复合材料论文精选(九篇)

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第1篇：复合材料论文范文

高职复合材料工程技术专业是培养具备良好的职业素养，掌握复合材料科学理论基础及复合材料专业技能，掌握复合材料制备技术，重点掌握高性能纤维增强树脂基复合材料的制备技术，具有复合材料成型操作能力，能够从事复合材料制造技术操作的高素质技能型专门人才。高职院校的人才培养模式可以通过利用学校和企业两种不同的教育环境和教育资源，采用课堂教学与学生参加实际工作有机结合，来培养适合不同用人单位需要的应用型人才的教学模式。开展以就业为导向，采用“校企合作，工学结合”的人才培养模式培养学生。

2高职复合材料工程技术专业课程体系的构建

高职复合材料工程技术专业应该依据产业背景调研和人才需求调研，按照职业岗位和培养规格的要求构建课程体系和课程标准。根据复合材料企业调研结论，首先对工作岗位的典型任务进行分析，提炼出岗位职业能力，结合行业标准，构建出复合材料工程技术专业的课程体系，课程体系应该围绕着三大职业岗位构建：复合材料成型操作岗位：以复合材料结构设计、成型工艺、成型设备为基础，具备复合材料制造技术操作能力。复合材料胶接操作能力：以复合材料树脂基体、胶接工艺为基础，具备复合材料连接操作能力。复合材料检测与修补技术能力：以复合材料检测技术、修补技术为基础，具有复合材料检测与修补的能力。

3高职复合材料工程技术专业建设的实施与保障条件

3.1专任教师应具备条件专任专业教师一方面具备本专业或相近专业大学本科以上学历（含本科）；另一方面必须有一定的企业经历，具有“双师”素质；专任实训教师要具备专业高级工以上的资格证书（含高级工）或工程师及其以上职称。专业带头人必须是双师型教师，职称应在副高职称以上，接受过职业教育教学方法论的培训，具有开发职业课程的能力；校外兼职教师应具备高级工或工程师以上职称，具备丰富的实践经验和较强的专业技能；其中企业兼职教师占教师总数的比例不低于50%。

3.2实践教学条件高职复合材料工程技术专业实训基地必须满足复合材料成型技术、复合材料模具设计与制造、热压罐操作及复合材料成品检测的基本实践教学条件，让学生在一个真实的职业环境下按照未来专业岗位（群）对基本技能的要求，得到实际操作训练和综合素质的培养。复合材料成型技术是教学研究的重点，也是培养学生的主要途径。实训基地应该包括小型热压罐、烘箱、清洁操作间、复合材料加工设备、复合材料检测仪器等基本实践教学设备，一方面能满足生产的要求，又能完全满足教学任务，而且能够开展材料性能试验、制作试验件。同时高职院校发展复合材料工程技术专业，还必须加强校企合作，加大校外实训基地合作的深度和广度。通过校外实训基地的建设，安排学生在企业进行专业对口顶岗实习，以利于学生掌握岗位技能，提高实践能力，缩短他们的工作适应期，提高学生的社会竞争力。

4高职复合材料工程技术专业未来发展思考

第2篇：复合材料论文范文

面对高技术时代对高性能钛合金材料日益紧迫的要求，非连续增强钛基复合材料因其具有的高比强、高比刚度、耐高温和耐蚀性能已成为研究的热点。人们对其制备工艺、微结构、力学性能等进行了一系列的研究，而这些研究的主要目标为外加法制备的钛基复合材料。而本研究则采用原位合成工艺制备非连续增强的钛基复合材料。与外加法比较，原位合成法因其工艺简单、材料性能优异，在技术和经济上更为可行。增强体的原位合成，避免了增强体的污染问题，也避免了熔铸过程中存在的润湿性问题，有利于制备性能更好的复合材料。然而，为了低成本高效制备高性能的钛基复合材料尚有许多问题需要解决。因此，从理论和实验上研究这些问题，对低成本高效制备高性能的钛基复合材料具有非常重要的理论和实际意义。

针对金属基复合材料发展应用中的关键问题??成本和性能，本文开发设计了新型的钛基复合材料的制备工艺，可以低成本高效制备性能优异的钛基复合材料。即可利用钛与碳化硼、硼及石墨之间的自蔓燃高温合成反应，采用普通的钛合金冶炼工艺制备出单纯TiB晶须、单纯TiC颗粒增强或TiB晶须和TiC粒子混杂增强的钛基复合材料。为了拓展钛基复合材料的应用领域，为制备高性能的钛基复合材料打下坚实的基础，本文的研究主要包括以下几个方面工作：

1、研究了利用钛与石墨、硼及碳化硼之间的反应制备TiB和TiC增强钛基复合材料的原位合成机理。利用热力学理论计算了钛与石墨、硼、碳化硼反应的Gi自由能DG和反应生成焓DH，结果表明：各个反应的Gi自由能DG值都为负值，说明在热力学上上述反应是可行的。虽然在热力学上可以利用钛与碳化硼之间的化学反应合成TiB2和TiC增强体，但从化学平衡考虑，TiB2不能稳定存在于过量钛中，因此能够稳定存在于普通钛合金中的增强体为TiB和TiC。上述反应都为高放热的反应，从理论上讲绝热温度都大于自蔓燃高温合成的判据，表明反应能自发维持。

2、利用非自耗电弧炉和自耗电弧炉经普通的钛合金铸造工艺制备出单纯TiB晶须、单纯TiC颗粒增强或TiB晶须和TiC粒子混杂增强的钛基复合材料。X射线衍射分析结果表明：原位合成的增强体为TiB、TiC。这些增强体分布非常均匀，主要呈现为短纤维状、树枝晶状和等轴或近似等轴状。电子探针和带能谱的扫描电镜分析结果表明：短纤维状增强体为TiB，而树枝晶状和等轴或近似等轴状增强体为TiC。实验结果与理论分析一致，这为原位自生钛基复合材料的工业化生产提供了依据。

3、研究了原位合成钛基复合材料增强体的生长机制，结果表明：增强体的生长机制与凝固过程及增强体的晶体结构密切相关。原位合成的增强体以形核与长大的方式从熔体中析出而长大。对于原位合成TiB和TiC混杂增强的钛基复合材料，经历了析出初晶、二元共晶和三元共晶三个阶段。由于不同的晶体结构，增强体TiB与TiC形成不同的生长形态。TiB具有B27晶体结构，易于沿[010]方向生长长成短纤维状，而且TiB横截面的形状呈多边形，其晶面主要由(100)、(10)和(101)组成。同时，在TiB的(100)面上容易形成层错。而TiC具有NaCl型对称结构，容易长成树枝晶状、等轴状和近似等轴状。发现原位合成的增强体TiB容易在（100）面上形成高密度的层错，层错的形成与增强体的晶体结构、生长机制有关，同时也有利于降低增强体与基体合金界面的晶格畸变。而原位合成增强体TiC的晶格比较完整，偶尔在(111)面上形成孪晶，该孪晶结构在增强体形核与长大的过程中形成。

4、研究了合金元素铝的加入对原位合成钛基复合材料微结构及力学性能的影响。合金元素铝的加入，并不改变复合材料的物相组成，也不改变复合材料的凝固过程，但由于合金元素的存在，阻碍了增强体的形核与长大过程，导致形成的TiB和TiC初晶更为细小，尤其是使TiC增强体易于形成等轴状。合金元素铝不仅固溶强化了基体合金，而且细化增强体也有利于提高复合材料的力学性能。

5、利用透射电镜、高分辨透射电镜对原位合成(TiB TiC)/Ti复合材料界面微结构进行研究和分析，发现两种增强体与基体的界面均为清洁界面，为直接的原子结合、界面结合状况良好。TiC增强体与基体合金没有确定的位相关系，而TiB增强体与基体合金存在以下位相关系：、、(0002)Ti//(001)TiB和以及、(0002)Ti//(200)TiB和。该位相关系在凝固过程中形成，与增强体的晶体结构及基体合金的晶体结构密切相关，形成该位相关系有利于降低增强体与基体合金界面的晶格畸变能。

