材料工艺应用（精选12篇）
材料工艺应用 篇1
0 引言
电接触元件是高低压开关电器核心部件,担负着电器接通、分断、导流、隔离等工作,其性能直接影响电器、电子等传导系统工作的整体可靠性、稳定性、精确性和使用寿命,保证电接触元件性能优良的关键是新材料的研发及其制备。目前,对电接触材料的研究与应用已成为电力、自动化、通讯、精密电子仪器等领域的重要课题[1]。
在电接触材料中,研究与应用最广的为银基电接触材料。由于银基电接触材料具有良好的耐电磨损、抗熔焊性、导电性、接触电阻小且稳定,广泛用于各种轻重负荷的高低压电器、家用电器、汽车电器、航空航天电器,特别是断路器和接触器这些量大面广的电器几乎全部采用银基电接触材料。
1 银基电接触材料的性能要求
电接触材料对不同类型的接触方式要求不同,如对滑动接触,主要要求材料的抗摩擦和磨损能力;对分离接触,由于电弧对触头的严重烧蚀及分断接通操作过程中的机械磨损,要求非常苛刻。概括地讲, 理想的银基电接触材料需满足以下几方面要求。
(1)物理性能:
要求具备低的电阻率和蒸汽压,高的热导率、熔点、沸点、熔化热和升华热,并且热稳定性好,热容量大,电子逸出功高,以保证高起弧电压和低电流。
(2)化学性能:
要求对较宽范围的不同介质有良好的耐蚀性能,在大气中不易氧化、碳化、硫化及形成导电的化合物或盐渣膜层,形成氧化物或硫化物,不但要求挥发性高,而且要求机械强度低[2]。
(3) 电接触性能:
要求接触电阻低且稳定,良好的抗熔焊性以及耐电弧侵蚀特性。接触电阻受触头表面状况的影响显著,要求其表面平整;为了保证触头材料有良好的抗熔焊性,一方面要提高触头材料的热物理性质,另一方面也要在材料中加入与基体材料化学亲和力小的组分;良好的耐电弧侵蚀特性要求较高的最小起弧电压、最小起弧电流及表面良好电弧运动特性[3]。
(4)除上述要求外,电接触材料应尽可能地易于加工,具有较高的性价比。
出于绿色环保考虑,要求不能污染环境,如今环境问题越来越受到人们的重视。由此看来,对电接触材料的要求面广且苛刻,而且许多要求交织联系甚至互相矛盾,所以完全满足上述所有性质要求的电接触材料是不存在的。电接触材料的研制、生产和选用只能根据具体使用条件来满足那些最关键的要求[4]。
2 银基电接触材料的分类
目前,已研究出的电接触材料有数百种,但形成产业化和实际应用的只不过几十种,基本上可归纳为4个系列,即Ag/C系列、Ag/WC系列、Ag/Ni系列和Ag/MeO系列,其电性能和用途见表1。
2.1 Ag/C(3%～5%C)系列电接触材
Ag/C系电接触材料具有优良的导电导热性,电弧移动性好,接触电阻低而且稳定,抗熔焊性随石墨含量的增加而提高。尤其是采用非对称配对可以改善材料的迁移,使其整体抗熔焊性大大提高,保证电器操作可靠,信号传递无误。Ag/C系材料的接触特性与石墨颗粒在银基体中的分布状态有很大关系。过去的制造方法是混粉法,其耐电磨损性不佳。20世纪70年代起采用了烧结挤压法,可使石墨呈纤维状分布于银基体中,耐磨损性显著成倍提高。因此烧结挤压法已成为目前生产高性能Ag/C触头材料最重要的方法[5]。
虽然Ag/C电接触材料几乎是完全不熔焊的,但电弧在其表面的移动特性很差, 所以它必须与其它触头材料配对使用,即前面提到的非对称性配对。此类电接触材料常见的配对是与Ag/Ni电接触材料配对用于断路器中,以弥补Ag/Ni电接触材料抗熔焊性的不足。Ag/C 电接触材料也可与铜配对,用于微型断路器和漏电开关,这种配对方式由于电弧容易集中在铜表面,因而能避免Ag/C受到电弧侵蚀的影响。另外,石墨是还原剂, 与铜配对时不会因电弧高温作用产生氧化,因而不会增加接触电阻。这样的配对方式可以节省1/2的银基触头材料。
用金刚石、碳纤维甚至碳纳米管作为一种添加相完全或部分替代石墨加入银基触头, 可以提高银基触头的硬度和热导率, 并可改善其耐电弧侵蚀性。碳元素存在石墨和金刚石两种同素异构体,以金刚石形式加入会对触头的性能产生积极影响。目前,一个重要的研究方向是如何获得金刚石颗粒在银基合金中呈均匀分布的电接触材料[6,7]。
2.2 Ag/WC(30%～70%WC、W)系列电接触材料
Ag/WC系电接触材料自1935年问世以来一直广泛用于频繁操作的强电(1kA) 电器上,具有良好的热、电传导性,耐电弧腐蚀性和金属迁移的熔焊趋势小等优点,主要缺点是在工作电流下和空气中频繁通断时会在触点表面生成混合氧化物(钨酸银Ag2WO4),形成导电不良的表面膜,使接触电阻升高。因此,近年来国内外对Ag/WC的研究较多地放在改善其接触电阻方面。主要从以下两个方面着手:(1)在材料成分上革新,向Ag/WC电接触材料中添加金属铜、锌、镁、氧化铝及铁族元素,其中以添加钴对改善Ag/WC接触电阻的效果较显著,比原来的Ag/W合金低1/3～1/2,但是磨损率增大,耐电弧腐蚀性能有所降低。向Ag/WC中加入钛,在某种程度上没有上述缺陷,密度和价格均较低,耐电蚀性与标准的Ag/WC触头相当,但这种材料的产业化情况尚不清楚。(2)在制造工艺方法上。李玉桐等[8]提出了用化学包覆法制备Ag/W(12)C(3)并对其各项性能作了较全面的测试。结果证明,用化学包覆法制备的Ag/W(20)C(3)的各项性能指标均优于用机械混粉法制备的Ag/W(12)C(3),在我国某新型飞机的断路器中顺利通过了地面各项性能及5年飞行后的性能考核并已经生产使用。Shengke Zeng[9]指出采用MA技术球磨后的Ag/WC触头材料比没有高能球磨的Ag/WC触头材料的导电性好,但灭弧性能有所下降。对比电性能的试验表明,随着球磨时间的延长,触头材料的抗电弧烧蚀性能明显提高。银钨组分、钨粉粒度、制备方法等对Ag/WC电接触材料性能都有影响。在高银含量的Ag/W合金中,钨含量越高,接触电阻越大,钨颗粒越粗,硬度越低,耐电弧腐蚀性越差[10]。
2.3 Ag/Ni(10%～40%Ni)系列电接触材料
早在1939年大负荷继电器就已使用Ag/Ni材料,且这种合金电接触材料至今仍被沿用。相对于其它电接触材料,Ag/Ni材料突出的特点是其加工工艺,即无需附加焊接用银层(即覆层),节Ag达40%是其最大优点[11]。但是,这种触头在大电流下抗熔焊性能差,通常要与Ag/C触头配对使用。为了进一步提高Ag/Ni电接触材料的性能,向Ag/Ni添加0.2%稀土能细化晶粒,并以固溶或球状第二相形式存在,可以强化合金,有效延缓材料的回复与再结晶,使其力学及摩损性能特别是弯曲次数得到明显提高[12];向高镍含量的银镍合金中添加1种或多种难熔金属(钨、钼、铬) 或难熔金属的碳化物, 可提高该合金的抗熔焊性能。向银镍合金中加入少量的石墨(0.15%～1%)或金属氧化物(如CuO、ZnO、SnO2)还可适当降低银含量,触头性能相当或优于银氧化镉材料, 抗熔焊性亦可得到提高。向银镍合金中添加高熔点、耐腐蚀的金属钛能提高银镍合金的硬度和耐电弧腐蚀性能[12]。现在对Ag/Ni系列触头报道大量集中在添加剂引起性能的改变上,对其新工艺的报道比较少。
2.4 Ag/MeO系列电接触材料
Ag/MeO是电接触材料中人们研究与应用得最多的材料。Ag/MeO触头合金中,氧化物的作用主要是阻止触头熔焊和腐蚀。当电触头上发生熔焊时,氧化物将聚集在固液界面,从而使形成的焊接点变脆,减少熔焊的危险。氧化物可以从两个方面阻止触头腐蚀:(1)当两个触头之间产生电弧时,氧化物发生吸热性分解,以冷却周围基体,同时熄弧;(2)具有氧化物的熔融体粘度增大,可以将熔融银保持在触头表面,并可阻止银被电弧吹掉。
Ag/MeO触头是一种性能优良的电接触材料,特别是接通电流高达5000A时,有比Ag/C、Ag/Ni、Ag/W更好的抗熔焊性、抗电弧侵蚀性、导热率及导电率。目前研究和使用较多的Ag/MeO触头材料有Ag/CdO、Ag/SnO2、Ag/ZnO、Ag/REO等。
(1) Ag/CdO(10%～15%CdO)系列电接触材料
最早出现的Ag/CdO电接触材料是由F.R.Hensel等制造的。Ag/CdO系列电触接触材料具有良好的耐电弧磨损性、抗熔焊性、导电性、导热性以及接触电阻小而稳定等众多优点, 被称为“万能触头”, 是目前高低压开关电器应用的主要电接触材料。但是这种性能优良的电接触材料在生产、使用和回收等过程中都面临着“镉毒”的危害问题[13]。随着人们环保意识的增强,这个问题越来越受到重视。欧盟发布了《关于在电子电气设备中禁止使用某些有害物质指令》,世界卫生组织也对空气中的含镉量有着严格的要求,如禁止含镉材料与人体和食物接触,生产含镉材料有着严格的防护措施和废水、废气排放标准,许多工业发达国家如欧盟、日本、美国等已经立法严格禁止生产、进口和使用银氧化镉产品,因此, 尽快开发新型的环保电接触材料以替代现有的AgCdO已到了刻不容缓的地步[14]。
(2) Ag/SnO2(10%～12%SnO2)系列电触头材料
Ag/SnO2电接触材料引起世界范围的关注始于20世纪70年代中期。自日本学者在第七届国际电接触会议上公开了用合金内氧化法制备AgSnO2 触头材料后,对AgSnO2材料的研究工作显著增多,在成分、工艺、材料物理性能、电气使用性能以及物理机理等各个方面都得到了较深入的研究。
Ag/SnO2电接触材料是将具有抗电弧烧蚀和耐腐蚀性能的SnO2颗粒均匀地分布在Ag基体中所形成的一种电接触合金材料。Ag/SnO2电接触材料是目前最理想的Ag/CdO替代材料。但Ag/SnO2电接触材料的性能也存在不足:①接触电阻增大,温升较高, 严重影响了电气使用性能;②加工异常困难, 产品成品率低, 成本增加;③AgSnO2于AC1和AC4(IEC60947-4-1-1990、GB1404814-1993 接触器标准规定,交流接触器划分为AC1、AC2、 AC3、AC4 4种使用类别,即指其所带负载性质及工作条件,AC4类用于笼型异步电动机的起动及短时反复接通和断开的电容器及照明电路)条件下虽然有很高的电寿命,但在AC3(用于笼型异步电动机的起动,但在运转时断开)条件下其电寿命比AgCdO短,且电弧烧蚀率大。为了解决以上问题,国内外学者主要从以下3个方面进行研究,并取得了一些的成果。
(1)通过添加剂来改变Ag/SnO2材料电气使用性能,即在银氧化锡电接触中添加1种或多种金属氧化物添加剂(如In2O3、Bi2O3、CuO、WO3、Fe2O3、RuO2、La2O3等)来改变其性能。添加剂的主要作用是使SnO2颗粒悬浮在渣层中,进而改善接触电阻和温升问题。曹曙光等[15]的研究表明,稀土元素(La、Ce、Y)的掺杂能降低触头材料的内氧化温度,细化合金的显微组织及晶粒,提高合金的硬度等。王家真等[16]研究发现,通过添加CuO能改善Ag对Sn偏聚的润湿性。加入CuO后,液态Ag渗入氧化物颗粒间隙,同时发生氧化物向Ag区的扩散,形成牢固的润湿界面,减少形成氧化物聚合区的几率,可有效降低开关操作过程中的温升,从而减小Ag/SnO2电接触材料在电弧作用下接触电阻的提高。现在,对于添加剂的报道较多地集中在对Ag/SnO2电寿命影响的研究方面,较少有文献探讨Ag/SnO2材料的烧结性能及烧结体组织。
