材料概论论文
材料科学与工程概论论文

材料科学与工程概论论文材料科学与工程概论论文材料科学与工程专业概述课程考核论文第一部分课程概述与体会八周以来的课程我感受颇深,各位老师的精彩演绎让我对材料科学与工程有了更为深刻地了解,更深入的认识。
老师带领我们概览了我校材料科学与工程领域的各个专业特点及其研究方向,为我们将来的专业选择指明了一定的方向。
老师们主要就材料物理、材料化学、无机非金属材料、材料成形与控制等几个专业领域进行了着重介绍,老师们图文并茂的讲解使我对材料各向异性原理、自蔓延高温合成技术、环境断裂等之前都未曾知晓的专业知识有了一定的了解。
老师也给我讲述了他们正在着手进行的一线比较前沿的科技项目,让我对材料也有了一个新的认识和新的兴趣。
在课程的讲授过程中,我们了解到了我国和我校在材料领域的现状及所取得的成就。
我感到我们材料人的前景是十分广泛的,但是肩上的压力和重担也不小。
在感到自信和自豪的同时,我更多感到的是我们肩上的责任、重担以及前途的漫漫。
我国在材料的基础领域虽然在国际上占有一席地位,但相对低端,所开发的产品大都属于低端性和粗放型的。
所以,要振兴我国的材料科学还需要我们一代代人的更多努力。
关于课程的体会与建议,首先,我觉得这门课的开始是十分必要的让我们有一次与材料学院最好的老师接触交流的机会,让我们能一次系统的、较全面的了解材料科学与工程,我们应该是倍感珍惜的。
所以,在这里对老师表示衷心的感谢。
关于课程的建议,我个人认为课程的讲述过程中老师们可以从实验室拿一些材料样品,让我们对材料及其特性有个更为直观的了解,也可以增加我们对课程的兴趣。
或者,可以分批次带领我们去实验室参观,了解材料的加工环节和整个开发过程。
我想,这将比那些理论的来得更为直观、更为深刻。
第二部分高温材料专题概述和体会在听课过程中我对高温材料这个专题的尤为深刻,主要是因为它涉及的领域全是比较高端的,如:航空航天材料、汽车发动机材料等,它对于我国的军事、经济高科技领域是至关重要的。
材料概论论文

材料概论论文材料是人类社会发展的重要基础,它的应用范围非常广泛,涉及到工业、建筑、交通、医疗等各个领域。
本文将从材料的定义、分类、性能及应用等方面进行概述,以期对材料有一个全面的了解。
首先,材料是指人类利用各种天然资源或人工合成的物质,通过加工、改造、组合等方式,使其具有一定性能和用途的产品。
材料可以分为金属材料、非金属材料和复合材料三大类。
其中,金属材料具有良好的导电导热性能和机械性能,可用于制造机械设备、建筑结构等;非金属材料包括塑料、橡胶、陶瓷等,具有轻质、绝缘、耐腐蚀等特点,广泛应用于日常生活和工业生产;复合材料是由两种或两种以上的材料组合而成,具有综合性能优异的特点,被广泛应用于航空航天、汽车制造等领域。
其次,材料的性能是指材料在特定条件下所表现出的特性。
材料的性能包括力学性能、物理性能、化学性能、热性能等多个方面。
力学性能包括强度、硬度、韧性等,是衡量材料抗力和变形能力的重要指标;物理性能包括密度、导热导电性等,直接影响材料的使用效果;化学性能包括耐腐蚀性、稳定性等,决定了材料在特定环境下的稳定性;热性能包括热膨胀系数、导热系数等,是材料在高温或低温环境下的表现。
最后,材料的应用是指材料在工程实践中的具体运用。
不同的材料具有不同的特性,因此在不同的领域有着各自的应用。
例如,金属材料广泛应用于汽车制造、航空航天等领域;非金属材料则被用于塑料制品、建筑材料等方面;复合材料则在高科技领域有着广泛的应用,如航空航天领域的飞机结构、汽车制造领域的碳纤维零部件等。
综上所述,材料作为人类社会发展的基础,其定义、分类、性能及应用等方面都具有重要意义。
希望通过本文的概述,能够使读者对材料有一个全面的了解,为今后的学习和工作提供帮助。
材料科学概论论文

