材料概论论文碳纤维

关键词：碳纤维复合材料材料概论

材料概论论文碳纤维（精选6篇）

篇1：材料概论论文碳纤维

1.何为材料，为何材料是人类社会生活的物质基础？

材料是人类用于制造物品、器件或其他产品的物质。

是人类要生存需要的最基本的物质生活资料。物质生产活动是人类从事其他各种社会活动的先决条件。2.材料科学与工程的四个基本要素是什么？请说明他们之间的关系。

材料的四个基本要素：结构与成分、性质、合成与制备、用途与性能

3.复合材料设计的基本思想是什么？举一例说明。

达到功能复合，能保留原组成原料的特性，并通过复合效应得到原来所不具有的更为优越的新性能。

碳纤维复合材料制造大飞机；轮胎是由橡胶、碳黑、帘子线等材料构成的。

4.从燕子造窝到人用草拌泥造房、再到我们用碳纤维复合材料制造大飞机的过程，你得到了哪些启示？这些复合材料的制备都还停留在经验的层面上，而碳纤维复合材料制造大飞机虽然使用了一贯的复合思想，但相比之下更具有系统性、科学性。如今我们创造新的复合材料不再需要像过去一样完全依靠试错法，而有相关的理论指导，所以我们在探索新领域时可以从一些已有的思想中获取灵感，再用理论化地手段将其转化为材料科学。5．绿色建筑的基本涵义？

绿色建筑指在建筑的全寿命周期内，最大限度地节约资源，保护环境和减少污染，为人们提供健康、舒适和高效的使用空间，与自然和谐共生的建筑物。6.建筑生态环境材料的基本涵义？

生态环境材料是指那些具有良好的使用性能和优良的环境协调性的材料

7.看《终结者2》推测那个人材料的性能与特点，并推测由什么方法合成。(描述电影中未来人材料的特点和性能，并设想可由什么方式合成? 终结者2中的机器人由液态金属构成，具有流动性和高强度性，韧性好，可再组合。合成方法: 合金合成法，置于电解液中的镓基液态合金在和铝合金结合后，能长期高速运转。8.试说明金属材料在民航飞机中的应用情况

铝合金用作承力件，钛合金用于具有一定耐热性和耐腐蚀性的板材结构件，高强度结构钢，用于前后起落架；不锈钢，用于发动机的一些装置。高温合金用于耐高温的板材结构件和螺栓，螺母等固件和排气孔的蜂窝结构

9.说明燃料电池的工作原理及其特点。

燃料电池的工作原理是通过氧化还原反应将化学能直接转化为电能。

燃料范围广，不受卡诺循环限制、能量转换效率高、超低污染、运行噪声低、可靠性高、维护方便等 10.说明质子交换膜燃料电池的特性

a．可低温运行。b．比能量和比功率高；c．结构紧凑、质量小，水易排出。d．采用固态电解质不会出现变形、迁移或从燃料电池中气化，无电解液流失。e．可靠性高，寿命长。f．因唯一的液体是水，本质上可避免腐蚀。11.什么是有机半导体？

具有半导体性质的有机材料，即导电能力介于金属和绝缘体之间 12.导电机理是什么，为什么有机物能导电？

含有共轭基团的有机分子之间形成连续共轭的大pai结构，用来传导电子和空穴，然后在电场的作用下,载流子可以沿聚合物链作定向运动,从而使高分子材料导电 13.有机导体的优点和缺点是什么？

优点：成膜技术更多、器件尺寸更小，集成度更高、有机物易于获得、柔韧性好，质量轻、可修饰性强。

缺点：电阻率的变化受杂质含量的影响极大.电阻率受外界条件（如热、光等）的影响很大 14.有机导体有哪些应用方向？

光盘、有机发光二极管、传感器、有机太阳能电池等。15.生物医用材料的定义及其主要性能特征用来对生物体进行诊断、治疗、修复或替换其病损组织、器官或增进其功能的材料。

特征：可以单独或与药物一起制成部件、器械用于组织或器官的治疗、增强或替代，并在有效试用期内不会对宿主引起急性或慢性危害 16.再生医学概念及组织工程三要素

利用生物学及工程学的理论方法创造丢失或功能损害的组织和器官，使其具备正常组织和器官的机构和功能。

三要素：种子细胞、生物材料、细胞与生物材料的整合以及植入物与体内微环境的整合 17.了解纳米生物医用材料的研究现状与发展趋势

对生物医用材料的需求增加，所以纳米生物医用材料的研究呈蓬勃态势发展。

发展前景：（1）药物的纳米化。（2）纳米生物材料作为药物的控释系统（3）纳米生物材料将会使介入性诊断和治疗向微型、微量、微创或无创、快速、功能性和智能化 18.以治疗骨质疏松为目标，设计一项新颖智能型的药物释放系统

该药物释放系统需要进行修饰使其与羟基磷灰石发生特异性结合，作为骨靶向导向物。此外，该系统应具有不被降解或过早释放；毒副作用低；可按预期的速率释药；可在体内降解而不蓄积；具有生化稳定性而无免疫原性等药物释放系统共有的特性。

19.举例说明生物材料对改善人类生活质量的重要性

（1）移植人工心脏瓣膜可治疗某些心脏病。（2）羟基磷灰石与聚合物复合用于人造骨可治疗骨质疏松。（3）金属生物材料可用于畸齿整形、脊柱矫形、断骨接合、颅骨修补、新血管支撑。20.高分子的主要特点？与小分子的区别？