(2)发展新的制备工艺来改善Ag/SnO2的加工性能。研制新电接触材料的制备方法是目前电接触材料研究的热点问题。Ag/SnO2材料的物理性能和电性能在很大程度上取决于粉末制造工艺,即Ag粉末和SnO2粉末的最终制取粒度和SnO2在Ag基体上的分布状况。所以要提高Ag/SnO2接触材料的综合性能,实现大规模商业化生产,进而全面替代Ag/CdO,必然要求不断研制新的制造加工工艺。桂林电科院采用内氧化法批量生产银氧化锡氧化铟(AgSnO2/In2O3)电触头材料[17];西安交通大学利用高能球磨技术制备纳米Ag和SnO2粉末, 经热压烧结后得到的SnO2颗粒均匀分布于银基体上的组织结构[18];昆明理工大学与昆明贵金属研究所采用具有自主知识产权的反应合成技术成功制备了AgSnO2 材料[19] ,所制备的材料具有接触电阻小、硬度低、便于冷加工的特点, 为AgSnO2材料的规模化生产提供了有力的技术支持。
(3)积极发展纳米AgSnO2电接触材料。随着电接触器件小型化、高集成度和精确性要求的不断提高,促使材料尺寸越来越小,性能越来越高。纳米技术正好符合这一要求。应用纳米技术可以使电接触材料晶粒超细化,导致材料的蒸气压、电导率、热导率、强度及硬度等许多性质发生明显变化,并引起材料微观组织的进一步均匀化及电性能的改善。郑冀等[20,21]通过溶胶-凝胶法制备了SnO2粉末,并通过掺杂Ti化学包覆等工艺改善了SnO2的导电性能和Ag的浸润性,用这种改性后的SnO2粉末制成Ag/SnO2电接触材料,可降低其接触电阻,改善组织的均匀性,提高机械加工性能。Lee等[22]通过机械合金化(MA)工艺制备了AgSnO2纳米粉末,然后用热挤压技术制备了致密的纳米SnO2粒子弥散强化的纳米AgSnO2。这是一种性能良好的电接触材料。有研究表明[23],纳米电接触材料中纳米相在一定条件下可以使电弧由收缩型转变为扩散型,从而使电弧均匀地分布在触头表面。利用这一特性通过细化AgSnO2中的SnO2至纳米级尺寸,可以降低AgSnO2材料的电弧腐蚀率。
(3) Ag/ZnO(8%～10%ZnO)系列电触头材料
Ag/ZnO系触头材料是20 世纪60年代末70年代初发展的一种性能优良的电触头材料。ZnO的热稳定性比CdO高,熔点为1975℃,所以Ag/ZnO具有抗大电流冲击、分断性能好、燃弧时间短、耐电腐蚀、无毒等特点。AgZnO电触头材料的应用没有AgCdO和AgSnO2广泛,但在某些领域作为AgSnO2的补充,是一种不可或缺的替代AgCdO的环保型触头材料,是分断电流为3000～5000A低压电器的首选材料,特别适合制造尺寸规格较大的触点。目前,该材料在DW17型(ME)断路器上获得良好的应用[24]。
在强电流作用下,Ag/ZnO材料的电接触特性远低于Ag/SnO2电触头材料,如何改进这种缺陷是Ag/ZnO电触头材料研究的重要方向之一。
(4) Ag/REO 系列电触头材料
稀土氧化物是很好的弥散剂,并具有高熔点和高稳定性,多年来在无Cd 触头材料的研究开发中, Ag/REO 的研究也取得了很大进展。银基体中稀土氧化物的作用主要表现在:①细化晶粒;②提高再结晶温度,增强合金的热稳定性;③微合金化作用,在银金属基体中起弥散强化作用;④降低基体金属的层错能,增大位错密度。
在目前研究的Ag/REO 电触头材料中,研究较多的是Ag/La2O3[25]。Ag/La2O3中La2O3含量基本为8%～12%,制备方法主要是机械合金法和粉末冶金法。另外对其它Ag/REO电接触材料也取得一些成果,如昆明理工大学[26,27]采用原位合成技术成功地制备了Ag/Y2O3和Ag/CeO2电触头材料,改善了增强相与基体浸润不良的问题, 使材料致密度得到提高,综合性能优良。S.Iwano 等[28]研究了Ag-In-RE合金触头,发现在Ag-In-RE 体系中存在一种i相, i相能克服合金体积膨胀而造成触头开裂的缺点。稀土元素的原子半径能控制i相形成, 且对该触头的热稳定性也起到至关重要的作用。近年来,许多文献提出在贵金属材料中添加双稀土元素,如向Ag中加入La和Y、向Pt中加入Y和Lu或La和Y或La和Ce等,实验证实经适当选择的双稀土元素可以发挥“共乘作用”,明显改善基体金属的综合性能指标。
(5) 其他Ag/MeO电接触材料
除上述几种常见的AgMeO 电触头材料外, Ag/CuO、 Ag/NiO、梯度AgMeO、Ag/WO3、Ag/Fe2O3/ZrO2等也是Ag/MeO电接触材料中的研究热点(特别是梯度AgMeO[29]电接触材料),提出了新颖的电触头材料设计思想, 突破了传统电触头材料设计和材料性能参数上的“均衡性”, 从而为无毒、节银和高性能电触头材料的研究拓宽了发展方向, 由此引入的对非均匀条件下的电接触物理研究可能会形成一个新的学科热点。表2列举了常用银基电工触头材料的部分物理性能。
3 银基电接触材料的制备工艺
银基电接触材料的性能与制造工艺密切相关,所选择的制造方法既影响其物理性能,又影响其接触性能(如腐蚀速率、电弧运动和抗熔焊特性等)。对于不同电器使用的电接触材料,应根据不同工艺特点选择合适的制备方法。
目前,电触头的制备工艺可分为两类:一类是传统工艺,大致归纳为两种,即一般粉末冶金法(传统粉末冶金法、反应喷雾法、机械合金化法、反应合成法)和内氧化法(合金内氧化法、预氧化合金法)[30,31,32];另一类是有利于提高触头性能的新工艺,如喷射沉积法、溶胶-凝胶法、纤维强化法、等静压制法、等离子体喷涂法。传统工艺目前应用比较广泛,其相关报道也较多, 本文不再赘述,仅简要介绍制备触头的几种新工艺。
3.1 喷射沉积法
喷射沉积的过程也是一个快速凝固的过程,其工艺流程短,综合制造成本明显降低,具有明显的市场竞争优势。由于在喷射沉积过程中增大了液态合金和冷却介质的接触面积,从而可以在较大程度上加快冷却速度,有效抑制第二相的析出和长大,并且由于雾化沉积是在真空或惰性气氛中进行的,大大降低了材料中的气体含量。存在的主要问题是“过喷现象”、产品的尺寸均匀性难以控制和工艺参数复杂难以控制等。
目前,昆明贵金属研究所和中科院金属研究所共同合作将喷射成形技术引入电接触材料的生产领域,并建立了配套生产线,主要用于细晶银Ag/Ni、Ag/SnO2电接触材料的制备[33]。另外,秦国义等[34]采用超音速电弧喷射成型制备了Ag/Ni、Ag/Fe电接触材料,其性能达到国标水平。
3.2 溶胶-凝胶法
溶胶-凝胶法(Sol-gel)可用于制备纳米微粒、纳米薄膜、纳米复合材料等,其机理是以金属醇盐M(OR)为原料,对其进行水解、缩聚反应,使溶液经溶胶化得到凝胶,凝胶再经干燥、煅烧成粉体。此法生产的产品粒度小、纯度高、反应温度低,过程易控制,颗粒分布均匀、团聚少、介电性能较好。缺点是:目前所使用的原料价格比较昂贵,有些原料为有机物,对健康有害;整个溶胶-凝胶过程所需的时间通常较长,需要几天或几周;凝胶中存在大量微孔,在干燥过程中又会逸出许多气体及有机物。
研究人员利用将SnO2颗粒细化至纳米级尺寸或直接制备纳米级Ag/SnO2粉末的方法来改善Ag/SnO2电接触材料的综合性能。刘想梅等[35]利用溶胶-凝胶法研究了掺杂纳米氧化物的Ag/SnO2电接触材料,制备了性能符合国标且优于美国和日本同类产品、具有良好应用前景的Ag/SnO2电接触材料(如表3所示)。
3.3 纤维强化法
用难熔金属纤维代替粒子, 并使纤维具有一定的方向性, 不仅可以提高触头材料的电导率, 而且还能控制难熔金属的氧化飞溅, 从而获得耐电弧腐蚀的优良触头。缺点是在高温下使用的纤维强化复合材料必须考虑纤维与基体间的热稳定性。这是因为在高温、长期工作过程中,两相会发生互扩散,使纤维溶解,失去强化作用。
美国西屋公司用纤维强化法制备了Ag/W 触头材料, 其损蚀量比粒子弥散型合金减少了1/3。美国还用此法制造了铜石墨滑动触头和电刷,其接触电阻低、通过的电流密度大、耐磨性好。此法也可用于制造Ag/Ni材料,德国和日本制造了Ag/Ni 纤维触头材料, 其损蚀量比一般用混合烧结工艺制造的Ag/Ni电接触材料减少50%[36]。制备工艺是把镍丝插入银管中,拉至5mm,进行定长剪切,并将约5000根并放在一起,然后插入钢管中,通过轧制、锻造或拉丝剧烈变形,以化学和机械方式除去钢套,复合丝经拉丝或轧制达到最终尺寸。所制材料的电气性能优良,银使用量低,可靠性提高,熔焊、粘结故障也大大减少。此外,还发展了具有纤维结构的银氧化镉触头材料,即首先将氧化镉粉填入银管中,经捆扎、拉制、扩散焊等工序制成触头材料,其电寿命比内氧化法制备的高13%,通过的极限电流强度也高得多。
3.4 等静压制法
等静压制法是利用密闭高压容器,在各向均等的超高压压力状态下成型的超高压液压先进制备技术,这种技术在电接触材料的应用主要是:(1)制备一些大型、异型触头;(2)为了减少触头材料中的残余气体, 提高压坯的强度和密度,直接压制金属骨架, 然后在氢气或真空中烧结。
德国Doduco公司利用液等静压机制备的材料坯块,每个质量为40～50kg。若采用热等静压方法制备触头,其密度可达理论密度的99.99%,性能远优于其它方法制备的触头性能。吕大铭等[37]采用热等静压工艺制备铜铬系真空触头材料,使材料达到接近完全致密化,解决了目前其它方法生产的制品存在较多孔隙的弊端,并研究了钨铜触头材料的热等静压处理,发现W60Cu40触头材料经热等静压处理后,密度、硬度、抗弯强度和电导率均大幅提高,效果良好。
3.5 等离子喷涂法
该方法主要用于制备合金纳米涂层,粉末材料快速熔化,并以极高的速度喷散成较细的、具有很大动能的颗粒,这些金属颗粒撞击到基体后,由于机械变形及冶金结合等作用,可以在基体上形成一个强度与密度很高的纳米涂层。有研究表明,等离子喷涂可以有效抑制纳米粒子的长大[38]。该方法制备复合电接触材料不仅能获得导电性能优良的纳米涂层,而且生产周期短。缺点主要是针对纳米涂层来说,随着超声频率的继续增加,涂层未熔化区大量减小,涂层的平均晶粒度增大严重,纳米涂层逐渐向常规涂层过渡,这对改善涂层的结合强度是有害的。此外,涂层的厚度、表面缺陷也严重制约该技术的应用[39]。
利用等离子喷涂法制备纳米涂层复合电接触材料,电流、电压/Ar流量是最重要的喷涂参数,并将此参数定义为临界喷涂参数。控制该参数的目的是:①抑制喷涂过程中纳米晶粒长大;②控制粉末原料发生化学变化;③控制高温下的相稳定。纳米涂层的相组成、喷涂过程的相转变、涂层密度、涂层硬度、晶粒尺寸均与该临界喷涂参数有密切关系。用于喷涂的纳米颗粒最终是球形纳米颗粒组成的微米尺寸的团聚体。这种颗粒是多孔的,等离子体能穿透颗粒进入到其内部,不仅能加热微米颗粒表面,而且还能加热团聚体颗粒内部的空气,破环其团聚状态,因而能形成细小的颗粒。未被熔化的颗粒将保留原始粉末的纳米结构直至沉积到基体上形成涂层。付仲等[40]采用等离子喷涂制备的AgSnO2/Cu复合电接触材料,不仅涂层致密,而且具有良好的耐电弧侵蚀特性。
