贝壳的结构仿生——层状陶瓷基复合材料
摘要论述了贝壳的结构仿生材料——层状陶瓷复合材料的性能特点，从基体及夹层材料的类型选择和匹配、结构设计、工艺参数的选取、增韧的机制、制备方法等方面介绍了当前层状陶瓷制备工艺技术的研究进展；从性能及结构等方面探讨了在复合材料发展中目前存在的问题。
关键词：贝壳仿生；层状复合陶瓷；基体材料；夹层材料；增韧机制；制备方法
引言
众所周知，陶瓷材料具有耐高温、耐磨损、耐腐蚀、重量轻等很多优点，在能源、冶金、石油化工、航天航空等领域有着广泛的应用前景。但是，陶瓷材料本身脆性大，对缺陷十分敏感，导致使用可靠性和可重复性差，限制了其应用。因此,增加陶瓷材料的韧性,提高其使用可靠性，一直是结构陶瓷材料研究的重点。陶瓷的层状复合是大自然中贝壳等生物材料的一种结构仿生设计。贝壳类生物材料是由95%以上的脆性文石晶体和少量的壳角蛋白以强弱相间的层状形式复合而成的,这种结构具有比一般文石晶体高得多的综合机械性能。层状复合陶瓷也是在脆性的陶瓷层间加入不同材质的较软或较韧的材料层制成。这种结构的材料在应力场中是一种能量耗散结构,能克服陶瓷突发性断裂的致命缺点。当材料受到弯曲或冲击时,裂纹多次在层界面处受到阻碍而钝化和偏折,有效地减弱了载荷下裂纹尖端的应力集中效应。同时,这种材料的强度受缺陷影响较小,是一种耐缺陷材料。这种结构可使陶瓷的韧性得到很大改善。
1.贝壳的结构和成分
贝壳根据形成的方式和组成结构不同分为3
层。最外层为角质层，是硬蛋白质的一种，能耐酸
的腐蚀；中间的棱柱壳层，它占据壳的大部分，由
角柱状的方解石构成，角质层和棱柱层只能由外套
膜背面边缘分泌而成；内层为珍珠层，也由角柱状
方解石构成，它由外套膜的全表面分泌形成，并随
着贝类的生长而增厚，富有光泽，珍珠层是最强韧
的部分。珍珠层组成相的95%是文石晶体（正交结构碳素钙），其余是有机基质和少量的水，因此，它是一种天然的陶瓷基复合材料。虽然贝壳珍珠层的组成中有近95%是普通陶瓷碳酸钙，但其综合力学性能，特别是断裂韧性，比单个单相碳酸钙高2-3个数量级，研究表明，其中的文石晶体呈多边形。他们交叉叠层，堆砌成非常整齐有序的结构，片层之间是有机基质。图1使其结构示意图[1]。这种独特的结构侧面与砖墙形貌相似，而层面则与多晶体的金相组织相近。正是这种独特的结构，使得贝壳珍珠层的性能如此优良。
2.层状陶瓷基复合材料的结构设计
层状复合是一种新型的陶瓷复合构型，它是一种仿生结构设计，模拟了自然
界中贝壳的珍珠层的复合结构。珍珠层的结构与抹灰砖墙结构相似，是由一层层超薄的碳酸钙通过几十纳米厚的有机蛋白基连接在一起，其中碳酸钙约占体积95%；有机物只占5%，但这5%的有机物引起了碳酸钙力学性能的巨大变化，纯粹的碳酸钙很脆，而珍珠层的强韧性却很高，人们从这种结构中受到启发：要克服陶瓷材料的脆性，可以采用层状结构，在脆性陶瓷材料中加入耐高温软质材料，制成层状复合材料。如常选用高强、高硬的陶瓷（如Si3N4、AI2O3、SiC等）来模拟珍珠层中的硬层，选用硬度较低、弹性模量较小的陶瓷（如BN、石墨等）或金属（如AI、Ni、W等）模拟珍珠层中的软层，取得了良好的韧化效果[2]。
3.层状陶瓷基复合材料的材料设计：
层状陶瓷复合材料可以按照陶瓷层材料和夹层材料的差异分为不同的种类，其中按陶瓷层的材料主要分为SiC体系层状复合材料、Si3N4体系层状复合材料、A12O3体系层状复合材料；按夹层材料的不同又可以分为无机非金属材料夹层、金属夹层和有机树脂类夹层等[3]。其中，金属夹层材料和大部分有机树脂类夹层材料是延性材料，具有可以发生较大的塑性变形吸收和消耗能量的特点，在层状陶瓷复合材料增韧方面具有相似的作用。
3.1基体材料选择：
目前，层状陶瓷复合材料研究的基体材料主要是一些具有较高强度和弹性模量的结构陶瓷材料，如Al203、ZrO2、SiC、Si3N4、TiB2、B4C等。按照组成化合物的元素不同，可以分为氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、氮化物陶瓷等。
1）氧化物陶瓷基体
（1）氧化铝陶瓷基体以氧化铝为主要成分的陶瓷称为氧化铝陶瓷，氧化铝仅有一种热动力学稳定的相态。氧化铝陶瓷包括高纯氧化铝瓷，99氧化铝陶瓷，95氧化铝陶瓷，85氧化铝陶瓷等。
（2）氧化锆陶瓷基体以氧化锆为主要成分的陶瓷称为氧化锆陶瓷。氧化锆密度5.6-5.9g/cm3，熔点2175℃。稳定的氧化锆陶瓷的比热容和导热系数小，韧性好，化学稳定性良好高温时具有抗酸性和抗碱性。
2）氮化物陶瓷基体
（1）氮化硅陶瓷基体以氮化硅为主要成分的陶瓷称氮化硅陶瓷，氮化硅陶瓷有两种形态。此外氮化硅还具有热膨胀系数低，优异的抗冷热聚变能力，能耐除氢氟酸外的各种无机酸和碱溶液，还可耐熔融的铅、锡、镍、黄钢、铝等有色金属及合金的侵蚀且不粘留这些金属液。
（2）氮化硼陶瓷基体以氮化硼为主要成分的陶瓷称为氯化硼陶瓷。氮化硼是共价键化合物。
3）碳化物陶瓷基体
以碳化硅为主要成分的陶瓷称为碳化硅陶瓷。碳化硅是一种非常硬和抗磨蚀的材料，以热压法制造的碳化硅用来作为切割钻石的刀具。
（1）碳化硼陶瓷基体以碳化硼为主要成分的陶瓷称为碳化硼陶瓷。碳化硼是一种低密度、高熔点、高硬度陶瓷。碳化硼粉末可以通过无压烧结、热压等制备技术形成致密的材料。
基体材料的强度对复合材料的性能有很大影响。基体材料的强度直接影响复合材料的断裂韧性值，强度越高，断裂韧性越高。基体材料增韧后可以提高层状复合材料的断裂性能。基体材料常用的增韧方法有颗粒弥散增韧、纤维或晶须增韧、相变增韧等。
研究证明，基体材料采用不同的增韧方法和材料其增韧效果是不同的（见表一）[4]。从表1可以看出，序号1试样采用B4C+TiO2弥散增韧SiC基体材料时，材料的抗弯强度反而下降。造成这种情况的原因是所研究的材料的弥散相是一些烧结助剂，烧结后基体材料的密度增高，硬度变大，韧性降低。序号2的试样采用ZrO2相变增韧Al2O3基体材料，与层状结构一起起到了协同增韧作用，使材料性能改善[4]。因此，要发挥协同增韧作用，针对不同的基体必须选择合适的增韧材料和结构。
3.2夹层材料的选择
3.2.1夹层材料的选择原则
夹层材料是决定层状陶瓷韧性高低的关键。夹层材料选择时一般要考虑以下因素：（1）与基体不发生较大化学反应，以免生成不利的脆性产物；（2）热膨胀系数相差不应太大，避免热应力开裂;强度适当，性能稳定，且与基体结合强度适中，以利于裂纹偏折等。根据A.J.Phillipps等的观点，裂纹在夹层发生偏折的条件是：夹层/基体的韧性比小于0.15[4]。
3.2.2金属夹层材料
常用的金属夹层材料有Ni、Al、Cu、W、Ta等。延性金属软相材料可以发生较大程度的塑性变形来吸收能量，还能够在一定程度上使裂纹尖端钝化和裂纹在弱界面发生偏转以及在裂纹尾部形成桥接等，从而起到强化和增韧效果。另外，金属层引入后，由于金属与陶瓷热膨胀系数的差异，还会在材料烧成后的冷却过程中使陶瓷层中产生残余压应力，有利于材料韧性的提高。不同的金属夹层对基体的增韧作用不同。例如对于TiC基体，与别的夹层材料相比，Al和Cu增韧效果最显著[5]。
