心臟零件、牙齒矯正等醫用材料。由於nt合金成本昂貴,目前正在研製廉價的銅係形狀記憶合金。

(2)磁性材料

在許多過渡金屬元素和它們的化合物中,由於有未成對的d電子存在,所以具有順磁性,可以被磁場所吸引。fe、co、ni等金屬則具有鐵磁性,鐵磁性物質和順磁性物質一樣,也會被磁場所吸引,但磁場對鐵磁性物質的作用力要比順磁性物質大得多。同時,鐵磁性的固體物質在磁場中被磁化以後就已經永磁化了,也就是說,在外加磁場不存在時仍保留磁性。

而順磁性物質只有在外加磁場存在時才表現出磁性。並不是所有含未成對電子的金

屬都是鐵磁性的,例如,錳有5個未成對電子,鐵只有4個未成對電子,鐵有鐵磁性而錳卻不具有鐵磁性。具有鐵磁性的乙個必要條件是在晶格中順磁性的原子之間的距離要正好合適。如果原子靠得太緊密,相鄰原子中由於未成對電子占用的軌道會重疊而使自旋相反的電子配對;如果原子相距太遠,則乙個原子中的未成對電子的自旋就不能與相鄰原子中電子的自旋取得一致。

非鐵磁性金屬可以通過製成各種合金而成為鐵磁性的合金。常用的鐵磁性合金有矽鐵(含矽4%~5%)、fe-ni合金、fe-ni-co合金等。在磁性材料方面,含有某些稀土金屬的永磁鐵是目前最強的永久磁性材料,已廣泛應用於近代各個技術部門中,如製造微型電機、各種微波裝置、航空和宇宙航行的儀器中等。

現在,一些工業先進國家正在致力於釹-鐵-硼永磁材料的科研與生產。

(3)金屬多孔材料

這類材料是採用事先加工好的球狀或不規則的金屬(ti、mo、w等)粉末,經過壓型、燒結等工藝,使金屬顆粒既能熔接起來,又能保持由表及裡、縱橫交錯、相互貫通的眾多小空隙。這類材料除具有一般金屬的效能外,最突出的是透過性強,過濾效能高,經久耐用。適用於做過濾器、流體分布和滲透裝置等,也適於做消音和減震材料。

隨著科學技術的發展,孔徑為0.1μm以下的金屬多孔材料過濾膜,已普遍用於同位素分離技術、原子反應堆的排氣技術、消音器、減震器、催化劑、熱交換器、燃料電池的電極等方面。

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