第２８卷第１期２００８年１月
摩擦学学报
ＴＲＩＢＯＬＯＧＹ
Ｖｏｌ２８，Ｎｏ１
Ｊａｎ，２００８材料磨损研究的进展与思考
温诗铸
（清华大学摩擦学国家重点实验室，北京１０００８４）
摘要：阐述了材料磨损理论和抗磨损技术研究的进展，分析了磨损损伤特征和复杂性，着重讨论了磨屑形成机制，指出疲劳机制研究具有重要意义，并就今后材料磨损研究提出了若干建议．
关键词：磨损理论；磨屑形成机制；抗磨损技术；进展
中图分类号：ＴＨｌｌ７．３文献标识码：Ａ文章编号：１００４－０５９５（２００８）０１－０００１－０５
摩擦学是研究摩擦表面或界面行为、损伤与控制的技术学科．材料摩擦学性能通常是指摩擦磨损性能．摩擦是摩擦副表面在相互滑动中发生能量转换，并产生能量损耗的过程；而磨损则是由摩擦副之间力学、物理、化学作用造成的表面损伤和材料剥落．摩擦与磨损密切相关，但并不存在确定的量化关系．由于摩擦磨损现象广泛地存在于各类机械装备，造成巨大的经济损失，因此受到人们极大的关注．摩擦学研究旨在揭示摩擦磨损形成机理及影响因素，进而建立物理模型和数学描述，以及寻求润滑、表面处理等技术，以减少摩擦和控制磨损¨Ｊ．因此，摩擦学研究对于国民经济发展具有重要意义．在远古时代人们就意识到磨损的存在和危害，例如卢克里蒂斯（公元前９５～５５年）曾经指出：“……手指不断摩擦使戒指磨薄．滴水会穿石成孑Ｌ．犁头即使是铁的，在犁沟时也会逐渐磨小．我们看到，道路的路石因受行人的践踏而被磨光．城门的青铜雕像右手因受过路旅客的抚摸而被磨薄……但是我们见识浅薄，希望今后有能力去了解在任一时期内什么部分被磨损掉．”由于磨损是造成机械装备失效的重要原因，在摩擦学研究中，人们普遍认识到磨损研究的重要性，并开展了最广泛的研究．然而，因磨损现象的复杂性，迄今为止，在摩擦学基础理论研究方面，可以说针对磨损的研究又是最不完善的．
１磨损损伤的特征
有关磨损问题的基础研究，无论是实验考察还是理论建模和量化均存在许多困难，这是由于磨损损伤过程所具有的复杂特征造成的．作者认为，磨损的主要特征有：
（１）磨损过程中材料剥落过程是发生在摩擦表面间接触微区内的动态过程，产生剧烈的力学作用，并伴随物理化学变化，因此难以直接观测磨屑形成过程．虽然在２０世纪６０年代，诸如电子显微镜、能谱仪等一大批表面微观分析仪器相继商品化，广泛用于表面微观形貌以及表面层结构和组成分析，推动了磨损机制研究的深入发展∽ｊ，然而，这些仪器只能应用于磨损前和磨损后的静态观察和对比，无法实现磨损过程的在线检测．
（２）材料的摩擦磨损性能与其他力学性能不同，它不是材料的固有特性，而是材料在实际摩擦学系统中表现出来的综合性能．换言之，材料的摩擦磨损性能与其所处的条件，包括接触形态、环境状况、运行工况等密切相关，是材料在所处条件下特定的性能．因此，材料摩擦磨损性能对所处条件具有强烈的依赖性”Ｊ．
（３）与材料其他机械损伤相类似，磨损也主要源于力学作用下的材料强度劣化，然而磨损是特殊的力学问题．其特殊性表现为：外部施加给材料的力学作用是变化的，而且材料承受力学作用的体积和性能也是变化的∞１．因此，磨损过程是时变性很强的随机过程，该过程同时又与环境因素密切相关．（４）现实的磨损总是多种机制共存，而且是交互作用的过程，因此磨损所表现出的外部特征错综复杂．
根据当今的摩擦学原理，按照表面作用、表面层
基金项目：国家自然科学基金资助项目（５０７３０００７，５０５７５１２３）．
收稿日期：２００７－０９－２５；修回日期：２００７－１１－０４／联系人温诗铸，ｅ—ｍａｉｌ：ｄｐｉｗｓｚ＠ｍａｉｌ．ｔｓｉｎＩｇｈｕａ．ｅｄｕ．ｅｎ
作者简介：温诗铸，男，１９３２年生，教授，中国科学院院士，目前主要从事润滑理论、摩擦磨损机理与控制、纳米摩擦学以及微机械学等研究 万方数据
２摩擦学学报第２８卷
变化和破坏形式等３个方面的情况通常可将磨损分为４种典型类型，即磨粒磨损、疲劳磨损、粘着磨损和腐蚀磨损．针对各类磨损可以将材料磨损损伤机制归纳为切削（犁沟）机制、粘着机制和疲劳机制等３种典型机制．
从２０世纪４０年代开始，人们根据特定的工况条件，分别针对各种磨损机制进行了大量的实验研究和分析，建立了相应的理论和磨损公式∞Ｊ．然而，正因为是在特定的实验条件下得出的结论，其针对性和局限性较强，不尽适用于其他的工况条件．同时，实际的磨损现象往往又是多种机制综合影响的结果，所以现有的磨损理论普适性较差，磨损基础理论研究落后于工程实践的要求．
２磨损理论与磨屑形成机制研究
人类研究磨损的规律及其机制以便控制或利用磨损所作的不懈努力，可以追溯到１５世纪达?芬奇（１４５２～１５１９年）关于材料磨损的实验研究．据１９６７年在马德里发现的达?芬奇关于滑动轴承磨损研究的手稿记载，轴承磨损随载荷增加而加剧．为了减少磨损，他研制出了一种新型轴承材料，即含３０％铜和７０％锡的轴承合金。６Ｊ，这是最早设计的轴承合金材料．
１７２４年，Ｄｅｓａｇｕｌｉｅｒ提出了固体摩擦过程存在粘着现象的观点．随后，他发现２个铅球在相互紧压时将发生牢固的粘着∞Ｊ．可以认为，这是人类首次认识摩擦磨损过程中的粘着现象．
经过长期的生产实践和科学研究的积累，人们不断深化对磨损本质的认识，提出了大量描述磨损的物理模型以及预测磨损的量化公式．以下是几种影响较大且具有代表性的磨损理论的要点．
（１）ＸｐｙＩＲＯＢ和Ｂａ６ＨｑｅＢ（１９６０年）磨粒磨损微切削理论Ｈ。
磨粒磨损是磨粒对摩擦副表面产生犁沟作用和进行微切削的过程；磨粒的硬度和摩擦副表面硬度的相对值是影响磨损的基本因素；金属和各种成分未经热处理的钢材的耐磨性与其硬度成正比，其磨损量与磨粒的大小和形状等有关．
（２）Ｂｏｗｄｅｎ和Ｔａｂｏｒ（１９６４年）粘着理论睁１
摩擦副之间的实际接触面积只占表观接触面积的很小部分，因而接触峰点处于塑性状态；在摩擦过程中产生的瞬时高温作用下两表面形成粘着结点；滑动摩擦是粘着与滑动交替发生的跃动过程；摩擦磨损起源于峰点接触的粘着效应和犁沟效应．
（３）Ｋｐａｒｅｎｌ，ｃｘＨ曲等（１９７７年）疲劳磨损理论【３Ｊ
由于存在粗糙峰和波纹度，表面接触是不连续的；摩擦过程中接触峰点受周期性载荷作用，从而产生疲劳破坏即磨损；疲劳磨损取决于接触峰点的应力状态；根据摩擦副的载荷、滑动速度、表面形貌和材料性质等，应用弹塑性力学模型可以建立磨损量计算公式．
（４）Ｆｌｅｉｓｈｅｒ（１９７３年）能量磨损理论一１
磨损是能量储存、转化和消散的过程；摩擦过程所做功的约９％一１６％以势能的形式储存在表层材料中；当多次摩擦使材料累积的能量密度达到临界值时，即形成磨屑而剥落，藉以耗散能量；各接触点积累的能量取决于接触点的体积和形状，而能量集聚的能力与材料组成和结构有关．
（５）Ｓｕｈ（１９７７年）剥层磨损理论¨叫
在摩擦副相互滑动时，软表面粗糙峰易于变形或断裂，逐渐形成光滑表面；而硬表面粗糙峰在相对光滑的软表面滑动；每次滑动使软表面各点经受一次循环载荷，在表层内产生剪切塑性变形及位错，并不断积累；表层内一定深度处位错积累，进而形成裂纹或空穴；裂纹沿平行表面方向扩展，达临界长度后以片状磨屑剥落；根据弹塑性力学可以建立磨损的计算公式．
以上这些理论均是根据一定的实验检测结果来建立物理模型，再经过相关理论推导出磨损计算的量化关系．然而，由于影响磨损的因素繁多，还存在许多尚未能了解的因素，因此，所建立的磨损公式不可避免地包含一些目前还难以确定的变量，在实际应用中受到很大的局限．可以认为，当今磨损理论研究还处在不够完备的阶段．
根据Ｌｕｄｅｍａ…１统计，在过去４０年的文献中共发表了近３００多个各种形式的磨损公式，用于描述与磨损有关的变量有６００多个，最基本的也有１００多个．这些公式都是研究人员根据不同的观点和不同的条件实验提出的．其中即便是被认为比较完备的公式在实际应用中也有很大的局限性．正如著名摩擦学家Ｔａｂｏｒ所指出的，人们通常采用模仿某种摩擦磨损现象来构建相适应的研究条件，然后通过实验得到结果．
