新型金属论文（精选11篇）
新型金属论文 篇1
美国加州理工学院一个科研小组日前开发出一种以钛为基础的“金属玻璃”，这种新型材料重量轻，成本低，能保持极佳的韧性及延展性，可应用于航空航天领域。
这一研究成果发表在新一期美国《国家科学院学报》网络版上。
这个科研小组早前曾在英国《自然》杂志上发表论文，介绍研制“金属玻璃”的一种新方法。当时他们主要以金属锆来进行合成。但以锆为基础的“金属玻璃”密度相对较大，为每立方厘米5.6克至6.4克，应用于航空航天领域仍然不够理想。
研究人员道格拉斯·霍夫曼介绍说，他们尝试以金属钛为基础材料，最终开发出密度更小的“金属玻璃”，其密度控制在每立方厘米4.5克至5克之间。与其他类型“金属玻璃”相比，新型“金属玻璃”的韧性和延展性毫不逊色。
钛比锆的价格低，因此这种新型“金属玻璃”的成本更低。(科技日报)
新型金属论文 篇2
海南三亚榆林八一中学周冬阳5720
21新课标中，科学课程的基本理念是以全面提高每一个学生的科学素养为核心，要求教师在教学中应面向全体学生，立足学生发展，体现科学本质，突出科学探究，反映当代科学成果。在总目标中也特别强调了科学探究，并指出，科学探究活动是培养科学观念与能力的最关键的途径，也是培养创新精神与实践能力最有效的手段。对科学探究的具体设计，力求突出科学素养，体现学生的主体作用，符合学生的心理特点，从学生身边熟悉的事物出发，为学生所喜爱，并让学生参与科学探究活动的开发。因此，怎样在化学课堂中更好的处理好“知识点的落实”与“充分运用探究手段”的关系是落实学生主体地位，实现化学总体教学目标的基本前提。本课是基于多媒体网络教室（Web教室）中高中化学学科自主探索学习的试验研究课，是多媒体技术和网络技术在中学化学教育应用的新尝试。
一、教材分析
（一）知识内容
本节教材介绍新型无机非金属材料的特点、用途和发展。
（二）学习目标
1、知识目标：使学生对新型无机非金属材料有大致印象。
2、能力目标：通过对相关网络资料的阅读，结合观察思考探究、协作交流讨论，培养学生的分析资料、提取信息、发现问题和解决问题的能力。
3、德育目标
①帮助学生建立勇于探索创新的精神和克服困难的信心。
②使学生认识到化学在现代社会、现代科技中的重要作用。
③通过对新型无机非金属材料的介绍，培养学生崇尚科学、热爱科学的情感。④通过本节课的学习，使学生意识到人类智慧力量的伟大。
⑤通过介绍我国在新型无机非金属材料方面的成就，培养学生的爱国主义情感。
（三）教学重点
新型无机非金属材料的特点、用途和发展。
（四）教学难点
1、激发学生学习的积极性。
2、培养学生热爱科学的情感。
二、学生分析
1、学习特点：学习对象为高一学生，对化学学科和计算机等现代信息技术有着浓厚的学习兴趣，但基本的计算机操作熟练程度不一，对学习资源利用和知识信息的获取、加工、处理与综合能力较低。
2、学习习惯：高一学生知识面较狭隘，习惯于教师传道授业解惑这种被动接受式的传统教学，缺乏独立发现和自主学习能力。
3、学习交往：高一学生在新的学习环境中，学习交往表现为个别化学习，课堂上群体性的小组交流与协同讨论学习机会很少。
三、教学方法
基于新课改提出教育要为学生的终身发展奠定基础，让学生学会做人、学会求知、学会合作、学会实践、学会创新的理念。本课为了充分体现学生的主体作用，进行教法与学法优化组合：
1、实物展示法:展示新材料实物,使学生获得感性认识。
2、探究学习法：联系所学知识和运用网络资源进行问题思考、解决的学习。
3、发现学习法：善于分析资料、寻找和发现思考性问题。
4、自主学习法：利用网络资源、教材资源，独立地进行学习。
5、问题讨论法：运用网络教室的各种交流手段对学习主题展开讨论。
6、协作学习法：通过网络教室中师生、生生协同、交流、讨论的学习。
四、教学过程
[课前准备]做好课文预习；相关网络课件发布到校园网的服务器；
[新课引入]展示实物:玻璃刀、机械手表、光导玩具。
提问：
1、玻璃刀的刀头是什么材料制作的？（人造金刚石）；
2、机械手表上的“19钻”字样是什么意思？（人造红宝石的数目）；
3、气炉中电子打火用的是什么材料？（压电陶瓷）；
4、在的长途电话信号是通过什么传输的？（光导纤维）。
[教师]好，同学们基础很扎实也很用功.这些都是新型无机非金属材料。而我们上一节课所讲的水泥、玻璃、陶瓷等都属于传统无机非金属材料。按化学组成，材料可以进行如下分类。
[投影]（材料的分类）
[教师]这一节课我们来认识几种新型无机非金属材料。
[投影]课题：新型无机非金属材料
学习任务：新型无机非金属材料的特点、用途和发展。
学习要求：
①明确本课的学习目标，以学习任务驱动为方式，以新型无机非金属材料为中心，以小组协作讨论的方法（语言交流和在线讨论方式）进行主动地探究学习。
②抓住本课学习的重点和难点，运用发现、探究、协作、讨论学习方法，大胆、主动分析问题和解决问题。
③注重本课网页素材和相关网站的学习资源利用，联系所学知识和技能，对信息进行获取、收集、加工、处理，提高自己的学习能力。
[教师] 为什么要叫新型无机非金属材料呢?
[学生]为了与传统无机非金属材料相区别。
[复习提问]传统无机非金属材料的成分是什么?它有什么特点?