4 结语
电压不同,对电接触材料性能的要求不同,其发展趋势也不同。强电材料朝着大电流、大容量趋势发展,中等电负荷触头有向小型化发展的趋势,材质仍以银基合金及银金属氧化物为主,弱电触头材料也有向小型化、高寿命和高灵敏度方向发展的趋势。针对我国银基电触头行业,笔者以为电接触材料今后主要应朝以下几个方面发展。
(1)积极发展绿色环保触头。
研究无毒、无公害、环保型、能广泛使用的新型电工触头材料,积极发展AgCdO的替代材料。
(2)研制出新的电接触材料制备方法。
电接触材料的制备方法主要是粉末冶金法和内氧化法, 但这两种方法仍不完善,因此,研制出一种新的电接触材料制备方法仍是电接触材料研究的热点。
(3)积极开发纳米银基电接触材料。
当今对电接触材料尺寸要求越来越小,而对其性能要求越来越高。纳米技术正好符合这一要求。可以预测,纳米电接触材料必将是21世纪该领域的研究重点之一,纳米技术在该材料上的应用将会取得更多成果。
(4)发展复合相电接触材料。
在已有的电接触材料中加入有效的第三组分, 从而使原电接触材料的性能更完善。如Ag/CdO/SnO2点触点材料将CdO抗熔焊力强和SnO2耐点磨损性好的特点结合在一起, 具有良好的使用性能。
(5)加强理论研究。
电接触材料的理论研究还存在极大不足。人们在新接触材料的选用及研制过程中仍主要依靠已有的经验和通过大量试验对众多潜能材料进行筛选,最后确定一种合乎要求的材料。因此,提高新材料的研制效益,加强电触头理论研究,建立起能指导材料开发的设计理论,得出接触材料性质参数与其电性能之间关系的理论模型已迫在眉睫。
摘要：鉴于银基电接触材料在电力系统、电器工业中的重要性,综合近年多种文献资料,阐述了Ag/Ni、Ag/C、Ag/WC和Ag/MeO等4个主要系列的银基电接触材料的特点。分析了喷射沉积法、溶胶-凝胶法、纤维强化法、等静压制法、等离子体喷涂法等制备银基电接触材料的工艺特点。结合现阶段研究工作,研制和改进电接触材料的制备工艺,发展新型环保触头材料、多相复合触头材料及纳米触头材料是今后银基电接触材料发展的主要方向。
关键词：银基电接触材料,制备工艺,应用
材料工艺应用 篇2
新技术、新产品、新工艺、新材料应用
新技术、新产品、新工艺、新材料应用
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质量管理是企业施工管理中的核心。工程质量是企业的生命，为了加强质量管理，提高工程质量水平，力创优良，在微机应用上，我们主要以ISO9000质量管理和本地区性质质量标准为核心，严格控制施工质量和施工质量的检查。其主要内容有：质量手册、程序文件、作业指导书、技术交底、文件文档、各类质量记录、质量评定表、工程标准和资料的管理等，从而进一步规范了质量管理行为，提高了施工管理水平，保证了工程质量。
6.档案资料管理
按照施工方案管理的规范要求，在微机应用中，对竣工档案、各类文书档案和图纸进行统一分类、编号，满足档案管理的要求；同时，完成各类档案的编辑、登记、统计、检索自动归类，报表输出；实现档案借阅、移交等管理程序化。为该工程及时、全面、真实、完整地
新技术、新产品、新工艺、新材料应用
提供了一整套工程技术与管理资料提供了保证。
7.预算管理
在预算工作中，利用微机技术解决繁杂的手工统计、计算，统计报表的编制、工程台帐、施工结算等工作，提高了预算的准确性和高效性。
8.经济比较
材料工艺应用 篇3
【关键词】应用型人才 装饰材料与工艺课程 理论教学 实践
【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）10-0016-02
随着当今社会消费主力年轻化，装饰行业逐渐受到80后和90后这一代人的思维影响，对于材料的品牌度的可信度出现下滑，而对一站式服务和个性化需求有所增强。新材料和新技术使得装饰行业需要从其内部进行发展，从而培养出应用型人才来满足社会需求，这些创新型人才有着创新型思维方式并且具备坚实的基础。无论是对于应用型本科院校还是高职院校，这一系列的要求已经成为开设该课程的最终目标。
一、装饰材料和工艺课程改革背景
2014年2月，国务院常务会议所提出“引导一批普通本科高校向应用技术型高校转型”，该提法在全国各大普通本科高等院校引起热议。中国的高等教育正经历着国际高等教育类似的由“精英化”到“大众化”的教育分化过程，地方性普通本科院校也正在逐步进行应用型转型，主动适应社会经济发展的要求。培养高质量的适合社会发展需要的人才，既是我国高等院校办学的准确定位，又是新时期下本科高校的办学特色，更是普通本科高校健康生存和蓬勃发展的关键。
装饰材料以及工艺课程是应用本科院校以及高职院校环境与艺术专业中的重要基础课程。该课程能够培养学生对装饰材料的认识，并能在一定程度上掌握其施工工艺。我们将结合了建筑行业需求和高职院校室内设计专业的教学条件，对装饰材料和施工工艺课程进行探索，从而进一步明确其课程结构和教学目的。通过探索。同时，我们也将对当前存在的问题給出我们的意见和建议。
二、建筑装饰材料和工艺课程存在的问题
在教学过程中，建筑装饰材料和工艺存在着许多的问题。
首先，在课程设置上，课程安排过于紧凑，学生接受能力较为有限，从而影响了教师教学的效果。课程知识是开放性的，然而现行的各项规章制度、教学模式以及教学内容与课程性质存在冲突，不利于培养学生学习相关技术的动力。
其次，在教学过程中也存在某些基础问题。例如：教学内容过多，理论知识和实际操作结合并不紧密，知识较为枯燥，并存在教学材料更新速度过慢无法满足课程教学需求的现象。在建筑装饰材料课程教学中存在教学模式单一、知识结构不全面特点。
三、建筑装饰材料和工艺课程问题产生的原因
针对上文中总结的课程问题进行分析，我们可以从两方面对问题产生的原因进行分析：一方面是因为课程重理论轻实践；另一方面是因为课程忽视了学生的创新思维，使得学生在空间设计用运用创新思维能力较弱。我们再次可以注意到，在教学过程重“教”与“做”是分离的。这会导致理论和课程操作无法运用于接下来的课程和实际操作项目中去。最后，教学方式、缺乏创新的课程模式以及缺乏多样化的课程教学手法的问题依旧存在。这些课程中出现的问题对课程教学产生了一定影响，从而制约了学校培养具备行业实际操作人才的能力，无法达到培养应用型人才的目的。
四、装饰材料与工艺课程改革的方向和措施
我们通过对课程教学理念、教学目标、教学内容以及实际教学过程中出现的问题进行分析，我们发现了现存的这些问题产生的原因，从而激发我们对课程教学改革的动力。
首先、根据课程性质调整课程结构，加强课程理论和实际操作之间的结合力度。通过案例教学法，我们可以将课程融入专业室内设计课程中去。
其次、从各个方面对教师团队进行培养和建设，从而提高教师教学的专业水准。
再次、教学材料和教学中断现象在课程中经常出现。为了加强教学材料建设，优化教学内容以及提高教学材料的使用率对于教学改革来说尤为重要。
最后、运用启发型的教学模式，多元化的教学方法有助于巩固和加强对课程的教学研究和课程建设，从而不断更新课程教学内容。
五、结论
随着市场需求的不断提高，建筑装饰材料和施工技术的教学方法也必须与时俱进。我们通过对课程当前的状况和已经存在的问题进行分析，并且不断提出针对课程教学的改革的方法和建议。大学课程教学团队相对来说依旧年轻，教学水平有限，教学内容偏向缺乏理论知识学习的实践活动。教学内容统一化程度和结合力度较差。实践教学一定程度上受到实践环境的约束。在教学改革过程中出现的这些问题，已经引起许多研究人员关注并且根据课程特征，各式教学方式和方法给出了他们较好的解决方法和建议，理清课程的教学理念，从而满足学校、课程、人才和社会发展的需求。在课程改革过程当中，各大院校不断提高实训实践设施和环境建设，同时大学必须加强和企业的紧密合作，从而为学生提供实习的场所。目前，装饰材料和施工工艺课程改革已经取得了较为明显的成果，教学效果也发生了明显的改变，这一切对于培养应用型和创新型大学生尤为重要。
参考文献：
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材料工艺应用 篇4
装饰画最主要的特征, 就是它的装饰性和工艺性。工艺性就是由不同的装饰材料结合技法来表现, 装饰画的材料制约其表现。装饰画与其它画种最大的区别, 就是它的表现题材要依据不同的材料与工艺来确定, 它以能够体现材料的特殊美感而独具特色。所以, 材料是决定装饰画表现效果的重要因素之一。随着社会的发展与科技的不断进步, 艺术家不断开发装饰画的新材料和创新设计应用, 推动了装饰画的发展。目前, 现代装饰画市场上常见的材料有以下几种。
一、油画装饰画。油画颜料是装饰画中应用比较普遍的材料, 制作工艺与技法来自于西方的传统油画绘画, 题材可以依据室内整体装饰风格的不同来确定, 浪漫或写实的风景、人物, 或是现代抽象的几何图形。
二、木质装饰画。木质材料的装饰画本身所蕴含的天然色泽, 柔顺纹理, 淡雅气味, 特别符合东方人的审美情趣, 可以形成触觉、味觉、视觉的综合审美。通常用到的木质材料有松木、梨木等易于雕刻的软木, 以及经过后期加工的中密度板、纤维板和桦木板。木质材料有着良好的韧性、弹性和抗磨损性, 结合适合的题材和传统的手工打磨与雕刻工艺, 木质材料装饰画可呈现出纯朴的艺术语言, 有良好的装饰环境作用。仿青铜的大幅壁画适用于酒店大堂和公共场所的大厅, 系列的传统题材可与古朴的中式家具相配装饰中式环境空间。简洁现代的小幅装饰画可以为家庭和咖啡厅营造温馨气氛。制作手工浮雕装饰画技法并不复杂, 先依据题材在木料上以适合的刀具进行雕刻, 然后进行打磨, 完成后将乳胶刷于表面, 再以石蜡涂刷进行上色即可。关键是要使题材、色彩与环境协调搭配, 这是设计木质装饰画的关键。
三、金属装饰画。中国人很早就熟练掌握了金属冶炼的技术, 出现在商周时期青铜器上的装饰纹案, 应是金属装饰画的开端。青铜器作为当时最贵重的金属器具是阶级与财富的标志, 其上的装饰也有着重要的权利与地位的象征意义。有的用刻模铸造的方法, 使青铜器上出现主次背景的三层精密纹案。现代金属材料装饰画, 不仅有铜的, 还有合金铜的。金属材料的装饰画由于硬度高, 抗腐蚀、易于打理、寿命长, 非常适合于室外墙面建筑环境的装饰。由于金属表面的反光性, 所以, 在不同角度的光源照射下会形成多层次的视觉美感。金属装饰画的设计技法相对复杂, 制作一幅锻铜装饰画, 须先用煤气枪烧热其背面使其软化, 在有图形线条的地方, 用凿子进行敲打, 形成突出的形象。整个过程需要反复加热与锻造敲打, 才能发挥金属铜的延展性能, 形成层次丰富的画面。最后还可以用硝酸在局部作铜锈的效果, 以增强色彩感。