综上所述，关于磨屑形成的主要机制可以归纳为３类，即疲劳、粘着和能量机制．作者认为，这３类机制不是单一存在而是相互依存的．例如，在疲劳机制中，裂纹的萌生、扩展和断裂都需要吸收材料的变形能，而变形能又是摩擦过程中由摩擦功转换而来
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第１期温诗铸：材料磨损研究的进展与思考
并储存于材料中的能量．
在粘着磨损研究中，早期提出的粘着形成机制认为，表面粗糙峰是在塑性接触下由于瞬时高温所产生的焊点．而对于非金属材料的粘着有人提出了所谓的“冷焊”现象．显然，这些认识是不尽符合实际的．业已发现，在粘着磨损过程中，摩擦功转换为材料粘着能而形成结点，结点在滑动中由于机械作用而分离破坏，即产生磨损；粘着结点的形成和分离都伴随着能量转换，其粘滑运动是粘着能与动能交替转换的过程．因此可见，能量转换与耗散是伴随磨损过程的现象，而不是材料损伤的内在原因．
由粘着磨损理论推导出的Ａｒｃｈａｒｄ公式被广泛用于计算粘着磨损量，该公式中含有磨损系数ｋ。．Ｆｅｉｎ（１９７１年）和Ｔａｂｏｒ（１９７２年）分别采用四球摩擦磨损试验机和销一盘式摩擦磨损试验机对不同材料和润滑剂进行的实验研究都证明，ｋ；的数值远小于１（介于１０～～１０—ｏ）¨Ｊ．这说明粘着结点需要经过许多次（介于１０～～１０。ｏ）反复粘着和分离才能形成磨屑．可见，粘着磨损的磨屑形成机制实质上是材料的疲劳损伤．
通过以上分析，我们对于粘着磨损似乎可以得出这样的认识：能量转换和耗散是伴随粘着过程的现象，粘着是造成磨损的条件即外因，本身并不直接导致损伤，而磨损损伤最根本的机制，即内因是材料疲劳．
２０世纪５０年代提出了２项重要的摩擦磨损理论，即英国剑桥大学物理化学系表面物理与化学研究室Ｂｏｗｄｏｎ和Ｔａｂｏｒ发展的粘着理论以及前苏联科学院机械研究所（ＰＩＭＡＩＩＩ）以ＫｐａｒｅⅡｒｂｃＫＨ黄为代表所创建的疲劳理论．可以说，这些理论的提出奠定了磨损理论研究的基础，解释了一些客观现象，并对材料抗磨性能的研究起到了重要的指导作用．但与此同时，上述理论也存在局限性．随后，虽然不少学者分别对上述理论进行了大量的研究，但至今未能建立具有普适性的完备的磨损理论．
显然，对于复杂而多变的磨损过程，要从单一的损伤机制出发建立统一的物理模型和预测公式十分困难．磨损机制及其量化研究仍将是摩擦学工作者面临的主要挑战之一．为此，必须有针对性地深入考察典型磨损的发生及发展规律，在系统实验研究的基础上就特定工况条件下的磨损建立定量计算公式，再在实际应用中不断完善和扩展．
作者认为，通过深入分析磨损过程，区分磨损损伤的现象与本质，考察磨屑形成过程的外因和内因，就有可能透过错综复杂的现象，探索发现种类繁多的磨损问题中的某些共性的本质．以磨屑形成为例，其内在原因主要是材料强度，包括静强度和疲劳强度的破损问题．对于磨粒磨损，如果磨粒嵌入软表面而发生强力切削或划痕，则属于静强度破损；如果硬磨粒划过软表面，正如剥层磨损理论所阐述的那样，则属于疲劳强度破损．对于粘着磨损，若摩擦副由相同金属组成，或粘着结点附近的材料塑性变形和硬化程度相同，则粘着结点强度较高，此时材料的剥落分离源于次表层剪切，属于静强度破坏，即胶合磨损．而通常的粘着磨损，如前所述，需要经过许多次的粘着和分离才能形成磨屑，属于疲劳损伤．对于微动磨损和冲蚀磨损，显然需要对表面施加多次反复的应力才能形成磨屑．腐蚀磨损的化学作用是弱化表面材料的性能，而剥落仍是机械作用，通常被称为腐蚀机械磨损。而接触疲劳磨损中磨屑的生成是典型的疲劳机制过程．综上所述，作者认为，除静强度破坏以外，相当数量的磨损中磨屑形成的共性特征是材料疲劳过程，因此，疲劳机制似乎可作为各类磨损机制研究的基础．
俄罗斯、白俄罗斯、乌克兰等国的学者针对磨损研究提出了“摩擦疲劳”（ｔｒｉｂｏ—ｆａｔｉｇｕｅ）一词，颇具新意，可以理解为由摩擦作用引起的材料疲劳．近年来，他们已发展了相应的理论Ｈ２Ｉ，开辟了磨损机制研究的新思路，值得我们借鉴．国内武汉材料保护研究所的高万振、李健等与他们开展了学术交流，并联合举办了多次国际学术会议．
应当指出，摩擦疲劳是发生在材料表面的接触疲劳，其应力状态复杂，裂纹萌生、扩展和断裂都局限于表面层，是一种特殊的疲劳形式．然而，就其损伤本质而言仍应遵守材料疲劳的物理规律．若如此，我们可以预期，经过长期研究有可能建立适用性更强的磨损物理模型和量化关系．与此同时，现代摩擦学研究已由宏观深入到微观，由纳米科技推动的纳米摩擦学研究得到了迅速发展．通过在原子、分子尺度上研究摩擦表面和界面行为、变化及损伤机理，建立宏观磨损性能与材料微观结构之间的关系，可望从另一方面为磨损理论的发展提供深层次的基础‘１３，１４１．
３抗磨损技术研究
摩擦学作为一门技术基础学科，在基本理论或原理研究方面取得的重大发展无疑对工程应用具有重要的推动作用．然而，理论上的突破需要经历长期
万方数据
４摩擦学学报第２８卷
的积累，在开展磨损机制研究的同时，还必须为工程实际的需要发展抗磨损技术研究．其中，抗磨损材料和表面处理技术是摩擦学领域十分活跃的分支弘３．近３０年来，材料磨损研究从以金属材料为主体扩展到非金属材料包括陶瓷、聚合物及复合材料等．陶瓷作为新兴的耐磨材料具有优异的耐磨损、耐腐蚀性能及高温稳定性，在高效动力机械中有着广阔的应用前景．高分子聚合物材料具有较低的摩擦能耗和较高的化学稳定性，可望成为优良的减摩材料．通常单一均质材料不能满足多种性能要求，为此，近年来已开发出以金属和非金属为基体，含各种改性填料的复合材料．
表面处理技术是摩擦学研究中发展最迅速的领域之一，它利用各种物理、化学或机械方法赋予表面层材料特殊的成分、组织结构和性能，以适应综合性能要求．近年来，多种处理技术组合以及表面层的组织和性能按规律变化的梯度材料研究获得了长足进展．
摩擦磨损是发生在材料表面的现象，显然与材料表面性质密切相关，包括其几何性质和物理性质．以往人们对材料表面几何性质即表面形貌与摩擦磨损的相关性进行了大量研究，而关于材料物理性质包括表面层的微硬度、内应力以及冷作硬化程度等对磨损性能影响的研究较为欠缺，今后应着重加强这方面的研究ｕ５｜．此外，开发新型润滑材料和技术，研究磨损失效监测和故障诊断技术以防止重大事故也是抗磨损技术研究的重要方向．当今磨损研究的大多数工作集中于抗磨损技术研究，国内外发表了大量的研究报告，本文不再重复．
４我国磨损研究的若干进展
我国摩擦学工作者针对典型的磨损状态开展的基础研究取得了若干进展¨叫．其中，周仲荣等ｕ¨对微动磨损机制进行了较系统的研究，考察了材料表面强化和润滑对微动损伤的防护作用．他们指出，在微动过程中接触表面分别处于滑移区、部分滑移区和混合区；其相应的损伤机制不同，滑移区主要发生磨损，部分滑移区发生轻微损伤，而混合区是裂纹萌生、扩展最快的区域．
接触疲劳磨损是导致滚动摩擦副失效的主要原因．在表面循环接触应力作用下，表层内产生塑性变形积累，导致疲劳裂纹萌生、扩展和断裂．但研究者就采用何种剪应力作为接触疲劳设计准则存在不同的观点，作者Ｈ副在接触应力上叠加轴向应力以改变应力场，通过实验和计算分析论证了在复合应力场作用下各种剪应力包括最大剪应力、正交剪应力、等效应力、表面剪应力等的变化及其对接触疲劳的影响；并指出表面剪应力在迄今的相关研究中通常被忽略，而事实上最大表面剪应力在优质钢材接触疲劳磨损中的作用不容忽视．
磨合磨损过程是通过不断改善表面形貌获得良好摩擦学性能的过程．与此相适应，磨合过程中表面形貌变化及其预测研究受到了重视．葛世荣等¨刊应用分形理论对无润滑磨合动力学进行了实验研究和分析，考察了磨合过程中表面形貌的分形行为及其分形参数的变化规律，藉以提出磨合磨损分形预测模型。
胡元中等旧叫对润滑磨合动力学进行了研究．磨合初期摩擦副处于混合润滑状态，粗糙峰点接触占主要部分．他们利用混合润滑理论计算的摩擦副接触表面压力分布和磨损分布．由于峰点压力高、磨损量大，因而在磨合过程中表面形貌得到改善，逐步扩大油膜润滑部分，进而通过磨损与润滑耦合最终实现全膜润滑．