6、研究了铸态钛基复合材料和热锻后高温钛基复合材料的力学性能。由于原位合成增强体的加入，钛基复合材料的力学性能与相应基体合金比较有了明显的提高，在增强体含量为8％时，其弹性模量E、屈服强度s0.2和抗拉强度分别达到131.2GPa，1243.7MPa和1329.8MPa，与基体合金Ti6242比较分别提高了19.3，47.4和45.5。其强化机理主要来源于增强体承载、晶粒细化及高密度位错的形成。石墨的加入，形成更多等轴状、近似等轴状TiC粒子有利于提高复合材料的室温性能，这与短纤维状TiB的存在导致复合材料低应力断裂有关。

7、研究了原位合成钛基复合材料的高温瞬时拉伸性能。在600oC、650oC和700oC的抗拉强度分别超过800MPa，750MPa和650MPa，与高温性能较好的IMI834合金比较，在600oC的抗拉强度提高幅度超过25。随着温度的提高，其屈服强度、抗拉强度降低，塑性提高，但与基体合金比较高温强度有了明显的提高。断口分析表明：低温时，裂纹由增强体断裂引起，而在高温时裂纹最先在短纤维晶须TiB的端面上形核，然后裂纹扩展到基体合金中，最后导致材料失效。说明低温时，增强体承载对提高复合材料的力学性能非常有利，而在高温时，其强化作用主要由增强体与位错的交互作用引起。位错容易在短纤维状晶须TiB的端面处塞积，形成裂纹源导致材料失效。因此与等轴状及近似等轴状增强体TiC比较，短纤维状增强体TiB对复合材料高温力学性能的强化效果要低一些。这也是石墨的加入形成等摩尔的TiB和TiC增强体有利于提高复合材料高温性能的主要原因。

8、研究了原位合成钛基复合材料的高温蠕变性能和持久断裂性能。原位合成钛基复合材料的高温蠕变经历了典型的蠕变变形的三个阶段。蠕变持久强度与基体合金比较有了明显的提高。持久强度与温度及载荷密切相关，温度和载荷的提高都降低复合材料的高温蠕变和高温持久性能。石墨的加入形成更多的TiC粒子，同样有利于提高钛基材料的持久强度。在高温、持久载荷作用下，材料的失效仍然主要由短纤维端面处形成裂纹而导致材料失效引起。

本研究首先从理论上分析了原位合成TiB、TiC及TiB和TiC混杂增强钛基复合材料的原位合成机制，并以此为基础开发出了一种新型钛基复合材料加工工艺。利用该工艺钛合金生产厂家可以在不改变设备和工艺的条件下，低成本高效制备高性能的钛基复合材料。而采用该原位合成工艺制备复合材料的性能是可设计和可控制的，针对不同的应用条件，可以设计不同成分的基体合金及不同含量、不同配比增强体的复合材料以满足不同的需求。从合金相图、增强体晶体结构及凝固理论相结合分析了原位合成增强体的生长机制、生长形态、分布状态以及界面微区特征。研究了钛基复合材料的微观组织对钛基复合材料力学性能的影响规律。这些研究为以后制备高性能的钛基复合材料和拓展 钛基复合材料的应用领域打下了坚实的理论基础和为批量生成提供了实用途径。近两年来，研究成果引起了国家航空航天部门的关注，国家“十五”军工重点课题和航天支撑基金、航天创新基金课题获得了批准。并将用于我国的先进战略导弹XX－2改，战术导弹XX－19及新一代洲际导弹和潜地导弹的构件。鉴于该技术在国防军工方面具有的战略意义以及在民用领域的潜在应用前景，与国内大型钛合金加工企业—宝钢集团五钢有限公司开展产业化研究，完成了该材料的中试过程，实现了新型钛基复合材料的工业化生产。研制开发的材料近期将在国家战略、战术武器、宇宙飞船等方面得到验证和应用。并将逐渐推广应用于民用领域，为国民经济的发展作出贡献。

关键词非连续增强钛基复合材料，原位合成，生长机制，凝固，晶体结构，微观结构，力学性能，位向关系，界面结构

Fabrication,MicrostructureandMechanicalPropertiesofinsituSynthesizedTitaniumMatrixComposites

ATRACT

Duetoincreasingrequirementfortitaniumalloywithhighpropertiesinhightechnologyera,discontinuouslyreinforcedtitaniummatrixcompositesownthefollowingadvantages:highecificstrength,highecificmodulus,highelevatedtemperatureproperty,wearresistanceandlowfabricatingcost,sotheyhavebecometheresearchhotot.Theproceingtechnique,microstructureandmechanicalpropertieshavebeenexteivelystudied.However,themainaimisdiscontinuouslyreinforcedtitaniummatrixcompositepreparedbytraditionaltechniquesuchaspowdertechnologyandliquidmetallurgy,wheretheceramicparticlesaredirectlyincorporatedintosolidorliquidmatricesreectively.Inthispaper,paredwithtraditionaltechnique,insitutechniqueownthefollowingadvantages:thetechniqueisverysimpleandthepropertiesareexcellent,soitiseasiertofabricatetitaniummatrixcompositesintechnologyandeconomic.Theinsitusynthesisofceramicparticleavoidsthepollutionofreinforcementsandwettabilityexistingincastingtechnique,soitisvaluabletofabricatetitaniummatrixcompositeswithbetterproperties.However,therearestillquitealotofproblemstoberesolvedinordertofabricatetitaniummatrixcompositeswithhighpropertiessimplyandatlowfabricationcost.Therefore,theresearchontheseproblemsintheoryandexperimentisveryimportant.

Itiswellknownthatthekeyproblemindevelopmentandalicationofmetalmatrixcompositesiscostandproperty.Anewtechniquehasbeendesignedtoproducetitaniummatrixcomposites,inwhichitispoibletofabricatetitaniummatrixcompositeswithhighpropertiessimplyandatlowfabricationcost.TitaniummatrixcompositesreinforcedwithTiBwhisker,TiCparticleorTiBwhiskerandTiCparticle,wereproducedbycommontitaniumalloycastingtechniqueutilizingtheself-propagationhigh-temperaturesynthesisreactiobetweentitaniumandboron,graphite,B4C.Inordertodeveloptheutilizationareaoftitaniummatrixcompositesandmakebasisforproducingtitaniummatrixcompositeswithhighproperties,thefollowingworkshavebeendeveloped.

1.InsitusynthesismechanismoftitaniummatrixcompositesreinforcedwithTiB,TiCorTiBandTiCutilizingthereactiobetweentitaniumandboron,graphite,B4Chavebeeninvestigated.GifreeenergyDGandformationenthalpyDHofreactiobetweentitaniumandboron,graphite,B4Cwerecalculatedbythermodynamictheory.TheGifreeenergyDGofabovereactioisnegative,whichindicatesthattheabovereactioallcantakeplace.ItispoibletosynthesizeTiB2andTiCutilizingthereactionbetweentitaniumandB4C.However,coideringfromchemicalbalance,TiB2cannotexistintitaniummatrixalloystably.Theabovereactioreleasequitealotofheat.Moreover,theadiabatictemperatureisgreaterthanthetheoreticalcriterion,whichindicatesthatthereactioncanbesustainedbyitself,namelyself-propagationhigh-temperaturesynthesisreactioncanoccur.

2.TitaniummatrixcompositesreinforcedwithTiBwhisker,TiCparticleorTiBwhiskerandTiCpart iclehavebeenproducedbynon-coumablevacuumarcremeltingfurnaceandcoumablevacuumarcremeltingfurnace.TheresultsofX-raydiffractionshowthattheinsitusynthesizedreinforcementsareTiBandTiC.Thereinforcementsweredistributeduniformlyinmatrixalloy.Theshapesofreinforcementsareshort-fibreshape,dendriticshapeandequiaxedshapeornear-equiaxedshape.Thereinforcementwithshort-fibreshapeisTiB,thereinforcementwithdendriticshapeandequiaxedshapeornear-equiaxedshapeisTiC.Theexperimentalresultisingoodagreementwiththeoreticalresult,whichprovidesgistforcommercialproductionofinsitusynthesizedtitaniummatrixcomposites.