四、陶瓷装饰画。陶瓷装饰画是用黏土和高岭土经高温烧制而成的。陶的质地较粗犷, 而瓷的质地较细腻。陶瓷装饰画于20 世纪70 年代, 脱离了传统瓷器表面的纹饰而发展成为独立的环境空间装饰画。陶瓷装饰画可表现丰富的色彩, 清晰的形象, 可有表面施釉的光洁, 也可有不施釉的亚光。由于易于清洗, 抗腐蚀性强, 陶瓷常用作公共环境空间的壁画装饰, 题材可以是与环境搭配的大型组画形式。
五、丝绣装饰画。丝绣是以各色丝线为材料结合刺绣的技法来完成的艺术形式, 有着悠久历史的古老传统手工艺。最初是用于服饰上的装饰图案, 一度受到皇室贵族的推崇, 无论是东方还是西方都钟爱丝绣所展现的独特艺术魅力。而丝绣装饰画是以现代设计语言为主题, 体现现代设计思想, 是传统刺绣技艺在新时代的继承与发展。丝绣装饰画技艺精湛的是被誉为中国的四大名绣的苏绣、湘绣、粤绣和蜀绣, 它们具有各自的特点与风格。丝绣装饰画是以绣针引各色线, 依据所设计的图像轮廓, 在面料上以不同的技法进行反复的运针, 最后形成富有丝线光泽的细腻造型, 可以如写实摄影一样逼真, 也可以如油画般烂漫抽象。现代刺绣装饰画还融合西方技法出现了如十字绣、挑花刺绣等品种。现代刺绣更是打破原有的平面运针而追求立体的效果。刺绣装饰画可现代可古典, 以其丰富的色彩, 细腻的质感, 华丽的效果结合适合的设计题材, 在任何环境空间都可作装饰的点睛之笔, 并具有很高的收藏价值。
六、纤维编织装饰画。纤维编织装饰画是一种历久弥新的艺术, 最早起源于曾流行于欧洲的纯手工高比林编织壁毯。在17 世纪的法国, 把这种先挂经线再将染过的各色纯毛毛线穿插其中的传统壁毯编织技艺称为高比林。高比林编织壁毯曾是欧洲皇室贵族馈赠的礼物和装饰室内的重要物品, 题材大多是反映富贵生活的写实人物、花卉和表现宗教故事的精美组画。因为用毛线编织而成的装饰壁毯具有隔潮吸音的实用功能, 又有温暖柔和的触觉感受, 所以历来都被装饰于室内环境中。但手工编织的壁毯装饰耗费的人工、时间比较多, 在当时也只是少数权贵们享用的奢侈物品。随着时代的发展, 纤维编织装饰画这门既古老又年轻的艺术, 经历了巴洛克、洛可可以及新艺术运动和包豪斯从古典到现代设计风格的演变, 具有更丰富的表现题材与形式。现代纤维编织装饰画材料十分丰富, 不仅仅用棉、毛、麻、丝等天然材料, 还包括各种人造的纤维混合材料, 结合编织、缠绕、打结、粘贴、缝纫等工艺进行创作, 使纤维编织壁画有了新的设计语言。这种经纬相交的技艺有很强的表现力, 既可以是层次感很强的写实人物照片, 也可以是色彩丰富抽象图形。有艺术家就曾说过, 经线就像是绘画用的纸, 染过的各种色线就是颜料, 而你的手是笔, 这一切就使你在绘画的创作与设计中, 在编织过程中体会纤维材料给人带来的亲和力, 同时也使你把感情融入到了其中, 这也便是创作一幅纤维编织装饰画的乐趣所在。纤维编织装饰画依据题材和技法的不同, 可以装饰于公共场所的大堂、会议室和家庭室内环境的客厅和卧室, 会给人带来温暖柔和的视觉与触觉的双重感受。
七、镶嵌装饰画。出于对悬挂于建筑物内外的装饰画保存的持久性考虑, 产生了用各种硬质材料镶嵌的装饰画。最早是兴起于欧洲拜占庭时期的教堂装饰画, 当时在有着巨大穹顶的拜占庭式教堂的大厅前后墙面, 都会装饰大幅的表现皇室与宗教故事题材的彩色玻璃镶嵌画, 人物的局部用彩色宝石, 背景则用彩色玻璃镶嵌, 整个画面显得十分华丽与灿烂。由于镶嵌材料的局限性, 不能表现细节, 人物略显呆板。现代镶嵌画材料品种很多, 包括人造的和天然的, 常见的有马赛克、石料、彩色玻璃、陶瓷片等。镶嵌的碎片可以规则, 也可不规则地按画面的内容进行排列、拼贴和组合, 恰当选择镶嵌材料可以与建筑自然融合。现代镶嵌装饰画的镶嵌材料不断地开发与创新, 如用五谷杂粮进行镶嵌就很有丰收的喜庆气氛;用各种彩色人工宝石密集镶嵌则会呈现华丽的闪烁效果;还有金属线、贝壳等等都可以用来进行镶嵌, 使画面具有半立体的层次。
装饰画区别于其它绘画最突出的特点就是它可用多种材料进行设计与创作, 利用各种材料所具备的不同色彩、硬度、质地、光泽等性能特点, 结合随时代演变发展而来的多种制作技艺, 使现代装饰画呈现出丰富多彩的表现形式与艺术风格。创作一幅好的装饰画, 除了具有主题、造型、色彩、层次以外, 还要选择合适的材料进行表现, 了解并掌握装饰画材料的特性是创作装饰画的基础。随着科学与技术的不断进步, 新材料的不断出现, 推动了现代装饰画的创新设计与技法的发展, 传承并不断创新是装饰画发展的必然。装饰画是集功能、材料、工艺、审美于一体的艺术形式, 我们应合理地掌握其特性, 使其更好地发挥在环境空间装饰的应用作用。
摘要：装饰画与其它画种最大的区别就是它的表现题材要依据不同的材料与工艺来确定, 它以能够体现材料的特殊美感而独具特色。材料是决定装饰画表现效果的重要因素之一。随着社会的发展与科技的不断进步, 艺术家不断开发装饰画新材料和创新设计应用, 推动了装饰画的发展。合理地掌握装饰画的材料与工艺特性, 是使其更好地发挥在环境空间装饰作用的关键。
新技术新工艺新设备新材料的应用 篇5
（一）新技术推广组织管理
为把本工程，建成技术上一流、管理上科学、工期上先进、质量上确保达到优良，同时达到有计划，有步骤的开发和推广应用新技术的目的，在工程施工之初，就成立开发和推广应用新技术领导小组。即以项目经理为组长，各部门负责人参加的项目科技进步工作小组，协调各项工作的实施。
（二）新技术、新工艺、新设备、新材料的应用
要使科技成果尽快转化为生产力，产生经济效益和社会效益，关键在于推广应用。在施工期间，我们将对工程技术难点进行攻关。同时，将把施工现场作为科技进步的主战场，围绕工程项目，根据施工需要，充分推广应用“四新”科技成果，采用先进合理的技术措施和现代化管理手段，提高质量，缩短工期，降低消耗，增强效益，圆满完成工程施工任务，形成新的技术优势，促进企业的长远发展。本工程中拟用新技术、新工艺、新设备、新材料如下：
1、平面施工放线技术
本工程为道路工程，施工放线比较困难，我公司将使用先进的全站仪，该仪器具有精度高、反映快等特点，可距离放样、抄平测量、间接测量、坐标测量、偏镜测量、等分距放样、断面测量、水平角复测等，解决施工放线的难题。
2、混凝土养护剂的应用
（1）混凝土结构的养护好坏，直接影响到混凝土的强度发展状况，结构的安全度，故在本工程中准备使用砼养护剂。养护剂是一种涂体状态类仿建建筑涂料物体，使用时可以直接涂刷在混凝土表面。养护剂形成一个封闭型的保护膜。保证混凝土表面水份不致蒸发，起到养护效果，养护期以后，养护剂形成的保护膜将自然脱落，不致对工程产生影响。
操作程序：拆膜→砼表面草把浇水→涂刷养护剂。
（2）本工程使用养护剂的范围：柱、梁、板，拆模后，涂刷的砼表面。
3、混凝土坍落度损失补偿剂
混凝土拌合物在运输过程中，特别是在泵送过程中，坍落度将随温度升高和时间延长而降低（高标号混凝土尤其如此），在混凝土拌合物中外掺坍落度损失补偿剂，可提高混凝土的可泵性。
4、采用地质雷达探测地下管线
铜基电接触材料制造工艺 篇6
关键词：铜合金电接触材料；粉末冶金法；双层产品
中图分类号：TG156 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）26-0063-02
CuWWC复合材料是由Cu、W、WC所组成的三相均匀分布的既不互溶又不形成化合物的一类复合材料，兼有Cu的高导电、导热率、塑形及易加工性和W的高熔点、高比重、抗电蚀性、抗熔焊性、高的高温强度以及WC的高熔点、高硬度性能，在真空接触器上得到了广泛的应用。
1 CuWWC/Cu制造工艺
1.1 合金粉末制备过程
将W粉与WC粉以1∶1的比例进行V型混粉机混粉，然后在真空烧结炉中进行烧结，后进行破碎过筛，将其与配料中剩余的W粉、Cu粉以一定比例进行混合，在钼棒炉中进行粉料烧结、破碎、过筛。以上述方法制备CuWWC的
粉末。
1.2 试验工艺流程
CuWWC合金粉制备→初压压制→溶渗烧结→外观加
工→清洗。
1.3 溶渗烧结工艺
叠层溶渗，就是用熔点比骨架熔点低的金属或合金置于金属粉末压制后预烧结或未烧结的多孔体骨架上面或者下面进行的溶渗。
采用一般叠层溶渗烧结方式的产品，其溶渗烧结方式为溶渗Cu片放置在基体CuWWC上面，在烧结炉内一定气氛与温度、时间下，溶渗Cu熔化进入基体CuWWC骨架结构里面，其中一部分Cu片熔化填满基体骨架，另外一部分溶渗Cu片留在基体上面形成Cu层，即烧结结束之后，在垂直方向上Cu层与基体CuWWC为上下结构。通常采用这种方式烧结的产品，其Cu层以“鼓包”的形式堆积在基体上面，难以做到Cu层平整以及Cu层在0.6mm左右。而且Cu层以“鼓包”形式存在的电接触材料CuWWC/Cu在加工Cu层时难度也比较大。对烧结环境的要求也比较高，如果烧结炉真空度不足的话，极易使Cu层里面存有气孔。为了改善上述制作方法，采用垂直溶渗烧结，即溶渗Cu片放置在基体CuWWC上面，但是基体的放置位置发生变化，与一般叠层熔渗烧结相比较，基体CuWWC的放置旋转90°，在烧结炉一定气氛、温度与时间下，溶渗Cu一部分熔化进入基体骨架里面，一部分在基体的侧面由液体成为固体凝固下来形成Cu层，即烧结结束后，在垂直方向上，Cu层与基体CuWWC为左右结构。采用这种方法制作CuWWC/Cu双层产品Φ22×3.2，Cu层要求厚度在0.6mm左右，平整，Cu层里面没有气孔。
1.4 溶渗烧结试验
1.4.1 烧结时烧舟的设计。由于Cu层在基体CuWWC压坯的侧面形成，所以需要对烧舟进行特殊设计。在垂直方向上，烧舟一侧根据Cu层厚度的要求设计Cu层最后形成所需要的空间，另外一侧根据基体CuWWC骨架的尺寸设计压坯所需要的空间，同时在Cu层与基体CuWWC骨架所在烧舟空间的上方设计溶渗Cu的放置位置以及便于溶渗Cu熔化流入基体CuWWC骨架与Cu层空间的导槽。这里对溶渗Cu熔化经过的导槽设计要求比较严格，如果导槽设计不合理，会影响溶渗Cu在熔化时溶渗进入骨架与形成Cu层，导致Cu层短缺或者是Cu层不平整以及出现孔洞。
1.4.2 烧结温度与时间。由于Cu的熔点是1083℃，所以选择比Cu的熔点稍高的温度进行溶渗烧结。
表1 CuWWC/Cu溶渗烧结温度与时间的影响
溶渗烧结温度（℃）溶渗时间（min）气氛结果
110012氢气不良
110018氢气良好
115012氢气不良
115018氢气不良
120012氢气不良
120018氢气不良
采用1100℃，12min烧结参数制作的产品，由于烧结时间比较短，部分产品溶渗Cu没有很好地熔化进行溶渗导槽，造成Cu层位置Cu短缺（图1）。
采用1100℃，18min烧结参数制作的产品，结果良好，既形成符合要求的Cu层（0.6mm左右），同时Cu层里面没有发现肉眼可见的孔洞（Cu层车削0.2～0.3mm）（图2）。
图1 Cu层Cu短缺 图2 产品里面没有气孔
采用1150℃，12min烧结参数制作的产品由于烧结时间比较短，部分产品溶渗Cu没有很好地熔化进行溶渗导槽，造成Cu层位置Cu短缺。
采用1150℃，18min烧结参数制作的产品，结果良好，既形成符合要求的Cu层（0.6mm左右），同时Cu层里面没有发现肉眼可见的孔洞，但是部分产品在烧结结束之后容易被氧化。