特点：（1）有很大的分子量（2）由特定结构单元通过共价键重复连接而成（3）通常都处于固体或凝胶状态与小分子的区别：

高分子都是由一种或几种单体聚合而成。高分子的相对原子至少是上万。高分子材料较小分子材料有高弹性、高黏度、结晶度低、无气态的特点。高分子材料占据了主流，主要是合成塑料、橡胶、涂料、粘合剂等，而小分子材料则是被用来添加或合成到某些东西里面的。21.高分子材料的主要品种、性能及用途及与科技和经济发展的关系？

塑料，橡胶，纤维，黏合剂，涂料，特种高分子材料。

农用塑料薄膜大量应用，促进信息行业的发展，生物医用材料人造器官，高分子材料是组织工程的支架材料。22.高分子材料与日常生活的联系？

纯棉越穿越短，化纤越穿越长塑料的软硬取决于增塑剂，有的增塑剂不耐寒，所以就变硬。人造革是塑料制品

支数是纺织面料中纱线的粗细程度

塑料管材（燃气管、冷热水管）、塑钢门窗 1963：纳塔和齐格勒发明了齐格勒-纳塔催化剂（乙烯、丙烯聚合的催化剂）。1974：保尔·约翰·弗洛里由于在天然高分子化学领域，高分子物理性质与结构的研究

2000: 艾伦黑格、艾伦·马克迪尔米德和日本科学家白川英树，以表彰他们有关导电聚合物的发现（聚乙炔在1000摄氏度时导电）

Materials Science：Nature, Science, Advance Materials, Chemistry：Chemical Communications, Chemistry of Materials, Journal of the American Chemical Society Polymer science：Chemistry of Materials, Biomacromolecules, Biomacromolecules 23.可再生能源的主要缺陷是什么？如何克服？波动性和间断性；采用储能技术克服。24.储能包括哪两大类？储电与储热 25.它们又可细分为哪些小类？

物理储能（如抽水储能、压缩空气储能、飞轮储能等）、化学储能（如铅酸电池、氧化还原液流电池、钠硫电池、锂离子电池）和电磁储能（如超导电磁储能、超级电容器储能等）26.与显热储热材料相比，相变材料有什么优点？恒定温度、储热密度高 27.相变材料的缺点是什么，如何克服？放热时可能存在过冷问题：成核剂克服；某些相变材料在长期使用过程中分层，相变性能下降：增稠剂 28..化学储热的基本原理和优点？

基本原理：利用化学反应中的吸热放热实现热量的储存和释放。化学蓄热具有蓄热密度高、可长时间存储能量和蓄热温度高等特点。29..混凝土的强度来源于什么？混凝土用水泥的强度，水泥与水灰比。30.混凝土可以分为哪几类？无机凝胶/有机凝胶；重混凝土/普通~/轻质~ 31.土木工程材料的重大作用，种类和性能的局限性？

土木工程材料是直接构成各种工程实体的所有材料。按材料来源，可分为天然材料和人造材料；按使用功能，可分为结构材料和功能材料。按组成材料的物质和化学成分，可分为无机材料、有机材料和复合材料三大类

各种材料都存在自身的局限性，如功能单一，不够节能环保等。强度不够高、持久性差、耐腐蚀性弱、不够智能、32.n型与p型半导体内的载流子分别是什么？自由电子和空穴N:多子为自由电子、少子为空穴；P反之 N型半导体中载流子是空穴，p型半导体中载流子是自由电子 33.什么是Seebeck效应？

由于两种不同电导体或半导体的温度差异而引起两种物质间的电压差的热电现象。一般规定热电势方向为：在热端电流由负流向正。

34.材料热电性能（zT）的表达公式及如何提升热电性能？

ZT =α^2Tσ /κ（α 为Seebeck 系数,σ为电导率, κ 为热导率, T 为温度）

篇2：材料概论论文碳纤维

化学工程与技术导师：董国君学生：常沙

纳米材料在海洋无毒防污涂料中的应用

作者：常沙

化学工程与技术

摘要：本文介绍了近年来改性海洋无毒防污涂料使用中的几种纳米材料，并对纳米海洋无毒防污涂料的发展进行了展望。

关键词：纳米材料；无毒；防污涂料

引言

海洋中微生物、植物和动物附着在舰船上并对之产生不利影响的现象称为污损。污损不仅增加船舶的自质量、减少船舶的载质量，同时将大大增加船体的阻力，造成船舶航速降低和燃油消耗量增大。防止海洋生物污损的最有效方法就是采用防污涂料[1]。纳米粒子用于防污涂料中所得到的防污涂料具有抗辐射、耐老化和剥离强度高等优点[2]。而使用某些特殊工艺制备出纳米尺寸结构功能涂料，则可以满足建筑领域的耐老化和抗辐射等要求。结合纳米材料的特殊功能，在涂料工业需要环保的前提下，随着新材料的飞速发展，长效无毒含有某些纳米尺寸组分的防污涂料及纳米量级的防污涂料将会成为海洋防污涂料的主要研制方向。现阶段，关于各种高效纳米防污功能助剂的研究十分活跃。有人采用纳米级防污剂，如纳米级氧化锌、纳米级氧化亚铜等是一个有效的途径[3-4]。或者采用微胶囊逐渐溶解，缓慢而有效地释放出防污剂以达到稳定长效的防污功能[5]。2005年欧盟在第六框架计划中设立了一个为期5年的科研项目，通过控制纳米量级结构表面涂层的表面能、电荷、传导率、孔隙率、粗糙度、润湿性、摩擦性能、物理和化学反应特性以及微生物附着行为，开发出纳米量级结构表面的海洋无毒防污涂料[6]。纳米量级防污涂料及含有某些纳米尺寸组分的防污涂料的水性化将是无毒防污最终实现的目标。水性化即以水做溶剂，可以替代涂料中的挥发性有机溶剂，制备出的这种水性防污涂料是实现不污染海洋又不污染大气的真正无毒防污纳米涂料。含有纳米材料组分的防污涂料的研究现状