3.Thegrowthmechanismsofreinforcementsininsitusynthesizedtitaniummatrixcompositeshavebeeninvestigated.Thegrowthmechanismsarecloselyrelatedtosolidificationpathsandcrystalstructures.Thereinforcementsdiersefrommeltandgrowinthewayofnucleationandgrowth.FortheinsitusynthesizedTiBwhiskerandTiCparticlereinforcedtitaniummatrixcomposites,thereinforcementsundertakethefollowingthreestages:primarycrystal,binaryeutecticandternaryeutectic.Duetothedifferentcrystalstructures,TiBandTiCgrowindifferentshapes.TiBisliabletogrowalong[010]directionandformshort-fibreshapeduetoit’sB27crystalstructure.TheshapeofTiBatcrosectionispolygon,thecrystalfacesarecomposedwith(100),(101)and(10).Moreover,thereisstackingfaultinTiBandthestackingfaultislikelytoformat(100)crystalface.TiCwithNaClcrystalstructuregrowsindendritic,equiaxedornear-equiaxedshape.

4.Theeffectsofaluminumadditiononmicrostructureandmechanicalpropertiesofinsitusynthesizedtitaniummatrixcompositeshavebeeninvestigated.Theadditionofalloyingelementaluminumdoe’tchangephasesandadjustthesolidificationpath.However,thealloyingelementhindersthenucleationandgrowthofreinforcementsthatresultinmorefineTiBandTiCreinforcementsandmakeTiCreinforcementsgrowwithequiaxedparticleseasily.Aluminumnotonlystrengthethematrixalloybysolidsolutionstrengthening,butalsoimprovesthemechanicalpropertiesbyrefiningthereinforcements.

5.TheinterfacialmicrostructuresofinsitusynthesizedTiBwhiskerandTiCparticlesreinforcedtitaniummatrixcompositeshavebeenoervedbymeaoftramiionelectronicmicroscopyandhigh-resolutiontramiionelectronicmicroscopy.Theresultsshowthattheinterfacesareveryclean.Theyarebondedwell.ThereisnocoistentcrystallographicrelatiohipbetweenTiCandtitanium.However,therearefollowingcoistentcrystallographicrelatiohibetweenTiBandtitanium:,,(0002)Ti//(001)TiB,and,,(0002)Ti//(200)TiB.Moreover,itiscloselyrelatedtothecrystalstructuresofreinforcementandmatrixalloy.Theformationofabovecrystallographicrelatiohiisvaluabletodecreasetheenergyoflatticestrainbetweenreinforcementandmatrixalloy.

6.Themechanicalpropertiesofcast-titaniummatrixcompositesandhigh-temperaturetitaniummatrixcompositesafterhot-forginghavebeeninvestigated.Duetotheincorporationofinsitusynthesizedreinforcements,themechanicalpropertiesimproveobviouslycomparedwithmatrixalloy.Whenthevolumeofreinforcementsis8,theYoung’smodulusE,yieldstrengths0.2andteilestrengthare131.2GPa,1243.7MPaand1329.8MPa,reectively.Theyimprove19.3,47.4and45.5,reectively.Thestrengtheningmechanismsincludethefollowingfactors:undertakingloadofreinforcements,refinementofgrainsizeandformationofhigh-deitydislocatio.TheadditionofgraphiteformsmoreTiCparticleswithequiaxedornear-equiaxedshapethatisvaluabletoimprovethemechanicalpropertiesoftitaniummatrixcompositesatroomtemperature.ThisisrelatedtoexistingofTiBthatresultfractureofcompositesatlowlevelofaliedstrain.

7.Theultimateteilemechanicalpropertiesoftitaniummatrixcompositesatelevatedtemperaturehavebeeninvestigated.Theultimateteilestrengthsofinsitusynthesizedtitaniummatrixc ompositesat600oC,650oCand700oCare786.1MPa,657.4MPaand564.3MPa,paredwithIMI834alloy,theultimateteilestrengthat600oCimproves23.8.Astemperatureincreases,theyieldstrengthandultimatestrengthdecrease,paredwithmatrixalloy,themechanicalpropertiesathightemperatureofinsitusynthesizedtitaniummatrixcompositesimproveobviously.Theanalysisoffracturesurfacesshowthatcrackareformedduetothefractureofreinforcementsatlowtemperature,whilethecracksarelikelytonucleateattheendsofshort-fibreTiBandpropagatetomatrixalloyathightemperaturesothatcompositesfailure.Theyindicatethatundertakingloadofreinforcementsisvaluabletoimprovethemechanicalpropertiesatlowtemperature.Athightemperature,thestrengtheningeffectresultsfromtheinteractionbetweenreinforcementsanddislocatio.DislocatioareliabletoaccumulateandentangleattheendsofTiBwhiskers,paredwithequiaxedornear-equiaxedTiCparticle,thestrengtheningeffectofTiBwhiskerontitaniummatrixcompositesislowerthanthatofTiC.ThisisalsothemainreasonthattheadditionofgraphitetoformmoreTiCisvaluabletoimprovethemechanicalpropertiesathightemperature.

第3篇：复合材料论文范文

论文关键词：TiC_P复合材料,动态拉伸性能,高应变率,位错

 

1　引言

颗粒增强金属基复合材料因其具有较高的比强度、比刚度以及良好的加工性能在结构和工程上得到越来越广泛的应用［1］。但复合材料强度提高的同时，其延性却明显下降。近年来，国内外的学者对复合材料的弹塑性性能进行了广泛的研究［2-7］，内容涉及失效机制，如颗粒的断裂、基体和增强颗粒界面的脱粘、基体的延性失效及加工工艺及热处理对复合材料性能的影响等。

大多数金属材料和金属基复合材料的强度会随应变率的提高而提高，且复合材料的应变率敏感性通常取决于基体的应变率敏感性以及基体和增强颗粒界面的结合情况等。本文将对TiCp/Ti 复合材料的动态拉伸性能进行研究，建立其率相关的本构关系，并从微观角度讨论其强化断裂机理、应变率敏感性以及复合材料应变率敏感性高于基体的原因。

2动态拉伸试验

2.1　试验系统及原理

冲击拉伸试验在中国科技大学的旋转盘式杆—杆型冲击拉伸试验机（SHTB）上进行，试验装置如图1所示。SHTB实验装置由旋转盘式加载系统、撞块、输入杆和输出杆组成。加载装置是一个直径为1.4米，转动线速度可以达到100m/s的飞轮。前置理想弹塑性金属短杆通过螺纹与撞块和输入杆连接，受拉伸试件用耐冲击高强度聚炳烯酸粘接剂与输入杆和输出杆的叉口相粘接。当飞轮边缘的线速度达到预先设定的数值时，安装在高速旋转盘上的双片锤头（1）瞬间被弹出并以该线速度打击撞块（2），这时同输入杆相连的理想弹塑性前置金属短杆（3）被拉断，从而在输入杆（4）中产生一近似拉应力方波脉冲。当入射应力脉冲沿输入杆向右传播到试件（5）后，一部分反射回输入杆（6）中，另一部分通过试件传入输出杆中，并在输入杆和输出杆中分别产生反射波和透射波。拉伸脉冲的幅度、宽度、和上升沿是由金属短杆的直径、长度和锤头的打击速度来决定的。贴在输入杆和输出杆上的三组半导体应变片（7）分别测得入射波、反射波和透射波，通过超动态应变仪（8）放大后被存

TCL双通道瞬态波形存储器（9）中。

根据一维应力波理论可得试件中的应力、应变和应变率分别为

（1）

国家自然科学基金(No.90305018)资助项目、北京林业大学优秀青年教师科技创新项目（YX2010-6）.

