高分子材料与工程现状范文篇1

关键词：扫描电镜；陶瓷；显微结构；缺陷

1前言

随着时代的进步，陶瓷企业新产品层出不穷，人们对陶瓷产品的质量要求越来越高。要想生产出具有竞争力的陶瓷产品，我们就需要对陶瓷的性质作更全面的了解。在陶瓷的制备过程中，原始材料及其制品的显微形貌、孔隙大小和团聚程度等将决定其最后的性能。扫描电子显微镜可以清楚地反映和记录这些微观特征。扫描电子显微镜样品无需复杂制备，放入样品室内即可放大观察，在陶瓷工业生产中起到越来越重要的作用。本文主要介绍扫描电镜在陶瓷生产中的几种应用。

2在陶瓷生产中的应用

2.1陶瓷原料的显微结构分析

用扫描电镜对陶瓷原料进行研究十分方便，可以直接观察和分析原料的矿物结构形态及颗粒的大小、形状、均匀程度等。普通陶瓷原料之一的粘土是一种含水铝硅酸盐矿物，是陶瓷生产的基本原料。粘土的结构属层状硅酸盐，晶体呈片状，晶体外形是从轮廓清楚到模糊不清的六角形鳞片状或层状（见图1)。用扫描电子显微镜可观察到非常细微的粒子构造，以及粒度分析相结合可在理论上判定该粘土的可塑性及浇注性能。陶瓷原料的粒子构造在陶瓷原料深加工和应用的过程中有重要的意义。

高岭土是陶瓷原料中重要的一种物质。不同产地的高岭土因其形成条件不同，其晶体的形态、结晶程度和有序度也有很大的差异。产地不同、有序度不同、结晶形态各异的高岭土的各种工业指标是不同的，选用不同产地的高岭土作为原料时应采取不同的加工工艺。一般来说,如果高岭土结晶程度好、有序度高，则晶体形态就越完整，越接近理想状态；反之，高岭土结晶程度差、有序度低，则晶体形态就会呈现不规则状。在各地高岭土的扫描电子显微镜分析中主要发现有六角形片状（见图2），针状（见图3）等结构。单片状结构高岭土经简单工艺处理即可直接应用于造纸涂料；针状结构高岭土应用于陶瓷材料，具有可塑性高、通透性好等优点。

用于特种陶瓷的粉体颗粒形状、大小、均匀程度对特种陶瓷的性能有着较大的影响，研究粉体颗粒的形状、大小、均匀程度与特种陶瓷性能的关系是陶瓷学者们研究的重要课题之一。特种陶瓷粉体的制备方法有很多，颗粒的粒度分布范围广，颗粒形状千差万别，扫描电子显微镜是研究特种陶瓷粉体颗粒形状、大小及其分布的主要工具。图4为扫描电子显微镜对硅灰石原料进行长径比测试的结果。

2.2陶瓷制品材料的显微结构分析

陶瓷材料及其制品因具备许多其它材料所没有的性能而得到飞速发展，特别是多品种的普及和尖端新型工业瓷的出现，使陶瓷材料进入了各个领域。陶瓷生产的工艺条件、显微结构与制品的性能三者具有紧密的相互关系。研究陶瓷的显微结构，可以推断工艺条件的变化；同样，一定的显微结构又反映出陶瓷材料性能的优劣。

普通日用陶瓷结构致密，但仍存在一定量的分布均匀近圆形或椭圆形的微孔,这些微孔大小仅2μm左右，一般的分析方法无法清楚地反映和记录这些微观特征。扫描电子显微镜则可以做到。日用瓷瓷胎是由莫来石晶体、残余石英晶体、玻璃质以及气孔组成的复杂多相系统。瓷胎显微结构中晶相、玻璃相、气孔的分布状况（形状、大小、数量）以及晶粒的取向、晶粒的均匀度和杂质分布情况等直接影响和决定了瓷胎的物理化学性质，并以此作为改进瓷胎配方、指导生产和合理控制工艺过程的科学依据。

图5为陶瓷瓷胎样品，图6为瓷胎显微镜放大图片。图7为该瓷胎样品在1070℃下烧成的SEM图片，图8为该瓷胎样品在1180℃下烧成的SEM图片。通过对比这些图片，我们可以直观地观察到样品在高温烧成中气孔的分布状况（形状、大小、数量）的变化。在瓷胎被加热到超到1070℃后，随着易熔物的熔融，样品开始出现液相，新出现的液相填充在未熔颗粒之间的空隙中，靠其表面张力的聚拉作用，使瓷胎的气孔率下降，密度增加，体积急剧收缩。

图9为瓷胎样品在较低温度下由氢氟酸腐蚀后的SEM图片。图10为瓷胎样品在较高温度下由氢氟酸腐蚀后的SEM图片。通过对比这些图片，我们可以直观地观察到样品在高温烧成中莫来石晶体的变化。莫来石晶体的形成，会增加陶瓷产品的机械强度和稳定性。

2.3陶瓷成品的缺陷分析

陶瓷成品缺陷是陶瓷生产中的老大难问题。各种陶瓷缺陷的产生极大地影响了产品质量。利用扫描电子显微镜和能谱仪对陶瓷成品的缺陷位置进行分析，可以快速找到产生缺陷的原因。

图11是一块釉面出现黑斑的陶瓷碎片。图12是黑斑的缺陷纵切面显微镜放大图片。图13是黑斑缺陷纵切面的SEM图像,为背散射成像。对比表1中黑斑所在缺陷区域1与正常区域2的EDS结果，可以快速直观地排查出陶瓷成品缺陷是由哪种原料或哪个工序的生产工艺所造成。

3结语

以上所述是扫描电子显微镜在陶瓷生产应用中的几个方面。结合具体研究方向可以比较深入地研究各种陶瓷材料的微观结构与工艺条件及性能的关系。相信将来扫描电子显微镜可以在陶瓷新材料、新工艺的探索和研究中起到越来越重要的作用。

参考文献

[1]牟善彬.扫描电子显微镜在陶瓷材料中的应用[J].佛山陶瓷,200

1(9):27-29.

[2]西北轻工业学院等.陶瓷工艺学[M].北京:中国轻工业出版社，1997.

高分子材料与工程现状范文1篇2

我们周围的物质材料一般都是热沸材料，随着温度的上升而依次呈现固、液、气、等离子体四态。宇宙之大，无奇不有，在宇宙空间中还存在着一种性质截然相反的冷沸材料，随着温度的下降而依次呈现固态、液态和气态。在月球的骨架材料中，就大量存在着这种由四极夸克构成的冷沸材料。

聚集态的冷沸材料在常温及高温为固态，在零下121摄氏度后变为液态，在绝对温度3K（约零下270摄氏度）变为气态（也称游离态）。冷沸材料的特殊性能在月球的特殊构造的形成过程中发挥了关键作用。月球的岩石构成极不均匀，一侧多是比重介于3.2～3.4克/立方厘米的月岩，另一侧4～6千米深的月球内部则含有大量的由四极夸克构成的天然冷沸材料，比重约为0.05克/立方厘米；在月球表面40～60千米以下的月核部分所含的冷沸材料的纯度更高。

聚集态的冷沸材料在常温和高温时则热而弥坚，愈热强度愈高，冷沸金属材料最高耐受温度可达10200摄氏度，在常温及高温时均可保持电超导和磁超导特性；冷沸非金属材料可耐7400摄氏度的高温，是优秀的耐磨和阻磁材料。2006年初英国剑桥大学的学者在对太阳周围的暗物质晕进行观察时发现，暗晕的温度可以高达一万多摄氏度，但更高的温度区域就不再存在暗物质晕了，该项观察结果印证了冷沸金属材料的高温极限。自然界中极少存在凝聚态的天然冷沸材料，只有象月球这样的冷星球的骨架材料中存在着四极凝聚态夸克（通常质子中的夸克都是三极的）可供采掘。

我们之所以把冷沸材料称为超级材料，是因为它具有一系列人类目前使用的热沸材料前所未有的超级性能：1.金属冷沸材料的最高耐温温度是10200摄氏度；非金属冷沸材料的最高耐温温度是7400摄氏度。相比之下，热沸材料中最耐温的金属材料钨的熔点是3380度，非金属材料中耐温的佼佼者金刚石的熔点约4000摄氏度。2.冷沸材料是超轻材料，它的比重为0.05克每立方厘米。相比之下，铁的比重为7.81克每立方厘米，而钨的比重则高达19.3克每立方厘米。3.金属冷沸材料是名副其实的高温电超导和磁超导材料，在数千度的高温下仍保有超导性能，而不像现在人类所谓的高温超导材料只能在在零下70摄氏度以下具有超导性能。4.非金属冷沸材料是优秀的耐磨材料和阻磁材料。5.同一种成分的冷沸材料可以随冷处理时效工艺的不同，在金属与非金属之间转换。6.冷沸材料在常温及高温均具有超强结构强度，既柔韧又坚硬，对其进行加工必须在低温下进行。在与适度比例的惰性热沸物质掺混后，合成材料也将获得优异低温性能，因而冷沸材料也是制造星际飞碟的主要材料。

从以上论述不难看出，冷沸材料的优异性能将为航空航天工程师和电子工程师提供空前未有的自由空间，去研制一系列空前未有的航空航天发动机和飞行器、超级机械和电子设备，引发新一轮的工业科技革命。

冷沸与强磁激发能材料的工业化生产及应用

如能将质子的内核夸克和的胶子分离，人工方法就可提取到夸克构成的冷沸材料，而利用介子射线器构成梯压振动心聚真空射浮分离技术，即可大批量分解质子、实现工业化生产冷沸材料的目的。

质子流被介子射线冲击轰炸而发生分解之后所产生的夸克－胶子等离子体可在电磁离心机上加以分离。重质量的夸克从离心机上甩出之后，保存在零下60度的环境中可呈游离态存在。继续降温到零下121度并予以压缩之后变为胶粘状，可进行塑性加工；再降温则呈现液态；当温度低于绝对温度3K之后，冷沸物质变成游离气态，这也是“冷沸”一词的来由。而只要向冷沸物质中渗入一定量的惰性气体，就可立即获得在超低温、低温、常温、高温以及超高温广阔温度范围内都具有超级强度的固态优质材料。

惰性气体属于热沸材料，与冷沸材料以适当比例掺合后，在零下121摄氏度到零下245摄氏度的范围内可结晶析出并形成性能各异的多种固态材料。随着惰性气体掺入比例的变化以及结晶体析出温度及时效冷处理时间的长短不同，会产生三角形、菱形、正方形、等六边蜂巢形等形状各异的微结晶体，从而使所得材料具备形形的性能以适应不同的需要。利用冷处理的时效作用，还可以改变已有材料的微结晶形状和性能，在金属与非金属之间转换，使冷沸材料具备金属特性或非金属特性。

使用介子发射器分解质子的过程中，除了能获得冷沸材料之外，还将获得一种比冷沸材料更珍贵的强磁激发能材料，在离心静电分离机的中心电极上吸附着的灰白色粉末状物质就是强磁激发能材料。强磁激发能材料的基本粒子称为纳子，是包围在轻夸克的晶基膜（壳）的构成粒子，夸克的胶子时刻围绕夸克（包括晶基膜）旋转，在轻夸克和重夸克之间又时刻进行着能量交换：轻夸克吸收外界能量，并将能量输送给重夸克；重夸克的能量饱和之后又向轻夸克输送能量，最终自己变为轻夸克，此时的晶基膜粒子称为纳子。纳子就是具有N极磁性的单磁子，也可称为巨磁粒子。纳子又是基础核能粒子，核能量就是纳子能量。强磁激发能材料有着众多人类连做梦也不敢奢望的奇异特性：

1.它是基础核能材料，可以实现百分之百的质能互换，达到李政道所说的“使物质的质量全部消失，完全转化为能量”。2.它是磁单极子，由它构成的磁性材料可以产生超强磁场。一段150毫米的强磁激发能材料所产生的磁场强度就可以和现在世界上最大的重达150吨的电磁铁一争高下；这段强磁激发能材料可把低速质子束迅速加速到3～8千米/秒的高速。3.强磁激发能材料的出现，将使远胜于激光射线器的无坚不摧的光磁（死光）射线器、不同于磁约束和惯性约束的真正可以实现的光磁射线控制的受控热核反应、用于星系飞行的反物质光子发动机、使飞船能在引力场中任意悬停和升降的反重力真空能发动机、无惯性力屏蔽舱、使飞碟在四维时空隐身消失进入更高维空间而实现虫洞飞行的关键装置——多维时空缠绕机、迷你型氢弹等新技术装置成为现实。