改性防污涂料用的纳米材料较多，现按照应用于海洋防污涂料中的纳米材料所起的作用分如下几种： 1.1含耐沾污性纳米组分的海洋防污涂料

2002年，Bokobza L 等[7]用硅烷偶联剂改性 SiO2，与丙烯酸单体混合后用紫外光固化成膜。2003年，Yu Y[8]等利用纳米SiO2溶胶粒子、甲基酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶联剂、丙烯酸单体制备了透明的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)/SiO2复合涂层。2008年，南昌大学的陈勇，李鸣等人[9]制得了添加改性纳米SiO2的4-氟苯基异氰酸酯改性环氧有机硅（ES）树脂复合涂层，大连交通大学的陈美玲、曲园园等人[10]以有机硅改性丙烯酸树脂作为主要成膜物质，在颜填料不变的基础上添加纳米二氧化硅，制备的低表面能无毒海洋防污涂料涂膜表面具有纳米-微米的阶层结构。2009年，由高宏、李旭洋、陈美玲等人[11]制备出具有微米-纳米阶层结构的无毒疏水海洋防污涂料。2010年，他们[12]又用有机氟单体对丙烯酸树脂进行改性，同时添加纳米二氧化硅制备出低表面能防污涂料。1.2含紫外线屏蔽、光催化杀菌纳米组分的海洋防污涂料

纳米TiO2一方面对于涂料的成膜性能有所改善[13]，另一方面能在光照作用下催化生成具有强氧化能力的物质，这对于有机污染物中难分解种类起到分解作用，最终的氧化分解产物为二氧化碳、水等[14]。据报道，在空气净化、污水处理和保洁除菌等领域，纳米 TiO2光催化技术都应用较为广泛，且防污效果都比较好[15]。日本一家牙科医院在医院手术室的手术台和墙壁上涂刷纳米 TiO2抗菌防污涂料，当有光照射时，就可以在短时间内将手术台和墙壁上的细菌杀灭。陆长梅等人[16]的研究发现纳米 TiO2可以有效抑制微囊藻的生长。Kallio等人[17]经过反复研究也发现纳米 TiO2具有较好的防污功效。2007 年，黄晓冬、张占平、齐育红等人[18]研究发现聚四氟乙烯（PTFE）和锐钛型纳米 TiO2均对海洋细菌的附着有抑制作用。2008 年，大连交通大学的李善文，陈美玲等人[19]将纳米 TiO2加入已经合成的呋喃改性硅丙树脂中，制备出防污性能更好的无毒防污涂料。2008年12月6日，大连海事大学张占平教授[20]主持研究的“纳米荧光海洋无毒防污涂料的研制”通过了交通运输部科技教育司主持召开的研究项目验收鉴定。刘红以氟烯烃-烷基乙烯基酯（FEVE）氟碳树脂为成膜物、纳米TiO2粉末为功能添加剂，试制了系列Nano–TiO2/FEVE氟碳涂层。1.3含有阻止生物附着纳米组分的海洋防污涂料

我国青岛海洋化工研究所在本世纪初期研究出了碱式硅酸盐纳米防污涂料。英国的 Jackie Butterfield曾介绍将多种碳纳米管与纳米有机硅弹性体复合改性制成低表面能海洋防污涂料。杨惠芳、申星梅等人制备出了添加纳米硫氰酸亚铜的海洋防腐涂料。Davie M等报道了具有导电性的聚吡咯低表面能防污涂料。美国纽约长岛的Viachem公司经过10年的研发工作，成功研制出一种共生物杀伤剂纳米防污涂料，荷兰 Sigma 公司近年来开发了一种基于新型不含锡纳米防污涂料，它的自抛光性与含锡涂料相同，但其防缩孔性和防开裂性大大优于其他不含锡的防污涂料。德国WiheleBarthott教授[28]对荷叶结构和效应进行了深入研究，研发出一系列自清洁涂料。纳米海洋无毒防污涂料的发展现状与展望