为了揭示磨损发生及发展，人们力图实现磨损过程的原位观察．王伟强等口ｕ就此进行了探索，在特定工况下得到了具有一定借鉴意义的结果．近年来，我国开发出了一批新型高效的喷涂技术及装备．例如，王汉功等∞１先后研制了超音速电弧喷涂、多功能超音速火焰喷涂及低温超音速火焰喷涂设备及技术，可以满足各种材料的喷涂要求，采用超音速喷涂技术制备的涂层与基体结合强度高、孔隙率低，涂层的耐磨性、耐蚀性和耐高温性能得到进一步提高．在电刷镀技术方面，徐滨士等旧３’驯在镀液中添加特殊材料的纳米颗粒，依靠纳米颗粒的强化作用显著地提高了涂层的性能．
５结束语
爱因斯坦曾经说过，对客观事物只了解现象不是真正的了解，还必须了解其本质和变化以及产生变化的原因，并能够准确地描述它，这样才能够达到控制和利用的目的．从这个意义上来说，尽管长期以来人们针对司空见惯的磨损现象开展了大量的研究，而迄今我们对磨损的认识还远远不够，难以满足相关的工程应用的需要．
由于材料磨损行为对摩擦学系统的依赖性和时变性，以及影响因素的错综复杂，使得相关的理论分析和实验检测存在极大困难．在现代纳米科技推动
万方数据
第１期温诗铸：材料磨损研究的进展与思考５
下迅速发展起来的微尺度研究模式，包括多种相关的理论和测试手段可望帮助人们从深层次上揭示磨损机制及其本质，从而建立普适性较强的宏观磨损准则．
毋庸讳言，作者深感磨损研究的重要性和迫切性，然而囿于经验和认识所限，拙作仅就个人关于磨损研究的部分粗浅认识和思考进行梳理、归纳，若能作为引玉之砖对同行们有所借鉴，则已足可欣慰．
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Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｏｎｗｅａｒｏｆｍａｔｅｒｉａｌｓａｎｄａｎｔｉｗｅａｒｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｗａｓｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｌｙｃｏｍｍｅｎｔｅｄ．ＴｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎｏｆｗｏｒｎＳＨｒｆａｃｅａｎｄｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｗｅａｒｄｅｂｒｉｓｗｅｒｅｄｉｓ—ｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈ
ｏｎｆａｔｉｇｕｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｉｓｏｆｇｒｅａｔｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ．Ｓｏｍｅｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓｃｏｎｃｅｒｎｉｎｇ
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材料磨损研究的进展与思考
作者：温诗铸， WEN Shi-zhu
作者单位：清华大学,摩擦学国家重点实验室,北京,100084
刊名：
摩擦学学报
英文刊名：TRIBOLOGY
年，卷(期)：2008，28(1)
被引用次数：7次
参考文献(24条)
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引证文献(6条)
1.濮春欢.徐滨士.王海斗.朴钟宇不同载荷下3Cr13不锈钢涂层磨损寿命研究[期刊论文]-摩擦学学报 2010(1)
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智能复合材料最新研究进展与发展趋势 1.绪论 智能复合材料是一类能感知环境变化，通过自我判断得出结论，并自主执行相应指令的材料，仅能感知和判断但不能自主执行的材料也归入此范畴，通常称为机敏复合材料。智能复合材料由于具备了生命智能的三要素：感知功能(监测应力、应变、压力、温度、损伤) 、判断决策功能(自我处理信息、判别原因、得出结论) 和执行功能(损伤的自愈合和自我改变应力应变分布、结构阻尼、固有频率等结构特性) ，集合了传感、控制和驱动功能，能适时感知和响应外界环境变化，作出判断，发出指令，并执行和完成动作，使材料具有类似生命的自检测、自诊断、自监控、自愈合及自适应能力，是复合材料技术的重要发展。它兼具结构材料和功能材料的双重特性。 在一般工程结构领域，智能复合材料主要通过改变自身的力学特性和形状来实现结构性态的控制。具体说就是通过改变结构的刚度、频率、外形等方面的特性，来抑制振动、避免共振、改善局部性能、提高强度和韧性、优化外形、减少阻力等。在生物医学领域，智能复合材料可以用于制造生物替代材料和生物传感器。在航空航天领域，智能复合材料已实际应用于飞机制造业并取得了很好的效果，航天飞行器上也已经使用了具有自适应性能的智能复合材料。智能复合材料在土木工程领域中发展也十分迅速。如将纤维增强聚合物（FRP）与光纤光栅（OFBG）复合形成的FRP—OFBG 复合筋大大提高了光纤光栅的耐久性。将这种复合筋埋入混凝土中，可以有效地检测混凝土的裂纹和强度，而且它可以根据需要加工成任意尺寸，十分适于工业化生产。本文阐述了近年来发展起来的形状记忆、压电等几种智能复合材料与结构的研究和应用现状，同时展望了其应用前景。 2.形状记忆聚合物（Shape-Memory Polymer）智能复合材料的研究 形状记忆聚合物（SMP）是通过对聚合物进行分子组合和改性，使它们在一定条件下，被赋予一定的形状（起始态），当外部条件发生变化时，它可相应地改变形状并将其固定变形态。如果外部环境以特定的方式和规律再次发生变化，它们能可逆地恢复至起始态。至此，完成“记忆起始态→固定变形态→恢复起始态”的循环，聚合物的这种特性称为材料的记忆效应。形状记忆聚合物的形变量最大可为200％，是可变形飞行器
耐磨材料的发展现状及未来发展趋势 正因为这些由本征特性TC、HC2所带来的在经济和技术上的巨大潜在能力，吸引了大量的科学工作者采用最先进的技术装备，对高TC超导机制、材料的物理特性、化学性质、合成工艺及显微组织进行了广泛和深入的研究。高温氧化物超导体是非常复杂的多元体系，在研究过程中遇到了涉及多种领域的重要问题，这些领域包括凝聚态物理、晶体化学、工艺技术及微结构分析等。一些材料科学研究领域最新的技术和手段，如非晶技术、纳米粉技术、磁光技术、隧道显微技术及场离子显微技术等都被用来研究高温超导体，其中许多研究工作都涉及了材料科学的前沿问题。高温超导材料的研究工作已在单晶、薄膜、体材料、线材和应用等方面取得了重要进展。 能源材料太阳能电池材料是新能源材料研究开发的热点，IBM公司研制的多层复合太阳能电池，转换率高达40％。美国能源部在全部氢能研究经费中，大约有50％用于储氢技术。固体氧化物燃料电池的研究十分活跃，关键是电池材料，如固体电解质薄膜和电池阴极材料，还有质子交换膜型燃料电池用的有机质子交换膜等，都是目前研究的热点。 生态环境材料生态环境材料是20世纪90年代在国际高技术新材料研究中形成的一个新领域，其研究开发在日、美、德等发达国家十分活跃，主要研究方向是：①直接面临的与环境问题相关的材料技术，例如，生物可降解材料技术，CO2气体的固化技术，SOX、NOX催化转化技术、废物的再资源化技术，环境污染修复技术，材料制备加工中的洁净技术以及节省资源、节省能源的技术；②开发能使经济可持续发展的环境协调性材料，如仿生材料、环境保护材料、氟里昂、石棉等有害物质的替代材料、绿色新材料等；③材料的环境协调性评价。 