（2）

（3）

其中，和分别为试件的横截面面积和长度； ，和 E 分别为输入/输出杆中弹性波的波速、杆的横截面面积以及弹性模量。

2.2　试验材料

试验所用的钛合金基体（T650）和TiC颗粒增强钛基复合材料（TP650）均由西北有色金属研究院自行研制并提供。TiC增强颗粒的平均粒度为5，体积百分比为3%；复合材料TP650采用PTMP（Pre-treatment melt process）法制备，颗粒在复合材料中呈弥散分布，界面反应层稳定。基体和复合材料试样均采用简单的退火，其热处理参数为：800℃/1小时＋空冷。

试件设计成扁平的哑铃状，厚度1.1mm，形状、尺寸和形位公差设计如图2所示。

TiC颗粒和钛合金基体的物理和力学性能如表1所示。

表1 TiC颗粒和钛合金基体的物理和力学性能

Table 1 The Mechanical properties of TiCPparticles and Titanium alloy matrix

 

材料

TiC颗粒

基体T650

密度/ g/cm3

4.43

4.51

杨氏模量E/ GPa

460

118

剪切模量G/ GPa

193

43

泊松比

0.188

0.35

热膨胀系数/ ×10-6/K

第4篇：复合材料论文范文

[关键词] 知识图谱;共词分析法;焊接学;材料学

[中图分类号] G434 [文献标识码] A 文章编号：1671-0037（2015）08-80-6

Analysis of the Hot Spot and Research Trend of the Material Engineering Discipline based on the Common Word Knowledge Map

Zhang Xuezhao1，2

（1.Library of Henan University of Science and Technology， Luoyang Henan 471023; 2. Libraryof Zhoukou science and technology Career Academy， Zhoukou Henan 466000）

Abstract：In this paper， the latest scientific metrology technology―knowledge map is applied to the material engineeringdiscipline in our country. Through taking the two disciplines （Materials Science and Welding） as the research objects， a total common word knowledge mapsof thetwo disciplines were constructed， tohighlight the research hotspot， research trends and development of thetwo disciplines.

Keywords：knowledge map; commonword analysis; welding; Materials Science

1 研究内容

将材料学和焊接学两门学科作为研究对象，以CSCD国内权威数据库的作为数据源，采用计量学中的共词分析方法，对1989～2013年材料学、焊接学等学科文献的关键词进行统计，并利用聚类分析、因子分析、多维尺度分析以及社会网络分析等方法和相关软件，构建这两门学科的关键词词频分布表、类团关系图等，通过对所构建的两个学科的共词知识图谱进行详细比较对比，分析两门学科的当前研究热点、研究趋势及前景。

2 研究方法及过程

2.1 数据来源

本文采用的数据来源于《中文社会科学引文索引》检索系统。本文选取CSSCI1989～2013年收录的期刊----钢铁研究学报和复合材料学报、电焊机和焊接技术做样本，套录该期刊文献的所有题录信息。具体方法：打开CSSCI检索界面，收录年限选定为1989～2013，在[来源文献]检索界面的[期刊名称]中分别输入“钢铁研究学报、复合材料学报和电焊机、焊接技术”期刊刊名，[匹配]限定为“精确”，同时[每屏显示]设定为50条，套录这些期刊在这一时期内文献的题录信息，然后将得到的数据分别整理后，分别得出在这一时期内材料学和焊接学题录数据库。然后通过利用C#自编的计算机程序，按照频次由高到低排列，得到一个材料学和焊接学的关键词排名，频次总数分别是16 057个和21 622个。

2.2 数据处理说明

从两个学科关键词排序中分别截取一定频次的关键词，其中材料学关键词截取词频大于22次、焊接学关键词截取词频大于50次，由此，得出了两个学科的99个和102个高频关键词。再将这些类似性质的关键词进行归整，从而分别确定了两个学科的80个和63个高频关键词表，将这两个关键词表（见表1-1、表1-2）作为共词分析我国材料工程学科的基础。

2.3 构造关键词共词矩阵

2.3.1 构造原始共词矩阵

由于以上两个学科选定的关键词是材料工程学科论文中出现频率最高的词，它们代表了当前我国材料工程学科的研究热点。为了能进一步更好地反映这些关键词之间的关系，本论文对这些高频关键词作如下处理：在已建立的题录数据库中，利用自编的计算机程序分别对两个学科确定的80个和63个高频关键词两两进行共词检索，经过统计分析，得到了一个80×80的共词矩阵（部分数据见表1-3）和一个63×63的共词矩阵（部分数据见表1-4）。

以上两个表格中的共词矩阵是一个相关、对称矩阵，对角线上的数据为该词出现的频次，主对角线单元格的数据为两个关键词共同出现的频次。

2.3.2 构造相关矩阵

本文在对两个学科的原始矩阵进行包容处理时采取Salton指数法，处理数据部分结果见表1-5和表1-6，Salton指数法的计算公式为[3]：S=Nij/（Ni×Nj）1/2（3-1）。其中，Ni，Nj分别表示关键词i和j的频次，Nij表示关键词i和j共现的频次。

以上两个表格相关矩阵中的数字为相似数据，数字的大小表明了相应两个关键词之间的距离远近，数值越大则表明关键词之间的距离越近，相似度越好;反之，数值越小则表明关键词之间的距离越远，相似度越差。

2.3.3 构造相异矩阵

由于相关矩阵中的‘0’值过多，统计时容易造成误差过大，为了方便进一步处理，两个学科相异矩阵的部分数据详见表1-7和表1-8。

以上两个表格相异矩阵中的数据，正好与相关矩阵相反，数值越大则表明关键词之间的距越远，相似度越差;反之，数值越小则表明关键词之间的距离越近，相似度越好。

2.4 聚类方法与聚类图

具体方法：在SPSS17.0软件界面中输入要分析的相异矩阵，然后选择[分析]――[分类]――[系统聚类]进行聚类分析。聚类方法选择组间距离法;度量标准--区间选择共词聚类分析中最常用的欧氏距离（Euclideandistance）。

3.5 构建类团关系图

类团关系图主要用连线的粗细来明确类团间的关系强弱，类团间的关系强弱以连线的粗细来表示，两个类团之间的连接线就越粗，说明他们之间的关系的关系越强，反之则亦然[4]。具体方法是首先计算出各个类团的内部联系强度与其外部联系强度，然后利用先进的社会网络分析软件pajek绘制出两个学科的类团关系图。通过对两学科类团的形成、演化、新增及消失的过程研究，动态地揭示我国材料工程学科的研究的现状、热点及发展。

3 研究结果与分析

3.1总体状况描述

材料学科（以钢铁研究学报和复合材料学报为代表）从1983年到2013年共有9 302篇论文，每种期刊年均155.03篇，平均每篇论文的关键词数为1.73个。经过规整、缩减后，这一阶段频次不小于22次的高频词共80个，其中，复合材料、力学性能、显微组织、有限元分析、层合板、数值模拟等出现200次以上，说明网络环境下以复合材料为核心的材料性能分析是这一阶段的研究热点，具体分析内容主要体现在材料的力学性能分析、有限元分析、数值模拟分析等方面。

焊接学科（以电焊机和焊接技术为代表）从1984年到2013年共有11 778篇论文，每种期刊年均196.3篇，平均每篇论文的关键词为1.84个。这一学科（焊接学科）论文总数与材料学科相比基本持平，但是篇均关键词数却略有上升。经过规整、缩减后，这一阶段频次不小于50次的高频词共63个，与材料学科相比，焊接工艺以2 368次居于首位，焊机、焊缝、焊接电源、焊接控制、焊接质量、焊接电流、电焊、埋弧焊、焊条等是出现200次上的高频词，可见，在该学科目前的主要研究热点是焊接设备、焊接工艺、焊接工业参数等方面。这些方面的研究直接决定或影响到焊接质量和焊接效果，这也与生产实际紧密结合，充分体现了这一学科的实践性。

3.2 研究主题的异同

从材料学科形成的聚类图可以看出，我国材料学科的主要热点研究领域、研究主题、研究热点可以总结为以下几个方面：

3.1.1 材料工艺、参数研究

这方面的研究是我国材料学科研究领域研究成果最丰硕的部分之一。该类团群主要包括“材料热处理类团”“材料工艺性能研究类团”两个类团。在该阶段，从关键词聚类分析结果来看，随着有计算机技术、数据/值模拟仿真技术及材料热处理技术的发展。材料学科研究动态主要表现在以下两个方面：第一，材料分析、材料加工更加精准化。第二，材料热处理参数、方法始终是材料学科发展的重点。