目前，我国常规防污涂料品种齐全，防污期也可达3～5年，就常规防污涂料而言，我国已跨入世界先进行列。但在新型纳米海洋防污涂料方面，起步较晚，研究也非常少，可商业化的产品更是少之又少，与世界先进水平还有一定差距。低表面能防污涂料改变传统的以杀死海生物为机理的防污措施，符合环境友好型的标准，国内也不断有研究人员将纳米技术应用到低表面能防污涂料中，并取得了实质性的进展，但基本上都只是实验室阶段小剂量添加纳米材料，未考虑纳米颗粒分散问题。另外，关于纳米材料的添加对低表面能涂料的表面能大小的影响也是一个值得关注的课题。海洋防污涂料发展的方向是开发环境友好型防污涂料，与纳米技术相结合低表面能防污涂料是未来发展的重点。随着性能优异的纳米海洋无毒低表面能防污涂料的陆续出现，在现有单一添加纳米材料实验的基础上，将几种不同的纳米材料同时添加到低表面能防污涂料中进行复配，对于防污性能可能有一定增强的空间。比如: 可以将能提高涂层机械强度的纳米二氧化硅跟具有杀菌效果的纳米二氧化钛同时加入到低表面能防污涂料中，所制备出的混合型纳米防污涂料对防污性能的提高值得深入探究。总之，开发与纳米技术结合的新型无毒海洋防污涂料将会是21世纪防污涂料的主流方向。

参考文献

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篇3：碳纤维复合材料的应用

碳纤维复合材料自20世纪50年代面世以来, 以其独特的性能, 主要用于火箭、航天、航空等尖端科学技术, 随着碳纤维复合材料性能的不断完善和提高, 目前在土木工程、航空航天、石油化工、交通运输、体育产品等领域得到广泛应用。

1 碳纤维复合材料的性能

碳纤维是由碳元素组成的特种纤维, 其含碳量一般在90%以上。碳纤维材料有其独特的性能, 包括:强度高, 是钢铁的5倍;耐热性好, 可以承受2000℃以上的高温;密度小, 是钢铁的1/5;热膨胀系数低, 在温差变化较大的情况下, 变形量较低;抗热冲击性能也很好;耐腐蚀性能好, 能耐硫酸等强酸的腐蚀;抗拉强度好, 能达到钢的7~9倍。

2 碳纤维复合材料的应用

2.1 土木建筑领域的应用

水泥在土木建材领域中用量最大, 但水泥也有诸如脆性大、抗拉强度低等缺点, 而现在用混凝土或水泥做基体制成的碳纤维增强复合材料, 克服了水泥强度低、在混凝土中易开裂、易受到氯盐、硫酸盐等侵蚀的缺点, 在冬季及寒冷地区有很大的应用空间。在大型建筑中, 钢筋的使用量相当惊人, 国家体育场“鸟巢”的钢筋绑扎量达到5.2万吨, 施工量大, 运输、安装费时费力, 如果采用自身较轻的碳纤维, 可以大大降低建筑结构的重量, 方便施工, 减少安装时间, 降低施工周期[1]。用碳纤维和树脂制成的碳纤维复合材料片, 拉伸模量高、拉伸强度大, 广泛应用于加固受损的钢筋混凝土结构物[2], 用在石油平台上可使石油平台壁的耐冲击性能大大增强。

2.2 航空航天领域的应用

航空工业最早大量采用碳纤维复合材料。在航空工业中, 飞行器的质量轻, 就意味着油耗的降低, 速度的加快, 碳纤维强度高、密度低、变形量低的特点决定了碳纤维是理想的航空材料。美国波音公司的787飞机, 机体大量采用碳纤维材料, 质量比传统的铝合金机体减轻近20%, 耗油量大大降低, 碳排放量每年可减少2700吨, 被誉为“绿色客机”。欧洲空客公司A380客机上的机舱内壁板、后机身蒙皮、水平安定面等都由碳纤维复合材料制成。美国的“超级大黄蜂”战斗机、法国的“阵风”战斗机、欧洲的“台风”战斗机都大量使用碳纤维复合材料。碳纤维复合材料在航空工业上有着巨大的应用潜力[3]。

碳纤维复合材料可以减轻火箭和导弹的重量, 加大火箭和导弹的射程, 提高落点的精度[4]。美国的战斧式巡航导弹和三叉戟-2型导弹的发动机壳体采用的就是碳纤维复合材料。我国早在上世纪八十年代就在某型海防导弹上成功采用了碳纤维复合材料, 使导弹的射程增大。“天宫一号”上的相机支架组件就是采用了由哈尔滨玻璃钢研究院研制的碳纤维复合材料。人造卫星展开式太阳能电池板也多采用碳纤维复合材料制作。目前碳纤维复合材料作为结构隐身材料也已经得到了某些应用[5]。

2.3 石油工业的应用

美国经过多年的努力, 在20世纪90年代初研制成功了碳纤维复合材料连续抽油杆, 试验结果表明:碳纤维复合材料连续抽油杆克服了普通钢抽油杆质量大、能耗高、失效次数多、活塞效应大、作业速度慢、易磨损的缺点, 是一种很有发展前途的特种抽油杆[6]。近来亚洲第一大石油公司中国石油天然气股份有限公司计划大力发展碳纤维产业, 拓宽碳纤维复合材料的应用领域, 不断向高端市场延伸, 特别是海上钻井平台, 目前每个平台要使用钢材8万吨, 如果改用复合材料, 则每个平台仅消耗1.3万吨的碳纤维复合材料。深海油气田将是碳纤维复合材料发挥作用的重要领域。