采用金属材料夹层，应该采取措施尽量降低陶瓷基体的烧结温度，以免陶瓷与金属发生高温反应，生成脆性化合物。例如，对于SiC基体材料，用金属W、Ta等作夹层材料时，Y2O3和Al2O3作为基体材料的烧结助剂，可以降低烧结温度。在金属中添加可以形成包裹层或生成稳定的金属间化合物的成分(例如在W 中加入Co)[6]，也可以减弱金属与陶瓷的高温反应。
3.2.3无机非金属夹层材料
常用的无机非金属夹层材料有石墨、BN等弱结合型材料以及ZrO2、Al2O3等强结合型材料。用石墨、BN等作夹层材料时，体系具有较高的烧结温度，材料整体的力学性能比较好。裂纹在到达弱夹层时，裂纹尖端由三向应力变为二向应力，穿层扩展受到阻碍，裂纹发生偏折而沿界面扩展，释放能量。弱夹层的加入一般会使材料的强度有所下降，但冲击韧性大幅度提高。根据目前的研究情况,采用致密弱结合型夹层具有比较好的增韧效果。
采用强结合型材料时，主要是利用残余应力、材料相变等机理进行增韧。例如文献[7]介绍了以ZrO2为基体材料，以Al2O3为夹层材料的情况。由于高弹性模量Al2O3层对基体材料自催化相变的阻挡作用，当裂纹扩展时，基体材料中裂纹附近的相变区急剧增宽，材料韧性得到大幅度提高。
3.2.4纤维及高分子夹层材料
此类材料有碳纤维、芳纶纤维、环氧树脂等。纤维织物与聚合物的层状复合材料是一种传统复合材料，技术和理论都比较成熟，但将其作为夹层材料应用于陶瓷增韧时间不长。纤维、高分子等软相材料作为烧成后的陶瓷薄层基体材料的夹层材料具有很好的止裂能力。
除了选择基体和夹层的材料外，参数的设计和优化也是层状陶瓷复合材料结构设计的重要方面。这些参数包括层状陶瓷的层数，基体层的厚度，夹层厚度，夹层强度，界面粘结强度等等[8]。对于延性夹层厚度的设计，一般有一个合理的范围，太大的夹层厚度增加的韧性有限，反而会较大地减小层状材料的总体性能；但太小的夹层厚度则会极大地降低韧性，达不到增加韧性的目的。此外，夹层界面粘结强度也是一个重要的设计参数，界面结合越高，层状材料的模量越高，整体性越强，但韧性不一定越高，太大的界面结合一定程度上弱化了层状材料对裂纹扩展的阻碍能力；如果界面结合太低，一方面会大大减小裂纹在界面扩展时的能量吸收，同时使得整个层状材料显得结构松散，易于剥落，不利于层状材料的应用。
4.层状陶瓷基复合材料增韧机理：
与传统陶瓷的强韧化机制不同，层状复合陶瓷的韧化机制属能量吸收、耗散机制，这种结构设计将减小材料力学性能对缺陷的敏感性，使之成为一种耐缺陷材料[9]，使材料的断裂韧性获得较大的提高。相对于传统的强韧化机制，层状复合陶瓷设计避免了增韧效果受工作环境限制、第一相的分散均匀等问题，而且增韧效果远远好于传统的强韧化机制，断裂功甚至可提高2～3个数量级。其设计是在两层高强度的基体间引入夹层来达到增韧效果，其增韧机理也各不相同，大致可以分成以下3类[10]。
4.1弱夹层裂纹偏转增韧
此设计在两层高强度的基体间引入弱薄层，夹层的要求是既要弱，弱得足以偏转裂纹，但又能承受一定的压缩和剪切。含有弱界面的层状复合材料受载荷作用后，当裂纹达到与单相材料中的临界裂纹相同的应力强度时，裂纹开始扩展；
当裂纹到达一个弱结合界面时，在荷载
作用下弱结合界面上就会形成微裂纹，
并且微裂纹将沿着弱界面发生偏转或
分层，增大裂纹扩展路径，让能量在裂
纹扩展过程中释放，达到材料增韧的效
果。含弱界面层状复合材料中裂纹扩展
模式如图2所示[10]。
图2含弱界面层状复合材料中裂纹扩展模式Clegg[11]研究了SiC/C层状复
合材料的断裂过程，发现裂纹在
扩展过程中遇到石墨弱界面时，
将沿弱界面较长距离扩展,并发生
偏转3裂纹的频繁扩展、偏转不
仅造成了裂纹扩展路径的延长，
而且裂纹从一个应力状态有利的
方向转向另一个应力状态不利的
方向扩展时，将导致扩展阻力的
明显增大，材料因此得到韧化3
层状复合陶瓷材料的载荷一位移
曲线也发生了极大的改变，如图图3 SiC单体与SiC/C层状复合材料的载荷—位移曲线3所示[11]。SiC/C层状复合材料的
断裂过程不再是普通陶瓷材料的一次脆性断裂，而表现出一定的“假塑性”特征3当裂纹扩展到弱夹层时，由于石墨层较弱、较薄，裂纹尖端不受约束，由三向应力变为二向应力，塑性区变大，再加上裂纹尖端钝化，穿层扩展受到阻碍，裂纹沿着界面偏转，并通过弱夹层继续传递载荷，待载荷继续增大时，裂纹又转向垂直层片的方向扩展，当硬层失效时又使负载下降，但随着新的偏转，负载又重新上升。这一过程重复发生，穿厚裂纹和界面裂纹交替发生直至完全断裂，所以在达到最大负载后失效不是突变的，而是逐层渐变。
4.2延性夹层裂纹桥联增韧
选作延性夹层的材料有金属（例如：
W、Ni、和AI等）[3]和树脂。由于延性
层在破坏以前，可以发生较大程度的塑
性变形来消耗和吸收能量，因此有明显
的韧化效果。更重要的是由于延性层发
生塑性变形，在塑性变形区导致裂纹尖
端屏蔽,使裂纹钝化，并在裂纹尾部被拉
伸和形成桥联，减缓裂纹扩展速度，阻
止裂纹进一步张开，从而提高材料的断
裂韧性。图4是延性夹层裂纹桥联的示
意图[2]。从图中可以看出，尽管层状复
合材料出现了多层断裂，但由于延性夹
层的桥联，裂纹并未张。图4 延性夹层裂纹桥联的示意图
4.3界面残余应力增韧
界面残余应力增韧，就是利用层状复合陶瓷材料的基体层与夹层之间的物性失配以及某层的相变而使层间产生应变差，引入残余应力增韧增强陶瓷材料。研究发现残余应力的存在引起裂纹扩展阻力增大，裂纹发生偏转，材料因此得到强韧化。
5.层状陶瓷基复合材料的制备和特点：
目前，人们制备层状复合陶瓷材料，常采用轧膜成型、流延成型或注浆成型等[2]成型工艺先制备出基体片，然后用浸涂或刷涂的方法将软质料涂覆在基片上，最后将有涂层的基片叠成块体经热压或气压烧结制成层状复合材料。由于层状复合陶瓷材料可以使用传统的成型、制备工艺来制作，不需要特殊的设备和工艺，因此，具有制备工艺简单、工艺参数容易控制、材料性能稳定、生产成本低等优点。层状结构增韧不像其它强韧化方法那样以牺牲部分强度来换取较高韧性，而是使材料的强度和韧性同时提高；另一方面，层状复合陶瓷独特的叠层结构，给研究者带来较大的自由度，可以进行层内设计和层间设计，按设计要求优化组合材料后，调节各种结构参数，在保持高硬度、耐高温、耐磨性、抗氧化性等特性的同时，增加断裂韧性、耐疲劳和抗热冲击的性能，使之可以运用于对安全系数要求较高的领域。
6.结束语：
尽管对层状复合陶瓷材料的探入研究，只是近十几年的事，但由于这种材料具有显著的强韧化效果且工艺简单、成本低，向人们展示了巨大的应用前景，成为当前陶瓷增韧研究的热点。目前，对层状复合陶瓷的研究仍处在实验阶段，还没有形成完善的理论，仍有许多问题需要进一步深入研究，如平行于叠层方向，层状复合陶瓷的抗剪切能力很差，层状陶瓷在设计和应用时必须充分考虑；强度评价研究还很不成熟；材料设计的准则也若明若暗。只有既看到层状复合陶瓷的优点，又看到该材料的弱点，才能有效地发展该新型材料。
