時間：2023-06-05 09:57:20
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇金屬基復合材料，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
Abstract： In this paper， through the introduction of the current situation of the development of water-based ink and metallic ink， including the introduction of resin， binders and additives. They are combined with the most useful ingredients so far. Therefore， a new kind of water-based gravure ink metal is put forward to replace the processing technology of paper and aluminum composite in the cigarette package. Now， the residual substances such as glue and adhesive used in the paper aluminum composite process are harmful to people's health. Smoking is harmful to health， but there is no harm in packaging. So， it is important to avoid the formation of harmful substances in the packaging to avoid the added mistake.
關鍵詞： 水性油墨；金屬油墨；樹脂；連結料；助劑；水性金屬凹印油墨
Key words： water-based ink；metal ink；resin；binders；additives；water-based metal gravure ink
中圖分類號：TQ630.6+2 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）06-0131-03
0 引言
近年來，伴隨著工業化的發展，國家對印刷行業低碳環保要求的不斷深入，對低碳環保型的印刷油墨需求越來越迫切，油墨市場的低碳競爭日趨激烈、環保低碳的呼聲愈來愈高，傳統的溶劑型（苯或酯）類油墨已不能適應和滿足現代印刷業的發展需求，具有環保性、低碳性、無毒無污染、適應國家環保發展需要的水性金屬油墨亟待推出。
作為一種新型的環保油墨，水性金屬油墨的探索響應了我國綠色印刷的號召，加速了綠色進程，其主要優勢有：不含揮發性有機溶劑，不僅能減少印刷品表面殘留的有害物質，易于印刷設備清洗，還能降低由于靜電和易燃溶劑引起的火災隱患。唯一不足的是現有的技術水平印刷出來的產品僅能達到現有揮發性溶劑油墨的金屬光澤和印刷效果的70%。
1 水性凹版油墨的發展
1.1 凹版印刷原理
在印刷過程中，印版滾筒的一部分浸漬于墨槽中并在墨槽中滾動，使整個印版表面涂滿油墨，然后用刮刀刮去印版空白部分的油墨，使圖文部分著墨，非圖文部分不著墨，再由壓印機將凹下的圖文部分油墨壓印到承印物表面，完成油墨向承印物的轉移[1]。
凹版油墨的黏度很低，并且有大量揮發性的有機溶劑，生產凹印油墨時一般用球磨機或砂磨機研磨，以減少溶劑揮發[2]。現在，工業材料、包裝裝潢印刷等都采用了凹版印刷，其中包括塑料（聚丙烯、聚乙烯、聚酯、尼龍等）、鋁箔、卡、玻璃紙等。目前，對產品不斷創新是促進油墨增長的一條不錯的途徑[3]。
1.2 國外水性油墨的發展
早在20世紀60年代，由于環保的要求和石油原材料的緊張，一些發達國家逐漸限制使用石油產品制造印刷油墨。由此人們開始研究非有機溶劑型油墨，使得水性油墨取得了較大的進展。
到了20世紀70年代，由于石油危機，導致油墨用原材料再度緊張，同時對于食品等包裝的要求也進一步提升。水性油墨經過不斷的升級，解決了光澤度和印刷適性等方面的不足，最終促進了水性油墨的發展。在美國，95%的柔版印刷品和80%的凹版印刷品采用了水性油墨；在日本，70%的柔性版印刷用于瓦楞紙箱行業，其中95%的業務使用的是水性油墨。
1.3 國內水性油墨的發展
我國近代水性油墨的發展首先是從網印用水性油墨開始的，是利用一些水溶性淀粉、骨膠之類的天然高分子物質作為連接料，與顏料研磨得到水性油墨，人們習慣稱之為皮漿，用于絲網印刷。對于油墨環保性能的要求的越來越高，已有部分水基凹印油墨開始使用，最早使用的水性油墨是用一種溶于乙醇和堿性水溶液的天然樹脂蟲膠作為連接料，隨著科學技術的發展，松香、馬來酸改性樹脂成為了油墨中主要的成分。
1.4 水性金屬油墨的現狀
同其他油墨一樣，金、銀墨主要也是由顏料和連結料兩大部分組成的，簡單的說金墨是用搗墨法制成的金粉和調金油調配而成的印刷油墨，銀墨是由鋁粉和調銀油墨而成的。不同于溶劑型金屬顏料，水性金、銀墨使用的水性金屬顏料需要進行特殊的表面處理，從而獲得親水性和耐水性，更好地分散于水環境，適應強極性高張力體系[4]。
但是水性金屬顏料粉末是細顆粒物，長時間懸浮與空氣中造成一定的空氣污染。
2 油墨用樹脂等助劑的研究現狀
2.1 樹脂的研究現狀
油墨樹脂常見的有水性氨基樹脂、馬來酸樹脂、羥甲基纖維素、水溶性丙烯酸樹脂、氨基甲酸乙酸樹脂、松香改性酚醛樹脂、醇酸樹脂、聚酰胺樹脂等。其中水性丙烯酸樹脂由于它在光澤度、耐熱性、耐水性、光澤、著色性等方面具有顯著的優勢，現在國外大多數采用它作榱結料。具體優勢如表1所示。
應用于水性油墨的丙烯酸樹脂可分為兩類：一類是乳液型；一類是水溶型。水溶型丙烯酸樹脂干燥速度慢，連續成膜型差，一般都配合其他乳液使用。
2.1.1 松香改性酚醛樹脂
松香改性酚醛樹脂是由酚與醛在催化劑作用下縮合，再與松香進行反應，之后經過多元醇酯化得到得。
松香改性酚醛樹脂顏色為透明黃棕色，能容與大多數有機溶劑。主要使用的為以下4種：
①210松香改性酚醛樹脂；
②2116松香改性酚醛樹脂；
③2118松香改性酚醛樹脂；
④2134松香改性酚醛樹脂。
2.1.2 聚氨酯樹脂
聚氨酯樹脂能溶于醇、酯等溶劑或其他混合溶劑，并且不需要依靠毒性很大的苯溶劑，因此可以用來生產符合環保要求的油墨。
①PU-3401聚氨酯樹脂；
②PU-3403聚氨酯樹脂；
③PU-1818L聚氨酯樹脂。
2.1.3 聚酮樹脂
聚酮樹脂是由環己酮-醛縮合的中性、淡黃透明并且不會皂化的樹脂。它的分子鏈上的羰基和羥基官能團可以使其可溶于乙醇或異丙醇溶劑中。酮-醛縮聚過程中可以提高涂膜的光澤度和韌性。
2.2 連結料的研究現狀
油墨連結料是油墨的關鍵組成部分，能夠將顏料及助劑等組合在一起，形成具有流動性能的油墨混合物。主要是由樹脂、有機溶劑及輔助劑制成，一般需要通過加熱反應生產。
2.3 助劑的研究現狀
助劑的種類很多，其中包括消泡劑，表面活性劑，增塑劑，催干劑，流平助劑，光引發劑等。
消泡劑主要用于黏度較低的油墨，這些油墨在傳輸過程中有可能混入大量的空氣，產生氣泡。在油墨印刷過程中，刮刀將油墨從制版上刮下或從印輥上流下來，油墨之間會產生撞擊，也會產生大量的氣泡。目前使用比較多的是聚醚改性聚硅氧烷類消泡劑。它無毒、無污染、揮發性低、消泡能力強等特點。
表面活性劑是指少量加入即能明顯地改變表面各種性質的物質。油墨是由固體物質分散在液體物質中形成的分散體系，加入表面活性劑的目的是為了使油墨中各組分能夠均勻分散。
增塑劑在油墨中被視為一種永久的溶劑，因為它的揮發性較差，具有保留性。油墨印刷在承印物上，會形成一個墨膜，我們希望它有彈性有強度，可以忍受折疊和揉搓，所以必須加入增塑劑才能形成較好的墨膜。目前使用最廣泛、效果最好的增塑劑是鄰苯二甲酸二辛酯。
使用催干劑是為了促進油墨在印品上的干燥速度。常見的有鈷催干劑、錳催干劑和鉛催干劑。
流平助劑可以使油墨表面平整光滑，使印品光澤度好并減少針孔現象。目前為止采用的是長鏈硅樹脂，例如二苯基聚硅氧烷，它也是一個表面活性劑，可以提高油墨對承印物的潤濕性，并且改善流平性。
光引發劑又稱光敏劑或光固化劑，主要用于UV金屬油墨，在紫外光的照射下發生固化反應，迅速干燥成膜。選用2，4，6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化磷、1-羥基苯基環己酮、2-羥基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮中的一種或多種。
3 水性金屬油墨凹印工藝的研究
3.1 工藝過程
接通電源，檢查機器-預熱-固定原料于放料口-脫開壓臂，壓軸動力-放置襯紙-收卷軸穿入收盤紙芯管-固定襯紙-安裝刮刀-檢查輸氣系統-放置涂料-打開色泵-放置鋁箔-打開并調節吹風機、主電機-調節機器轉速-調整放料軸-控制機器轉速-注意機器補料及機器運轉情況-防止烘烤過度-關閉風機，清洗施膠輥-斷開成品，放置備用收卷軸-根據停機時間，清洗機器-生產結束后關閉電源-清理現場，規整工具。
3.2 配料及工藝參數
采用表2水性凹印金屬油墨配方印刷出來的成品經檢驗可以達到紙鋁復合或真空鍍鋁效果的70%。
4 未來研究方向與展望
未來水性金屬凹印油墨必然會逐漸成為市場主導并且取代現有的溶劑型油墨，甚至達到并超過現有的紙鋁復合以及真空鍍鋁紙的效果。但是，目前的主要問題就是用水和乙醇作為溶劑會影響印刷的干燥速度，印刷出來的效果不但沒有超過現有的采用苯及甲苯作為溶劑的效果，而且或許遠遠達不到要求，同時通過與真空鍍鋁紙和紙鋁復合方式的對比，效果只能達到其70%，這就需要研究人員在未來的探索中繼續突破。另外采用的水性金屬凹印油墨需要配有特殊的工藝以及對機器設備的特殊要求，例如凹印輥的改造等問題都有待解決。水性金屬油墨未來的大方向或許向納米級別進軍，能否代替現有的色漿，這將是一個里程碑式的進步。
參考文獻：
[1]辛秀蘭，水性油墨[M].第二版，化學工業出版社，2012，5.