论钛合金特性在体育器材中的应用钛(Ti)在地壳中的丰度为0.56%(质量分数,下同),在所有按元素中居第9位,而在可作为结构材料的金属中居第4位,仅次于Al、Fe、Mg,其储量比常见金属Cu,Pb,Zn储量的总和还多。
钛合金的密度小,比强度、比刚度高,抗腐蚀性能、高温力学性能、抗疲劳和蠕变性能都很好,具有优良的综合性能,因此在体育器材中应用也极为广泛。
首先,钛合金具有以下明显的特性:第一,强度高。
钛合金具有很高的强度,其抗拉强度为686—1176MPa,而密度仅为钢的60%左右,所以比强度很高。
第二,硬度较高。
钛合金(退火态)的硬度HRC为32—38。
第三,弹性模量低。
钛合金(退火态)的弹性模量为1.078×10-1.176×10MPa,约为钢和不锈钢的一半。
第四,高温和低温性能优良。
在高温下,钛合金仍能保持良好的机械性能,其耐热性远高于铝合金,且工作温度范围较宽,目前新型耐热钛合金的工作温度可达550—600℃;在低温下,钛合金的强度反而比在常温时增加,且具有良好的韧性,低温钛合金在-253℃时还能保持良好的韧性。
第五,钛的抗腐蚀性强。
钛在550℃以下的空气中,表面会迅速形成薄而致密的氧化钛膜,故在大气、海水、硝酸和硫酸等氧化性介质及强碱中,其耐蚀性优于大多数不锈钢。
作为体育器材,一般都必须要具备高硬度和耐磨性,这样在运动中才不至于出现受伤等意外事故,并且可以长期使用。
尤其对于室外器材,经常日晒雨淋,所以钛合金的抗腐蚀性正好可以避免这些。
其次,钛合金具有以下良好的加工性能:一、切削加工性能钛合金强度高、硬度大,所以要求加工设备功率大,模具、刀具应有较高的强度和硬度。
切削加工时,切屑与前刀面接触面积小,刀尖应力大。
与45钢相比,钛合金的切削力虽然只有其2/3—3/4,可是切屑与前刀面的接触面积却更小(只有45钢的1/2—2/3),所以刀具切削刃承受的应力反而更大,刀尖或切削刃容易磨损;钛合金摩擦因数大,而热导率低(分别仅为铁和铝的1/4和1/16);刀具与切屑的接触长度短,切削热积聚于切削刃附近的小面积内而不易散发,这些因素使得钛合金的切削温度很高,造成刀具磨损加快并影响加工质量。
材料的论文

材料的论文材料的论文材料是人类文明和进步的基石之一,它的重要性不言而喻。
材料的研究与发展对于科学技术和社会经济的进步起着重要的推动作用。
首先,材料的研究和开发有利于科学技术的进步。
新材料的出现为各个领域带来了新的科技突破和创新。
比如,高温超导材料的发现为能源传输和储存领域提供了全新的解决方案,大大提高了能源利用效率;纳米材料的研究使得我们能够制作更小、更快、更强的计算机芯片,推动了信息技术的发展;高分子材料的应用使得医学领域的人工器官和组织工程成为现实。
无论是能源、信息还是生命科学,材料都起着承上启下的重要作用。
其次,材料的研究与发展对社会经济的进步也具有重要意义。
新材料的应用可以带来新产业的崛起和旧产业的转型升级。
比如,新能源材料的应用大大推动了清洁能源产业的发展,促进了绿色发展和可持续发展的目标实现;高强度材料的应用扩大了航天、航空和交通运输等领域的发展空间,提高了安全性和经济性;先进材料的应用推动了智能制造和互联网+产业的蓬勃发展,促进了制造业的升级和转型。
可以说,没有材料的研究与开发,社会经济也难以实现高质量发展。
最后,材料的研究和提高对环境保护和可持续发展也起着重要的作用。
传统材料的开发和利用往往会对环境造成污染和破坏,而新材料的研究与开发可以减少资源的消耗和环境的污染。
比如,可降解材料的应用可以减少废物的产生,提高资源利用效率;绿色材料的研究可以减少生产过程中的有害物质排放,保护环境和生态系统。
材料的可持续发展对于构建生态文明和实现可持续发展目标具有重要意义。
综上所述,材料的研究与发展对科学技术和社会经济的进步起着至关重要的作用。
我们应该加强对材料的研究与开发,推动科学技术的创新和社会经济的发展。
只有不断追求材料的突破和革新,才能为人类创造更美好的未来。
材料科学概论论文

