新型材料和技术

新型材料和技术（精选12篇）

新型材料和技术 篇1

1 建筑产业材料资源使用存在的问题

1.1 建筑施工现场材料管理仍很薄弱

现目前, 绝大多数的建筑工程管理人员在对建筑资源的使用的监督上, 还存在着轻管理、重供应的思想观念, 仅仅考虑的是完成自身管理人员的任务, 却没有对材料实际使用的方式以及用量进行监督, 没有对材料是否合理使用并且是否具有较高经济效益进行评估。同时, 施工现场各项材料管理人员所配备的人员较为薄弱, 导致所有材料在现场都处于一个粗放的管理状态。各种建筑工程即将使用材料被被混合的堆放在一起, 针对建筑材料计量的设备也存在着计量不准的现象, 这一情况在很大程度上造成了建筑工程所使用的材料不合理。另外, 在基层人员使用相关材料进行建设的过程中的, 真正明白应该怎样利用资源的相关技术施工人员较少。正是这些建筑工程建造过程中的众多因素, 造成了施工现场资源管理工作紊乱现象的出现, 损害了企业经济效益。

1.2 材料资源使用中随意性比较大

在建筑施工过程中很多施工企业都没有制订详细的消耗定额, 甚至有的现场人员在没有经过技术部门同意的情况下就随意领取材料, 并且领料人员领取材料后严重浪费或者将其私下变卖, 这就在很大程度上造成了材料资源的浪费。甚至还有的建筑企业领导与材料管理人员串通而虚开发票将一些财经制度不准报销的东西通过材料出帐, 甚至开具没有任何实物内容的发票从材料出帐, 还有对周转材料及低值易耗品等一次性出帐, 之后便不管不问, 这就在一定程度上严重制约了材料资源合理综合利用的效率。

2 绿色施工节材和材料资源利用技术措施

首先, 建筑企业在进行施工的过程中, 必须要禁止使用、采购国家和地方政府主管部

门已经命令禁止的资源材料, 使用完全符合当地自然环境的以及发展需要的新型建筑材料和新型材料, 最大限度的保证的使用材料是合理采购的建筑材料资源等。同时, 还为了能够保证建筑工程质量并且不对周边环境带来任何污染, 并且深入的分析的牛

2.1 建筑企业实行材料节约奖励制度

建筑施工企业为了材料资源的综合合理使用, 提高施工人员节约材料的积极性, 建筑施工企业必须要实行材料节约奖励制度, 建筑企业实行材料节约奖励制度是一项比较繁重而又细致的工作, 在很大程度上关系到企业、个人与国家三者的利益, 因此建筑施工企业必须要积极、慎重、稳妥地进行, 必须要制定合理的材料消耗定额, 严格的材料发放制度与完善的材料消耗考核制度。一般情况下材料节约奖励制度有着两种形式, 一种就是规定超耗罚款标准, 控制施工现场材料超耗, 另外一种就是按照节约额的比例提取节约奖金, 奖励操作人员及有关管理人员, 只有有奖有罚才能使材料节约奖励制度变得更为完善。

2.2 实施建筑材料承包责任制

建筑施工现场材料承包责任制就是将建筑材料消耗过程中的材料落实到个人, 他是责、权、利紧密结合, 提高建筑材料资源综合合理利用为目的的一种经济管理手段, 它能为建筑施工企业提供比较可靠地材料资源预算, 能够为建筑施工企业完善建筑材料领用制度, 进而在最大程度上为企业节约材料资源。

2.3 合理使用周转材料

建筑施工过程中对于建筑模板以及金属脚手架等周转材料的严格按照合同使用, 也能在一定程度上达到节约建筑材料资源的目的。因此建筑施工企业必须要合理控制施工进度, 保证模板与脚手架的总投入量与工程进度相适应, 充分发挥其周转使用效率, 同时还要控制好工期, 尽量做到不拖延工期, 尽可能的降低建筑模板与脚手架的占用时间, 充分提高周转使用率, 最后还要做好周转材料的保管与保养工作, 借以通过延长周转材料的周转使用次数达到降低摊销费用的目的, 进而节约建筑材料。

2.4 建筑施工中材料的循环使用

建筑施工中材料资源的循环利用是一种节约建筑材料的重大措施, 通过建筑材料的循环利用, 可以充分挖掘材料的潜力, 在大限度的提高建筑材料的使用价值。建筑垃圾中的许多废弃物通过分捡、剔除或粉碎后, 大多可作为再生资源重新利用, 例如废钢筋、废铁丝与废电线经过分拣、集中、重新回炉后, 就可以再进一步加工制造成各种规格的建筑钢材, 废木材则可以通过相关的技术用于制造人造木材, , 将建筑污泥作为混凝土骨料和农业培土, 混凝土块作为填筑材料、路基材料、混凝土骨料。总而言之, 从环境与材料节约的角度看, 许多建筑垃圾都应该通过相关的技术进一步充分利用起来, 在保证物质生产和文明水平不断提高的同时, 还要有利于维护地球生态环境和资源利用, 使建筑材料真正成为可持续发展的产业。

3结束语

建筑施工过程中, 工程木方, 建筑木方、各种扣件、及建筑模板的浪费现象十分严重, 不符合我国的可持续发展要求, 因此建筑施工企业必须要推广使用绿色施工节材和材料资源利用技术, 尽可能做到建筑材料资源的综合利用。

参考文献

[1]杨昌鸣.张娟.建筑材料资源的可循环利用[J].城市建设理论研究, 2011年第30期.

[2]]郑永旺.对现场施工管理的认识[J].山西建筑2010 (03) .

[3]万利军.施工企业材料浪费与控制[J].林业科技情报, 2004年第03期.

新型材料和技术 篇2

一、安全帽材料要求

1.帽体：为ABS工程塑料（日本进口）； 2.帽衬和顶带栓绳用料：锦纶； 3.下颏带用料：棉、锦纶。二、一般要求

1.帽箍可根据安全帽标识中明示的适用头围尺寸进行调整。

2.帽箍对应前额的区域应有吸汗性织物或增加吸汗带，吸汗带宽度大于或等于帽箍的宽度。

3.系带应采用软质纺织物，宽度不小于10mm的带。4.不得使用有毒、有害或引起皮肤过敏等人体伤害的材料。

5.材料耐老化性能应不低于产品标识明示的日期，正常使用的安全帽在使用期内不能因材料原因导致其性能低于GB 2811—2007的要求。所有使用的材料应具有相应的预期寿命。

6.当安全帽配有附件时，应保证安全帽正常佩戴时的稳定性。安全帽应不影响安全帽的正常防护功能。

7.质量：普通安全帽不超过430g；防寒安全帽不超过600g。

8.帽壳内部尺寸：长：195mm~250mm；宽：170mm~220mm；高：120mm~150mm。9.帽舌：10mm~70mm。10.帽沿：≤70mm。

11.佩戴高度：按照GB/T 2812—2006中4.1规定的方法测量，佩戴高度应为80mm~90mm。

12.垂直间距：按照GB/T 2812—2006中4.2规定的方法测量，垂直间距应≤50mm。

13.水平间距：5mm~20mm。

14.突出物：帽壳内侧与帽衬之间存在的突出物高度不得超过6mm，突出物应有软垫覆盖。

15.通气孔：当帽壳留有通气孔时，通气孔总面积为150mm2~450mm2。16.按照提供给中国石化集团管道储运（分）公司安全环保监察处的样品发送安全帽。

三、基本技术性能

1.冲击吸收性能：按照GB/T 2812—2006中4.3规定的方法，经高温、低温、浸水、紫外线照射预处理后做冲击测试，传递到头模上的力不超过4900N，帽壳不得有碎片脱落。

2.耐穿刺性能：按GB/T 2812—2006中4.4规定的方法，经高温、低温、浸水、紫外线照射预处理后做穿刺测试，钢锥不得接触头模表面，帽壳不得有碎片脱落。

3.下额带的强度：按照GB/T 2812-2006中4.5规定的方法，下颏带发生破坏时的力值应介于150N~250N之间。

四、特殊技术性能

1.电绝缘性能：按照GB/T 2812-2006中4.7规定的方法进行测试，泄漏电流不超过1.2mA。

2.侧向刚性：按照GB/T 2812-2006中4.8规定的方法进行测试，最大变形不超过40mm，残余变形不超过15mm，帽壳不得有碎片脱落。

五、标识

每顶安全帽的标识由永久标识和产品说明组成。

（一）永久标识

刻印、缝制、铆固标牌、模压或注塑在帽壳上的永久性标志。必须包括： 1.适用的安全帽标准编号;2.制造厂名;3.生产日期(年、月);4.产品名称（由生产厂命名）;5.产品的特殊技术性能;6.使用者所在企业标识。

（二）产品说明

每个安全帽均要附加一个含有下列内容的说明材料，可以使用印刷品、图册或耐磨不干胶贴等形式，提供给最终使用者。必须包括：

1.声明：“为充分发挥保护力，安全帽佩戴时必须按头围的大小调整帽箍并系紧下颏带”；

2.声明：“安全帽在经受严重冲击后，即使没有明显损坏，也必须更换”； 3 声明：“除非按制造商的建议进行，否则对安全帽配件进行的任何改造和更换都会给使用者带来危险”；

4.是否可以改装的声明；

5.是否可以在外表面涂敷油漆、溶剂、不干胶贴的声明； 6.制造厂商的名称、地址和联系资料； 7.为合格品的声明及资料； 8.适用和不适用场所； 9.适用头围的大小；

10.安全帽的报废判别条件和保质期限;11.调整、装配、使用、清洁、消毒、维护、保养和储存方面的说明和建议； 12.使用的附件和备件(如果有)的详细说明。

六、包装

1.每顶安全帽应有生产合格证和检验证，生产许可证编号。

2.安全帽出厂装箱，应将每顶帽用纸或塑料薄膜做衬垫包好再放入纸箱内;装入箱中的安全帽必须是成品。

3.箱上应注有产品名称、数量、重量、体积和其他注意事项等标记。4.每箱安全帽均要附说明书。

5.给厂（处）级单位提供合格的出厂检验报告。

七、鉴于上海海棠头盔厂2009年已经过安全标志年审检验，上海海棠头盔厂在2010年6月底前发送安全帽时，须提供地方政府有检验资质的机构出具安全帽的一般要求、基本技术性能、标识的检验报告，提供本厂电绝缘性能的检验报告。2010年6月底之后发送安全帽，须提供地方政府有检验资质机构出具的上述所有技术要求的检验报告。