關鍵詞 碳納米管/銅基復合材料；制備工藝；顯微組織
中圖分類號：TB33 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2013）13-0050-02
將增強纖維、顆粒等與銅制備成銅基復合材料，可以提高其強度、耐磨性以及保持較優良的導電導熱性能。SiC作為一種陶瓷顆粒，具有彈性模量高及抗氧化性能好等優良性能。由于金屬具有優良的力學機械性能，使得金屬基復合材料可以按機械零件的結構和性能要求，設計成合理組織和性能分布，從而工程技術人員對材料的性能進行最佳設計。由于能夠根據不同的力學性能要求來選擇相應的金屬基體和不同的增強體，使得復合材料中的各組成材料之間既能保持各自的最佳性能特點，又可以進行性能上的相互補充，功能上的取長補短，甚至滿足一定的特殊性能，所以納米復合材料是一類具有結構和功能極佳的材料。另外，納米復合材料由于具有特有的的納米表面效應、特有的納米量子尺寸效應，能夠對其光學特性產生影響。按照復合材料基體的性能特點特，人們將納米復合材料通常分三大類：納米樹脂基復合材料、納米陶瓷基復合材料和納米金屬基復合材料。納米金屬基復合材料不僅具有強度高、韌性高的特點，納米金屬基復合材料還具有耐高溫、高耐磨及高的熱穩定性等性能。納米金屬基復合材料應用表明：在功能方面具有高比電阻性能、高透磁率性能，以及高磁性阻力等物理性能。本文采用球磨混料方法，通過真空熱壓法工藝，制備出碳納米管增強銅基復合材料，研究銅基納米復合材料的制備工藝，分析相應的材料性能。
1 試驗材料及方法
1.1 試驗材料
試驗用原材料是上海九凌冶煉有限公司生產的電解銅粉，銅粉純度是99.8%，銅粉粒度為-300目，銅粉松裝密度是1.2～1.7。碳納米管（CNTs）選用深圳納米港有限公司產品。選用哈爾濱化工化學試劑廠的十二烷基硫酸鈉（化學純），以及該廠生產的酒精（分析純）。
1.2 試驗方法
試驗采用行星式球磨機進行濕磨混合配料，選擇的球磨機轉速參數為300 r/min，球磨時間為2.5小時，試驗球料比選擇為1：1。試驗的熱壓溫度參數選擇在800℃進行燒結，熱壓壓力參數為3.9噸，燒結時間參數為3小時。使用光學顯微鏡分析復合材料的顯微組織特點，用新鮮配制的三氯化鐵鹽酸酒精溶液腐蝕復合材料組織，腐蝕時間選為15 s。
2 試驗結果與分析
2.1 碳納米管/銅基復合材料顯微組織
2.2 CNTs/Cu復合材料的硬度
2.3 CNTs添加量對復合材料相對密度的影響
試驗結果表明，純銅試樣致密度最高，但是，隨著碳納米管含量的增加，納米復合材料的相對密度下降。復合材料材料相對密度隨著碳納米管含量的增加而逐漸降低，原因主要是碳納米管和銅的潤濕性較差，致使強化相CNTs不能均勻分布，引起復合材料的缺陷，材料中產生孔隙，呈現出相對密度的下降的特點。
3 結論
1）采用球磨混料方法，真空熱壓法工藝，制備出碳納米管增強銅基復合材料。
2）隨著CNTs的增加，復合材料的硬度呈現降低的趨勢，CNTs含量與硬度之間關系為曲線關系。
3）純銅試樣致相對密度最高，隨著碳納米管含量的增加，復合材料的相對密度下降。
參考文獻
[1]解念鎖，李春月，艾桃桃，等.SiCp尺寸對銅基復合材料抗氧化性及磨損性的影響[J].熱加工工藝，2010，39（8）：
74-77.
[2]王瑾，解念鎖，馮小明，等.SiCp/Cu梯度復合材料的壓縮性能研究[J].熱加工工藝，2011，40（8）：106-107.
[3]王艷，解念鎖.原位自生Sip/ZA40復合材料的組織及性能研究[J].陜西理工學院學報（自然科學版），2011，27（1）：1-4.
[4]董樹榮，涂江平，張孝彬.碳納米管增強銅基復合材料的力學性能和物理性能[J].材料研究學報，2000，14（Sl）：132-136.
[5]王浪云，涂江平，楊友志.多壁碳納米管/Cu基復合材料的摩擦磨損特性[J].中國有色金屬學報，2001，11（3）：367-371.
關鍵詞 蒙脫石；納米復合材料；非金屬粘土礦物
中圖分類號：TQ327.7 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2013）15-0017-01
納米是長度單位（Nanometer，nm），原稱“毫微米”，1 nm=10-9 m，即十億分之一米，一只乒乓球放在地球上就相當于將一納米直徑的小球放在一只乒乓球上。納米粒子通常是指尺寸在1 nm～100 nm之間的粒子。納米效應為實際應用開拓了廣泛的新領域。利用納米粒子的熔點低，可采取粉末冶金的新工藝。調節顆粒的尺寸，可制造具有一定頻寬的微波吸收納米材料，用于電磁波屏蔽、隱形飛機等。納米銀與普通銀的性質完全不同，普通銀為導體，而粒徑小于20 nm的納米銀卻是絕緣體。金屬鉑是銀白色金屬，俗稱白金；而納米級金屬鉑是黑色的，俗稱為鉑黑。納米粒子具有很高的活性，例如木屑、面粉、纖維等粒子若小到納米級的范圍時，一遇火種極易引起爆炸。納米粒子是熱力學不穩定系統，易于自發地凝聚以降低其表面能，因此對已制備好的納米粒子，如果久置則需設法保護，例如保存在惰性空氣中或其他穩定的介質中以防止凝聚。
納米材料是物質以納米結構按一定方式組裝成的體系。它是納米科技發展的重要基礎，也是納米科技最為重要的研究對象。納米技術被公認為21世紀最具有發展前途的科學之一，納米材料也被人們譽為21世紀最有前途的材料。由于納米材料本身所具有的特殊性能，使其能夠廣泛應用于化工、紡織、軍事、醫學等各個領域。本文闡述了蒙脫石/高聚物納米復合材料的研究進展，并對其發展前景加以展望，期望對其深層次的加工應用有所幫助。
1 納米材料的分類
納米材料有多種分類方式，按其維數可分為：零維的納米顆粒和原子團簇，一維的納米線、納米棒和納米管，二維的納米膜、納米涂層和超晶格等；按化學成分可分為：納米金屬，納米晶體，納米陶瓷，納米玻璃以及納米高分子等；按材料物性可分為：納米半導體材料，納米磁性材料，納米非線性光學材料，納米鐵磁體材料，納米超導體材料，以及納米熱電材料等；按應用可分為：納米電子材料，納米光電子材料，納米生物醫用材料，納米敏感材料，以及納米儲能材料等；按照材料的幾何形狀特征，可以把納米材料分為：①納米顆粒與粉體；②碳納米管與一維納米線；③納米帶材；④納米薄膜；⑤中孔材料（如多孔碳、分子篩）；⑥納米結構材料；⑦有機分子材料。
2 納米礦物資源的研究意義
納米礦物材料具有優良的物理性能和化學性能，這是一般礦物材料所無法比擬的。如聚合物/粘土礦物納米復合材料具有獨特的分子結構特征和表觀協同效應，既表現出粘土礦物優良的力學性能又體現了聚合物優異的阻隔性能。非金屬納米礦物材料的科學研究價值和應用前景主要體現在以下幾方面。
1）非金屬納米礦物是替代人工合成納米材料的絕佳資源。
2）非金屬納米礦物成因的研究成果可為人工合成納米材料提供有益的借鑒。
3）非金屬納米礦物資源的研究有助于深化人們對納米材料的認識。
4）非金屬納米礦物資源的研究具有重要的地質學和經濟學意義。
3 蒙脫石/聚合物納米復合材料發展現狀
3.1 聚合物基納米復合材料
把納米材料用于添加改性塑料，可以開發出各種新型的功能復合材料。聚合物基納米復合材料通常可分為3類：有機/有機型納米復合材料、有機/無機混雜物型納米復合材料、有機/無機粒子型納米復合材料。
3.2 蒙脫石/聚合物納米復合材料的制備
能夠在納米復合材料中得到應用的蒙脫石屬于層狀硅酸鹽礦物，它是非金屬粘土礦物膨潤土的主要成分。用蒙脫石填充高聚物可以制得蒙脫石/聚合物納米復合材料，其合成方法——插層復合法根據復合方式的不同可以分為插層聚合法和聚合物插層法兩大類。按照聚合反應類型的不同，插層聚合又可以分為插層縮聚和插層加聚兩種類型；聚合物插層法也可以分為溶液插層和熔融插層兩種。
此外，聚合物基納米復合材料的其它制備方法還有直接分散法、溶膠-凝膠法、原位生成法等等。這些方法的綜合運用為新型納米復合材料的開發及應用開辟了廣闊的前景。
4 蒙脫石/聚苯乙烯納米復合材料開發前景
陳燕丹等用含雙鍵的酰胺-胺化合物作為插層劑制得改性的有機蒙脫石，與苯乙烯具有較好的相容性，使得二者界面相互作用大大提高。在此基礎上聚苯乙烯于熔融狀態下可以插層進入有機蒙脫石，形成蒙脫石/聚苯乙烯納米復合材料，其力學性能和熱性能與純聚苯乙烯及常規填充聚苯乙烯相比都有提高。林蔚等以十六烷基三甲基溴化銨改性鈉基蒙脫石與聚苯乙烯熔融插層，制備了無機-有機納米復合材料，通過分析得到其力學性能、耐熱性、阻燃性及抗溶性均勻所提高。黎華明等將間規聚苯乙烯和尼龍6/改性蒙脫石納米復合物共混制得的復合材料經DSC、DMA、WAXD等測試可知蒙脫石對聚合物基體的增強效果明顯。
說明蒙脫石的加入能引入氫鍵和強極性作用，使分子鏈的柔性降低，聚合物分子堆砌密度增大，玻璃化轉變溫度升高，材料斷面形貌得到改善，提高了復合材料的綜合性能，達到增強增韌的目的，從而顯示出對聚合物基粘土納米復合材料研究的重要科學意義。今后期望能夠繼續提高復合材料的抗沖擊性和耐熱性能，制得高性能的蒙脫石/聚苯乙烯納米復合材料，進一步開拓其應用領域。
參考文獻
[1]李青山.乙烯基共聚物/蒙脫石納米復合材料研究[D].東華大學，2004：1-9.
[2]曹明禮，等.非金屬納米礦物材料[M].北京：化學工業出版社，2006：40-46.
[3]漆宗能，等.聚合物/層狀硅酸鹽納米復合材料理論與實踐[M].北京：化學工業出版社，2002：5-12.
[4]陳燕丹，等.新型嵌入改性膨潤土/聚苯乙烯雜化納米材料[J].福建師范大學學報，2000，16（3）：60-64.
[5]李同年，等.聚苯乙烯-蒙脫土插層復合材料的制備與性能[J].塑料工業，2000，28（2）：33-35.