材料科学概论所谓材料,是指经过某种加工,具有一定结构、组分和性能,并可应用于一定用途的物质,通俗的讲就是人类用于制造物品、器件、构件、机器或其他产品的那些物质。
材料是人类生活和生产的物质基础,是人类认识自然和改造自然的工具,是人类进步程度的主要标志。
可以这样说,自从人类一出现就开始了使用材料。
材料的历史与人类史一样久远。
从人类的出现到二十一世纪的今天,人类的文明程度不断提高,材料及材料科学也在不断发展。
在人类文明的进程中,材料大致经历了‘‘ 1.使用纯天然材料的初级阶段 2.人类单纯利用火制造材料的阶段 3.利用物理与化学原理合成材料的阶段 4.材料的复合化阶段5.材料的智能化阶段这五个阶段。
当前,高技术新材料的发展日新月异,材料科学的内涵也将日益丰富。
我们每一天都与材料打交道,它如空气般萦绕在我们身边的每一个角落、每一分每一秒。
从清晨睁开眼睛时投射入眼底的那束光开始算起,牙刷、毛巾、牙膏……无不是材料这一庞大而复杂家庭的一份子。
材料是人类赖以生存和发展的物质基础,20世纪70年代人们把信息、材料和能源誉为当代文明的三大支柱。
80年代以高技术群为代表的新技术革命,又把新材料、信息技术和生物技术并列为新技术革命的重要标志。
这主要是因为材料与国民经济建设和人民生活密切相关。
材料除了具有重要性和普遍性以外,还具有多样性。
从物理化学属性来分,可分为金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料和不同类型材料所组成的复合材料。
从用途来分,又分为电子材料、航空航天材料、核材料、建筑材料、能源材料、生物材料等。
更常见的两种分类方法则是结构材料与功能材料;传统材料与新型材料。
金属材料金属材料,特别是钢、铜、铝等,仍是21世纪的主要结构材料和电能传输材料。
金属材料已有成熟的生产工艺,相当多的配套设施和工业规模生产,价格低廉、性能可靠,已成为涉及面广、市场需求大的基础材料。
金属材料虽然今后会部分被高分子材料、陶瓷材料及复合材料所代替,由于它有比高分子材料高得多的弹性模量,比陶瓷高得多的韧性和良好的导电性能,在相当长的时期内改变不了它在材料中的主导地位,即使在高技术产业中也不例外.金属材料的发展趋势是:随着航天航空和其它尖端技术的飞跃的发展,在改善和提升传统材料品质的同时,金属功能材料、非平衡态金属,特别是高比强、高模量、耐高温、抗氧化,抗腐蚀、耐磨损合金和金属基复合材料会有快速的发展,如金属超导材料、钛及其合金、铝基增强复合材料,金属间化合物、形状记忆合金和纳米晶块体材料等。
关于材料的论文

关于材料的论文
材料是我们生活中不可或缺的一部分,它们包括了各种各样的物质,如金属、
塑料、玻璃、纸张等。
材料的种类繁多,每一种材料都有其独特的特性和用途。
在工程、科学、医学等领域,材料的选择和应用都起着至关重要的作用。
首先,材料的选择必须考虑其物理和化学特性。
比如在建筑工程中,需要选用
具有较高强度和耐久性的材料,以确保建筑物的安全和稳定。
而在医学领域,医疗器械的材料选择则需要考虑其对人体的生物相容性和耐腐蚀性。
因此,对材料的物理和化学特性有着深入的了解是至关重要的。
其次,材料的制备和加工也是至关重要的环节。
不同的材料需要采用不同的制
备和加工工艺,以确保其达到所需的性能和质量。
例如,金属材料需要进行熔炼、铸造、锻造等工艺,而塑料材料则需要进行挤压、注塑、吹塑等工艺。
只有通过合适的制备和加工工艺,才能保证材料的性能和质量达到要求。
此外,材料的应用也是一个复杂而精密的过程。
不同的材料适用于不同的场合
和用途。
在汽车制造领域,需要选用轻质但强度高的材料,以降低车辆的燃料消耗并提高安全性能。
在电子产品制造领域,需要选用导电性能好、耐高温的材料,以确保电子产品的性能和稳定性。
因此,对材料的应用需求有着深入的了解和研究。
总之,材料是我们生活中不可或缺的一部分,它们的选择、制备、加工和应用