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从结构仿生到生态仿生看仿生学的发展林 雁 (南京师范大学附属实验学校 江苏 210046) 师法自然是中国古代有名的哲学思想,而今科学技术的发展更证明了这一点。1960年,美国科学家斯蒂尔经过长时间的观察研究,创立了仿生学(Bionics)。从此,生物体的精巧结构,成了工程学有意模仿的对象,工程师们向生物学习,创造出众多高性能的器件。进入21世纪,仿生学又朝着系统仿生的方向发展,为人类社会的可持续发展注入了新的活力。 科学家研究发现,生物器官结构之巧妙,能量的节省和工作性能之优越,是人造机器无法相比的。这表明由选择进化磨合积累的功能,最符合大自然的和谐原则与优化原则。 1 蛛丝及贝壳结构的启示 生物器官结构和性能的优越,同生物材料的组织生产方式密切相关。例如,人类生产的防弹纺织材料,要在高温高压的强酸中生成,条件极其苛刻。而一种金色球形网蜘蛛,却能在常温下以水为介质,抽出比人造防弹材料坚韧得多的蛛丝,而且能被生物降解。美国康奈而大学教授杰林斯领导的科学家小组,用核磁共振仪(N BR)拍了几百幅蜘蛛丝腺的照片,同光学显微镜切片进行对照研究,并把资料输入计算机,模拟出一只三维仿真蜘蛛。在电脑中对仿真蜘蛛解剖研究,发现蛛丝蛋白质多聚体从腺体产生后,必须经过一段十分复杂的管道,分子在其中重新排列组合,形成了特殊的三级结构,才有如此的韧性。 一只贝壳具有高级陶瓷的强度,把它从高处跌下一般不会粉碎,如用很大的外力将它搞破,裂口也不象陶瓷那样平展。把贝壳磨成极薄的片子在电子显微镜下观察,能见到贝壳是由一层叠一层的超薄碳酸钙晶片,与十亿分之一米直径的蛋白质分子粘合而成的。这种结构在受压时,碳酸钙晶片可以在蛋白质分子间滑动变形,能像金属一般有延展性,使贝壳具有最大的强度。科学家又研究了甲虫的甲壳,发现它的表皮是由埋在胶质中的蛋白质纤维组成,而且成对地呈螺旋组合重叠,都不对称,具有极大的抗冲击性。生物在组成材料时,是从原子排列成分子,由分子装配成纤维或晶体一类中间成分,再形成各种组织,每一步都有精确的基因控制程序,做到天衣无缝。而人在生产复杂材料时,只是由分子进行化学键的结合,与生物的组合相比,实在是太简单了。 科技人员模仿生物组织材料的方法,用双螺旋的不对称层叠排布石墨与环氧树指,生产出比传统碳纤维强度更好的机翼材料,生产出的机翼既轻、耐冲击又不容易变形,大大提高了飞机的性能。 2 DNA装配与分子机器 据推测,从30亿年前开始,生物就以DNA和RNA 核苷酸的多变排列,调控20种氨基酸原料合成各种蛋白质。从理论上讲,生物可以合成任意长度的蛋白质。但研究的结果表明,肽链误译率相当高。如果是由500个氨基酸组成的蛋白质。每4个这样的蛋白质分子就有一个是错误蛋白,这对于生命来讲是十分危险的。生物体一方面令错误的蛋白质报废,一方面对合成进行控制,使合成的肽链很短,再由多条链(亚基)组合成蛋白质。刚合成的蛋白质是线性的肽链,必须经过修饰程序的加工,折叠成具有多级结构、稳定功能的复合体。生物分子的自组装就是这样既保证了产品的特异性,又使产品维持一定的几何形状。生物学家还了解到,蛋白质分子是一种刚柔互补的分子,脯氨酸的存在增加了蛋白质的刚性,甘氨酸则使蛋白质具有柔性。蛋白质中还有一种异构酶,能根据其它蛋白质的存在而调整自己的结构,进而增强蛋白质的整体功能。 当今兴起的纳米技术,是一种制备纳米材料和纳米级微型机器技术,特别是纳米级组装能生产出提纯分子的纳米泵、分子大小的计算机等纳米器件是制造业的一次大革命。由于加工的部件是一些原子和分子,即使是用电子显微镜进行操作或用激光镊子技术,部件的捕捉与定位装配也是相当困难的。如果仿照细胞生物化学反应的过程来进行纳米级生产,就要容易得多,这就是分子制造领域里的仿生技术,一种高度自动化的按模板进行自组装的技术。模仿DNA指挥合成生物分子过程的纳米仿生,是一种刚提上研究日程的未来技术,即使与当今最先进的制造技术相比,也有很大的超前性,它代表了高新制造的发展方向。 3 梦圆伊甸园的生态仿生 人类的物质生产,从后工业时代到信息时代,创造了巨大的财富,但是这些物质生产均是以消耗地球资源为代价的。在生产过程中,人类只将很少一部分原材料变成产品,大部分原材料当作废物排到地球环境中。就拿新兴的信息产业来说,目前全世界的硅年产量为80万吨,其中仅有少部分变成超净的电子用硅,这其中又只有0.093%做成了芯片,0.4%变成光电池,大部分以废物的形式丢弃。在生产这些芯片中,消耗的30万吨以上的酸碱洗液,也作为废物排到了环境
3、贝壳有哪些种类？全世界的贝类如此之多，大 体可分为陆生类和水生类两种。 其中水生类中的海洋贝类又占了 贝类总量的百分之八十以上。浩 瀚无垠的海洋世界，孕育了丰富 奇异的海洋生物，海洋贝类就是 其中最迷人的造物之一，海洋贝 类动物实质是软体动物，它们的 特点是体软不分节，由头、足、 内脏囊、外套膜和壳五个部分组 成。形形色色的贝类种类繁多， 形态各异。根据其外壳形体的特 点和结构可分为五类 贝壳分为五大纲： 1、腹足纲(蜗牛、海螺 )一个贝 壳，呈螺旋形扭转 2、双壳纲(蛤蜊、牡蛎和扇贝)两 个贝壳，呈现瓣状 3、头足纲(鹦鹉螺、乌贼 ) 包入 体内 4、多板纲、8块 5、撅足纲(似象牙) 、 3、贝壳外面的颜色和线条与什么有关？ 3、贝壳的外层有许多条不同颜色、不同形状有线条，这些都是受季节的变化、食物不足等原因造成的。
我们研究的问题我们发现 贝壳是什么颜色的？许多漂亮的贝壳色彩光艳夺 目，就颜色而言，几乎包括了所 有的天然色彩； 就斑纹而言，更是千姿百态， 令人称奇。可以这么说，十二万 种贝壳就有十二万种变化 贝壳外部有哪些形状？贝壳奇特的外形上带有华丽 的花纹。有的贝壳状如斗笠或帽 子；有的呈陀螺状、圆锥状、宝 塔状、圆盘状；也有的像牛角等。 贝壳的大小相差悬殊，如虹蛹螺 （又称小米螺）小到身体仅有 0.03毫米；砗磲最大的壳长达1.8 米，重量可达500斤左右。贝类， 就形状而言多达十多万种。可以 分为以下4类 1、有的有两片贝，如：鳞砗磲。 2、有的有一个贝或一片贝，如： 女王凤凰螺，鲍鱼的贝壳是一个 右旋的螺形贝壳。 3、有的一块贝壳被包入体内，如： 乌贼壳。 4、有的具有八片板状贝壳，呈覆 瓦状排列，如：石鳖。