關鍵詞：鑄造工藝；雙金屬復合材料；性能；影響
前言
文章中對不同的鑄造結構和使用條件進行了分析，通過采取特殊的鑄造工藝方法，能夠使結晶界面和基體的溫度、梯度以及厚度都是均等的，保證結合界面是均勻的，同時也能制備出無混料的雙金屬復合材料，對復合材料進行進一步的研究和分析，在經濟效益和學術價值方面十分有利。
1 對雙液雙金屬復合鑄造的概述
雙液雙金屬復合鑄造是指在一定的澆注溫度下，將兩種液體的金屬按照一定的順序將其澆注到同一個鑄型中，這樣形成的復合材料具有很好的耐磨性，同時，也能克服兩種金屬存在的缺點，將兩種金屬的優點進行發揮，新形成的復合材料具有兩種金屬的特性。新型復合鑄造零件能夠適應各種惡劣的使用環境，在使用過程中壽命也將出現延長的情況。雙液雙金屬在實際操作過程中比較難，在對耐用零件進行批量生產時難度系數更大。在應用過程中，可靠性條件非常差，對整個加工過程帶來的影響將非常大。在鑄造過程中，對界面的結合質量對復合材料的性能影響原因進行分析，能夠對復合界面的關鍵因素進行保證。
2 對雙金屬復合材料的概述
采用復合技術將兩種完全不同的金屬接觸面進行相互之間的固勞，并且結合在一起，通常情況下，兩種金屬的物理和化學性能都將是不同的，在這種情況下，出現的新型材料就是雙金屬復合材料。雙金屬復合材料具有非常好的性能，而且這些技能非常特殊，在工作環境比較惡劣的情況下，雙金屬復合材料的使用壽命也非常好。雙金屬復合材料成本非常低，在性能方面非常好，而且能夠合理對資源進行開發利用。在很多的工業領域中，石油、汽車、航空對這種新型的材料應用比較廣泛，因此，其市場前景非常好。
3 鑄造工藝對雙金屬復合材料性能影響的實驗
文章對鑄造工藝對雙金屬復合材料的材質復合界面的組織以及耐磨性綜合力學性能進行了試驗和研究，在以后的經濟發展和社會進步將有很大影響。
3.1 實驗材料
在試驗過程中，主要的試驗材料有碳、硅、朦和鉻，其中，碳是鋼中的主要元素，是鋼的基本組織成分。在試驗中，將少量的碳固體溶合在鐵素體中，這樣能形成以滲碳體的形式存在。在實驗過程中要對碳含量進行很好的控制，因為碳含量過高或者是過低都是會導致鋼的質量受到很大影響。碳含量出現過低的情況，會導致鋼的淬硬性以及耐磨性出現很差的情況，在碳含量過高的情況下，會導致鋼的韌性出現降低的情況，因此，要對碳的含量進行很好的控制，能夠更好的保證鋼的剛度和硬度。硅在鋼中的作用就是當貝氏體轉變過程中，抑制碳化合物的析出，硅在鋼中的形態主要是以固體的形式進行溶體，在鐵素體中進行存在，這樣利用硅的性能能夠更好的增加鋼的強度和硬度，降低鋼的塑性。在鑄造鋼過程中，錳的作用是不可替代的，其主要的功能就是脫氧，對硫元素進行中和，避免出現有害作用，從而能對鑄件出現的強烈缺陷進行防止。不僅如此，錳還能對鋼中出現的溫度以及分解速度進行降低。在使用過程中將錳和硅進行配合使用，能夠對鋼的強度進行提高，對硬度和韌度也有很好的促進作用。但是，在鋼中，錳的含量一定要進行必要的控制，不能出現錳含量過高的情況，這樣會導致鋼晶粒出現粗化的情況，對鋼的回火脆性以及敏感性都有很大的影響。
鉻是一種活性比較大的耐磨材料元素，其能夠固溶于鐵素體中，同時也能和鋼中的碳組合形成很多種碳化物，它的主要作用就是促使鋼的淬透性得到提高，同時，對鋼的抗氧化能力和抗腐蝕能力進行提高。鉻在鋼中的含量比較高也不用對其進行擔心，這種元素不會對鋼的性能產生很大的影響，但是，其會在鋼中形成比較復雜的碳化物，這種物質能夠從鋼中進行析出，然后起到沉淀和強化的作用。
3.2 實驗方法
3.2.1 具體方法
使用酸性坩堝熔煉實驗鋼，并采用65kg和150kg中頻感應電爐，將澆注溫度定為1550，濕砂型澆注后加工成10mm×10mm×55mm沖擊韌性試樣。主要對鋼的材質復合界面組織、耐磨性、綜合力學性能三方面進行分析和觀察。其中，采用的器具主要有ZBC-300B全自動金屬擺錘沖擊實驗機，負責沖擊韌性測試；HRC-150A硬度計負責硬度測試；MLD-10動載荷磨料磨損試驗機負責磨損試驗。最后采用奧林巴斯GX71倒置式金相顯微鏡進行組織分析，從而得出結論。
3.2.2 鑄造工藝
實驗時采用兩個澆注系統，分別澆入低碳鋼和高碳鋼，時間上要間隔15-80秒，而且需要注意的是澆入低碳鋼后，當鋼液已經趨近工藝要求的復合界面或已達到時，根據鑄件的大小才可以澆入高碳鋼。其中任選一組將激冷材料放置在兩種材質的連接部位，從而保證結晶界面與基體間存在一定的溫度梯度以及厚度，另一組則不需要添加激冷材料。
3.3 實驗結果
3.3.1 對復合界面組織的影響
由于采用特殊的雙液雙金屬復合鑄造工藝，當低碳鋼結晶后才進行高碳鋼的澆筑，然后經過高溫鐵水的作用，致使低碳鋼能夠保存的很好，只是表面熔化很薄的一層，而且結合區復合界面的交界線處相互交錯，產生了熔融和相互滲透的現象，這是從圖片上清晰可見的，這就說明兩種材質的中間結合面實現了有效的冶金結合，而且復合界面并沒有發生沖混現象。
3.3.2 對耐磨性的影響
通過實驗，我們可以總結出：將實驗鋼材料和高錳鋼進行相同時間的磨損，發現前者的動載磨損失重量要明顯小于后者。這是由于實驗鋼以擠出和淺層剝落為主，無論是組織上還是綜合力學性能均高于高錳鋼，具有較強的抵抗石英砂磨粒的切削的能力，這就減少了磨損過程中表面金屬的剝落，呈現出較好的耐磨性能。
3.3.3 對力學性能的影響
此圖片為等溫淬火溫度試樣高碳鋼沖擊斷口的SEM照片，從圖片上我們可以看出斷口的形狀是扇形花樣，而且還有大量的撕裂棱以及大大小小的圓形或橢圓形的深韌窩，這就說明該材質的韌性是十分好的。
4 結束語
鑄造工藝對雙金屬材料的性能有很大影響，因此，在進行復合的時候要應用特殊的鑄造工藝，這樣不僅能夠提高復合材料的組織界面結合狀態，在耐磨性能和力學性能方面影響也非常好，這樣能夠提高生產工作的安全性。對雙金屬鑄造的定義進行分析，增強對其的了解，應用現代的方法，通過試驗對鑄造工藝進行分析，這樣對雙金屬復合材料以后的發展非常有利。
參考文獻
[1]田德旺，應保勝.雙金屬復合材料冷軋變形行為及結合強度的研究[D].武漢：武漢科技大學，2007.3.
關鍵詞：機械合金化；鋁基復合材料；納米尺度
中圖分類號：TB383.1 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）26-0072-02
1 概 述
鋁基復合材料具有高比強度和比模量、低熱膨脹系數、良好的尺寸穩定性、較高的高溫機械性能以及抗疲勞、耐磨損等優良性能。與鋼相比，鋁基復合材料的密度僅為鋼的三分之一，耐磨性則與鑄鐵相當；與鋁合金相比，導熱率與其基本相當，抗拉和抗壓強度及彈性模量大幅提高，熱膨脹系數有較大幅度的降低。
因此，鋁基復合材料已成為金屬基復合材料中最常用的、最重要的材料之一，在航空航天、汽車、電子和光學儀器、體育用品等領域得到了廣泛了應用。
基于進一步提高鋁基復合材料機械性能的需求，研究發現，減小增強體顆粒尺寸會增加鋁基復合材料的塑性、韌性和強度，因而越來越多小尺寸（約1 μm或更小）的增強體被用來制備鋁基復合材料。納米復合材料被定義為在多相固體材料中，其中一個相（一般為增強體）至少有一個方向其尺寸小于100 nm。在納米鋁基復合材料的制備中，納米顆粒的特性給使用液相法的制備工藝帶了困難，因而固相法更多的被采用，其中最常見的為機械合金化法。
機械合金化（MA）是一種固態粉加工技術，涉及了粉末在高能球磨機中的冷焊、破碎和再冷焊的過程。
在此過程中，一定量的混合粉末裝入容器中并放入研磨介質，然后在預定的時間長度內進行高速攪拌。當粉末中含有塑韌性良好的金屬材料時，在球磨過程中需要加工過程控制劑（PCA）來避免其因過度冷焊而結塊。在球磨結束后，可得到合金化且混合均勻的粉末。
本文以Al2O3、Al3Ti和CNTs為代表增強體，概述了機械合金化制備相應納米鋁基復合材料的研究進展。
2 AlCAl2O3 納米復合材料
納米復合材料具有兩種不同的制備方法。在第一種方法中，氧化鋁增強體通過原位化學反應生成，被稱為原位復合材料。在第二種方法中，Al2O3顆粒直接加入鋁中，再將混合物一起球磨，以產生納米復合材料。
一般情況下，原位生成復合材料的界面結合更強，機械性能比非原位生成復合材料要好，但在納米尺度下性能差異幾乎不存在。
2.1 原位法
在原位制備Al-Al2O3 納米復合材料過程中，最常用的原位反應方程式有：
2Al+3CuO 3Cu+Al2O3
2Al+3ZnO 3Zn+Al2O3
Xi等人研究了Al含量從20%～85%（wt.）范圍內，Al和氧化銅的反應球磨。研究表明，當Al含量僅為20%（wt.），發生完全還原反應，反應產物為銅和均勻分散的氧化鋁顆粒分散。但是，隨著Al含量的增加，會形成鋁-銅金屬間化合物，如Cu9Al4，CuAl2和Al（銅）固溶體。
同時，細小而分散的氧化鋁顆粒進入到了Al基體內。Wu等人研究結果表明球磨鋁和10 Wt.%的氧化銅17 h后，Al4Cu9相衍射峰開始出現在X射線衍射圖上，并且此析出物經過退火后轉化為CuAl2相。
增強相的體積分數過大會造成混合粉末的壓制困難。當氧化銅含量降低至5Wt.%，增強體包括析出的大小為100～500 nmCuAl2和10～50 nm的氧化物和碳化物顆粒，Al基體的尺寸大約74 nm。依照晶粒尺寸（Hall-Petch）和Orowan強化機制分析了復合材料的強度，表明Hall-Petch強化來源于細晶鋁、Orowan強化源于納米尺度的氧化物和碳化物顆粒。
Durai等人通過球磨鋁，氧化銅和ZnO的混合物，球磨后的粉末經過冷壓以及高溫燒結，制備了Al-Al2O3納米復合材料。
研究表明，該復合材料中細小的氧化鋁顆粒彌散分布在Al（Zn）或Al（Zn）-4Cu的基體中。該材料在經過測試后發現耐磨損性得到改良，相比于未經過球磨直接進行冷壓和燒結的復合材料具有更高的硬度和耐磨性。
2.2 非原位法
Prabhu等人球磨了鋁-氧化鋁混合粉末，選用不同尺寸（50 nm、150 nm和5 μm）和體積分數（5、10、20、30和50）的Al2O3。混合粉末在行星式球磨機中經過不同時間的球磨，結果表明，當球磨時間超過20 h以后氧化鋁增強體能均勻分散到鋁基體中。Al-20Vol.%50Al2O3在不同球磨時間后的SEM照片，如圖1（a）（b）（c）（d）所示。