新型材料和技术 篇3

[摘 要]光电材料制备与加工技术是光电材料专业的必修课，该课程涉及内容广泛和实践性很强。结合新型的教学技术和实际教学情况，提出在教学过程中引入微课教学和创新实验教学等新型教学方式，提高学生的学习热情和学习效率，改善教学质量，实现光电功能材料专业人才培养，提高学生就业和创业的竞争力。

[关键词]光电材料；微课教学；创新实验教学

[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2016）02-0123-02

信息、能源和材料是目前国民经济的三大支柱，尤其自20世纪90年代末开始，世界各国积极发展光电市场，极大促进了光电产业的发展。光电产业以光电技术为核心，光电材料制备为基础，实现光电器件的生产与制造，光电产业涵盖发光二极管、光伏发电、光通信、激光等各领域。光电产业作为一门新兴的高新技术产业，自2004以来一直快速稳步增长，据预计2015年其产值将达9631亿美元。光电产业将成为21世纪最大产业，各个国家对于该产业发展及其人才培养都投入了大量的人力物力，例如美国率先在亚利桑那大学建立“美国光谷”，我国也在武汉也建立“中国光谷”。光电产业被认为是21世纪全球经济发展的“战略性行业”之一。目前，发达国家光电产业非常完备，已进入大规模商业化阶段。而我国光电产业尚在起步阶段，光电技术及光电人才的不足极大影响了光电产业的发展。光电产业的发展急需大量的具有扎实的半导体物理、光电技术和材料制备技术等基础知识的综合性人才，尤其是偏重于光电材料及其制备方面的工程类人才极度欠缺。为了迎合光伏产业发展的需求，各高校积极培养光电材料方向的创新性技术人才。辽宁工业大学材料科学和工程学院开设了光电材料和器件方向专业，积极培养光电材料方向人才。光电材料制备与加工技术是光电材料与器件专业的必修课，介绍了各种光电器件的基本结构、工作原理和各种制备工艺，着重从材料制备和性能的角度出发，主要阐述了光电材料的制备技术以及材料的成分、结构及缺陷和对各种光电器件的影响。由于该课程开课时间较晚，课程内容较新，如何讲授好光电材料加工与制备技术这门课仍然在探索过程中。

一、教学中存在的问题

1.光电材料制备与加工技术课程的综合性较强，几乎涵盖了信息、能源和材料三大领域，因此教学内容比较广泛而且抽象，使学生难以理解，各个知识点也比较分散，课程学习的连续性差。一般课程安排只有40学时内，因此很难在规定的学时内将所有内容讲授清楚，尤其对于材料科学与工程学院的学生，半导体物理方面知识比较薄弱，对于光电器件的理解不够透彻，更增加了讲授难度。

2.该课程涉及的制备及加工技术部分的实践性较强，很多的生产设备及其工艺过程很难用简单的示意图来表达清楚，单纯的理论教学不能满足学生对光电材料的直观认识，导致教学效果不佳。如果能够带领学生到半导体企业和光电器件生产企业参观实习，较为理想，但是受多数高校条件限制，无法满足学生实习需求，例如：辽宁工业大学所处区域范围内的半导体企业较少，异地实习所需时间较长，花费较大，难以满足学生需求。

3.光电材料制备与加工技术也是一门创新性较强的学科，光电材料发展非常迅速，相对而言，其教材教学内容相对滞后，如何使学生紧跟学科前沿，了解最新学科动态，培养认识事物探索知识能力，成为创新性技术人才是另一难题。

针对以上提出的教学难题，本论文提出几种教学方案，通过引入微课教学和创新实践教学，提高学生学习热情，进而提高光电材料制备与加工技术课程教学质量。

二、微课教学的引入

微课教学概念是在当前通信技术发展的基础上出现的一种新型的教学手段，以其直观可视、短小精悍、重点突出等特点，在高等教学界受到教育工作者的极大重视，并应用到教学中，取得十分理想的效果。微课教学是以视频教学为主要载体，围绕某个知识点开展的简短、完整的教学活动。这种教学视频，学生可以随时随地的通过各种移动终端的接受设备，比如手机、手提电脑等加以展示，利用自己零散的碎化时间来快速学习自己想要了解的知识点和教师在课堂上的教学内容。

光电材料制备与加工技术这门课程所包含的光电材料及器件较多，知识点比较分散。光电器件包括各种太阳能电池、光电倍增管、发光二极管、摄像管和光电二极管等；光电材料包括光伏材料、光电子发射材料、光电导材料、透明导电薄膜材料和光电显示材料等。然而由于课程学时限制，无法将所有器件和材料情况一一阐述，例如，本课程的第三章太阳能电池制备，主要介绍各种太阳能电池的工作原理、结构以及电池工艺过程，其中所涉及的电池种类繁多，知识点零散，无法利用课堂有限时间将所有电池的工作原理和结构一一阐述。在本课程引入微课教学，将部分太阳能电池的结构和光电转换通过视频的形式展示出来，而且每个视频包含一个知识点，授课目的明确，充分发挥多媒体教学的优势，学生通过直观观察可以更好的理解，达到教学目的。

光电材料制备与加工技术课程涉及的制备及加工技术部分的实践性较强，很多的生产设备及其工艺过程难以用文字和简单图形表达清楚，导致学生理解困难，失去学习兴趣，无法达到教学目的。例如，在讲授单晶硅光电材料制备工艺流程时，单晶硅的制备包括：籽晶的制作、原料的清洗与处理、装料、多晶硅熔融、种晶、缩颈、放肩、等径以及收尾等多步工序，工艺过程繁琐，仅从简单的工艺流程图很难讲述清楚。而利用微课教学模式，可以通过模拟单晶硅现场的工艺过程将整个单晶硅制备流程视频展示出来，学生可以通过观看生动的视频，进而了解单晶硅生产的整个过程，该种教授形式直观、生动，便于理解，解决了学生无法现场实习的问题。

微课教学作为一种新型的教学模式，教学形式灵活、授课时间短，不再局限于课堂，学生的注意力集中，提高了学习效率。微课教学充分利用学生的课外时间，进行知识传授，可以很好解决课时不足的问题，拓展了学生的知识面，具有重要的意义。

三、创新实验教学引入

培养创新性的人才是目前光电材料学科的关键问题，也是难题之一。相对于光电科学发展的速度，课堂内的教学受时间限制，教学内容相对滞后。为了使学生了解最新光电材料发展动态，应调动学生学习热情，拓展学生视野，进而提高学生创新能力。本文提出在光电材料制备与加工技术的教学环节中引入创新性的实验，将先进光电材料生长设备和光电检测设备引入课堂，开展一系列的光电材料制备和器件性能测试实验，让学生掌握各种光电材料的制备流程，熟悉光电器件的工作原理，起到事半功倍的作用，同时还可以让学生在实验过程中不断思考和探索一些前瞻性的科学研究问题。例如，磁控溅射制备光电薄膜材料实验，通过现场操作和原理讲解，使得学生能够深刻理解光电薄膜的生长过程、生长原理，引导学生思考如何提高光电薄膜材料质量等问题，培养学生的创新思维。此外，可以在教学过程中将教学和科研统一起来，引导学生参与教师的科研工作，形成对科研工作的感性认识，进而培养学生的创新精神。

四、结语

光电材料制备与加工技术是一门综合性和实践性较强的新兴学科，课程几乎涵盖了信息、能源和材料三大领域，要求光电材料方向人才不仅具有较广泛的基础知识，也要具有较强的创新能力。在教学过程中，引入微课教学和创新实验教学，微课教学形式灵活、授课时间短，不再局限于课堂，提高了学习效率，可以很好解决课时不足的问题，拓展了学生的知识面。创新实验教学不仅能拓展学生视野，还能培养其探索事物的能力，提高其创新的能力，使他们成为创新性技术人才。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 谢卫红.科研促进教学的途径[J].中国冶金教育，2007（2）：75-77.

[2] 胡铁生，黄明燕，李民.我国微课发展的三个阶段及其启示[J].远程教育杂志，2013（6）：36-42.

[3] 朱晓东.材料专业物理化学教学改革探索[J].教育与教学研究，2011（12）：90-92.

室温磁致冷技术和材料的发展 篇4

制冷技术目前已广泛应用于现代社会生活的方方面面,关系到国计民生的各个重要领域。目前实现制冷的方法主要有气体压缩膨法、物质相变法、半导体温差电效应法等,其中气体压缩膨胀冷法在空调、电冰箱等民生方面应用最为广泛。但是这种气体压缩膨胀的制冷方式效率比较低,工作噪音大,并且选用氟利昂作为制冷介质。氟利昂,又名氟里昂,源于英文名称Freon,对大气臭氧层有极强的破坏作用,使地球上出现许多臭氧层空洞,有些漏洞甚至超过了非洲大陆的面积,目前根据相关法律已禁止其继续使用。因此,如何寻求一种高效、环保的制冷方法成为全世界关注的话题。磁致冷因其无污染、效率高、消耗低等优点,是一种理想的替代方法,引起了各国科研人员的兴趣。

1 磁致冷技术的发展历史

磁致冷技术已有一百多年的历史,关于磁致冷的研究最早可追溯到19世纪末。1881年,Warburg通过实验首先发现了金属铁在外加磁场中的热效应。之后,P Langeviz在1895年发现了热磁效应,Debye和Giauque又分别于1926年和1927年通过理论推导出可以利用绝热去磁制冷的结论。从此,磁致冷技术逐步发展。目前,低温磁致冷技术已经较为成熟,现已成功地应用在低温(20K以下)范围,达到了实用化。

室温磁致冷技术的研究起步相对较晚,大规模的研究从20世纪70年代开始。1997年,美国Ames实验室发现了Gd5Si 2 Ge 2的巨磁热效应,该合金的熵变值达到了金属Gd的2倍,居里温度也达到了276K,非常适合用于室温制冷的要求。这样,室温磁致冷材料和技术的研究立刻成为了科技界的热点。美国、日本、欧洲等发达国家在该领域投入了大量的人力、财力,取得了较为显著的研究成果,使他们在这方面的研究处于世界领先水平。我国对磁致冷技术的研究起步相对较晚,从“九五”期间开始加大资金投入,开启了磁致冷技术的正式研究工作,目前国内有包头稀土研究院、中科院物理所、北京科技大学、四川大学、南京大学等研究机构和高校开展这方面的研究工作,并取得了丰富的研究成果。