窑炉有哪些 按煅烧物料品种可分为陶瓷用窑炉、水泥窑、玻璃窑、搪瓷窑等。前者按操作方法可分为梭式窑炉半连续窑和间歇窑。 按热原可分为火焰窑和电热窑。 按热源面向坯体状况可分为明焰窑、隔焰窑和半隔焰窑。 按坯体运载工具可分为有窑车窑、推板窑、辊底窑(辊道窑)、输送带窑，步进梁式窑和气垫窑等。 按通道数目可分为单通道窑、双通道窑和多通道窑。 一般大型窑炉燃料多为重油，轻柴油或煤气、天然气。 窑炉通常由窑室、燃烧设备、通风设备，输送设备等四部分组成。 电窑多半以电炉丝、硅碳棒或二硅化钼作为发热元件。其结构较为简单，操作方便。 此外，还有多种气氛窑等。 窑炉结构是否合理，选型是否正确，直接关系到产品的质量，产量和能量消耗的高低等，是陶瓷生产中的关键设备。 窑炉结构 ●间歇式窑炉 能耗大，产量较低，排烟温度在６００℃～８６０℃。 影响梭式窑内温度场均匀性的关键因素： ①采用新型烧嘴，如：等温烧嘴，脉冲烧嘴，高速烧嘴。 ②调整烧嘴的布设， ③改善码坯的放置， ④合理布设烟道， ⑤对于梭式窑，余热利用， ⑥选择适当的温度检测点和控制方法。 ●连续式窑炉 ①隧道窑 温差大，特别是预热带；窑墙、窑车蓄热量大，能耗高 ２４００－１２０００×４．１８ｋＪ／ｋｇ产品；采用一些新技术能耗可降至１１００－５２００×４．１８ｋＪ／ｋｇ。采用新技术：无匣裸烧，轻质保温，轻质窑车。存在关键问题：还原烧成气氛的检测与控制②辊道窑 ●能耗较低：最低可达２００－３００×４．１８ｋＪ／ｋｇ产品； ●产量大：窑长２２０ｍ以上，墙地砖产量１００００ｍ２／ｄ以上； ●合理控制雾化风压和助燃风量 ●合理调节排烟风机，抽热风机的抽出量 ●合理设置挡火墙，挡火板 ●延长烧嘴或延长火焰的长度″引火归心″ ●在结构上，将全窑平顶或全窑筑拱的结构改造为烧成带筑拱的结构，可有效的减少断面温差。 窑炉的检修及保养 窑炉整体的检修和保养不可忽略，这关系到窑炉生产能力的大小，能否使窑炉达到设计产量，以及生产出的产品是否符合要求等。一是窑内通道内是否畅通，有没有影响车底冷却系统的障碍，车底冷却风机运转是否良好；二是窑内轨道的运行实际情况，是否有变形的部
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“树纹塔”摩天大楼：由美国著名的环境设计大师、建筑师威廉·麦克多诺设计。他设计的“树纹塔”使建筑可以像树木一样进行光合作用，在设计中，他充分利用太阳能和自然光，不仅实现视觉上震撼效果，同时使得整个建筑物被环境所包围，成为名副其实的绿色建筑。 巴黎“防烟雾”大厦：建筑所用的原料都是可回收可降解材料。建筑的功能非常完善，有公共场所、会议室、画廊、餐厅和花园，采用太阳能发电和光合作用净化空气，预计将修建在巴黎运河上，将成为教育巴黎市民保护环境普及可持续发展战略的重要基地。
美国辛辛那提的“罗布林大桥坡度”大厦：位于辛辛那提市最著名的罗布林大桥旁，是由纽约世界贸易中心重建总体规划建筑师丹尼尔·李博斯金设计的。最具特色的是顶层的倾斜坡度使用了仿生技术与周边的自然环境相适应，与著名的城市标志罗布林大桥相配合。
河蚌内部结构的观察 实验5河蚌的形态结构与软体动物观察 ※<目的要求> 1、学习解剖观察河蚌内部器官的技术。 2、通过对河蚌外形及内部结构的观察，了解软体动物名的一般特征 及其与生活方式相适应的特征。 3、研究变温动物心搏频率与温度的关系。 4、认识软体动物门各纲的代表。 5※<实验材料、试剂与仪器设备> 活河蚌，蚶、牡蛎、扇贝、蜗牛、田螺、章鱼、乌贼等的浸制标本，贝壳。 显微镜、放大镜、恒温水浴锅、温度计、解剖器具、解剖盘、载玻片、滴管。 5※<实验步骤> 1、河蚌外形、运动及呼吸的观察 1.1 外形壳分左右两瓣，大小和形状一样，近椭圆形。钝圆的一端是 前端，后端稍尖，背缘互相铰合，腹缘分离。壳背方隆起部分为壳顶，略 偏向前端，壳表面以壳顶为中心而与壳的腹缘相平行的弧线称为生长线。 两壳在背部相连的地方有富有弹性的韧带，韧带有何功能？ 1.2 运动与呼吸在安静无振动情况下，观察生活在培养缸中的河蚌， 可见河蚌左右贝壳被撑开，斧足从壳缝中伸出来。如果振动培养缸，可见 河蚌斧足缩回，紧闭双壳。在河蚌的后端用滴管轻轻注人数滴炭末水悬浮 液，可看到炭末随着水流从近腹侧的人水孔被吸人蚌体内，不久又看到它 随着水流从近背方的出水孔排出来。攴这种水流是怎样产生的？有何生理 作用？ 2、河蚌的解剖 用手术刀柄自两壳腹面中间合缝处平行插人，扭转刀柄，将壳稍撑开，然后用镊子柄取代刀柄，取出手术刀。将镊子柄用力移近闭壳肌处，撑开 缝隙，再以刀锋紧贴左贝壳内表面切断前、后闭壳肌及其附近的肌肉，将 镊子柄取出。这时左右壳还能自由关闭吗？为什么？揭开左贝壳，即可进 行实验和观察内部结构。 3、心脏搏动与水温关系 3.1在内脏的背侧，即贝壳绞合部附近找到围心腔，仔细观察，可见 心脏在其内搏动。 3.2 将河蚌置于盛有室温水的水浴锅内，让水淹没心脏，记录此温度
第1章绪论 1、什么是生物材料 答：目前认为：生物材料为一种与生物系统相互接触，用以诊治组织/器官疾患，替换病损组织/器官，或者改善其形态或增进其功能的材料，包括生物源性材料和生物医用材料。 种类：蛋白质、核酸、高分子多糖及其复合物。 2、生物材料的类别 答：生物材料的类别如下： （1）按材料属性：医用金属材料、医用无机材料、医用高分子材料、医用复合材料…（2）按材料功能：硬组织材料、软组织材料、血液相容性材料、生物降解材料… （3）按材料来源：组织衍生材料、天然生物材料、人工合成材料 （4）按材料用途：骨科材料、心血管材料、血液透析材料、整形美容材料… 3、生物材料应用现状 答：生物材料应用现状如下： （1）软组织植入材料：医用缝合线（蚕丝、尼龙、羊肠(胶原)、聚酯…）、止血海绵、人工乳房植入体（石蜡、硅酮油、聚丙烯酰胺、聚乙烯海绵体、硅胶袋（内装硅凝胶或生理盐水）…）、经皮植入体、皮肤植入体、颚面植入体、眼耳植入体、血管植入材料、人工心脏瓣膜…（2）硬组织修复与替代材料：接骨板、人工关节、金属丝、螺钉、髓内钉、脊柱固定器件、牙根植入体、齿科材料等… （3）人工器官：人工肾(血液透析仪)、人工心脏、人工肺… （4）组织工程产品：皮肤、骨、软骨、膀胱、神经（壳聚糖、聚乙醇酸） 第2章生物大分子 1、生物大分子概念和种类 答：生物大分子概念：是生物体的重要组成成分，是一类具有生物功能、分子量较大、结构也比较复杂的天然高分子，同时也是一类非常重要的生物材料来源。 种类：蛋白质、核酸、高分子多糖及其复合物 2、胶原蛋白的特点及稳定构象，丝素蛋白的特点及稳定的构象 答：（1）胶原蛋白： 特点：耐湿热，生物相容性良好，生物可降解，经过处理可消除抗原性，能促进组织恢复，无异物反应 稳定构象：三股螺旋和球形 （2）丝素蛋白 特点：来源广泛、生物相容性良好，力学性能优良，血液相容性相对较好，可以缓慢降解，溶解性（浓的中性盐溶液） 稳定构象：反平行折叠链构象 第3章&第12章生物矿化和仿生材料 1、生物矿化的定义及主要分类是什么 答：生物矿化定义：生物矿化是指在一定条件下，在生物体的不同部位，以各种作用方式，在有机基质和细胞的参与下，无机元素从环境中选择性的在特定的有机基质上形核、生长和相变而转变为结构高度有序的生物矿物的过程。 主要分类：无定形矿物；无机晶体；有机晶体；最多的是含钙矿物，其次依次为非晶质氧化硅，铁锰氧化物、硫酸盐，硫化物、钙镁有机酸盐
