国内外材料科学的现状和发展方向

摘要： 本文探讨了国内外材料科学的现状及发展方向，并阐述了各种新型材料的特点、性能和应用。

Abstract: The present conditions and devolopment direction of material science at home and abroad was discussed in this paper, and thecharacteristics，properties and applications of various new type of materials were introduced briefly.

关键词： 材料；现状；方向

Key words: material；presend conditions；development direction application

中图分类号：G31文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）05-0036-01

0引言

材料、能源和信息并列为现代文明的三大支柱，而能源和信息的发展在一定程度上又依赖于材料的进步。在人类历史上，材料一直是人类进化的重要里程碑。材料的突破往往成为技术进步的先导，新技术带来社会进步，新材料促进社会革命，没有高新材料科学的发展，就不会有高新技术的发展和现代经济的繁荣。

1陶瓷

陶瓷的重要应用领域包括：微电子器件封装材料与基片、切削材料、在各种苛刻环境下工作的耐磨材料、防弹等军用材料、人工骨骼、牙齿等生物陶瓷材料，以及近年来颇为引人注目的陶瓷发动机材料等。美国福特汽车公司现在使用陶瓷刀具切削钢材。一家日本公司已制造出一系列陶瓷剪刀和小刀，它们多年保持锋利并且永不

生锈和腐蚀。由于陶瓷能够比钢承受更高的温度，美、日公司已制造出运转不需要冷却系统、效率高且重量轻的陶瓷柴油发动机样机。因不冷却，排出废气的热量可循环使用，从而可节省燃料50%，车自重减一半。2000年我国研制成功的无水冷陶瓷发动机装在45座的大客车中完成了上海至北京往返3500公里的道路试车。在机械行业，陶瓷还可作刀架、导轨等，精度高、不变形且不需要润滑剂。在生存环境方面，在净化器上加上能活化空气和水的远红外陶瓷涂层装置，有利于人体的健康。陶瓷的应用长期被其脆性所控制，但是通过表面改性技术可以减少引起脆性的微观缺陷。开发陶瓷基复合材料，可提高其韧性。可见新材料应用的关键在于研究者不断提高在原子或分子水平上操纵物质的能力。

2塑料

现在人们用高强度聚合物制造桥梁、室内溜冰场、试验用汽车发动机零件和直升机水平旋翼。塑料防冲档和燃料箱将很快普遍应用在新型汽车上。有一种在振动和挤压时能够产生电流的新塑料，用在了电吉它、机器人手上的触觉传感器以及能自动记录每一次冲拳和劈击的空手道服装里。美国通用电气公司塑料部市场销售副总裁Wascher说：“我们可用使用过的包装材料制造复杂的房屋产品。”事实上，他们正在计划建造一座由计算机控制的全塑房子。Wascher 说：“这将是很聪明的，并且看起来不像UFO。”

3复合材料

美国金属学会预测：“公元2000年以后，复合材料将比单一材料占有优先的位置。”博采众长的复合材料代表了材料发展的方向。骨骼、木材和竹子是天然复合材料，钢筋水泥是典型的人造复合材料，这种人造复合材料的特点是把钢的抗拉性能和水泥的抗压性能结合在一起，既可做大梁，也可做立柱。现代复合材料是从玻璃钢发展起来的，玻璃钢是玻璃纤维增强的塑料。第二代是碳纤维、芳纶及碳化硅增强树脂（未加工的塑料、合成纤维：涤纶、晴纶、尼龙和合成橡胶），90年代已大量推广应用；当前正在研究的是纤维增强金属、碳－碳复合材料，以及陶瓷纤维增强陶瓷。玻璃钢多用于制造小型船只及汽车，也作为耐烧蚀材料用于火箭、导弹等。碳纤维比强度是钢的3-5倍，比模量是钢的3-4倍，用于航空、汽车工业、体育器械等，如网球拍、羽毛球拍、高尔夫球杆、自行车、存储信息的磁盘和下一代的磁光盘等，轻巧、耐用和吸震。特别是最近日本报道，用碳／铜金属基复合材料代替昂贵的合金制造半导体器件的基片和隔离电极获得成功。再如信息的执行机械，如机械手与机器人等都需用轻质高强的结构复合材料制造运动臂以保证高速准确地执行信息指令。美F117和B2隐形轰炸机实际上也是有一个全复合材料外壳。铁氧体可吸收电磁波，把铁氧体和树脂复合制成屏蔽表层，有助于避开雷达。

4电子材料与通信材料

4.1 信息记录材料信息记录材料是计算机外围设备的关键材料，也是软件和信息库的基础。当前广泛应用的是磁记录材料（磁盘），正在发展的是光记录材料（光盘）。即以激光为光源，以多晶薄膜（MnALGe，MnGaGe，PtMnSb等）为光信息存储材料，大多是烧蚀型材料。把信息编码记录在光学圆盘镀膜介质中，再现信息时，用激光来读出信号，显示在电视屏或编码信号直接输入计算机。信息记录材料要有突破性发展，必须解决和发展可擦型光盘，现在的只读存储光盘发展为随机存储光盘，既可读又可写。目前IBM开发的较成熟的是磁光型光盘，材料：非晶态稀土－过渡元素合金（RE-TM）。

4.2 光导纤维引起通讯革命，横穿全国，传送电话信号的最新光纤电缆是由非常透明的玻璃制成的，即在高纯石英中掺杂P、Ge 等元素。据资料报导，100米厚的这种玻璃比标准窗玻璃还要清晰，其通信容量至少比同轴电缆大20倍，节约能源（每公里同轴电缆需铜1.1t，铅3.7t），重量轻，不受电磁干扰，保密性好。

用光纤通信来逐步替代同轴电缆和微波通信已成为今后通信技术发展的必然趋势，下一代光通讯纤维，是红外光纤和崭露头角的氟化物玻璃纤维。

5新型金属结构材料

当前在结构材料中，有机合成材料的比例逐步加大，无机非金属材料的发展势头很旺。但金属材料仍在发展，而且在更长的时期内仍将占据十分重要的地位。这种发展主要是通过采用新工艺和新技术，以提高合金化强度或改变组织结构，从而大幅度提高金属材料的性能来加以实现。诸如：定向凝固合金（涡轮发电机叶片）、形状记忆合金、发电合金（微电机用稀土永磁材料）、高温合金、激冷微晶合金（10-9m，纳米级）、贮氢合金（节能材料：镍氢电池），超导材料、隐身材料等。

6结束语

材料科学曾经是最无吸引力的技术，正在爆发出崭新而实用的发现。领先的可能是使电子学产生变革的超导陶瓷。但是超导体只是先进材料的一部分：从房子、汽车到炊锅和人工牙，世界有一天将由不同的新材料构成，就象遗传工程和计算机科学一样，奇异的塑料、玻璃和陶瓷必将塑造未来。因此，科研院所、大学和工业部门联合起来一起工作，以便使研究和开发成果能够迅速商品化、产业化。

参考文献：

[1]国家新材料产业发展战略咨询委员会.中国新材料发展报告.纳米科技,2005.4.

[2]吴人洁.复合材料的进展.机械工程材料，1993（1）.

[3]顾迅.现代表面技术的涵义、分类和内容、应用.金属热处理，1999（1）.