采用1200℃，12min烧结参数制作的产品，结果良好，既形成符合要求的Cu层（0.6mm左右），同时Cu层里面没有发现肉眼可见的孔洞，但是全部产品在烧结结束之后被氧化。
采用1200℃，18min烧结参数制作的产品，结果良好，既形成符合要求的Cu层（0.6mm左右），同时Cu层里面没有发现肉眼可见的孔洞，但是全部产品在烧结结束之后被氧化。
所以，根据以上实验结果，烧结工艺参数1100℃，18min，氢气气氛为最佳产品制造参数。
1.4.3 溶渗Cu量的影响。由于采用垂直烧结方式进行制作，在溶渗烧结过程中，溶渗Cu的量对产品制作结果也有着影响。计算了3个Φ22×3.2的溶渗Cu的重量，对比3组Cu量对产品烧结结果的影响。
方式1计算方法=溶渗到骨架结构的溶渗Cu量+Cu层0.6mm需要的溶渗Cu量。
方式2计算方法=溶渗到骨架结构的溶渗Cu量+Cu层0.6mm需要的溶渗Cu量+溶渗Cu导槽Cu量。
方式3计算方法=溶渗到骨架结构的溶渗Cu量+Cu层0.6mm需要的溶渗Cu量+（溶渗Cu导槽Cu量）×2。
表2 不同溶渗Cu量对产品结果的影响
溶渗Cu量计算方式溶渗Cu量（g）结果
方式16.5不良
方式28.5良品
方式310.5良品
采用6.5g溶渗Cu量制作的产品，部分产品出现溶渗Cu留在导槽处，导致Cu层短缺，一部分产品虽然Cu层平整，但是Cu层有气孔，不良。
采用8.5g溶渗Cu量制作的产品，Cu层平整（图3、图4），而且没有气孔，效果良好，Cu层达到0.6mm左右（图5），50X金相显微结构检测，Cu层厚度为0.677mm。在溶渗过程中，气体随着溶渗Cu向下流动时向上移动到导槽处的Cu位置，从而避免了Cu层气孔的产生。加工成品时需要将导槽处形成的Cu去掉即可。
图3 Cu层面平整 图4 CuWWC/Cu工作面
采用10.5g溶渗Cu量制作的产品，Cu层平整，而且没有气孔，Cu层厚度0.6mm左右，但是导槽处Cu量比较多：一是材料的使用量过多、成本高，二是给成品的加工带来复杂度。
通过以上实验，最终将溶渗Cu量设定在方式2的计算方法上。
图5 CuWWC/Cu产品Cu层厚度测量50X
2 结语
通过上述实验，制作CuWWC/Cu双层产品，Cu层在0.6mm左右，且Cu层没有气孔，主要从以下三点可以实现产品的制作：（1）溶渗烧舟设计；（2）溶渗温度、时间、气氛；（3）溶渗量计算。
采用这种方法制作的产品已经实现了生产化，应用商开始了使用。
参考文献
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作者简介：吴婷（1984—），女，山西人，供职于上海电科电工材料有限公司，研究方向：银基与铜基电接触
材料工艺应用 篇7
较高的和比刚度、较好的抗疲劳性能以及较强的可设计性是纤维增强复合材料的主要特点, 其在很多领域得以广泛应用, 如风力发电、航空以及车辆制造等。因为纤维增强复合材料是一种有着极强的设计性的材料, 再加上简单的工艺, 这就使得其比较容易进行一次性整体成型, 这便可以使得结构效率更高, 这针对多数大型结构部件制造来说, 具有很好的工艺优势。
1 RTM、VARTM以及HP-RTM介绍
1.1 RTM工艺模具
RTM成型模具是工艺得以成功的关键, 为了使得模具投资得以降低, 在一些大型部件制造中, 通常会在母模型里面翻制的方式来进行模具的制造。模具结构主要部分有注射口、导向定位结构、成型面以及排气口等。在对早期模型加工时, 是木制模型, 这是通过手工技术以及木工机场来进行实现的。由于当前代木胶泥材料的生产, 使得大型数控多轴成为进行模型加工的关键部分。
为了有效提升模具表面的耐久性, 将电铸镍壳模具技术广泛应用到RTM技术中去, 电铸工作主要是根据金属电解沉积的原理来进行的, 用其来保证复制母模型的精确性, 这在应用电镀中是比较特殊的。在制作电铸镍壳模具的过程中, 首先需要加工一个精确的母模型, 在其上进行导电材料的覆盖, 之后在镍电铸槽内将其复制, 而且要在模型表面将镍合金材料进行沉淀, 在其厚度到5mm之上时, 便取出模型, 并制造刚度结构个增强层在其后面, 最后进行脱模, 就此电铸模具便完成了。在生产汽车软质内饰的时候, 广泛运用了电铸镍模具。在比较大的生产量里面, RTM可以提供上万次的模具使用寿命。
1.2 模具操作机构
在RTM里面, 模具操作机构是非常重要的, 一般模具操作机构的完成是由大台面低压液压机或者是气动压机来进行, 为使得纤维材料更容易在模具中铺放, 下模一般能够在模具台面移出。或者是选择下模结构形式 (可以移动) , 在这其中, 一个要用来铺放纤维材料, 另一个要合模成型, 这样便极大了减短了周期。一些产品制造较为复杂, 这便会对活块和抽芯结构产生影响, 其实现一般是将特殊的运动机构安装在模具中。但是这些机构必须要有极强的密封性, 进而使得树脂在进行充模注射的时候, 在运动机构不会有树脂的进入, 这样使得当其出现真空辅助的时候不会出现泄漏情况。
1.3 VARTM工艺
生产大型产品的过程中, 没有实现降低模型刚度, 且造成流动充模和浸渍纤维质量得以提高的目的, 我们便引入了真空辅助模型。进行树脂注射的时候, 为使得模腔具有真空环境, 需要使得充模阻力得以降低, 此外, 还利于产品内部空气残留孔隙率的的有效降低。Light-RTM是在VARTM技术的基础上的深入发展。其主要通过真空来使得加压和闭合实现, 利用薄复合材料结构来进行软质模具的制造, 当然也能够通过一定厚度的硅胶材料来完成。
2 RIM工艺
RIM工艺是可以看做为VARTM工艺的进一步发展, 在成型工艺中, 下模主要使用金属模具或玻璃钢, 上模主要是硅胶软膜或尼龙。在进行增强型材料的铺放时, 会在其上面和下面来铺设导流网, 亦或是进行芯材时尚的开槽, 这样一来, 便较容易形成树脂快速充模流道, 在将上模软膜放置完毕之后, 我们就把真空进行抽去, 进而形成负压, 在压力较低的时候, 树脂便能注入模腔。
2.1 流道与导流介质的布置
为了能够达到在反应活性期内完成树脂充模的目的, 就要十分重视倒流介质和流道, 一些产品如风电叶片船体具有较大的面积, 其成型面积一般多是很大的, 这就要求一次性进行树脂的导入, 约1-2t, 因此布置流道便非常重要。在进行流道的布置的时候, 需要产品结构为依据, 来进行方法的选择, 比如说鱼骨式布置方式多用在船体制造方面, 并且参照一定的间距, 将横向流道在中间主流道给以分出, 这就造成了树脂有交汇在横向流道中间出现。
在布置流道风电叶片的时候, 我们一般选择的方式便是将流道同轴唤醒, 向流道结合的方法, 对于环形流道, 则要在较厚的叶根纤维增强层进行使用, 当树脂供给较为充分的时候, 多个轴向流道是叶片叶身位置所使用的, 其主要以树脂流动前锋的流动状态为依据进行充模, 将轴向流道一次打开, 按其顺序完成充模。
2.2 增强材料的铺放
当前, 制造大型产品主要使用的便是手工铺放法, 该种方式就极大的影响着陈品的可靠性以及稳定性。增强材料的铺放通过手工铺放方式, 这就让纤维织物能够将松弛状态进行保持, 这样会造成纤维间的波浪以及褶皱的出现。这样对于布局可以较大的降低力学的特点, 这便能够整体上对长期疲劳性能进行降低。
在使用自动铺放设备的时候, 能够对纤维铺放进行有效解决, 利用自动铺放设备能够在进行纤维织物铺放的时候增加一些张力, 就是可以很好的防止波浪与褶皱, 同时还可以提高负荷材料结构的力学性能。龙门是可以进行运动的, 其在运动时沿模具方向进行, 移动机构安装在龙门中, 可以让纤维纺织物移动, 这便使得纤维织物在模具上的铺放位置更加的精确, 而且还能够将铺放设备进行自动使用, 进而使得铺层人员数量得以较大限度的降低, 使得铺层时间减少。
2.3 RIM工艺的典型应用
在风电叶片以及游艇中RIM工艺有着非常广泛的应用, 此外, 其能够更广泛的应用于复合材料车辆整体车身。在纤维织物以及轻质芯材中, RIM工艺能够完成混合铺放, 这样便利于其进行一次灌注成型。
3 结束语
在多年的发展之后, 复合材料LCM成型工艺类型已发展的极为丰富, 其产品应用也更加广泛。随着科学以及技术的发展, RTM工艺的成型也更加高效和快速, 快速流动充模技术、纤维自动铺放技术以及更优性能的结构材料的应用, 这是其在发展的主要方向所在。针对热塑性预浸料真空袋压成型这种技术来看, 因为这种工艺和材料的环保性更高, 在今后的发展中, 该种工艺会得到更为广泛的应用。
摘要：复合材料LCM工艺经过长久的发展, 已经形成了RTM、RIM以及连续纤维增强热塑料性预浸料真空袋压缩成型等多种类型的工艺方法。各种的工艺方法由于特点的不同, 需要发展的技术内容各有不同, RTM工艺向着高速成型的方向发展, RIM向着更大、更为复杂的结构部件整体成型发展, 连续纤维增强热塑性预浸料真空袋压成型需要开发更多的品种借以拓展应用的领域。
关键词：复合材料,LCM RTM RIM,连续纤维
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材料工艺应用 篇8
1.1 皮革材料
皮革材料简单的说就是动物皮毛经过化学处理,使其不会腐烂,并且具有一定的柔韧性与通透性。皮革材料的使用范围十分广泛,在衣服、鞋帽、家具、体育用品以及生活用品等方面都有应用。当前应用最多的皮革材料主要是猪皮、牛皮、羊皮、驴皮等等,也有少量大鱼皮、爬行类动物、两栖类动物皮革等。
皮革材料加工主要是将天然动物皮毛通过鞣制的方式进行,根据鞣制的方式不同,可以分为铬鞣革、植鞣革、油鞣革、醛鞣革以及结合鞣革等方式,不同的皮毛所选择的鞣制方式不同,得到的鞣制效果也有所差异。经过鞣制以后的皮革才能够进行衣服等的制作使用。进行皮革加工与生产是比较复杂的一项工作,其需要几十道工序,包括生皮、浸水、去肉、脱脂、脱毛、浸碱、膨胀、脱灰、软化、浸酸、鞣制、剖层、削匀、复鞣、中和、染色加油、填充、干燥、整理、涂饰,到最后才是成品皮革[1]。
1.2 工艺表现形式
皮革服装是指以皮革作为主要部位面料,辅助以纺织品进行加工生产的衣服、夹克、西服、裤子以及风衣等等。当前我国制作皮革服装主要应用的是牛皮、山羊皮、绵羊皮等为主,也有部分服装应用猪皮制造。
皮革服装由于原料的特点与其他的材料有所差异,所以在进行设计方面与其他材料也有所不同。皮革服装设计的过程之中,其工艺表现形式主要有如下几种:拼接、合缝线迹、包边、印花、激光镂空等形式。由于皮革的大小以及形状的限制,因此在皮革服装中,都需要进行拼接,而在皮革服装中拼接的时候主要是穿刀,这样可以使服装制作效果更好。褶裥工艺也是皮革服装设计中十分重要的一种工艺表现形式,通过压褶工艺使服装展示出一种不一样的效果。缝合是服装加工中最重要的一种方式,缝线在缝料上形成线迹,这是制作服装最基本的一种工艺手法,通过不同的缝线方式,使服装展示出不同的设计效果。分割线工艺表现形式,是通过分割线去掉省份,体现出一种不一样的美感,根据服装整体效果与造型出发,将服装分割成为几个部分,之后将其缝合成为成衣,展示出一种不一样的美感[2]。