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/da7835378.html, 贝壳的结构与应用的研究现状 作者：崔童 来源：《河北渔业》2019年第07期 摘;要：我国的贝壳资源十分丰富，但囿于技术等问题，利用率一直较为低下。为此，对贝壳的成分、结构进行了介绍，并由此引申出其相关特性，同时，综合相关研究，列举了贝壳在作为吸附剂、杀菌剂、催化剂和用于功能材料等方面的应用，对贝壳的资源化利用提出建议。 关键词：贝壳;结构;应用 贝类即软体动物，全球约有十二万种，是动物类的第二大门，与人类有极其密切的关系，具有巨大的食用、药用及观赏价值。中国是水产养殖第一大国，而贝类产品产量仅次于鱼类，且产量逐年增加，并在不断向现代化方向发展。2016年，我国水产养殖总产量为5 142.39万t，其中贝类产品总产量达到1 447.36万t，占水产养殖总产量的28.15%[1]。目前，我国正在 着力发展滩涂贝类养殖，以利用宝贵的沿海滩涂资源。 目前，我国对贝类资源的利用基本局限于贝肉，而对于质量百分比超过80%的贝壳，利用措施并不系统、完善。因此，随着贝类产量的迅猛增加，废弃贝壳的利用问题也随之出现。这些废弃的贝壳，往往被倾倒堆积，不仅占用了土地资源，还往往会引起蚊虫的孳生并产生恶臭，对环境有着巨大的危害。贝壳的利用是目前制约贝类产业发展的重要因素之一。 作为一种天然的生物资源，贝壳拥有非常高的利用价值。如果充分利用好贝壳资源，不 仅可以解决污染等问题，还可以实现资源的利用最大化与生产的良性循环，促进贝类产业的可持续发展。因此，贝壳资源的利用问题亟待解决。 1;贝壳的结构与特性 贝壳主要由95%左右的CaCO3与5%左右的贝壳素构成，其中贝壳素又包括多种不溶性多糖几丁质、不可溶蛋白和可溶性蛋白[2]。除此之外，贝壳还含有少量K、Na、Mg、Fe、Zn、Se元素的无机盐[3]。 贝壳的结构由外向内一般可分为三层：角质层（壳皮）、棱柱层（壳层）和珍珠层（底层）。其中，贝壳中大部分的有机高分子物质都存在于角质层，而棱柱层与珍珠层则主要由无机成分构成。角质层多为黑色或褐色，是一层薄而透明的硬化蛋白，能有效防止贝壳被海水中的碳酸侵蚀[4]。棱柱层由大量平行排列的多边形柱状方解石或文石晶体构成，表面由有机质 包裹，可防止贝壳断裂或被溶蚀。珍珠层由厚度均匀的叶片状文石与很薄的有机质层交迭堆积形成，为贝壳提供强度和韧性[5]。
谈谈干燥技术在陶瓷生产中的应用 摘要：陶瓷干燥技术一般采用热风烘干技术，能源来源方式有天然气燃烧，煤炭燃烧及电炉等三种方式，但是其干燥周期长而致资金周转慢，均匀性稍差，并且干燥窑炉占地面积大，能耗较大。 关键词：干燥技术、陶瓷胚体、生产应用 前言 一、干燥技术的原理及特点 干燥技术是采用加热、降温、减压或其他能量传递的方式使物料的湿分产生挥发、冷凝、升华等相变过程与物料分离已达到去湿目的的。干燥过程包括传热和传质两个相互的过程：传热过程中热空气将热量传递给物料，用于汽化其中的水分并加热物料；传质过程物料中的水分蒸发并迁移到热空气中，使物料中水分逐渐降低，得到干燥。 二、干燥过程可分为三个阶段 第一阶段是干燥过程中最主要的阶段，此阶段排出大量水分，在整个阶段中，排出速度始终是恒定的，故称等速干燥阶段。在此阶段中，水分的蒸发仅发生在坯体表面上，干燥速度等于自由水面的蒸发速度，故凡足以影响表面蒸发速度的因素都可以影响干燥速度。因此，在等速干燥阶段中，干燥速度与坯体的厚度（或粒度）及最初含水量无关。而与干燥介质（空气）的温度、湿度及运动速度有关。 第二阶段是降速干燥阶段，随着干燥时间的延长，或坯体含水量
的减少，坯体表面的有效蒸发面积逐渐减少，干燥速度逐渐降低。此时，水分从表面蒸发的速度超过自坯体内部向表面扩散的速度，因此干燥速度受空气的温度、湿度及运动速度的影响较小。水分向表面扩散速度取决于含水量、坯体内部结构（毛细管状况）、水的粘度和物料性质等。通常非塑性和弱塑性料水分的内扩散作用较强。粗颗粒比细颗粒的强，水的温度越高，扩散也越容易。 第三阶段干燥速度逐渐接近零，最终坯体水分不再减少。当空气中干球温度小于100℃时，此时保留在坯体中的水分称为平衡水分。这部分水分被固体颗粒牢固地吸附着。平衡水分的多少，取决于物料性质、颗粒大小和干燥介质的温度与相对湿度。 三、干燥技术分类 按干燥制度是否进行控制可分为，自然干燥和人工干燥，由于人工干燥是人为控制干燥过程，所以又称为强制干燥。 按干燥方法不同进行分类，可分为： ①对流干燥，其特点是利用气体作为干燥介质，以一定的速度吹拂坯体表面，使坯体得以干燥。 ②辐射干燥，其特点是利用红外线、微波等电磁波的辐射能，照射被干燥的坯体使其得以干燥。 ③真空干燥，这是一种在真空（负压）下干燥坯体的方法。坯体不需要升温，但需利用抽气设备产生一定的负压，因此系统需要密闭，难以连续生产。 ④联合干燥，其特点是综合利用两种以上干燥方法发挥它们各自
现代仿生机构的分类及其结构简介 摘要 仿生机构是由刚性构件、柔韧构件、仿生构件以及动力元件等人为实物组合而成的机槭系统。仿生机构按照机构所能实现的运动功能可划分为仿鸟飞行机构、仿蛇爬行机构、多足步行机构、尾鳍推进机构等。本文针对以上四种类型的仿生机构进行了简要说明并分别举例介绍了其结构形式。 关键词仿生机构；类型；结构
目录 摘要 (1) 第1章仿生机构概述 (2) 1.1引言 (2) 1.2仿生机构的概念及组成 (2) 1.3仿生机构的基本类型 (3) 第2章四种仿生机构分类介绍 (4) 2.1仿生扑翼飞行机构结构简介 (4) 2.1.1 仿昆飞行机器人结构简介 (4) 2.1.2 扑翼三维运动的新型扑翼机构结构简介 (5) 2.2仿蛇蠕动爬行机构结构简介 (7) 2.2.1 多关节仿蛇机器人结构简介 (7) 2.2.2 一种蠕动爬行方案结构简介 (8) 2.3多足步行机构结构简介 (9) 2.3.1 一种新型四足机器人机构构型设计 (10) 2.3.2 具有手脚融合功能的多足步行机器人结构 (11) 2.4尾鳍推进机构结构简介 (11) 结论 (13) 参考文献 (14)
第1章仿生机构概述 1.1 引言 所谓“仿生学”，就是旨在研究生物系统，用来改进人类工程技术的一门属于生物科学与技术科学之间的边缘新兴学科。具体地说，它是研究和探索生物系统的结构特性、能量转换、信息控制过程，并把研究的结果用于改善现有的或创造全新的机械设备、俭测仪器、建筑构型石工艺过程及自动装置等工程技术。 1.2 仿生机构的概念及组成 仿生机构是由刚性构件、柔韧构件、仿生构件以及动力元件等人为实物组合而成的机槭系统。通过运动副或仿生关节的联接，系统的各部之间能保持足够确定的相对运动，在控制系统的指挥下，可于某种程度上模拟设计者所期望的某特定生物的运动功能。其中，刚性构件的概念与传统机构学中的构件概念相同。指的是机构中做刚体运动的单元体，柔韧构件和仿生构件却是传统机构学中的新概念，前者是指弯曲刚度很小(在研究问题中其刚度可以被忽略)且不会伸长或缩短或弹性很小)的带状构件；后者是指那些为模仿生物运动器官的力学特性而增设的，在机构中独立存在，不影响机构相对运动，只起改善传动质量的构件。如滑液囊、滑液鞘等；至于动力元件，实际上是关于构件驱动装置的新提法，本文中是指一类能在控制下直接对柔韧构件施加张力的动力源的总称，其功能相当于动物的肌肉[1]。 由研究节肢动物和脊椎动物的肢体受到启发，可以认为仿生机构也是由骨骼、韧带和肌腱等组成的，只不过在这里已具有更加广义的概念，包容刚性构件、柔韧构件和动力元件了。为研究问题方便，我们不仿把仿生机构划分为刚性和柔性两大组成部分。其中刚性组成部分同传统机构学中的空间机构(开链机构和闭链机构)并无差别。它是整个机构的基础，决定着机构的自由度数及每个刚性构件的活动范围；其中柔性组成部分则是传统机构学中所没有的，它决定着刚性部分中起始构件的驱动方式及机构的运动确定性。