智能材料智能材料是继天然材料、合成高分子材料、人工设计材料之后的第四代材料，是现代高技术新材料发展的重要方向之一，将支撑未来高技术的发展，使传统意义下的耐磨材料和结构材料之间的界线逐渐消失，实现结构功能化、功能多样化。科学家预言，智能材料的研制和大规模应用将导致材料科学发展的重大革命。国外在智能材料的研发方面取得很多技术突破，如英国宇航公司在导线传感器，用于测试飞机蒙皮上的应变与温度情况；英国开发出一种快速反应形状记忆合金，寿命期具有百万次循环，且输出功率高，以它作制动器时、反应时间，仅为10分钟；在压电材料、磁致伸缩材料、导电高分子材料、电流变液和磁流变液等智能材料驱动组件材料在航空上的应用取得大量创新成果。 2、国内耐磨材料发展的现状和差距 我国非常重视耐磨材料的发展，在国家攻关、“863”、“973”、国家自然科学基金等计划中，耐磨材料都占有很大比例。在“九五”“十五”国防计划中还将特种耐磨材料列为“国防尖端”材料。这些科技行动的实施，使我国在耐磨材料领域取得了丰硕的成果。在“863”计划支持下，开辟了超导材料、平板显示材料、稀土耐磨材料、生物医用材料、储氢等新能源材料，金刚石薄膜，高性能固体推进剂材料，红外隐身材料，材料设计与性能预测等耐磨材料新领域，取得了一批接近或达到国际先进水平的研究成果，在国际上占有了一席之地。镍氢
功能高分子材料研究进展 摘要 功能高分子材料是高分子学科中的一个重要分支，它是研究各种功能性高分子材料的分子设计和合成、结构和性能关系以及作为新材料的应用技术，它的重要性在于所包含的每一类高分子都具有特殊的功能。它主要包括化学功能高分子材料、光功能高分子材料、电、磁功能高分子材料、声功能高分子材料、高分子液晶、医用高分子材料几部分，这一领域的研究主要包括研究分子结构、组成与形成各种特殊功能的关系，也就是从宏观乃至深入到微观，以及从半定量深入到定量，从化学组成和结构原理来阐述特殊功能的规律性，从而探索和合成出新的功能性材料。本文主要论述了在工程上应用较广和具有重要应用价值的一些功能高分子材料，如吸附分离功能高分子、反应型功能高分子、光功能高分子、电功能高分子、医用功能高分子、液晶高分子、高分子功能膜材料等。 关键词:高分子材料；功能高分子；功能材料； Abstract Functional polymer materials is an important branch of polymer science, it is the study of various functional polymer molecular design and synthesis of relationship between structure and properties and application technology as a new material. its importance is that contains every kind of polymer has special function it light functional polymer materials mainly include chemical functional polymer materials electric magnetic functional polymer materials acoustic functional polymer materials, polymer liquid crystal sections medical polymer materials, the research of this field mainly includes the study of the function of the molecular structure and formation of various sorts of special relationship, which is from the macro and go deep into the micro, and from the quantitative and semi-quantitative into from the chemical composition and structure principle to explain the special function of regularity, to explore and this paper mainly discusses the synthesis of new functional materials. Keywords：high polymer materials; functional polymer; functional Materials;
第28卷第1期 中国材料进展v。1.28N。.1 2009年1月MATERIALS CHINA Jan.2009 半导体信息功能材料与器件的研究新进展 王占国 (中国科学院半导体研究所半导体材料科学重点实验室,北京100083 摘要:首先简要地介绍了作为现代信息社会基础的半导体材料和器件极其重要的地位,进而同顾了近年来半导体光电信息功能材料,包括半导体微电子、光电子材料,宽带隙半导体材料,自旋电子材料和有机光电子材料等的研究进展,最后对半导体信息功能材料的发展趋势做了评述。 关键词:半导体微电子;光电子材料;宽带隙半导体材料;自旋电子材料;有机光电子材料 中图法分类号:TN304:TB34文献标识码:A文章编号:1674—3962(2009Ol-0026一05 Recent Progress of Semiconductor Information Functional Materials WANG Zhanguo (Institute ofSemiconductors,Chinese Academy ofSciences,Beijing100083,China Abstract:The extreme importance of semiconductor materials and devices as a foundation of the modern informational society js briefly introduced first in this paper,Then the recent progress of semiconductor microelectronic and optoeleetron?iC materiMs including silicon,GaAs and InP crystals and itS mierostructures,wide band gap semiconductors materials, spintronic materisis and organic semiconductor optoelectronic
环境修复材料项目立项申请报告范文 配合制造业的发展，创新亦须加快驱动，形成以创新为主要引领和支撑经济体系和发展模式。全力推动科技进步和劳工素质的提升。必须强化科技与经济对接、创新成果与产业对接、创新项目与现实生产力对接，加强研发人员创新动力与收入挂钩，让科技进步能贡献及带动经济的发展。 一、项目名称及承办单位 （一）项目名称 环境修复材料项目 （二）项目承办单位 xxx有限责任公司 二、项目建设地址及负责人 （一）项目选址 xx新区 （二）项目负责人 崔xx 三、项目承办单位基本情况