在皮革工艺设计的过程之中,其所采用的工艺不同,展示出来的设计效果有很大的差异。在传统皮革工艺设计中,主要运用的工艺手法是绗缝技术和拼接工艺。
1.2.1 绗缝工艺
绗缝是皮革服装设计中是最常用的一种工艺。在应用这种工艺的过程之中,根据不同的皮革材质,所选择的绗缝方式也存在很大的差异,比如所使用的皮革材料是比较柔软的材料,在选择绗缝工艺方面,要注重更加细致的绗缝。通过不同绗缝工艺,展示出来的服装设计效果也不同。比如通过绗缝技术将皮革的外形轮廓线展示出来,绗缝技术的不同,展示出来的皮革服装的外形也有很大的差异,可以带给人们不一样的享受,这是皮革服装设计的过程之中最与众不同的一点。
1.2.2 拼接工艺
由于皮革的材料特殊性,其大小不确定,形状方面也存在很大的差异。在制作皮革服装的时候都需要进行拼接,加上皮革材料的价格比较昂贵,因此在进行皮革服装制作的过程中,拼接的方式也会有所不同,有些皮革材料中的缝子可以选择偏缝的方式进行处理。皮革材料与其他的材料不同,不会像纺织品一样出现毛边,所以在进行皮革拼接的过程中,拼接缝的宽度可以适当的调整,通常的皮革拼接缝为1 cm左右,甚至可以缩小到0.5 cm[3]。
可以说绗线与拼接的方式,在皮革服装制作之中是必不可少的两种方式,也是在皮革服装制作的过程中所应用的最基本的工艺方式。
2 皮革材料的创新设计应用
皮革材料是组成皮革服装的最为重要的一部分,因此对于皮革服装工艺设计的研究往往体现在对皮革材料的探究上。一块好的材料是决定一件皮革服装的关键。对于材料的创新探究一直是众多皮装企业工作的重心,只有通过不断地创新设计,才能使产品在市场上立于不败之地。
2.1 多工艺组合创新运用
特殊皮革材料的产生是工业生产的必然产物,它是将不同工艺设计和组合聚集在同一块皮革面料之上,通过前后的顺序调整来使面料产生不同的视觉设计效果和面料质感。把几种常规的制革工艺,如印花、激光、烫金、压模、滴塑、压胶等同时运用在同一块面料之上,往往可以产生意想不到的视觉效果。将数码印花和压模工艺相结合,可以使所印的图案产生立体浮雕的感觉,亦可以使图案更为栩栩如生,仿佛与真实的图案并无异处[4]。因此我们可以看到不同的工艺组合与运用往往是面料多样性的关键。将原有的面料进行一番大胆的改造能给服装增添不少趣味性。
2.2 多面料组合创新运用
依托于现代先进的工业设备和精良的传统手工艺,我们可以将不同的面料进行穿插、叠压、复合或双重面料的刺绣和压花从而使面料达到特殊视觉效果和不一样的肌理质感。丰富的面料种类是多面料组合运用创新的关键,随着面料开发商不断地创新改革,面料的种类也较以往更为丰富。如将传统的编织工艺面料和其他面料相复合,能使单薄的面料变得更加厚实,更加利于皮革服装廓型的塑造,同时也能使面料表面富有层次感和肌理效果[5]。通过不同面料的组合运用创新,将原本普通的面料彻底改头换面,为服装企业设计研发产品提供了无限可能。
3 新型材料的装饰工艺设计
随着现代皮革服装产业地不断壮大,皮革服装企业也不断地在增加,品牌与品牌之间的竞争也愈发得激烈,这也促使了企业在产品研发上不断投入财力物力,以此来提升产品的竞争力。近些年来涌现出了不少新型皮革工艺,并且有不少工艺已经运用到市场化的产品中,并得到了积极的反馈。其中皮革数码印花和激光镂空工艺是两种运用比较普遍并且在市场上得到认可的新型工艺。
3.1 皮革数码印花设计
人们对皮革时装化的要求愈加突出,市场对皮革印花等皮革后加工产品的需求愈来愈大,而现代纺织印染业的不断技术进步,也为生产千奇百怪的印花皮革提供了技术支持。
皮革数码印花技术不仅可以对皮革服装、皮带、皮包、化妆包等皮革制品进行印花加工,而且色彩丰富生动,色牢度高,输出的图像效果逼真,永不褪色,同时环保无毒,为皮革服装的设计生产提供了无数新的可能。
3.2 皮革激光镂雕设计
传统的特种皮革面料制作工艺需要后期的磨花、烫花、压花等加工处理,而激光镂雕烧花在此方面具有制作方便、快捷、图案变换灵活、图像清晰、立体感强、能够充分表现皮革面料的本色质感,以及历久常新等优势。如果结合镂空工艺更是画龙点睛,相得益彰[4]。由于方便快捷的制作工艺及其工艺特点在服装上的运用能产生十分明显的效果,因此该种工艺在近几年的皮革服装市场上大受欢迎。
4 皮革服装材料装饰工艺的美学价值
4.1 多样化的审美取向
皮革服装由于材料特点与众不同,可以使其本身展示出一种多样化的审美取向。皮革本身的光泽会带来一种奢华,酷炫和野性的魅惑。不同的工艺处理手法,可以使皮革服装变得更加合体、舒适、美观,带给人们不同的视觉效果。
4.2 装饰工艺的艺术价值
皮革服装的艺术表现形式多是通过皮革服装加工的工艺展示出来的。比如分割线能够使服装更加符合人体的体型,可以将形体美完全展示出来[7]。同时运用不一样的缝合方式,利用褶裥等装饰可以使服装更具特色。正是皮革材料具备这些不同的装饰工艺,才使其服装设计效果变得与众不同。
5 皮革服装材料装饰工艺的发展前景
皮革服装未来仍然会是人类服装产业之中十分重要的门类,不过由于近几年受到原材料价格的上涨以及劳动力成本、环保压力等影响,使皮革行业的发展受到了影响,因而导致皮革行业的生产、出口增长都十分缓慢,并且产值出现了下滑的趋势。
随着国家政策的改变,人们环保意识的提高,皮革服装的生产加工也在不断的进行自主创新,注重高附加值产品的生产。同时在设计方面,改变皮革材料的应用方式,重视皮革服装的设计创新,使皮革服装样式以及材料的装饰工艺方面都发生了很多变化。在未来发展的过程之中,我国皮革服装产量将会进一步的增加,并且皮革服装质量也将会有所改善,皮革服装的销量也会进一步的扩大。由于人们生活水平不断的提高,购买力也得到了提高,从而会更加扩大皮革服装的消费市场。
由于当前社会的发展,人们对服装的要求也有了很大的改变,因此想要使皮革服装产业拥有更好的发展,就要抓住消费者的眼球,设计出满足消费者需求的产品,并且在设计的过程中要符合时代精神,将服装设计作为促进企业发展的重点。
在皮革服装设计的过程中,应当从面料选择、色彩搭配以及款式设计等方面进行,在结合当前人们的需求基础至上,注重所设计的服装的实用性,同时注重各种服装饰品的搭配,可以将皮革与其他材质进行结合使用[8]。
注重提高皮革服装设计人员的艺术修养。皮革服装企业想拥有更好的发展,设计出更加吸引人的产品,只有通过提高设计人员的艺术素养,在设计的过程之中不断的创新,运用各种不同的设计手法赋予服装不一样的内涵。
6 小结
皮革材料作为人类最早的御寒服饰用品,一直沿袭使用至今。随着人们生活水平不断的提高,越来越多消费者喜欢选择购买皮革服装。为了满足人们对美的不同需求,皮革服装材料的工艺设计也需要进行不断的创新。一些新的设计理念和服装工艺,让皮革服装会出现多样化的设计风格。随着国家相关政策的出台,对皮革服装企业的发展也提出了新的要求。为了抓住更多的市场,在设计方面要进行不断的改进,这样才能够实现企业的可持续发展,拥有广阔的发展空间。
参考文献
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材料工艺应用 篇9
目前三维打印技术,已经从单材料打印为主,转变成多材料打印为主,如高分子多材料部件、陶瓷-低熔点合金多材料部件、功能梯度部件等就是典型的多材料应用。其应用领域不仅是传统的制造业,在最新的医学手术中,也借助于三维打印技术,用此制定手术方案,不仅能更准确地实施手术,减少病人的痛苦,甚至能减少复杂手术的次数。多材料打印运用不同的材料分别打印病灶与病人的其他身体器官组织,如图1所示[1]。
多材料打印在技术上的复杂程度远远超过单材料打印,这成为制约其实际应用的原因。首先是传统的三维CAD建模方法不适合多材料建模。以前的CAD模型仅包含物体的结构信息,也就是轮廓信息,由于材料是单一的,并且材料的分布是均匀的,所以不需要包含物体每一部分的材料信息;其次是成型控制更加复杂。例如,在单材料打印中,只要根据物体的结构确定打印路线,现在每一个分层切片中可能包含多种材料部分,打印路线是不连续的,要频繁切换;除此之外,多材料之间的无缝的结合,以及材料特性不同造成的收缩不均及其产生的附加形变也是实际中必须要解决的问题。文中将重点研究以上所述的多材料建模理论及影响多材料成型质量的形变机理。
1—病变部分;2—正常部分
1 多材料建模理论与方法
当前对多材料打印理论研究的重点在于对多材料零件的建模、加工工艺和材料制备及性能等方面问题的研究。
1.1 建模方法的研究基础
吴晓军等人提出了基于欧式距离测度网格零件模型体素化算法[2],利用线性八叉树结构的编码特性,用体素模型离散表示三维多边形网格模型,通过多边形网格轮廓体素和模型内、外体素序列的标志位特性,将三维网格模型内部体素化,产生了准确的邻接体素模型。
设欧氏空间E3中的一个封闭区域Q3记为f(x,y,z)={(x,y,z)|(x,y,z)∈Q3},传统CAD模型只能描述f(x,y,z)=c(c为模型表面所具有的属性值)的情况,而体素模型可以解决f(x,y,z)≤c(模型内部属性)的问题。
这种采用体素的建模方法,易于表达材料分布不规则的非均匀实体,但是只能以有限的分辨率逼近真实实体,数据量庞大,准确性低,要想精确表达实体信息,需要占用大量的存储空间。
Jackson等人提出了利用有限元网格描述零件几何信息,该方法采用材料局部组分控制模型,基于有限元网格描述异质材料零件(heterogeneous objects HEO)几何信息,用内部有限元单元节点到边界的距离为变量表示材料信息的建模方法[3]。该方法的不足在于模型被细分为不规则的四面体单元,数据运算和切片分层等数据处理较为复杂。
对于形态结构和材料分布静态稳定的异质材料实体,采用基于体素的建模方法更具有优越性,多色距离场就是其中的一种,距离测度计算的是体素中心距特征基准之间的最短距离,多色映射多种材料。
1.2 多色距离场方法
设有一个向量空间:T=R3×Mn,R3表示几何空间;Mn表示n维材料空间,材料的矢量表达式为:
设为零件模型内的一点,i=1,2,…,N;N为所有模型体素的集合,该点映射到材料空间中的一点为,且:
则HEO模型内的一点可以表示为:
另外,设颜色空间为C,矢量表达式为:
n为颜色种类,将材料信息映射到颜色信息:
则HEO模型内的点基于多色场可表示为:
用这种方法将模型的材料信息与几何信息之间的关系转化成了模型色彩与几何信息的关系,就形成了基于多色距离场的异质模型的表示方法。在用计算机进行信息处理时,模型的每个像素点的材料信息都可以由24位RGB表示。
图2是采用多色距离场建模的多材料零件。
2 多材料打印的应变-应力分析
