鐵磁型防振合金
鐵磁型防振合金主要是依靠材料的磁性變化來消耗振動能的。這是因為鐵磁材料在機械振動時存在有附加的磁損耗,它由不同的渦流所組成,可消耗較多的動能。屬於這類防振合金的有鉻鋁鋼、鉻鋁錳鋼和鈷鎳合金等。這類合金的使用溫度高,加工性能好,是很重要的一類賣用減振合金。
位錯型防振合金
位錯型防振合金主要是以材料組織的位錯來消耗振動能的。位錯實際上是金屬材料中存在的一種線狀晶格缺陷。在充分退火的材料中,每平方厘米大約含有100萬個位錯。通過對材料進行塑性加工,就會使位錯急劇增加,而位錯互相聯合就會形成位錯網絡等形式。在交變應力作用下,位錯就會像弓弦一樣產生振動,從而將能量消耗掉。這就是說,位錯運動時產生內耗。這種內耗就能起到減振和防振作用。屬於這類防振合金的有鎂鎳合金和鎂鋯合金等。
雙晶型防振合金
雙晶型防振合金也叫做孿晶型防振合金。當合金受到振動作用時,雙晶(孿晶)晶界在振動的作用下就會產生移動,由於消耗振動能而使振動衰減下來。目前已得到廣泛應用的鎳鈦形狀記憶合金,當初是作為防振合金進行研究的,而在一次偶然機會中才發現它具有形狀記憶的本領。屬於這一類防振合金的有錳鋼合金、銅鋁鎳合金和鎳鈦合金等。這類雙晶型防振合金,實際是投入實用最早的防振合金,在防振合金中屬於作出過重要貢獻的老前輩了。
七、生物合金與人造金剛石
鈦合金
作為生物合金的鈦合金,包括純鈦和鈦鋁釩合金。這種鈦鋁釩合金的機械性能較好,除了鈷合金外,它是耐腐蝕性和生物相容性最好的合金材料。
鈦合金的最大優點是它的密度較低,主要是因為它裏麵含有密度小的鋁和釩。這樣,鈦合金就與人體骨胳相接近,植入人體後的舒適性比其他合金高。此外,它的彈性模量為不鏽鋼和鈷合金的一半,比較接近自然骨,因而可減少接合麵上的附加應力,延長了使用壽命。
鎳合金
鎳合金中含有鈷、鋁等多種合金元素,具有優異的耐腐蝕性和耐磨性,但目前尚未廣泛用它製作人工關節等。
鈷合金
鈷合金中含有較多的鉻、鉬,所以又稱為鈷鉻鋁合金。它的耐腐蝕性比不鏽鋼強40倍,而且耐磨性也非常優越,可在人體內使用二三十年也不產生磨損。這類合金主要用來製作人體受力最大的髓關節。
生物合金關節
生物合金在人體修複中大顯身手,已經取得了可喜的成果,其中以牙齒使用合金的曆史最久,采用的種類也較多。通常在牙齒修複中使用的生物合金包括金合金、銀合金、不鏽鋼、鎳鉻合金、鈷鉻合金和銀錫汞合金等,用它們可製作義齒、齒冠和齒橋等。近年來,鈦合金也常作為牙科用合金。
在人體內廣泛使用合金材料植入件開始於20世紀60年代。
到目前為止,人們已設計和製造出近1000種人工關節,包括肩、肘、腕、指、脊柱、髖、膝、踝和腳趾關節等。在英、美等一些科學發達國家,每年人工關節植入達2萬例以上。在我國,植入人工關節每年也達1000例以上,而且還在不斷增加。
鈦合金適合於製造大型人工關節,如全肩、全肘、全髖、全膝關節等。其中最大的人工關節全長達300毫米以上,重量為0.5千克。有的還將髓關節和膝關節連在一起設計製作,幾乎整條腿部的骨骼和關節都使用鈦合金作材料。
人造金剛石
人造金剛石是將碳溶於鐵、鈷、鎳、鉻、錳等金屬溶質(作為催化劑)中,並在2750℃和約100億帕的溫壓條件下從溶質中凝結出金剛石小晶體。或者采用爆炸法生產出人造金剛石。這種爆炸法生產人造金剛石,是在百萬分之一秒爆炸的瞬時,保持100萬個大氣壓和自然急劇升溫,從而獲得了平均粒度為數毫米的人造金剛石。
人造金剛石已代替價格昂貴的天然金剛石在空間探測器的紅外發射窗、激光器元件和光纖通信等許多方麵獲得實際應用,而且需求量每年增加15%~20%。
人造金剛石薄膜
如果在材料或零件的表麵上罩上一層人造金剛石薄膜,就好像為材料穿上結實耐磨的外衣。有了這種金剛石薄膜塗層新衣後,就會使工業產品發生驚人的變化。這種薄膜除了能使激光器的功率增大10多倍外,還能用來製成銳利無比的超薄型外科手術刀,而且可使各種金屬切削刀具的使用壽命延長30倍以上。另外,用金剛石薄膜還可製成音質優美的高保真揚聲器,即使當音頻高達人耳聽不到的4萬赫以上時,這種揚聲器仍不失真。
金剛石薄膜塗層還將在電子工業上大顯身手。由於矽晶體在半導體性能上遠不如純淨的金剛石,科學家們考慮在價格低廉的底襯上,塗上一層具有半導體性質的金剛石薄膜,以代替整塊的半導體。
八、精陶瓷
精陶瓷
普通陶瓷經過原料配製、坯料成型和窯爐燒成三道工序製成,而精陶瓷大多采用粉末燒結法製造,即先配製成一定成分的粉料,在壓力機上壓成坯,然後在嚴格控製溫度和壓力的爐內燒結而成。
結構陶瓷
通常所說的結構陶瓷是指在各種工業部門中用於製造機械設備和加工工具的陶瓷。目前,最常使用的結構陶瓷是氧化鋁、碳化矽、氧化鋯和氨化矽等。這些陶瓷材料大都是用粉末原料在一定溫度和壓力下燒結而成的。就以氧化鋁陶瓷來說,它由極細的純氧化鋁粉經過壓製和燒結製成。在壓力和高溫下,微細的氧化鋁顆粒互相焊合在一起,形成細密的結晶組織,而且它的原子間距離極小。這樣,它的結合力就比其他材料大得多,即使在高溫下也比一般材料堅硬得多,因而具有優異的耐磨性,而且還具有很強的耐腐蝕性,是製作加工工具的理想材料。