室温磁致冷机的研究是从20世纪70年代。1976年,美国的Brown利用Gd作为磁工质制作了世界上第一台室温磁致冷样机。1985年,日本的青木亮三设计了用永磁体提供磁场的样机。1997年,美国的C.Zimm设计了可以连续运转的往复式样机,该样机以Gd为磁工质,超导磁体作为磁场,制冷功率达到600瓦,制冷效率相当于60%的卡诺循环效率。但是,该样机运行需要由超导磁体来提供5特斯拉的磁场强度。2003年,日本设计了一台永磁式往复式样机。2006年,包头稀土研究院研制了一台以Gd和Gd的合金为磁工质的样机,其自行组装的永磁磁场强度达到1.6特斯拉,最大致冷温差达到18℃,最大致冷功率达到35w,该技术居国内领先水平。

2 磁致冷的相关理论与原理

2.1 磁熵理论

磁致冷是利用磁性材料的磁熵变化过程中吸热和放出热的制冷方式。从热力学观点看,磁致冷物质由自旋体系、晶格体系和传导电子体系组成,它们除了各自具有的热运动以外,各体系间还存在着种种相互作用,并且进行着热交换。当磁性工质达到热平衡状态时,各体系的温度都等于磁性工质的温度。磁性工质的熵为磁熵、晶格熵和电子熵的总和。

在不考虑压力影响的情况下,磁性材料的其热力学性质可用吉布斯函数G(M,T)来描述(磁场为H,温度为T,压力为P)。

体系的吉布斯函数进行微分可得到熵:

磁化强度:

熵的全微分:

在恒磁场下定义磁比热CH:

由方程(1),(2)可得:

将(4),(5)代入(3)得:

对方程(6):

(Ⅰ)绝热条件下,d S=0

(Ⅱ)等温条件下,d T=0

(Ⅲ)等磁场条件下,d H=0

如能通过实验测得M(T,H)及CH(H,T),则根据方程可确定ΔT及ΔSM。

2.2 磁致冷循环的原理

磁致冷循环的制冷循环如图1所示。磁致冷材料的磁矩在无外加磁场情况下处于无序状态,磁熵较大;当磁致冷材料绝热磁化时,磁矩在磁场作用下与外磁场平行,磁有序度增加,磁熵值降低,向外界放出热量(类似于气体压缩放热的情形);相反,当磁致冷材料绝热去磁时,材料的磁矩由于原子或离子的热运动又回复到随机排列的状态,磁有序度降低,磁熵增加,材料从外界吸收热量,使外界温度降低(类似于气体膨胀吸热的情形);不断重复上面的循环,就可实现制冷目的。

3 磁致冷材料的种类及研究现状

20世纪90年代中期以前,关于室温磁致冷材料的研究主要集中金属Gd上,该金属4f层有7个未成对电子,居里温度为293K,在近室温区并且具有较大的ΔTa d和ΔSM。到了1997年,美国的K.A.Gschneidner和V.K.Pecharsky发现了Gd5(Si,Ge)4合金中在室温区达到Gd的2倍,在这之后,其他具有大的磁熵变的磁性材料也相继发现。

3.1 La-Fe-Si 化合物

中科院物理所发现的La-Fe-Si化合物呈立方Na Zn13型,随着Si含量的改变,材料的居里温度TC发生变化,Si含量越多,TC越高;材料的磁熵变值随Si含量的增加而减小。尽管La(Fe13-xSix)在低Si含量时相变点附近的熵变值很大,但是相变温度低于室温,对其应用有一定的影响,因此提高相变点温度同时又保持化合物大的磁熵变在此类化合物的研究中显得尤为必要的。

3.2 La-Ca-Mn-O 氧化物

香港科技大学和南京大学先后发现了ABO3型La-CaMn-O氧化物,这是迄今为止发现的唯一具有显著磁热效应氧化物。在对La-Ca-Mn-O进行La、Mn位适当掺杂后,可实现其居里温度的调整,并且这类化合物成本较Gd5(Si,Ge)4合金低,但是磁热性能与其他磁致冷材料偏低,要在磁制冷技术中进行应用,其磁热性能还需进一步提高。

3.3 Mn-Fe-P-As 化合物

荷兰Amsterdam大学发现的Fe2P型的Mn-Fe-P-As具有磁场诱发的一级磁相变,Mn-Fe P0.45As0.55的相变温度高达307K,并且在5T外场变化下的磁熵变与Gd5(Si,Ge)4合金几乎相当。但是As是一种剧毒化学元素,如何采取改进措施,利用其他元素来代替As又不影响其磁热性能,成为该合金是否能直接应用的磁制冷技术中的关键。

4 结语

新型材料和技术 篇5

1.2纳米生物材料和技术可用于肿瘤的早期检测

1.2.1纳米颗粒 纳米材料通过双功能螯合剂或物理包埋的方法将同位素与纳米材料连接，再将可与病变组织特异结合的靶向分子连接到纳米材料上。纳米颗粒作为影像的对比剂，一方面靶向肿瘤显像，另一方面还可携带药物[1]。

1.2.2悬臂梁 纳米装置悬臂梁一端被瞄定，能被控制来与特定分子结合，而这种特定分子代表与癌有关的某些改变。当这些分子结合到悬臂梁上，表面张力会发生改变，导致悬臂梁弯曲。通过检测其弯曲，科学家们能够判断是否存在与癌有关的一些分子。

1.2.3纳米孔 经过改进的基因码阅读方法可以帮助研究者检测到可能引发癌症的基因错误。纳米孔一次只允许DNA穿过一条链，科学家能够检测链上每个碱基的形状和电特性，使DNA测序效率更高，从而来获取编码信息，包括与癌有关的编码错误。

1.2.4纳米管 纳米管是大小约为一个DNA分子直径一半的碳棒，它不仅能检测改变基因的出现，还能帮助研究者查明那些改变的准确位置。

1.2.5量子点 半导体量子点纳米级的光辐射颗粒，具有独特的光学及电子特点，其亮度高而稳定，并可发出不同的荧光颜色，量子点与肿瘤抗原连接后形成影像，从而对肿瘤进行诊断。

1.2.6纳米生物传感器 纳米生物传感器通过靶向分子与肿瘤细胞表面标志物分子结合，利用物理方法来测量传感器中的磁信号、光信号等，可实现肿瘤的定位和显像，有利于肿瘤的早期诊断。

1.2.7纳米机器人 用纳米微电子学控制形成纳米机器人，尺寸比人体红细胞还小。将纳米机器人从血管注入人体后，可经血液循环对身体各部位进行检测和诊断[2]。

新型材料和技术 篇6

一、市场空间分析

“非放射性环保蓄能发光材料”的出现，打破了近百年来国内外以硫化物为主的发光材料传统，引发了第三次发光材料的革命浪潮，大大拓宽了蓄能发光材料的应用领域和使用范围，市场前景极为广阔，销售市场极为乐观。该产品具有快速增长的市场潜能，能保持较长久的市场竞争优势。

二、技术特点

该技术是在经历了化学沉淀法、水热合成法后利用高温固相法工艺流程而成。该技术具有安全、节能、无污染、投资小、成本低、生产工艺简单等特点，无论是在价格、品质上与第一代发光材料相比都占有绝对优势。

三、性能特点

该发光材料具有显著的节能、环保、安全、免维护、应用范围广等优点。1、该发光材料在自然光（日光）、灯光等可见光下照射6-8分钟后，夜晚或暗处可持续发光12小时以上。2、该发光材料不需任何包膜处理，可长期经受日光曝晒，在高温（+450℃）及低温（-50℃）等恶劣环境照射下，不发黑、不变质，在自然环境下，保持良好的发光状态，使用寿命达30年以上。3、该发光材料无毒，无害，无放射性物质，不燃烧，不爆炸，不含磷、铅和其它有害重金属元素或化学制品，无三废污染；使用时不需电源或其它人工能源，充分利用自然光源，其吸光蓄光发光过程可无限循环，永久使用。4、能制成100目-500目不同粒径的产品（粒径0.5-200um），很容易与油漆、油墨、涂料、塑料等混合使用，适合不同行业的产品制造。5、发光颜色品种齐全，本技术可生产出黄、黄绿、绿、蓝绿、深蓝、蓝紫、红、橙红等多种发光颜色的材料。

四、生产条件及投资预算

主要设备：1.高温焙烧炉；2.坩埚。3.厂房面积：50平方米（小型规模）-500平方米（大型生产规模）4.生产条件：通电、通水、通风。5.资金：小型规模（年产400kg左右计）需资金5000-8000元左右；大型规模（年产15吨左右计）需资金22万元左右。6.原材料易购。本产品的主要原材料是以稀土类化工原材料为主采用特殊工艺制作而成。我国是世界上稀土资源最为丰富的国家，目前我国稀土生产量占世界总产量的70%，成为世界第一位稀土生产大国，因而本产品的原材料在国内非常易购。

五、经济效益分析

新型材料和技术 篇7

近代金属切削刀具材料从碳素工具钢、高速钢发展到今日的硬质合金、涂层硬质合金、陶瓷、立方氮化硼等超硬刀具材料, 使切削速度从每分钟几米飚升到千米乃至万米。随着数控机床和难加工材料的不断发展, 刀具实有难以招架之势。要实现高速切削、干切削、硬切削必须有好的刀具材料。在影响金属切削发展的诸多因素中, 刀具材料起着决定性作用。

2006年美国刀具消耗中刀片的材料消耗分别是:硬质合金占76.7%, 陶瓷刀片6.7%, 金属陶瓷刀片4.7%, cBN和PCD等超硬刀片8.8%, 其它刀片占3.1%;硬质合金刀具材料和涂层技术持续不断地发展, 使得其在现代切削中占有的市场份额越来越重, 不断地侵蚀着高速刀具的市场份额。高速钢材料也有长足的进步。对于某些刀具和加工状态而言, 高速钢刀具因具有良好的强韧性仍然占有一定份额。2003年全世界金属切削刀具 (不包括锯削刀具) 消费总额达到约110亿美元, 其中刀片和刀杆占48% (52.8亿美元) , 高速钢刀具占36% (39.6亿美元) , 整体或焊接硬质合金刀具占16% (17.6亿美元) 。

新型材料和技术 篇8

中国是最大的发展中国家, 经济的持续快速增长带动了建筑业的迅猛发展。目前, 计算机技术已经渗透到各个领域, 建筑业作为我国的支柱产业之一, 其迅猛发展也得益于计算机技术的迅速发展。本文仅就计算机技术在新型材料设计和建材质量检测中的应用情况进行探讨。

1 利用计算机技术进行新型材料设计是发展新型建筑材料的重要手段

建筑材料在长期使用中经受风吹、日晒、雨淋、磨损、腐蚀等作用, 其性能会逐渐变化, 合理选用建筑材料至关重要。由于建筑材料的用量很大, 其费用通常占到工程总造价的50 %以上, 直接影响到工程成本, 因此, 在选用建筑材料时, 既要考虑安全、经久耐用等技术性能, 同时又必须兼顾经济性。开发经济实用、性能高的新型建筑材料, 具有十分重要的现实意义。

