第30卷第9期 2011年9月
特约专栏
中国材料进展 MATERIALS CHINA
特种功能材料中的固态相变及应用
徐惠彬，宫声凯，蒋成保，赵新青，李岩，郭洪波（北京航空航天大学材料学院空天先进材料与服役教育部重点实验室，北京100191）
Vol.30No.9 Sep.2011
摘要：固态相变已经从传统结构材料的增强增韧延伸到新型功能材料研究领域，引发多种奇特的物理效应。目前已经形成一批基于固态相变的新型功能材料。这些新型功能材料墓含着丰富的固态相变理论。固态相变现已成为新型功能材料设计与功能特性实现的重要手段之一。文章结合作者在固态相变及特种功能材料方面的研究工作，重点介绍高温形状记忆合金、高阻尼形状记忆合金、磁致伸缩材料和热障涂层材料中的固态相变特征及其在这些特种功能材料设计与功能实现和调控中应用的研究进展。
关键词：固态相变；特种功能材料：高温形状记忆合金：高阻尼形状记忆合金；磁致伸缩材料；热障涂层材料
中图分类号：TG132
文献标识码：A文章编号：16743962(2011)09-0001-12
Solid-StatePhaseTransformationsandTheir ApplicationsinSpecialFunctionalMaterials
XU Huibin,GONGShengkai,JIANG Chengbao,ZHAO Xinqing,LI Yan,GUOHongbo( Key Laboratory of Aerospace Materials and Performance of Ministry of Education, School of Materials Science and
Engineering, Beihang University, Beijing 100191, China)
Abstract: Solid-state phase transformations have been extended from toughening and strengthening of traditional struc-tural materials to advanced functional materials, inducing many interesting physical phenomena.
Varieties of functiona
materials have been developed based on the solid-state phase transformations, Studies on these functional materials have effectively enriches the theories of solid-state materials. The solid-state transformation have become one of the important approaches of functional materials designing and functionalities output, This paper briefly introduces the advances in solid-state phase transformations and their applications in high-temperature shape memory alloys, high damping shape memory alloys, magnetostrictive materials, and thermal barrier coatings.
Key wOrdS: solid-state phase transformations; special functional materials; high-temperature shape memory alloys; high damping shape memory alloys; magnetostrictive materials; thermal barrier coating materials
1前言
固态相变是指固态材料的原子聚集状态在成分、温度、压力、电场、磁场、辐照等条件改变时所发生的转变。关于材料固态相变的研究始于在钢中发现的马氏体相变、贝氏体相变和珠光体转变。随后，脱溶反应、有序-无序转变、玻璃化转变等固态相变也相继被人们认识。发展到今天，从纯金属到合金，从陶瓷到超导材料，从纳米晶到非晶，从高压氨到结品蛋白质，都观察到了固态相变[2)。固态相变已经发展成为研究各种固体材料组织结构形成及其稳定性的一门重要学科。
关于固态相变的应用，始于结构材料的增强增韧，收稿日期：2011-0809
基金项目：国家自然基金委创新研究群体项目（50921003）通信作者：徐惠彬，男，1959年生，教投
这是由于参与固态相变的两相之间力学性质差异显著。例如，将高碳钢泽火，可以得到高强度的α李晶，辅以回火则能减轻脆性。低碳钢痒火得到条状马氏体，既具有相当的强度，又有良好的韧性"]。钛合金的力学性能对其组织结构非常敏感，而钛合金具有马氏体相变、@ 相变、α相变等多种固态相变方式，因此，对固态相变的研究一直是钛合金领域的热点之一[4]。在含ZrO，陶瓷中，t-→+m马氏体相变时吸收能量，并阻碍裂纹膨胀，是结构陶瓷增韧的重要途径[5]。
除力学性质外，材料的固态相变还伴随有丰富的电、磁、光、热等物理性质的变化。近些年随着功能材料的逐渐兴起和材料表征技术的不断进步，对固态相变的研究已经从传统的结构材料延伸到功能材料，并引发许多奇特的物理效应。目前，已经形成一批以固态相变为基础的新型功能材料，包括形状记忆合金、磁致伸缩材料、磁制冷材料、热障涂层材料、压电材料、储能材