3.1.2 工程材料研究

工程材料研究始终是材料学科研究的主要方向。工程材料类团群主要包括金属材料类团、非金属材料类团、复合材料类团。金属材料类团一直是材料学科发展的主流，各种有色金属它们是现代各种机器零部件的生力军，它们为材料学科的发展奠定了基础。复合材料类团的研究是材料学科发展的延续和补充。在现当代化生产中，随着对材料性能需求的日益提高，单纯的金属材料性能已经不能满足各类机器零部件的使用要求，为此复合材料的研究被材料学家们纳入了研究领域，并且自从复合材料进入研究领域开始，到现在，乃至未来，复合材料的研究都将经久不衰，这一点从关键词词频分布都可以看出：复合材料出现的频次排列第一、层合板、金属基复合材料、高温合金、陶瓷基复合材料、复合材料结构等关键词的都属于这一类团，并且频次分布也很靠前。

3.1.3 材料性能缺陷研究

材料性能缺陷研究也是我国材料学科乃至全世界材料学科研究的主题。这一研究类团群主要包括材料加工方法类团和材料缺陷类团。材料缺陷类团包含的关键词主要有：疲劳、裂纹、磨损、断裂、夹杂物等，这些关键词频次的分布在本研究统计中占有相当的比重，由此可以看出怎样预防材料的各种缺陷，提高材料的加工及使用性能，至关重要。紧接着引出了材料学家们所关注的材料的加工类团（转炉、电弧炉、热轧、冷轧、轧制等）。虽然这一类团群的关注度不如工程材料研究，也不如材料工艺参数的研究。但是无论从各种工程材料来说，还是从各种材料的工艺参数研究来说其目的都是怎样去避免材料的各种缺陷，从而提高和改善材料的加工性能、使用性能，达到人们生产加工的目的。

从焊接学科的聚类图可以看出，我国焊接学科的主要热点研究领域、研究主题、研究热点可以总结为以下几个研究方向：

3.1.3.1 焊接工艺参数研究。同材料学科一样，焊接学科的焊接接工艺参数研究是本学科的研究主题和重点。在这一类团群中焊接工艺这一关键词在频次表中出现的次数达到了2 368次，可见在焊接学科中，工艺参数研究所站的比重和地位。焊接工艺规范、焊接工艺参数、焊接手法等方面是这一类团研究的主题，而这一研究主题随着焊接设备和焊接方法的不同焊接工艺亦有不同。

3.1.3.2 焊接类型方法研究。这一类团是一个大面类团，焊接类型和方法直接决定或影响焊接工艺、决定了焊接设备、焊接工具的选择。这一类团的关键词主要有：手工电弧焊、堆焊、焊接方法、激光焊接、搅拌摩擦焊、点焊、埋弧焊、钎焊、氩弧焊、气体保护焊等。随着焊接技术的发展及焊接质量要求的提高，该类团正朝着自动焊接、机器人焊接等自动化方向发展。

3.1.3.3 焊接工程、工具、材料研究。焊接工程、工具、材料这一类团群涉及焊接材料、焊接环境、焊接设备工具，从而间接地决定焊接方法的选择、焊接工艺流程。这一研究类团，从各种焊接对象材料（管道、铝合金、不锈钢、奥氏体不锈钢等）说起，涉及了焊接结构、焊接工程、工程建设及焊接应用。分析了焊条、药芯焊丝的使用环境、使用方法等。这一主题类团的研究，是该学科研究的基础，研究主题关键词虽然词频分布没有排在前列，但关键词词频分布的范围广。未来该主题的研究将朝着细化焊接工具方向，具体可能以焊接工具研究所形式出现。

3.1.3.4 焊接质量控制研究。这一类团的研究主题是焊接学科研究的目的所在。不管焊接工艺如何合理、焊接方法如何选择、焊机及焊接工具的选择的多么具有针对性，其最终目的是获得优质的焊接质量。在这一研究主题中，分析了各种焊接缺陷（裂纹、缺陷、变形等）各作者、学者提出了如何规避焊接缺陷的各种方法、技巧。目前这一研究主题随着焊接材料的多样化，生产要求的提高而日益严峻，机器人技术、自动焊技术的发展对焊接质量的提高起着决定性的作用，但其普及应用任重而道远。

4 类团关系分析

确定了材料学科、焊接学科类团后，就可以研究各学科类团间的相互关系，找出哪些类团是核心类团，它与其他类团之间联系密切;哪些类团是非核心类团，它与其他类团之间联系疏松;哪些类团与其他任何类团都没有任何关系，属于相对独立类团。为此，笔者根据各类团之间的内、外相互关系，利用pajek软件绘制出了既能反映自身类团的内部联系强度又能反映这个类团与其他类团的外部联系强度的类团关系图（如图1-1、图1-2所示）。在图中，类团的内部联系强弱用节点的大小来表示，节点越大，表明该类团的内部联系强度越小，反之，则相反;节点连线的颜色深浅和连线的粗细程度和表示两节点间的外部联系强度，两节点间连线颜色越深、连线越粗，则表示两类团之间的外部联系强度越大，反之，则相反。

图1-2 焊接学类团关系图

5 结语

本部分研究采用共词分析方法，利用聚类分析、先进的社会网络分析方法和软件Pajek，分别绘制出材料学科和焊接学科两学科的聚类图、类团关系图，对两个学科：材料学科和焊接学科研究主题进行了较为详细的对比分析。通过分析对比得出两个学科的发展变化特点：

5.1 材料学科和焊接学科都属于工学学科，其发展研究主题存在共性

从两个学科的研究主题来看，我国材料学科研究领域、研究热点体现在复合材料、材料工艺参数研究、材料性能缺陷研究上，而焊接学科体现在焊接工程、工具材料、焊接工艺参数研究、焊接质量（缺陷）控制上。两个学科之间研究主题框架基本一致，其目的都是为了满足生产实践，都是为了规避缺陷（材料缺陷、焊接缺陷），提升加工质量。

5.2 热点研究领域显现新特征

两大学科的热点研究领域各有新特征：材料学科的陶瓷基复合材料、铝基复合材料、有限元分析、数值模拟等;焊接学科的自动焊技术、机器人技术等。

5.3 两个学科研究范围和内容具有一定的连续性、阶段性、变化性

两个学科不论是材料学科还是焊接学科都是从工程材料研究到工艺参数研究，最后再到性能缺陷研究，整个研究过程呈现出连续性、稳定性、阶段性、变化性的特点。每个阶段在各自基础上由细化整体上呈现发展性。

参考文献：

[1] 秦长江.基于共词知识图谱的人文学科研究热点可视化的实证研究[J].图书馆理论与实践，2010（12）.

第5篇：复合材料论文范文

关键词：纳米复合材料；纳米粘土；碳纳米管；纳米石墨片；阻隔性；阻燃性

[中图分类号]TQ323.6[文献识别码]A[文章编号]

纳米复合材料的发展还处于成长期，据预测，在未来几十年内，它们将被证明是改变塑料工业面貌的最强有力的事物。只要通过熔融共混或原位聚合在聚合物中添加2％～5％的纳米颗粒，复合材料的热－机械性能、阻隔性能和阻燃性能将会得到戏剧性的提高。在提高耐热性、尺寸稳定性、导电性方面，它们也能超越普通填料和纤维填料。

纳米尺度的增强塑料在汽车和包装业已经市场化，尽管利润不是太高，发展速度也比预期的慢。但是就像热心的研究人员和商业界人土在最近发表的多篇论文所指出的，纳米复合材料的发展步伐将大大加快[1-3]。

美国商业通讯有限公司（BCC）的市场调查报告指出，在2003年，世界市场上的聚合物纳米复合材料的总产量为二千四百五十万镑，价值九千余万美元。BCC还指出，纳米复合材料的市场年增长率将会达到18.4％，到2008年产值将会达到两亿多美元。