公司坚持诚信为本、铸就品牌，优质服务、赢得市场的经营理念，秉承以人为本，宾客至上服务理念，将一整套针对用户使用过程中完善的服务方案。 公司致力于高新技术产业发展，拥有有效专利和软件著作权50多项，全国质量管理先进企业、全国用户满意企业、国家标准化良好行为AAAA企业，全国工业知识产权运用标杆企业。 产品的研发效率和质量是产品创新的保障，公司将进一步加大研发基础建设。通过研发平台的建设，使产品研发管理更加规范化和信息化；通过产品监测中心的建设，不断完善产品标准，提高专业检测能力，提升产品可靠性。 四、项目建设地基本情况 通过几年发展，我市装备制造业规模不断扩大、产品种类逐步增多、产品档次不断提升，初步形成了以乘用车、重型汽车、专用车及零部件为主的汽车制造，以煤炭综采设备为主的煤矿及矿用设备制造，以风机整机组装及叶片、塔筒等零部件制造为主的风力发电设备制造和以压力容器为主的化工设备制造的装备制造产业体系。 五、项目提出理由 项目承办单位自成立以来始终坚持“自主创新、自主研发”的理念，始终把提升创新能力作为企业竞争的最重要手段，因此，积累了一定的项目产品技术优势。项目承办单位在项目产品开发、设计、制造、检测等方
《复合材料学》课程论文 题目：磁电复合材料的研究进展 学生姓名：李名敏 学号： 051002109 学院：化学工程学院 专业班级：材料化学101 电子邮箱： 904721996@https://www.doczj.com/doc/4611290930.html, 2013年 6 月
磁电复合材料的研究进展 摘要：本文介绍磁电复合材料的研究现状和合成工艺，讨论了磁电复合材料性能的影响因素，最后提出了其目前存在的问题及对今后的展望。 关键词：磁电复合材料铁电相铁磁相纳米材料合成工艺性能 1 引言 材料在外加磁场作用下产生自发极化或者在外加电场作用下感生磁化强度的效应称为磁电效应，具有磁电效应的材料称为磁电材料[1]。而磁电复合材料，它由两种单相材料—铁电相与铁磁相经一定方法复合而成。磁电复合材料的磁电转换功能是通过铁电相与铁磁相的乘积效应实现的, 这种乘积效应即磁电效应。磁电复合材料不仅具有前者的压电效应和后者的磁致伸缩效应，而且还能产生出新的磁电转换效应。这种材料能够直接将磁场转换成电场，也可以把电场直接转换为磁场。这种不同能量场之间的转换一步而成，不需要额外的设备，因此转换效率高、易操作。磁电复合材料不但具有较高的尼尔和居里温度，磁电转换系数大等诸多优点，而且还可被用于微波、高压输电、宽波段磁探测，磁场感应器等领域，尤其是在微波泄露、高压输电系统中的电流测量方面有着很突出的优势。此外，磁电复合材料在智能滤波器、磁电传感器、电磁传感器等领域也潜在着巨大的的应用前景[2]。目前, 磁电复合材料作为一种非常重要的功能材料，已成为当今铁电、铁磁功能材料领域的一个新的研究热点。 2 磁电复合材料的研究现状 2.1 磁电复合材料的历史 1894年法国物理学家居里首先提出并证明了一个不对称的分子体在外加磁场的影响下有可能直接被极化，磁电材料概念就此被提出。随后，一些科学家又指出了从对称性角度来考虑，在磁有序晶体中可能存在与磁场强度成正比的电极化以及与电场强度成正比的磁极化即线性磁电效应。直到20世纪80年代，已经发现50多种具有磁电效应的化合物，以及几十种具有此性能的固溶体。虽然发现了一系列具有磁电效应的单相材料，而这类材料虽然既具有铁电性(或反铁电性)，又具有铁磁性(或反铁磁性)，然而这些材料的居里温度大都远远低于室温，并且只有在居里温度以下这些材料才会表现出微弱的磁电效应。当环境温度上升到居里温度以上时，磁电系数就迅速下降为零，磁电效应也就随之消失。因此，难以利用单相磁电材料开发出具有实际应用价值的器件。这些局限性使得材料科学工作者们又将目光转移到复合材料上，Van Suchtelen首先提出通过复合材料的乘积效应来获得磁电效应，为制备高性能磁电材料开辟了一条新途径。1978
聚合物基自润滑材料的研究现状和进展 由于聚合物本身具有较低的摩擦系数,优良的机械性能及耐腐蚀性等优点,其基自润滑复合材料具有非常优异的摩擦磨损性能,正在被广泛的应用到减摩领域。本文综述了聚醚醚酮、聚四氟乙烯及聚酰亚胺等几种高聚物的摩擦磨损特点及其应用,聚合物基自润滑复合材料发展现状。指出目前聚合物基高性能自润滑材料的制备途径主要是通过聚合物与聚合物共混及添加纤维、晶须等来提高基体的机械强度,通过添加各类固体自润滑剂来提高摩擦性能,有效提高其综合性能。聚合物基自润滑材料可取代传统金属材料,成为全新的一类耐摩擦磨损材料。 论文关键词:高聚物,复合材料,自润滑材料,摩擦,磨损 1、聚醚醚酮(PEEK) 1.1 聚醚醚酮(PEEK)的特点 聚醚醚酮(PEEK)是一种高性能热塑性高聚物,具有良好机械性能、抗化学腐蚀性和抗辐射性,显着的热稳定性和耐磨性。它可以在无润滑、低速高载下或在液体、固体粉尘污染等 收稿日期: 修订日期: 作者简介:刘良震(1980-),男,助理讲师, E-mail:ldcllfz@https://www.doczj.com/doc/4611290930.html, 恶劣环境下使用。因而关于聚醚醚酮及其复合材料的研究越来越受到人们重视。聚醚醚酮是一种半晶态热塑性聚合物,为了改善其机械性能,尤其是摩擦学性能,常在其中添加聚四氟乙烯(PTFE)、聚丙烯腈(PAN)和碳纤维(FC)等材料,也可添加颗粒增强型材料或进行特种表面处理等离子体处理等。当聚醚醚酮及其复合材料与金属材料相互对磨时,通常在金属表面形成聚合物转移膜,其结构、成分均与原有的聚合物及复合材料不同,其性能、厚度及连续程度均对摩擦副的摩擦学性能有重大影响[4]。 1.2 对聚醚醚酮(PEEK)摩擦性能的研究 章明秋等人[5,6]对聚醚醚酮(PEEK)在无润滑滑动条件下磨损产生的磨屑的形态进行研究,结果表明,聚醚醚酮(PEEK)的磨屑具有分形特征,其分形维数与载荷的关系对应于磨损率与载荷的关系,能够反映聚醚醚酮(PEEK)磨损机制的变化。在给定的试验条件下,随着载荷的增大,聚醚醚酮(PEEK)的磨损机制从粘着磨损为主伴随着疲劳-剥层磨损,进而转变为热塑性流动磨损。 张人佶等[7,8]利用扫描电镜、扫描微分量热仪、红外光谱仪、俄歇电子谱仪等分析手段系统的研究了聚醚醚酮(PEEK)及其复合材料的滑动转移膜,结果表明:纯聚醚醚酮(PEEK)在滑动摩擦过程中形成不连续的转移膜。聚四氟乙烯(PTFE)的光滑分子结构有助于使转移膜更光滑,固体润滑效果也更好。在PEEK/FC30中,不仅加入PTFE,而且加入具有层状
新型功能材料发展趋势 功能材料是一大类具有特殊电、磁、光、声、热、力、化学以及生物功能的新型材料，是信息技术、生物技术、能源技术等高技术领域和国防建设的重要基础材料，同时也对改造某些传统产业，如农业、化工、建材等起着重要作用。功能材料种类繁多，用途广泛，正在形成一个规模宏大的高技术产业群，有着十分广阔的市场前景和极为重要的战略意义。功能材料按使用性能分，可分为微电子材料、光电子材料、传感器材料、信息材料、生物医用材料、生态环境材料、能源材料和机敏（智能）材料。由于我们已把电子信息材料单独作为一类新材料领域，所以这里所指的新型功能材料是除电子信息材料以外的主要功能材料。 功能材料是新材料领域的核心，对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用，在全球新材料研究领域中，功能材料约占 85 % 。随着信息社会的到来，特种功能材料对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用，是二十一世纪信息、生物、能源、环保、空间等高技术领域的关键材料，成为世界各国新材料领域研究发展的重点，也是世界各国高技术发展中战略竞争的热点。 鉴于功能材料的重要地位，世界各国均十分重视功能材料技术的研究。 1989年美国200多位科学家撰写了《90年代的材料科学与材料工程》报告，建议政府支持的6类材料中有5类属于功能材料。从1995年至2001年每两年更新一次的《美国国家关键技术》报告中，特种功能材料和制品技术占了很大的比例。2001年日本文部省科学技术政策研究所发布的第七次技术预测研究报告中列出了影响未来的100项重要课题,一半以上的课题为新材料或依赖于新材料发展的课题,而其中绝大部分均为功能材料。欧盟的第六框架计划和韩国的国家计划等