新型建筑材料是区别于传统的砖瓦、灰砂石等的建筑材料新品种, 具有轻质、高强、保温、节能、节土、装饰等优良特性。采用新型建材不但可以使房屋的功能大为改善, 还可以使建筑物内外更具现代气息, 满足人们的审美要求;有的新型建材可以显著减轻建筑物的自重, 为推广轻型建筑结构创造了条件, 推动了建筑施工技术的现代化, 大大加快了施工速度。

材料设计通常分为3个层次。一是微观层次, 即运用统计力学与量子力学的原理来研究原子与分子的集体行为;二是显微层次, 其大小在微米以上, 研究的对象是许多原子或分子在一定范围内的平均性质如形变、磁性等, 一般用连续统计方程来描述;三是宏观层次, 如宏观性能、生产流程与使用性能之间的关系、材料的断裂以及微观结构的形成等。

计算机技术可以将3个层次的因素都考虑在内, 通过建立模型和计算机模拟, 得出符合预期性能的新材料的最佳成分、最佳结构和最合理的工艺流程。将计算机的高速计算能力、巨大的存储能力和逻辑判断能力与人的创造能力相结合, 可以对材料设计提出创造性的构思方案;可从存储的大量资料中进行检索和方案比较;可在总体设计和局部设计中进行大量的、非常复杂的数学和力学计算;可对设计方案进行综合分析和优化设计, 确定设计图样, 提供组织生产的管理信息等。这种设计方案大大提高了设计质量, 缩短了设计周期, 为开发新型建筑材料和发展新工艺创造了条件。

2 计算机技术在建材质量检测中的应用对建筑工程质量的提高起到了显著作用

早在20世纪50年代, 我国建材行业就开始了自动化的研究、开发与应用, 当时主要是建材参数检测和单回路调节, 从20世纪70年代开始进行模拟和数字计算机的应用研究。20世纪80年代以来, 随着计算机技术的应用, 建材工业自动化的发展速度较快, 分析检测仪器和装备也得到了较大的发展, 检测机构的业务量不断增加, 竞争也日趋激烈。伴随着计算机网络和软件的普及, 多数检测机构已经着手信息化建设, 在不同程度上组建了局域网, 并开发或购买了检测信息管理软件系统, 改变了建材行业信息化管理落后的局面。

在工程项目的质量监督与控制中, 应用计算机技术是促进建筑业技术进步的重要手段。在建筑材料质量检测中推广应用计算机技术, 对提高建筑产品的质量、经济效益和环境效益起到了重要作用。目前, 混凝土材料质量检测中的计算机应用技术已经有了比较大的发展, 出现了一批用于试验管理和报表打印的计算机软件。这些系统包括了建筑企业一级试验室所应承担的所有检测项目, 具有材料质量检测、配合比设计数据的录入、检验结论和试验报告的生成、查询、统计和用户权限管理等功能, 并可以在网络上实现信息资源共享。

计算机管理为建筑材料检测试验信息的利用提供了方便快捷的统计查询手段, 不仅可以协助试验室管理人员安排试验计划, 提供试验量统计, 而且能为工程管理者提供必要的质量控制统计信息, 对通用水泥等建筑材料的质量进行分析评定, 为建筑主管部门进行工程质量监督与控制提供参考。

采用计算机进行混凝土配合比辅助设计, 以设计出强度合格又比较经济的混凝土配合比是试验室的重要任务, 也是近年来施工领域研究的重要课题。试验室根据采集仪所采集的建筑材料的原始试验数据, 自动计算生成试验报告。目前已开发的计算机系统包括业务委托书管理、试验数据接收、试验报告生成、报告数据管理、系统维护、系统查询、试验项目标准的初始设置、设计工具等模块, 实现了混凝土试块、砂浆试块、小砌块 (体) 、烧结普通砖、水泥土、烧结多孔砖、水泥安定性、水泥强度、钢筋原材、焊接钢材、钢筋复试、混凝土芯样、混凝土抗渗、混凝土抗折、混凝土回弹、混凝土配合比、砂浆配合比、防水材料、油漆、涂料、铝合金门窗、PVC 管材 (件) 、开关、插座、电线 (缆) 、粉煤灰、砂检测、石检测、砂浆灌入法测强、植筋拉拔、绝缘阻燃电工套管、原位轴压法测定砖砌体强度、室内环境检测、脚手架用钢管壁厚检测、脚手架用扣件力学性能检测、脚手架用钢管力学性能检测、沥青、承载比 (CBR) 试验、路基土压实度 (环刀法、灌砂法) 、沥青路面渗水、沥青路面抗滑性能、沥青混凝土路面钻芯密度测定、沥青混合料中最佳沥青用量试验、沥青软化点试验、烧失量试验、粗集料筛分试验、细集料筛分试验、砂筛分试验、集料压碎值试验、集料含泥量试验、粗集料磨耗试验、细集料当量试验等100多种常用建材性能检测项目数据的网上委托、网上银行支付费用、试验数据自动采集、数据处理、报告复核、报告审核、报告打印、报告汇总、不合格月报及混凝土、砂浆试块强度等级的评定等全过程的自动化控制管理, 试验中不需要人工干预, 提高了工作效率和管理水平。

3 结语

金属材料的运用和热处理技术 篇9

1 金属材料的运用

1.1 多孔金属材料的应用

作为一种新兴的功能性材料, 多孔金属材料具有渗透性好、耐高温、耐腐蚀等特性, 目前在工业领域, 通讯领域、国防领域和环保领域有着广泛的应用。

1) 过滤与分离

多孔金属良好的渗透性决定其成为过滤器的理想制备材料, 多孔金属用作分离媒介, 其孔道对固体粒子进行阻流和捕集, 对气体或液体进行过滤分离, 进而实现其过滤分离作用。多孔金属制成的过滤器还可以用于厌氧细菌的生长、钢铁厂中高炉煤气的净化、原子能工业中硫化床尾气过滤、纺织和造纸业中去除染料颗粒和污水处理、石化行业中排除石油钻井的泥沙等。

2) 能量吸收

汽车的防冲挡、宇宙飞船的起落架等能量吸收装置都是利用多孔材料的能量吸收性质, 基于这一性质, 多孔材料还可以作为燃气轮机等排气系统的消音材料等, 展现了良好的消音效果。

3) 电极材料

蓄电池、燃料电池、空气电池中的电极大多采用多孔镍制成, 用轻质高孔率的发泡沫基板等金属材料代替传统烧结基板可减少镍的消耗, 并且提高能量密度。

4) 流体分布与控制

石油化工和冶金工业中青铜、镍、不锈钢等烧结成的多孔板作为流体分布板;多孔不锈钢用于控制火箭鼻链体偏航指示仪外壳的冷却液;多孔材料还可用于制作自动化系统中的信号控制延时器。

5) 热交换

多孔金属是热交换器和加热器的理想材料, 气孔体可作为热交换器和散热器, 并且具有较高的效率和使用性能。此外, 泡沫钢可以用来制作汽车发动机的排气支管;多孔金属还可以用来制作灭火器。

6) 电磁屏蔽

目前电磁波辐射日益严重, 信息外漏和信号干扰情况普遍, 三维网状的铜和镍空隙之间互相连通, 具有电磁波吸收性能, 可用于电磁屏蔽, 小巧轻便、散热、且屏蔽效果好。

1.2 纳米金属材料的应用

纳米金属材料具有纳米级尺寸的组织结构, 具有良好的力学性能和功能特性, 在航航天事业中, 用于航天飞行器机身以及辅助装置的制造材料。目前, 纳米金属材料主要应用于以下几种领域。

1) 高硬度和耐磨WC—Co纳米复合材料

纳米结构的WC—Co硬度高, 且耐磨性能好, 目前应经广泛应用于保护涂层和切削工具的制造, 工业中, WC—Co纳米合金的使用量非常大。

2) 铝基纳米复合材料

铝基纳米复合材料在非晶基体上弥散分布着纳米尺度的a—Al粒子, 具有极高的强度和抗疲劳性能, 通过加工, 部分非晶态合金可以转变为晶体, 是高强度部件的首选材料。

3) 电沉积纳米晶体镍

电沉积薄膜具有柱状晶结构, 在350K时径粒长大, 通过加入溶质使其结构稳定, 适合用作管材内部的涂覆材料。

2 热处理技术

金属材料经过热处理技术可以提高金属质量性能, 增强可塑性, 但是材料内部化学组成和化学性质并未发生改变。传统热处理分为基本热处理、表面热处理和化学热处理, 随着金属材料与现代科学技术的发展, 许多新型热处理工艺相继出现, 如真空热处理技术、感应淬火热处理等。

2.1 传统热处理技术

1) 基本热处理

基本热处理是通过适当的加热处理改善工件的组织和结构性能, 其温度区间变化如图所示。

退火过程是将工件加热到一定温度后, 再进行缓慢冷却, 从而使工件硬度降低, 可塑性增强。正火是将金属材料加热到Ac3以上温度, 此温度下保持一段时间后, 将其取出, 在空气中冷却。与退火相比, 其强度、硬度、韧性较高。猝火是将金属材料加热到Ac3或Acl以上某一温度, 大于临界冷却速度获得马氏体组织, 淬火后必须配以适当的回火工艺, 增强工件性能, 延长使用寿命, 常用的淬火方法有单液淬火、双液淬火和等温淬火。

2) 表面热处理

表面热处理主要对工件裹层进行热处理, 表面淬火处理前需要进行正火处理或调质处理, 然后快速加热使金属材料迅速升温, 直至猝火温度, 材料内部尚未存在热量传导时, 冷却, 进行低温回火处理。此时材料表层获得硬而耐磨的马氏体组织, 且材料内部性能完好。通常中碳或中碳合金钢材料适合表面淬火工艺。

3) 化学热处理

化学热处理是将介质中的活性原子加入材料表面, 从而改变材料表面的结构性能, 使其抗疲劳性、耐磨性和抗蚀能力增强。化学热处理常用方法有渗碳、渗氮和碳氮共渗等。

2.2 热处理新工艺

1) 真空热处理技术

真空热处理是将真空技术与热处理技术相结合, 其部分在真空状态下进行的, 几乎所有的处理工艺均可通过真空人处理来解决。它是在压强低于一个大气压的条件下, 进行气氛控制热处理。真空热处理可以使金属材料表面洁净明亮, 改善材料外观的同时提高材料性能。