都对我们的生活和工作产生着重要的影响。
只有深入研究和了解材料的特性和用途,才能更好地利用材料,推动科技进步和社会发展。
希望通过本文的介绍,能够增进大家对材料的认识和理解,促进材料科学的发展和应用。
材料工程概论论文
材料工程概论论文引言材料工程是一门研究材料的结构、性质和应用的学科。
随着科技的不断发展,材料工程在现代工业中扮演着重要角色。
本论文旨在介绍材料工程的概况以及其在各个领域中的应用。
材料工程的定义和分类材料工程是研究材料的性质、结构、组成以及与其他物质之间的相互作用的学科。
根据材料的构成和性质,材料工程可以分为金属材料工程、非金属材料工程和复合材料工程等多个专业领域。
材料工程的重要性材料工程在现代工业中具有重要的意义。
不同材料具有不同的性质和特点,在工程设计和制造过程中,选择合适的材料能够提高产品的性能和质量。
材料工程师通过研究材料的性质和结构,可以为工程师提供合适的材料选择和设计建议。
材料工程的应用领域材料工程的应用广泛涉及各个领域。
在航空航天领域,材料工程师可以研究开发轻量化材料,以提高飞机的燃油效率和载荷能力。
在电子领域,材料工程师可以研究开发半导体材料,用于制造高性能电子器件。
在医疗领域,材料工程师可以研究开发生物材料,用于制造人工器官和医疗设备。
材料工程的发展趋势随着科技的不断进步,材料工程领域也在不断发展。
未来,材料工程将面临更高的要求和挑战。
人们对材料的要求越来越高,需要开发更具创新性和多功能性的材料。
同时,可持续性和环保性也成为材料工程的重要考量因素。
结论材料工程是一门重要的学科,在现代工业中发挥着重要作用。
通过研究材料的性质和结构,材料工程师能够提供合适的材料选择和设计建议,促进工程和技术的发展。
未来的材料工程领域将面临更高的要求和挑战,但也会带来更多的创新机会和发展空间。
材料方面论文
材料方面论文材料随着社会科技的进步而日新月异,也迅速改变和刷新着人们对艺术的看法。
下文是店铺为大家整理的关于材料方面论文的范文,欢迎大家阅读参考!材料方面论文篇1浅析道路桥梁工程材料质量检测优化思考【摘要】道路桥梁工程的抗环境腐蚀作用日益受到建筑行业的重视,而其从本质上而言是由工程材料质量决定的。
当前质量检测的重心更多倾向于材料的强度检测,而在其耐久性方面则有所欠缺,有鉴于此,本文讨论了道路桥梁工程材料质量检测的重要性。
【关键词】道路桥梁工程;材料质量检测;抗腐蚀性;耐久性;优化策略引言道路桥梁工程建设完成后,在长期的使用过程中,各类外部因素会对其使用性能及使用寿命造成影响。
这就对其抗腐蚀性能提出了较高要求,现行混凝土结构设计与相关施工规范,更多关注的是工程结构强度及其荷载能力,侧重于其安全性与适用性,而对其在建成投入使用后的各类因素造成的性能及结构强度下降重视不足。
尤其是环境因素在长期使用过程中造成材料性能的降低,进而造成混凝土结构性能下降是造成工程整体使用功能性减弱的主要原因。
这就对原材料的质量提出了更高要求,高质量的原材料在环境作用下可以较长年限的保证其使用性能,保障其构造的混凝土结构的耐久性,增强道路桥梁工程的抗腐蚀性能。
1道路桥梁工程抗腐蚀性能道路桥梁工程的抗腐蚀性能主要由混凝土结构承担,环境作用对于混凝土的腐蚀首先在表层进行,损伤其截面或是表面混凝土材料强度性能,进而损伤内部结构,造成钢筋锈蚀等,劣质混凝土材料的存在会加速这个过程,尤其是和易性差的材料组成的混凝土,其密实度不足,使环境作用等外部因素可以乘隙而入,而有害物质如氯离子等含量超标,也会加速混凝土结构的腐蚀。
道路桥梁工程抗腐蚀性能不足,一方面导致维修保养的成本增加,另一方面也会很大程度上降低工程的使用寿命,缩短重复建设周期,造成资源浪费。
2道路桥梁工程材料检测的重要性2.1水泥对混凝土性能的影响水泥是混凝土的主要构成材料,其质量直接决定了混凝土材料的性能。
材料科学概论课程结课论文
