機械工程材料的發展趨勢

趙泓旭 鄭騰飛 張旭 劉健

摘 要：材料是人類賴以生存和發展的物質基礎，是人類文明的重要里程碑，當今有人將能源、信息和材料并列為新科技革命的三大支柱，而材料又是能源和信息發展的物質基礎。人類先后經歷了：石器時代- -一鐵器時代一一鋼鐵時代 （高分子時代半導體時代先進陶瓷時代復合材料時代），這說明以學一種類材料為主導的時代已經一不復返了。材料的發展已進入豐富多采的時代，而以保護資源、環境和生態為目的的材料設計思想已形成新的潮流，即“生態環境材料”。

關鍵詞：機械；工程；材料

一、金屬材料依然在材料家族中占有統治地位

金屬材料是指由金屬元素或以金屬元素為主構成的具有金屬特性的材料的統稱。包括純金屬、合金、金屬間化合物和特種金屬材料等。人類文明的發展和社會的進步同金屬材料關系十分密切。繼石器時代之后出現的銅器時代、鐵器時代，均以金屬材料的應用為其時代的顯著標志。現代，種類繁多的金屬材料已成為人類社會發展的重要物質基礎。我們對金屬材料的認識應從以下幾方面開始：

1.1分類：金屬材料通常分為黑色金屬、有色金屬和特種金屬材料。

①黑色金屬又稱鋼鐵材料，包括含鐵90%以上的工業純鐵，含碳2%～4%的鑄鐵，含碳小于2%的碳鋼，以及各種用途的結構鋼、不銹鋼、耐熱鋼、高溫合金、精密合金等。廣義的黑色金屬還包括鉻、錳及其合金。

②有色金屬是指除鐵、鉻、錳以外的所有金屬及其合金，通常分為輕金屬、重金屬、貴金屬、半金屬、稀有金屬和稀土金屬等。

③特種金屬材料包括不同用途的結構金屬材料和功能金屬材料。其中有通過快速冷凝工藝獲得的非晶態金屬材料，以及準晶、微晶、納米晶金屬材料等；還有隱身、抗氫、超導、形狀記憶、耐磨、減振阻尼等特殊功能合金，以及金屬基復合材料等。

性能材料的使用性能包括物理性能（如比重、熔點、導電性、導熱性、熱膨脹性、磁性等）、化學性能（耐用腐蝕性、抗氧化性），力學性能也叫機械性能。材料的工藝性能指材料適應冷、熱加工方法的能力。

1.2主要優勢：

①、金屬材料的力學性能全面，可靠性高，使用安全；②、具有良好的溫度使用范圍；良好的工藝性能；③、儲量豐富，適合大規模應用

金屬材料，尤其是新型金屬材料在目前的情況下，應用較為廣泛，前景依然不錯，這種狀況將持續很長時間，非金屬材料的研究進展將決定這種狀態的時間長短。

1.3金屬材料總的發展趨勢：

金屬材料的發展已從純金屬、純合金中擺脫出來。隨著材料設計、工藝技術及使用性能試驗的進步，傳統的金屬材料得到了迅速發展，新的高性能金屬材料不斷開發出來。如快速冷凝非晶和微晶材料、高比強和高比模的鋁鋰合金、有序金屬間化合物及機械合金化合金、氧化物彌散強化合金、定向凝固柱晶和單晶合金等高溫結構材料、金屬基復合材料以及形狀記憶合金、釹鐵硼永磁合金、貯氫合金等新型功能金屬材料，已分別在航空航天、能源、機電等各個領域獲得了應用，并產生了巨大的經濟效益。金屬材料行業前景將不斷上升。

二、高分子材料現狀及前沿

隨著生產和科學技術的發展，不斷對材料提出各種各樣的新要求。通用高分.子材料向高性能、多功能、低污染、低成本方向發展通用高分子材料主要是指塑料、橡膠、纖維三大類合成高分子材料及涂料、黏合劑等精細高分子材料。高性能、多功能、低成本、低污染（環境友好）是通用合成高分子材料顯著的發展趨勢。在聚烯烴樹脂研究方面，如通過新型聚合催化劑的研究開發、反應器內聚烯烴共聚合金技術的研究等來實現聚烯烴樹脂的高性能、低成本化。