不同體積分數的Al-50Al2O3在球磨20 h后的X射線能譜元素分布圖，如圖2所示。通過照片可觀察到球磨20 h后，氧化鋁增強體實現了均勻分布。
3 AlCAl3Ti 納米復合材料
相比于其他大多數富鋁金屬間化合物，Al3Ti因為它具有熔點高（約1623 K）、相對低的密度（3.4 g/cm3）和較高彈性模量（216 GPA）。另外，由于Ti在鋁中的低擴散性和溶解度，Al3Ti在高溫下會展現出低的粗化速率。因此，Al3Ti存在于Al基體中下可以非常有效地提高鋁基復合材料的剛度，室溫機械性能和改善的鋁基復合材料熱穩定性。
Lerf和莫里斯用機械合金化法以鋁粉和鈦粉為原材料合成了Al-Al3Ti復合材料。球磨后能觀察到兩金屬元素均勻分布，再對混合粉末在873 K進行退火后，有Al3Ti金屬間化合物產生。0.1～0.5 μmAl3Ti顆粒分布于Al基體上，同時因為在球磨過程中加入PCA，納米尺度（50 nm）Al4C3和γ-Al2O3的球狀顆粒也存在于鋁基體中。Wang和Kao用機械合金化法和高溫燒結合成了Al-Al3Ti復合材料，復合材料微觀結構表現為平均尺寸約100 nm的等軸顆粒狀Al3Ti彌散分布在鋁基體中，同時在晶粒內和晶界上還存在著納米尺度的Al2O3 和 Al4C3顆粒。而且還對Al3Ti含量不同的Al-Al3Ti復合材料的高溫變形行為進行了研究。
4 AlCCNTs 納米復合材料
碳納米管因其優異的機械性能使其成為理想的復合材料增強體，在增強材料的剛度和強度同時并實現輕量化。然而碳納米管固有的物理性質，使其有強烈的團聚傾向，最終造成材料性能不升反降的現象。機械合金化法能較好地解決碳納米管團聚現象，從而最大程度的發揮其作用。
Morsi和Esawi通過機械合金化法制備了Al-MWCNTs（2～5 wt.%）納米復合材料，并對碳納米管的分布和鋁晶粒尺寸進行了研究，結果表明，球磨能夠避免碳納米管在復合材料中的團聚；在球磨48 h的樣品中能觀察單個的碳納米管到嵌入在鋁基體中；球磨過程中冷焊和破碎的共同作用，細化了鋁基體的晶粒。
George等人用球磨合成的Al-CNT（單壁和多壁）復合材料，為了保持CNT的完整性，球磨時間較短，復合粉末再經過冷壓、燒結和熱擠壓。通過測試材料的屈服強度、拉伸強度和彈性模量，結果表明，復合材料具有比基體合金更好的機械性能。性能的提升歸結于熱失配、剪滯和Orawan機制共同作用的結果。
5 展 望
納米相增強鋁基復合材料是近年迅速發展起來的一種新型材料，表現出優異的理化和力學性能，機械合金化法在制備納米鋁基復合材料過程中表現出獨特的優勢，但距離工程化應用仍然存在成本高、制造效率低、可靠性與穩定性有待提高等新材料實用化過程中面臨的共性問題，需要進一步攻關并逐一克服。
參考文獻：
[1] 王宇鑫，張瑜.鋁基復合材料的研究[J].上海有色金屬，2010，（31）.
[2] Tjong SC.Novel nanoparticle-reinforced metal matrix composites with enhanced mechanical properties[J].Adv Eng Mater，2007，（9）.
[3] Lerf R，Morris DG.Mechanical alloying of Al-Ti alloys[J].Mater Sci Eng A，1990，（A128）.
[4] Wang SH，Kao PE.The strengthening effect of Al3Ti in high temperature deformation of Al-Al3Ti composites[J].Acta Mater，1998，（46）.
關鍵詞：石墨烯-銅復合材料；輻照損傷；位錯
自2004年英國Manchester大學的Novoselov等[1]首次用機械剝離法獲得單層石墨烯以來，石墨烯以其獨特的結構，優異的電學、熱學、化學和力學性能迅速引起了廣泛地關注。石墨烯是一種由碳原子以sp2雜化連接密堆積構成的二維晶體，具有良好的導熱性能5000W/（m?K）[2]，室溫下電荷遷移率高達15，000cm2/（V?s）[3]，比表面積為2630m2/g[4]，楊氏模量和力學性能分別為1.02TPa和130GPa[5]。石墨烯的這些優良性能使其成為材料科學領域研究的熱點對象，通過與其他材料的復合可以利用石墨烯優良的特性賦予復合材料更加優異的性能。石墨烯與金屬的復合是石墨烯納米復合材料研究中很重要的一部分，特別是石墨烯-銅復合材料的研究是目前材料研究領域的熱點之一。主要綜述了國內外對石墨烯-銅復合材料理論研究的最新進展，給出研究中得到的重要成果，并指出目前石墨烯-金屬復合材料研究過程中的困難。
石墨烯的加入使得石墨烯-銅復合材料不僅可以獲得高導電導熱的性能，還能很好地彌補傳統銅及銅合金強度較低的缺點。這是由于石墨烯在復合材料中起到阻礙位錯運動的作用，使位錯運動需要更大的應力來越過障礙，從而提高了材料的強度，也提高了材料的耐磨性能。2010年，Xu等[6]利用第一性原理研究了單層石墨烯和銅界面的性質，結果發現，單層石墨烯與銅（111）面的界面內聚能、強度和電子結構與它們的原子幾何形貌息息相關。Nam Do.V等[7]提出一個物理模型來研究石墨烯-金屬界面電子的傳輸過程，該模型是基于有效地描述石墨烯π能帶與金屬sd和d能帶之間的耦合。應用這個模型研究了各種金屬-石墨烯界面的傳輸特征（金屬有Cu、Au、Pt、Pd和Ti），計算出各種金屬-石墨烯-金屬復合結構的伏安特性，得出他們的固有電阻和電導。其中銅-石墨烯-銅復合結構的伏安特性是負電阻非線性電流，計算出銅-石墨烯界面的固有電阻為3.86×10-10Ω?cm2，電導為2.59×109S?cm-2。Mao等[8]利用第一性原理和格林函數的方法研究了石墨烯-金屬異質結構的熱傳輸問題，得到在300K時石墨烯-銅界面的熱阻為1.18×10-8K?m2/W。在低溫范圍內（50-150K），界面熱阻同溫度成反比關系，而溫度在150K到450K時，熱阻幾乎保持不變。
隨后，Kim等[9]利用石墨烯具有極高強度、彈性模量和二維結構的特征，將石墨烯作為增強劑創建了金屬-石墨烯的一種分層結構的納米復合材料。利用化學氣相沉積法在金屬沉積襯底上設置一層石墨烯薄膜，然后在沉積另一層金屬，并重復操作此過程，最終形成一種金屬-石墨烯多層復合納米材料。在透射電子顯微鏡下進行微耐壓測試，以及分子動力學模擬均有效地顯示出該材料在原子水平上的強度增強效應，晶面間距為70nm的銅-石墨烯多層納米復合材料的強度可達到1.5GPa，是純銅材料強度的500倍。通過分子動力學模擬得出，這種高強度是由于石墨烯納米層的存在使得位錯的傳播在界面處被有效地阻止，并還發現晶面間距和多層納米復合材料的強度之間有一種清晰的關聯性。晶面間距越小，位錯運動更加困難，而此多層納米復合材料的強度卻明顯增加。
郭俊賢等[10]結合嵌入原子方法、反應經驗鍵序作用勢和Morse勢函數，采用分子動力學方法研究了石墨烯-銅復合材料的彈性性能和變形機制。結果表明，石墨烯的加入可以增加復合材料的彈性模量和屈服強度；通過比較預制裂紋在單晶銅和石墨烯增強銅基復合材料中的動態擴展，發現石墨烯的加入能顯著抑制裂紋的擴展；此外復合材料的塑性變形主要表現為沿石墨烯表面的滑移，表明石墨烯與金屬銅的界面力學性能對于復合材料的整體性能有重要的影響。
Liu等[11]應用分子動力學模擬研究了在沖擊加載下石墨烯-金屬納米層復合材料的增強效果。在模擬研究中將金屬-石墨烯-金屬的納米層復合材料作為沖擊靶，靶的邊界固定。純金屬作為沖擊彈，從復合材料的上面垂直沖擊，沖擊速度設為6km/s，這個速度是根據分子動力學模擬得到的，它足夠穿透一個單層的石墨烯。結果表明，復合材料中位錯的運動被石墨烯界面阻礙，而在相同厚度的純銅中位錯導致了材料被擊穿。沖擊后，復合材料中石墨烯上半部分的金屬溫度明顯高與下半部分金屬的溫度。進一步的分子動力學模擬發現，沖擊波在純金屬靶的傳播過程中滑移帶是穩定和連續的，而在金屬-石墨烯納米層復合材料中滑移帶被石墨烯界面阻隔，石墨烯前后的金屬層中滑移帶的傳播是不穩定的。研究結果表明，石墨烯界面在沖擊加載下對于增強復合材料發揮著兩方面的作用。一方面，由于石墨烯相對弱的抗彎剛度可以將石墨烯界面近似作為自由邊界來考慮，這樣將導致層間反射和沖擊波減弱。另一方面，強的面內sp2帶結構阻礙了位錯的傳播和金屬層的融化。由于石墨烯界面的阻礙作用，彈性回復在加強效應中起著重要的作用，通過減小層間的距離可以提高沖擊的強度。
Huang等[12]應用分子動力學模擬研究了銅-石墨烯納米層復合材料的抗輻照損傷和界面的穩定性。研究發現，兩層銅中間夾一層石墨烯的箱體（銅-石墨烯界面的寬度接近6 ）在級聯作用下，在100K時產生點缺陷的數目少于相同大小箱體的純銅產生的點缺陷數目，同時，不同的溫度下會發生上面相同的現象。這說明石墨烯界面在級聯作用下能夠加快重組減少點缺陷的產生，在一定程度上抗輻照損傷。除此之外，PKA原子能量越高，級聯引起界面的石墨烯輻照損傷越嚴重。這個損傷使得頂部的銅原子和低部的石墨烯重組，貫穿打破的石墨烯形成柱狀塊，這樣破壞了界面的穩定性，最后削弱了復合材料抗輻照損傷能力。
自從2004年發現石墨烯以來，關于它的研究不斷取得突破性進展，充分展示了其在理論研究和實際應用領域的巨大潛力和發展前景。主要介紹了近年來國內外在石墨烯-銅復合材料研究方面的前沿進展。值得注意的是，石墨烯和金屬復合材料的研究與應用中仍存在諸多挑戰。比如：如何實現石墨烯納米片在金屬基體中均勻分散以及改善石墨烯與金屬間的接觸界面，如何更精確地控制金屬納米顆粒在石墨烯表面的分散程度和尺寸分布。
參考文獻
[1]Novoselov K S， Geim A K， Morozov S V， et al. Electric field effect in atomically thin carbon films [J]. Science，2004，306（5696）：666-669.