2.4 汽车工业、高速列车及体育用品中的应用

碳纤维扩大应用的最大希望在于在汽车工业的应用。在汽车车身、零部件中使用碳纤维复合材料, 不但可以降低汽车的重量, 而且可以更加经济环保, 降低油耗。洛克希德马丁能源研究所 (Lockheed martin Energy Research) 的瓦伦 (David Warren) 统计过, 如果每一辆北美的汽车用2.2kg碳纤维, 那北美1800万辆小车的碳纤维总量就超过当前全球大丝束碳纤维总生产能力的4倍[7]。美国通用汽车公司和帝人公司日前宣布将联合研制应用在汽车上的先进碳纤维复合材料。碳纤维复合材料刹车片主要用于高速列车, 是碳纤维复合材料的又一重要应用。日本、法国已经成功地将碳纤维复合材料刹车片应用于新干线和TGV高速列车制动, 德国Knoor Bremse公司也研制出了高速列车用碳纤维复合材料盘型制动器。随着我国高速列车的飞速发展, 碳纤维复合材料刹车片有着广阔的发展空间。碳纤维复合材料在运动器材中也得到了广泛应用。包括高尔夫球杆、网球拍、滑雪板、钓鱼竿、自行车架、冰球拍、船桨、赛艇等, 都已经形成了成熟的市场。

3 结语

目前我国碳纤维复合材料发展迅速, 在大飞机、高速列车等项目上都有着巨大的需求, 但我国碳纤维复合材料的发展与发达国家相比还有很大差距, 碳纤维复合材料还需要大量进口, 在碳纤维的低成本上和复合材料成型技术上我们还要花很大的力气。

参考文献

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[3]赵稼祥.碳纤维复合材料在民用航空上的应用[J].高科技纤维与应用, 2003, Jun, Vol.28, No3, 33-35.

[4]韩冰, 陈平.碳纤维复合材料火箭发动机壳体用韧性环氧树脂基体的研究.复合材料学报, 2002, Apr, Vol.19, No2, 25-27.

[5]袁健.碳纤维复合材料天线反射面研制[J].火控雷达技术, 2003, Sep, Val.32, 44-46.

[6]吴则中, 田丰, 张海宴, 郑永生, 郑银强.碳纤维复合材料连续抽油杆的特点及应用前景[J].石油机械, 2002, Vol.30, No2, 53-56.

篇4：碳纤维复合材料在自行车上的应用

摘要：自行车是人们日常生活中不可缺少的代步工具，深受世界各国人民喜爱，形成了巨大的自行车消费市场。随着现代社会的飞快发展，自行车已不仅仅是交通和运输工具，已具有集健身、旅游、竞赛等多种功能。因此迫切需要有新形态、新材料的自行车出现，以使自行车外观更具美感，更具轻量化，骑乘舒适性更好。

关键词：碳纤维；自行车；应用

碳纤维，是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量的新型纤维材料，碳纤维在自行车领域的应用，被称为自行车行业的“黑色革命”。碳纤维自行车具有以下优点：

精：塑性变形小，回弹性好，尺寸稳定性高。刚：弹性模量高，变形量小，骑行中不泄力。轻：材料密度小，用料量少，产品净质量轻。巧：流线型设计，骑行风阻小，骑行速度更快。

碳纤维自行车的创新之处在于：①采用高强、高模的碳纤维材料替代金属材料，减轻车身重量，制造出更适合选手使用的比赛用车。②采用人机工程学进行计算机模拟设计，使碳纤维自行车安全性更高，满足客户要求。③特殊的叠层技术，使其能制造出质量更轻，强度更高的碳纤维自行车车架及其部件。④利用碳纤维预浸料的可设计性，制造出特定造型的自行车或其部件，满足整车组装工序的特殊需求。⑤模压成型工艺，实现碳纤维自行车一体成型，无缝隙，结构强度高，产品造型美观。⑥采用高强度粘合剂进行连接和胶合固化工艺控制技术。

碳纤维自行车的制作流程：设计、裁剪、卷料、预型、成型、加工、胶合、补磨、涂装、组装等。按照碳纤维自行车主部件结构设计要求，将预浸料裁切成各种尺寸、各种角度；将裁切好的各种尺寸、各种角度的预浸料卷制到芯模上，卷制到规定尺寸后，取出芯模；将卷制好的碳纤维复合材料零部件对接，并穿入气袋。将预型好的部件半成品按工艺要求装入模具，在电热炉台上充气加压，加温固化；将成型好的部件经过加工处理，上胶插接后送到烤箱中固化；将胶合后的粗坯进行补土、喷漆、打磨。去除表面缺陷，达到表面平整光滑；贴上水标，喷漆、打蜡，然后组装成整车。

1 结构设计与材料裁剪工艺

为了确保自行车的安全性，轻量化。设计工程师依据力学原理在结构设计上采用碳纤维单向预浸布，进行合理裁剪形成0°、30°、45°、90°等纤维走向，将复杂的构件分解为每一片层逐一卷制叠成为预制件。单向预浸布的优点是强度高且稳定，叠层角度可设计，适合做碳纤维自行车的主结构，单向预浸布的叠层角度设计如图1所示。

单向预浸布经过不同的裁剪方式，可以得到不同的角度料。依据自行车各部分受力状况的不同，所使用的角度料就不一样。在车架座管端口、中变固定座处，需要用90度料来补强，增加抗压系数。