材料科学概论结课论文院系:化学与环境工程学院班级:环境工程11102班材料科学与环境工程相结合近期的发展材料是人类文明进步的物质基础和先导,材料科学的发展水平在一定程度上代表了一个国家工业水平的高低,目前很多高新技术的瓶颈归根结底都是要解决材料问题。
但是,材料科学在其发展的历史上,也是造成资源、能源过度消耗,自然生态环境不断恶化的主要元凶之一。
环境污染和生态平衡破坏已经严重地制约了我国经济的发展。
这其中与材料有关的环境污染占到了一半以上。
因此,材料产业只有走与资源、能源和环境相协调的道路才是可持续发展的。
也正是在这样一个背景下,必须要环境工程与材料科学相结合进行发展。
环境问题是当今社会发展所面临的三大类主要问题之一,人们在创造空前巨大的物质财富和前所未有的社会文明的同时,也在不断破坏其赖以生存的环境。
从资源、能源和环境的角度考虑,材料的提取、制备、生产、使用和废弃的过程,实际上是一个资源和能源消耗及环境污染的过程。
材料一方面推动着人类社会的物质文明,一方面又大量消耗资源和能源,并在生产、使用和废弃过程中排放大量的污染物,危害和恶化人类赖以生存的空间。
材料产业一方面成为环境污染的主要来源之一,另一方面环境的净化与修复在很大程度上都依赖于更高性能材料的开发。
用于防止、治理或修复环境污染的材料称为环境工程材料。
环境工程材料包括环境净化材料、环境修复材料以及环境替代材料。
治理大气污染的吸附、吸收和催化转化材料,治理水污染的过滤、吸附、氧化还原材料,减少有害固态废弃物污染的固体隔离材料,噪声控制材料、电磁防护材料等,都属于环境净化材料;另外还包括过滤、分离、杀菌、消毒材料等。
防止土壤沙漠化的固沙植被材料属于环境修复材料。
从材料的全生命周期进行考虑,环境替代材料可以被划归在环境协调性材料里面。
1 环境净化材料1.1 水污染控制材料常用的废水处理方法可分为以下3 类:①分离处理,即通过各种外力的作用使污染物从废水中分离出来,通常在分离过程中并不改变污染物的化学性质;②转化处理,即通过化学或生化的作用,改变污染物的化学性质,使其转化为无害物或可分离的物质,再经分离处理予以除去;③稀释处理,即将废水进行稀释混合,降低污染物的浓度,减少危害。
新材料概论课程论文
新材料概论课程论文摘要新材料是指新近发展的或正在研发的、性能超群的一些材料,具有比传统材料更为优异的性能。
新材料技术则是按照人的意志,通过物理研究、材料设计、材料加工、试验评价等一系列研究过程,创造出能满足各种需要的新型材料的技术。
一、概论新材料(或称先进材料)是指那些新近发展或正在发展之中的具有比传统材料的性能更为优异的一类材料。
新材料技术是按照人的意志,通过物理研究、材料设计、材料加工、试验评价等一系列研究过程,创造出能满足各种需要的新型材料的技术。
新材料按材料的属性划分,有金属材料、无机非多属材料(如陶瓷、砷化镓半导体等)、有机高分子材料、先进复合材料四大类。
按材料的使用性能性能分,有结构材料和功能材料。
结构材料主要是利用材料的力学和理化性能,以满足高强度、高刚度、高硬度、耐高温、耐磨、耐蚀、抗辐照等性能要求;功能材料主要是利用材料具有的电、磁、声、光热等效应,以实现某种功能,如半导体材料、磁性材料、光敏材料、热敏材料、隐身材料和制造原子弹、氢弹的核材料等。
新材料在国防建设上作用重大。
例如,超纯硅、砷化镓研制成功,导致大规模和超大规模集成电路的诞生,使计算机运算速度从每秒几十万次提高到现在的每秒百亿次以上;航空发动机材料的工作温度每提高100℃,推力可增大24%;隐身材料能吸收电磁波或降低武器装备的红外辐射,使敌方探测系统难以发现,等等。
新材料技术被称为“发明之母”和“产业粮食”。
二、新材料的应用新材料作为高新技术的基础和先导,应用范围极其广泛,它同信息技术、生物技术一起成为二十一世纪最重要和最具发展潜力的领域。