[2]Balandin A A，Ghosh S， Bao W Z， et al. Superior thermal conductivity of single-layer graphene [J]. Nano. Lett.，2008， 8：902-907.
[3]Bolotin K I， Sikes K J，Jiang Z，et al. Ultrahigh electron mobility in suspended graphene [J].Solid State Commun.，2008，146：351-355.
[4]Steurer P，Wissert R，Thomann R， et al. Functionalized graphenes and thermoplastic nanocomposites based upon expanded graphite oxide [J]. Macromol Rapid Commun.，2009，30：316-327.
[5]Lee C，Wei X D， Kysar J W， et al. Measurement of the elastic properties and intrinsic strength of monolayer graphene [J].Science，2008，321： 385-388.
[6]Xu Z P，Buehler M. Interface structure and mechanics between graphene and metal subsratesA first principles study[J].J. Phys. Cond. Matt.， 2010，22（28）：5301.
[7]Nam Do V， Anh Le H. Transport characteristics of graphene-metal interfaces[J].Appl. Phys. Lett.，2012，101：161-605.
[8]Mao R，Kong B D，Gong C， et al. First-principles calculation of thermal transport in metal/graphene systems[J].Phys. Rev. B，2013，87：165410.
[9]Kim Y，Lee J，Yeom M S，et al.Strengthening effect of single-atomic-layer grapheme in metal-graphene nanolayered composites[J].Nature Communications，2013，4：2114.
[10]郭俊賢，王波，楊振宇.石墨烯/Cu復合材料力學性能的分子動力學模擬 [J]. 復合材料學報，2014，31（1）：152.
[11]Liu X Y，Wang F C，Wu H A， et al. Strengthening metal nanolaminates under shock compression through dual effect of strong and weak grapheme interface[J].Appl. Phys. Lett.，2014，104：231901.
關鍵詞：復合材料 汽車工業 應用 趨勢
中圖分類號：U465.7 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）12（b）-0117-02
隨著汽車行業的快速發展和可持續發展戰略的逐步落實，人們在追求汽車安全性和舒適性的同時，逐漸認識到汽車節能減排的重要性，而縮減風阻、提升發動機效率、控制摩擦和汽車輕量化是實現汽車節能減排的主要途徑。大量實踐證明，適當地應用復合材料可實現汽車的輕量化，提升汽車性能，所以針對復合材料在汽車行業中的應用展開研究具有重要的現實意義。
1 各類復合材料在汽車工業中的應用分析
1.1 MMC在汽車工業中的應用分析
MMC又被稱為金屬基復合材料，其具有比強度、比剛度、耐磨性、導熱性較理想而特膨脹系數較差的特點，所以在汽車工業中應用具有一定的可行性，其中由于鋁基復合材料和鎂基復合材料具有顆粒和短纖維增強的特點，在汽車工業中應用的范圍相對廣泛，鋁基復合材料作為以鋁硅合金為主，添加陶瓷纖維等填充增強劑的復合材料，相比鋁合金在強度、彈性模量、耐熱耐磨性能等方面都具有優越性，而且質量更輕，在汽車工業中應用對提升汽車性能具有重要的作用[1]。例如，將鋁基復合材料應用于汽車剎車輪，可使剎車輪質量縮減30%～60%左右，導熱性能大幅提升，在450 ℃的高溫下仍可正常作業；將其應用于汽車制動盤中可使導熱和冷卻性能得到顯著提升，除此之外，人們發現將碳纖維增強鋁基應用于輪胎螺栓，可明顯提升其強度、剛度和動力效果；將氧化鋁纖維增強的鋁基復合材料應用于汽車連桿，可延長其使用壽命，提升穩定性，可見金屬復合材料在汽車工業中的應用較為普遍，且效果較理想[2]。
1.2 CMC在汽車工業中的應用分析
CMC又被稱為陶瓷基復合材料，其通常以玻璃陶瓷、氧化鋁、氮化硅等為基體，在強度、耐磨耐腐蝕性、隔熱性方面性能突出，且具有膨脹系數和密度較低的特點，現階段其主要應用于汽車的內燃機方面，將其應用于內燃機活塞，可在燃燒室內實現有效的隔熱，進而為冷卻系統的優化提供了可能。實踐證明，將其應用于高強化柴油機的活塞部分甚至可以舍去對其轉向冷卻處理；將其作為塑料材料的增強劑，對其耐熱耐磨性能的提升具有重要意義；將其應用于汽車的配氣結構，如挺柱、彈簧座等結構，可使功率損耗得到有效的縮減，而且氣門座等在應用中極易磨損的結構的使用壽命得到明顯提升；將CMC制成的鑲塊應用于柴油機渦流室，可對燃燒噪聲和碳氫化合物的排放進行改善，提升發動機的效率，陶瓷渦輪相比金屬渦輪具有質量、轉動慣性都較小，可提升動態響應性近40%；除此之外，在汽車氣缸蓋、排氣管等位置應用CMC，也可使其使用的壽命得到提升，但實際應用中CMC仍受到價格、可靠性等方面的限制。
1.3 SMC在汽車工業中的應用分析
SMC復合材料屬于玻璃鋼，具有強度大、質量輕、成本低且可循環應用的特點，其中短切纖維和連續纖維混雜應用的SMC C/R在汽車工業中應用更為廣泛，其使SMC的使用性能得到大幅度提升，但在具體應用中必須結合其應用結構實際受力情況進行短切纖維和連續纖維比例的針對性設計，將其應用于汽車的保險杠、加強梁、支撐架等受力結構，可以提升其強度、延長使用壽命，例如日本馬自達轎車發動機架應用800 MPa彎曲強度、短切纖維R和連續纖維C均為30的SMC C/R，其質量相比鋼制縮減近40%，同樣受力彎曲度僅為鋼制的70%。由于SMC復合材料具有循環利用的特性，其更符合可持續發展戰略的要求，所以近年來受到汽車行業的廣泛關注，研究力度不斷加大。
1.4 GMT在汽車工業中的應用分析
GMT復合材料的基體是熱塑性樹脂，增強劑為玻璃纖維氈等，具有低材料密度、高強度、可循環利用的特點，而且其相比多部分復合材料具有力學性能均衡的特色，片材的GMT在彎曲、拉伸、抗沖擊強度等方面都可以得到大幅度提升，將其應用于汽車工業中效果更加理想。實踐證明通過對GMT進行結構優化設計，其可以成功地取代汽車工業中的部分金屬材料，實現減重的目的，而且GMT模具費用通常僅為金屬模具的10%～20%，有利于汽車零部件的模塊化生產；GMT制件相比金屬件質量縮減達30%～80%且相比同體積金屬制件價格更低，能耗相比鋼制品和鋁制品明顯縮減；現階段GMT在奔馳轎車中的應用質量超過30 kg，福特、克萊斯勒等轎車上的備胎盤、行李架、保險杠等也應用了此種復合材料，性能得到較大幅度的改善。由于GMT力學性能均衡，所以為提升汽車的安全性和舒適性可將其應用于座椅、儀表等位置，例如別克、凱越的后靠背骨架基本由此材料制成；結合其各方面的性能，現階段GMT在汽車工業中的應用已達到近50種，如護板、腳踏板、遮陽板等，而且應用范圍仍有擴大的空間。
1.5 LFT在汽車工業中的應用分析
LFT復合材料的纖維長度通常在2 mm以上，且隨著加工工藝的逐步深化纖維長度不斷增加，纖維長度與其沖擊性能呈現正相關性，其通常具有沖擊強度較大，強度高、成型收縮性低、抗蠕變性能強、耐疲勞性好，可注射或模壓成型，流動性能強，可循環應用等特點，現階段在汽車的前端支架、門板模塊、行李架、緩沖器、蓄電池殼等結構中都對此復合材料進行了廣泛應用。例如邁騰系列和馬自達3/6都將30%長波纖維復合材料直接注射成型，使其生產周期、生產成本、質量等都明顯縮減，效果突出；福特和馬自達公司將其應用于門板模塊，使揚聲器、防盜裝置等結構集成于門板模塊中，有效地對其高溫或低溫狀態下的蠕變、翹曲等進行了控制；梅塞德斯-奔馳公司將行李架和緩沖器直接進行40%長波纖維復合材料注射成型，使其強度、韌性等方面得到了大幅度提升，而質量和成本卻相對縮減，實際意義突出；另外，奔馳公司將蓄電池殼直接用40%長波纖維復合材料注射成型，使其強度和硬度得到改善的同時，蠕變、質量、體積等都得到較大的改善。
1.6 NMT在汽車工業中的應用分析
NMT由于在耗能、造價等方面存在一定的缺陷，現階段主要應用于汽車內飾結構中，如汽車行李箱、衣帽架、儀表盤等，例如克萊斯勒公司將NMT應用于車門的內飾方面，使其質量、機械性能、安全性等方面都得到了極大改善；福特汽車公司將此種復合材料應用冷卻器架和引擎擋板等結構中，使其體積得到較大幅度的縮減；菲亞特公司將此種復合材料應用于汽車坐椅、儀表板、車門把手等結構中，長春一汽四環將其應用于車內的雜物箱和其他車內裝飾板中，都使汽車的質量和安全性得到提升，使傳統纖維材料在污染、耗能等方面的缺陷得到較好的改善，現階段通過對其增強纖維材料的不斷深入研究，NMT的質量、力學性能、化學性能、隔音效果、環保性和防輻射性都得到了極大改善，為其適用范圍的擴大提供了可能。
2 復合材料在各類汽車中的應用現狀
2.1 復合材料在各類轎車中的應用現狀
現階段我國市場上的汽車大部分來源于進口，如美系的福特、日系的馬自達、歐系的奔馳寶馬等，完全自主品牌相對較少，如長城、獵豹等，現階段進口車中應用的復合材料主要依靠進口，本土化生產占有的比例較低，而國產車中對復合材料的應用相對較少，仍處于初步探索階段，例如一汽大眾生產的奧迪A6車型，其嘗試將SMC應用于后保險杠的被襯，將GMT應用于前端支架和發動機罩中，使汽車車身整體重量得到縮減，且相關結構的性能得到提升；海南馬自達公司將馬自達6的前端模板和車門模板進行LFT長波纖維直接注射成型，使其抗沖擊性得到大幅度提升，提升了整體的安全性能；上海通用公司針對凱悅、君悅系列車型的天窗板應用SMC復合材料，使其強度大幅提升的同時，車身重量得到減輕等。
2.2 復合材料在各類載貨車中的應用現狀