在研究开发和实际应用中处于领先地位的纳米填料是纳米粘土、纳米滑石、碳纳米管和石墨片。但是其它如合成粘土、多面体低聚硅倍半氧烷(POSS)、以及像亚麻和苎麻之类的天然纤维也在被积极地开发。

1．最常用的纳米填料

目前最受人们关注并率先投入商业应用的两类纳米填料是纳米粘土和碳纳米管。这两种纳米填料必须进行化学处理来改变其表面性质，以促进填料在树脂中的均匀分散，改善填料和树脂的相容性，这样才有可能达到最佳的改性效果。这两种纳米填料能显著地改善塑料的结构、热性能、阻隔性和阻燃性。碳纳米管还能提高塑料的导电性。

到目前为止，由于价格低，纳米粘土显示出了最强的商业竞争能力，它的价格为2.25-3.25美元/镑，可以被广泛地用于热塑性聚烯烃、绦纶、聚苯乙烯和尼龙等。

研发和应用最多的是蒙脱土（一种层状硅铝酸盐），它的单个片层直径约1微米，厚度约1纳米。美国国内两家主要的生产商是Nanomer公司和南方粘土产品公司。这两家公司和树脂与改性剂供应商、复合材料生产商、汽车零部件生产商和包装公司联合进行研究开发，相关研究成果都申请了专利,不少研究成果在商业上取得了成功。

通用汽车公司已经率先将纳米复合材料用于汽车上。通用汽车公司宣布在2002款GMC旅行车和ChevroletAstro客货两用车车体外的脚踏板上使用了纳米复合材料。在2003和2004款车型上也使用了纳米复合材料部件。稍后，通用汽车公司在它的体积最大的车型，2004款的ChevroletImpala汽车的车体两侧使用了聚丙烯／粘土纳米复合材料。这种复合物是由密执根州Warren市的通用汽车公司研发中心与Basell北美公司、南方粘土产品公司联合开发的。

最新的应用是在20__款的GMHummerH2汽车上。这种车车箱底的中心大梁、方向盘和车尾的保险杠上用了大约7镑重模塑成型的彩色纳米复合材料部件。这种材料是Basell公司研发的热塑性聚烯烃/纳米粘土复合材料。

纳米粘土能提高塑料的力学强度，而碳纳米管则能赋予塑料以导电性和导热性。碳纳米管的商业潜力受到它的高价格的制约，其价格高达100美元/克，它的聚合物母料在市场上可以50美元／镑左右的价格购得。但从上世纪九十年代未以来，美国生产的几乎每一辆汽车中都使用了碳纳米管，典型的应用是将碳纳米管与尼龙混合以改进燃料系统的抗静电性能。含碳纳米管的防静电复合材料也能用于保护计算机的读写头。

碳纳米管包括单层和多层结构两种类型。前者的外径通常是1-2纳米，后者的外径通常是8-12纳米。他们的长度在10-100微米之间，至少有1000：1的长径比。碳纳米管的拉伸强度是不锈钢的50倍，导热性是铜的5倍。与炭黑、金属粉之类的传统填料相比，碳纳米管在增加塑料的导热性与导电性方面的能力强很多倍。

美国国内的碳纳米管供应商主要有HyperionCatalysis公司和后来的Zyvex公司。这两个供应商提供的碳纳米管聚合物母料通常含15-20的碳纳米管。

一种不同但有关联的产品是PyrografProduct公司提供的气相生长的碳纳米纤维。据称它的PyrografⅢ纳米纤维在改善导热性和导电性方面能与碳纳米管媲美，能大幅度地提高复合材料的机械性能和阻燃性（炭化）。更重要的是，碳纳米纤维的价格低得多，大约100-150美元/镑。碳纳米纤维可用于尼龙、聚丙烯和聚氨酯。

2．主要的纳米粘土复合物品种

Nanocor公司和另两家专业复合材料生产商联合开发的纳米复合材料和母料在结构材料和阻隔材料方面的应用达到了商业规模。

NoblePolymers公司新的Forte牌聚丙烯纳米复合材料已用于本田AcuraTL20__汽车。Forte取代了玻璃纤维增强聚丙烯，玻璃纤维增强聚丙烯成型困难、不透明、易于弯曲。Forte的密度只有0.928g/cc,机械性能优异,外观得到了改善,且可多次回收使用。

Noble公司报告说Forte纳米复合材料将被用于生产2006款轻型卡车的中央控制台。其它方面的应用包括办公家具（取代20％的玻璃纤维增强聚丙烯）和设备零部件，Forte能降低重量和成本。

PolyOne公司最近推出了Ma__amLST系列的聚丙烯均聚物／纳米粘土复合物，声称这种材料具有高硬度和高冲击强度。PolyOne公司还报告说通过其专利工艺,这种材料已克服了纳米粘土剥离和分散不完全的问题，它的性能达到甚至超越许多热塑性工程塑料。并称这种材料质轻、美观、易于成型、成本低。

PolyOne公司也提供纳米粘土含量达40％的纳米粘土母料（商品名为Nanoblend），Nanoblend的基体可以是均聚聚丙烯、改性聚丙烯、线型低密度聚乙烯、低密度聚乙烯、高密度聚乙烯和乙烯共聚物。一些品种专门被用于提高阻隔性能。PolyOne公司报告说最近的商业应用包括了货盘和日常用品，并详细说明了Ma__amLST可以做为工程塑料的替代品，因为它们具有良好的尺寸稳定性（这对于机器零部件是至关重要的）。而且，他们还称这种材料具有好的冲击强度和更轻的重量。Ma__amLST也可以考虑用于消费者可随意使用的用具，这是因为它具有很好的耐化学腐蚀性和硬度，其可循环使用的次数也得到了大幅度的提高。

Nanoblend也正在被考虑用于汽车内外的

热塑性聚烯烃部件。其主要优点是尺寸稳定、质轻、硬度高而冲击强度不降低。Nanoblend用于膜片，可提高其阻隔性、硬度和热变形温度，控制抗菌剂、染料等其它添加剂的迁移和挥发。用于吹塑料成型包装材料，可提高其阻隔性能，降低厚度，缩短成型周期。薄壁化和更快的成型速度对注塑成型也是有吸引力的[4,5]。3．增强效果更好的TPOs

由通用汽车公司和南方粘土产品公司发表的论文提及了汽车上的热塑性聚烯烃（TPOs）部件，其性能通过纳米粘土得到了大幅度的改进。这些改进来之不易：早先由于粘土凝聚导致的成型问题最终通过优化粘土在挤出机上的进料位置、螺杆设计、螺杆转速、成型温度和成型压力得到了解决。成型问题解决以后，TPOs纳米复合材料与传统的滑石粉填充TPOs相比，性能得到了全面的改善，性能更稳定、低温韧性更好、消除了水纹、减小了涂层的剥离和熔合痕、改进了着色能力、抗抓挠能力、抗磨损能力和再生能力。而且，更低的填料含量意味着更低的密度（密度降低3％－21％），更轻的重量粘合时需要的粘合剂更少，这有利于降低成本[6]。

在汽车上，纳米复合材料适用的部件包括仪器仪表板、摇杆套、装饰件、格栅、车盖气窗、仪器控制台、座位上的泡沫材料、车门的芯层结构材料、轴套、垂直和水平支柱、档板、引擎盖、风扇罩、进气口、燃料箱和输油管线。

除了TPO／粘土纳米复合材料外，通用汽车公司还尝试了用碳纳米管复合材料取代现在的热固性结构复合材料。通用汽车公司对用碳纳米管或短纳米纤维取代连续的碳纤维后填料含量可以降低感兴趣。碳纳米管有潜力增加塑料的导热性。

4．更好的阻隔材料

聚合物阻隔技术也通过纳米粘土得到了很大发展。三菱气体化学品公司(MGC)和Honeywell专业聚合物公司正在将Nanocor公司的纳米粘土用于尼龙以作为多层聚酯瓶和食品包装膜中的阻隔层。MGC的一种叫ImpermN的尼龙纳米复合材料在欧州已用于生产装啤酒和其它酒精类饮料的多层聚酯瓶。也正在被考虑用于生产装碳酸类软饮料的瓶子。接下来将被考虑用于生产多层热成型的装熟肉制品和干酪的包装容器，以及用于生产包装土豆片和番茄酱的软质薄膜。