[学生]传统无机非金属材料具有抗腐蚀、耐高温的优点，但也有质脆、经不起热冲击的弱点。
[教师]同学们记得很牢。事实上，我们看下面一些住宅图中各自的构成材料也会发现，即使在人类社会发展的过程中，大自然馈赠与人类的材料(如泥土、木材、石头等)，已远远不能满足人类社会发展的需求。为了人类自身发展的需要，人们总是在大自然的馈赠之外，用自己的聪明才智和勤劳的双手，不断地研制、创造着各种各样的新材料，以满足人类物质文明和科学技术不断发展的需要。
[电脑图片展示]
图片1：图原始人居住的洞穴
图片2：用茅草搭起来的房屋
图片3：用树枝、泥巴盖起来的房子
图片4：用石头砌起来的石屋，用木棍、木板搭起来的房子
图片5：用砖、水泥等盖的住宅
图片6：高楼大厦
图片7：现代居室(包括电视机、音响、电脑等)
[讲述]传统无机非金属材料与现在所用的许多金属材料相比，有许多独特的优势，这使得很多行业的科学家都对它情有独钟，然而，它的弱点的存在，又使它的应用范围受到了一定的限制。为此，科学家们进行深入的研究和探索，并进行了反复的实验，随之而来的便是多种多样具有特殊性能的新型无机非金属材料的问世，那么，新型无机非金属与传统的无机非金属材料相比有哪些特性呢?
[投影]学习探究的问题：课本主要介绍了高温结构陶瓷和光导纤维。为什么从知道钠蒸气放电到高压钠灯的使用经过了二十几个年头呢?陶瓷发动机的优点？光纤通信较之普通电缆通信有哪些优点呢?光导纤维在医学上有什么应用？
[学生活动]（资源利用、自主探索）
[教师活动]指导学生利用资源学习的顺序依次为：化学教材（文本）----媒体资源（图片、视频）----“碳族元素”网站或其它相关网站（检索新型无机非金属材料的相关资料）。
[师生互动]（浏览网页的同时并在线讨论。）
[投影]上述问题的相关知识和答案
[教师]预习中同学们从各种渠道收集到一些新型无机非金属材料的有关材料，下面请每一组选出一名代表上台跟大家交流一下。（3分钟演讲）
[第一组]生物陶瓷
[第二组]夹层玻璃
[第三组]半导体陶瓷
[第四组]赛伦
[教师]新型无机非金属材料的种类还有很多，它们有些什么特性呢？在哪些领域会大显神通呢？
[师生互动]（学生浏览网页、总结，教师巡回指导。）
[投影]新型无机非金属材料的特性
[教师]材料是人类生活必不可少的物质基础。材料的发展史就是一部人类文明史。没有感光材料，我们就无法留下青春的回忆；没有特殊的荧光材料，就没有彩色电视；没有高纯的单晶硅，就没有今天的信息技术；没有特殊的新型材料，神州五号飞船就无法上天。可见，科技的发展和社会的进步往往受到材料的制约。反过来，一种新材料的发现可能回给社会带来革命性的变化。
新材料在不断涌现如1985年发现了足球烯。旧材料的功能也在拓展，如石英早就存在，石英钟的普及却是近几年的事，光导纤维使玻璃“老爷爷”又焕发了青春。
谈谈你所知道的未来材料发展的趋势或者你对材料的设想。
[分组讨论]学生分为八组，语言交流讨论。每组选一名代表对未来新材料的美好设想。
[教师]展望21世纪，材料科学的发展前景是美好的：1.光电转换材料，分解水的催化材料和储氢材料将实现高效化；2.集多种功能于一身的复合材料可使我们的生活质量得到进一步改善（如“白色污染”将被消除）；3.高温超导材料将进入实用阶段；4.智能材料和机敏材料将得到广泛应用；5.纳米材料将在治疗癌症、存储信息等领域大显神通„„
社会需要材料，材料离不开化学。同学们一定要学好化学，将来开发和应用更多更好的新材料，为社会主义现代化建设服务。
[练习巩固]在线训练10个选择题，当场评分。
[小结]
[作业布置]有兴趣的同学课后搜集有关新型无机非金属材料的实物或文字资料，写一篇科普小论文。
五、课后反思
“新型无机非金属材料”这节课的较理想的有以下几个环节：
1、实物展示，使学生获得感性认识，同时拉近了学生与知识内容之间的距离，充分调动了学生的学习积极性；
2、创设多种学习情境，引导学生展开学习与探究活动，积极调动学生的主体性进行自主探究和协作学习；
3、通过台上的角色扮演，培养学生综合素质；
新型金属论文 篇3
这种金属或许将证明，把一定数量的液体抽到医疗诊断芯片周围，用来冷却电脑的处理器，或者把纯金属转变成抗菌表面是多么有意义。罗切斯特大学的光学副教授郭春雷说：“我们几乎可以改变任何金属的表面结构，从而控制液体对它作出的反应。我们甚至可以控制液体流动的方向，也可通过控制，让液体流动或者不流动。”
郭春雷和他的助理亚纳托里·沃罗比耶夫利用超速激光爆改变金属表面，使金属表面形成纳米规模的凹陷、小球和激光腐蚀孔道。这种飞秒激光产生的脉冲仅持续数千万亿分之一秒，如果说一飞秒相当于一秒，那么一秒就相当于大约3200万年。在短暂的爆炸过程中，郭春雷的激光发射出大量能量(相当于北美洲使用的所有电量)，而且所有能量都集中在一个针尖大小的点上。
郭春雷的纳米结构改变了液体分子和金属分子相互作用的方式，使它们之间或多或少具有一些吸引力。在尺度合适的情况下，金属纳米结构吸引液体分子的能力，比金属分子之间的吸引力更大，这种情况使得液体迅速在金属表面展开。
郭春雷通过在金属里加入激光腐蚀孔道，进一步加强了对液体的控制。他说：“设想一下一个微型芯片上具有庞大的水路系统，就像微处理器上的电子线路一样，我们利用少量液体，就能实施化学或者生物学工作，那会是一种什么景缘。血液可以沿着特定路径到达传感器，进行疾病诊断。通过这种微型系统，护士检测时根本不需要抽取一试管血液，进行检测。在皮肤上擦一下所获得的细胞，或许就足以进行微量分析。”郭春雷还宣布，利用飞秒激光加工技术，可以生产出亮度跟普通灯泡一样的白炽灯，但是消耗的能量仅为制作普通灯泡所需能量的一半。
我国研制出首台考古“移动实验室”