三维打印零件由于成型工艺的不同变形呈现不同的特点,FDM工艺需要高温加工,随着冷却过程的持续,固化应力不断释放,出现变形,如翘曲变形、分层变形、撕裂变形。其中分层变形的危害较大,将可能直接导致成型零件的报废。很多的零件变形研究都仅把液—固体积收缩作为零件变形的唯一因素,没有考虑材料的力学性能差异及工艺参数对其变形的影响。而后两者往往是导致零件变形的重要因素。要进行精确的分析是比较复杂的,以下进行基础理论的分析。
2.1 层内应力分析
直接引用材料力学关于正交异性弹性体的应力—应变关系[4]:
式中:Ex、Ey、Ez是沿弹性主方向x、y、z的弹性模量;νxy是x方向伸、缩时导致y方向的缩、伸的泊松比,其余类推;Gxy、Gyz、Gzx是决定x和y方向、y和z方向、z和x方向间夹角变化的剪切模量。
弹性模量与泊松比的关系遵循马克斯韦尔(Maxwell)定理,即:
考虑到在实际的原型中,零件迭加过程所设的层厚较零件其他平面尺寸小很多,对零件各分层间存在法向应力分量的情况作如下假设:
1)单片固化层的法向(即z向)应力分量分布均匀。
2)该应力分量较层内应力甚小。
单片固化层的应力—应变关系式:
式中:下标x定义为层片的扫描方向;y定义为层片的进给方向。
2.2 层间应力分析
三维打印零件分层破坏的力学模型可假设为:
1)每一单片固化层为横观各向同性体,相邻两单层间存在一个均质的各向同性胶接层。
2)三维打印零件承受等应变ε0均匀拉伸。
根据该力学模型,假设有一零件,有n层,n为偶数,依据加工参数的正常设定值,各层厚度取为相同,第1、3等奇数层为胶接层,第2、4等偶数层为横观各向同性体。
对于胶接层,由广义虎克定律有:
对于横观各向同性体,则有[5]:
由以上基本方程可得如下三维打印零件的位移微分方程:
2.3 抑制三维打印零件分层破坏的措施
导致三维打印零件分层破坏的主要因素是因为在零件的边缘区域,层间应力过于集中。为此,需从两方面着手:
1)降低层内应力的集中程度。在零件加工过程中,采取分区扫描方式,可有效降低层内应力的集中程度,因该种扫描方式把整个层片划分为若干个独立加工的区域,各区域之内的应力集中并不影响其他区域,故可大大减小整个层片的变形程度。
2)降低层间应力的集中程度。在零件加工过程中,采取重叠扫描固化方式,每一层片在收缩前是独立的,对上一层片的影响就可减小到最低程度。
3 应用与实验
3.1 多材料建模的应用
图3所示的模型可以采用多种建模工具进行设计。由于希望其中的文字采用不同的颜色或材料突出显示,需要采用多材料建模工具。采用专用的基于多色距离场软件建模的结果如图3(b)所示,图中有2种颜色,分别对应于2种材料。通过多色距离场理论的应用,同时表达出零件的材料信息和结构信息,使多材料打印成为可能。
3.2 多材料成型实例
图4是课题组研发的多材料原型打印机。基于多年FDM三维打印的工作基础,不仅试制出打印机,还研制出不同规格的打印材料。
图5是三维打印样件。由于采用多材料打印技术,能够表达更多的信息,扩大了多材料打印的应用范围,对于像医学领域等一些传统方法无法解决的问题,有了新的解决办法。
4 结语
1)本文研究了多色距离场理论,并将其应用在多材料建模中,由于模型的每个像素点的材料信息都可以由24位RGB表示,满足了实际中多材料建模的需求。
2)基于零件内部应变—应力分析,得出了相应的理论方程,为多材料成型控制提供了指导,克服了常见的变形,提高了成型的质量。
3)由于多材料打印的分层厚度的选择以及扫描区域的规划在实践中还要反复试验、积累经验,使变形理论分析与提高成型质量结合起来,才能将其应用到大型零件的加工上,这将是影响未来FDM工艺在大型零部件方面应用的重要因素。
摘要：在三维打印成型中,多材料的应用不仅可以增强模型的表达效果,还能够制造出多功能复合材料零件,所以近年取得越来越广泛的应用。针对困扰多材料三维打印成型的基本问题,研究了建模方法,在综合比较的基础上,提出采用多色距离场方法解决多材料CAD建模的问题,这样的模型不仅能表达模型传统的结构信息,同时也能准确的用不同颜色表达不同的材料信息;此外,变形是制约成型质量的重要因素,因此针对FDM工艺中的变形,进行了理论分析,建立了数学模型,在此基础上得出减少变形的办法。并成功应用在多材料的三维打印中,取得了良好的效果。
关键词：三维打印,建模,多材料,变形
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材料工艺应用 篇10
在不锈钢薄壁管材推弯成形工艺中, 管材内部需要填充滚珠防止失稳, 压下过程中滚珠对管壁压力、反推压力、摩擦因数与珠粒直径之间的参数关系难以用显函数表达, 优化设计中存在影响因素多、耗时长、效率低, 难以获得全局最优结果等问题。本文采用将神经网络、遗传算法和均匀设计法[1]三者结合的方法求解材料成形工艺中的最佳参数。以不锈钢薄壁管材推弯成形为例, 首先采用均匀设计法建立试验样本, 然后通过有限元模拟获得神经网络的训练样本, 经过训练学习得到稳定的神经网络模型, 最后利用遗传算法找出目标值最大的优化参数作为管材推弯工艺参数[2]。
1 神经网络、遗传算法和均匀设计法
1.1 均匀设计法
均匀设计法具有布点均匀、代表性好、试验次数明显比其他方法少、试验效益高[3]的特点。从均匀设计法手册[4]推荐的表中选择适合的表进行试验设计, 对于试验范围较大并且因素水平多的试验, 效果较好。
1.2 神经网络
在此采用误差反向传播的神经网络模型 (简称BP算法) , BP神经网络的训练模型如图1所示, 神经网络训练流程如图2所示。BP算法可以实现多层前馈神经网络的训练, 训练过程如下:
(1) 初始化设置, 在[-1, 1]区间内随机选取权值和阈值的初始值。
(2) 输入向量xp (p=1, 2, …, m) 和期望输出yq (q=1, 2, …, k) 的值。
(3) 计算隐层单元的误差状态:
其中:E为误差向量;Aj为网络误差;dj是第j个单元的权值;Wij是第i个单元和第j个单元的联接权值。
(4) 计算网络输出的误差状态:
其中:Ij为第j个单元所接受总输入变化时的误差导数。
(5) 若误差小于设定值, 则学习结束;否则反向传播误差值。
(6) 计算误差状态:
(7) 修正阈值θ和权值W:
其中:n为当前训练项数;θj为第j个单元的修正阈值;η为学习率;α为计算参数;δpj为径向扩展参数;Opj为上一层单元j的输出。阀值和权值满足要求, 则转步骤 (8) , 否则重复步骤 (3) 至 (7) 。
(8) 保存阈值和权值。
1.3 遗传算法
用BP神经网络建立起工艺参数和模具参数与成形力结果之间的映射关系后, 再利用遗传算法进行优化。优化时先调用人工神经网络函数 (ANN函数) 初始化种群, 然后对数据用并行、随机和自适应的优化算法, 再调用ANN函数进行复制、交叉、变异和选择操作, 最终求得问题的最优解或满意解。
2 试验应用
薄壁管弯头广泛应用于航天航空等领域。对于不锈钢薄壁管弯头来说, 由于壁厚很薄 (管径与壁厚比通常在50以上) , 弯曲过程中很容易出现失稳、起皱与开裂等缺陷。采用珠粒填充推弯成形工艺可以很好地解决这一问题, 然而, 推弯过程中的内压力、反推压力、摩擦润滑与珠粒直径需要花费大量的时间确定。这里通过均匀设计、有限元模拟、工艺试验以及多目标神经网络遗传算法优化程序实现壁厚0.3mm、外径Φ30mm不锈钢薄壁管材推弯成形工艺参数优化。
(1) 冷推弯成形工艺中要优化的4个输入量参数作为均匀设计法的4个因素, 取值范围见表1。
(2) 采用均匀设计法, 对其中的样本分别进行有限元模拟, 每个样本分别得出3个输出结果, 即管材截面椭圆度差值t, 最大管壁厚度差Tmax, 最小管壁厚度差Tmin。将内压力、反推压力、摩擦润滑与珠粒直径作为输入变量, 管材截面椭圆度差值、管材壁厚偏差作为输出结果, 通过神经网络进行训练学习测试后, 可以得到稳定的神经网络模型。
(3) 建立模型评价函数F:
其中:常数C1=0.4, C2=0.6。
模型评价函数考虑了最终推弯后的不锈钢薄壁管弯头壁厚偏差和管材截面椭圆度变化差值。薄壁管弯头壁厚偏差越小, 推弯后的弯头壁厚越均匀;管材截面椭圆度差值反映了最终工件的截面圆度, 也反映了最终的成品薄壁管弯头几何形状与尺寸是否满足工艺要求。
(4) 采用VB开发的多目标神经网络遗传算法优化程序, 对薄壁不锈钢管材推弯成形工艺参数进行优化, 寻找目标值最大的工艺优化参数, 将其作为薄壁管材推弯最优工艺参数, 优化结果如表2所示。
(5) 对上面计算得到的最优工艺参数进行有限元模拟检验。模拟得到薄壁管材推弯成形效果最佳时的内压力为15MPa, 反推压力在12MPa~15MPa之间, 摩擦系数在0.20~0.60之间, 粒径为0.7mm。
3 结论
综合运用均匀设计法、神经网络、遗传算法与有限元法等优化方法, 可以充分发挥各种算法的优势。将这些方法应用于薄壁不锈钢管材推弯成形工艺的参数优化中, 取得了很好的效果, 获取的网络模型合理、试验周期短、非线性逼近能力强、全局优化性强, 且目标优化准确率高。
摘要：基于均匀设计法、神经网络与遗传算法, 对不锈钢薄壁管材推弯成形工艺进行了参数优化, 优化后的结果具有均匀可靠性、全局优化特性、网络预测推理功能, 运用了神经网络的非线性映射, 最后得出最优结果。通过不锈钢薄壁管材推弯成形工艺进行验证, 证明该方法高效、可靠, 可为实际生产提供有效的优化平台。
关键词：神经网络,遗传算法,均匀设计,参数优化
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铜与钢异种材料焊接工艺研究 篇11
关键词：铜与钢异种材料焊接；CS-NiCu合金焊接技术；熔化焊接
中图分类号： TG16.1 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）23-165-2
1 异种材料焊接工艺
随着焊接新材料、新技术的日新月异，同种材料的焊接已不能完全满足现代工程结构的需求，在更多情况下需要对异种材料进行焊接。目前异种材料的焊接也越来越普遍，甚至在某些情况下，异种材料的焊接结构的综合表现效果比同种材料结构更胜一筹。
1.1 异种材料焊接方法
随着异种材料焊接得到越来越多的应用，其焊接方法也得到很大的发展。目前国内外对异种材料的主流焊接方法有熔化焊接、钎焊接、固相压力焊接以及液相过渡焊接等。异种材料的熔化焊接方法在实际焊接工艺中主要采用电弧焊接、激光焊接、钨极氩弧焊接、CO2气体保护焊接等；钎焊接即是将熔点较低的一种材料受热熔化，将另一种材料和钎料都加热到其温度高于钎料的熔点却又低于前一种材料的熔化温度，最终实现异种材料之间的焊接；固相压力焊接则对材料采取不熔化的措施，只是加压焊接接头以固相结合的方式，主要有超声波焊接、冷压焊接、爆炸摩擦焊接等方法；液相过渡焊接是介于熔化焊接与压力焊接的一种焊接方法，需要加入中间夹层于焊缝之间，其焊接的关键在于对压力的掌控，需要在很小的压力下进行加热熔断夹层，通过夹层的液相扩散和凝固而进行焊接。
1.2 铜与钢异种材料焊接的发展现状