生物仿生作业题 1、阐述荷叶清洁性的仿生机理和工程应用与贡献 仿生机理： 荷叶表面多尺度结构和表皮生物腊的存在是引起荷叶表面“自清洁”的原因。荷叶表面由很多密集排列的直径10～20μm左右“乳突”所组成，它们之间存在纳米级空隙，而每一个微米级乳突上还存在很多直径200nm左右的小乳突。形成微纳米双重结构的乳突，使空气填充其间。水在荷叶上，由于表面张力和乳突间空气的阻力的作用，水的表面总是趋向于尽可能缩小成球状，接触角可达170度左右，几乎完全不浸润。荷叶使水和尘埃在其表面的接触面积比一般材料减少了90％多，水滴极易滚动，在水滴滚动的同时，就带走了叶子上的尘埃和细菌，从而实现自清洁的功能。荷叶拥有的这种特性被称为超疏水性能。 应用与贡献： 荷叶效应乳胶漆：显著提高涂料的疏水性能。无机纳米材料经表面改性处理后，分散在水溶液中形成稳定的纳米级分散胶体，加入涂料中能迅速在涂料表面形成一种特殊结构的表面。 仿荷叶针织物：目前已经有很多报道关于成功地利用各种不同的表面处理技术来形成聚合物和无机物超拒水表面。毫无疑问，超拒水和自清洁的“荷叶纤维”能给纺织工业带来经济效益，可以不用在织物后整理中加入降低表面摩擦或是拒水的工具。当水通过这样的表面时，将会有一个自清洁的过程。
荷叶效应防水漆：采用荷叶表面技术，加强了防水透气性，确保墙面不受水汽侵蚀漆膜的牢固性不仅扛得住卫生间的潮气，甚至能适用于外墙。 荷叶玻璃：这种玻璃是超拒水和自清洁的，具有相当好的物理化学稳定性。涂层应是透明的，不透光的或是无色的。自组织软涂层具有制造与荷叶类似表面的所有成分，包括功能性涂料，微粒，粘合剂以及运输媒质。可以应用我们早已熟知的技术，比如说用屏幕或罗拉印刷技术，电子釉光技术和喷雾等。 荷叶憎水性膜：这种膜能模拟荷叶，在表面上如有水，这些水就能聚成珠而滚掉，因此即使在下大雨时其表面也能保持干燥。小水滴在滚动时还能将灰尘粒子集合在一起，因此表面有"自清洗"作用。这种膜可用普通气溶胶喷涂到表面上。当喷涂层的憎水作用被抹掉时，很容易进行再次喷涂。 仿生荷叶的研究与产品的开发将会给纺织、化工等诸多行业带来新的发展，为企业产品带来新的竞争力。随着科技的发展，会有越来越多的“荷叶效应”产品出现，从而更好地改善人们的生活。 2、什么是力学仿生？请举例说明常见的（静、动）力学仿生结构和原理 力学仿生是指：研究生物体的力学结构及其原理，寻求将其用于技术设计的方法，以创造新型、高效的机械设备和建筑结构，或改进飞机、舰船和车辆的设计等。 静力学仿生：
景德镇陶瓷学院《窑炉课程设计》说明书 题目：年产860万件汤盘天然气隧道窑设计说明书
目录 前言 一、设计任务书 (4) 二、烧成制度的确定 2.1 温度制度的确定 (5) 三、窑体主要尺寸的计算.. 3.1棚板和立柱的选择 (5) 3.2窑长及各带长的确定 (5) 3.2.1 装车方法 (5) 3.2.2 窑车尺寸确定 (6) 3.2.3窑内宽、内高、全高、全宽的确定 (6) 3.2.4 窑长的确定 (7) 3.2.5 全窑各带长的确定 (7) 四、工作系统的确定 4.1 排烟系统 (7) 4.2 燃烧系统 (8) 4.3 冷却系统 (8) 4.4 传动系统 (8) 4.5 窑体的附属结构 (8) 五、窑体材料及厚度的选择 (8) 六、燃料燃烧计算 (12) 七、物料平衡计算 (13) 八、热平衡计算 (14) 九.冷却带的热平衡计算 (18) 十、烧嘴的选用 (21) 十一、心得体会 (22) 十二、参考文献 (23)
前言 隧道窑是耐火材料、陶瓷和建筑材料工业中最常见的连续式烧成设备。是以一条类似铁路隧道的长通道为主体，通道两侧用耐火材料和保温材料砌成窑墙，上面为由耐火材料和保温材料砌成的窑顶，下部为由沿窑内轨道移动的窑车构成的窑底形成的一种烧成过程。 随着经济的不断发展，陶瓷工业在人民生产、生活中都占有重要的地位。陶瓷的发展与窑炉的改革密切相关，某一种特定的窑炉可以烧制出其他窑炉所不能烧制的产品，而有时需要一种特定的产品，就需要对其窑炉的条件加以限制，因此，配方和烧成是陶瓷制品优化的两个重量级过程，每个过程都必须精益求精，才能得到良好，称心的陶瓷制品。 隧道窑是现代化的连续式烧成的热工设备，以窑车为运载工具，具有生产质量稳定、产量大、消耗低的特点，最适合于工艺成熟批量生产的日用瓷。由于现在能源价格不断上涨，为了节约成本，更好的赢取经济利益，就需要窑炉在烧成过程中严格的控制温度制度、气氛制度，压力制度，提高生产效率及质量，更好的向环保节能型窑炉方向发展。 所以，我们作为新一批的陶瓷制作学习者，要求经过这个设计周，全面了解一个合适，高校的烧成窑炉在生产实践中都应注意的问题，将自己学的理论知识与现实生产进行紧密贴合。了解隧道窑的设计过程，和在设计过程中应注意的问题。
新型陶瓷的应用 【摘要】与采用黏土及其他天然矿物为主要原料制成的传统陶瓷不同的是，新型陶瓷以精致的高纯天然无机物或人工合成的高纯度无机化合物为原料，采用精密控制的加工工艺烧结而成。其形式多样，品种繁多，原料扩大到几乎整个无机非金属材料。严格要求的原料和精湛的制造技术使新型陶瓷拥有许多优越性能，其作为一种应用非常广泛的高科技新型材料是许多新兴科学技术的先导。 【关键词】：新型陶瓷；优越性能；应用广泛 新型陶瓷具有耐高温、耐腐蚀、高强度、高硬度的优越性能，应用非常广泛，大到航空航天、核反应，小到生产生活中的刀具，大大促进了人类社会的发展。 一、新型陶瓷刀具 作为切削加工用的刀具材料，必须满足以下的要求：1、硬度大（常温、高温）2、韧性好3、耐热性好4、热传导性好5、化学稳定性好6、不与被切削材料粘结7、容易制作成刀具。陶瓷材料要达成以上的条件，是经历了一段很长的研究过程的[1]。陶瓷刀具根据基底材料的不同可分为Al2O3基陶瓷刀具、Si3N4基陶瓷刀具和金属陶瓷刀具。 最早进入使用的是Al2O3基的陶瓷刀具，这种刀具硬度大、耐高温性能好，并且容易烧结致密化而最早被注目并得到小规模试用。然而，这种陶瓷性脆，容易崩刀缺刃，一般只能用于机械冲击小的精密加工。由于无法达到生产对刀具的韧性要求，Al2O3基的陶瓷刀具渐渐退出了历史舞台[2]。 Si3N4基陶瓷刀具又可分为单一Si3N4基陶瓷刀具、复合Si3N4基陶瓷刀具、Sialon陶瓷刀具和Si3N4晶须增韧陶瓷刀具。它们均以Si3N4为基底材料，且抗氧化能力、化学稳定性、抗蠕变能力、耐磨性、耐热性、抗塑性变形能力依次变强。以Si3N4为基底材料的陶瓷刀具有自润滑性能，其摩擦行书较小，抗粘结能力强，且切削刃可磨得很锋利，能加工出良好的表面质量，特别适合于车削易形成积屑瘤的工件材料，如铸造硅铝合金等[3,4]。 金属陶瓷又可分为Ti(C,N)基金属陶瓷刀具、涂层金属陶瓷刀具和纳米TiN改性的TiC 基金属陶瓷刀具。金属陶瓷硬度高，强度低，韧性低，因此不宜在有强烈冲击和振动的情况下使用，但是金属陶瓷的导热性、耐热性、抗粘结性和化学稳定性比高速钢好得多，因此，在刀具材料中获得了广泛使用[5]。 随着现代纳米技术的发展，有望制造出纳米陶瓷刀具，使之能更好的用于生活生产中。 