许多文物在发掘现场一面世就发生剧烈变化以致面目全非。如何减少失去珍贵信息的遗憾一直是考古学家们努力探寻的。最近，在西安亮相的由我国研制出的首台可以在发掘现场进行文物探测与保护的车式“移动实验室”就可以解决这个问题。
“移动实验室”研究历经两年多，创新性地将信息采集、智能预探测、分析检测、现场提取，以及应急处置与保护等功能单元集成搭载在移动车上，实现了传统的实验室和保护修复室前置到考古发掘现场。
北京大学教授严文明说：“这项研究为最大限度地获取信息和及时保护出土文物提供了技术可能，将大大提高我国考古探测和出土文物现场保护的能力。”
课题承担单位敦煌研究院研究员苏伯明说，“移动实验室”不仅配备有智能控制、传感器、计算机、传输、数据处理和空间技术等多学科技术和装备，还可以通过现场视频、温度、湿度监测和无线数据传输系统等，精确掌握文物埋藏的环境，实现对出土文物在第一时间检测分析和文物出土环境数据采集。
美国研发出新型“金属玻璃” 篇4
这个科研小组早前曾在英国《自然》杂志上发表论文, 介绍研制“金属玻璃”的一种新方法。当时他们主要以金属锆来进行合成。但以锆为基础的“金属玻璃”密度相对较大, 为5.6～6.4g/cm3, 应用于航空航天领域仍然不够理想。
研究人员道格拉斯·霍夫曼介绍说, 他们尝试以金属钛为基础材料, 最终开发出密度更小的“金属玻璃”, 其密度控制在4.5～5g/cm3之间。与其他类型“金属玻璃”相比, 新型“金属玻璃”的韧性和延展性毫不逊色。
新型金属论文 篇5
摘要：采用扫描电镜表征了氯化聚氯乙烯静电纺丝纳米纤维膜的微观结构特征,并进行了去除地下水中铜、铅、镉等重金属阳离子的过滤试验,包括直接过滤、加土壤过滤、加硅藻土过滤和胶束强化过滤.结果表明,最佳的`过滤工艺是胶束强化过滤,其最佳试验条件是10层膜过滤和5mmol/L的SDBS浓度,对铜、铅、镉的去除率分别超过73%,82%和91%.Abstract：A novel nanofiber membrane, named M-1, is prepared from chlorinated polyvinyl chloride by high-voltage electrospinning process. The removals of divalent metal cations including Cu2+, Pb2+ and Cd2+ from the simulated groundwater by M-1 have been investigated. To obtain the best heavy metal removal, several filtration methods using M-1 have been presented, including direct filtration, soil-addition filtration, diatomite-addition filtration and micellar enhanced filtration (MEF). The best filtration method for M-1 to remove heavy metal cations is MEF whose optimal experimental conditions are 10-layer filtration and sodium dodecyl benzene sulfonate (SDBS) concentration of 5mmol/L. The experimental results show that the rejections of copper in the simulated groundwater by MEF using M-1 can reach more than 73%;the rejections of lead more than 82%;and the rejections of cadmium more than 91%.作 者：桑义敏 李发生 孙体昌 谷庆宝 梁存珍 SANG Yi-min LI Fa-sheng SUN Ti-chang GU Qing-bao LIANG Cun-zhen 作者单位：桑义敏,SANG Yi-min(北京石油化工学院环境工程系,北京,102617;北京科技大学土木与环境学院,北京,100083)
李发生,谷庆宝,LI Fa-sheng,GU Qing-bao(中国环境科学研究院土壤污染控制实验室,北京,100012)
孙体昌,SUN Ti-chang(北京科技大学土木与环境学院,北京,100083)
梁存珍,LIANG Cun-zhen(北京石油化工学院环境工程系,北京,102617)
新型金属论文 篇6
氢燃料电池能将氢气和氧气转化为电能，将这种电池串联起来能产生更多电能，可为汽车等大型设备供电，而且其副产品只有水，不会排放出温室气体。但含铂催化剂限制了氢燃料电池的广泛应用。
现在，洛斯阿拉莫斯国家实验室的科学家吴刚（音译）、克里斯蒂娜•约翰斯顿、皮欧特•泽伦亚和橡树岭国家实验室的科学家凯伦•摩尔携手，用碳（部分源于高温过程产生的聚苯胺）、廉价的铁和钴研制出了这种新的非铂基催化剂，其将应用于氢燃料电池阴极同氧气发生反应的那部分。用铁、钴等廉价金属取代比金更贵重的铂，将大大缓解目前氢燃料电池面临的成本高企问题。
研究结果证实，这种新的碳—铁—钴催化剂让电池的能量更多、效率更高且寿命更长，且能让燃料电池在不断充放电的过程中损耗更小。