同传统材料一样,新材料可以从结构组成、功能和应用领域等多种不同角度对其进行分类,不同的分类之间相互交叉和嵌套,目前,一般按应用领域和当今的研究热点把新材料分为以下的主要领域:电子信息材料、新能源材料、纳米材料、先进复合材料、先进陶瓷材料、生态环境材料、新型功能材料(含高温超导材料、磁性材料、金刚石薄膜、功能高分子材料等)、生物医用材料、高性能结构材料、智能材料、新型建筑及化工新材料等三、新材料技术发展的方向新材料技术的发展不仅促进了信息技术和生物技术的革命,而且对制造业、物资供应以及个人生活方式产生重大的影响。
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材料概论论文碳纤维复合材料班级:2011级材料化学姓名:邓开菊学号:20110513454摘要:主要介绍了碳纤维复合材料的基本概述,并对它的一些结构性能、应用(主要在航空领域的应用)、发展,并分析了目前我国碳纤维复合材料的研究进展和应用前景。
关键字:碳纤维复合材料、碳纤维树脂基复合材料、碳/碳复合材料、结构性能、发展、航空领域。
1、引言碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维,其含碳量随种类不同而异,一般在90%以上。
碳纤维具有一般碳素材料的特性,如耐高温、耐磨擦、导电、导热及耐腐蚀等,但与一般碳素材料不同的是,其外形有显著的各向异性、柔软、可加工成各种织物,沿纤维轴方向表现出很高的强度。
碳纤维比重小,因此有很高的“比强度”。
碳纤维属于聚合物碳,是有机纤维经固相反应转变为纤维状的无机碳化合物。
碳纤维是一种新型非金属材料,它和它的复合材料具有高强度、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变、导电、传热、比重小和热胀胀系数小等优异性能,碳纤维单独使用时主要是利用其耐热性、耐蚀性、导电性和其它性质。
碳纤维是一种力学性能优异的新材料,它的比重不到钢的1/4,碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500Mpa以上,是钢的7~9倍,抗拉弹性模量为23000~43000Mpa亦高于钢。
因此CFRP(即碳纤维复合材料)的比强度即材料的强度与其密度之比可达到2000Mpa/(g/cm3)以上,而A3钢的比强度仅为59Mpa/(g/cm3)左右,其比模量也比钢高。
目前,碳纤维不仅广泛应用军事工业,而且在汽车构件、风力发电叶片、核电、油田钻探、体育用品、碳纤维复合芯电缆以及建筑补强材料领域也存在巨大应用空间,而其在航空领域的光辉业绩尤为引人注目。
2、碳纤维的发展碳纤维的出现是材料史上的一次革命。
碳纤维是目前世界首选的高性能材料,具有高强度、高模量、耐高温、抗疲劳、导电、质轻、易加工等多种优异性能,正逐步征服和取代传统材料。
现已广泛应用于航天、航空和军事领域。
世界各国均把发展高性能碳纤维产业放在极其重要的位置。
碳纤维除了在军事领域上的重要应用外,在民品的发展上有着更加广阔的空间,并已经开始深入到国计民生的各个领域。
在机械电子、建筑材料、文体、化工、医疗等各个领域碳纤维有着无可比拟的应用优势。
碳纤维是50年代初应火箭、宇航及航空等尖端科学技术的需要而产生的。
80年代初期,高性能及超高性能的碳纤维相继出现,这在技术上是又一次飞跃,同时也标志着碳纤维的研究和生产已进入一个高级阶段。
经过二十多年的发展,碳纤维及其复合材料已从初创期转入增长发展期,其工业地位已基本确立,美、日、英、法、德等国的碳纤维产量已经占世界产量的绝大部分,并已逐步形成垄断优势。
我国对碳纤维的研究由于起步较晚,技术力量薄弱,虽然碳纤维及其复合材料在我国已被纳入国家“863”和“973”计划,但总体情况不尽理想,我国仍不具备成熟的碳纤维工业化生产技术,国防和民用碳纤维产品基本依赖进口。