高分子材料与工程现状范文篇3

材料也是社会进步和人类文明的物质基础与先导。人类文明被划分为旧石器时代、新石器时代、铜器时代、铁器时代和现在的硅时代（或者称为电子时代）等，由此可见材料发展对人类社会的影响。目前，材料科学与工程在支撑交通运输、能源动力、资源环境、电子信息、农业和建筑、航空航天、国防军工以及国家重大工程等领域充当着物质基础，发挥着先导作用。在未来时期内，对先进材料需求总体上将呈现如下几个重要趋势：对材料数量和种类的需求在相当长时间内将持续增加；将更加重视材料的质量、可靠性和成本；对能源材料、生物材料、环境材料的需求越来越迫切；在追求更高性能的同时，往往要求材料具有多种功能；更少依赖资源能源，减少对环境的污染和破坏。

目前我国材料生产与科研的整体水平还不高，尚不能完全满足经济和社会发展的需求，同发达国家相比仍具有较大的差距，没有形成比较完整、相对独立的符合国情的材料体系。虽然我国已经是材料大国，特别是传统材料生产能力提高很快，大多基础原材料的产量已经是世界首位，但许多高品质原材料如钢铁、铝、铜、水泥、橡胶、树脂、玻璃等仍需要大量进口。我国传统材料目前都面临提高品质、降低成本、降低能耗和升级换代等问题。新材料跟踪仿制多，拥有自主知识产权尤其是具有原创性的成果少。为此，材料科学与工程领域已成为我国高技术发展的瓶颈。

材料科学与工程是关于材料成分、制备与加工、组织结构、性能及材料使役行为之间相互关系及其应用的学科。材料科学与工程发展至今天，其主要的趋势表现在：纳米材料及纳米结构的研究开发被部署为材料科学研究战略的首位；与信息技术、生物技术、能源技术相关的材料技术得到迅速发展，并日益受到重视；通过不同材料之间的复合化或集成化，优化材料性能或探索高性能新材料体系的研究层出不穷；材料深层次的微结构表征测定、超精细组装加工的新原理、新技术已经成为推动材料科学开拓性发展的重要动力。“材料科学与工程”的任务是研究材料的结构、性能、加工和使用状况四者间的关系。这里所指材料，包括传统材料和各种新型材料；所谓结构，包括用肉眼或低倍放大镜观察到的宏观组织(粗视组织)，用光学或电子显微镜观察到的微观组织，用场离子显微镜观察到的原子象，以及原子的电子结构；所谓性能，包括力学性能、物理性能、化学性能，以及冶金和加工性能等工艺性能；所谓加工，是指包括材料的制备、加工、后处理(再循环处理)在内的各项生产工艺；所谓使用状况，则是指材料的应用效果和反响(例如,有些材料在使用过程中组织结构不稳定，或易受环境的影响，使性能迅速下降)、材料的结构、性能、加工和使用状况这四个因素称为材料科学与工程的四要素。因此，材料科学与工程就是研究四要素之间的关系的一门学科。

高分子材料与工程现状范文

关键词：选择性激光烧结；高分子粉末材料

中图分类号：F406文献标识码：A

0前言

目前SLS高分子粉料的制备工艺处于行业保密状态，没有完整、公开的工艺流程可供参考，本文根据高分子粉末的制备方法，通过资料分析，总结出了低温粉碎法和溶剂沉淀法两种可行的SLS高分子粉料的制备方法和工艺流程。合理的工艺参数组合是获得良好成型质量的关键，成型工艺参数的设置和材料的性能有关，

1选择性激光烧结材料的概况

烧结材料是SLS技术发展的关键环节，它对烧结件的成型速度和精度及其物理机械性能起着决定性作用，直接影响到烧结件的应用以及SLS技术与其他快速成型技术的竞争力。因此，在SLS技术方面有影响力的公司如3D（DTM）、EOS公司都在大力研究并提供激光烧结材料，有很多科研机构和一些从事材料生产的专业公司也加入到激光烧结材料的研究开发当中。目前已开发出多种激光烧结材料，按材料性质可分为以下几类：金属基粉末材料、陶瓷基粉末材料、覆膜砂、高分子基粉末材料等。金属基粉末材料主要有两大类，一类是用聚合物作粘结剂的金属粉末，包括用有机聚合物包覆金属粉末材料制得的覆膜金属粉末及金属与有机聚合物的混合粉末。另一类是不含有机粘合剂的金属粉末，这类金属粉末可用大功率的激光器直接烧结成致密度较高的功能性金属零件和模具。金属粉末的直接烧结成型因工艺简单而倍受关注，但因烧结温度高，用激光烧结成型有较大的难度。陶瓷粉料的烧结温度很高，难以直接用激光烧结成型，因此，用于SLS工艺的陶瓷基粉末材料是加有粘结剂的陶瓷粉。在激光烧结过程中，利用熔化的粘结剂将陶瓷粉末粘结在一起，形成一定的形状，然后再通过后处理以获得足够的强度。目前陶瓷基粉末的激光烧结工艺尚不成熟，还没有实现商品化。

2选择性激光烧结高分子粉末材料分类

2.1热塑性塑料粉

热塑性塑料粉又可分为晶态和非晶态两类，非晶态由于从熔融状态到固态没有结晶过程，故收缩率较低，成型工艺易于控制。玻璃化温度Tg、粘流温度Tf和材料的熔融指数是非晶态材料成型的三个重要的工艺控制参数。Tg与Tf差值对成型过程材料的收缩变形有很大影响，而熔融指数直接影响成型零件的密度和强度。晶态成型粉料的特点是材料本身的模量和强度较高，同时在熔点以下粉末颗粒不会粘接，因而易于控制成型温度，获得较高密度的成型件。结晶类材料的缺点是从熔体到固体存在结晶相变，材料的收缩变形大，因此必须设法在烧结时给予补偿。对此类材料的成型，控制结晶的过冷区和速率是关键。现在已投入使用的结晶类成型粉料还不多，一般只是尼龙及共聚尼龙的粉料，由于结晶类成型材料具有较高的强度和韧性，有较大的发展潜力。

2.2热固性塑料材料

热固性塑料粉的成型过程是在激光的热作用下，材料分子间发生交联反应使粉体颗粒彼此粘接。最常用的热固性材料是环氧树脂和酚醛树脂，此类材料一般不能单独使用，它们可以作为粉末颗粒间的粘结剂。因此树脂颗粒在母体材料表面的包覆状态是至关重要的。热固性树脂的优点是零件变形小，尺寸稳定，价格低廉，缺点是固化反应时间一般高于激光扫描停留时间，因此来不及充分反应，零件的初始强度往往较低，需要做后期固化处理。现在较成熟的热固化成型材料是覆膜树脂砂，可用于铸造成型的型芯和型壳。

3选择性激光烧结高分子粉料烧结件的用途

由于SLS技术的灵活性和快捷性，它的应用领域几乎包括了制造领域的各个行业，在医疗、艺术、人体工程、文物保护等行业也得到了越来越广泛的应用。

3.1制造业领域

在制造业特别是航空、航天、国防、汽车等重点行业，其核心部件一般均为金属零件，而且相当多的金属零件是非对称性的、有不规则的曲面或结构复杂且其内部又含有精细结构。这些零件的生产常采用铸造或解体加工的方法。在铸造生产中，模板、芯盒、压铸模的制造往往是用机械加工的方法完成的，有时还需要钳工进行修整，不仅周期长、耗资大，而且从模具设计到加工制造是一个多环节的复杂过程，略有失误有时甚至要全部返工。特别是对一些形状复杂的铸件，如叶片、缸体等模具的制造更是一个难度相当大的问题，在加工技术与工艺可行性方面仍有很大困难。可以设想，如果遇到此类零件的样品或小批量生产，其制造周期、成本及风险是相当大的。

3.2新产品开发过程中的设计验证与功能验证

RP技术可快速地将设计的CAD模型转换成物理实物模型，这样可以方便地验证设计人员的设计思想和产品结构的合理性、可装配性、美观性，发现设计中的问题可及时修改。如果用传统方法，需要完成绘图、工艺设计、工装模具制造等多个环节，周期长、费用高。如果不进行设计验证而直接投产，则一旦设计失误，将会造成极大的损失。例如，家电及通讯产品的外形、结构设计，装配试验、功能验证，模具制造等；为客户提品样件，进行市场宣传等，快速成型技术已成为并行工程和敏捷制造的一种技术途径。

3.3医疗、人体工程、文物保护领域

医疗器械的设计、试产、试用。以医学影像数据为基础，把CT扫描信息实物化，利用RP技术制作人体器官模型作为医疗专家的可视模型，进行模拟手术或对特殊病变部分进行修补，人体骨关节的配制，文物的仿制等。

4结语

目前，国内使用的SLS高分子粉料仅限于PS、PA、PC等粉料，大多数是各研究单位针对自己研发的SLS设备而研制的，成本较高，对设备的依赖性强，并且成型性能不稳定，成型件表面粗糙，表面硬度和强度不高。成型粉料和成型工艺是获得良好烧结成型质量的关键，SLS高分子材料和工艺的改进研究仍有以下工作要做：1.需要研制出更多种类、不同用途的粉料，逐步扩大SLS技术的工业应用领域。SLS成型粉料的开发和生产应向商品化、系列化、规模化方向发展。国内目前尚无专业的快速成型材料制造商和销售商，各快速成型技术的研发单位开发的粉料品种比较单一，工艺适应性较差，不便于推广应用。2.开发高性能、低成本、低污染的高分子粉料，改变目前价格昂贵制约工业应用的现状。

参考文献

高分子材料与工程现状范文篇5

面对高技术时代对高性能钛合金材料日益紧迫的要求，非连续增强钛基复合材料因其具有的高比强、高比刚度、耐高温和耐蚀性能已成为研究的热点。人们对其制备工艺、微结构、力学性能等进行了一系列的研究，而这些研究的主要目标为外加法制备的钛基复合材料。而本研究则采用原位合成工艺制备非连续增强的钛基复合材料。与外加法比较，原位合成法因其工艺简单、材料性能优异，在技术和经济上更为可行。增强体的原位合成，避免了增强体的污染问题，也避免了熔铸过程中存在的润湿性问题，有利于制备性能更好的复合材料。然而，为了低成本高效制备高性能的钛基复合材料尚有许多问题需要解决。因此，从理论和实验上研究这些问题，对低成本高效制备高性能的钛基复合材料具有非常重要的理论和实际意义。

针对金属基复合材料发展应用中的关键问题??成本和性能，本文开发设计了新型的钛基复合材料的制备工艺，可以低成本高效制备性能优异的钛基复合材料。即可利用钛与碳化硼、硼及石墨之间的自蔓燃高温合成反应，采用普通的钛合金冶炼工艺制备出单纯TiB晶须、单纯TiC颗粒增强或TiB晶须和TiC粒子混杂增强的钛基复合材料。为了拓展钛基复合材料的应用领域，为制备高性能的钛基复合材料打下坚实的基础，本文的研究主要包括以下几个方面工作：

1、研究了利用钛与石墨、硼及碳化硼之间的反应制备TiB和TiC增强钛基复合材料的原位合成机理。利用热力学理论计算了钛与石墨、硼、碳化硼反应的Gi自由能DG和反应生成焓DH，结果表明：各个反应的Gi自由能DG值都为负值，说明在热力学上上述反应是可行的。虽然在热力学上可以利用钛与碳化硼之间的化学反应合成TiB2和TiC增强体，但从化学平衡考虑，TiB2不能稳定存在于过量钛中，因此能够稳定存在于普通钛合金中的增强体为TiB和TiC。上述反应都为高放热的反应，从理论上讲绝热温度都大于自蔓燃高温合成的判据，表明反应能自发维持。

2、利用非自耗电弧炉和自耗电弧炉经普通的钛合金铸造工艺制备出单纯TiB晶须、单纯TiC颗粒增强或TiB晶须和TiC粒子混杂增强的钛基复合材料。X射线衍射分析结果表明：原位合成的增强体为TiB、TiC。这些增强体分布非常均匀，主要呈现为短纤维状、树枝晶状和等轴或近似等轴状。电子探针和带能谱的扫描电镜分析结果表明：短纤维状增强体为TiB，而树枝晶状和等轴或近似等轴状增强体为TiC。实验结果与理论分析一致，这为原位自生钛基复合材料的工业化生产提供了依据。