隨著經濟的發展和各行業規模的不斷擴大，近年來載貨車的市場需求數量不斷提升，為滿足使用者對載貨車性能、安全性、耗能等方面的需求，復合材料在載貨車方面的應用不斷擴大，出現中型和重型載貨車，例如一汽集團生產的解放奧威和解放J6系列車型都在其前保險杠和前圍面板中應用了SMC復合材料，使其強度和剛度得到大幅度提升，而貨車自身的重量卻相對縮減，耗能量明顯減少；東風公司生產的153改型和天龍系列、新霸龍系列也在汽車的不同結構嘗試應用了復合材料，例如天龍系列的前保險杠和前圍面板都應用了SMC復合材料，153改型和天龍系列的導流罩都應用了FRP，使其機械性能和功能性都得到了提升；洛陽福賽特公司生產的福德重卡將RTM復合材料應用于其面罩和保險杠中，不僅使重卡的安全性得到提升，而且車身重量和性能也得到極大改善。
2.3 復合材料在各類客車中的應用現狀
隨著客車市場需求的不斷提升，復合材料在客車中的應用已經非常普遍，現階段幾乎在所有種類的客車中都可以發現復合材料的身影，例如：西安西沃客車的前保險杠和行李箱門板；上海雙龍客車的空調頂置殼體和前保險杠、翼子板、北方迪奧普毫客車的側圍板和后圍等，另外，部分客車的座椅也采用了SMC復合材料，如申龍客車的連體座椅等。
3 未來復合材料在汽車行業中應用的趨勢
綜上所述，復合材料在汽車工業中的應用符合汽車發展對汽車車身輕量化的要求，而且可以使汽車在性能正常發揮的前提下，隨著重量的不斷減輕，油耗逐漸縮減，與可持續發展戰略的基本要求相一致，所以在未來汽車行業不斷發展過程中，復合材料的應用將逐步擴大。復合材料的應用，可以促使汽車結構的使用壽命增長，性能提升，功能性得到優化，這在一定程度上有利于環境的保護，特別是部分復合材料具有循環應用的特性，使其環保性得到保證，所以這在一定程度上與環保理念相一致；雖然部分復合材料屬于易燃物質，而且在燃燒的過程中會產生一定的污染物，即使在成型后揮發作用下也會對空氣等造成一定的污染，廢棄處理的難度較大，但隨著針對復合材料降解、再生等方面的研究不斷加深，其對環境的污染也會不斷縮減，例如可通過熔融再生、溶解再生等方法實現復合CMC材料的再生；對MMC復合材料可進行組分分離或回收再利用等。由此可見，復合材料對環境的污染程度相比其在汽車工業方面發揮的作用，前者在不斷減小，而后者在不斷加強，所以在未來一段時間內，復合材料仍將在汽車工業中得到應用，而且應用的范圍有明顯擴大的趨勢。
4 結語
通過上述分析可以發現，現階段人們已經認識到將復合材料科學地應用于汽車工業，對提升汽車性能、實現節能減排的重要性，并在實踐中嘗試將復合材料應用到各種類型的汽車中，實踐證明其對經濟、社會、環境等方面產生的效益突出，應結合實際推廣應用。
參考文獻
關鍵詞:復合材料;教學改革;實訓環節;教學方法
為了克服傳統灌輸式、填鴨式教學模式的弊端，積極響應教育部的高校本科生教學模式改革號召，專注于培養動手能力強、理論結合實踐、高水平、綜合素質的新世紀人才，許多高校的諸多專業課程都在進行教學模式改革。我校材料科學與工程專業為寬口徑的大專業，主要培養無機非金屬材料方向的畢業生。《復合材料》作為本專業的一門必修課，這門課程涵蓋知識點很多，包括聚合物基復合材料、金屬基復合材料和陶瓷基復合材料等各個領域的基礎知識、制備工藝和實際應用［1］。該課程對于擴大學生的專業知識面、提升學生的專業知識和實踐技能具有重要的理論指導作用。針對目前該課程教學中存在的一些問題，本文提出了《復合材料》教學改革的一些方案和措施。
1課程的主要內容和培養目標
《復合材料》是材料科學與工程專業本科生的基礎課、必修課，也是本科畢業生從事材料、復合材料等相關工作、科研、工程應用的必備課程。本課程主要講授常見復合材料的分類、加工制備技術及應用背景，如聚合物基復合材料、金屬基復合材料、陶瓷基復合材料、水泥基復合材料和納米復合材料等。在畢業設計、科研實踐中掌握上述幾種復合材料的制備及工藝技術，是材料類專業畢業生能夠勝任本專業工作的基礎和保障。這門課程的培養目標是理解復合材料的界面優化設計及界面作用機理，掌握復合材料的種類和制備工藝方法。了解復合材料界面及性能測試表征方法，學會分析材料研究和生產中的復合材料如金屬基、聚合物基、陶瓷基、水泥基復合材料及納米復合材料的成分、組織形貌和結構性能，并能夠適當的調整配方或改進制備工藝最終實現目標所需的力學性能或特殊功能。
2教學中發現的問題
《復合材料》課程內容繁多，涉及三大類材料金屬、無機非金屬和聚合物的配方、加工、性能及應用，涉及到大量的增強材料、基體材料制備工藝參數和配方，使得學生難于尋找重點內容，學習起來很難抓住重點，接收效果差。另外，學生也不清晰自己將來所面對的就業方向。因此，很有必要讓學生自己動手查閱感興趣的復合材料及相關產品，增強對某一材料產品及其知名企業的了解。在加深對這門專業課的認識和理解的同時，知道自己感興趣的行業和就業方向［2－3］。這門課程一般期末考試成績權重大于80%，平時成績占的比重很小。因此，學生缺乏主動的學習意識，學生對于瑣碎繁雜的知識點理解起來也很吃力，上課時容易產生懈怠的情緒、玩手機、精神溜號等現象。多年的教學經驗發現:學生期末時候考前突擊，只會應付期末考試，只求分數不求甚解，學生對知識的掌握不扎實、不系統，影響后續課程的學習效果和專業技能的培養。學生雖然經過突擊性理論學習，但是仍然缺乏專業的實踐、應用能力，不能學以致用。學生往往考完試后再問就什么也答不上來，遇到一些實際應用問題也不能馬上想起課本上的理論知識體系。這些現象的根本原因在于學生缺少對知識點所對應的實踐、范例的了解。
3《復合材料》課程的教學改革措施
3.1以工業產品、科研信息為導向，加深學生對不同類型復合材料的深入理解
本課程涉及到金屬基、聚合物基、陶瓷基、水泥基復合材料及納米復合材料等理論方面的內容，理論較深奧、知識面廣、內容概念復雜，學生在學習過程中會遇到許多問題。在教學中充分考慮到知識面的拓寬和不同復合材料應用之間的相互關系，注重產品應用開發為導向，對復合材料的理論配方、制備工藝、性能要求、開發新產品的思路等方面的進行強化，在保持課程系統性的前提下，對一些次要的偏理論的內容適當刪減。著重對近期出現的新型復合材料在結構材料和功能材料領域的應用實例進行介紹。通過引入實際產品和工業化生產問題，促進學生深入理解每種復合材料的基礎知識和應用前景［4］。將目前與課程有關的科研動態帶入課堂，讓課程有足夠的吸引力。如講述通過介紹阻燃電纜護套料配方及工藝讓學生深入聚合物基復合材料的加工原理和應用場合;通過介紹現有的鋰電池正極材料讓學生了解碳基復合材料以及納米復合材料的應用;還有近期Science、Nature等頂級期刊發表的最新納米尺度金屬的偽彈性、功能材料，碳納米管、石墨烯的微觀尺度研究及其在復合材料、功能材料中的最新應用。這些科研實例的講解可以激發學生的科研熱情，調動學生的學習積極性。
3.2以查找和閱讀期刊文獻為導向，培養學生的主動學習意識
每一章節都給學生布置一定數量的關鍵詞、主題詞，讓學生去期刊網或外文電子資源網站查閱相關章節關鍵詞的期刊論文或發明專利，填寫文獻資料統計表。每個學生都要在課堂講解文獻，學生需要提問互動。通過這種能力培養，加深學生對某一復合材料的了解同時，也鍛煉學生的查閱文獻能力、閱讀能力和課堂表達能力，發揮互動、讓更多同學參與到課題討論中，從興趣和討論中掌握復雜的知識點。“學生講，教師聽”的這種新模式可以增加教學互動效果，課堂上適當增加學生匯報文獻、專利的內容，可以增進師生的相互交流、相互影響。這種方法可以活躍課堂氣氛，加深學生對所學知識的理解，激發學生的創新意識和獨立思考能力，顯著提高課程的教學效果。培養學生一絲不茍、精益求精的學習和科研精神。
3.3增加學生的課外實訓環節，讓學生到實驗室動
手參與復合材料的設計和制作除了課堂教學以外，還可以以材料生產和應用中的實際問題出發，培養學生的動手實踐能力和團隊協作意識。增加學生的課外實訓環節，培養學生從發現問題、提出問題到解決問題的能力，真正意義擺脫課本的死知識［5］。要求老師到實驗室親自指導，讓學生到實驗室親自動手參與某些復合材料的設計制備，要求每組學生實踐不少于7個工作日，自己動手完成一個小實驗，在課堂上互相交流自己的所學、所做、所感，是如何將文獻知識轉化為直接的功能或結構材料并實現其應用價值。讓學生親手參與實驗設計和制作可以提高學生的主動性，再次回到課堂后能夠更深刻聽講，認識到課本上基礎知識的重要性。逐漸培養學生從提出問題，到尋找解決問題思路，最終解決問題的能力。實訓結束后最終以實驗報告形式上交并考核。這種實訓環節可以在培養學生的應用技能的同時，培養學生團隊協作意識，激發學生的課外學習熱情。加強學生對知識的理解，提高對課本知識的應用能力，避免“讀死書、死讀書”。
4《復合材料》課程的教改考核及預期效果
該課程在增加課堂文獻講解、答辯和課外實訓環節后，期末考核時弱化期末考試成績的比重，側重上課過程中文獻講解、答辯和課外實訓的考核，即增加平時成績的權重。具體成績比例可以調整如下:(1)期末考試分數:占考核總成績的50%。(2)文獻調研、講解、討論環節分數:每名學生不少于兩次文獻調研、講解、討論，共計占總成績的30%，其中文獻整理情況10%、課堂講解10%和回答問題10%。加分條件:學生查閱參考文獻可以查閱英文文獻，考察學生對英文文獻的理解，根據實際情況給予加分0.5～1分;課堂講解文獻后能夠準確回答課堂老師或同學提出所有問題的學生得滿分。(3)課外實訓環節分數:兩次實驗占總成績的20%，其中兩次實訓過程中的動手實驗及實驗報告各占10%。通過在《復合材料》課程教學中增加文獻講解和課外實訓環節進行教改，改革后的保守目標是:100%學生能系統掌握查閱期刊文獻和發明專利的方法，并且能夠讀懂科技論文的核心研究思想和理論內涵;90%的學生應能掌握課程重點知識，熟悉課本知識中的某種復合材料的制備方法和應用實例;20%學生能掌握英文期刊文獻的查閱能力并且能夠讀懂英文文獻含義，具備書寫科研論文的基本素質和功底。上述比例都以學生總數為基數，各部分不互相獨立，存在相互重疊。希望通過任課教師和學生的共同努力，最終實現由大學的應試教育到應用型人才培養的轉變。
5結語
作為一門材料類專業本科生的必修課，《復合材料》對于增加學生的知識面和了解專業方向具有重要作用。因此，這門課程的學習效果影響畢業生的綜合素質和專業技能。作者針對平時教學中的一些問題，如上課死氣沉沉，學生玩手機，期末考試突擊復習等現象提出了一系列教改方法，主要是增加課堂上的工業產品、科研信息吸引學生的興趣，增加文獻講解、答辯環節和課后的實訓環節來弱化期末考試成績的權重，這樣來督促學生主動學習并且能夠活躍課堂互動，通過課外實訓環節提高學生的實踐技能和對基礎知識的應用能力。通過教師和學生的共同努力實現由應試教育到應用型人才培養的轉變，進一步提升畢業生的專業技能和綜合素質。
參考文獻
［1］周曦亞.復合材料［M］．北京:化學工業出版社，2005:1－225.