碳纤维编织预浸布，用做碳纤维自行车的外观，不仅增加了自行车结构件的强度，同时美化了碳纤维自行车的外观，显现了碳纤维织物的材料效果。

2 材料界面性能的研究

围绕碳纤维的表面改性以及配套树脂的设计和合成展开研究工作，目的是促进碳纤维与聚合物树脂基材的界面相容性，重点研究碳纤维及其改性产物与聚合物树脂复合后界面结构对材料使用性能的影响，归纳出碳纤维表面性质、碳纤维/树脂界面特性与复合材料性能三者之间的可控关系，实现碳纤维复合材料的优异性能。

3 外固内扩成型工艺

依据碳纤维预浸布树脂系统的特定要求，设计人员针对性地制定了外固内扩成型工艺，工艺控制主要是针对气压、温度和时间三个要素。在成型的过程中，随着温度和粘度的变化，物料胶化、软化、硬化。成型过程中还有一个很重要的技术要点，就是加压时间的控制。碳纤维复合材料主部件采用袋压成型法，即利用耐高温尼龙袋注入高压气体，将复合材料内的空气挤出，带动树脂的流动，使材料之间达到一定的密度，然后高温固化。因为产品的不规则性，在耐高温尼龙袋的选用时，一般会选用大于产品最大内径的规格，这样就造成在产品内径小于尼龙袋的情况下，尼龙袋会有一定的折叠。因而树脂在高温流动时，会在尼龙袋折叠的地方堆积，产生不规则的树脂块或造成纤维的不平整性。而过多的树脂堆积，不仅会增加产品的重量，而且会产生一定的应力，从而影响到产品的使用性能，我们使用EPS成型新工艺解决这一问题。利用EPS高可塑性，能制造比传统硅胶更加合理的内芯，利于产品造型的成型。预先固化的内芯，使产品内壁更加光滑、平整，减轻产品的重量，提高产品品质。在应用EPS工艺后，能利用其预先固定好的内芯型状，在贴料的过程中能保证材料的平整性，卷制的产品不易变形，从而减少因为产品变形带来的品质问题；利用预先固化好的外形，在树脂固化期间，完全避免了因为尼龙带的重叠而带来的树脂堆积，保证了产品内壁的平整性，降低了产品重量，提高了产品的品质。

4 技术措施

采用国产碳纤维，应用CAD，Pro/Engineer技术设计，ABS材料芯模，预型补料采用连续性碳纱，以保证更好的强度与刚性；使用轻克重FAW050和FAW075预浸料，结构采用图文并茂的方式，给予保证每片碳纱所贴位置更精准，从而发挥碳纱在结构中的更大优势，以节省出更多的重量空间，以达到车架等主部件更加轻量化目的。

篇5：材料概论论文

摘要：高温超导带材或线材包括单芯和多芯是实现高效输送电力的关键, “ 八五”期间, 在高温超导实用成材技术方面, 我国选择了银套管制备Bi一2223和2212相带材的技术为究重点, 解决了从基础研究到实际工艺的一系列问题。目前我国研制的Bi一2223相带材在带的均匀性、临界电流密度指标、磁场下的性能等方面都与国际上最好水平美国相当。关键字：超导体、发展状况

引言：以NbTi、Nb3Sn为代表的实用超导材料已实现了商品化，在核磁共振人体成像（NMRI）、超导磁体及大型加速器磁体等多个领域获得了应用；SQUID作为超导体弱电应用的典范已在微弱电磁信号测量方面起到了重要作用，其灵敏度是其它任何非超导的装置无法达到的。但是，由于常规低温超导体的临界温度太低，必须在昂贵复杂的液氦(4.2K)系统中使用，因而严重地限制了低温超导应用的发展。

高温氧化物超导体的出现，突破了温度壁垒，把超导应用温度从液氦（4.2K）提高到液氮（77K）温区。同液氦相比，液氮是一种非常经济的冷媒，并且具有较高的热容量，给工程应用带来了极大的方便。另外，高温超导体都具有相当高的上临界场[H c2(4K)>50T]，能够用来产生20T以上的强磁场，这正好克服了常规低温超导材料的不足之处。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

摘要：材料是社会技术进步的物质基础与先导。现代高技术的发展，更是紧密依赖与材料的发展。稀土元素因其独特的电、光、磁、热性能而被人们称为新材料的“宝库”，是国内外科学家，尤其是材料专家最关注的一组元素。目前，稀土磁性材料作为一组重要的稀土新材料，在国内外的研究已初具规模，这些新材料的应用不仅极大地改造和提升了传统产业，而且构成了当今世界先导型、知识型产业的核心竞争力。为此，加强稀土磁性材料的研发，大力扶持国内稀土产业将变得尤为重要。

稀土磁性材料研究现状

关键词：稀土、磁性材料、研究现状、发展趋势

一、各种稀土磁性材料的简单论述

1.1、稀土永磁材料

稀土由于其独特的4f电子层结构，可以在一些与3d元素化合物组合成的晶体结构中形成单轴磁各向异性，而具有十分优异的超常磁性能。表1列出了各类稀土永磁体与传统的铁氧体、铝镍钴永磁体的磁性能，显然稀土永磁体比传统永磁体具有高得多的磁性能。

稀土永磁体中，钕铁硼的磁能积最高，但它的居里温度低，工作温度低，温度系数高。虽然现在已开发出工作温度达到200℃的钕铁硼，但在许多地方还是不能替代工作温度高，温度系数低的钐钴永磁。