二、汽车零部件 从最初开始采用陶瓷材料制作汽车用的绝缘装置到生产火花塞的绝缘子，再扩展到净化排气的氧传感器等，越来越多的新型陶瓷被应用到汽车零部件中。近年来，采用了高灵敏度陶瓷元件的汽车减震装置越来越受到人们的青睐。这种汽车减震装置具有识别路面且能做自我调节的功能，在20S内即可完成汽车行驶中的感知与调节过程。且在粗糙路面上，能将振动减至最低，使乘坐者有舒适的乘车体验。智能陶瓷雨刷也被应用于汽车中，它能自动感知雨量，并能将汽车挡风玻璃上的雨刷自动调节到最佳速度。氧化锆陶瓷质氧传感器被应用于汽车的净化排气装置中，它可准确测定排气中的CO2浓度，然后将该测定值反馈给发动机其及燃料供给系统，以促进内燃机的燃烧经常保持在充分燃烧状态，从而达到显著的节能效果[6]。新型陶瓷金属润滑技术也被应用到了汽车生产中。采用高分子技术，将该技术加入到润滑油中，形成的厚度不足1um的陶瓷金属膜，彻底改变了传统润滑机理，使金属摩擦系数大幅度降低。该新型陶瓷金属润滑油还可提高燃油节油率，降低CO等汽车尾气的排放量，增加动力输出，并且明显降低汽车噪声[7]。
年产790万件日用陶瓷 隧道窑的设计 一、原始资料收集机工艺参数 1、生产任务：790万件日用陶瓷/年 2、产品种类机规格： 3、工作日：340天/年 4、成品率：94% =10500kJ/Nm3 5、燃料选择：发生炉煤气，燃料热值Q 低 6、坯体入窑水分：2.0% 7、产品配方 8、烧成制度 温度： 预热带：20～980℃ 7h 烧成带：980～1260℃ 2.5h 1260℃保温 2h 冷却带：1260～750℃ 2h 750～500℃ 4.5h 500～80℃ 4h 最高烧成温度1260℃，烧成周期22h。（温度曲线见下页）
压力： 气氛：还原性气氛。 9、窑型：明焰裸烧窑。 二、窑体主要尺寸计算 窑内宽：1.6m 窑内墙高：1.8m 拱心角：60° 窑车共分4层，每层上用支架堆放3层盘，其间空隙插入一层碗，经分布清点，装窑密度： 装窑密度=（24×3+15）×4=348件/m 由此推算出每车装载干制品的品质为295.2kg/车。 可直接求出窑长： 窑长L=米窑长） 装窑密度（件成品率 ） 烧成时间（日） （年）年工作日（日年） 生产任务（件/×h ×/24×//h =348 ×94.022 ×24×3407900000 =65.1m 窑内车数：n=4.435.11 .65 辆 取44辆 故窑长定为：44×1.5=66m 根据烧成曲线：
预热带长= m 2166×227 ×==总长总烧成时间预热时间 烧成带长= 13.5m 66×222 2.5×=+=总长总烧成时间烧成时间 冷却带长= 31.5m 66×22 4 4.53×=++=总长总烧成时间冷却时间 窑内容车数44辆 推车时间： 车/min 304460 ×22= 小时推车数： h /23060 车= 三、工作系统的确定 在预热带2-10号车位设9对排烟口，每车位一对。烟气通过各排烟口到窑内的水平烟道，有3号车位的垂直烟道经窑顶的金属管道至排烟机，然后由铁皮烟囱排至大气。排烟机及铁皮烟囱均设于预热带窑顶的平台上。 在1号、3号、6号、12号车位有四道气幕。其中1号车位气幕为封闭气幕，窑顶和侧墙开孔，气体喷出方向与窑内气流形成90°角。3号和6号车位为扰动气幕，气体由窑顶喷出，方向与窑内气流成135°角。12号车位为气氛气幕，窑顶和侧墙均设有开孔，上部密些，下部稀些，均以90°角喷出。用作气幕的气体从冷却带抽出。 在烧成带15-23号车位设21对燃烧室，不等距分布，两侧相对排列。 助燃空气不预热，由助燃风机直接抽车间冷空气，并采用环形供风方式，使各烧嘴前压力基本相同。
1.1体温的测量方式及正常值 生命指征的定义 三种测量体温的方法：1.口测法2.肛测法3. 腋测法 体温正常变化范围 体温异常 发热程度 1.1.2仿生学的起源 1.2仿生学的诞生 仿生学的定义是1960年提出 1.3仿生学与科技创新的关系 仿生学是科学与技术原始创新的不竭动力。 1.4.1仿生需求（一） 仿生需求：1.健康需求2.军事需求3.发展需求4.精神需求5.兴趣需求 1.4.2仿生模本（二） 仿生模本：1.生物模本2.生活模本3.生境模本 1.4.3仿生模拟（三） 仿生模拟：1.形似模拟2.神似模拟 1.4.4仿生制品（四） 仿生制品：1.非生命的仿生制品2. 生命零部件的仿生制品 第二章从灵感到制造的创新过程——仿生学的研究方法 2.1生物模本分析 生物体→生物模型→数学模型→实物模型→技术装置 问题提出→典型生物体分析→建立生物原型 2.2仿生原理分析 仿生原理分析：形态、成分、生物电、分泌物、弹性与柔性、生物活性 2.3实物模型建立 实物模型建立： 1.建立数学模型：数理统计、有限元、试验优化、分形分维、灰度分析、层次分析、动态过程、模型分析 建立实物模型：推土部件、铲装部件、耕作部件、储运部件 建立实物模型：推土部件（推土铲、推土板）铲装部件（挖斗、铲斗）耕作部件（犁壁、深松铲）储运部件（步行轮、气垫车、驼蹄轮胎、自卸车箱） 第三章适者生存——军事仿生 3.1.1仿生武器装备1 军事仿生学研究方法（3阶段，3研究方法）生物结构与兵器制造; 1.模仿生物的生物结构制造十八般武器：刀、戟、抓鞭和锏 3.1.2仿生武器装备2 飞机与鸟和昆虫蜻蜓可作长时间的悬停，苍蝇可以随意转变方向每根羽毛有专属的肌肉，鸟的喙是中空的，鸟类全身设计都是为了飞行 奥拓利林塔尔：滑翔机之父莱特兄弟1903年：飞行一号信天翁;展翅比飞机震颤问题军用飞机：歼击机、轰炸机，无人机 3.1.3仿生武器装备3 潜艇与鱼和海兽下潜和上浮水母，乌贼，鱼最初是在水柜里冲水戴维布什内尔：美国第一潜艇Tuetle（1776）富尔顿（1801—法）鹦鹉螺号动力：人力电动机—柴油/汽油发动机速度和动力利用效力海豚：外表皮层，乳突在真皮层，40~48公里每小时，70~100公里每小时
《生物材料与人体仿生》 结 课 论 文
时光如水，总是无言。眨眼间，生物材料与人体仿生选修课即将接近尾声。我对生物材料以及仿生学的认知也因着这次选修课，从陌生到熟悉，从未曾听闻到逐步的了解，这次选修课程的学习也让我对原来不曾了解过的生物材料及仿生学有了更多的认识。 一、仿生学的概念及基本概况 仿生学，即模仿生物建造技术装置的科学，上世纪中期才出现的一门新的边缘科学。它研究生物系统的结构、特质、功能、能量转换、信息控制等各种优异的特征，并把它们应用到技术系统，改善已有的技术工程设备，并创造出新的工艺过程、建筑构型、自动化装置等技术系统的综合性科学。从生物学的角度来说，仿生学属于“应用生物学”的一个分支；从工程技术方面来看，仿生学根据对生物系统的研究，为设计和建造新的技术设备提供了新原理、新方法和新途径。仿生学的光荣使命就是为人类提供最可靠、最灵活、最高效、最经济的接近于生物系统的技术系统，为人类造福。从仿生学的诞生、发展，到现在短短几十年的时间内，它的研究成果已经非常可观。 仿生学的问世开辟了独特的技术发展道路，也就是向生物界索取蓝图的道路，它大大开阔了人们的眼界，显示了极强的生命力。也正是因为这一学科的兴起，因为人类对自然界种种生物奇异本领的启发，人类仿生学由此产生。参照这些自然生物的本领，模仿它们的外形，我们由此产生灵感设计出来外形奇特又具有独特功能的各种产品。例如人们现在司空见惯的飞机便是早在四百多年前，意大利人利奥那多·达·芬奇和他的助手对鸟类进行仔细的解剖，研究鸟的身体结构并认真观察鸟类的飞行，设计和制造了世界上第一架人造飞行器——扑翼机。又如现在各种船的前身，便是我国古代劳动人民观察鱼在水中用尾巴的摇摆而游动、转弯，他们就在船尾上架置木桨。通过反复的观