［2］馬慶宇.復合材料概論課程教學改革初探［J］．石家莊職業技術學院學報，2011，23(4):53－55.
［3］楊繼年，丁國新，王周鋒，等．《復合材料概論》課程的教學設計與實踐［J］．廣州化工，2015，43(3):167－168.
［4］張俊珩，李婷，程娟，等．《復合材料》課程教學改革探索與實踐［J］．廣東化工，2015，42(22):197－199.
【關鍵詞】 碳纖維 低溫力學性能 材料性能試驗
碳纖維主要是由碳元素組成的一種纖維，其含碳量一般在90%以上。碳纖維具有一般碳素材料的特質，如耐高溫、耐磨擦、導電、導熱及耐腐蝕等，但與一般碳素材料不同的是，其外形有顯著的各向異性、柔軟、可加工成各種織物，沿纖維軸方向表現出很高的強度。碳纖維比重小，因此有很高的比強度。
1 試驗材料
環氧樹脂是泛指分子中含有兩個或兩個以上環氧基團的有機化合物。環氧樹脂的分子結構是以分子鏈中含有活潑的環氧基團為其特征，環氧基團可以位于分子鏈的末端、中間或成環狀結構。由于分子結構中含有活潑的環氧基團，使它們可與多種類型的固化劑發生交聯反應而形成不溶、不熔的具有三向網狀結構的高聚物
碳纖維增強環氧樹脂復合材料，其比強度、比模量綜合指標，在現有結構樹脂基復合材料中最高。在強度、剛度、重量、疲勞特性等有嚴格要求的領域，在要求高溫、化學穩定性高的場合，碳纖維復合材料都具優勢。
正因如此，本文采用的試驗原材料是由碳纖維作為增強材料，以改性環氧樹脂作為基體組成的t700/tde-85預浸料，其纖維體積含量為58±2%。該預浸料性能優異，由其制備復合材料力學性能優良，且有較好的韌性，適用于超低溫下使用。
本項工作針對碳纖維增強環氧樹脂基復合材料進行研究，增強纖維型號為12k的t700碳纖維。
2 試驗材料
2.1 復合材料試樣切割
試驗采用syjh-200型手動快速切割機，本機適合各種復合材料、晶體、陶瓷、玻璃、巖石及金相試樣等材料的粗加工，該設備可使用金剛石鋸片、電鍍金剛石鋸片和樹脂鋸片，切割復合材料時采用的是電鍍金剛石鋸片。
2.2 復合材料超低溫處理方法
由于可重復使用復合材料超低溫液體燃料貯箱（包括液氧、液氮、液氫等燃料貯箱）在使用過程中，會長期貯存超低溫液體燃料，還會經常充卸超低溫液體燃料，即長期在超低溫環境及多次超低溫/室溫環境循環使用，因此，研究用于超低溫液體燃料貯箱的復合材料，就需要模擬超低溫液體燃料貯箱的使用工況，研究復合材料在超低溫環境中浸漬及超低溫/室溫循環的力學性能。
將制備好的碳纖維增強環氧樹脂復合材料在經過超低溫環境，即液氮中浸漬5天。其中，液氮使用真空罐盛裝。將實驗材料放入事先注入足量液氮的容器內，使其完全浸沒在液氮中，蓋緊容器蓋，密封好，記錄好開始實驗的時間。在隨后的5天內，每天均需要進行觀測，以保證液氮足量，保證復合材料始終處于超低溫環境中。
關于超低溫/室溫循環實驗，我們所用到的實驗裝置是步進機，該儀器可以按照預先設置的時間間隔，將一端拉伸的實驗樣本循環放入盛裝液氮的容器中，使得實驗材料完成浸入—離開--浸入—離開這一循環，直至達到預設次數（時間）。在這個試驗中，需要注意根據國家標準來確定樣本置于常溫中和置于液氮狀態中的時間，這樣的目的是為了使復合材料充分完成熱量傳導：在常溫和超低溫環境中，均能使得復合材料各個部分溫度達到統一。
這個實驗在實際應用中的工況體現在火箭中的液氧（液氫）貯箱。伴隨我國航天事業的發展，對于降低運載火箭發射成本成為非常有實際價值的問題。超低溫/室溫循環實驗的目的是為了檢驗復合材料在超低溫/室溫循環的狀態下，材料的力學性能變化。
2.3 復合材料微觀形貌研究方法
掃描電子顯微鏡（scanning electron microscope），簡稱掃描電鏡（sem）。是一種利用電子束掃描樣品表面從而獲得樣品信息的電子顯微鏡。掃描電子顯微鏡由三大部分組成：真空系統，電子束系統以及成像系統。
在針對復合材料的微觀形貌的研究中，我們將對式樣在超低溫環境下浸漬5天后及超低溫/室溫循環100次后微觀形貌通過掃描電子顯微鏡觀察。通過文獻中的介紹，超低溫浸漬將會對復合材料（碳纖維增強材料和樹脂基材料界面間）產生微裂紋。該實驗的目的是為了分析這樣微觀變化對材料整體強度的影響。
2.4 復合材料超低溫拉伸強度測試方法
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測試使用的儀器為100kn電液伺服動靜試驗機。主機單元主要由負荷機架、伺服作動器、伺服閥、液壓夾頭、傳感器、以及橫梁等幾部分組成。儀器主要適用于金屬及非金屬材料的測試，如橡膠、塑料等；有色金屬金屬線材的拉伸、壓縮、彎曲、剪切等多種試驗。
電液伺服試驗機最大工作載荷為±100kn，作動器行程為±50mm，函數發生器頻率為0.001～50hz，控制波形包括正弦波、三角波、方波、斜波、梯形波、組合波、外部輸入波等。試驗凈空間600mm×1500mm。該機能夠完成金屬材料、非金屬材料的拉伸、壓縮、斷裂試驗，可實現負荷、位移、變形三種閉環控制。控制系統為模擬控制和微機控制的綜合控制系統。
伺服拉力機主機的操作流程如下：
首先，操作計算機，使伺服作動器移動到中心“零”位。
再根據試驗要求選擇好位移量程。松開上、下夾頭，此時上、下夾頭按鈕上的指示燈滅，上、下夾頭均處于松開狀態，然后按橫梁上升（下降）按鈕，使橫梁到達兩夾頭之間距離為試件長度的1.5～2倍左右的位置，通過軟件調節，使伺服作動器中心位置為試驗所需位置。
調整完畢后，即可將試件一端送入上夾頭鉗口內，深約30mm～50mm（具體尺寸取決于試樣），按住“下降”按鈕，“下降”按鈕指示燈亮，橫梁向下移動，使試件另一端進入下夾頭鉗口內，深約30mm，此時應檢查一下電箱的設置是否正確，如正確則按下“上夾頭”、“下夾頭”按鈕，使上、下夾頭夾緊試件，此時上、下夾頭指示燈亮，即可進行試驗。
試驗結束后卸下試樣時，首先將控制狀態轉到“位移”方式，將負荷值調到零附近，松開下夾頭，然后將橫梁升起至適當的位置，再將試樣取下。關閉電源等。
3 結語
本文主要介紹了碳纖維增強環氧樹脂t700/tde-85預浸料組成要素的性質；另外，著重介紹了在實驗環節涉及的實驗方法、器材、工藝，對一般碳纖維超低溫力學性能試驗規程及其相關科研工作具有一定參考價值。
參考文獻：
[1]王戈，劉長軍，李效東，李公義.聚合物基復合材料在液氧貯箱中的應用研究.宇航材料工藝，2004，1.