2) 感应热处理

感应热处理是通过电磁感应使金属材料内部产生漩涡, 将其加热, 工业生产中, 通过感应热处理可以提高生产效率, 减少能耗、降低成本, 减轻污染, 所以感应热处理技术是今后的发展方向。

3) 热处理新设备

随着热处理技术的发展, 许多节能高效的新设备不断更新, 如真空加热高压气淬设备。低压渗碳双室高压气淬炉、密封渗碳高压气淬炉、马氏体分级淬火生产线等, 这些进设备的产生极大地改善了金属热处理技术, 标志着热处理技术的重大进步。

4) 热处理新材料

生态淬火剂作为热处理的新材料对热处理的工艺效果发挥重要作用, 它是向植物油中加入添加剂, 提高热处理工件寿命和渗碳温度。常用淬火剂的有水、盐水、熔盐、冷热矿物油和NiAl金属键化合物,

3 结论

金属材料由于其优异的性能和广泛的来源使其在全球各个领域得到普遍的应用, 具有良好的应用前景。金属材料的热处理工艺是改善金属性能的重要手段, 所以我们要不断地进行金属材料和热处理技术的研究创新, 不断完善设备功能、控制手段和工艺技术, 通过新型热处理技术, 促进我国工业, 航天、医疗事业的发展。

摘要：金属材料由于其具有优异的物理性质和化学性质, 且自然界中资源丰富, 目前已经广泛应用于工业、航天和医疗等领域, 在机械行业, 金属的使用量达80%之多。对金属材料进行热处理, 能够改善金属材料工艺性能的同时提高产品质量和产品竞争力。本文简单介绍金属材料的应用, 并且探讨了金属材料热处理的传统工艺技术和新型的工艺技术研究。

关键词：技术材料,应用,热处理技术

参考文献

新型材料和技术 篇10

1.1 外保温施工技术的探析

1.1.1 应用范围

建筑外墙外保温施工技术的适用范围十分广泛,无论是冬天需有采暖保温功能的北方建筑,还是夏天需有制冷隔热功能的南方建筑都可以使用。同时,除了新建的建筑可以使用外墙保护技术外,大部分的旧建筑在进行新改造时加入使用外保温技术,也可以达到较好的节能效果。

1.1.2 应用优势

(1)具有明显的保温效果。建筑外保温材料顾名思义是安装在建筑物外墙外侧的材料,通常使用的材料都相对轻薄,这样在隔离建筑物外围保温性能低的部分、减少“热桥效应”的同时,还比厚重的外墙内保温和夹心保温墙体轻薄,节能效果更佳。

(2)确保主体结构不被破坏。建筑外墙采用外保温技术可以帮助建筑物外部维持在一个相对平稳的温度之内,使得墙体不容易频繁的产生热胀冷缩效应,减少建筑内部结构开裂情况的发生。同时,还可以有效抵御自然界中紫外线、湿度等对建筑物任意侵蚀,确保主体结构不被破坏。

(3)有助于室内环境的有效改善。外保温技术通过让外墙体保持良好的保温隔热性能,从而为室内环境的舒适和热稳定性提供了强有力的保证。同时,它还能有效减少雨水淋湿浸泡墙体,使得墙体的防潮性能得到提升,室内发生结露、霉斑等现象的概率大大降低[1]。

1.2 外保温施工技术的应用

1.2.1 施工工序

基础墙体施工完毕后需要经过专业监理人员进行认真检查验收,待确认合格后,才可以开始保温层的施工。详细的施工工序包括以下十个步骤:

(1)清理、找平基层。

(2)弹、挂控制线。

(3)安装、找平底端托板檐。

(4)准备材料和工具。

(5)配制粘结胶浆。

(6)粘贴翻包网格布和苯板。

(7)检验表面是否平整,并填塞板缝,然后打磨找平。

(8)安装装饰线条(用苯板制成)或分格缝。

(9)钉锚固钉。

(10)专业人员进行验收保温层,确认是否合格。

1.2.2 技术要点

保证施工质量必须注意以下两点:

(1)确保施工的材料质量合格。

(2)要求实际操作施工者有较强的责任心和施工技术水平过关。

1.2.3 保护层施工技术

保护层的施工步骤为先铺包网格布,再铺加强网格布,最后才是墙面标准网,通常情况下采用“一布二浆”的做法,个别需要加强部分采用“二布三浆”做法[2]。

2 节能材料选用策略的探析

在建筑外墙保温施工中的节能材料较多,应坚持经济、绿色、环保和就近的原则,结合施工实际需要进行针对性的选择。但在使用过程中应充分考虑保温隔热材料与不同外墙主体搭配使用的热物理效应。

2.1 保温材料选用策略的探析

现施工的建筑中最常使用的保温材料包含以下几种:密度大且导热系数小的挤密苯板、抗裂能力较强的聚苯板、主要成分为胶粉料和胶粉熟石灰粉、粉煤灰、硅粉、水泥的聚苯颗粒等保温材料。

2.2 玻纤网格布选用策略的探析

因为网格布本身具有长期的耐碱性,能有效对抗性质为碱性的外墙开裂、砂浆。利用分散应力大大减缓保温层产生裂缝的同时,还能显著增强保护层的拉伸强度,因此,在外保温技术的施工应用中越来越受到欢迎,其发展迅速。

2.3 保护层材料选用策略的探析

在外墙保温层的材料选择上,如果只单纯选择水泥砂浆铺在保温层外,非常容易出现开裂现象,因为水泥浆本身的收缩强度大、柔韧性差。这样,把适量的增强网和适量的纤维添加到专用的抗裂砂浆中就可以有效帮助解决开裂问题。当外饰面为面砖时,还可以在专用的水泥抗裂砂浆中添加防腐好的热镀锌钢丝网片,达到较好的防裂效果。

2.4 无空腔结构选用策略的探析

进行建筑外墙外保温施工过程中,采用无空腔结构显得十分重要,尤其是外保温墙使用材料为聚苯板时,最容易受到风压和重力的威胁。而聚苯板本身强度大,容易开裂和脱落,无形中加剧了危险性。只有在施工过程中,采用无空腔结构,最大能力的去扩大粘结面积,才能保证外保护层不被风压破坏[3]。

3 展望

随着时代的发展,越来越多的新型节能材料在建筑外墙保温施工中得到了有效的应用,如发泡水泥保温板、轻质防火墙板、轻质隔墙板等节能建材等,均是目前较为流行的建材,但施工工艺还有待进一步提升,需要我们不断的努力。

4 结语

总之,对建筑外墙保温施工技术和节能材料的探析具有十分重要的意义。切实掌握建了筑外墙保温施工技术的应用范围、优势和策略,做好建筑节能的选用工作,从技术和材料两个方面为整个建筑外墙节能施工水平的提升提供了强有力的保障。

摘要：本文首先探析了建筑墙面保温施工技术,然后探析了如何选用节能材料进行。旨在与同行进行业务交流,不断促进建筑墙面保温施工技术水平的提升,提高节能材料选用的科学合理性。

关键词：建筑,外墙保温施工技术,节能材料

参考文献

[1]于立梅,陈春雷.建筑外墙保温施工技术和节能材料分析[J].黑龙江科技信息,2009(12):262-263.

新型材料和技术 篇11

【关键词】新技术；新材料；建筑

建筑不仅仅是工程类，同样也是美学。美丽的外表，造型各异的结构，建筑外流动的曲线，它与人们的生活密不可分。我们生活居住在建筑提空的空间内，我们工作在建筑提供的空间内。我们对于建筑应该有更多的要求，建筑来源于自然，更应回归与自然。不仅仅是我国在走可持续发展道路，这是整个世界发展的趋势。建筑行业每年消耗的能源资源是十分巨大的数字，根据统计我国的建筑行业每年的消耗占据我国总能消耗的三分之一，不仅仅对资源有着巨大的消耗，对于环境也有着严重的损害。所以要求在日后的建筑设计中，一定要考虑到节能环保问题，减少因工程建设对环境的损害，大量的应用新技术和新材料，促进我国建筑行业长久持续发展。

一、建筑设计的本质

1、建筑设计的特点及建筑的特性

建筑设计大体上是一种模仿性的工作，建筑设计从思维的层面看，实质是设计的规则和组合技能的运用。而大脑只能做那些它内在已有的（包括即时输入的）和可以组合的东西。建筑设计是建筑构成因子（要素）达到某种均衡的过程和产物构成建筑的诸要素涉及实现功能、经济、文化艺术、形式、技术、材料等方面。

2、建筑设计的目的性和原则

近年来无论建筑界或社会上对目前建筑设计中的一些倾向和设计思想的混乱颇有微词，一些大城市的重大项目建设情况已经引起了社会各界越来越多的议论，建筑的目的性再次成为关注的焦点。从本义来讲，建筑是为人类提供一个最适宜创业和生活的空间，它的功能实用性仍然是建筑的第一性。建筑作为一种文化的载体，也必然通过建筑体型和空间形态，给人以艺术的享受，自然这一切都与国情和物质经济条件息息相关，如何全面协调可持续发展，处理好建筑的安全适用、经济和美观，一直是建筑的永恒主题。不可再生的资源是十分有限的，而且环境污染的现象也越来越为严重，建筑设计的主要思想就是以人为本的，其目的就是提高能源和资源的利用率，消耗最少的材料，建设出最好的建筑。减少因工程建设施工对环境造成的影响和破坏，充分利用新技术和新材料，使得建筑不仅满足了人们的需求，而且不能对我们赖以生存的环境造成负面效应，使建筑和环境都达到可持续、和谐发展。

二、建筑设计中新技术的应用

上世纪后半期以来，随着人类对地球环境资源的无度索取导致了许多区域环境的生态系统失衡，人类生存的环境日益恶化，这直接威胁着人类自身的生活质量和生存环境。正是在这形势下全球范围内的环境保护运动蓬勃发展，人与自然和谐共处的绿色革命风靡全球，生态城市生态建筑生态家居也应时代潮流被提了出来。其实生态所包含理念并不新鲜，因为从人类原始的简单遮蔽物到现代的高楼大厦，都或多或少蕴含着朴素的生态思想。一般来讲，生态是指人与自然的关系、那么生态建筑就应处理好人、建筑、和自然三者之间的关系，它既要为人创造一个舒适的空间小环境同时又要保护好周围的大环境，使得各种有利的资源得以可持续发展。