Honeywell公司起初将它的Aegis牌尼龙6纳米复合材料定位于生产聚酯（PET）啤酒瓶。在2003年底，韩国的HiteBrewery公司生产了一种叫HitePitcher牌的啤酒瓶，在这种啤酒瓶中使用了含抗氧剂的Aegis，但在商业上并不成功。Aegis是三层结构中的阻隔层，据说可以提供26周的保质期。

Honeywell公司现在正将其它的不含抗氧剂的Aegis纳米复合材料代替乙烯－乙烯醇共聚物（EVOH）用于制作薄膜和包装袋。据报导，这些材料成本比EVOH低，质轻，阻隔性能更好，而且有更好的抗穿刺能力和更好的透明度（因为纳米颗粒的体积小，不会妨碍光线透过）。

美国军方和美国航空和宇宙航行局（NASA）联合马萨诸塞州Chelmsford市的TritonSystems公司正在寻求用纳米粘土提高EVOH的阻隔性能，以制备长效包装材料。它们在EVOH中加入3％的南方粘土产品公司的Cloisite纳米粘土并制成薄片，夹在两层PP片之间，通过热成型试验性地制成了食品包装盒。据报导，它不用冷藏就有3－5年的保质期，而且具有良好的透明度、成型加工性和可循环使用性能。

AlcoaCSICrawfordsville公司正在寻求一项有关共挤出阻隔材料的专利，这种材料用于生产啤酒、果汁和碳酸软饮料的塑料瓶盖。这种材料包括一层尼龙6／纳米粘土复合材料，再加上一到二层含抗氧剂的EVA。这种材料据说在高湿度（相对温度95％－96％）环境中胜过其它阻隔材料[7]。

韩国的LG化学品有限公司已经开发了一种高阻隔性的单层吹塑模塑容器，这种容器是用含3％－5％的纳米粘土的HDPE制成的，用于装甲苯和轻质的液态烃。LG报导说，与纯HDPE相比，烃溶剂在这种材料中的渗透性降低了40－200倍。

5．多用途的纳米碳

从上世纪九十年代初以来，象快速连接器、过滤器之类的汽车供油管路中的零部件中就使用了由尼龙12和纳米碳组成的内部阻隔层。HyperionCatalysis公司现在致力于将碳纳米管引入到用在汽车燃料系统中的改性尼龙和氟塑料之类的其它树脂中。一种新的氟塑料／碳纳米管复合材料正被用于制造汽车燃料管路连接器的O型圈。

在电子领域，计算机硬驱中的聚碳酸酯和聚醚酰亚胺（通用电气公司的Ultem）部件用碳纳米管进行了增强，加碳纳米管后其传导性更好，也更平滑。

在过去的三年以来，欧州一家主要的汽车零部件供应商一直在将碳纳米管用于通用电气公司的NorylGTX牌尼龙／聚苯醚合金中以制造外部的档泥板。这种导电性的纳米复合材料可以进行静电涂覆。

位于东兰辛市的密执根州立大学的复合物材料与结构中心研发了一种新的表面处理的石墨纳米片。石墨有粘土几倍的模量，有优异的导电与导热性。当加入环氧树脂后，与普通的的碳纤维和纳米尺度的炭黑相比，它导致了更好的机械性能和优异的导电性。密执根州立大学看到了它在回声探测保护和电磁干扰领域的潜在用途。塑料纳米石墨复合物预计售价为5美元／镑，比碳纳米管和气相生成的碳纤维要便宜得多。

碳纳米管除了具有传导性外，还具有其它性能。位于马里兰州Gaithersburg市的国立标准与技术研究所(NIST)的研究人员报告说在聚丙烯中加入碳纳米管不仅提高了材料的强度和性能，而且显著地改变了聚合物熔体的流动方式，事实上消除了出口膨胀。

6．纳米阻燃剂

NIST的研究人员大量的研究表明纳米粘土能有效地提高材料的阻燃性能。NIST发现在尼龙6中加2％和5％的纳米粘土后，其放热速度分别减小了32％和63％。

专业复合材料公司Foster公司最近阐述了更高含量（13.9）的纳米粘土能被加入到尼龙12弹性体中。由于能促进炭化，纳米粘土使得通常含量为50％的含卤化合物／三氧化二锑阻燃体系含量降低了一半，这显著地减小了阻燃剂对聚合物机械性能的影响。这家公司首先在2001年将尼龙12／纳米粘土复合物用于管材和薄膜。

德国的Sud-Chemie公司供应一种叫Nanofil的改性纳米粘土，Nanofil是一种阻燃剂。它最近研发了不含卤素的EVA／PE电线电缆复合材料，这种复合材料含3％－5％的新型NanofilSE3000、含52％－55％的氢氧化铝或65％的氢氧化镁。据说结果导致产品机械性能得到了改进、外观更光滑、挤出速度更快。

根据HyperionCatalysis公司的报告，两次最近的研究表明多层碳纳米管在不用卤素的情况下就可以用作阻燃剂。在EVA和顺丁烯二酸酐改性聚丙烯中，加2.4-4.8的碳纳米管后，其放热速度的降低就可以和含纳米粘土的相应复合材料媲美甚至更好。

7．纳米成核剂

纳米粘土的许多优点之一就是可以做为成核剂控制泡沫材料的泡孔结构，增强泡沫塑料包装材料的隔热性能。多伦多大学机械与工业工程系研究了化学发泡的LDPE／木材纤维复合材料的挤出成型。在复合材料中加入5％的纳米粘土减小了泡孔尺寸、增加了泡孔密度、促进了泡沫的扩散。在燃烧时，泡沫材料更易于炭化。在二氧化碳气体发泡的LDPE／纳米粘土上也得到了类似结果。

俄亥俄州立大学化工系的研究者发现少量的表面接枝了PMMA的纳米粘土能减小二氧化碳气体发泡的小孔聚苯乙烯泡沫塑料的泡孔尺寸，增加泡孔密度。俄亥俄州立大学的另一项研究成果表明在戊烷或水发泡的聚氨酯泡沫塑料中加入5％的纳米粘土可以得到更小的泡孔和更高的泡孔密度。

路易斯安娜州立大学机械工程系报导加入4％－5％纳米粘土能提高环氧树脂复合泡沫塑料的柔韧度和伸长率，这种材料是三层结构材料中的芯层材料。

参考文献：

[1]夏生,王琪.聚合物纳米材料研究进展Ⅱ:聚合物/无机纳米复合材料[J].化工研究与

应用,20__,14(2):127-132.[2]王旭,黄锐,濮阳楠.聚合物基纳米复合材料的研究进展[J].塑料,20__,29(4):25-30.

[3]S.S.Ray,K.Yamada,M.Okamoto,etal.Newpolylactide-layeredsilicatenanocomposites.2.Concurrentimprovementsofmaterialproperties,biodegradabilityandmeltrheology[J].Polymer,20__,44(3):857-866.

[4]余丽秀，洲，王秋霞等.蒙脱石／尼龙66纳米复合材料制备及性能表征[J].矿产保护与利用，20__,(5):14-17.

[5]ModestiM,LorenzettiA,BonD,etal.Effectofprocessingconditionsonmorphologyandmechanicalpropertiesofcompatibilizedpolypropylenenanocomposites[J].Polymer,20__,46(23):10237-10245.