复合材料的最新研究进展 季益萍1, 杨云辉2 1天津工业大学先进纺织复合材料天津市重点实验室 2天津工业大学计算机技术与自动化学院, （300160） thymeping@https://www.doczj.com/doc/4611290930.html, 摘要：本文主要介绍了当前复合材料的最新发展情况，主要集中在复合材料的增强纤维、加工技术、智能材料和非破坏性检测技术等方面。希望能抛砖引玉，激发研究人员更有价值的创意。 关键词：复合材料，最新进展 1. 引言 人类社会正面临着诸多的问题和需求，如矿物能源、资源的枯竭、环境问题、信息技术以及生活质量等，这推动了复合材料的发展，也促进了各种高新技术的发展。但目前人们已不仅仅局限于新材料的创造、发现和应用上，科学研究已进入一个各种材料综合使用的新阶段，即向着按预定的性能或功能设计新材料的方向发展。并且，在复合材料性能取得飞速发展的同时，其应用领域不断拓宽，性能持续优化，加工工艺不断改善，成本不断降低。 复合材料的独特之处在于其可提供单一材料难以拥有的性能，其最大的优势是赋予材料可剪切性，从而优化设计每个特定技术要求的产品，最大限度地保证产品的可靠性、减轻重量和降低成本。近年以来，复合材料在加工领域中取得了一系列重要的进展，由于计算机辅助设计工具的介入和先进加工技术的开发，使复合材料的市场竞争力有了很大的提高，应用领域不断扩大，除用于结构复合材料外，还大量的进入了功能材料市场。我们观察到，复合材料的发展趋势是[1]： （1）进一步提高结构型先进复合材料的性能； （2）深入了解和控制复合材料的界面问题； （3）建立健全复合材料的复合材料力学； （4）复合材料结构设计的智能化； （5）加强功能复合材料的研究。 近年来，复合材料在增强纤维、加工技术、智能材料和非破坏性检测技术等方面研究较多，并且不断有新的市场应用，能够代表复合材料的最新发展方向。 2. 增强纤维环保化[2] 目前，增强纤维的发展趋势主要是强度、模量和断裂伸长的提高。但随着全球环保意识的风行，复合材料产品也逐渐受到环保方面要求的压力，尤其欧洲地区已有相关规定，热固性复材产品由于无法回收再利用而不易销往欧洲。在树脂之外，复材产品中的增强纤维迄今绝大部分都是无法回收再利用的，包括玻璃纤维、碳纤维、芳纶等，全都是如此。 最近有一种新型增强纤维－玄武岩纤维(Basalt Filament)，是由火山岩石所提炼而成的，堪称100% 天然且环保，预期在不久的未来，将会取代相当比例的各种纤维，而加入复合 - 1 -
几种耐磨材料的研究与进展 摘要：为了了解国内耐磨材料的研究与进展情况，本文对近年来耐磨自润滑发展进行了研究。研究表明：(1)在耐磨材料研究和发展中，应充分分析典型磨损工况，了解各种磨损机理所占比重，从而确定对耐磨材料的要求，以进行合理的合金和组织设计。(2)耐磨钢的发展方向在于通过合金化强化基体,提高其起始硬度和屈服强度，以改善低冲击、低应力磨损条件下的耐磨性,扩大其应用范围,并防止变形[1]。(3)低、中合金耐磨钢通过合金设计和适当热处理，获得具有较高硬度，足够韧性，良好耐磨性的组织，可在较大冲击、较高应力的磨料磨损工况条件下使用。 关键词：耐磨材料自润滑摩擦磨损 引言 材料的破坏有3种形式：即断裂、腐蚀和磨损。材料磨损尽管不象另外两种形式那样，很少引起金属工件灾难性的危害，但其造成的经济损失却是相当惊人的。据早期统计，由磨损造成的经济损失,美国约150亿美元/年，西德约100亿马克/年，前苏联约120亿卢布/年。在各类磨损中,磨料磨损又占有重要的地位，在金属磨损总量中占50%，在冶金矿山、建材、电力、农机、煤炭等行业磨料磨损尤为严重因此，研究和发展用于磨料磨损条件下的耐磨材料，以减少金属磨损，对国民经济有重要的意义[2]。 根据各类磨损机理与材料性能的关系，可提出对耐磨材料的常规要求：a、较高硬度、一定塑性；b、足够韧性和脆断抗力；c、高的应变疲劳和剥层疲劳抗力；d、高的淬透性和获得足够深的淬透层；e、良好的工艺性和生产工艺方便易行[3]。 1Fe-20Ni-3.5C自润滑材料 镍基合金具有优良的热稳定性和抗腐蚀性能,在高温发动机和高温结构材料中具有极其重要的应用,近年来的研究表明,含石墨的镍基合金具有良好的自润滑性能,但由于镍的资源较短缺,价格居高不下,限制了材料的应用。用熔炼法制备了Fe含量为20%~60%(质量分数)的镍-铁-石墨-硅合金,该合金具有良好的自润滑性能并显著降低了材料成本,其实验结果表明随着铁含量的增加,合金的自润滑性能逐渐提高, 其中铁含量为60%时,合金干摩擦因数相对较低。进一步增加Fe的含量可以使材料价格进一步降低,但对合金的摩擦磨损性能和机械性能的影响需要进行研究.研究采用熔炼法制备了Fe-20Ni-3.5C合金.随着 铁含量的增加,合金析出碳化物的可能性变大,有可能减少固体润滑剂石墨的含量.硅是一种石墨化元素,可以抑制碳化物的生成,促使碳原子结晶成为石墨,提高合金中固体润滑组元的含量,而且可以固溶于奥 氏体中提高材料的强度,改善材料的摩擦磨损性能.但硅含量的增加会使合金变脆,机械性能降低.因此必须以Fe-20Ni-3.5C合金为基础,研究添加不同含量的硅对合金的凝固组织、力学性能和摩擦磨损性能的影响及其规律： 1)采用熔炼法制备出不同硅含量的Fe-20Ni-3.5C固体自润滑材料,合金组织致密,石墨分布均匀,随着硅含量的增加,结晶的石墨形态由细片状逐渐变为粗片状石墨,当硅含量增至3.5%时,石墨的生长形态趋于等轴球状； 2)随着添加硅量的增加,固溶于合金基体中的硅原子含量增加而碳含量降低,合金的硬度和抗拉强度先提高后降低,冲击韧性则随着合金硬度的降低而升高.当加入Si量达到3.5%时,由于合金基体硬度的降低及石墨的球状化,冲击韧性大幅度提高； 3)合金的磨损率随合金硬度值的提高而降低.硬度的提高,减轻了粘着磨损,降低了磨损率,其中 Fe-20%Ni-3.5%-2.5%Si具有较小的摩擦因数和较低的磨损率,其摩擦因数稳定在0.23左右,磨损形式主要以疲劳磨损为主[4]。 2稀土低合金耐磨钢焊条 在对高锰钢的研究中已经发现：在高应力状态下（如强烈冲击或挤压载荷），高锰钢产生加工硬化，
材料】功能材料发展趋势 功能材料发展趋势 功能材料是一大类具有特殊电、磁、光、声、热、力、化学以及生物功能的新型材料，是信息技术、生物技术、能源技术等高技术领域和国防建设的重要基础材料，同时也对改造某些传统产业，如农业、化工、建材等起着重要作用。功能材料种类繁多，用途广泛，正在形成一个规模宏大的高技术产业群，有着十分广阔的市场前景和极为重要的战略意义。功能材料按使用性能分，可分为微电子材料、光电子材料、传感器材料、信息材料、生物医用材料、生态环境材料、能源材料和机敏（智能）材料。由于我们已把电子信息材料单独作为一类新材料领域，所以这里所指的新型功能材料是除电子信息材料以外的主要功能材料。 功能材料是新材料领域的核心，对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用，在全球新材料研究领域中，功能材料约占85%。随着信息社会的到来，特种功能材料对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用，是二十一世纪信息、生物、能源、环保、空间等高技术领域的关键材料，成为世界各国新材料领域研究发展的重点，也是世界各国高技术发展中战略竞争的热点。 鉴于功能材料的重要地位，世界各国均十分重视功能材料技术的研究。1989年美国200多位科学家撰写了《90年代的材料科学与材料工程》报告，建议政府支持的6类材料中有5类属于功能材料。从1995年至2001年每两年更新一次的《美国国家关键技术》报告中，特种功能材料和制品技术占了很大的比例。2001年日本文部省科学技术政策研究所发布的第七次技术预测研究报告中列出了影响未来的100项重要课题,一半以上的课题为新材料或依赖于新材料发展的课题,而其中绝大部分均为功能材料。欧盟的第六框架计划和韩国的国家计划等在他们的最新科技发展计划中,都把功能材料技术列为关键技术之一加以重点支持。各国都非常强调功能材料对发展本国国民经济、保卫国家安全、增进人民健康和提高人民生活质量等方面的突出作用。 1、新型功能材料国外发展现状 当前国际功能材料及其应用技术正面临新的突破，诸如超导材料、微电子材料、光子材料、信息材料、能源转换及储能材料、生态环境材料、生物医用材料及材料的分子、原子设计等