[方案]仿生智能材料 第一章绪论 1、基本概念 仿生学概念:人类进化只有500万年的历史，而生命进化已经历了约35亿年。 人类很早就认识到生物具有许多超出人类自身的功能和特性。对生物的结构、形态、功能和行为等进行研究，我们就会从自然中获得解决问题的智慧和灵感。 生物材料:通常有两个定义，一是有生命过程形成的材料，如结构蛋白(蚕丝等)和生物矿物(骨、牙、贝壳等)，另一个是指生物医用材料(Biomedical materials), 其定义随医用材料的发展不断发展，指用于取代、修复活组织的天然或人造材料。 仿生材料(Bio-inspired):受生物启发或者模拟生物的各种特性而开发的材 料。 材料的仿生包括模仿天然生物材料的成分和结构特征的成分、结构仿生、模仿 生物体中形成材料的过程和加工制备仿生、模仿生物体系统功能的功能仿生。 智能材料:具有感知环境(包括内环境和外环境)刺激，对之进行分析、处理、 判断，并采取一定的措施进行适度响应的类似生物智能特征的材料。 2、智能材料的特征 具体地说，智能材料具备下列智能特性: (1)具有感知功能，可探测并识别外 界(或内部)的刺激强度，如应力、应变、热、光、电、磁、化学、辐射等; 2)具有信息传输功能，以设定的优化方式选择和控制响应; (3)具有对环境变化作出响应及执行的功能; (4)反应灵敏、恰当;
(5)外部刺激条件消除后能迅速回复智能材料必须具备感知、驱动和控制三个基本要素。 3、智能材料的构成 智能材料一般由基体材料、敏感材料、驱动材料和信息处理器四部分构成。它不是传统的单一均质材料，而是一种复杂的智能材料系统。 基体材料首选高分子材料，因为质量轻，耐腐蚀;其次也可选金属材料，以轻质有色合金为主。 敏感材料担负传感的任务，其主要作用是感知环境的变化(温度、湿度、压力、pH值等)。 常用的敏感材料有形状记忆材料、压电材料、光纤材料、磁致伸缩材料、电致变色、液晶材料等。在一定条件下，驱动材料可产生较大的应变和应力，所以它担负响应和控制的任务。常用的驱动材料有形状记忆材料、压电材料、磁致伸缩材料等 可以看出，这些材料既是驱动材料又是敏感材料，显然起到了身兼二职的作用 4、智能材料的应用 (1)用于航空、航天飞行器:例:采用光纤传感器阵列和聚偏氟乙烯传感器的智能结构可对机翼、机架以及可重复使用航天运载器进行全寿命期实时监测、损伤评估和寿命预测;空间站等大型在轨系统采用光纤智能结构，可实时探测由于交会对接碰撞、陨石撞击或其他原因引起的损伤，对损伤进行评估，实施自诊断。 (2)用于建筑、工程结构:例:可以利用形状记忆合金材料对应变敏感、电阻率大及加热后可以产生大回复力的特点，将记忆材料埋植在各种结构中，再配上微处理器，使之集传感驱动于一体，便构成自动探测裂纹或损伤和主动控制裂纹扩展的完整控制系统。
陶瓷窑炉设计 2007-04-19 18:13 在设计窑炉时，一般需要考虑两个问题：一是窑体本身的材质和结构等方面的问题；二是向被烧产品的传热问题。不言而喻，不管窑体建造得如何坚固，只要烧出的产品不好也是没有用的。因此，设计窑炉时不重视对被烧制品的传热问题是一个重大失误，因为向被烧制品传热是建窑的唯一目的。 窑的用途是烧制一件件个别制品，但几乎所有人对窑的这一用途缺乏正确的理解。许多窑炉建造者认为窑的用途是为烧制大量制品提供一个受热的容器。许多窑炉使用者也持有这种观点。 窑内的每一件制品必须受到同样的热处理。如果制品在造型、规格以及重量方面越接近，那么制品的平均质量就会越高。哪一件制品受热越均匀，哪一件制品在烧成质量就越高。整个窑炉的温度越均匀，窑内所有制品的烧成质量也越高。那些在设计中适当考虑了加热方式的窑炉，总是比未考虑传热原则的窑炉更好用。 尽管谁也不愿意在窑炉设备上多耗资，但高质量产品所获取的利润足以弥补较高的设备投资。事实上，与那些廉价设备生产的制品相比，好设备在每件制品上所消耗的设备成本更低。 表1是现代化窑炉与传统窑炉的比较。数据表明，新型窑炉的生产能力提高了50%。甚至在采用与传统窑炉相同烧成周期的情况下使用，新型窑炉的使用费用也仍然较低。若按照新型窑炉的生产效率使用时，不仅其单位重量制品的烧成成本降低了20%，而且所产量也提高了50%。 表1 传统窑炉与新型窑炉的比较 表2是具有较小尺寸但却有相同年产量的新型窑炉与传统窑炉的比较。表2说明：新型窑炉不但造价较低，而且单位重量制品的烧成成本也比传统窑炉降低16%。 表2 传统窑炉与产量相同但容量更小的新型窑炉的比较
年产730万件日用陶瓷窑炉 设计说明书 姓名：*** 班级学号：**** 指导教师：***
一、原始数据 1.1主要研究内容和设计技术参数： 1产品：茶壶（直径15cm 茶碗直径5cm） 2产量：730万件/年； 3 年工作日：330天； 4 燃料：天然气；Qnet,ar=35572.6KJ/Nm3 5 烧成合格率：95%； 6 坯体入窑水分：1%； 7 烧成周期：23小时 8 氧化气氛烧成； 9 烧成温度：1280℃。 1.2坯料组成: SiO2AL2O3CaO MgO Fe2O3K2O Na2O 69.50 25.00 0.25 0.45 1.00 1.50 2.40 1.3 烧成周期 烧成周期为23小时，可调 1.4 燃料 天然气组成：CH4C2H6H2S CO2N2 其它 86.8% 0.11% 0.879% 4.437% 8.1% 0.343% 1.5 烧成制度(见图(3-1)烧成温度曲线) 20 ～970℃8.0 小时预热带 970～1280℃ 3.5 小时烧成带 1280～1280℃ 1.5 小时烧成带 1220～800℃ 1.6 小时急冷带 800～80℃8.4 小时冷却带
二、 窑体主要尺寸的确定 2.1 棚板和立柱的选用 根据原始数据，采用裸烧方式即可满足要求，选用棚板的材料是堇青莫来石板，立柱的采用的是堇青莫来石空心立柱，其体积密度为2.0 g/cm 3。 棚板尺寸：690×690×38 mm 支 柱： 85×85×500mm 横 梁： 950×30×30mm 支 帽： 105×105×27mm 2.2窑长及各带长 2.2.1 装车方法 在窑车的长度方向上设置2块棚板，宽度方向上设置2块棚板。棚板间的间隙在长度方向上为60mm ，在宽度方向上为60mm ， 由此确定窑车车面尺寸为：长：690×2+60=1440 取1500mm 宽：690×2＋60=1440mm 取1500mm 2.2.2 窑长的确定 装窑密度320件／m 。 窑 长 L= 装窑密度 成品率２４年工作日烧成时间 生产任务???? =730万*23/