更重要的是，该碳—铁—钴催化剂燃料电池能有效地将氢气和氧气变成水，而不会产生大量不需要的过氧化氢。产生大量过氧化氢会使燃料电池产出的能量减少50%以上，同时还可能破坏燃料电池的膜。即使同现在技术最先进的铂基催化剂相比，碳—铁—钴催化剂产生的过氧化氢也微乎其微。
泽伦亚表示，与铂基催化剂相比，新催化剂一样经久耐用，但其成本几乎为零，因此，它清除了氢燃料电池“飞入寻常百姓家”面临的主要壁垒。因为新催化剂拥有的高效能，洛斯阿拉莫斯国家实验室为其申请了专利。
洛斯阿拉莫斯燃料电池计划的负责人肯•斯特罗指出，新燃料电池克服了商用燃料电池发展中的两个最大“瓶颈”：高成本和低耐用度。该科研团队计划深入理解该碳—铁—钴催化剂的工作原理，以改进其性能，进一步提高氢燃料电池的效能和使用寿命。
新型金属材料的工业应用分析 篇7
金属材料是最重要的工程材料之一。根据冶金工艺的差异, 可以把金属材料分为铸锻材料、粉末冶金材料以及金属复合型材料。通常而言, 铸锻材料又可以划分为黑色以及有色金属材料。平时所说的钢以及不同种类的铁的合金都是属于黑色金属的范畴之内。工程结构中所用的金属材料90%以上是钢铁材料, 其主要的原因是钢铁材料的资源多, 在生产工艺上相对简单、价格低廉以及性能优良等诸多的特点, 现在已经被广泛地使用在我们生活中的各种场所。
1 新型金属材料的应用
金属材料的结构及其性能决定了它的应用。金属材料具有许多优良性能, 是目前国民经济各行业、各部门应用最广泛的工程材料之一。金属材料的运用如下。
1) 在汽车中的应用。汽车缸体和缸盖需满足良好的强度和刚度、良好的铸造性能、切削加工性能、低廉的价格。目前主要用灰铸钢和铝合金;汽车的缸套和活塞, 对材料的性能要求是热强性高, 有良好的导热与耐磨性能, 当前一般使用的是铝硅合金;在汽车行业中, 金属材料已经得到广泛使用。
2) 在机床方面的应用。机床的大型零件部以及其他零件等, 首选材料为灰铸铁, 球磨铸铁也可选用。随着人们对产品外观装饰效果的日益重视, 不锈钢、黄铜的使用量也日益增多。
3) 在热能设备的应用。其中的典型应用就是锅炉用钢, 包含锅炉管道用钢和锅炉汽包用钢。管道用钢具有足够的蠕变极限和持久强度, 且具备良好的抗氧化性、耐腐蚀性、组织稳定性、焊接性能。
4) 在化工设备中的应用。化工设备主要有压力容器、换热器、塔设备和反应釜等。所用金属包括合金钢和有色金属及其合金等。
5) 在航空航天中的应用。航空航天产品受使用条件和环境的制约, 对材料的要求非常严格。采用的结构材料需要满足轻质、高强、耐高温和耐高温腐蚀的性能。航空航天材料主要包括航空航天结构材料与航空航天功能材料两类。结构材料主要包括运载火箭、导弹和航天飞行材料。运载火箭箭体使用的金属材料主要为高强铝合金, 在储存箱中, 则采用高强可焊铝锂合金。火箭发动机主要使用电寿材料、高温合金、超低温钛合金、高强钛合金、不锈钢、金属间化合物等材料。
2 新型金属材料的发展趋势
金属材料, 尤其是新型金属材料在目前的应用是非常广泛的, 其发展趋势表现在几个方面。
2.1 镁及镁合金的应用
得益于镁本身的优良特点, 在各个领域中都随处可见。此外, 镁资源丰富, 现在已经被公认为是目前最有使用前景、最绿色环保的金属材料。因此, 在将来的很长一段时间内, 镁必然会成为需求量增加速度最快的金属材料之一。现在很多交通运输工具在生产的过程中, 都会使用到镁合金, 因为镁的质地最轻, 可以减小重量, 改善交通工具的性能, 从而受到人们的关注。现在很多的汽车生产公司, 已经将镁合金零件制作作为公司发展的重要方向。此外, 目前的电子、家电等行业也开始大量使用镁合金, 从而推动了镁合金材料的发展。镁合金技术得到不断突破, 生产成本有效降低, 有着良好的发展前景
2.2 钛及钛合金的应用
随着我国经济的不断发展, 钛以及钛合金开始受到广泛地关注。该种材料密度小、强度高, 具有优良的耐腐蚀性, 现在已经被运用到汽车、电子以及航空航天等诸多领域中。钛的应用范围是非常广泛的, 美国钛最大应用领域是航空航天, 占到总消费量的58.5%;日本则是火力、核电厂及板式热交换器, 两者合计占总消费量的41.9%。与美国相比, 日本的钛用量更多。此外, 在体育用品方面也可以看到钛的身影, 除了在高尔夫球杆头上使用钛以外, 短距离跑鞋的销钉、羽毛球拍、冰杖等登山器具、滑雪滑冰冰刀刃、自行车架、轮椅等也可以应用钛及钛合金。美日两国在化学工业及油气田钻探装置上的钛用量都在逐年递增。在计算机磁盘 (真空镀膜) 、纤维纺织机的框架、餐具、帐篷用具、拐杖和照相机等方面, 也开始推广该种材料。
2.3 铝及铝合金
铝合金有着密度小、导热性能优良、价格低廉的优势。现在已经被运用在很多的行业中, 包括航空航天、交通运输以及建材等领域。在轻合金中, 铝合金是被使用最多的合金。目前, 我国铝及铝合金材料的应用技术已经逐步成熟, 用量也在逐年增加。
3 结语
金属材料的使用渗透到人们生活的各个领域, 其显著的价值已经受到了社会的认可, 金属材料成为了推动整个社会发展的重要力量。实践显示, 金属材料的出现与创新发展加快了人类进步的脚步, 各个工业领域都开始大量应用新型金属材料。总之, 随着科技的进步, 未来将会有大量的金属及金属合金产品面世, 金属的应用范围将会进一步扩展, 其发展前景也是一片光明。
摘要：在人们的日常生活中, 常常会使用到金属材料, 金属材料也是人类进步的标志。主要阐述目前金属材料在各行各业中的应用情况, 说明其对于我国发展的作用, 并且对于金属材料今后发展方向进行预测。
关键词：金属材料,运用,发展趋势
参考文献
[1]张岩.金属基复合材料性能及优化研究[J].商品与质量, 2011 (S2) .
[2]郑玉峰, 刘彬, 顾雪楠.可生物降解性医用金属材料的研究进展[J].材料导报, 2009 (1) .