3、碳纤维复合材料的性能及主要用途由于碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维,是由含碳量较高、在热处理过程中不熔融的人造化学纤维经热稳定氧化处理、碳化处理及石墨化等工艺制成的。
其含碳量随种类不同而异,一般在90%以上。
碳纤维具有一般碳素材料的特性,如耐高温、耐磨擦、导电、导热及耐腐蚀等,但与一般碳素材料不同的是,其外形有显著的各向异性、柔软、可加工性好,沿纤维轴方向表现出很高的强度,且碳纤维比重小。
(1)碳纤维的化学性能碳纤维是一种纤维状的碳素材料。
我们知道碳素材料是化学性能稳定性极好的物质之一。
这是历史上最早就被人类认识的碳素材料的特征之一。
除强氧化性酸等特殊物质外,在常温常压附近,几乎为化学惰性。
可以认为在普通的工作温度≤250℃环境下使用,很难观察到碳纤维发生化学变化。
根据有关资料介绍,从碳素材料的化学性质分析,在≤250℃环境下,碳素材料既没有明显的氧化发生,也没有生成碳化物和层间化合物生成。
由于碳素材料具有气孔结构,因此气孔率高达25%左右,在加热过程易产生吸附气体脱气情况,这样的过程更有利于我们稳定电气性能和在电热领域的应用。
(2)碳纤维的物理性能(a)热学性质碳素材料因石墨晶体的高度各向异性,而不同于一般固体物质与温度的依存性,从工业的应用角度来看,碳素材料比热大体上是恒定的。
几乎不随石墨化度和碳素材料的种类而变化(b)导热性质碳素材料热传导机理并不依赖于电子,而是依靠晶格振动导热,因此,不符合金属所遵循的维德曼—夫兰兹定律。
根据有关资料介绍,普通的碳素材料导热系数极高,平行于晶粒方向的导热系数可与黄铜媲美(c)电学性质碳素材料电学性质主要与石墨晶体的电子行为和不同的处理温度有关,石墨的电子能带结构和载流子的种类及其扩散机理决定了上述性质。
碳素材料这类电学性质具有本征半导体所具备的特征,电阻率变化主要与载流子的数量变化有关。
碳纤维的主要用途:与树脂、金属、陶瓷等基体复合,做成结构材料。
碳纤维增强环氧树脂复合材料,其比强度、比模量综合指标,在现有结构材料中是最高的。
在刚度、重量、疲劳特性等有严格要求的领域,在要求高温、化学稳定性高的场合,碳纤维复合材料都颇具优势。
由碳纤维和环氧树脂结合而成的复合材料,由于其比重小、刚性好和强度高而成为一种先进的航空航天材料。
最神奇的应用是采用长碳纤维制成的“纳米绳”可以将“太空电梯”由理想变为现实,太空电梯将可以将乘客和各种货物运送到空间轨道站上,也可以用这种“纳米绳”将太空中发射平台与地面固定在一起,在这样的发射平台上发射人造卫星和太空探测器就可以大大降低发射成本。
总结碳纤维复合材料的现实应用有以下几个方面(一)航天领域碳纤维复合材料因其独特、卓越的性能,在航空领越特别是飞机制造业中应用广泛。
统计显示,目前,碳纤维复合材料在小型商务飞机和直升飞机上的使用量已占70%~80%,在军用飞机上占30%~40%,在大型客机上占15%~50%。
(a)碳纤维树脂基复合材料碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)具有质量轻等一系列突出的性能,在对重量、刚度、疲劳特性等有严格要求的领域以及要求高温、化学稳定性高的场合,碳纤维复合材料都具有很大优势。
碳纤维增强树脂基复合材料已成为生产武器装备的重要材料。
AV—8B改型“鹞”式飞机是美国军用飞机中使用复合材料最多的机种,其机翼、前机身都用了石墨环氧大型部件,全机所用碳纤维的重量约占飞机结构总重量的26%,使整机减重9%,有效载荷比AV—8A飞机增加了一倍。
数据显示采用复合材料结构的前机身段,可比金属结构减轻质量32.24%。
用军机战术技术性能的重要指标——结构重量系数来衡量,国外第四代军机的结构重量系数已达到27~28%。
未来以F-22为目标的背景机复合材料用量比例需求为35%左右,其中碳纤维复合材料将成为主体材料。