现已开发出工作温度可达400℃、500℃的Sm2(Co,Cu,Fe,Er)17磁体[3]。10年前发明的稀土—铁—氮永磁材料，理论磁能积与钕铁硼接近，但居里温度高，温

度系数小，耐腐蚀性能好，与粘结磁体中使用的快淬钕铁硼相比，具有很强的竞争力。其中的NdFe12Nx永磁是我国科学家杨应昌院士发明的[4]，其NdFe12Nx实验室样品的磁能积已达到22MGOe，超过MQ-2钕铁硼磁粉。

纳米晶双相交换耦合稀土永磁材料是高磁晶各向异性的稀土永磁相与高饱和磁化强度的软磁相在纳米尺度内交换耦合而获得兼具二者优点的复合永磁材料，理论计算表明，纳米稀土复合永磁体的最大磁能积远远超过钕铁硼。

目前，实验结果已证明交换耦合的存在，但实际达到的磁能积远低于理论值，如Nd7Fe89B4和Sm7Fe93N的磁能积分别达到20.6和25MGOe，“路漫漫其修远兮，吾将上下而求索”，最大磁能积超过100MGOe的稀土新一代磁体，乃是科技工作者的努力方向。

科学技术是第一生产力。最近有报道，日本三荣化成用新技术研究开发出磁能积破记录的各类稀土永磁体。

稀土永磁在VCM（音圈电机），MRI（磁共振），永磁电机（汽车电机，步进电机，微型电机等），计算机主机及外设，办公自动化设备（复印机、传真机、手机、视频及程会议系统等），空调，冰箱，数码相机，音响，磁力器械，智能公路等各个领域有着广泛的应用。钕铁硼永磁自83年问世以来的18年中一直保持着年均增长30%以上的发展速度，这是值得关注和倾注力量的高技术产品。

1.2、稀土超磁致伸缩材料

一些稀土元素与Fe形成的金属间化合物REFe2具有比Fe及Fe,Ni,Co合金等传统材料大得多（高几十倍）的磁致伸缩系数λ。但是，REFe2的磁晶各向异性能相当大，这使得达到材料的饱和磁化状态所需的外磁场相当高。为此把磁晶各向异性常数K值反向的两种REFe2材料组合起来，而形成赝二元化合物，如（Tb1-xDyx）Fe2,(Tb1-xHox)Fe2,(Sm1-xDyx)Fe2,(Sm1-xHox)Fe2,(Tb1-x-yDyxHoyFe2)等，K值大为降低，从而降低饱和磁化所需外场，给实用以方便。这些化合物中以Tb1-xDyxFe2(0.68≤x≤0.73)的λ值最大，常称为Terfenol-D。这些材料的应用特性正随应用的开发和发展而不断发展。

稀土超磁致伸缩材料的电——机械能转换功能远优于其他材料：它的应变值最高，能量密度最大，响应快，精度高，可靠性高而运转能力大，可用于小型和微型大功率精密控制换能器，如大功率发射型声纳，大功率超声换能器，微型大功率低频电声设备，精密定位系统，传感器等，在军事，航天航空、海洋、地质、石油、化工、制造自动化、计算机、光通讯等领域已经获得应用。

1.3、磁光材料

一些稀土元素掺入光学玻璃化合物晶体、合金薄膜等光学材料之中，会显现出强磁光效应。磁光的应用涉猎激光，光电子学、光信息、激光陀螺、磁光盘等许多新技术领域。随着稀土磁光材料研究开发和应用向深度和广度发展，不断涌现出各种新的磁光器件。

以YIG（钇铁石榴石）单晶片，或掺Bi的稀土石榴石（如（TmBi）3(FeGa)5O12）单晶薄膜作为磁光介质可制成不同波长的磁光调制器。磁光调制器有广泛的应用，可用于红外检测器的斩波器、红外辐射高温计，高灵敏度偏振计，测距装置等各种光学检测和传输系统中。

以稀土铋铁石榴石单晶薄膜为磁光介质可制成磁光传感器，用来检测磁场或电流的强弱及状态的变化，可用于高压网络的检测和监控，用于精密测量和遥控，遥测及自动控制系统。

以YIG为磁光介质制成的磁光隔离器，能使正向传输的光无阻挡地能通过，而将来自激光源等的杂散光全部阻档。

用稀土—铁族金属如Tb-Fe-Co非晶态薄膜作磁光存储介质可制成可读写的磁光盘。磁光盘兼有磁存贮的可擦写，重现和光存贮的高密度，非接触，长寿命的优点。利用近场光学原理实施磁光纳米存储[6，7]，存储密度大辐度提高，可达到100Gb/in2。

1.4、庞磁阻材料

稀土锰化物REMnO3具有钙钛矿型晶体结构，一般为非导体，反铁磁性，稀土RE被二价碱土金属部份取代后形成的掺杂稀土锰氧化物RE1-xTxMnO3(RE=La,Pr,Nd,Sm, T=Ca,Sr,Ba,Pb)在一定温度范围内外加磁场可使其反铁磁性（或顺磁性）转换为铁磁性，磁电阻发生巨大的变化，如La.67Ca.33MnO3在77K时加

入4800KA/m磁场后，磁阻变化率达1.27×105%[8]，Nd0.7Sr0.3MnO3在60K时加入6400KA/m磁场后，磁阻变化率达106%[9]，由此它在磁器件，如磁头，磁传感器，磁开关，磁记录及磁电子学等方面，具有巨大的应用前景。