所谓生态设计，其所采用的材料应该是很少产生并能有效控制污染，设计主导思想是采用古代建筑技术和现代建筑技术，取长补短综合筛选；建筑物的形式和内涵必须充分体现出自然生态与社会生态；在具体功能上，必须节约能源显著、降低建筑造价和使用费用，强调实用性和对人体及环境有益而无害等等。因此是否属于生态新型建筑，也有其独特的评估属性。关键要素是建筑物在不影响环境前提下，合理地利用地球资源，确保地理地貌的和谐协调；关键功能是确保能源的需求，应最大限度地利用自然热能、光能、风能、潮汐能，包括自然降落的雨水利用、太阳能的利用，通常達到85%的供能需要。屋顶设置太阳能电池装备，具有存储性能，供电不足时作为补允，盈余时可纳入供电部门输出；建筑物不论住宅还是办公楼，设计中应用自然通风、采光，尽量达到在人员密集条件下，也能较好地保持空气的新鲜；此外，人体健康是首要标准，强调建筑材料无污染、无害，不产生过敏性疾病等。

三、建筑设计中新材料的应用

建造技术和建筑设备的发展使建筑不再受到自然环境等客观事物的限制，朝向、水文、采光、通风、温湿度等均可调节。新的建筑材料的应用使传统建筑的一些问题得以巧妙地解决，并提高了建筑的质量和环境。

以往的保温层复合结构由于采用传统的保温材料，所以厚度较大，这就带来了一系列的外观上的问题：窗洞的加深，层间距的减少等等。而真空隔热板很好地解决了这些问题。它的厚度很薄，且二氧化碳排放量小。其外裹有金属和纸质的外壳，壳间形成真空，填充有多孔的纤维、泡沫塑料及压缩的硅酸盐。50mm厚真空隔热板的保温效果相当于200mm的普通矿物棉保温材料。作为一种新型、高效的保温材料，真空隔热板有着广阔的应用前景。玻璃材料的保温技术也是生态建筑节能的关键之一。随着现代科技的不断发展，在这一领域陆续出现了吸热玻璃、热反射玻璃、低辐射玻璃、电敏感玻璃、调光玻璃、电磁波屏蔽玻璃等。设计者可将它们组合成复合的构造形式，来达到生态建筑的保温和采光要求。

种新研制的特殊窗框及其开合装置以其低成本、低技术含量成为极具发展潜力的产品。外界空气从窗框的底部进入，再由顶部进入室内。从而避免过高的空气流动速度，不会产生令人不适的过高的气流感。窗框内置的噪声吸收板，可以同时防止冷凝水的侵入并过滤空气。整个结构作用的前提是，通过风和气体动力的有效作用面积形成足够的压力差。这种结构与普通窗户一样易于清洁。其最大的优点是，使用者可以通过总线系统及计算机掌握并控制不同通风条件下的能源消耗。

数字技术时代下的建筑材料变得日益复杂和极为丰富，同时结构技术等的飞跃发展使得建筑空间造型不再受材料和结构的限制，从传统的木结构、石结构到钢筋混凝土结构、钢结构、充气结构以及张拉、悬挂、壳、膜结构等新型技术的发展使建筑无论是在高度、跨度或者是先前未曾有过的地下生态建筑等方面都有了飞跃的发展。

总 结： 新材料和新技术的有效应用能最直接的改善我国因工程建设和使用造成的资源浪费和环境污染现状。在建筑设计中要根据工程的实际需要，工程可投入的资金，选择最适合本身的建筑新技术，和新型材料。不能茫然的选定，否则不仅仅使新技术和新材料的特点不能完整的展现，而且对于建筑来说，不符合就会存在差异，必然会埋下安全隐患。对于建筑设计师也是一样，在如今时代如果不懂的在设计中应用新技术和新型材料，就不能满足当前社会的建筑需求，久而久之自然会被行业所淘汰，所以发展新型材料和新技术是我国建筑行业必须要提到眼前来的，必需要得到高度的重视，促进我国建筑行业发展，促进我国走持续发展道路。

参考文献：

[1] 尹亚光，王金苹. 浅析生态建筑设计[J]. 黑龙江科技信息. 2010（06）

新型材料和技术 篇12

ACM的发展方向可以用“7化”来概括,即碳纤维低成本规模化;玻璃纤维高性化;高性能纤维杂混改性化;ACM应用领域扩展化;高性能树脂杂混改性化;结构设计实用化和制造装备现代化。

碳纤维在各工业领域的应用量及其份额是工业技术水平和先进技术民用化的标志之一,美国、日本、中国和世界整体碳纤维应用份额见表1。

未来5年中国碳纤维在各应用领域的用量、份额及其增长率变化见表2、表3[1]。

ACM的典型代表是环氧树脂基碳纤维复合材料,经过多年使用验证,环氧树脂基体以其综合性能优异、工艺性良好、价格低等诸多优点,在马赫数1.5以下飞机上的用量远远大于双马来酰胺树脂基体(BMI),以A400M、波音787飞机为例,复合材料分别占飞机结构重量的36%和50%,其中,复合材料结构居主导地位的一直是刚性双酚A二缩水甘油醚型环氧树脂。如美国“三叉戟-1”、“三叉戟-2”导弹以及“飞马座”火箭采用的HBRF-55A配方就以E-PON826为主。多年来各国都在通过加入柔性单元改进环氧树脂的韧性,通过加入新型刚性链单元结构或使用芴型芳香胺固化剂来提高耐热性,并分别取得了预期的效果[2,3,4]。

单位:t,%

1 航空航天先进复合材料国外现状

先进复合材料的研究应用主要集中于国防工业。高性能树脂基复合材料,主要是碳纤维和芳纶纤维增强环氧树脂,多官能团环氧树脂和BMI。复合材料性能稳定,已大量投入应用,相当于T300/聚酰亚胺PMR-15性能的复合材料已研制成功,一批高性能的热塑性树脂基复合材料,如PEEK、PECK、PPS等正在从实验室走向实用。据介绍,先进复合材料构件正在由次承力件向主承力件过渡。在成型工艺方面,先进复合材料借助玻璃钢成型技术逐步实现由手糊到机械化自动化的转变。但总的水平与国外先进技术还有一定距离。

高性能聚合物基复合材料在航空航天工业的用量占其全部用量的80%。国内外先进复合材料在航空航天领域的应用情况见表4。

鉴于4,4’-二氨基二苯甲烷四缩水甘油胺(TGDDM)的性价比,该材料可能是最实用的高性能环氧树脂。TGDDM具有优良的耐热性,长时高温性能和机械强度保持率,固化收缩低,化学和辐射稳定性好,还可用于高性能结构胶粘剂,结构层压板和耐高能辐射材料。

1.1 A400M运输机[5]

1986年设计的C-17是上世纪先进大型军用运输机的典型代表,限于当时的水平,复合材料主要用于次要结构,如雷达罩、整流罩、操纵面、口盖、翼梢小翼蒙皮等。复合材料重约7258k,占该机结构重量8.1%。树脂基复合材料从非承力结构发展到次承力构件。在复合材料中碳纤维增强复合材料约占结构重量6%,玻璃纤维塑料、Kevlar纤维增强材料占2%。

欧洲EADS正在研究的A400M属于新一代大型军用运输机,在材料应用技术上有了一个新的飞跃,主要表现为先进复合材料占结构重量的35%~40%。与C-17不同的是,在A400M上,碳纤维复合材料用于一些主承力结构,而C-17的复合材料结构重量比仅为8%,且主要用于操纵面及次要结构。A400M的机身仍由传统的铝合金制成,但却开创了采用碳纤维复合材料制造大型运输机机翼的先河,机翼长达19m,令业界颇为瞩目。

在A400M运输机上,特别值得提出的是复合材料机翼,碳纤维复合材料占机翼结构重量比例高达85%,开创了使用复合材料为主要材料制造大型运输机机翼的先例。采用碳纤维制造的机翼,重量是同等强度铝合金机翼的75%至80%,并且不会产生金属疲劳,先进复合材料的广泛应用对于减轻结构重量相当有利。在A400M的复合材料设计和制造中,广泛采用了计算机辅助设计软件,如土耳其航空航天工业公司就使用美国维斯特吉公司的Fiber SlM软件来进行设计。土耳其航空航天工业公司作为空客A400M项目的签约合作方,在CATIAV 5CAD模拟环境中利用该软件为A400M运输机设计了副翼及扰流片等气动控制面。

A400M的机翼除前缘、前后缘支承结构及铰链采用铝合金外,其气动舵面、机翼蒙皮、桁条以及中央翼盒与外翼盒接头的某些部件也均为复合材料。但为了确保强度安全,A400M机翼与机身的接头采用钛合金制造并用螺栓以双钩环固定,以保证在断裂时有双余度保险。该机翼蒙皮与加强筋组成一体固定在碳纤维复合材料翼梁上,翼肋仍采用铝合金制造。因其主要受压应力,此时用复合材料与用铝合金并无大的不同。除机翼外,A400M的尾部货舱门、起落架舱门、整流罩以及螺旋桨也采用高强度复合材料来制造。目前,空客公司正在进行一项更为“大胆”的重要计划—研制全碳纤维复合材料机翼,并已制造出6.2m的翼盒验证件。A400M的T型尾翼设计为加强结构,并大量采用复合材料,碳纤维复合材料占结构重量比例高达97%~98%。垂尾主要由1个三粱主盒段、1个可拆卸的前缘、后缘隔板和一块方向舵组成,垂直尾翼的根部与后机身上一个机械加工的平直翼面连接。除了垂尾前缘和铰链,所有这些结构部件主要由复合材料制造。垂尾前缘是金属/复合材料的复合型部件,可改善抗冲击和防腐蚀性能,在垂尾翼尖装有预警保障措施短舱。方向舵是带铝合金铰链连接肋的碳纤维加强型结构,由两台液压伺服作动筒和一台电动马达驱动。A400M的垂尾面积较大,有着非常不错的航向稳定性。水平尾翼为铝合金中央结构翼盒和两个复合材料的外侧盒段结构,中央盒段为水平尾翼与垂直安定面的连接提供安装固定结构。水平尾翼两侧各有一块升降舵,其主结构也采用了碳纤维复合材料。

A400M运输机所用环氧基体碳纤维复合材其主要用于翼梁、纵梁、机翼箱型梁、升降舵蒙皮、气动舵面、机翼蒙皮、桁条以及中央翼盒与外翼盒接头的某些部件。

1.2 美国第四代战斗机F-22[6]

为满足新一代战斗机对高机动性、超音速巡航及隐身的要求,进入90年代后,西方的战斗机无一例外的大量采用复合材料结构,用量一般都在25%以上,有的甚至达到35%,结构减重效率达30%。应用部位几乎遍布飞机的机体,包括垂直尾翼、水平尾翼、机身蒙皮以及机翼的壁板和蒙皮等。如美国第4代战斗机F-22复合材料用量已达到24%,而EF2000更高达43%,EF2000除鸭翼外,机身、机翼、腹鳍、方向舵都采用复合材料,结构“湿润”表面的70%为复合材料。阵风也是如此,70%的“湿润”表面为复合材料,约947kg之重。F-35的复合材料几乎覆盖了整个飞机外表面。