浅谈新型金属材料成型加工技术 篇8
关键词：新型金属材料,成型加工,加工技术,技术创新
当前, 新型的金属复合材料已经得到了广泛的应用, 复合型材料虽然成本与技术要求都较高, 但其所具有的材料特性相较于普通的金属材料具有更高的性能优势, 成为工程建设的重要材料。除此之外, 更多的零部件制作采用新型金属材料, 也催生了很多先进的成型加工技术。那么在新时代背景下, 究竟如何才能进一步存进新型金属材料成型加工技术的发展与完善, 是当前的材料工程师应该重点关注的问题。
1 关于新型金属材料的综述
1.1 新型金属材料的固有特性
新型金属材料的种类繁多, 都涵盖在合金的范畴之内, 金属材料的固有特性包括以下几点:新型金属材料具有更好的延展性;新型金属的化学性较为活泼;新型金属具有特有的光泽与色彩等。当前应用广泛的新型金属材料包括形状记忆合金、高温合金、贮氢合金以及非晶态合金等。
1.2 新型金属材料的加工特性
1.2.1 焊接性
焊接性是金属成型加工的基础特性之一, 所指是金属材料通过焊接来完成二次成型并满足设计要求。新型金属材料的焊接性良好, 在焊接时可以保证没有气孔、没有裂缝等。新型金属材料具有好的焊接性通常收缩小、导热性能好。
1.2.2 锻压性
锻压性对于金属的成型加工的关键因素, 金属具有的锻压性能够使金属在锻压的过程中承受塑性变形, 并有效缓解冲压。除此之外, 金属的锻压性还会受到加工条件的影响。
1.2.3 铸造性
金属所具有的铸造性包括收缩性、流动性、偏析以及裂纹敏感性等具有相关性, 由于新型金属材料均为合金, 因此其中含有的高熔点元素会金属的流动性降低, 给材料成型加工增加了一定的难度。
2 新型金属材料成型加工的原则分析
应用于工程施工以及企业产品中的新型金属材料通常具备耐磨性良好、硬度高的特性, 具备这些特性的新型金属材料能够满足工程及产品的成型与质量要求, 却也为成型加工带来了一定的难度。通常情况下, 为了保障金属材料成型加工的质量, 针对不同的金属会采用不同的加工技术。例如有些特殊的金属复合金属材料只有通过金属基复合材料的纤维性增强, 才能实现成型加工。而其他特殊的新型金属材料在进行成型加工时需要更加复杂的技术, 因此, 在进行二次加工时要做到因材料的不同而采取有针对性的技术, 做到具体问题具体分析, 从而切实推进新型金属材料成型加工的实践进程。
当前, 新型金属材料的成型加工通常会涉及到焊接、挤压、铸造、超塑成型以及切削加工等加工技术, 笔者通在实际的工作中发现, 加工过程中的任何一个小的失误或者纰漏, 都会对材料的成型造成一定的影响, 因此, 在加工之前, 一定要对金属材料的物理及化学属性进行深入的、透彻的了解, 从而能够基于其可塑性实现成型加工, 这也是当前选择复合材料的重要原则与指标之一。
3 新型金属材料成型加工的技术
3.1 粉末冶金成型加工技术
粉末冶金法是应用于新型金属材料成型加工中的最早的技术之一, 主要用于制造复合材料零件、颗粒制造以及金属基复合材料中的晶须增强等, 且以上成型加工可以通过这一方法直接完成。粉末冶金加工技术的适用范围主要是针对尺寸较小、形状不复杂以及较为精密的零件, 因为粉末冶金技术的优势在于成型制作过程中能够根据实际中的需求来进行增强相含量的调节, 即颗粒含量在半数以上;制作中的增强相较为精密, 且组织更加细密, 除此之外, 粉末冶金法还具有界面反应少的优势, 有效提升了工作效率。例如, 美国的DWA公司在设备支撑架以及自行车架等的制作方面就充分应用了这一方法。
3.2 铸造成型技术法
铸造成型技术法已经经过了实践的检验, 成为当前最为成熟的铸造技术。铸造成型法能够满足笔者在上文中所提及的加工原则, 还被广泛应用于复合材料零件的生产与制作之中。当前, 随着实际加工情况复杂性的增加, 使得铸造成型法滞后性明显, 具体的参数设置以及工艺方法选择等都必须进行改进, 在成型加工的过程中, 流动性的增加以及熔体的粘度等都会受到材料中颗粒增加的影响, 除此之外, 高温也会使材料的化学属性发生变化。针对以上出现的问题, 具体有效的解决方法在于针对不同的材料成型加工采取熔模铸造、压铸、金属型铸造以及砂型铸造等方法。
3.3 机械加工铸造法
机械加工铸造法通常利用铣、车、以及钻等方法进行金属基复合材料的加工, 与其他金属的加工相同的是在精加工铝基复合材料中采用金刚石道具来进行成型加工。具体的方法有以下几种:首先是铣削的方法, 具体的材料包括l5%~20%的粘结剂、聚金刚石刀具以及端面铣刀, 在进行铣削时需要先利用切削液来实现冷却, 并增加铣削颗粒;其次是车削的方法, 利用乳化液进行冷却, 刀具为硬质合金刀具;最后则是钻削的方法, 利用外切削液进行冷却, 通常采用PCD镶片麻花钻头。
3.4 电切割技术法
电切割法是指在成型加工过程中根据零件形状的负极来决定采取怎样的几何切割形状, 在材料切割时利用正极溶解的基本方式来实现材料的切割。对于零件成型加工中存在的残屑以及未溶解的纤维等, 可以利用零件与负极之间的间隙来实现清洗。与传统的放电加工法相比, 显著优势在于在介电流液中浸入移动的电极线, 从而能够通过液体压力冲刷以及局部高温实现对零件的成型加工。利用电切割法进行成型加工时, 非导体复合材料通常会由于放电效果差而产生一定的影响。如在铝基复合材料加工时, 由于切割速度慢以及切口粗糙等问题, 就不能沿用传统的切割参数。
3.5 焊接技术法
焊接技术法作为成型加工的重要方法之一, 通常被应用于金属及复合材料成型构建中, 例如航天飞机、汽车传动轴以及自行车等。焊接熔池的流动性以及粘度等易发生变化, 并受到增加物的影响。成型加工中, 金属的化学反应通常发生在基体金属与增强物之间, 对焊接速度造成了一定的限制, 面对这一问题, 通常的解决办法有以下几种:首先是基于惯性摩擦, 将其中一个部件进行轴对称旋转;其次是熔化焊的基本处理方法;除此之外, 还可以利用扩散焊的方法进行焊接。
3.6 模锻塑性成型法
模锻塑性成型法在镁基复合材料与铝基础复合材料中有广泛的应用, 成型法涉及到超速成型、模锻以及挤压等方法。利用此方法生产出来的零器件性能好、组织更加细密。但是在应用的过程中需要注意以下几方面:第一方面是通过挤压温度的适度提高, 可以对应提高金属材料的塑性;第二方面是在模具表面进行涂层或者使用润滑剂等实现摩擦条件的改善, 降低材料成型的难度;第三方面则是挤压速度受到增加物的影响, 为了防止零件产生横向裂纹, 一定要控制好挤压速度。
4结语
新型金属材料作为一种现代化的先进材料, 拥有更为广泛的实际应用价值, 而其所具有的高模量、高韧性以及高强度的特性使其更具生命力。成型加工作为二次加工, 涵盖了金属学、物理学、传热学等多个学科, 这就使得在在成型加工时需要进行更加深入的、广泛的探究。笔者相信, 在现代科学技术迅速发展的今天, 通过对新型金属材料成型加工技术的探究, 能够为金属材料的广泛应用提供可能, 同时为金
属产业结构的调整与优化奠定基础。
参考文献
[1]候立强, 郭秋颖.新型金属材料成型加工技术分析[J].科技研究, 2014 (5) :124.