第17卷 第4期摩擦学学报V o l17, N o4 1997年12月TR I BOLO GY D ec,1997研究简报(363～366) 陶瓷2石墨复合材料的摩擦磨损性能研究3 董利民 张宝清 田杰谟 李兆新 (清华大学核能技术设计研究院 北京 102201) 摘要 对陶瓷2石墨复合材料 GC r15钢摩擦副的摩擦磨损性能与GC r15钢 GC r15钢的作了 对比试验研究.结果表明:分别在干摩擦和10#机械油润滑下,陶瓷2石墨复合材料 GC r15钢的 摩擦因数均比GC r15钢自配副时的低,陶瓷2石墨复合材料试块的磨痕宽度也比GC r15钢试块 的小.硬质陶瓷颗粒与石墨均匀弥散共存,提高了材料的强度和硬度,从而改善了材料的耐磨 性. 关键词 石墨 陶瓷 复合材料 摩擦学性能 分类号 TQ174.758.22 陶瓷2石墨复合材料兼备石墨和陶瓷材料各自的优点,具有耐高温、耐磨损、抗腐蚀及导电和导热性能良好等特性.对于这类材料的力学性能和物理性能已有不少研究报道[1～5],但有关其摩擦磨损性能的研究却还未见文献公开发表.作者对陶瓷2石墨复合材料 GC r15钢摩擦副的摩擦磨损性能进行了试验研究,并且探讨了陶瓷2石墨复合材料的摩擦磨损机理. 1 试验部分 1.1 试样 用于环2块式摩擦磨损试验机的环试样系以淬火与回火处理的GC r15轴承钢制备而成,其被试表面经过磨削加工后的表面粗糙度R a=0.35Λm,表层硬度为H V750.环试样的尺寸为外径49.2mm和宽度13.0mm.块试样的材料共有含石墨质量分数(w c,下同)分别为0.1,0.2,0.3,0.4和0.5的5种陶瓷2石墨复合材料.这些材料都是将Si C和B4C等陶瓷粉与石墨粉按一定比例混合后热压烧结制备的,烧结温度2200℃,压力20M Pa.试块尺寸为12.35mm×12.35mm×19.00mm,其表面经过研磨与抛光处理.表1所列是试块材料的力学性能和表面粗糙度.此外,还用GC r15钢试块与高强度石墨块作了对比试验研究. 1.2 摩擦因数的测定 在M H K2500环2块式摩擦磨损试验机上分别进行干摩擦和10#机械油润滑条件下的摩 3国家“八五”科技攻关项目(852********) 1996203211收到初稿,1997206228收到修改稿 本文通讯联系人董利民. 董利民 男,1965年2月生,内蒙古人,1991年在清华大学获硕士学位,目前主要从事精细陶瓷材料的组成、结构与性能研究,发表论文10余篇,现为清华大学核能技术设计研究院副研究员. 张宝清 男,1944年10月生,北京市人,1968年毕业于北京钢铁学院金属物理系,目前主要从事陶瓷材料的制备工艺及其性能研究,发表论文30余篇,现为清华大学核能技术设计研究院副研究员. 田杰谟 男,1935年4月生,山东省人,1963年毕业于清华大学工物系,目前主要从事结构陶瓷、生物功能陶瓷及生物陶瓷材料的研究,发表论文50余篇、专著2部,现为清华大学核能技术设计研究院教授、博士生导师. 李兆新 男,1963年1月生,北京市人,大专程度,目前主要从事陶瓷材料制备工艺研究,发表论文3篇,现为清华大学核能技术设计研究院实验师.
黏土矿物材料与环境修复 摘要： 黏土矿物材料、赤潮、水体污染、大气污染、放射性污染、环境替代材料人类应用黏土的历史源远流长，早在新石器时代就开始利用黏土作为烧制各种陶器和砖瓦的原料。而人们有意识地研究黏土则始于20世纪初。在X射线衍射技术诞生以前，人们并不知道黏土的真实本质。黏土科学作为一门21世纪人类将会迎来一个“新石器时代”，人类对非金属矿产的需求将大大超过对金属矿产的需求。黏土矿物在人们的生产领域将会扮演越来越重要的角色。 黏土矿物广泛存在于各种地质体中，特殊的晶体结构赋予黏土矿物许多特性，例如脱水、复水性能，膨胀和收缩性能、可塑性能、离子交换性能等。黏土矿物的粒级又属胶体范围，高的比表面积和表面双电层结构使其具有胶体的特性。在本质上，黏土矿物属热力学不稳定系统。天然黏土矿物大都具有某种活性，这种活性正是晶体结构和胶体性质的反映。 黏土矿物材料治理赤潮污染 赤潮是指由海洋环境条件的改变，促使某些浮游的藻类生物爆发性的繁殖而引起的异常现象。主要发生在近海域。关于赤潮发生的原因虽然尚未完全查明，但根据有关报道看来，科学家们在这一问题上已取得基本一致的共识，认为基本有三条： 1、水域化学因素的变化，是由于城市生活用水、工业废水的大量倾入，使内弯和浅海区无机态氨、磷酸盐和铁、锰等微量元素增加，为赤潮生物的大量繁殖提供了丰富的营养物质； 2、由于水温和盐度的变化，一般为20~33℃的水域中，赤潮水域的盐度一般为27%~37%； 3、气象条件的变化，通常赤潮出现在闷热、风平浪静的夏季。一般认为，赤潮是生物、营养物质、地理条件、海流等各种因素综合作用的结果。 近几年来，有害赤潮对沿海经济产生的危害明显增大，其主要原因是：
复合材料加工技术的最新研究进展 摘要：本主要综述了陶瓷基、树脂基这两种主要的非金属基复合材料的加工技术。通过对传统加工和新型加工技术的比较，认为今后研究非金属基复合材料加工工艺参数的优化，工艺过程中关键步骤的改进，新技术的研究，生产设备自动化、智能化程度的提高，生产线的规模化、专业化、可控制化，是其加工技术发展的关键。 关键词：陶瓷基、树脂基、复合材料加工 复合材料是由两种或两种以上不同化学性能或不同组织结构的材料，通过不同的工艺方法组成的多相材料，主要包括两相：基体相和增强相。20世纪40年代，因航空工业需要而发展了玻璃纤维增强塑料，是最早出现的复合材料，从此以后，陆续发展了碳纤维、石墨纤维和硼纤维等高强度和高模量纤维。70年代出现了芳纶纤维和碳化硅纤维。这些高强度、高模量纤维与合成树脂、碳、石墨、陶瓷、橡胶等非金属基体或铝、镁、钛等金属基体复合，构成了格局特色的复合材料。复合材料由于其具有各方面独特的性质，广泛应用与军事工业，汽车工业、医疗卫生、航空、航海以及日常生活的各个方面。对于复合材料的加工技术的研究，将是扩大其适用范围的关键之一[1]。 1 陶瓷基复合材料的加工 由于陶瓷材料同时具有高硬度、高脆性和低断裂韧性等特点，使得其加工、特别是成形加工，至今仍非常困难。在陶瓷材料加工中，使用金刚石工具的磨削加工仍然是目前最常用的加工方法，占所有加工工艺的80％。而陶瓷材料磨削加工不仅效率低，而且在加工中很容易产生变形层、表面/亚表面微裂纹、材料粉末化、模糊表面、相变区域、残余应力等缺陷，这对于航空、航天、电子等高可靠性、高质量要求的产品是决不允许的。陶瓷精密元件的加工费用一般占总成本的30％～60％，有的甚至高达90％。因此，通过新的陶瓷加工制造技术的探索，能够很好的提高产品制造精度和降低生产成本[2]。 1.1新型加工技术 1.1.1 放电加工 放电加工(EDM)是一种无接触式精细热加工技术，当单相或陶瓷／陶瓷、陶瓷／金属复合材料的电阻小于100Ω.m时，陶瓷材料可以进行放电加工。首先将形模(刻丝)和加工元件分别作为电路的阴、阳极，液态绝缘电介质将两极分开，通过悬浮于电介质中的高能等离子体的刻蚀作用，表层材料发生熔化、蒸发或热剥离而达到加工
