材料科学研究的发展方向（郭景坤）

原作者:[标签:作者] 添加时间:2007-06-28 原文发表时间:2007-06-29 人气:1

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材料科学研究的发展方向

郭景坤

材料是人类赖以生存和发展的物质基础，因此，使用什么材料来制造工具往往成为人类文明发展的一个重要标志

当前材料研究应该向多相复合材料、纳米材料、智能材料、生物医学材料及材料设计、材料的无损评价方向发展

材料科学作为一门独立的科学需要不断完善和发展，从而逐渐增强它对材料工艺过程的正确指导作用。这里蕴藏着理论与实践辩证统一的关系，理论来源于实践，反过来又指导实践。材料科学对材料研究指导作用的一个重要方面是材料设计。根据使用的要求对材料的组成和结构进行设计以达到所要求的性能，这是发展新材料的必由之路。因此为了进行有效的材料设计，必须广泛研究材料的合成与制备中的科学问题；研究材料的组成、显微结构及其与性能之间的关系和规律、研究材料的相关系以及材料的缺陷、损毁规律、无损评价和使用寿命预测等。在新的理论指导下，又必须进行新的实践，以求得新的发展。当前材料研究应该发展的方向有：

一、多相复合材料

为满足新技术对材料性能的综合要求，不得不放弃单体材料后处理改性的唯一途径，采取取长补短的两种（或两种以上）单体进行有效复合化的复合材料。因而多相复合材料成为当前材料研究的重要对象，它的内涵已极其广泛，主要包括：

1.纤维（或晶须）增强或补强复合材料

纤维增强有机高分子复合材料已经得到很广泛的应用。高性能聚酰胺复合材料、聚苯并咪唑基复合材料今后都将有较大的发展。纤维增强金属基复合材料估计仍以碳纤维或碳化硅纤维增强铝基和钛基复合材料为主要发展对象。纤维补强陶瓷基复合材料则以碳化硅纤维或其他无机纤维为补强剂，基体则以非氧化物陶瓷为主的复合材料发展前景较大。从强度/重量比和它们的工作温度来衡量，在1200℃以下近期的使用则是金属复合材料、金属间化合物及其复合材料；在1200℃以上至1700℃左右环境下则是陶瓷基复合材料；在1700℃以上应用，则是碳/碳复合材料。玻璃陶瓷基体复合材料，由于它的性能匹配上的可调性，与纤维组成复合材料可以具有较优的性能，是一类作为1100℃以下使用的较有发展前途的复合材料。

2.第二相颗粒弥散复合材料

以无机化合物弥散金属的复合材料是当前颇具吸引力的材料。SiC颗粒增强铝基复合材料和钛基复合材料在改善它们的高温性能方面均显示出明显效果TiC或ZrB2弥散的SiC基复相陶瓷的强度和断裂韧性大约可提高50％～70％。SiC颗粒弥散的氧化锆（Y—TZP）复相陶瓷，在800℃时的高温强度提高约一倍以上，使它成功地应用于热机上。SiC颗粒弥散的莫来石陶瓷，常温和高温下的强度和断裂韧性都可以有近两倍半的提高，而且搞热震性能亦大大改进，是作为热机应用的第四种候选材料。用无机化合物颗粒弥散的有机高分子材料能有效地改进它们的耐磨性能、刚性等等。由于颗粒弥散型的复合材料、具有工艺的重复性好和可靠性高的特点，而且成本较低，因此应用前景看好。

3.两（多）相复合材料

锂铝合金，Ti－Ni系统的金属间化合物的两相复合材料是一类有望提高金属的强度/重量比和使用温度的材料。两（多）相陶瓷复合材料是典型的自补强陶瓷材料。充分利用多相复合材料来获得具有综合性能的材料是一个很好的思路，很值得研究。

4.无机物和有机物复合材料

无机/有机复合材料的研究已经有较长的历史，以无机物作为高分子材料的充填剂进行改性早被人们所应用，例如玻璃钢就是一种已经广泛应用于工业和建筑业中的典型的无机/有机复合材料。近年来，这类材料仍具有较好的发展前景，如压电陶瓷与高分子材料相复合，不仅提高了它的物化性能，而且改善了老化性能。这种复合原理还普遍应用于封装材料之中。

5.无机物和金属复合材料

在50年代末期和60年代前期曾经热闹过一阵子的所谓金属陶瓷，希望集金属与陶瓷的各自的长处于一身而得到一种新型材料。但是不幸的是实践的结果正好相反。这并非是思路上的失误，更多地应归咎于工艺问题。最近纳米技术的发展，为金属陶瓷的设想重燃了一线光明。通过纳米技术的途径，有可能制备出兼具金属与陶瓷各自长处于一身的新型材料。

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