一种新型的非金属光纤带光缆 篇9
2008年5月, 随着中国电信业重组的完成, 推动了3G、FTTx、IPTV的发展。新移动、新电信、新联通——三大电信运营商为了在未来的通信市场上抢占先机, 必将掀起对各自网络系统建设的高潮。这对我国各光缆制造厂商来说无疑是个好消息。尤其是在接入网的建设中, 光纤带光缆由于光纤集成度高, 接续时间短且易于识别, 其用量将大幅度增长。本文将介绍一种新型非金属光纤带光缆, 从结构设计、生产中应注意的要点及产品特点等方面对该光缆进行详细阐述, 并结合相关测试数据对其性能进行验证。
1 结构设计
传统光纤带光缆有中心束管式、松套层绞式和骨架式三种结构。我公司开发出了一种新型的GYFDXTY-72B1中心束管式光纤带光缆 (已申请国家专利) , 其结构如图1所示。
1.1松套管内径
在光纤带光缆的设计中首先要确定松套管的内径, 如图2所示。松套管的内径由光纤带叠层的尺寸、间隙, 光纤带的余长及其曲率半径决定, 通常可以由下式求得:
式 (1) 是计算松套管内径的经典公式, 式 (2) 是计算松套管内径的理论公式。式中D为松套管内径, w为光纤带宽度, n为光纤带数目, t为光纤带厚度, k为中心束管式光纤带光缆束管经验值 (12芯光纤带光缆的取值范围为0.6～0.8) , Re为光纤带与松套管内壁的间隙 (一般为1.0～4.0 mm) 。
在GYFDXTY-72B1光缆中, 我们采用了12芯的光纤带, 其w=3.2 mm, n=6, t=0.31 mm, 取Re=2 mm, 将这些数据代入式 (2) , 可得
1.2FRP带尺寸
在GYFDXTY-72B1光缆中, 我们采用了一种新型的非金属加强材料——FRP带。该FRP带与传统的非金属加强件不同, 呈带状, 可以纵包在缆芯或束管外, 具有一定的硬度和韧性, 良好的抗张、抗侧压和抗冲击性能, 同时FRP带外表面还有一层通过黏合剂结合在FRP带基材上的吸水树脂粉。吸水树脂粉可以起到防潮阻水的作用。
以保证光缆的机械性能和尽量节约光缆原材料为原则计算FRP带的尺寸。FRP带必须要满足中心管式光纤带光缆的拉伸要求, 光纤应变ε的计算公式为:
式中F为光缆所承受的拉力, Ei为光缆各结构元件的弹性模量, Si为光缆各结构元件的截面积, ε′为束管中的光纤余长。
该FRP带的性能指标为:标称宽度±0.02 mm, 标称厚度±0.10 mm, 抗拉强度≥1.1 GPa, 弹性模量≥50 GPa, 断裂伸长率≤4.0%, 线膨胀系数≤6.7×10-6 ℃-1, 氧指数≥40。GYFDXTY-72B1光缆所设计的线质量约为100 kg/km。其拉伸要求为:在长期拉力下, 光纤应变为0;在短期拉力 (1 500 N) 下, 光纤应变为0.25%;在去除拉力后, 光缆应无明显的应变和残余的附加衰减, 护套应无目力可见的开裂。根据F=1 500 N, 光纤应变ε≤0.25%, 再考虑一定的安全系数, 我们确定FRP带的宽度为21.04 mm, 厚度为0.5 mm。
2 生产工艺
在GYFDXTY-72B1光缆的生产中应注意如下事项:
(1) 由于在室外低温环境中, 光缆的收缩会引起光纤余长的增加, 将使光纤的弯曲半径减小, 致使光纤带容易与松套管内壁接触, 使衰减增大, 因此松套管中的光纤带余长不能太大, 一般应控制在0.1%, 不宜大于0.15%。此外, 松套管的放线张力不能太大, 否则会抵消部分束管余长, 影响光缆的拉伸性能。
(2) 光纤带依次叠放在一起后, 需要按一定的节距进行螺旋扭绞, 以改善光缆的弯曲性能。光纤带的扭绞节距不能太小, 否则光纤带的弯曲半径也会较小, 边纤受扭绞应力较大, 产生弯曲应变, 使光纤衰减变大;但扭绞节距也不能大于绕在收线圆筒上一圈的光缆长度, 否则会使光缆的弯曲性能变差, 甚至会出现散带的现象。厂家可以根据实际情况调整扭绞节距, 一般控制在500～900 mm为宜。
(3) FRP带应采取主动放线, 若被动放线, 则松套管与FRP带间的摩擦力较大;且FRP带的放线张力应大于松套管的放线张力, 这是因为在经过热水槽和冷水槽后, FRP带会有一个预张紧, 当光缆受到外力拉伸时, FRP带会先受力, 起到保护光纤带的作用。由于FRP带受力后有一定的反弹, 会导致其纵包质量下降, 降低其防潮阻水的作用。为提高FRP带的纵包质量, 我们采取了以下两点措施:a.缩短定径模与机头之间的距离;b.从机头尾部引出一根大小合适的钢管, 使松套管和FRP带由此穿入机头。这样能在保持FRP带成型的同时, 对其有一个预加热, 使其能更好地成型, 纵包得更圆整, 避免光缆渗水。
3 性能测试
与相同芯数的传统光纤带光缆相比, GYFDXTY-72B1光缆结构尺寸较小, 截面积缩小了34%;质量减轻了54%;成本降低了30%;弯曲性能好;集成度高, 光纤密度大, 便于施工;是全介质光缆, 可以在强电磁场的环境下使用;适宜于架空和管道敷设, 减小光缆护套厚度后, 也可以作气吹微型光缆使用。
3.1传输性能
GYFDXTY-72B1光缆的传输性能参见表1。从表中可见, 本光缆的传输性能完全达到了设计要求。
3.2机械性能
GYFDXTY-72B1光缆的拉伸曲线如图3所示。从图中我们可以看出, 在短期拉力600 N时, 光纤的应变为0;在短期拉力1 500 N时, 光纤应变为0.116%, 小于所要求的0.25%。这表明本光缆在正常工作状态下, 光纤能得到很好的保护。GYFDXTY-72B1光缆在短期压扁力1 000 N下的压扁曲线如图4所示。从图中我们可以看出, 在短期压扁力下, 光纤的附加衰减值几乎为0。这说明本光缆具有很好的抗侧压能力。
3.3环境性能
我们对GYFDXTY-72B1光缆进行了温度循环试验, 所有被测光纤在-40～+60 ℃范围内相对于常温下的衰减变化≤0.021 dB。这说明本光缆的温度性能良好。我们还进行了渗水试验。取GYFDXTY-72B1光缆3 m长试样一根, 然后把1 m水头加在光缆端头的全部截面上, 经过24 h后, 光缆另一端无水流出。
4 结束语
随着国家大力推广3G和FTTH, 城域网及接入网必将得到高速的发展。可以预见, 我公司开发的这种新型光纤带光缆由于其相对于传统光纤带光缆的优势, 在竞争日益加剧的光缆市场中必将得到客户的认可。
参考文献
[1]徐乃英.接入网用新型大芯数光缆的发展综述[J].现代有线传输.2000 (2) :1-13.