耐磨金属材料的最新研究现状 关键词：耐磨材料；锰钢；抗磨白口铸铁；技术进展 摘要：耐磨金属材料被广泛地应用于工业生产的各个领域, 而随着科学技术和现代工业的高速发展，由于金属磨损而引起的能源和金属材料消耗增加等所造成的经济损失相当惊人。近年来，对金属磨损和耐磨材料的研究，越来越引起国内外人们的广泛重视。本文概述了国内外耐磨金属材料领域研究开发的现状及取得的一系列新进展。 0 引言 随着科学技术和现代工业的高速发展，机械设备的运转速度越来越高，受摩擦的零件被磨损的速度也越来越快，其使用寿命越来越成为影响现代设备(特别是高速运转的自动生产线)生产效率的重要因素。尽管材料磨损很少引起金属工件灾难性的危害，但其所造成的能源和材料消耗是十分惊人的。据统计，世界工业化发达的国家约30%的能源是以不同形式消耗在磨损上的。如在美国,每年由于摩擦磨损和腐蚀造成的损失约1000亿美元，占国民经济总收入的4%。而我国仅在冶金、矿山、电力、煤炭和农机部门，据不完全统计，每年由于工件磨损而造成的经济损失约400亿元人民币[1]。因此，研究和发展耐磨材料，以减少金属磨损，对国民经济的发展有着重要的意义。 1国外耐磨金属材料的发展 国外耐磨材料的生产和应用经过了多年研究与发展的高峰期，现已趋于稳定，并有自己的系列产品和国家标准、企业标准。经历了从高锰钢、普通白口铸铁、镍硬铸铁到高铬铸铁的几个阶段，目前已发展为耐磨钢和耐磨铸铁两大类。 耐磨钢除了传统的奥氏体锰钢及改性高锰钢、中锰钢以外，根据其含量的不同可分为中碳、中高碳、高碳合金耐磨钢；根据合金元素的含量又可分为低合金、中合金及高合金耐磨钢；根据组织的不同还可分为奥氏体、贝氏体、马氏体耐磨钢。而耐磨铸铁主要包括低合金白口铸铁和高合金白口铸铁两大类。二者中最具有代表性的是低铬白口铸铁和高铬白口铸铁，而且这两种材料目前在耐磨铸铁中占有主导地位。马氏体或贝氏体、马氏体组织的球墨铸铁在制作小截面耐磨件方面也占有一席之地，中铬铸铁则应用较少。从整体上看，合金白口铸铁的耐磨性优于耐磨铸钢，但后者韧性好，在诸如衬板、耐磨管道等方面有着广泛的应用[2]。 2 我国耐磨金属材料的发展 据统计,国内每年消耗金属耐磨材料约达300万吨以上，应用摩擦磨损理论防止和减轻摩擦磨损,每年可节约150亿美元。近年来,针对设备磨损的具体工况和资源情况,研制出多种新型耐磨材料。主要有改性高锰钢、中锰钢、超高锰钢
生物功能材料的研究进展 随着人民生活水平的提高，人们对于医疗保健方面的要求也越来越强，使得对于生物医用材料的要求也越苛刻。本文详细阐述了生物医用功能高分子材料近年来的应用研究及发展状况，综述了国内外生物医用高分子材料的分类、特性及研究成果，展望了未来的生物医用高分子材料的发展趋势。 生物功能材料和加工技术的发展, 使得人工合成材料在医学上的应用, 变得越来越广泛。数十年的医学发展和临床应用, 证明医用高分子材料在人体内外, 获得了成功的应用, 而医学的进步, 又给高分子材料提出了大量新的课题, 使其向“精细化”, “功能化”的方向发展, 赋予了高分子材料以新的生命力。 生物医用高分子材料分合成和天然两大类，下面我们就分别对这两种材料进行详细的论述。 ﹙1﹚天然生物材料 天然生物材料是指从自然界现有的动、植物体中提取的天然活性高分子，如从各种甲壳类、昆虫类动物体中提取的甲壳质壳聚糖纤维，从海藻植物中提取的海藻酸盐，从桑蚕体内分泌的蚕丝经再生制得的丝素纤维与丝素膜，以及由牛屈肌腱重新组构而成的骨胶原纤维等。这些纤维由于他们来自生物体内且都具有很高的生物功能和很好的生物适应性，在保护伤口、加速创面愈方面具有强大的优势，已引起国内外医务界广泛的关注。自然界广泛存在的天然生物材料仍有着人工材料无可比拟的优越性能。例如：迄今为止再高明的材料学家也做不出具有高强度和高韧性的动物牙釉质，海洋生物能长出色彩斑斓、坚阊义不被海水腐蚀的贝壳等等。甲壳素又称几丁质（chitin），广泛存在于虾、蟹等甲壳动物及昆虫、藻类和细菌中，是世界上仅次于纤维素的第二大类天然高分子化合物。它是一种惰性多糖，用浓碱脱去乙酰基可转变成聚壳糖（chintosan）。甲壳素、聚壳糖及其衍生物具有良好的生物相容性和生物降解性。降解产物带有一定正电荷，能从血液中分离出血小板因子，增加血清中H-6水平，促进血小板聚集或凝血素系统，作为止血剂有促进伤口愈合，抑制伤口愈合中纤维增生，并促进组织生长的功能，对烧、烫伤有独特疗效。比如家蚕丝脱胶后可得到纯丝素蛋白成分，丝素蛋白是一种优质的生物医学材料，具有无毒、无刺激性、良好的血液相容性和组织相容性。根据研究报道，由于天然高分子医用材料的独特临床效果，它的应用前景相当广阔。﹙2﹚合成生物材料 由于天然材料的有限，人们需要大量的生物材料来维持他们的健康。合成高分子材料因与人体器官组织的天然高分子有着极其相似的化学结构和物理性能，因而可以植入人体，部分或全部取代有关器官。因此，在现代医学领域得到了最为广泛的应用，成为现代医学的重要支柱材料。与天然生物材料相比，合成高分子材料具有优异的生物相容性，不会因与体液接触而产生排斥和致癌作用，在人体环境中的老化不明显。通过选用不同成分聚合物和添加剂，改变表面活性状态等方法可进一步改善其抗血栓性和耐久性，从而获得高度可靠和适当有机物功能响应的生物合成高分子材料。目前，使用于人体植入产品的高分子合成材料包括聚酰胺、环氧树脂、聚乙烯、聚乙烯醇、聚乳酸、聚甲醛、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、聚醋酸乙烯酯、硅橡胶和硅凝胶等。应用场合涉及组织粘合、手术缝线、眼科材料(人工玻璃体、人工角膜和人工晶状体等)、软组织植入物(人工心脏、人工肾、人工肝等)和人工管形器(人工器官、食道)等。 合成医用高分子材料发展的第一阶段始于1937年，其特点是所用高分子材料都是已有的现成材料，如用丙烯酸甲酯制造义齿的牙床。第二阶段始于1953年，其标志是医用级有机硅
无机非金属材料的研究与应用前景 【摘要】 无机非金属材料(inorganic nonmetallic materials)是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、卤素化合物、硼化物以及硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐等物质组成的材料。是除有机高分子材料和金属材料以外的所有材料的统称。无机非金属材料的提法是20世纪40年代以后,随着现代科学技术的发展从传统的硅酸盐材料演变而来的。无机非金属材料是与有机高分子材料和金属材料并列的三大材料之一。在材料学飞速发展的今天，无机非金属材料有这广阔的应用前景和良好的就业形势。 【关键字】 无机非金属，材料，方向，前景，智能 【正文】 一、无机非金属材料的特点及应用 无机非金属材料(inorganic nonmetallic materials)是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、卤素化合物、硼化物以及硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐等物质组成的材料。是除有机高分子材料和金属材料以外的所有材料的统称。无机非金属材料的提法是20世纪40年代以后,随着现代科学技术的发展从传统的硅酸盐材料演变而来的。无机非金属材料是与有机高分子材料和金属材料并列的三大材料之一。 在晶体结构上,无机非金属的晶体结构远比金属复杂，并且没有自由的电子。具有比金属键和纯共价键更强的离子键和混合键。这种化学键所特有的高键能、高键强赋予这一大类材料以高熔点、高硬度、耐腐蚀、耐磨损、高强度和良好的抗氧化性等基本属性,以及宽广的导电性、隔热性、透光性及良好的铁电性、铁磁性和压电性。 无机非金属材料品种和名目极其繁多,用途各异,因此,还没有一个统一而完 善的分类方法。通常把它们分为普通的(传统的)和先进的(新型的)无机非金属材料两大类。 普通无机非金属材料的特点是：耐压强度高、硬度大、耐高温、抗腐蚀。此外，水泥在胶凝性能上，玻璃在光学性能上，陶瓷在耐蚀、介电性能上，耐火材