3、研究了原位合成钛基复合材料增强体的生长机制，结果表明：增强体的生长机制与凝固过程及增强体的晶体结构密切相关。原位合成的增强体以形核与长大的方式从熔体中析出而长大。对于原位合成TiB和TiC混杂增强的钛基复合材料，经历了析出初晶、二元共晶和三元共晶三个阶段。由于不同的晶体结构，增强体TiB与TiC形成不同的生长形态。TiB具有B27晶体结构，易于沿[010]方向生长长成短纤维状，而且TiB横截面的形状呈多边形，其晶面主要由(100)、(10)和(101)组成。同时，在TiB的(100)面上容易形成层错。而TiC具有NaCl型对称结构，容易长成树枝晶状、等轴状和近似等轴状。发现原位合成的增强体TiB容易在（100）面上形成高密度的层错，层错的形成与增强体的晶体结构、生长机制有关，同时也有利于降低增强体与基体合金界面的晶格畸变。而原位合成增强体TiC的晶格比较完整，偶尔在(111)面上形成孪晶，该孪晶结构在增强体形核与长大的过程中形成。

4、研究了合金元素铝的加入对原位合成钛基复合材料微结构及力学性能的影响。合金元素铝的加入，并不改变复合材料的物相组成，也不改变复合材料的凝固过程，但由于合金元素的存在，阻碍了增强体的形核与长大过程，导致形成的TiB和TiC初晶更为细小，尤其是使TiC增强体易于形成等轴状。合金元素铝不仅固溶强化了基体合金，而且细化增强体也有利于提高复合材料的力学性能。

5、利用透射电镜、高分辨透射电镜对原位合成(TiBTiC)/Ti复合材料界面微结构进行研究和分析，发现两种增强体与基体的界面均为清洁界面，为直接的原子结合、界面结合状况良好。TiC增强体与基体合金没有确定的位相关系，而TiB增强体与基体合金存在以下位相关系：、、(0002)Ti//(001)TiB和以及、(0002)Ti//(200)TiB和。该位相关系在凝固过程中形成，与增强体的晶体结构及基体合金的晶体结构密切相关，形成该位相关系有利于降低增强体与基体合金界面的晶格畸变能。

6、研究了铸态钛基复合材料和热锻后高温钛基复合材料的力学性能。由于原位合成增强体的加入，钛基复合材料的力学性能与相应基体合金比较有了明显的提高，在增强体含量为8％时，其弹性模量E、屈服强度s0.2和抗拉强度分别达到131.2GPa，1243.7MPa和1329.8MPa，与基体合金Ti6242比较分别提高了19.3，47.4和45.5。其强化机理主要来源于增强体承载、晶粒细化及高密度位错的形成。石墨的加入，形成更多等轴状、近似等轴状TiC粒子有利于提高复合材料的室温性能，这与短纤维状TiB的存在导致复合材料低应力断裂有关。

7、研究了原位合成钛基复合材料的高温瞬时拉伸性能。在600oC、650oC和700oC的抗拉强度分别超过800MPa，750MPa和650MPa，与高温性能较好的IMI834合金比较，在600oC的抗拉强度提高幅度超过25。随着温度的提高，其屈服强度、抗拉强度降低，塑性提高，但与基体合金比较高温强度有了明显的提高。断口分析表明：低温时，裂纹由增强体断裂引起，而在高温时裂纹最先在短纤维晶须TiB的端面上形核，然后裂纹扩展到基体合金中，最后导致材料失效。说明低温时，增强体承载对提高复合材料的力学性能非常有利，而在高温时，其强化作用主要由增强体与位错的交互作用引起。位错容易在短纤维状晶须TiB的端面处塞积，形成裂纹源导致材料失效。因此与等轴状及近似等轴状增强体TiC比较，短纤维状增强体TiB对复合材料高温力学性能的强化效果要低一些。这也是石墨的加入形成等摩尔的TiB和TiC增强体有利于提高复合材料高温性能的主要原因。

8、研究了原位合成钛基复合材料的高温蠕变性能和持久断裂性能。原位合成钛基复合材料的高温蠕变经历了典型的蠕变变形的三个阶段。蠕变持久强度与基体合金比较有了明显的提高。持久强度与温度及载荷密切相关，温度和载荷的提高都降低复合材料的高温蠕变和高温持久性能。石墨的加入形成更多的TiC粒子，同样有利于提高钛基材料的持久强度。在高温、持久载荷作用下，材料的失效仍然主要由短纤维端面处形成裂纹而导致材料失效引起。

本研究首先从理论上分析了原位合成TiB、TiC及TiB和TiC混杂增强钛基复合材料的原位合成机制，并以此为基础开发出了一种新型钛基复合材料加工工艺。利用该工艺钛合金生产厂家可以在不改变设备和工艺的条件下，低成本高效制备高性能的钛基复合材料。而采用该原位合成工艺制备复合材料的性能是可设计和可控制的，针对不同的应用条件，可以设计不同成分的基体合金及不同含量、不同配比增强体的复合材料以满足不同的需求。从合金相图、增强体晶体结构及凝固理论相结合分析了原位合成增强体的生长机制、生长形态、分布状态以及界面微区特征。研究了钛基复合材料的微观组织对钛基复合材料力学性能的影响规律。这些研究为以后制备高性能的钛基复合材料和拓展钛基复合材料的应用领域打下了坚实的理论基础和为批量生成提供了实用途径。近两年来，研究成果引起了国家航空航天部门的关注，国家“十五”军工重点课题和航天支撑基金、航天创新基金课题获得了批准。并将用于我国的先进战略导弹XX－2改，战术导弹XX－19及新一代洲际导弹和潜地导弹的构件。鉴于该技术在国防军工方面具有的战略意义以及在民用领域的潜在应用前景，与国内大型钛合金加工企业—宝钢集团五钢有限公司开展产业化研究，完成了该材料的中试过程，实现了新型钛基复合材料的工业化生产。研制开发的材料近期将在国家战略、战术武器、宇宙飞船等方面得到验证和应用。并将逐渐推广应用于民用领域，为国民经济的发展作出贡献。

关键词非连续增强钛基复合材料，原位合成，生长机制，凝固，晶体结构，微观结构，力学性能，位向关系，界面结构

Fabrication,MicrostructureandMechanicalPropertiesofinsituSynthesizedTitaniumMatrixComposites

ATRACT

Duetoincreasingrequirementfortitaniumalloywithhighpropertiesinhightechnologyera,discontinuouslyreinforcedtitaniummatrixcompositesownthefollowingadvantages:highecificstrength,highecificmodulus,highelevatedtemperatureproperty,wearresistanceandlowfabricatingcost,sotheyhavebecometheresearchhotot.Theproceingtechnique,microstructureandmechanicalpropertieshavebeenexteivelystudied.However,themainaimisdiscontinuouslyreinforcedtitaniummatrixcompositepreparedbytraditionaltechniquesuchaspowdertechnologyandliquidmetallurgy,wheretheceramicparticlesaredirectlyincorporatedintosolidorliquidmatricesreectively.Inthispaper,paredwithtraditionaltechnique,insitutechniqueownthefollowingadvantages:thetechniqueisverysimpleandthepropertiesareexcellent,soitiseasiertofabricatetitaniummatrixcompositesintechnologyandeconomic.Theinsitusynthesisofceramicparticleavoidsthepollutionofreinforcementsandwettabilityexistingincastingtechnique,soitisvaluabletofabricatetitaniummatrixcompositeswithbetterproperties.However,therearestillquitealotofproblemstoberesolvedinordertofabricatetitaniummatrixcompositeswithhighpropertiessimplyandatlowfabricationcost.Therefore,theresearchontheseproblemsintheoryandexperimentisveryimportant.

Itiswellknownthatthekeyproblemindevelopmentandalicationofmetalmatrixcompositesiscostandproperty.Anewtechniquehasbeendesignedtoproducetitaniummatrixcomposites,inwhichitispoibletofabricatetitaniummatrixcompositeswithhighpropertiessimplyandatlowfabricationcost.TitaniummatrixcompositesreinforcedwithTiBwhisker,TiCparticleorTiBwhiskerandTiCparticle,wereproducedbycommontitaniumalloycastingtechniqueutilizingtheself-propagationhigh-temperaturesynthesisreactiobetweentitaniumandboron,graphite,B4C.Inordertodeveloptheutilizationareaoftitaniummatrixcompositesandmakebasisforproducingtitaniummatrixcompositeswithhighproperties,thefollowingworkshavebeendeveloped.

1.InsitusynthesismechanismoftitaniummatrixcompositesreinforcedwithTiB,TiCorTiBandTiCutilizingthereactiobetweentitaniumandboron,graphite,B4Chavebeeninvestigated.GifreeenergyDGandformationenthalpyDHofreactiobetweentitaniumandboron,graphite,B4Cwerecalculatedbythermodynamictheory.TheGifreeenergyDGofabovereactioisnegative,whichindicatesthattheabovereactioallcantakeplace.ItispoibletosynthesizeTiB2andTiCutilizingthereactionbetweentitaniumandB4C.However,coideringfromchemicalbalance,TiB2cannotexistintitaniummatrixalloystably.Theabovereactioreleasequitealotofheat.Moreover,theadiabatictemperatureisgreaterthanthetheoreticalcriterion,whichindicatesthatthereactioncanbesustainedbyitself,namelyself-propagationhigh-temperaturesynthesisreactioncanoccur.

2.TitaniummatrixcompositesreinforcedwithTiBwhisker,TiCparticleorTiBwhiskerandTiCparticlehavebeenproducedbynon-coumablevacuumarcremeltingfurnaceandcoumablevacuumarcremeltingfurnace.TheresultsofX-raydiffractionshowthattheinsitusynthesizedreinforcementsareTiBandTiC.Thereinforcementsweredistributeduniformlyinmatrixalloy.Theshapesofreinforcementsareshort-fibreshape,dendriticshapeandequiaxedshapeornear-equiaxedshape.Thereinforcementwithshort-fibreshapeisTiB,thereinforcementwithdendriticshapeandequiaxedshapeornear-equiaxedshapeisTiC.Theexperimentalresultisingoodagreementwiththeoreticalresult,whichprovidesgistforcommercialproductionofinsitusynthesizedtitaniummatrixcomposites.

3.Thegrowthmechanismsofreinforcementsininsitusynthesizedtitaniummatrixcompositeshavebeeninvestigated.Thegrowthmechanismsarecloselyrelatedtosolidificationpathsandcrystalstructures.Thereinforcementsdiersefrommeltandgrowinthewayofnucleationandgrowth.FortheinsitusynthesizedTiBwhiskerandTiCparticlereinforcedtitaniummatrixcomposites,thereinforcementsundertakethefollowingthreestages:primarycrystal,binaryeutecticandternaryeutectic.Duetothedifferentcrystalstructures,TiBandTiCgrowindifferentshapes.TiBisliabletogrowalong[010]directionandformshort-fibreshapeduetoit’sB27crystalstructure.TheshapeofTiBatcrosectionispolygon,thecrystalfacesarecomposedwith(100),(101)and(10).Moreover,thereisstackingfaultinTiBandthestackingfaultislikelytoformat(100)crystalface.TiCwithNaClcrystalstructuregrowsindendritic,equiaxedornear-equiaxedshape.

4.Theeffectsofaluminumadditiononmicrostructureandmechanicalpropertiesofinsitusynthesizedtitaniummatrixcompositeshavebeeninvestigated.Theadditionofalloyingelementaluminumdoe’tchangephasesandadjustthesolidificationpath.However,thealloyingelementhindersthenucleationandgrowthofreinforcementsthatresultinmorefineTiBandTiCreinforcementsandmakeTiCreinforcementsgrowwithequiaxedparticleseasily.Aluminumnotonlystrengthethematrixalloybysolidsolutionstrengthening,butalsoimprovesthemechanicalpropertiesbyrefiningthereinforcements.

5.TheinterfacialmicrostructuresofinsitusynthesizedTiBwhiskerandTiCparticlesreinforcedtitaniummatrixcompositeshavebeenoervedbymeaoftramiionelectronicmicroscopyandhigh-resolutiontramiionelectronicmicroscopy.Theresultsshowthattheinterfacesareveryclean.Theyarebondedwell.ThereisnocoistentcrystallographicrelatiohipbetweenTiCandtitanium.However,therearefollowingcoistentcrystallographicrelatiohibetweenTiBandtitanium:,,(0002)Ti//(001)TiB,and,,(0002)Ti//(200)TiB.Moreover,itiscloselyrelatedtothecrystalstructuresofreinforcementandmatrixalloy.Theformationofabovecrystallographicrelatiohiisvaluabletodecreasetheenergyoflatticestrainbetweenreinforcementandmatrixalloy.