[2]陈炳炎.光纤光缆的设计和制造[M].杭州:浙江大学出版社, 2003:103-114.
新型碱金属激光器的开发与应用 篇10
我们知道, 原子分子中碱金属原子的光学截面非常大, 因此它们的活性也非常大, 碱金属原子能够提供将非相干的多模泵浦光束转变成相干单模光束的高效出光机制。作为增益介质之一的某种碱金属蒸气具有良好的光学性能和约几MHz的非常窄的吸收线宽等优点。它的激光工作能级结构为准三能级的结构, 实验中设计的泵浦源是目前市场上常见的商用多模二极管激光器, 为了使三能级激光得到有效运转, 那就必须同时满足以下两个条件: (1) 由于碱金属D1和D2线原子跃迁线宽非常窄, 因此必须要充分展宽这些谱线, 这些可以通过碰撞来实现, 目前实验的方式主要是加一些缓冲气体, 增加碰撞效率, 这样可以保证跃迁谱线均匀展宽。实验室中主要是通过添加几个大气压的稀有气体, 如He气来得到。 (2) 商用的多模二极管激光器谱线较宽, 虽然实验中碱金属的D2谱线的全高半宽宽度已经通过碰撞被展宽了, 但展宽的幅度相对于二极管泵浦源的线宽来说仍然要窄很多。碱金属激光器中激光高效运转的条件就必须要使泵浦光被碱金属D2线有效吸收, 即要求泵浦的有效线宽与碱金属吸收线的有效线宽相匹配。目前实验室中主要采用的是端面泵浦的几何结构, 目的是使D1线跃迁谱线有效被通过碰撞均匀展宽, 使泵浦的吸收效率大幅增加。
二极管激光泵碱金属蒸气激光器 (DPALs) 作为一种新型的激光器件, 对于发展高功率激光器有非常多的优势。DPALs除了保持了商用固体气体激光器的优点外, 它还拥有着自身显著的特点:
(1) 极高的量子效率。由于二极管激光泵碱金属蒸气激光器中介质碱金属原子D2线跃迁谱线和其发射的跃迁谱线D1线间的能量差较小, 所以在谐振腔激光产生过程中的热量转化也较少, 相比于固体气体激光器拥有更高的量子效率。
(2) 较高的增益性能。碱金属原子拥有极高的量子效率, 二极管激光泵碱金属蒸气激光器 (DPALs) 就极易获得高增益。实验室中设计的非稳腔激光结构, 已经实现在高功率激光系统中, 输出有大数值孔径并且接近衍射极限的激光。
(3) 混合介质气体的折射率变化幅度很小。固体激光器光束的质量衰变主要由于固体介质在高温下折射率变化等因素。高密度固体介质或具有晶格结构的材料在输出高功率的激光时, 就一定伴随存在着热损伤, 它们对温度变化反应强烈。而二极管激光泵碱金属蒸气激光器 (DPALs) 则不存在这些缺陷。
(4) 热稳定性良好。气体介质很容易通过气体循环流动而达到冷却的, 这样就非常容易的解决了高功率激光器长时间工作普遍出现的热效应问题。
二极管泵浦碱金属激光器的这些特性, 使得它在研究基础物理、航天科技、激光加工工业和医疗卫生等方面都能得到很快的应用:a.在基础物理研究方面。二极管激光泵浦碱金属蒸气激光器DPALs的发展为基础物理中量子光学和激光光谱学及应用等学科领域的研究能提供全新的实验手段, 例如碱金属蒸气激光器件的可调谐窄线宽的特性使得实验中谱线能够在不同超精细共振态间得到有效调制, 这在目前是做不到的;b.二极管激光泵碱金属蒸气激光器 (DPALs) 可应用于超远距离的定向能量传输领域。二极管激光泵碱金属蒸气激光器 (DPALs) 发出的激光恰好能够与某些半导体光伏材料的特征响应谱线得到很好地匹配, 而且它所具有的连续激光谱线相比于脉冲激光的激光谱线照射时, 具有更高效的转换效率, 并且使用寿命长, 因此二极管激光泵碱金属蒸气激光器 (DPALs) 能够向外太空基地和空间卫星发射连续的激光, 通过一系列器件的光电转换产生电能。例如:铯二极管激光泵碱金属蒸气激光器 (DPALs) 的895nm谱线照射硅太阳能电池, 光伏转换效率可达40%, 铷的795nm和钾的770nm激光波长谱线照射Ga As太阳能电池, 光伏转换效率可达60%;c.在激光工业加工的方面。由于二极管激光泵浦碱金属蒸气激光器具有很好的光束质量, 它更容易被所加工的工业材料吸收, 能够很大地提高加工效率;d.可用于军事科学研究。二极管激光泵浦碱金属蒸气激光器 (DPAL) 相比于化学激光器, DPALs它不需要各种危险的化学物质, 没有危害的化学物质排放, 更环保。二极管激光泵浦碱金属蒸气激光器 (DPAL) 相比于固体激光器件, DPALs产生的废热非常少, 并且它的工作介质气体本身更容易流动, 散热性能优良。所以二二极管激光泵碱金属蒸气激光器 (DPALs) 将会在军事领域得到很好地发展。
综上所述, 二极管激光泵浦碱金属蒸气激光器 (DPALs) 是兼顾了固体激光器和气体激光器优点的新型激光器, 它具有量子效率高、光束质量好和线宽窄等特点。在军事、定向能量传输、环境监测、材料处理和医疗等领域有广泛的应用前景, 具有较大的研究意义和学术价值。
参考文献
[1]杨子宁, 王红岩, 陆启生, 郭少锋, 许晓军.半导体抽运碱金属蒸气激光器研究进展[J].激光与光电学进展, 2010, 051405:1-9.