1.3 无人战斗机

国外目前研制的无人机以复合材料和传统铝合金的混合结构为主。如“捕食者”“全球鹰”等均是如此。其中“全球鹰”的机翼和尾翼由石墨/环氧复合材料制造,而机身仍采用传统铝合金,复合材料占结构重量的65%。

无人战斗机是未来航空武器的一个重点发展方向。为满足采购政策、隐身性能、机动性、生存力对材料的特殊需求,为尽可能地降低结构重量、提高燃油装载量,无人战斗机结构的一个显著特点就是大量应用复合材料。以波音公司的X-45A为例,除机身的龙骨、梁和隔框采用高速切削铝合金外,其余的机体结构都是由复合材料制成。诺斯罗普·格鲁门公司的X-47A的机体除一些接头采用铝合金外,整个机体几乎全部采用了复合材料。

1.4 直升机

直升机采用复合材料不仅可减重,且对于改善直升机抗坠毁性能意义重大,因而复合材料在直升机结构中应用更广、用量更大,不仅机身结构,而且由桨叶和桨毂组成的升力系统、传动系统也大量采用树脂基复合材料。H360、S-75、BK-117和V-22等直升机均大量采用了复合材料,如顷转旋翼飞机V-22用复合材料近3000kg,占结构总重的45%左右,法德合作研制的“虎”式武装直升机,复合材料用量更高达77%。

1.5 航天飞机

以NASA开发的第2代可重复使用航天飞机为例,油箱内衬为复合材料。在推进系统中将采用陶瓷基复合材料发射斜轨、金属基复合材料机匣以及树脂基复合材料涵道。此外还将采用复合材料电子设备舱。第3代可重复使用航天飞机将为一智能结构,具有自适应热防护系统及智能化无损检测装置,自愈合的飞机结构及表面。发动机材料将可能使用经冷却的复合材料、金属基复合材料加力燃烧室壳体、超高温复合材料。结构材料将包括超高温树脂基复合材料、低成本耐腐蚀热防护系统复合材料液氧油箱。

美国高超声速飞行器X-43是由超燃冲压发动机作动力装置的验证机。其油箱/机身由石墨/环氧框架及蒙皮组成。蒙皮外再覆以热防护系统。飞机上翼面热防护层为可剪裁的先进绝缘毡,下翼面为内多层屏蔽绝缘物。后者是正处于开发中的防热材料,由C/SiC外面板,中介陶瓷屏以及先进聚酰亚胺泡沫内衬。中介陶瓷屏覆以贵金属以降低其热辐射。机翼及垂尾由钛基复合材料制成,并有1个由二硼化锆制成的前缘。

1.6 巡航导弹和固体火箭发动机[7,8,9]

在火箭和导弹上使用碳复合材料减重效果十分显著。因此,采用碳纤维复合材料将大大减轻火箭和导弹的惰性重量,既减轻发射重量又可节省发射费用或携带更重的弹头或增加有效射程和落点精度。

利用纤维缠绕工艺制造的环氧基固体发动机罩耐腐蚀、耐高温、耐辐射、且密度小、刚性好、强度高、尺寸稳定。再如导弹弹头采用了环氧基及环氧酚醛基纤维增强材料。

在树脂基复合材料中,环氧树脂(EP)是巡航导弹弹体结构所用复合材料中最主要的基体材料,在所有树脂基复合材料结构中所占的比例高达90%。但随着飞行速度的提高,超声速巡航导弹研究的日益深入,目前树脂基复合材料的研究重点已由环氧树脂向BMI、聚酰亚胺(PI)树脂、氰酸酯树脂转移。Bryte公司最近开发了一系列氰酸酯树脂基体,玻璃化转变温度达335℃,短时工作温度达300℃,可以代替BMI和聚酰亚胺,氰酸酯树脂已成为未来结构/功能一体化的有力候选材料,可以作为超声速巡航导弹复合材料舵面和弹体通常选用的树脂。

耐高温树脂基复合材料是超声速巡航导弹弹体结构的主选材料,以BMI、PI树脂为主。目前国内的PI树脂存在着性能不稳定、工艺操作性差等诸多问题,难以成型大尺寸、复杂型面的复合材料结构,不宜作为超声速巡航导弹主体结构树脂。从美国雷锡恩导弹系统公司的经验来看,在近10年期间将把高温树脂基复合材料基体的研究集中于BMI,取代以往研究的PI,充分利用BMI的可加工性、低成本、易操作性。BMI树脂的耐温性能能达到300℃左右,完全可以满足低马赫数(≤2Ma)超声速巡航导弹弹体结构的需求。

耐高温有机树脂基透波复合材料体系中,美国研制开发的PI树脂和聚苯并咪唑(PBI)树脂及俄罗斯研制的改性酚醛树脂都具有良好的透波性能和工艺性能,已在宽频天线罩(HARM、ALARM、KP-1)上获得应用,使用温度达到600℃。

1.7 卫星和宇宙飞船[10,11]

宇航工业中除烧蚀复合材料外,高性能复合材料应用也很广泛。如三叉戟导弹仪器舱锥体采用C/EP后减重25%~30%,省工50%左右。还用作仪器支架及三叉戟导弹上的陀螺支架、弹射筒支承环,弹射滚柱支架、惯性装置内支架和电池支架等55个辅助结构件。由于减重,使射程增加342km。德尔塔火箭的保护罩和级间段亦由C/EP制造。美国卫星和飞行器上的天线、天线支架、太阳能电池框架和微波滤波器等均采用C/EP定型生产。国际通讯卫星V上采用C/EP制作天线支撑结构和大型空间结构。宇航器“空中旅行者”的高增益天线次反射器和蜂窝夹层结构的内外蒙皮采用了K-49/EP。航天飞机用Nomex蜂窝C/EP复合材料制成大舱门,C/EP尾舱结构壁板等。人造卫星使用碳复合材料制造卫星整流罩、展开式太阳能电池板,而宇宙飞船使用碳复合材料制造防热材料、太阳能电池阵基板和航天飞机舱门、机械臂和压力容器等。

1.8 航空发动机

航空发动机使用碳纤维增强树脂基复合材料取代金属材料可以有效减轻发动机重量,降低燃料消耗,增加航程。有资料报道,发动机减轻1磅(0.454kg)重量,飞机则可减轻10~20磅重量。从70年代初,复合材料就成为TF39、F103特别是GE36UDF发动机研制计划的一部分,在这些发动机上积累了经验之后,在GE90的风扇叶片上成功使用了高性能韧化环氧复合材料。此外,在F119风扇机匣、遄达发动机的风扇机匣包容环及反推力装置上也广泛采用了树脂基复合材料。近期开发的波音787的动力装置GEnx的风扇机匣及风扇叶片,将由碳纤维/环氧树脂基复合材料制成。除减重外,复合材料还表现出良好的韧性及耐蚀性。至于陶瓷基复合材料等超高温复合材料,目前已在M88、F119等发动机尾喷管等静止件上获得应用。

随着飞行器向高空、高速、无人化、智能化、低成本化方向发展,复合材料的地位会越来越重要。国外预计,在下一代飞机上,复合材料将扮演主角,目前采用全复合材料飞行器的计划正处于酝酿之中。

1.9 民用大飞机

民用航空材料方面由于采用环氧基碳纤维增强材料,带来非常明显的性价比,欧洲空中客车公司提出更多地用轻质高强材料使机身减重30%,整个飞行成本可降低40%。空客的储备技术还说明,机身达到减重15%,成本可下降15%的目标。空客在使用复合材料方面一直走在业界前头,A380飞机约25%由复合材料制造,其中22%为环氧基体碳纤维复合材料,工程塑料基碳纤维增强塑料比重>1%。A380在后压力舱后部的后机身首次采用了复合材料和先进金属材料,使用这些复合材料减轻了机身重量,大大减少了油耗和排放,并降低了运营成本。再如波音B777飞机上采用碳纤维增强工程塑料量达9.9t,占结构总质量的11%。而波音B787飞机上采用环氧树脂基、双马来酰亚胺基体碳纤维复合材料和热塑性工程塑料,其用量达机重的50%。环氧树脂基、双马来酰亚胺基碳纤维复合材料主要用来制造机翼、机身、地楞横梁等部位的结构材料,内部装饰上也大面积使用了热塑性工程塑料。

2 中国航空航天的先进复合材料

2.1 先进复合材料的基体树脂

我国高性能复合材料应用于航空业已有20多年历史,目前军用歼击机用量达25%,直升机最高用量可达50%,民用客机也达到10%~20%,主要用于起落架舱门、内外侧副翼、方向舵、升降舵、扰流板等。

国内许多学者从事TGDDM环氧体系的研究与开发工作,并取得了较大成绩。特别值得指出的是,我国科技工作者经多年研究,开发了商品名为TDE-85的三官能团环氧树脂,其化学名为4,5-环氧己烷-1,2-二甲酸二缩水甘油酯,其分子中含有2个反应活性高的缩水甘油酯基和一个反应活性与前者差别很大的脂环环氧基。该树脂是一种工艺性、耐热性均很优异的高性能环氧树脂。西北工业大学、哈尔滨玻璃钢研究所等单位用TDE-85环氧树脂为基体材料制作的复合材料,应用在某些有特殊需要的产品上已获得令人满意的结果。

2.2 韧性环氧树脂基体及其预浸料[12]

THC-400,THC-800系列,TH-30系列,THH系列,THF等是陕西太航阻火聚合物有限公司开发的专用于复合材料的耐烧蚀耐高温洁净阻燃韧性环氧树脂基体的特种树脂溶液,有一系列不同的分子量和独特的分子量分布。黏度低,易于浸润碳纤维,有特别优异的粘接性。同时对芳伦纤维,高硅氧纤维等玻璃纤维同样有优良的粘接性能,其复合材料耐温可达350℃左右,甚至更高。同时不燃,无烟,有优异的烧蚀性能和透波性能。碳纤维复合材料火箭发动机壳体用耐烧蚀耐高温洁净阻燃韧性环氧树脂基体及其预浸料可存放3~6个月。预浸料适用于模压、层压、热压罐多种工艺,也可缠绕,已成功用于航天产品的碳/碳材料的制造,火箭发动机的喷管、扩散段、天线罩、飞机部件的制造。汽车工业的新型碳纤维离合器,其使用寿命可达30万次,比发达国家高一倍,其模压复合材料力学性能见表5。所制造的碳纤维刹车片各种指标达到或超过德国标准。其玻璃纤维模压复合材料在不同频率下的介电性能和不同温度的机械性能见表6。