6.Themechanicalpropertiesofcast-titaniummatrixcompositesandhigh-temperaturetitaniummatrixcompositesafterhot-forginghavebeeninvestigated.Duetotheincorporationofinsitusynthesizedreinforcements,themechanicalpropertiesimproveobviouslycomparedwithmatrixalloy.Whenthevolumeofreinforcementsis8,theYoung’smodulusE,yieldstrengths0.2andteilestrengthare131.2GPa,1243.7MPaand1329.8MPa,reectively.Theyimprove19.3,47.4and45.5,reectively.Thestrengtheningmechanismsincludethefollowingfactors:undertakingloadofreinforcements,refinementofgrainsizeandformationofhigh-deitydislocatio.TheadditionofgraphiteformsmoreTiCparticleswithequiaxedornear-equiaxedshapethatisvaluabletoimprovethemechanicalpropertiesoftitaniummatrixcompositesatroomtemperature.ThisisrelatedtoexistingofTiBthatresultfractureofcompositesatlowlevelofaliedstrain.

7.Theultimateteilemechanicalpropertiesoftitaniummatrixcompositesatelevatedtemperaturehavebeeninvestigated.Theultimateteilestrengthsofinsitusynthesizedtitaniummatrixcompositesat600oC,650oCand700oCare786.1MPa,657.4MPaand564.3MPa,paredwithIMI834alloy,theultimateteilestrengthat600oCimproves23.8.Astemperatureincreases,theyieldstrengthandultimatestrengthdecrease,paredwithmatrixalloy,themechanicalpropertiesathightemperatureofinsitusynthesizedtitaniummatrixcompositesimproveobviously.Theanalysisoffracturesurfacesshowthatcrackareformedduetothefractureofreinforcementsatlowtemperature,whilethecracksarelikelytonucleateattheendsofshort-fibreTiBandpropagatetomatrixalloyathightemperaturesothatcompositesfailure.Theyindicatethatundertakingloadofreinforcementsisvaluabletoimprovethemechanicalpropertiesatlowtemperature.Athightemperature,thestrengtheningeffectresultsfromtheinteractionbetweenreinforcementsanddislocatio.DislocatioareliabletoaccumulateandentangleattheendsofTiBwhiskers,paredwithequiaxedornear-equiaxedTiCparticle,thestrengtheningeffectofTiBwhiskerontitaniummatrixcompositesislowerthanthatofTiC.ThisisalsothemainreasonthattheadditionofgraphitetoformmoreTiCisvaluabletoimprovethemechanicalpropertiesathightemperature.

高分子材料与工程现状范文

关键词建筑施工；防水；建筑材料

中图分类号TU9文献标识码A文章编号1674-6708（2011）46-0152-02

在20世纪，尤其改革开放以来，我国的建筑防水材料发展的很快，有传统的沥青基防水向高分子聚物改性防水材料和合成高分子防水发展很快，克服了传统防水材料温度适应性差，耐老化时间短、抗拉强度和延伸率低、使用寿命短等缺陷。目前我国的防水材料已形成包括SBS、APP改性沥青防水卷材、高分子防水卷材、建筑防水涂料、刚性防渗和堵漏材料，包括高中抵挡品种和功能比较齐全的完整系列，并形成材料、生产、设备制造、防水设计、专业施工、科研教学、经营网络为一体的工业化体系。就防水而言，防水可以分为构造防水和材料防水。材料防水总体又可以分为柔性防水材料、刚性防水材料和块状防水材料等等。从外观形态一般分为：防水卷材、防水涂料、密封材料和刚性防水材料。由于市场上新型防水材料不断问世，各种产品分类依据不同又可划分为上百个品种。

防水卷材是指用特制的纸胎或其它纤维纸胎及纺织物，浸透石油沥青、煤沥青及高聚物改性沥青制成的，或以合成高分子材料为基料加入助剂及填充料经过多种工艺加工而成的长条形、片状，成卷供应并起防水作用的产品。防水卷材主要分为：沥青防水卷材，高聚物改性沥青防水卷材，合成高分子防水卷材。各种材料各系列又包含有多个品种。防水卷材在建筑防水材料的应用中处于主导地位，在建筑防水工程的实践中起着重要作用，是一种面广量大的防水材料。

所以在此特别介绍以上几种防水卷材：

1）沥青防水卷材是以各种沥青为基材，以原纸、纤维布等为胎基，表面施以隔离材料而制成的片状防水材料。其中最有代表性的是纸胎沥青防水卷材，简称油毡或油毛毡。但是由于沥青材料的低温柔性、温度敏感性强、耐大气化性差，所以属于低档防水卷材；

2）改性沥青防水卷材是在沥青中加入适当的高聚物改性剂，可以改善传统沥青以上缺点，高聚物改性沥青防水卷材具有高温不流淌、低温不脆裂、拉伸性强和伸长率较大等优点；

3）合成高分子防水卷材是以合成橡胶、合成树脂或者两者的共同混合体为基础，加入适量的助剂和填充料等等，经过塑炼、共混，或者挤出成型、硫化、定型等工序，制成的无胎加筋或者不加筋的弹性或塑性卷材。合成高分子防水卷材是近年来在我国得到迅速发展的防水卷材，其具有优异的抗拉伸性、弹性和耐老化性。

防水涂料是将在常温下呈现黏稠液状态的物质，涂布在基体表面，经溶剂或水分挥发，或各组分间的化学反应，形成具有一定弹性的连续薄膜，使基层表面与水隔绝，并能抵抗一定水压力，起到防水和防潮作用。

防水涂料的有点在于：1）在常温下呈液态，宜在立面、阴阳面、穿结构层管道、不规则屋面、节点等细节构造点进行施工，固化后能在其表面形成完整的防水膜；2）其自重轻，可用于轻型建筑物防水；3）防水涂料施工属于冷施工，可涂刷，可喷涂，操作简单。劳动力小，环境污染小；4）可以通过加贴增强材料来提高拉伸强度；5）容易修补，可在发生渗漏后在原有基础上修补。

防水涂料根据组分的不同可分为单组分防水涂料和双组分防水材料。按涂料的介质不同又可分为溶剂型、乳液型和反应型3类。防水涂料广泛应用于工业与民用建筑物的屋面防水工程、地下混凝土工程的防潮防渗等。

现在介绍几种常用的防水涂料：

1）高聚物改性沥青涂料是通过适当的高聚物改性可以显著提高其柔韧性，弹性，流动性，气密性，耐化学腐蚀性和乃疲劳等性能。一般是用再生橡胶，合成橡胶或者SBS等对沥青进行改性而制成的水乳型或溶剂型防水涂料；

2）合成高分子防水涂料是以合成橡胶或者合成树脂为主要成膜物质，加入其他辅助料而配制成的单组分或多组分防水涂料。

建筑密封材料是一些能使建筑上各种接缝或裂缝、变形缝保持水密、气密性能、并具有一定强度、能连接构建的填充材料。具有弹性的密封材料有时也称为弹性密封胶，简称密封胶。其按形态不同分为：不定形密封材料和定形密封材料。

不定形密封材料是指不具一定形状，但能起到密封作用的密封防水材料。在一般情况下是膏状或者粘稠状液体，可以填充建筑物的各部位的裂缝和缝隙。

具有以下优点：

1）具有良好的塑形、粘结性和弹性，耐久可靠；

2）良好的适应能力，不受使用部位的限制，操作简便；

3）环境温度适应能力强，不同基料制成的不定形密封材料可适应-40℃~70℃的环境温度；

4）采用冷操作施工，无污染。

定形材料是将密封材料特殊部位的不同要求制成的带、条、方等形状。其主要适用于建筑工程的特殊部位，如建筑沉降缝、构件接缝等等。

具有以下优点：

1）良好的防水、耐热和耐低温；

2）良好的弹塑性和强度，不会因构件的变形、振动而脱落；

3）压缩变形性和恢复功能强；

4）制品尺寸精度高、使用寿命较长。

防水混凝土属于刚性防水技术，指的是以水泥、砂、石子为原料，并惨入少量外加剂、高分子聚合物等材料，通过调整配合比、抑制或减少孔隙特征、增加各原料界面间的密实性等方法，配制而成的具有一定抗渗能力的水泥砂浆、混凝土类的防水材料，属于内防水技术。

刚性防水有其独有的特点：

1）利用结构本身防水，耐久性好；

2）降低工程造价，简化施工工序，且不受结构形状影响；

3）同时具有承重、围护和防水功能，是一种多功能的防水材料；

4）多数为无机材料，无毒，无污染，具有透色性；

5）具有较好的抗冻性和耐老化性能，易于查找发生渗漏部位，便于修补。

但是在施工时，每个防水构造工序应该严格按照要求进行否则将失去防水效果。防水混凝土适用于静载荷被覆阶段，不宜用于受冲击荷载及强度高的工程中。刚性防水层的抗变形能力较低，最理想的办法是采用刚柔并用的复合技术。

参考文献

高分子材料与工程现状范文篇7

关键词：外墙外、保温体系、保温板、复合墙体

Abstract:Withthedeepeningofreformandopeningup,theconceptofenvironmentprotectionandenergyindustrieshavebeenthrowninfiltration,buildingenergyefficiencyarealsocarriedoutinfullswingwith.Exteriorinsulationtechnologyinanincreasinglysophisticatedbutalsohasalessthansatisfactory,resultinginsuchcracking,spallingandotherengineeringqualityproblems,thispaperexteriorinsulationengineeringproblemsarisingoutofthecausesandproposedsolutionscracksinexteriorinsulationengineeringproblem.

Keywords:exterior,insulationsystem,insulationboard,compositewall

中图分类号：TU767+.5文献标识码：A文章编号：

全国大部分大中城市已开始推广采用外墙外保温建筑，一些相对成熟的保温体系如：薄抹灰外墙保温体系、胶粉EPS颗粒保温浆料外墙外保温体系等得到了广泛应用。同时，由于我国国土面积辽阔，区域气候的差异性较大及保温系统本身的复杂多变性，外墙外保温工程中出现了很多开裂、空鼓、剥落等工程质量问题，外墙保温面层裂缝、面砖脱落等现象日益增多，这不仅严重影响了建筑的形象，而且影响着建筑的使用寿命。

一、外墙外保温工程产生裂缝的具体原因外墙保温面层的裂缝是保温建筑质量通病中的重症，防裂是墙体保温体系要解决的关键技术之一。外墙保温体系面层裂缝产生的原因是多方面的。外墙外保温技术规程中是将外保温体系作为一个整体来考虑，其中包括外保温体系的构造和设计、施工要点、体系和组成材料性能及生产过程质量控制等。

1、外墙外保温构造设计存在的不足。外保温是将保温体系置于外墙外侧，从而使主体构所受温差作用大幅度下降，温度变形减小。对结构墙体起到保护作用，并可有效阻断冷(热)桥，有利于延长结构寿命。但由于外保温体系被置于外墙外侧，直接承受来自自然界的各种因素影响，因此这就对外墙外保温体系提出了更高的要求，外保温构造设计应充分考虑热应力、水、风、火及地震力的影响。

2.保温板（薄抹灰外保温体系）在昼夜及季节变化发生热胀冷缩、湿胀干缩时也会在板缝处集中产生变形应力。保温体系通常采用纯点粘或筐点粘，体系存在贯通的空腔，正负风压对有空腔的保温隔热墙面进行挤或拉，易造成板缝处开裂。极端情况下负风压甚至会将保温板掀掉。

3施工时节点处理不到位导致的开裂。EPS板薄抹灰外墙外保温系统的施工是一个系统工程，节点较多。如保温墙体与阳台拦板或封闭阳台的结合部位处理不到位导致裂缝出现，主要原因是保温材料与一般的水泥基材料受温度影响的变形系数差别较大，处理时没有采取有效措施。

二、解决外墙外保温工程中裂缝问题的几种途径

.1.提高黏结砂浆的黏结强度。选择合适的水泥型号；适当增加配方中水泥的用量；增加配方中聚合物乳液或胶粉的含量；选择合适的增稠保水剂；提高配方中砂子的粒径，降低含泥量。

2.采用熟石灰粉一粉煤灰一硅粉一水泥为主要成分的无机胶凝体系，与石膏胶凝材料相比，具有耐水性好；与水泥胶凝材料体系相比，避免了强度增长快变形周期长的矛盾。因此，胶粉料固化后形成的保温体系要比采用纯水泥制成的保温材料的导热系数低．保温性能好。这种火山灰体系的胶凝材料在固化过程中不会像水泥那样产生大量水化热，其早期强度满足施工要求．后期强度增长满足功能性要求．而长短不一、弹性模量不同的耐碱纤维形成三维网状结构，有效提高了材料的体积稳定性和抗拉强度。