高性能工程塑料的研究方向主要集中在研究開發高性能與加工性兼備的材料。合成橡膠方面，如通過研究合成方法、化學改性技術、共混改性技術、動態硫化技術與增容技術、互穿網絡技術、鏈端改性技術等來實現橡膠的高性能化。在合成纖維方面，特種高性能纖維、功能性、差別化、感性化纖維的研究開發仍然是重要的方向。同時生物纖維、納米纖維、新聚合物纖維德研究和開發也是纖維研究的重要領域。在涂料和黏合劑方面，環境友好及特殊條件下使用的高性能涂料和黏合劑是發展的兩個主要方向。

三、復合材料現狀及前沿

復合材料，顧名思義是指由兩種或兩種以上的具有不同化學和物理性質的素材復合組成的一種材料。其力學特性有各向異性、纖維和基體的界面特性以及強度的分散性。其一般分為：高分子基復合材料、金屬基復合材料、陶瓷基復合材料。

四、陶瓷材料的現狀及前沿

陶瓷材料是以抗壓強度大、耐高溫、剛度強、韌性好、耐磨損、硬度高、耐腐蝕、抗氧化性能好、疲勞強度大等力學性能為特征的材料，但是，陶瓷性脆，沒有延展性，經不起碰撞和急冷急熱。在現代工程材料中，陶瓷材料作為應用做廣泛的材料之一，在化工、電器、紡織、建筑等行業等到普遍應用。

五、未來機械工程材料的發展趨勢

21世紀以前，科學與技術著重于認識自然世界，不斷提高人類生存能力；21世紀科技將更多地著眼于認識人類自身，不斷提高人的生命質量。

在21世紀里，就制造業來講，發明和發展了汽車、機床、機器人、飛機、火箭、芯片、計算機、電視機等成千上萬的機電產品，極大地改變了人類的生產方式和生活方式。展望未來，21世紀機械工程材料將更加偉大、更加輝煌。制造業將出現更多意想不到的奇跡。機械工程材料生產的汽車不僅會跑，可能還會：飛；制造的飛機將更快、更安全；高速列車和磁懸浮列車將飛馳在祖國的原野；智能儀器裝備和智能機器人將按照人們的要求高效率、高質量地制造產品；微型機器人將能進入血管清理“垃圾”、修補心臟；人 們可用分子組裝技術組裝出理想性能的微器件；掌上工具可能是計算機、可視電話、電視、音響和網絡的集成，等等。

參考文獻：

[1] 何富貴.JSP開發案例教程.機械工業出版社.2014 .

[2] 溫浩宇.Web網站設計與開發教程.西安電子科技大學出版社.2014 .

[3] 劉勇軍.Java Web核心編程技術.電子工業出版社.2014 .

[4] 陸璐.JSP動態網站項目化教程.中國水利水電出版社.2013 .

[5] 范新燦.JSP綜合項目開發案例精編.高等教育出版社.2013 .

[6] 林學良.JSP&Servlet學習筆記.清華大學出版社.2012 .

[7] 劉京華.Java Web整合開發王者歸來.清華大學出版社，2010 [8] 孫鑫.Java Web 開發詳解.電子工業出版社.2010.

[9] 李兆鋒.張得生.Java Web項目開發案例精粹.電子工業出版社.2010 .

[10] 汪趙強.網頁制作與JSP技術.機械工業出版社.2010.

[11] 孫衛琴.Tomcat與Java Web開發技術詳解.電子工業出版社.2009.

作者簡介：

趙泓旭，出生年月：1997-04-18，性別：男，民族：漢，籍貫（精確到市）：河南省新鄉市，當前職務：無，當前職稱：無，學歷：本科，研究方向：材料成型及控制工程.