国外一些轻型飞机和无人驾驶飞机,已实现了结构的复合材料化。
直升飞机上碳纤维增强树脂基复合材料的用量更是与日俱增。
武装了驻港部队并参加了2007年上海合作组织在俄罗斯反恐军演的直-9型直升飞机,是我国先进的直升飞机。
该机复合材料用量已占到60%左右,主要是CFRP。
此外,日本生产的OH-1“忍者”直升飞机,机身的40%是用CFRP,桨叶等也用CFRP制造。
在民用领域,世界最大的飞机A380由于CFRP的大量使用,创造了飞行史上的奇迹。
这种飞机25%重量的部件由复合材料制造,其中22%为碳纤维增强塑料(CFRP)。
由于CFRP的明显减重以及在使用中不会因疲劳或腐蚀受损,从而大大减少了油耗和排放。
燃油的经济性比其直接竞争机型要低13%左右,并降低了运营成本,座英里成本比目前效率最高飞机的低15%~20%,成为第一个每乘客每百公里耗油少于三升的远程客机。
(b)碳/碳复合材料碳/碳复合材料是以碳纤维及其制品(碳毡或碳布)作为增强材料的复合材料。
因为它的组成元素只有一个(即碳元素),因而碳/碳复合材料具有许多碳和石墨材料的优点,如密度低(石墨的理论密度为2.3g/cm3)和优异的热性能,即高的热导率、低热膨胀系数,能承受极高的温度和极大的热加速率,有极强的抗热冲击,在高温和超高温环境下具有高强度、高模量和高化学惰性。
凭借着轻质难熔的优良特性,碳纤维增强基体的(C/C)复合摩擦材料在航空航天工业中得到了广泛应用。
航天飞机轨道的鼻锥和机翼前缘材料,都会选用碳碳复合材料。
另外还大量用作高超音速飞机的刹车片,目前,国际上大多数军用和民用干线飞机采均用碳纤维增强基体的复合材料刹车副。
这种刹车副不仅质量轻、抗热冲击性好、摩擦系数稳定、使用寿命长,更为方便的是可设计性强,性能便于调节。
还可制作发热元件和机械紧固件、涡轮发动机叶片和内燃机活塞等。
(二)、其他领域1)、高尔夫球棒用CFRP制成的高尔夫球棒、可减轻重量约10一40%。
根据动量守恒定律,可使球获得较大的初速度。
另一方面.CFRP具有高的阻尼特性,可使击球时间延长,球被击得更远。
2)、钓鱼竿碳纤维增强复合材料制成的钓鱼竿比GFRP制品或竹竿都要轻得多,使其在撒竿时消耗能量少,而且撤竿距比后者远20%左右。
CFRP所制的钓鱼竿长而好,刚性大,钓鱼竿在弯曲之后能迅速复原,使其传递诱饵的感觉较为灵敏。
现在已有商品销售,用碳纤维增强塑料还可以制成渔具的卷铀,其重量不超过l40克,但它的疲劳强度高,耐摩擦,因而使用寿命长。
3)、赛车用石墨纤维长丝制成的管材可用来制造比赛车或通用自行车的车架,其特点是重量轻,比钢制架可减重50%左右,使自行车的总重量减轻15%。
碳纤维与玻璃纤维混合增强复合材料可用来制造越野赛汽车,它的特点是重量轻。
用金属材料制造的同样车体的总重量为226.8公斤,用CFRP制造时为63.5公斤,用CF/GPRP制造时重量可减轻到31.8至36.5公斤。
在赛车领域,碳纤维复合材料最著名的运用无疑是F1车身。
为了使重量保持最小,所有车队都广泛使用碳纤材料,而这些材料的强固性足以支撑车子的重量。
4.我国碳纤维复合材料发展现状现代的碳纤维是以聚丙烯腈、人造丝或木质素为原丝,将有机纤维跟塑料树脂结合在一起高温分解并且碳化后得到的,还不能直接用碳或石墨来制取。
据了解,目前全球碳纤维产能约3.5万吨,我国市场年需求量6500吨左右,属于碳纤维消费大国。
在以“高性能聚丙烯腈碳纤维制备的基础科学问题”为主题的第335次香山科学会议上,会议执行主席、国家自然科学基金委员会师绪院士指出,与国外技术相比,我国碳纤维领域还存在较大差距。
2007年,我国碳纤维产能仅200吨左右,而且主要是低性能产品。
由于缺少具有自主知识产权的技术支撑,目前国内企业尚未掌握完整的碳纤维核心关键技术。
这就使得我国碳纤维在质量、技术和生产规模等方面均与国外存在很大差距,绝大部分高性能增强材料都长期依赖进口,价格非常昂贵。