近年来,针对环氧树脂基体韧性不足、耐湿热性较差的问题,国内相关单位开展了多方面的改性研究,使复合材料冲击后的压缩强度达到了250MPa以上,复合材料饱和吸湿后120℃下的综合性能的保持率均与国外同类树脂体系相当。其多墙式复合材料层压板共固化、共胶接结构,全高度蜂窝夹层结构已在马赫数1.5以下的飞机上得到了工程化应用,并且有的复合材料结构经过了近20年的使用考核,质量情况仍然良好。

疲劳试验的结果表明,在给定的设计载荷下,复合材料结构件30年的飞行寿命是可靠的。使用经验表明,这类复合材料是一种性能优异的材料,它已逐渐开始走向成熟。环氧树脂体系对碳纤维品种适应性研究在国内也取得了成果,特别是国产碳纤维增强的环氧树脂基复合材料已通过了一系列性能考核。以NY9200环氧树脂体系为例,与纤维界面有关的复合材料0°压缩和面内剪切性能与国外同类纤维增强的环氧树脂基复合材料相当,界面破坏形貌基本相似,并开始进入飞机结构上的应用。

2.3 新型低黏度的二官能环氧基化合物[13]

在“九五”国家科技攻关项目“碳纤维复合材料火箭发动机壳体用高性能树脂基体的研究”项目支持下,针对“KN-1”型固体航天器和武器型号发展急需,针对碳纤维先进复合材料应用很广的芳香胺类固化的环氧树脂体系,设计合成了一种中间含有“柔性可旋转”链段的低黏度的二官能环氧基化合物,通过配方设计筛选,结合热、力学性能测试,开发了一种集韧性、耐热性及工艺都很好的环氧树脂基体。韧性环氧树脂基体配方在室温下黏度低,贮存适用期长,浇铸体热变形温度较高,断裂延伸率高达5.3%,其湿法缠绕成型的T-700碳复合材料具有界面粘接好,纤维强度转化率高达89.4%。<150mm压力容器水压爆破试验结果表明,该树脂基体工艺性能优良,压力容器特性系数pvw值高达40.1km。该种纤维复合材料发动机壳体(压力容器)主要性能指标达到了以美国国家宇航局NASA为代表的国际先进水平。可以用该改性树脂基体制造高性能碳复合材料发动机壳体。98-28A-01-17鉴定专家一致认为该改性树脂基体的研制成功,为我国航天航空用先进复合材料的发展起到了开拓性的作用[14]。

2.4 中国的第4代、第5飞机

中国第4代飞机J-14开始全比例模型风洞实验,见图1。中国第4代重型歼击机歼14“鹰隼”是一种全新的高性能、多用途、全天候的空中优势的战斗机。中国第5代飞机J-15、J-20和舰载战斗机正在研制,见图2和图3。

歼14“鹰隼”是单座双发、双V、总体布局形垂尾翼、菱形进气道的纵向一体化三翼面的气动布局。主要技术采用前掠式机翼,翼身融合的隐身设计,武器装载在机身的武器舱和推力矢量控制技术。机体的36%由碳纤维复合材料制成,钛64约占24%,钛62222占3%,钢占16%,铝合金占16%,热塑性复合材料大于1%,其他材料(包括涂漆、座藏盖、机头雷达整流罩、轮胎、刹车片、密封材料、黏合剂、气体、润滑油和冷却剂等)占15%。传统的钢和铝合金占的比重很小,而大量使用了钛合金和复合材料。

2.5 中国的巡航导弹和固体火箭发动机[6]

材料与工艺是导弹研制、生产的基础,对提高导弹武器的性能、降低其成本起着重要作用,当前的研究重点是高性能合金、复合材料、隐身材料及特殊结构和功能材料。其中,复合材料及其制造工艺特别重要。用高性能纤维及其编织物、采用增强基体,可以批量生产强度大、比重小的高级复合材料,而且应用部位已由次承力部件发展到主承力部件。战略导弹的固体发动机、仪器舱、弹头防热与突防结构、机动发射筒、各类战术导弹的防热结构等,都是典型的复合材料构件。

国内的巡航导弹结构复合材料发展水平与国外差距较大,但针对巡航导弹弹体结构特点近期发展了一系列树脂基复合材料新技术、新结构,牵引出以下3种树脂基结构复合材料新技术的发展:低成本整体成型复合材料、耐高温多结构特性复合材料、耐高温透波/结构复合材料。以上3种复合材料结构及技术具备显著的不同于航空结构的特点,集中了巡航导弹弹体结构的主要典型特征。

(1)低成本整体成型复合材料

在新一代亚声速巡航导弹的研究中,大胆采用了多种以整体成型为核心的先进复合材料成型技术,包括RTM共固化技术、RTM整体成型技术、整体模压技术等。巡航导弹复合材料舱段、复合材料整体弹翼、复合材料进气道油箱舱体一体化结构3种典型复合材料结构已成为主要发展方向。

(2)耐高温多结构特性复合材料

从该技术本身而言,国内无论是传统的热压罐、模压技术,还是新开展的RTM技术,相应的BMI树脂和成型工艺均很成熟,具备了工程应用的条件。在高马赫数飞行的巡航导弹弹体结构上,双马树脂基复合材料可以通过与外层热防护层相结合的方式组成耐高温多结构特性复合材料。其中的典型代表是双马-酚醛一体化复合材料,它在未来弹道-巡航组合式导弹结构上将发挥独特的作用。这种弹道-巡航组合式导弹的飞行状态包含了“再入”和“巡航”,打破了传统意义上战略和战术导弹的界限,要求弹体结构材料需要同时具备承载和耐热双重作用,双马-酚醛一体化复合材料中内层的双马复合材料作为结构部分,外层的酚醛复合材料作为烧蚀型热防护材料,整个结构一次RTM成型、共固化,避免了二者界面结合问题,是一种耐高温多结构特性复合材料,能充分实现结构耐热与承载的高效统一。是未来巡航导弹弹体结构的一个很有前景的研究方向。

(3)耐高温透波/结构复合材料

天线罩兼具透波和结构的双重功效,是重要的巡航导弹弹体结构部分。亚声速巡航导弹的天线罩已发展较为成熟,以环氧树脂为主。新的技术竞争点集中在以超声速巡航导弹为代表的高性能耐热、宽频透波天线罩。

中国的巡航导弹采用环氧树脂、双马-酚醛一体化[15]基体碳纤维复合材料制作巡航导弹的弹头、巡航导弹复合材料弹翼、舱段、进气道油箱舱体一体化结构、天线罩、头舱、前设备舱、后设备舱、尾舱等。

3 中国的民用大飞机C919

中国研发的碳纤维织物增强5224环氧树脂基复合材料结构已经在直升机上得到了大量的使用,单向碳纤维增强的NY9200环氧树脂基复合材料结构在近400架飞机上应用,另外,在飞机结构上开始采用的BA9916和5228环氧树脂基体系,这些应用所沉淀的工程经验均可以为国内大型飞机复合材料结构选材提供有益的参考和借鉴。

3.1 C919的进程和基本现状

C919和空客A320、波音737外形相似,与C919竞争的机型是占据中国航空市场半壁江山的波音737和空客A320,然而,如果要论承载旅客的数量和载重的真正之“大”,波音787飞机和空客A350才是与C919持续竞争的两款双通道飞机机型。

而由中航承担中国民用航空大飞机80t级的C919飞机零部件也在加紧生产中,将如期交付中国商飞集团。C919与空客A320、波音737最大的区别在机头,传统的机头是由正面两块以及侧面4块挡风玻璃组成,而C919少了侧面两块挡风玻璃,国产大飞机的机头更具流线型,能减少阻力,同时驾驶员在驾驶舱的视野也比传统的机头更加宽阔。从这一点就可看出,国产大客机将更强调省油和经济性。C919的确拥有很多优势。C919从机头、机翼到机尾、发动机,在设计上都费尽心思,尽量减小阻力,有效降低油耗。在使用材料上,C919将采用大量的先进复合材料,如铝锂合金、钛合金等,其中复合材料使用量将达到20%,再通过飞机内部结构的细节设计,把飞机重量往下压缩。

C919大型客机2014年首飞,2016年完成适航取证并投放市场。2010年底的珠海航展上,中国商飞与中国国际航空股份有限公司等签署了C919客机启动用户协议,总共获得了100架C919大型客机启动订单,标志着C919客机已被主流市场所接受。100架C919飞机使用的复合材料将超过1600t。

3.2 中国大飞机C919及其复合材料市场预测

我国军用飞机、支线飞机ARJ21以及大型商用客机项目的开展和我国航天事业的发展,CF复合材料的用量会不断增加。2010年总需求300t碳纤维,到2015年将需求碳纤维800t。航空航天碳纤维复合材料将达到1600t。配套环氧树脂或乙烯基树脂800t。我国的航空航天和民用大飞机复合材料占碳纤维复合材料总需求量的3.7%。未来5年发展趋势预测见图4。图4预测,只是与100架C919订单完成交付相符,并没有包括未来5年我国军用飞机和航天复合材的发展预测。

C919市场前景看好。中国未来还需要2000~3000架的单通道飞机。到2029年,全球共需要30230架干线和支线飞机,其中双通道飞机6916架,单通道飞机19921架,涡扇支线飞机3396架,总价值近3.4万亿美元。预计到2029年中国市场需要3750多架大型客机。20年内将售出超过2000架C919,复合材料需求量将超过3.2万t。

2008~2017年需要通用飞机近5000架,约占全球总需求量的12%,其中有21%是公务机,其余79%是通勤、作业、培训和运动等用途的飞机。复合材料需求量将超过8万t。

4 结语

我国现在开始抓飞机复合材料的预研,当然有利于缩小与世界先进水平的差距。但是从长远来看,要从根本上解决我国民机技术上的差距,还得从解决我国民机技术长期落后的3个原因做起,即要加大民机研制的频度、成立专门的民机研究所、建立科技转化生产力体制机制的航空工业最佳模式。

随着国际经济环境发生深刻变化,国内外企业都比以往更加注重中国内地市场的开发,更多的海外企业希望拓展中国市场。先进复合材料技术不断发展更新,其应用领域不断扩展,并在能源、电子、汽车、建筑、桥梁、环境和船舶等领域扮演着越发重要的角色,同样给建造者带来越来越多的好处。