現行生產工藝有幾大類：
1）將制備好的氧化物陶瓷顆粒與自熔性金屬合金粉末混合后（按一定比例）用油壓機或等靜壓壓制成工藝所需的形狀，用高于自熔性金屬合金熔點的溫度下，進行燒結；
2）將制備好的氧化物陶瓷顆粒與自熔性金屬合金粉末混合燒結，是利用自熔性金屬合金與氧元素結合能力的差異，將金屬從其氧化物中置換出來，形成氧化物陶瓷／鐵基耐磨復合材料；
3）將自熔性金屬合金熔液熔滲到陶瓷預制體多孔之中。上述方法只能生產小型復合材料塊，無法將復合材料復合到需要耐磨的部位，運用到礦山機械、粉碎設備上難度很大。此工藝經濟性稍差。
2研究方向
氧化物陶瓷鐵合金復合材料性能優良，但與大型結構件復合復合困難，制備過程比較復雜。雖然，現有工藝解決了一些問題，在制作單個氧化物陶瓷鐵合金復合材料上等研究取得了一定的進展，在實際應用領域但仍未開發出適合實際的產品。因此，需要研究開發出適合的新型制備工藝。我們主要研究方向是如何將復合材料復合到需要耐磨的部位，運用到礦山機械、粉碎設備上，重點在能降低成本、實現大規模生產進行研究探討。
3實施方法
1）合金耐磨預制件制成工藝：將氧化物陶瓷顆粒與自熔性合金粉末按比例用機械進行充分混合，依據用戶產品結構不同設計不同的模具，在油壓機下將合金耐磨預制件壓制制成特定形狀，如柱狀、條狀、塊狀、蜂窩狀等；
2）冶金工藝：將耐磨預制件置于用泡沫、塑料等高分子有機材料制作的實體模具內用真空冶金鑄造工藝進行復合鑄造。利用金屬母液的溫度將合金耐磨預制件燒制成型并與合金耐磨預制件形成冶金結合面。該工藝設備投資小、工藝簡單、金屬母體與耐磨預制件冶金結合面良好。
4工藝過程
1）將粒徑為8目的氧化物陶瓷顆粒10%、粒徑為30目的氧化物陶瓷顆粒39%、粒徑為60目的氧化鋯陶瓷顆粒48%與自熔性鐵基合金粉末7%，使用水溶性樹脂4%機械混合均勻得混合物，放入油壓機中用模具壓制成型然后放入80°C的烘箱中烘干得到耐磨預制件；
2）將耐磨預制件在800℃的箱式爐中進行排膠；
3）將排膠后的耐磨預制件涂抹硬釬劑；
4）將涂抹硬釬劑的耐磨預制件置于用泡沫、塑料等高分子有機材料制作成為與要生產鑄造的零件結構、尺寸完全一樣的實體模具內；
5）實體模具經過浸涂強化涂料并烘干后，裝入真空造型砂箱中排列好做好澆鑄口，然后用干石英砂埋好，經三維振動臺振動埋實；
關鍵詞：復合材料與工程；人才培養；專業面；工程能力
中圖分類號：G642.0？搖 文獻標志碼：A？搖 文章編號：1674-9324（2014）01-0098-02
復合材料是材料科學與工程發展最為活躍的前沿領域之一，是國防和國民經濟建設的關鍵高技術新材料。我國高校開設的本科復合材料與工程專業一般以聚合物基復合材料為主線，目標是培養具備復合材料與工程領域的基礎理論、專業知識和實驗技能，適應現代復合材料高科技化發展趨勢，掌握復合材料設計與制備技術，能從事先進復合材料與結構的設計、制備、評價的高級專業技術人才。我國聚合物基復合材料工業發展迅猛，產銷量居世界首位。但是相對于發達國家的研究和應用水平，還存在很大差距。因此，面對日益增加的技術需求與教學內容的大量更新，為適應現代教育培養的新形勢，必須對復合材料與工程專業的人才培養進行全面研究與改革。濟南大學復合材料與工程專業自1995年招收本科生，1999年獲得碩士學位授予權。我校的人才培養教學實踐和對其他高校的調研結果表明，復合材料與工程專業的課程體系中普遍存在四個方面的問題：①化學與力學知識薄弱，創新能力差；②專業面太窄，畢業生工作適應性差；③理論與實踐環節脫節，學生解決實際工程能力弱；④沒有很好體現辦學特色。針對上述問題，如何根據當今復合材料的發展，開展先進的、科學可行的專業人才培養工作，具有重要的現實意義和深遠的歷史意義。
一、加強有機化學、高分子知識的講授
聚合物基復合材料的基體材料是有機物。有機化學是一門探討有機分子結構性質、有機反應途徑機理以及相關產物分離與結構鑒定的基礎科學，是本專業一門重要的專業基礎課。有機化學是聚合物合成的反應類型和反應機理的堅實基礎。教學過程中應培養學生從有機化學的角度學習和設計聚合物合成的反應過程，提高學生學習高分子化學的效率，啟發學生對聚合物設計的創新思維。高分子化學和高分子物理是本專業兩門重要的專業技術基礎課，既是理論學科，又是應用學科，涉及理論和實驗教學兩方面[1]。其專業理論性強，概念復雜，抽象難懂，聚合反應機理都是微觀的，內容較難掌握，容易影響學生的學習興趣。同時，教學內容與學時數減少的矛盾日益突出。為了提高學生學習的積極性和主觀能動性，授課過程應結合復合材料常用聚合物基體材料，注重對各知識點進行重組和精練，不拘泥于教材內容的排序，兼顧聚合物基體最新的科技進展，做到重點突出，主次分明，緊密結合工程實踐應用。
二、加強力學與結構設計知識的講授
復合材料既是一種材料又是一種結構。復合材料的組分材料和纖維的鋪設方向可以按照設計要求進行選擇，即復合材料具有可設計性。復合材料的非均勻性和各向異性是復合材料力學的重要特點。與常規材料的力學理論相比，普通力學問題在復合材料力學中需要重新研究，以確定常規材料的力學理論、方法、公式的適用性與如何修正。對于復合材料的結構進行力學分析和設計計算必須以準確的復合材料力學性能數據為前提。隨著復合材料的開發和應用，復合材料力學已形成獨立的學科分支并蓬勃發展。
三、擴寬專業面，提高畢業生工作適應性
復合材料與工程專業涉及面廣，內容多，如何根據社會的不同需要設置不同的專業教學知識體系十分重要，也非常困難。從畢業生就業和工作情況分析，應進一步擴寬學生知識面，提高其工作適應性。復合材料行業的發展，一方面分工越來越細，出現高度專業化趨勢；另一方面技術復合程度越來越高，出現高度綜合化趨勢。因此，在專業課與選修課的設置上應充分考慮，使學生的專業知識、技能、工程素質與管理素質得到提高，工作的適應性增強。針對這種情況，我校對課程體系設置進行了改革，主干學科還是材料科學與工程，主要課程包括工程力學、物理化學、高分子化學及物理、材料科學基礎、材料復合原理、復合材料學、復合材料聚合物基體、復合材料工藝與設備、復合材料結構設計基礎、復合材料測試技術、現代材料測試技術。選修課的設置充分考慮擴寬知識面和就業，具體科目包括無機非金屬材料工藝概論、新型建筑材料、工業儀表與工程測試、計算機輔助設計、試驗設計與數據處理、金屬材料概論、材料科學研究方法、建筑裝飾材料、建筑裝飾藝術設計等。
四、進一步加強實踐實訓環節，提高畢業生工程能力
復合材料與工程專業屬工程技術型專業，應側重對學生工程能力、推廣應用能力的培養。復合材料工業一直持續快速發展，其發展速度遠超過經濟發展速度，并且沒有任何減速的跡象。限制其發展的主要因素是不能提供足夠的訓練有素的工程師。針對這種情況，我們不斷完善人才培養方案，重視實踐教學環節，將教學實驗、實習、科研實踐相結合，將校內外實踐教學相結合，增加開設了兩周的綜合性實驗和一周的設計性實驗。同時，與企業建立了多個復合材料教學實踐基地，除了規定的認識實習、生產實習和畢業實習以外，再組織有興趣的同學利用寒暑假在企業進行實地學習，并請企業參與專業建設和人才培養方案制定。定期邀請相關的專家報告他們的新產品開發研究，介紹行業新工藝與新設備。實踐教學效果得到顯著提高。
五、結合各校實際情況，體現學科的辦學特色
各高校復合材料與工程專業的辦學條件差異較大，應揚長避短，積累優勢，形成自己的特色[2]。復合材料按照基體材料的分類可以分為聚合物基復合材料、無機非金屬基復合材料、金屬基復合材料。我校復合材料與工程專業在十多年的發展過程中，形成了自己的辦學特色和科研方向，將專業教學與科研融為一體。結合我校傳統無機非金屬材料的基礎優勢，在課堂教學和實踐教學中，將專業面從聚合物基復合材料拓寬到無機非金屬基復合材料，并保持無機基復合材料的優勢和特色。我校復合材料與工程專業于2009年被評為山東省品牌專業。實踐表明，我們的特色辦學促進了人才培養目標的實現，在提高人才培養質量方面發揮了獨到的作用，也為學生就業擴寬了渠道，為山東省復合材料行業發展做出了貢獻。總之，復合材料工程技術型專業人才的培養，應加強相關基礎知識的講授，擴寬學生知識面，努力提高學生工程能力和創新能力，著力解決學生工程能力弱的問題，使畢業生在復合材料生產、設計及研究開發等方面具有更快更高更強的工作適應性。
參考文獻：
[1]郝智，伍玉嬌，羅筑，黃彩娟.高分子化學課程教學改革與實踐初探[J].高分子通報，2012，（5）：116-118.
所謂熔覆，是一種基于焊接技術發展出來的一種連接技術，能夠將不同的材料連接在一起，形成一種新型的復合材料，具備更為優良的性狀和性能。利用不同金屬材料之間的不同熔點，通過加熱處理和一些其它工藝的處理，使熔覆材料熔化，然后迅速凝固，從而實現與基體材料之間的牢固結合。通過激光熔覆技術制備復合材料，能夠極大的提升材料的整體性能，從而滿足更高的應用需求。
一、激光熔覆制備復合材料的基本原理
激光熔覆技術是一種較為先進的加工技術，其指的是對不同金屬材料之間進行冶金結合，從而強化基體材料的表面性能。在實際工作當中，對基體金屬表面利用能量密度較高的激光束進行照射。通過這種方式使材料迅速的熔化、擴展、凝固，從而在基體材料表面形成冶金結合的材料，提升材料的力學性能、化學性能和物理性能，增強基體材料表面的耐腐蝕、抗氧化、耐磨、耐熱等方面的能力。
在激光熔覆制備復合材料采用的工藝方法中，根據不同的激光熔覆填料方式，主要可以分為同步送粉法、預置法等。其中，同步送粉法主要是在基體表面上，同步放置激光束和熔覆材料，同時進行熔覆和供料的操作。在同步送粉法當中，主要的熔覆材料是粉末，同時也可采用薄板材、線材等進行同步送料。而在預置法當中，是先在基體材料表面中的熔覆部位上放置熔覆材料，然后利用激光束對其進行掃描照射，使其迅速熔化、凝固[1]。通過這種方式，在基體材料表面，就熔覆上了熔覆材料。在預置法當中，通常采用板材、絲材、粉末等形式來添加熔覆材料，而粉末形式則是最為主要的形式。
二、激光熔覆制備復合材料的主要優勢
與其它的涂層技術相比，激光熔覆制備復合材料有著很多方面的優勢。在激光的強烈作用下，在基體材料和熔覆材料當中，其表層能夠在小范圍內迅速的進行熔覆。該技術對基體材料只具有很小的熱影響區域，不容易引發熔覆工件的形變，因而具有很高的熔覆成品率。通過激光熔覆制備的復合材料，在熔覆層當中具有細小彌散的晶粒，能夠使熔覆層的硬度得到極大的提升。同時，還能夠有效的提高材料的耐腐蝕性能和耐磨性能，對于基體材料的表面性能有著極大的優化和改善作用。由于該技術采用了高能激光束，具有很短的作用時間，并且熔覆層只產生較低的稀釋率，因此基體材料只會發生很小量的熔化。
為了能夠進一步提升材料表面的性能，可以將材料表面的熔覆率進行降低，以實現在耗材較低的情況下，取得更高的效益和效果。尤其是在熔點較低的金屬表面，對熔點較高的合金進行熔覆時，激光熔覆技術是最適合不過的。由此可見，激光熔覆制備復合材料具有十分廣泛的熔覆層材料選擇范圍。此外，激光熔覆制備復合材料還能夠輕易的實現自動化控制，從而得到表面性能更加穩定的熔覆材料，對于熔覆的厚度、成分等參數，也更加容易進行控制。
三、激光熔覆制備復合材料的應用問題
激光熔覆制備復合材料經過數十年的不斷發展和研究，目前已經在很多工業化生產領域當中得到了良好的應用，例如航空航天、石油鉆采機械、生物醫用、模具軋輥表面改性處理、汽車制造等領域。但是在實際應用當中，仍然存在著很多的問題。在評價激光熔覆制備復合材料質量的過程中，首先要檢測材料的外觀形貌、裂紋、稀釋率、氣孔、表面不平度等問題。然后需要對材料的性能、熔覆值等進行檢測。而在實際生產當中，熔覆層質量的控制具有較大的難度，非常容易產生裂紋。對此，基材熱膨脹系數、熔覆層熱膨脹系數，以及二者之間的匹配問題十分重要。因此，應當對其進行適當的選擇與分配。通常來說，在基體材料和熔覆層之間，應當滿足熱膨脹系數的同一性原則，也就是說在二者之間，熱膨脹系數應當無限接近，這樣才能夠有效的避免激光熔覆層的剝落和裂紋現象。
四、激光熔覆植被復合材料的發展前景
對于當前工業領域當中的表面處理技術來說，激光熔覆技術是一種十分良好的技術，經過長時間的不斷發展和應用，也取得了很大的成果。但是在實際應用中，仍然面臨著很多位置的問題，例如熔覆層殘余應力及裂紋、熔覆技術自動化與信息化、熔覆材料選取規則設計、數值分析理論模型建立、以及相關的基礎理論研究等問題，都需要進行進一步的研究和探討。