3.经过对大量的已完工外墙外保温工程实践应用，以及对开裂、剥落问题工程的分析研究，并结合试验检测发现，在建筑外墙外保温体系中，仅依靠弹性漆弥补、遮盖裂纹并不能从根本上解决问题。如果采用以弹性抗裂腻子为主抵抗裂纹、弹性漆为辅弥补裂纹，则从体系配合角度发挥了弹性体系的功能最大化。

从目前建筑外墙涂装工程（包括外保温工程）的应用现状来看，市场上普遍使用的是不具备柔韧性（弹性）、没有防水抗裂功能的普通腻子。外墙用腻子市场中，干粉腻子占70～80%；膏状或双组分低标准（动态抗开裂性低于JG/T157标准）腻子占10～20%；膏状或双组分达标腻子占10%左右。具体而言：干粉腻子。价格便宜、施工运输方便。干粉腻子主要黏结材料为水泥，故对基层含水率、气候要求均较低，质量也比较稳定，不容易出问题。但因可分散性胶粉本身的局限性，使得干粉腻子的动态抗开裂性很难达到JG/T157标准，抗裂效果很不理想。水泥含量较高的干粉腻子批刮后还需及时进行保养，否则强度也会很低。膏状或双组分低标准腻子。价格、性能差别较大，有的无任何抗裂效果，有的有一定抗裂功能，但与标准要求还有差距。膏状或双组分达标腻子。成本较高。根据动态抗开裂性指标的不同（0.1～0.3毫米或更高）及抗裂原理的不同，抗裂效果也有很大区别。弹性膏状腻子。优点是施工方便、抗碱性好，同样乳液含量情况下动态抗开裂性指标较双组分腻子略高。其缺点是：①对基层含水率、气候条件要求高，透气性、附着力差，在潮湿地区或梅雨季节施工容易出现起泡现象；②在窗台、沿口等易渗水部位，长时间浸水后会出现粉化、剥落现象；③拉伸强度低，控制裂纹能力弱；随着时间推移，当弹性减弱时抗裂效果也明显减小。双组分弹性抗裂腻子。透气性好、强度高，对气候要求较膏状腻子低，能避免弹性膏状腻子的缺陷。

4、抹面砂浆的性能应提高其柔性、内聚强度，提高施工可操作性。选择较低Tg值的聚合物乳液或可再分散乳胶粉产品；增加聚合物的用量，配方中不低于3%，以增强内聚强度和柔性；选择优质的石英砂或水洗河沙，减少含泥量对砂浆性能的影响；选择优质水泥；多种抗裂纤维、保水剂匹配使用，增强操作性。三、针对施工的措施和建议

1.施工前必须检查基层的情况，尤其是旧楼翻新节能改造工程，避免黏结砂浆与基层出现虚粘。2.严格按规范施工聚苯板，黏结面积不低于40%，禁止仅用点粘法，保证聚苯板黏结牢固；聚苯板板缝对齐挤紧，避免高低差超过2mm。

3.节点部位严格控制按标准施工，尤其窗口部位。

4.不同材料的结合部位，抹面层聚合物砂浆和网格布应与非保温基层延长搭接15～20cm，避免裂缝出现。

5.抹面砂浆施工前一定检查聚苯板表面是否粉化，抹面砂浆厚度控制在3mm左右比较合适；网格布的位置应处于抹面层外侧1/3处，避免靠近内侧；抹面层避免沾水压光处理。

6.柔性腻子的施工厚度控制在2mm以内，最好在1～1.5mm。

7.加强施工队伍的培训，提高工人素质。

参考文献：

.何伟洲外墙保温材料挤塑聚苯的应用住宅科技2007.27（4）

高分子材料与工程现状范文1篇8

关键词：混凝土材料;现代建筑施工;应用分析

Abstract:theprogressanddevelopmentoftheeconomicsocietytopromotetheconstructionoftherapiddevelopmentofthecause,mostofthebuildingsinheightandspanonincreased,howinthissituationkeepconstructiontheconstructionqualityandstrengthenthetechnologyisparticularlyimportant,includingconstructionmaterialsdevelopmentapplication,andthereasonableusetechnicalspecifications,stillasthemainofthemodernarchitecturedesign,constructiontechnology,oneofconcretematerialforthemainbodyofthemodernarchitectureisstilloneofconstructionmaterials,theapplicationtechnologyanddevelopmentinnovation,becomethefocusofthediscussionrelatedfield.

Keywords:concretematerials;Modernconstruction;Applicationanalysis

中图分类号：TU7文献标识码：A文章编号：

现代建筑施工内容包含建筑基础、梁、柱以及混凝土强度施工等，其中关于混凝土的施工技术及材料选用要求在逐步提高，如在混凝土结构、设计施工过程中要尽量满足柱轴压比条件，柱子部分要选用强度等级性能较高的混凝土材料，混凝土设计、施工强度要高于梁板设计、施工强度等，同时随着现代建筑物的高度、跨度等增加带来的建筑体量逐渐增大，进一步提升了混凝土材料的功能品质要求。下面我们将从现代建筑对混凝土材料的技术应用展开探讨。

1现代建筑对于混凝土材料的应用

1.1水泥应用

在现代建筑结构中采取水泥选用的标准，除了强度要耐久恒常之外，还要满足在高泵施工当中的具体要求。国外的有关资料和工程实践中都表明，一定要把泵送混凝土中的水泥用量，控制在标准确定的范围内。在泵送效果中，水泥的用量采取是重要的条件之一。因此，在选择泵送材料混凝土的水泥用量时，必须要满足混凝土的耐久特征及强度要求，且在优良的可泵性基础下尽可能减少使用数量。所以据此观之，在选择有差别的品种水泥时，它的性能质量都要求符合国家制定的有关规。在此，更要注意的是水泥品种的选用，其选择根据是对混凝土拌合物和易性方面的测试结果，目前主要测试的水泥类别，有普通硅酸盐水泥及硅酸盐水泥，而矿渣水泥的保水性相对较差，加之泌水性大，所以不适合使用。

1.2骨料选择

选择骨料过程中对于粗细程度不同的地方具有不同的要求标准。但除此之外，有满足混凝土泵送的基本的材料品质规范要求。选用粗骨料过程中，大致是连续级配为主要成分，因为针片状的有关颗粒含量会影响到混凝土的可泵性能，如果针片形状的颗粒含量超标了，又或是石子的级配未达最佳标准，就容易在管道弯头的位置发生打横堵管问题。经过证明，每逢针片状颗粒的含量高于11％，很容易发生堵管堵塞，所以在选料时，要求针片状的颗粒含量，不能高于11％。选用细骨料时，最好要选用中砂。所以我们在选用骨料过程中，它的粒径和形状差别还有级配要求不同，都将会对混凝土相关的拌合物在可泵性能方面存在较大的影响。

从以上方面看，为了防止出现泵送过程的阻塞，必须限制好石子的粒径标准要求，且最佳的石子形状要求必须近似于圆形或者椭圆形。在粗骨料方面的最大粒径和输送管径两者之间的比分别在于：将泵送的高度，控制在51m左右为好；碎石比例不能超过1：3；卵石不要超过1：2.5。当泵送的高度范围在51m-101m左右，一般最佳比例在1：3-1：4，假若泵送高度超出102m左右的话，就一般是1：4—1：5最好。

1.3外加剂

混凝土高强度，主要条件在于：降低水灰比和单位用水量。一般掺加高效的减水剂混凝土，就会出现坍落的现象。这样的损失较大，一般在高温季节，这种问题则会表现得更加的明显。所以，我们可以依据天气不同的状况、工程需要等条件掺入一定量一定比例的缓凝剂，进一步改善混凝土的工作效率。当我们在选用C55-C85类别的混凝土过程中，要注意将水胶比严格的控制在0.4左右，最好不要超过0.4，一般经验标准都是在0.24-0.39之间。如果，水灰比在较小的比例中时，促使混凝土的拌合物便能够充分去满足泵送施工的基本需要。与此同时，针对高效减水剂，通常是不低于31%的。而且高强混凝土的单位用水量，要紧密控制在150-180kg之间。降低单位用水量，同时也能够减小混凝土在出现硬化情况时失水收缩的程度大小，也降低了文章开头我们提到的关于结构竖向的变形现象问题。另外也可以掺入适量的引气，来降低混凝土输送中出现的阻力，进而提高可泵性能。

1.4活性掺和料

若要改善高强混凝土性能，就必须从降低水泥用量进而减少水化热入手，这样的话掺加硅粉和粉煤灰还有一些粒化高炉矿渣等掺合料显得更加有效。粉煤灰密度小可以替代定量的水泥，增加拌合物浆体数量，有助于改善混凝土泵送的效率，降低水剂的用量，进而减少混凝土坍落度的损失。而在选用粉煤灰时，应选用国标I级或国标II级粉煤灰，掺量一般占水泥质量的15％-30％左右。如果掺入了良好活性物，就能够有效降低混凝土中胶结料的应用，从而降低混凝土的收缩现象。但因为粉煤灰，是煤粉在燃烧后产生的废料，因此粉煤灰当中就会存在大量的铝氧化物、活性硅成分。而粉煤灰的颗粒较细，所以参与二次水化的界面会大点，这样经过水化后就会改善水泥石的结构和细化孔结构，进一步减少孔隙率。混凝土在硬化后强度会更高而且也更加密实。另外，粉煤灰的颗粒，具备球形玻璃体表面，这样会适当降低拌合物用水量。

2分析与总结

研究、确定混凝土材料选择的分析方法，对于混凝土材料应用有实际意义，同时要研究混凝土施工过程中收缩影响下的累积竖向变形规律，以其应用至混凝土施工过程中。此外，还要从设计、施工、还有预测模拟各个方面综合起来控制好竖向变形的有关解决措施。对于混凝土中的碱骨料反应有关研究的结果发现，引起反应的三个条件是：使用碱活性骨料、高含碱量水泥还有混凝土结构环境中有水的存在。我们要根据具体情况采用不同结构形式来给予混凝土最佳时间发挥其性能，尽量不要使用高标号水泥和早强水泥等。

在建筑施工过程中，要确保选择、应用质量良好的混凝土材料，所以在选用材料过程中要多加留心、多分析研究，不仅要注意对混凝土材料进行归纳分析，还要充分考虑到竖向变形的防治工作以及收缩变形情况下的后果措施等；而且在结构变形因素被充分考虑的情况下也要从设计方面来预测控制。

参考文献

[1]胡卫军.混凝土材料动态力学性能的实验研究[J].工程力学，2011，20（20）：56-58.

[2]史依云，王炼均.混杂纤维混凝土抗弯冲击性能[J].山东建材，2009，12（14）：21-23.

