机械工程材料的发展趋势

赵泓旭 郑腾飞 张旭 刘健

摘 要：材料是人类赖以生存和发展的物质基础，是人类文明的重要里程碑，当今有人将能源、信息和材料并列为新科技革命的三大支柱，而材料又是能源和信息发展的物质基础。人类先后经历了：石器时代- -一铁器时代一一钢铁时代 （高分子时代半导体时代先进陶瓷时代复合材料时代），这说明以学一种类材料为主导的时代已经一不复返了。材料的发展已进入丰富多采的时代，而以保护资源、环境和生态为目的的材料设计思想已形成新的潮流，即“生态环境材料”。

关键词：机械；工程；材料

一、金属材料依然在材料家族中占有统治地位

金属材料是指由金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料的统称。包括纯金属、合金、金属间化合物和特种金属材料等。人类文明的发展和社会的进步同金属材料关系十分密切。继石器时代之后出现的铜器时代、铁器时代，均以金属材料的应用为其时代的显著标志。现代，种类繁多的金属材料已成为人类社会发展的重要物质基础。我们对金属材料的认识应从以下几方面开始：

1.1分类：金属材料通常分为黑色金属、有色金属和特种金属材料。

①黑色金属又称钢铁材料，包括含铁90%以上的工业纯铁，含碳2%～4%的铸铁，含碳小于2%的碳钢，以及各种用途的结构钢、不锈钢、耐热钢、高温合金、精密合金等。广义的黑色金属还包括铬、锰及其合金。

②有色金属是指除铁、铬、锰以外的所有金属及其合金，通常分为轻金属、重金属、贵金属、半金属、稀有金属和稀土金属等。

③特种金属材料包括不同用途的结构金属材料和功能金属材料。其中有通过快速冷凝工艺获得的非晶态金属材料，以及准晶、微晶、纳米晶金属材料等；还有隐身、抗氢、超导、形状记忆、耐磨、减振阻尼等特殊功能合金，以及金属基复合材料等。

性能材料的使用性能包括物理性能（如比重、熔点、导电性、导热性、热膨胀性、磁性等）、化学性能（耐用腐蚀性、抗氧化性），力学性能也叫机械性能。材料的工艺性能指材料适应冷、热加工方法的能力。

1.2主要优势：

①、金属材料的力学性能全面，可靠性高，使用安全；②、具有良好的温度使用范围；良好的工艺性能；③、储量丰富，适合大规模应用

金属材料，尤其是新型金属材料在目前的情况下，应用较为广泛，前景依然不错，这种状况将持续很长时间，非金属材料的研究进展将决定这种状态的时间长短。

1.3金属材料总的发展趋势：

金属材料的发展已从纯金属、纯合金中摆脱出来。随着材料设计、工艺技术及使用性能试验的进步，传统的金属材料得到了迅速发展，新的高性能金属材料不断开发出来。如快速冷凝非晶和微晶材料、高比强和高比模的铝锂合金、有序金属间化合物及机械合金化合金、氧化物弥散强化合金、定向凝固柱晶和单晶合金等高温结构材料、金属基复合材料以及形状记忆合金、钕铁硼永磁合金、贮氢合金等新型功能金属材料，已分别在航空航天、能源、机电等各个领域获得了应用，并产生了巨大的经济效益。金属材料行业前景将不断上升。

二、高分子材料现状及前沿

随着生产和科学技术的发展，不断对材料提出各种各样的新要求。通用高分.子材料向高性能、多功能、低污染、低成本方向发展通用高分子材料主要是指塑料、橡胶、纤维三大类合成高分子材料及涂料、黏合剂等精细高分子材料。高性能、多功能、低成本、低污染（环境友好）是通用合成高分子材料显著的发展趋势。在聚烯烃树脂研究方面，如通过新型聚合催化剂的研究开发、反应器内聚烯烃共聚合金技术的研究等来实现聚烯烃树脂的高性能、低成本化。

高性能工程塑料的研究方向主要集中在研究开发高性能与加工性兼备的材料。合成橡胶方面，如通过研究合成方法、化学改性技术、共混改性技术、动态硫化技术与增容技术、互穿网络技术、链端改性技术等来实现橡胶的高性能化。在合成纤维方面，特种高性能纤维、功能性、差别化、感性化纤维的研究开发仍然是重要的方向。同时生物纤维、纳米纤维、新聚合物纤维德研究和开发也是纤维研究的重要领域。在涂料和黏合剂方面，环境友好及特殊条件下使用的高性能涂料和黏合剂是发展的两个主要方向。

三、复合材料现状及前沿

复合材料，顾名思义是指由两种或两种以上的具有不同化学和物理性质的素材复合组成的一种材料。其力学特性有各向异性、纤维和基体的界面特性以及强度的分散性。其一般分为：高分子基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料。

四、陶瓷材料的現状及前沿

陶瓷材料是以抗压强度大、耐高温、刚度强、韧性好、耐磨损、硬度高、耐腐蚀、抗氧化性能好、疲劳强度大等力学性能为特征的材料，但是，陶瓷性脆，没有延展性，经不起碰撞和急冷急热。在现代工程材料中，陶瓷材料作为应用做广泛的材料之一，在化工、电器、纺织、建筑等行业等到普遍应用。

五、未来机械工程材料的发展趋势

21世纪以前，科学与技术着重于认识自然世界，不断提高人类生存能力；21世纪科技将更多地着眼于认识人类自身，不断提高人的生命质量。

在21世纪里，就制造业来讲，发明和发展了汽车、机床、机器人、飞机、火箭、芯片、计算机、电视机等成千上万的机电产品，极大地改变了人类的生产方式和生活方式。展望未来，21世纪机械工程材料将更加伟大、更加辉煌。制造业将出现更多意想不到的奇迹。机械工程材料生产的汽车不仅会跑，可能还会：飞；制造的飞机将更快、更安全；高速列车和磁悬浮列车将飞驰在祖国的原野；智能仪器装备和智能机器人将按照人们的要求高效率、高质量地制造产品；微型机器人将能进入血管清理“垃圾”、修补心脏；人 们可用分子组装技术组装出理想性能的微器件；掌上工具可能是计算机、可视电话、电视、音响和网络的集成，等等。

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作者简介：

赵泓旭，出生年月：1997-04-18，性别：男，民族：汉，籍贯（精确到市）：河南省新乡市，当前职务：无，当前职称：无，学历：本科，研究方向：材料成型及控制工程.