钎焊技术是铜与钢异种材料焊接工艺上采用最为普遍的办法，但是传统钎焊技术在实际应用上存在很多局限性，不仅加工效率低、焊接后清洗麻烦，而且存在焊接后的接头强度低等问题。此外，铜与钢以及铜合金与钢的异种材料结构多采用熔化焊进行焊接操作。但常常遇到的情况是由于两种异种材料之间存在物理、化学性质差别巨大的相互溶解度，在熔化焊接时非常容易导致焊接接头部位的金相组织不均匀、不稳定，或者衍生出额外的其他金属化合物，使焊接效果不满足设计基本要求，所以控制焊接时的焊速、电流、熔合比成为焊接成败的关键。
2 试验材料与方法
2.1 试验背景
目前国际市场上一些大型压缩机公司的冷却器原先绝大部分采用的是进口产品，压缩机末端冷却器压力较高，一般在几十巴以上，有的冷却管采用的是NiCu合金，为确保管与管板的密封要求冷却管与管板要进行强度焊接，原先进口产品管板采用的是CS-NiCu复合管板，冷却管与管板属于同种材料焊接，而CS-NiCu复合管板供货厂家少，制造周期长，成本较高。本文对铜与钢这两种异种材料焊接工艺的研究，采用CS-NiCu合金双金属焊接技术，通过压缩机末端冷却器管与管板进行焊接试验，再检测焊接后冷却器管与管板之间是否达到设计要求。
2.2 试验原理
铜与钢分别在高温作用下熔化，通过焊丝连接，氩弧焊机进行高焊速自动焊接。整个焊接过程中铜与钢两种异种材料通过相互扩散作用连接，形成新的接头。
2.3 试验材料
试验材料为φ18×1×110的冷却管和150×100×δ52（16MnR）的管板。焊接材料为BFe10-1-1焊丝。
2.4 试验设备
红山生产的万能材料试验机，型号：WE-600。
2.5 试验方法
①在一块150×100×52（16MnR）的板上用管与管头氩弧焊机自动焊10根φ18×1 （BFe10-1-1）的冷却管（采用管材化学成分相当的焊丝），管头进行着色检查，切开两个焊接接头，其剖面用10倍的放大镜进行宏观金相检查；②按照工艺图纸（图1）焊接的冷却管拉脱力试验件二件，一件为组装后扩管，扩管后进行管头焊接，再进行强度胀接；一件为直接进行管头焊接，再进行强度胀接。③φ18×δ1 （BFe10-1-1）的冷却管试样进行抛光后，先用过硫酸铵溶液预先浸湿，后用柠檬酸、醋酸铅、硫代硫酸钠混合溶液进行浸湿，试样使被检测部位变蓝色，然后热风吹干在100倍显微镜下观察原管材与评定解剖试件的组织晶粒。
3 试验结果与分析
3.1 试验结果
①对上述检测试样分别进行检测，管头着色检查检测合格，评定级别为Ⅰ级；②放大检测后可见根部焊透；焊缝熔合；焊缝、热影响区无裂纹；③本次两件冷却管拉脱力试验件断裂位置在管材的中部（非焊接热影响区），焊接处无可见损伤，拉伸强度分别为329MPa，341MPa；④原管材晶粒度0.020～0.025，焊接后管材焊缝区和热影响区晶粒度0.025～0.023，变化不大。
3.2 试验分析
①理论上，手工氩弧焊或氧焊对冷却管与板上管焊接后，焊接部位晶粒变大进行拉脱强度试验时，其断口位置一般在焊接热影响区，其拉脱力为1.96MPa。本次φ18×1（BFe10-1-1）冷却管和（16MnR）管板焊接，拉脱强度均大于1.96MPa，证明焊接工艺焊接效果显著；②通过管头着色检测结果，检测评定为Ⅰ级，同时放大后发现熔合很好，无裂纹，无缺陷，说明该技术焊接后的焊缝质量高，能够同时满足密封及抗高拉强度要求；③原管材晶粒度与焊接后管材焊缝区和热影响区晶粒度相差无几，说明两种材料之间扩散作用明显，形成良好的均质接头；④在试验后期冷却器的实际运行中，温差应力的变化也没有导致裂纹或者泄漏。
4 结论
①通过上述试验可看出，CS-NiCu合金双金属焊接技术将CS-NiCu复合管板改为CS管板，在冷却管与碳钢管板之间形成结合紧密的焊缝，冷却管的机械性能不受影响，防腐性能也依然显著，不仅可降低制造成本与缩短制造周期，节约大量的有色金属，还体现该工艺在铜与钢异种材料焊接上的技术优势。
②铜与钢异种材料进行焊接，由于两种材料之间的物理性能及化学成分相差大，在进行焊接研究时，首先要进行焊接方法的探索和研究，采用多种焊接方法进行焊接试验，选择合理的焊接参数，通过对各种焊接参数条件下产生的焊接试件进行机械性能、金相检测、晶粒结构等分析后，最后确定焊接工艺。
③铜与钢异种材料的焊接接头组织变化复杂，如何提高焊接后熔合区的综合性能以及接头的机械性能、热力性能、防腐性能，都是异种材料焊接工艺研究的重难点地方。
④如今异种材料的焊接已不再稀少，理论上的焊接方法也有很多，且各具特色，但是在实际应用中，由于焊接过程中发生的复杂物理化学变化，不同的焊接部位以及焊接材料用同一种工艺进行焊接后，最后获得的接头效果均不太理想。因此，今后还应针对不同的异种焊接材料找到更加有针对性的方法，使焊接方法适应焊接过程中发生的物理化学变化，以满足构件的设计要求，获得更加优质的接头。
参 考 文 献
[1] 赵建军，丁学，马瑞林.异种难焊材料的焊接实用手册[M].安徽：安徽文化音像出版社，2005.
[2] 郭红.铜与不锈钢的真空钎焊[D].武汉：武汉理工大学，2003.
[3] 张秉刚，冯吉才.铬青铜与双相不锈钢异种材料电子束熔钎焊[J].焊接学报，2004，25（4）：43-45.
材料工艺应用 篇12
1)建筑节能的概念对于建筑节能的认知,目前普遍将在降低建筑能源消耗的基础上提升舒适度称为建筑节能。也就是说,凡是符合节能减排目标,既能通过对能源的科学合理配置提高其利用效率,又能进一步提高人们生活水平的都是符合建筑节能的目标和定义的。
2)建筑节能的意义目前我国正处于新型城镇化建设的关键时期,实现建筑行业朝着建筑节能方向的转变具有十分重要的意义,一方面可以有效改善目前环境污染严重的现状,提高人们的生活质量;另一方面也可以缓解国内目前能源需求和能源供给不足之间的矛盾,构建环境友好型社会。
2 建筑节能新材料的应用
1)新型节能墙体的应用目前建筑市场上节能墙体材料品种众多,新型墙体材料的使用率也越来越高。不同材料自然节能效果不同,因此在施工中需要结合实际情况开发应用新型节能墙体材料,以达到节能环保的目的。近年来发展较为迅速的新型建筑节能墙体材料主要有EIFS、SIPS、ICFS等,其中EIFS是应用最为广泛的一种材料,其主体是由聚苯乙烯泡沫塑料制成的保温板,中间是防水的聚合物砂浆基层,外面是美观持久的表面覆盖层,实用价值极高。此外,笔者认为我国的建筑行业可以适当借鉴发达国家在新型节能墙体材料的应用经验,发达国家在应用混凝土的时候通常是以工业废渣作为主要的原材料,加气混凝土的容重一般也保持在500kg/m3。
2)新型节能屋面的应用在建筑工程中,发展新型节能屋面材料与技术可以在一定程度上改善目前建筑屋面的保温性能。在施工过程中,全面有效应用这些节能新材料可以有效提高建筑工程的施工质量,提高资源利用效率,从而提高建筑工程的经济效益和社会效益。
3)新型节能门窗的应用在建筑物中,门窗的保温效果是建筑节能效果的关键影响因素。目前在门窗施工环节上,其施工工艺主要采用预留洞口的方式进行。此外,为了能够有效保证门窗的稳固性符合标准要求,现在通常是根据门窗的材料来选择不同的施工工艺,例如采用膨胀螺栓的方式或者焊接的方式等。
3 节能新技术的应用
1)绿色节能技术绿色节能技术是指在建筑中要尽可能地使用太阳能、风能、地热能等无污染、可再生的清洁能源绿色节能技术的应用对于提高建筑的资源利用效率,推动建筑行业实现经济效益、社会效益和生态效益的有机融合,以及改善居民的生活工作环境有着重要的意义。对此,在建筑规划时就要进行充分考虑和准备,例如为了能够充分利用太阳能,在规划建筑物时就要区别建筑物朝向的正确性,保证建筑物可以得到充足的太阳能,提高建筑舒适度。通过合理布置建筑环境可以有效利用综合环境增强通风效果,缩减空调能源的消耗此外,作为已经相当成熟的地热能源技术,目前已经被广泛的应用于地热制冷、地热供暖、地热泵、地热发电技术中,因此,加强对地热技术的研究力度,将其和建筑工程有效结合,对于改善建筑能源的使用效率有着重要的意义。
2)墙体保温技术一般来说,目前建筑墙体保温形式主要分为外保温和内保温,两种设定方式各有优缺点如果采用外保温,其所需的保温层面积就会减少,但是一旦措施处理不当容易出现各种问题,如耐久性降低、保温层开裂、脱落或渗水等;采用内保温便于施工,但是保温效果不佳。考虑到建筑墙体外保温和内保温的优缺点,当前部分建筑企业在施工过程中逐渐采用聚苯板与墙体一次成型技术并取得了良好效果。
3)太阳能节能技术太阳能技术属于绿色能源技术:一方面与其他绿色能源技术相比,太阳能应用技术更加成熟,目前很多城市都已经将太阳能作为路灯的主要能源就是个很好的佐证;另一方面是建筑物巨大的表面积为应用太阳能技术提供了先天优越条件。目前很多建筑物采用太阳能技术主要是在屋顶上安装太阳能热水器,笔者认为这完全不够,将太阳能系统融入建筑中,实现太阳能建筑一体化是必要的,当前城市化进程和住宅建设的迅猛发展为太阳能技术融入建筑中提供了一个良好的契机。当然,实现太阳建筑一体化也面临着诸多的难题,其中建筑中安装空间的局限使得太阳能只能够满足少数人需求、太阳能产品安装的随意性、缺乏便于安装又规范统一的相关标准等是当前建筑工程大规模应用太阳能技术亟待解决的问题。
4)热泵应用技术热泵作为一种高效节能装置,具有巨大的节能潜力,只是由于地区环境等外在因素的不同,所采用的热泵技术也有所差别,例如长江以南地区常采用的是以室外空气为低温热源,利用蒸发器中的液态制冷剂从室外空气中吸热蒸发的空气源热泵技术,建筑附近具有较好水质的天然水体则常使用以水位低温热源的水源热泵技术,我国北方地区则为了有效避免空气热源热泵在冬季运行易结霜的局限,多采用地源热泵技术,根本原因在于土壤的温度及其特性不受地表温度的影响,在冬季也能够正常使用
以上这些技术总体来说是相当成熟的,但由于成本过高,性能系数无法达到理想要求,因此在实际中虽然有所应用,但并没有得到大范围推广。近年来新出现的太阳能-空气双源热泵技术以室外空气为主要热源,以太阳能为辅助热源,将热泵技术和太阳能供热技术有机结合,不仅弥补了热泵技术单独工作存在的不足,更有效提高了热泵的性能系数,可以说是一种较为理想的热泵技术,在建设工程领域中有着广阔的发展前景。
5)智能控制技术建筑工程之所以会成为巨大的能耗用户,一方面是由建筑工程的本身特性所决定的,对于这一点需要积极研究新的节能技术和节能材料实现建筑节能的目的,但是建筑物内居民的能源使用不合理也是能源消耗巨大的重要原因之一。对于这一点,笔者认为可以现代的互联网信息技术为基础,开发新的智能控制技术,将能源的使用从人工控制转变为计算机控制,从而提高能源的利用效率,通过应用智能控制技术,建筑中的供冷、供暖、照明等能源需求较大的环节都可以借助计算机对实际环境的分析,采取最合理的措施,避免能源出现不必要的浪费。此外,在智能控制技术的支撑下,建筑物能够根据实际的天气状况最大限度地摄取太阳能资源,降低能源需求。当然,目前的智能控制技术的成本较高,尚不具备大规模应用的条件,但随着科学技术的不断发展,智能控制技术必将成为建筑节能工程不可或缺的一部分。
4 结语