高分子材料与工程现状范文篇9

关键词:梯度功能材料,复合材料,研究进展

abstract:thispaperintroducestheconcept，types，capability，preparationmethodsoffunctionallygradedmaterials.baseduponanalysisofthepresentapplicationsituationsandprospectofthiskindofmaterialssomeproblemsexistedarepresented.thecurrentstatusoftheresearchoffgmarediscussedandananticipationofitsfuturedevelopmentisalsopresent.

keywords:fgm；composite；theadvance

0引言

信息、能源、材料是现代科学技术和社会发展的三大支柱。现代高科技的竞争在很大程度上依赖于材料科学的发展。对材料,特别是对高性能材料的认识水平、掌握和应用能力,直接体现国家的科学技术水平和经济实力,也是一个国家综合国力和社会文明进步速度的标志。因此,新材料的开发与研究是材料科学发展的先导,是21世纪高科技领域的基石。

近年来,材料科学获得了突飞猛进的发展。究其原因,一方面是各个学科的交叉渗透引入了新理论、新方法及新的实验技术;另一方面是实际应用的迫切需要对材料提出了新的要求。而fgm即是为解决实际生产应用问题而产生的一种新型复合材料，这种材料对新一代航天飞行器突破“小型化”，“轻质化”，“高性能化”和“多功能化”具有举足轻重的作用，并且它也可广泛用于其它领域，所以它是近年来在材料科学中涌现出的研究热点之一。

1fgm概念的提出

当代航天飞机等高新技术的发展，对材料性能的要求越来越苛刻。例如：当航天飞机往返大气层，飞行速度超过25个马赫数，其表面温度高达2000℃。而其燃烧室内燃烧气体温度可超过2000℃，燃烧室的热流量大于5mw/m2,其空气入口的前端热通量达5mw/m2.对于如此大的热量必须采取冷却措施，一般将用作燃料的液氢作为强制冷却的冷却剂，此时燃烧室内外要承受高达1000k以上的温差,传统的单相均匀材料已无能为力。若采用多相复合材料,如金属基陶瓷涂层材料,由于各相的热胀系数和热应力的差别较大,很容易在相界处出现涂层剥落或龟裂现象，其关键在于基底和涂层间存在有一个物理性能突变的界面。为解决此类极端条件下常规耐热材料的不足，日本学者新野正之、平井敏雄和渡边龙三人于1987年首次提出了梯度功能材料的概念，即以连续变化的组分梯度来代替突变界面,消除物理性能的突变,使热应力降至最小。

随着研究的不断深入，梯度功能材料的概念也得到了发展。目前梯度功能材料(fgm)是指以计算机辅助材料设计为基础，采用先进复合技术，使构成材料的要素（组成、结构）沿厚度方向有一侧向另一侧成连续变化，从而使材料的性质和功能呈梯度变化的新型材料。

2fgm的特性和分类

2.1fgm的特殊性能

由于fgm的材料组分是在一定的空间方向上连续变化的特点如图2,因此它能有效地克服传统复合材料的不足。正如erdogan在其论文中指出的与传统复合材料相比fgm有如下优势:

1)将fgm用作界面层来连接不相容的两种材料,可以大大地提高粘结强度;

2)将fgm用作涂层和界面层可以减小残余应力和热应力;

3)将fgm用作涂层和界面层可以消除连接材料中界面交叉点以及应力自由端点的应力奇异性;

4)用fgm代替传统的均匀材料涂层,既可以增强连接强度也可以减小裂纹驱动力。

2.2fgm的分类

根据不同的分类标准fgm有多种分类方式。根据材料的组合方式，fgm分为金属/陶瓷，陶瓷/陶瓷，陶瓷/塑料等多种组合方式的材料；根据其组成变化fgm分为梯度功能整体型（组成从一侧到另一侧呈梯度渐变的结构材料），梯度功能涂敷型（在基体材料上形成组成渐变的涂层），梯度功能连接型（连接两个基体间的界面层呈梯度变化）；根据不同的梯度性质变化分为密度fgm，成分fgm，光学fgm，精细fgm等；根据不同的应用领域有可分为耐热fgm，生物、化学工程fgm，电子工程fgm等。

3fgm的应用

fgm最初是从航天领域发展起来的。随着fgm研究的不断深入,人们发现利用组分、结构、性能梯度的变化,可制备出具有声、光、电、磁等特性的fgm,并可望应用于许多领域。

功能

应用领域材料组合

缓和热应

力功能及

结合功能

航天飞机的超耐热材料

陶瓷引擎

耐磨耗损性机械部件

耐热性机械部件

耐蚀性机械部件

加工工具

运动用具:建材陶瓷金属

陶瓷金属

塑料金属

异种金属

异种陶瓷

金刚石金属

碳纤维金属塑料

核功能

原子炉构造材料

核融合炉内壁材料

放射性遮避材料轻元素高强度材料

耐热材料遮避材料

耐热材料遮避材料

生物相溶性

及医学功能

人工牙齿牙根

人工骨

人工关节

人工内脏器官:人工血管

补助感觉器官

生命科学磷灰石氧化铝

磷灰石金属

磷灰石塑料

异种塑料

硅芯片塑料

电磁功能

电磁功能陶瓷过滤器

超声波振动子

ic

磁盘

磁头

电磁铁

长寿命加热器

超导材料

电磁屏避材料

高密度封装基板压

电陶瓷塑料

压电陶瓷塑料

硅化合物半导体

多层磁性薄膜

金属铁磁体

金属铁磁体

金属陶瓷

金属超导陶瓷

塑料导电性材料

陶瓷陶瓷

光学功能防反射膜

光纤;透镜;波选择器

多色发光元件

玻璃激光透明材料玻璃

折射率不同的材料

不同的化合物半导体

稀土类元素玻璃

能源转化功能

mhd发电

电极;池内壁

热电变换发电

燃料电池

地热发电

太阳电池陶瓷高熔点金属

金属陶瓷

金属硅化物

陶瓷固体电解质

金属陶瓷

电池硅、锗及其化合物

4fgm的研究

fgm研究内容包括材料设计、材料制备和材料性能评价。

4.1fgm设计

fgm设计是一个逆向设计过程。

首先确定材料的最终结构和应用条件,然后从fgm设计数据库中选择满足使用条件的材料组合、过渡组份的性能及微观结构,以及制备和评价方法,最后基于上述结构和材料组合选择,根据假定的组成成份分布函数,计算出体系的温度分布和热应力分布。如果调整假定的组成成份分布函数,就有可能计算出fgm体系中最佳的温度分布和热应力分布,此时的组成分布函数即最佳设计参数。

fgm设计主要构成要素有三:

1)确定结构形状,热—力学边界条件和成分分布函数;

2)确定各种物性数据和复合材料热物性参数模型;

3)采用适当的数学—力学计算方法,包括有限元方法计算fgm的应力分布,采用通用的和自行开发的软件进行计算机辅助设计。

fgm设计的特点是与材料的制备工艺紧密结合,借助于计算机辅助设计系统,得出最优的设计方案。

4.2fgm的制备

fgm制备研究的主要目标是通过合适的手段,实现fgm组成成份、微观结构能够按设计分布,从而实现fgm的设计性能。可分为粉末致密法:如粉末冶金法(pm),自蔓延高温合成法(shs);涂层法:如等离子喷涂法,激光熔覆法,电沉积法,气相沉积包含物理气相沉积(pvd)和化学相沉积(cvd);形变与马氏体相变[10、14]。

4.2.1粉末冶金法(pm)

pm法是先将原料粉末按设计的梯度成分成形,然后烧结。通过控制和调节原料粉末的粒度分布和烧结收缩的均匀性,可获得热应力缓和的fgm。粉末冶金法可靠性高,适用于制造形状比较简单的fgm部件,但工艺比较复杂,制备的fgm有一定的孔隙率,尺寸受模具限制。常用的烧结法有常压烧结、热压烧结、热等静压烧结及反应烧结等。这种工艺比较适合制备大体积的材料。pm法具有设备简单、易于操作和成本低等优点,但要对保温温度、保温时间和冷却速度进行严格控制。国内外利用粉末冶金方法已制备出的fgm有:mgc/ni、zro2/w、al2o3/zro2、al2o3-w-ni-cr、wc-co、wc-ni等。

4.2.2自蔓延燃烧高温合成法(self-propagatinghigh-temperaturesynthesis简称shs或combustionsynthesis)

shs法是前苏联科学家merzhanov等在1967年研究ti和b的燃烧反应时,发现的一种合成材料的新技术。其原理是利用外部能量加热局部粉体引燃化学反应,此后化学反应在自身放热的支持下,自动持续地蔓延下去,利用反应热将粉末烧结成材，最后合成新的化合物。其反应示意图如图6所示[16]：

shs法具有产物纯度高、效率高、成本低、工艺相对简单的特点。并且适合制造大尺寸和形状复杂的fgm。但shs法仅适合存在高放热反应的材料体系,金属与陶瓷的发热量差异大,烧结程度不同,较难控制,因而影响材料的致密度,孔隙率较大,机械强度较低。目前利用shs法己制备出al/tib2,cu/tib2、ni/tic、nb-n、ti-al等系功能梯度材料[7、11]。

4.2.3喷涂法

喷涂法主要是指等离子体喷涂工艺,适用于形状复杂的材料和部件的制备。通常,将金属和陶瓷的原料粉末分别通过不同的管道输送到等离子喷枪内,并在熔化的状态下将它喷镀在基体的表面上形成梯度功能材料涂层。可以通过计算机程序控制粉料的输送速度和流量来得到设计所要求的梯度分布函数。这种工艺已经被广泛地用来制备耐热合金发动机叶片的热障涂层上,其成分是部分稳定氧化锆(psz)陶瓷和nicraly合金[9]。

4.2.3.1等离子喷涂法(ps)

ps法的原理是等离子气体被电子加热离解成电子和离子的平衡混合物,形成等离子体,其温度高达1500k,同时处于高度压缩状态,所具有的能量极大。等离子体通过喷嘴时急剧膨胀形成亚音速或超音速的等离子流,速度可高达1.5km/s。原料粉末送至等离子射流中,粉末颗粒被加热熔化,有时还会与等离子体发生复杂的冶金化学反应,随后被雾化成细小的熔滴,喷射在基底上,快速冷却固结,形成沉积层。喷涂过程中改变陶瓷与金属的送粉比例,调节等离子射流的温度及流速,即可调整成分与组织,获得梯度涂层[8、11]。该法的优点是可以方便的控制粉末成分的组成,沉积效率高,无需烧结,不受基体面积大小的限制,比较容易得到大面积的块材[10],但梯度涂层与基

体间的结合强度不高,并存在涂层组织不均匀,空洞疏松,表面粗糙等缺陷。采用此法己制备出tib2-ni、tic-ni、tib2-cu、ti-al、nicral/mgo-zro2、nicral/al2o3/zro2、nicraly/zro2[10]系功能梯度材料

4.2.3.2激光熔覆法

激光熔覆法是将预先设计好组分配比的混合粉末a放置在基底b上,然后以高功率的激光入射至a并使之熔化,便会产生用b合金化的a薄涂层,并焊接到b基底表面上

,形成第一包覆层。改变注入粉末的组成配比,在上述覆层熔覆的同时注入,在垂直覆层方向上形成组分的变化。重复以上过程,就可以获得任意多层的fgm。用ti-a1合金熔覆ti用颗粒陶瓷增强剂熔覆金属获得了梯度多层结构。梯度的变化可以通过控制初始涂层a的数量和厚度,以及熔区的深度来获得,熔区的深度本身由激光的功率和移动速度来控制。该工艺可以显著改善基体材料表面的耐磨、耐蚀、耐热及电气特性和生物活性等性能,但由于激光温度过高,涂层表面有时会出现裂纹或孔洞,并且陶瓷颗粒与金属往往发生化学反应[10]。采用此法可制备ti-al、wc-ni、al-sic系梯度功能材料[7]。

4.2.3.3热喷射沉积[10]

与等离子喷涂有些相关的一种工艺是热喷涂。用这种工艺把先前熔化的金属射流雾化,并喷涂到基底上凝固,因此,建立起一层快速凝固的材料。通过将增强粒子注射到金属流束中,这种工艺已被推广到制造复合材料中。陶瓷增强颗粒,典型的如sic或al2o3,一般保持固态,混入金属液滴而被涂覆在基底,形成近致密的复合材料。在喷涂沉积过程中,通过连续地改变增强颗粒的馈送速率,热喷涂沉积已被推广产生梯度6061铝合金/sic复合材料。可以使用热等静压工序以消除梯度复合材料中的孔隙。

4.2.3.4电沉积法

电沉积法是一种低温下制备fgm的化学方法。该法利用电镀的原理,将所选材料的悬浮液置于两电极间的外场中,通过注入另一相的悬浮液使之混合,并通过控制镀液流速、电流密度或粒子浓度,在电场作用下电荷的悬浮颗粒在电极上沉积下来,最后得到fgm膜或材料。所用的基体材料可以是金属、塑料、陶瓷或玻璃,涂层的主要材料为tio2-ni,cu-ni,sic-cu,cu-al2o3等。此法可以在固体基体材料的表面获得金属、合金或陶瓷的沉积层,以改变固体材料的表面特性,提高材料表面的耐磨损性、耐腐蚀性或使材料表面具有特殊的电磁功能、光学功能、热物理性能,该工艺由于对镀层材料的物理力学性能破坏小、设备简单、操作方便、成型压力和温度低,精度易控制,生产成本低廉等显著优点而备受材料研究者的关注。但该法只适合于制造薄箔型功能梯度材料。[8、10]

4.2.3.5气相沉积法

气相沉积是利用具有活性的气态物质在基体表面成膜的技术。通过控制弥散相浓度,在厚度方向上实现组分的梯度化,适合于制备薄膜型及平板型fgm。该法可以制备大尺寸的功能梯度材料,但合成速度低,一般不能制备出大厚度的梯度膜,与基体结合强度低、设备比较复杂。采用此法己制备出si-c、ti-c、cr-crn、si-c-tic、ti-tin、ti-tic、cr-crn系功能梯度材料。气相沉积按机理的不同分为物理气相沉积(pvd)和化学气相沉积(cvd)两类。