[2]谢希盈, 雷訇, 张翔, 孙哲, 李强.碱金属激光器问题分析与研究展望[J].应用光学, 2011, 32 (3) :582-590.
[3]徐克尊.高等原子分子物理学[M].第二版.北京:科学出版社, 2008.
新型金属论文 篇11
一、大摆动角的机构的设计
大摆动角机构由曲柄摇杆机构和增速行星轮系机构串联而成, 分别介绍2个机构的设计。
1.曲柄摇杆机构的设计
图1为曲柄摇杆机构, 绕A轴匀速转动的曲柄AB驱动连杆BC作平面运动, 使摇杆CD绕D轴作摆动角为φ的摆动。
假设AB=l1、BC=l2、CD=l3、AD=l4, 且l2=min{l2, l3, l4}, 由曲柄摇杆机构存在条件[1]得:
当曲柄与连杆重合时, 摇杆摆到左极限位置[2], 此时摇杆位置角φ1见式 (3) 。
当曲柄与连杆共线时, 摇杆摆到右极限位置, 此时摇杆位置角φ2见式 (4) 。
于是, 曲柄回转一周, 摇杆的摆动角见式 (5) 。
由文献[1]可知, 要保证机构传动良好, 连杆与摇杆所形成的传动角通常应>40°, 当曲柄与机架杆共线或重合时, 如图2所示, 机构出现最小传动角, 于是得到曲柄摇杆机构设计时的尺寸约束条件, 见式 (6) , 式 (7) 。
2.增速行星轮系机构的设计
行星轮系机构也是一种常见传动机构, 广泛应用于运输机械、起重机械、轻工机械和机床等的减速装置中。行星轮系机构具有体积小、工作平稳、承载能力大、传动比大等特点。本设计中采用了如图3所示的增速行星轮系机构, 将绕轴D摆动的转臂CD作为主动件, 并在其轴E上活装行星齿轮, 行星齿轮与内齿轮和太阳轮同时啮合, 内齿轮固定不动, 将与太阳轮固定的轴F作为输出轴。假设中心齿轮齿数为Z1, 行星齿轮齿数为Z2, 内齿轮齿数为Z3, 则该机构的传动比为:
从机械效率、结构复杂程度和外形轮廓尺寸等方面综合考虑, 传动比的取值范围见式 (9) 。式 (9) 说明, 转臂转1圈, 太阳轮可以转3~9圈, 即增速行星轮系机构能够将转臂的转角放大3~9倍。也就是说, 只须转臂的转角在30°~120°, 太阳轮轴的摆动角即可达到360°。
由图3还看出, 作为输出轴的轴F与主动件转臂CD的转向是一致的。另外, 行星齿轮与内齿轮和太阳轮同时啮合, 且内齿轮与太阳轮回转轴线重合, 于是有式 (10) 。
在本设计中, 增速行星轮系机构作为传递运动机构使用, 各构件承受的载荷较小, 故行星轮系中的行星齿轮只设置一个即可[3]。
二、金属薄板弯曲试验机的设计
对于金属复合板, 目前国内还没有标准设备对其的层间结合力及其力性能做出准确评估。为此, 一般采用反复弯曲试验来对其层间结合力进行评估, 以其能够承受的反复变异次数作为衡量其性能的一个标准。反复弯曲试验的国家标准规定:将试样一端夹紧, 然后绕规定半径的圆柱形表面使试样弯曲90°, 之后向相反方向弯曲, 如此反复进行。
1.金属薄板弯曲试验机工作原理
某金属薄板弯曲性能测试仪器的工作原理是:对试样实施反复90°弯曲变形, 测得的弯曲次数作为评价试样弯曲性能好坏的指标, 该仪器的工作机构是由曲柄摇杆机构串联增速行星轮系组成的机械机构, 即将曲柄摇杆机构的摇杆作为增速行星轮系机构的转臂。设计时, 取摇杆摆动角φ=60°, 增速行星轮系的传动比i=1/3, 即可实现该仪器输出摆动角180°, 使试样弯曲180°。
2.各构件基本参数的确定
(1) 行星轮系机构的齿轮齿数设计。将i=1/3代入式 (8) 并与式 (10) 联立, 并取Z2=17, 求得Z1=34, Z3=68。机构主要传递运动, 载荷较小, 取齿轮模数m=2 mm, 则转臂最小长度h= (Z1+Z2) m/2=51 mm, 内齿轮分度圆半径r3=Z3m/2=68 mm。
(2) 曲柄摇杆机构的杆长设计。取曲柄l1=30 mm, 连杆l2=150 mm, φ1=60°, 由式 (5) 得, φ2=φ+φ1=120°, 将数据代入式 (3) 和 (4) 式得。
解此方程组得l3=138.5 mm, l4=65 mm。
(3) 曲柄摇杆机构运动特性的校核。将设计结果代入式 (6) 式 (7) 和式 (5) , 计算得。
可见, 所设计的曲柄摇杆机构可以满足传动条件和动作要求。又有l4=65 mm≥51 mm=h。说明曲柄摇杆机构的摇杆作为增速行星轮系机构的转臂, 在结构上是可行的。
3.主要结构设计
根据设计要求所设计的反复弯曲试验机工作部分结构如图4所示。
三、小结
用于金属薄板反复弯曲试验的弯曲试验机, 设计中采用了由曲柄摇杆机构与增速行星轮系机构串联在一起构成的输出大摆动角机构, 可以在360°内输出任意大小的摆动角。实际应用结果表明, 大摆动角机构的结构紧凑, 设计计算简单、运行可靠。机构也可应用于其他有类似要求的工作场合。
参考文献
[1] 孙桓, 陈作模, 葛文杰.机械原理[M].北京:高等教育出版社, 2007
[2] 刘力红.一种基于最佳传动角的曲柄摇杆机构设计方法[J].长春理工大学学报, 2009, 32 (4) :603-606
[3] 王许太.行星轮系设计条件研究[J].机械设计, 2003, 20 (2) :48-50
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