用巨磁阻（GMR）材料制成的读出磁头，其磁盘的存储密度比MR读出磁头磁盘的存储密度提高了一个数量级，记录密度达到10Gb/in2以上。

二、稀土永磁材料的应用进展

近年来 ,我国主要稀土永磁材料除了在传统应用上有所扩大之外 ,高新技术及其它新领域中取得了明显的进步 ,风力发电及磁悬浮列车等的应用有新的发展。

2.1、烧结 NdFeB的应用

目前我国已大力发展风力发电时期。使用烧结NdFeB 永磁制成发电机 ,具有如下优点:(1)可提高发电量20 %。(2)稳定性好寿命长 110 倍 ,成本低。(3)运行环境低 ,占地面积小 ,噪音小 ,因此 ,适合于海岛 ,山区和草原等场地的开发 ,其可能在轻风启动 ,微风发电的特点情况下 ,极易于进行产业化和规模化的作业。这个应用领域前景看好。2006 年我国已实行了 “风力发电” 产业化 ,全国有条件的 20 省市均在应用或计划开发。据统计 ,在 2010 年后估计风力发电使用烧结 NdFeB 永磁 6 000 t 以上。悬浮高速列车新技术 ,已在我国进行实际的试运行 ,或正在规划建设中。据知 ,已有上海 ,北京和

武汉等地准备实施这方面项目 ,它具有列车速度快 , 投资大 ,无噪音等特点 ,因此 ,作为一种新技术交通工具是具有发展潜力 ,也表明了一个国家交通工具的现代化水平。烧结 NdFeB 材料在此方面的用量也相当可观。

2.2、粘结 NdFeB的应用

近年来 ,我国粘结 NdFeB 磁品主要在消费类电子产品。在办公室自动化设备 ,电动和视听设备 ,仪器仪表 ,小型马达 ,家用电器和传感器等的应用较多。其中办公室自动化和汽车马达是今后最大的用户。特别是在硬盘及软盘驱动器的多极主轴电机方面占有绝对优势 ,估计这方面需求量为 110 亿只以上 ,潜力巨大。据知 ,西方世界粘结 NdFeB 磁体的应用比例为:计算机 61 % ,电子 9 % ,办公化自动设设备 8 %,汽车 7 % ,器具 6 % ,其它 9 % ,我国的应用比例与西方世界有差别。据了解 ,近年日本粘结 Nd2FeB 用量 1 200t / a ,美国次之 ,中国占第三位。

2.3、SmCo型永磁的应用

目前这种磁品主要用于军工方面 ,但其用量发展不快。它适用于工作温度较高和恶劣场合中。如人造卫星的行波器和环行器等。三、四种稀土磁性材料前景看好

专家认为，下面四种稀土功能材料对稀土应用量较大、发展前景十分看好。

一是稀土永磁材料。永磁体作为稀土材料最重要的应用领域之一，是支撑现代电子信息产业发展的基础材料，与人们的生活息息相关。据英国罗斯基尔信息服务公司估计，1995年平均每辆汽车使用20台小型永磁马达，预计到2005年将增加到30台，未来10年内永磁体在汽车工业中的消费量可能会翻一番。

我国对稀土永磁体的需求增长率持续在20%左右。据全国稀土永磁材料协作网预测，“十五”期间我国烧结NdFeb磁体总产量达到50000吨左右，销售总额150亿元。到2010年中国烧结NdFeb磁体产量将达到7万吨，占全球75%，销售额260亿元。在未来10内，我国将成为世界稀土永磁材料的制造中心。

二是稀土超磁致伸缩材料（简称GMM），此种材料可有效地提高国防、航天、航空等领域技术装备水平，GMM材料被美国等西方国家列为对中国禁运的功能材料。

三是稀土磁制冷材料，目前发达国家都把磁制冷技术的研究开发列为21世纪的重点攻关项目，投入了大量资金、人力和物力，竞争极为激烈。到2010年我国将禁止生产和使用氟里昂等氟氯碳和氢氟氯碳类化合物。从目前美国室温磁制冷技术研究进展情况看，3到25年内，室温磁制冷技术有可能在汽车空调系统中得到实际应用，之后将进一步开发家用空调和电冰箱等磁制冷装置。

四是稀土巨磁电阻材料。1994年，美国ＮＶＥ公司首先实现巨磁电阻（GMR）效应的产业化，并销售巨磁电阻磁场传感器。世界ＧＭＲ磁头的市场总额已达400亿美元／年。我国已把GMR效应的研究及应用开发列为我国重点攻关的七个高科技领域之一。

结束语

现在稀土永磁材料已成为电子技术通讯中的重要材料，用在人造卫星，雷达等方面的行波管、环行器中以及微型电机、微型录音机、航空仪器、电子手表、地震仪和其它一些电子仪器上。目前稀土永磁应用已渗透到汽车、家用电器、电子仪表、核磁共振成像仪、音响设备、微特电机、移动电话等方面。在医疗方面，运用稀土永磁材料进行“磁穴疗法”，使得疗效大为提高，从而促进了“磁穴疗法”的迅速推广。在应用稀土的各个领域中，稀土永磁材料是发展速度最快的一个。它不仅给稀土产业的发展带来巨大的推动力，也对许多相关产业产生相当深远的影响。