化学气相沉积法(cvd)是将两相气相均质源输送到反应器中进行均匀混合,在热基板上发生化学反应并使反映产物沉积在基板上。通过控制反应气体的压力、组成及反应温度,精确地控制材料的组成、结构和形态,并能使其组成、结构和形态从一种组分到另一种组分连续变化,可得到按设计要求的fgm。另外,该法无须烧结即可制备出致密而性能优异的fgm,因而受到人们的重视。主要使用的材料是c-c、c-sic、ti-c等系[8、10]。cvd的制备过程包括：气相反应物的形成；气相反应物传输到沉积区域；固体产物从气相中沉积与衬底[12]。

物理气相沉积法(pvd)是通过加热固相源物质,使其蒸发为气相,然后沉积于基材上,形成约100μm厚度的致密薄膜。加热金属的方法有电阻加热、电子束轰击、离子溅射等。pvd法的特点是沉积温度低,对基体热影响小,但沉积速度慢。日本科技厅金属材料研究所用该法制备出ti/tin、ti/tic、cr/crn系的fgm[7~8、10~11]

4.2.4形变与马氏体相变

通过伴随的应变变化,马氏体相变能在所选择的材料中提供一个附加的被称作“相变塑性”的变形机制。借助这种机制在恒温下形成的马氏体量随材料中的应力和变形量的增加而增加。因此,在合适的温度范围内,可以通过施加应变(或等价应力)梯度,在这种材料中产生应力诱发马氏体体积分数梯度。这一方法在顺磁奥氏体18-8不锈钢(fe-18%,cr-8%ni)试样内部获得了铁磁马氏体α体积分数的连续变化。这种工艺虽然明显局限于一定的材料范围,但能提供一个简单的方法,可以一步生产含有饱和磁化强度连续变化的材料,这种材料对于位置测量装置的制造有潜在的应用前景。

4.3fgm的特性评价

功能梯度材料的特征评价是为了进一步优化成分设计,为成分设计数据库提供实验数据,目前已开发出局部热应力试验评价、热屏蔽性能评价和热性能测定、机械强度测定等四个方面。这些评价技术还停留在功能梯度材料物性值试验测定等基础性的工作上。目前,对热压力缓和型的fgm主要就其隔热性能、热疲劳功能、耐热冲击特性、热压力缓和性能以及机械性能进行评价。目前,日本、美国正致力于建立统一的标准特征评价体系[7~8]。

5fgm的研究发展方向

5.1存在的问题

作为一种新型功能材料,梯度功能材料范围广泛,性能特殊,用途各异。尚存在一些问题需要进一步的研究和解决,主要表现在以下一些方面[5、13]:

1）梯度材料设计的数据库（包括材料体系、物性参数、材料制备和性

能评价等）还需要补充、收集、归纳、整理和完善；

2）尚需要进一步研究和探索统一的、准确的材料物理性质模型，揭示出梯度材料物理性能与成分分布，微观结构以及制备条件的定量关系，为准确、可靠地预测梯度材料物理性能奠定基础；

3）随着梯度材料除热应力缓和以外用途的日益增加，必须研究更多的物性模型和设计体系，为梯度材料在多方面研究和应用开辟道路；

4）尚需完善连续介质理论、量子（离散）理论、渗流理论及微观结构模型，并借助计算机模拟对材料性能进行理论预测，尤其需要研究材料的晶面（或界面）。

5)已制备的梯度功能材料样品的体积小、结构简单,还不具有较多的实用价值;

6)成本高。

5.2fgm制备技术总的研究趋势[13、15、19-

20]

1）开发的低成本、自动化程度高、操作简便的制备技术；

2）开发大尺寸和复杂形状的fgm制备技术；

3）开发更精确控制梯度组成的制备技术（高性能材料复合技术）；

4）深入研究各种先进的制备工艺机理，特别是其中的光、电、磁特性。

5.3对fgm的性能评价进行研究[2、13]

有必要从以下5个方面进行研究：

1）热稳定性，即在温度梯度下成分分布随时间变化关系问题；

2）热绝缘性能；

3）热疲劳、热冲击和抗震性；

4）抗极端环境变化能力；

5）其他性能评价，如热电性能、压电性能、光学性能和磁学性能等

6结束语

fgm的出现标志着现代材料的设计思想进入了高性能新型材料的开发阶段。fgm的研究和开发应用已成为当前材料科学的前沿课题。目前正在向多学科交叉,多产业结合,国际化合作的方向发展。

参考文献：

杨瑞成，丁旭，陈奎等.材料科学与材料世界[m].北京：化学工业出版社，2006.

李永,宋健,张志民等.梯度功能力学[m].北京:清华大学出版社.2003.

王豫,姚凯伦.功能梯度材料研究的现状与将来发展[j].物理,2000,29(4):206-211.

曾黎明.功能复合材料及其应用[m].北京：化学工业出版社，2007.

高晓霞，姜晓红，田东艳等。功能梯度材料研究的进展综述[j].山西建筑,2006,32(5):143-144.

erdogan,f.fracturemechanicsoffunctionallygradedmaterials[j].compos.engng,1995(5):753-770.

李智慧,何小凤,李运刚等.功能梯度材料的研究现状[j].河北理工学院学报,2007,29(1):45-50.

李杨,雷发茂,姚敏,李庆文等.梯度功能材料的研究进展[j].菏泽学院学报,2007,29(5):51-55.

[9]林峰.梯度功能材料的研究与应用[j].广东技术师范学院学报,2006,6:1-4.

[10]庞建超,高福宝,曹晓明.功能梯度材料的发展与制备方法的研究[j].金属制品,2005,31(4):4-9.

[11]戈晓岚,赵茂程.工程材料[m].南京:东南大学出版社，2004.

[12]唐小真.材料化学导论[m].北京：高等教育出版社,2007.

[13]李进,田兴华.功能梯度材料的研究现状及应用[j].宁夏工程技术,2007,6(1):80-83.

[14]戴起勋,赵玉涛.材料科学研究方法[m].北京：国防工业出版社,2005.

[15]邵立勤.新材料领域未来发展方向[j].新材料产业,2004,1:25-30.

[16]自蔓延高温合成法.材料工艺及应用/jxzy/jlkj/data/clkxygcgl/clgy/clgy16.htm

[17]远立贤.金属／陶瓷功能梯度涂层工艺的应用现状./articleview/2006-6-6/article_view_405.htm.

[18]工程材料./zskj/3021/gccl/ch2/2.6.4.htm.

高分子材料与工程现状范文篇10

关键词微波；特征；陶瓷加工；应用

中图分类号TQ174文献标识码A文章编号1673-9671-（2012）102-0153-01

1微波烧结技术概述

在传统的材料加热方式中，需要将材料放置到加热环境中，通过对流、辐射或者传导等方式，将热量传递到材料的表面，再通过表面进入到材料内部，实现热平衡。在这一过程中，由于加热的环境并不是绝对的热封闭，为了确保材料芯部组织状态和表面保持一致，达到燃烧要求，就需要适当延长加热的时间，而更多的热量在环境中散失，能量损失问题严重。

如果采用微波加热方法，利用微波电磁场中陶瓷材料的介质特征，通过其损耗作用实现材料的整体性加热，直到符合烧结温度，进而实现烧结目的，增强致密性。受到微波电磁场的作用，介质材料就会发生介质极化现象，如原子极化、电子极化、界面极化或者偶极子的转向极化等；在这一过程中，极性分子从过去的随机分布状态改变成按照电场极性进行排列的形式；再加上高频电磁场的作用力，结合交变电磁的频率变化而出现分子取向的不同。但是在这一过程中，材料内部介质的极化过程不会随着外电场而出现变化，一般极化强度的矢量可能滞后于电场强度的矢量，造成电极化过程的电滞问题。

同时，微观粒子之间产生的能量交换，在一定程度上体现为能量的消耗。在微波波段运行中，偶极子会转为极化以及界面极化，由此形成吸收电流，发生材料功率的耗散。采用微波烧结技术的关键在于材料自身特征，如磁性能、介电性能、导电性能等。

2微波加工技术的特征

与传统的辐射、传导加热形式相比，微波加热的速度更快且加热均匀，具有诸多优势。以下将对其技术特征进行具体分析：

2.1具备选择性加热能力

对于不同的介质来说，吸收微波的能力也有所不同，尤其在良导体中，以金属为例，基本在表面形成了微波反射，这样进入金属内部的热量就比较小，仅停留在表面薄薄一层，那么良导体就难以通过微波实现加热。在电导率低、极化损耗小的微波绝缘体介质中，例如电容瓷器、石英玻璃等，则产生全透射作用，加热也存在难度；在电导率或者极化损耗都较为适中的介质中，微波则可做到渗透性与吸收性相结合，较好地实现微波加热。

2.2支持体积性加热需求

在微波加热过程中，当微波进入介质内部之后，就会与介质发生作用，通过对介质的消耗而吸收一部分微波能量，进而达到升温目标，符合体积性加热需求。在传统的加热方法中，主要通过外部热源的对流与辐射作用，快速将热量传递到样品的表面，再通过热传导向的作用在内部完成热量传递。

2.3良好的升温控制性

首先，随着微波的形成、消散，可以灵活掌握加热的过程。一般情况下，随着温度的变化，介质吸收微波的能力也会随之变化。在不同的温度区间内，加热特性有所不同。当微波进入快速升温阶段，极易造成热失控现象，如何控制这一问题，是应用微波加热的关键所在。

3微波在陶瓷加工中的应用

3.1微波烧结陶瓷的应用

有关微波烧结技术的应用，可主要划分为以下几大方面：其一，微波加热烧结技术。主要通过微波场的中介材料极化消耗作用，实现了本体加热目标。通过该种加热方法，其温度场较为均匀，可有效降低热应力，尤其在快速烧结中应用效果良好。在微波电磁场中，可以促使物质的扩散作用，进一步增强烧结的效率，实现陶瓷材料的晶粒细化，避免晶粒异常长大现象，以此保障材料显微结构的合理性、均匀性。但是也要注意到，在微波加热烧结过程中，由于受到材料微波吸收能力的不同影响，如果处于低温状态下，物质中介质损耗相对较低，就难以吸收微波的能量。为了能够改善这一问题，可考虑采取混合助热保温结构。分别在试样和保温结构的周围分布各种材料，如SIC棒。在常温作用下，SIC会吸收较多的微波，以此达到样品加热目标；在温度相对较高的状态下，试样可以直接吸收微波达到加热作用，提高烧成陶瓷的效率，同时确保材料晶粒的细小、均匀。其二，微波等离子烧结做用。利用微波的作用，促使气体电离成等离子体，当等离子体加热之后，即可获得较为致密的陶瓷烧结体。在微波等离子的烧结过程中，不会受到介质介电性能的过多影响，但是大量的等离子气体在常温状态下不能发生激励作用，但是负压等离子体可能由于高温作用而挥发样品，因此需谨慎选用微博等离子体烧结方法。

3.2微波在陶瓷涂层的应用

一方面，采用等离子体喷涂方法。加工氧化物陶瓷涂层，在个别基体中可达到良好效果。但是也要考虑到涂层孔隙率相对较高，并且和大部分基体难以结合，因此该方法的使用受到一定限制。另一方面，采用化学气相沉积方法。需要将基体加热到900℃左右，但是该方法的沉积速度较慢，制成后的膜厚度偏小。当前，除了采用以上两种传统的方法以外，微波涂敷技术已经投入使用。在界面位置最易吸收微波，尤其在高温作用下，界面发生了化学反应，同时微波形成的非热效应促使界面物质的扩散，加快反应速度，以此构成固溶体，实现涂层和基体之间的有效融合。

3.3微波在陶瓷裂纹修复的应用

引发陶瓷表面或者内部裂纹问题的原因较多，可能由于陶瓷材料问题、使用不当问题等，如机械加工损伤、晶型转变或者热膨胀等，如果在细小裂纹尚未发生破坏作用之前采取愈合修复手段，可较好地恢复受损材料基本性能。采用微波加热技术，比传统技术更具优势，一方面，升温速度快；另一方面，较好地促进物质扩散。因此在陶瓷裂纹愈合中发挥了高效率、高质量的作用，具有一定现实意义。

由上可见，当前微波烧结技术已经成为材料界发展的热门话题之一，尤其在陶瓷加工领域的应用，取得了一定进展。随着微波烧结设备的不断完善，正朝着智能化、自动化、高效率方向发展，其中存在的问题和差距也会逐步改善，并在高技术陶瓷、金属陶瓷复合材料等更多领域发挥重要价值。

参考文献

[1]郝斌，刘大成.微波烧结的研究进展及其在陶瓷材料中的应用[J].中国陶瓷工业，2010，5.

[2]汪学方，刘伟钦，刘胜等.陶瓷材料微波辅助塑性切削技术综述[J].工具技术，2007，7.

[3]方可，方利.微波烧结原理及研究进展[J].价值工程，2011，14.

高分子材料与工程现状范文篇11

【关键词】生物医学材料；研究现状；生物活性；发展趋势

科学技术的发展，各种新型生物医学材料被研制出来，并在医学领域中得应用。到2000年为止，在全世界高达1600亿美元的医疗市场中，医用生物材料所占比率已经达到了一半，且以20%的增长速度递增。二十世纪80年代是新型生物医学材料辈出的时代，进入到二十世纪90年代，以珊瑚为原材料的骨移植材料、人工皮肤、猪心脏瓣膜在医学领域中得以应用。二十世纪，美国采用新型聚氨酯材料研制出人造血管。中国在生物医学材料的研制方面起步较晚，但是应医学领域需要而对各种生物医学材料有所应用。随着国家对生物医学材料研究的重视，国家开始启动医学生物材料项目，并将生物医学材料纳入到优先发展的产业当中[3]。在中国的“十二五”规划中，还特别指出要将重点发展新型口腔植、人工关节、新型人工血管、人工心瓣膜以及各种人工修复材料等等生物医学材料。

一、生物医学材料研究现状

（一）金属生物材料

在医学领域中，医学金属材料是较早采用的，且应用材料非常广泛，包括不锈钢材料、钛合金材料等等。其中，不锈钢材料具有较强的耐腐蚀性，因此应用效果非常好。由于人体内为较为复杂的电解环境，随着316L不锈钢的应用，解决了这一问题，但是，却不具备生物相容性。钛合金具有良好的耐腐蚀性和生物相容性，具有一定的生物材料强度。钛合金的抗拉强度介于500兆帕至1100兆帕之间，使钛合金的弹性与人体的骨骼弹性更为接近，以使材料植入到人体后，与人的骨骼更为匹配。

（二）高分子生物材料

医用高分子材料的出现，使得医用材料可以用于对损伤的人体器官以修复，以增强器官的恢复功能。目前所使用的医用高分子材料分为可生物降解和非降解的高分子材料。可生物降解的高分子材料植入人体后，可以降解被为对人体无毒无害的CO2、H2O等对人体不会产生刺激性的物质。可生物降解的高分子材料可以是胶原蛋白或者纤维蛋白等等天然材料，也可以是聚乳酸等人工合成高分子材料。非降解的高分子材料属于是惰性的高分子材料。聚乳酸在医学生用于外科缝合线和药物释放的载体。由于其具有可降解性能，当伤口愈合后，就会被人体组织吸收。聚乳酸可以在降解的过程中，将药物释放到人体中，使药物发挥作用。

（三）秃仙物材料

复合生物材料用于医学领域中已经获得了长足发展，但是，由于材料植入人体后，会对人体的生理环境产生抵抗力，因此会存在一些问题有待进一步研究。目前医学领域中所采用的复合生物材料包括有三类，即生物陶瓷复合材料、金属基医用复合材料和高分子复合材料。生物陶瓷复合材料植入到生理环境中后，并不会产生毒性反应，且具有良好的生物活性和生理环境相容性。金属基医用复合材料在医学领域中应用，金属具有单一的生物活性，可以采用生物涂层技术，以提高金属表面的耐磨性和生物相融合。高分子复合材料是一种接近人体自然骨骼的高分子复合材料。人体骨骼本身就是一种层状的复合材料，采用这种复合材料替代，虽然可以起到治疗作用，但是其韧性明显要低于人体自然骨骼。

（四）无机非金属生物材料

无机非金属生物材料具有良好的化学稳定性和生物相容性，主要包括生物活性陶瓷和惰性的无机材料。生物活性陶瓷材料主要用于关节、牙齿等等的硬组织修复。但是，该种材料不会与人体的活体组织结合，从而影响治疗效果。惰性的无机材料以医用碳素材料为主。该种材料具有较高的耐磨性，韧性和强度都非常高，特别是具有良好的抗疲劳性，可以与人体自然骨骼相匹配。骨骼损伤者选择这种材料可以获得良好的治疗效果[2]。此外，医用碳素材料在人体的生理环境中并不会产生毒副作用，良好的化学稳定性和人体亲和性，且具有抗血栓性和抗溶血性。如果对患者执行人工心脏瓣膜手术，医用碳素材料是优先选择的材料。

二、生物医学材料研究的发展趋势

生物医用材料的发展进程中，从简单的结构模仿发展为组织诱导再生，使生物医用材料的单一性能逐渐向综合性能发展。简单的结构与外观的仿制，向智能化仿生发展，使材料的应用已经与现代的医疗技术融合，并共同发展。根据目前医学领域的发展程度，生物医用材料的研究空间还很大，并会涉及到多种学科，包括材料学、工程学、控制论以及生物技术等等，这些学科都会对生物医学的发展产生推动作用。特别是各种新技术、新方法的应用，将生物技术引入到智能化发展的思路，使生物材料不再局限于实验室研究，而会在临床上得以广泛应用，以为医疗做出贡献。

结论

综上所述，生物医学材料属于是交叉学科，为材料学和医学等等多种学科相互结合而形成。作为一门应用于医学领域的新兴学科，所研制的是用于医学组织工程领域的各种新型的人工材料。根据技术含量的不同，生物医学材料可以被划分为金属生物、高分析生物、复合生物和无机非金属生物材料。随着生物医学材料研究的发展，使得生物医用材料智能化发展。

参考文献：

高分子材料与工程现状范文篇12

【关键词】形状记忆；高分子材料；军事应用

1.形状记忆高分子材料简介

形状记忆高分子或形状记忆聚合物（SMP，ShapeMemoryPolymer）作为一种功能性高分子材料，是高分子材料研究、开发、应用的一个新分支。它是在一定条件下被赋予一定智能高分子材料的形状（起始态），当外部条件发生变化时，它可相应地改变形状，并将其固定（变形态）。如果外部环境发生变化，智能高分子材料能够对环境刺激产生应答，其中环境刺激因素有温度、pH值、离子、电场、溶剂、反以待定的方式和规律再一次发生变化，它便可逆地应物、光或紫外线、应力、识别和磁场等，对这些刺激恢复至起始态。至此，完成记忆起始态固定变形态恢复起始态的循环。

1989年，石田正雄认为，具有形状记忆性能的高分子可看作是两相结构，即由记忆起始形状的固定相和随温度变化能的可逆的固化和软化的可逆相组成。可逆相为物理铰链结构，而固定相可分为物理铰链结构和化学铰链结构，以物理铰链结构为固定相的称为热塑SMP，以化学铰链结构为固定相的称为热固性SMP。王诗任等认为，形状记忆高分子实际上是进行物理交联或化学交联的高分子，其形状记忆行为实质上是高分子的粘弹性力学行为。他们根据高分子粘弹性理论建立了一套形状记忆的数学模型。总结来说，形状记忆机理可分为：组织结构机理、橡胶弹性理论、粘弹性理论。

2.军事材料特殊性分析

未来战争是高技术条件下的战争。不仅战场环境变得更加恶劣复杂，各种类型的雷达，先进探测器以及精确制导武器的问世，对各类武器和装备构成了严重的威胁。因此，不仅军事装备的质量要求一定可靠，而且，军事装备的再生性和快速制造能力也被提到了新的高度。

军事装备系统的可靠性（TheReliabilityofArmamentssystem）是指军事装备系统在规定的时间内，预定的条件下，完成规定效能的能力。要求装备在特定的条件下长期存放和反复使用过程中，不出故障或少出故障，处于正常的使用状态，且能实现其预期效能。因此，军事材料必须拥有极强的性能和超长的工作寿命。军事装备的再生能力，指的是军事装备受到损坏后，能够迅速进行战场抢修的能力。战场再生能力是提高装备战斗力的重要组成部分。形状记忆高分子材料具有许多优异的性能，因此此类材料对于军事方面的贡献就十分明显。在前期制造方面，由于其快速恢复能力，可以在很短的时间内完成对零部件连接、整合，为战争赢得极宝贵先机时间。在对装备恢复方面，我们可以将记忆前的材料制造为较为规则，使用面积较小的部件，单一运输时可以减缩空间，从而提高运输效率，极大地提高了战场的再生能力。

3.形状记忆高分子材料在军事方面应用展望

目前，形状记忆高分子材料在军事方面的成熟应用主要体现在在战机的连接，加固，军事通讯设备，战争医疗设备等方面。

3.1战机接头连接

在军事战斗机上通常装有各种不同直径的管道，对于一些异径管接头的连接，形状记忆高分子材料可以大显身手。其大致工艺过程如下：先将形状记忆高分子材料加工成所要求的管材，然后对其加热使管材产生径向膨胀，并快速冷却，即可制得热收缩套管。应用时，将此套管套在需要连接的两个管材的接头上，再用加热器将已膨胀的套管加热至其软化点以上（低于一次成形温度），膨胀管便收缩到初始形状，紧紧包覆在管接头上。

3.2紧固销钉

在战斗机的制造工艺中，需应用大量的连接件进行连接。采用形状记忆高分子材料制作紧固销钉，将是战斗机制造业中的一项崭新工艺技术。

（1）先将记忆材料成形为销钉的使用形状；（2）再将销钉加热变形为易于装配的形状并冷却定型；（3）将变形销钉插入欲铆合的两块板的孔洞中；（4）将销钉加热即可回复为一次成形时的形状，即将两块板铆合固定。

3.3军事通讯设备

形状记忆高分子材料在军事通讯设备方面的应用同记忆合金比较相似。后者在航空航天领域内的应用有很多成功的范例。人造卫星上庞大的天线可以用记忆合金制作。发射人造卫星之前，将抛物面天线折叠起来装进卫星体内，火箭升空把人造卫星送到预定轨道后，只需加温，折叠的卫星天线因具有“记忆”功能而自然展开，恢复抛物面形状。而高分子材料通常具有很好的绝缘性能，因此在通讯设施中不需要导电的部件中，用形状记忆高分子材料代替，以获得我们预期的目标，从而提高部队的携带能力。

3.4军事医疗设备

在需要单兵作战的特殊场合，由于单兵的辎重，装备等携带能力的限制，需要在有限的或体积下携带比较充足的医疗设施，从而为军人的生命恢复提供必要的保障。利用低温形状记忆特性的聚合物聚氨酯、聚异戊二烯、聚降冰片烯等可以制备用作矫形外科器械或用作创伤部位的固定材料，比如用来代替传统的石膏绷带。方法有2种：一是将形状记忆聚合物加工成待固定或需矫形部位形状，用热水或热吹风使其软化，施加外力使其变形为易于装配的形状，冷却后装配到待固定或需矫形部位。再加热便可恢复原状起固定作用，同样加热软化后变形，取下也十分方便；二是将形状记忆聚合物加工成板材或片材，用热水或热吹风使其软化，施加外力变形为易于装配形状，在软化状态下装配到待固定或需矫形部位，冷却后起固定作用，拆卸时加热软化取下即可。形状记忆材料与传统的石膏绷带相比具有塑型快、拆卸方便、透气舒适、干净卫生、热收缩温度低、可回复形变量大的特点，可望在矫形外科领域及骨折外固定领域得到广泛应用。

4.结束语

目前，对形状记忆材料的研究才刚刚开始，尚处于初级阶段。形形状记忆高分子材料虽然具有可恢复形变量大、记忆效应显著、感应温度低、加工成型容易、使用面广、价格便宜等优点，但尚存在着许多不足之处，如形变回复不完全、回复精度低等。因而，在形状记忆高分子材料的分子设计和复合材料研究等方面，还有待于进一步探索。另外，应根据现实需要开发新型的形状记忆高分子或对原有的形状记忆高分子有针对性地进行改性。因此，在今后的研究工作中，应充分运用分子设计技术及材料改性技术，努力提高材料的形状记忆性能及综合性能，开发新的材料品种，以满足不同的应用需要。另外，还应注重新材料的实际应用，早日形成工业产量，为我国的军事建设及各项国民经济建设服务。

【参考文献】

[1]张福强.形状记忆高分子材料.高分子通报，1993，（1）：34-37.

[2]石田正雄.形状记忆树脂[J].配管技术，1989，31（8）：110-112.

[3]王诗任，吕智，赵维岩，等.热致形状记忆高分子的研究进展[J].高分子材料科学与工程，2000，16（1）：1-4.