第6篇：复合材料论文范文

口腔种植体：

口腔种植体又称为牙种植体，还称为人工牙根。是通过外科手术的方式将其植入人体缺牙部位的上下颌骨内，待其手术伤口愈合后，在其上部安装修复假牙的装置。

陶瓷材料类：包括生物惰性陶瓷、生物活性陶瓷、生物降解性陶瓷等。具有机械强度高，耐腐蚀，无刺激和毒性，与组织相容性等特点。目前在临床上也在使用。

碳素材料类：包括玻璃碳、低温各向同性碳等。优点是生物体内有较高的稳定性，无生物降解作用。

金属与合金材料类：包括金、316L不锈钢（铁一铬一镍合金）、铸造钴铬合金、钛及合金等。其优点是强度高、刚性好，但生物机械适应性和组织、骨适应性均较差。

高分子材料类：包括丙烯酸酯类、聚四氟乙烯类等。某些高分子材料与人体结构中的天然高分子有较近似的化学结构，但易被生物体降解并刺激生物体。

第7篇：复合材料论文范文

[关键词] CNTs；镁基；复合材料；制备方法

[中图分类号] TB331 [文献标识码] A 文章编号：1671-0037（2014）01-66-1.5

镁及镁合金具有密度低，比强度、比刚度高，铸造性能和切削加工性好等优点，被广泛应用于汽车、航空、航天、通讯、光学仪器和计算机制造业。但镁合金强度低，耐腐蚀性能差严重阻碍其广泛应用。

碳纳米管不仅具有极高的强度、韧性和弹性模量，而且具有良好的导电性能，还是目前最好的导热材料。这些独特的性能使之特别适宜作为复合材料的纳米增强相。近年来，碳纳米管作为金属的增强材料来强度、硬度、耐摩擦、磨损性能以及热稳定性等方面发挥了重要作用。

近些年，镁基复合材料成为了金属基复合材料领域的新兴研究热点之一，碳纳米管增强镁基复合材料的研究也逐渐成为材料学者研究重点之一。本文就目前有关碳纳米管增强镁基合金复合材料的制备技术做综述，以供研究者参考。

1 熔体搅拌法

熔体搅拌法是通过机械或电磁搅拌使增强相充分弥散到基体熔体中，最终凝固成形的工艺方法。主要原理是利用高速旋转的搅拌器搅动金属熔体，将CNTS加入到熔体漩涡中，依靠漩涡的负压抽吸作用使CNTS进入金属熔体中，并随着熔体的强烈流动迅速扩散[1]。

周国华[2]等人采用搅拌铸造法制备了CNTs/AM60镁基复合材料。研究采用机械搅拌法，在精炼处理后，在机械搅拌过程下不断加入碳纳米管到镁熔体中，搅拌时间20 min，然后采用真空吸铸法制得拉伸试样。研究结果显示，碳纳米管具有细化镁合金组织的作用，在拉伸过程中，能够起到搭接晶粒和承载变形抗力的作用。

C.S.Goh[3]等采用搅拌铸造法制备了CNTS / Mg基复合材料时，金属熔化后采用搅拌桨以450 r / min的转速搅拌，然后用氩气喷枪将熔体均匀地喷射沉积到基板上，从而制得CNTS / Mg基复合材料。力学性能测试表明，复合材料具有较好的力学性能。

李四年[4]等人采用液态搅拌铸造法制备了CNTS/Mg基复合材料。CNTS加入前首先经过了化学镀镍处理，研究采用了正交实验，考察了CNTS加入量、加入温度和搅拌时间对复合材料组织和性能的影响。研究结果表表明，CNTS加入量在1.0%、加热温度在680 ℃、搅拌3 min时，能获得综合性能较好的复合材料。

搅拌铸造法优点是工艺简单、成本低、操作简单，因此在研究CNTS增强镁基复合材料方面得到广泛应用。但搅拌铸造法在熔炼和浇铸时，金属镁液容易氧化，CNTS均匀地分散到基体中也存在一定难度。

2 消失模铸造法

消失模铸造是将与铸件尺寸形状相似的石蜡或泡沫模型黏结组合成模型簇，刷涂耐火涂料并烘干后，埋在干石英砂中振动造型，在负压下浇注，使模型气化，液体金属占据模型位置，凝固冷却后形成铸件的新型铸造方法。

周国华[5]等人就通过消失模铸造法制备CNTs / ZM5镁合金复合材料。将PVC母粒加入到二甲苯中溶解，把CNTs加入上述溶液中超声分散10 min后过滤、静置20 h，装入发泡模具发泡成型，用线切割机加工制得消失模。把制得的含碳纳米管的消失模具放入砂箱内，填满砂并紧实，将自行配制的ZM5镁合金熔体浇注制得复合材料。实验结果表明，碳纳米管对镁合金有较强的增强效果，对ZM5合金的晶粒有明显的细化作用。

3 粉末冶金法

粉末冶金法是把CNTS与镁合金基体粉末进行机械混合，通过模压等方法制坯，然后加入到合金两相区进行烧结成型的一种成型工艺。粉末冶金法的优点在于合金成分体积分数可任意配比而且分布比较均匀，可以避免在铸造过程中产生的成分偏析现象，而且由于烧结温度是在合金两相区进行，能够避免由于高温产生的氧化等问题。

沈金龙[6]等人采用粉末冶金的方法制备了多壁碳纳米管增强镁基复合材料。试验采用CCl4作为分散剂将镁粉和CNTS混合，在室温下将混合粉末采用双向压制成型后进行真空烧结，制成碳纳米/强镁基复合材料。研究结果表明：碳纳米管提高了复合材料的硬度和强度，镁基复合材料的强化主要来自增强体的强化作用、细晶强化和析出强化。

Carreno-Morelli[7]等利用真空热压烧结粉末冶金法制备了碳纳米管增强镁基复合材料。研究发现，当CNTs含量为2%时，复合材料的弹性模量提高9%。

杨益利用利用粉末冶金法，制备了碳纳米管增强镁基复合材料，研究了碳纳米管制备工艺和含量对复合材料组织和性能的影响。研究采用真空热压烧结技术，通过研究发现，在热压温度为600 ℃、保压时间20 min、保压压力在20MPa、CNTS含量为1.0%时，制得的复合材料具有强度最高值。TEM分析CNTS与镁基体结合良好，增强机理主要有复合强化、桥连强化和细晶强化。

4 熔体浸渗法

熔体浸渗法是先把增强相预制成形，然后将合金熔体倾入，在熔体的毛细现象作用下或者一定的压力下使其浸渗到预制体间隙而达到复合化的目的。按施压方式可以分为压力浸渗、无压浸掺和负压浸渗三种。

Shimizu等采用无压渗透的方法制备了碳纳米管增强镁基复合材料，随后进行了热挤压，力学性能测试显示，抗拉强度达到了388MPa、韧性提高了5%。

5 预制块铸造法

周国华等人采用碳纳米管预制块铸造法制备了CNTS / AZ91镁基复合材料。将AL粉、Zn粉、CNTs按比例混合分散后，用50目不锈钢网筛过滤后在模具中压制成预制块。然后利用钟罩将预制块压入镁熔体并缓慢搅拌至预制块完全溶解，采用真空吸铸法制得复合材料试样。研究结果表明，预制块铸造法能够使CNTs均匀分散到镁合金熔体中，复合材料的晶粒组织得到细化，力学性能明显提高。

6 结语

近年来，CNTs在增强镁基复合材料的研究越来越多，目前存在的主要问题是CNTs的分散和与基体界面的结合等问题。由于但碳纳米管具有高的比表面能，使其在与其他材料的复合过程中易形成团聚，导致复合材料性能不甚理想，最终起不到纳米增强相的效果，同时碳纳米管属轻质纳米纤维，与各类金属的比重相差太大，不易复合。目前有关碳纳米管增强镁基合金复合材料的研究还处于初期阶段，随着技术的不断发展，新工艺和新方法不断出现，CNTs的分散及与基体的界面结合等问题将逐渐被解决，开发出性能优异的CNTs / Mg基复合材料将有着重要的意义。

参考文献：

[1]张玉龙.先进复合材料制造技术手册[M].北京：机械工业出版社，2003

[2]周国华，曾效舒，袁秋红.铸造法制备CNTS/AM60镁基复合材料的研究[J].铸造，2009，58（1）：43-46.

[3]Goh C S， Wei J， et al.Ductility improvement and fatigue studies in Mg-CNT nano-composites[J].Compos Sci.Techn，2008，

68：1432.

[4]李四年，宋守志，余天庆等.铸造法制备纳米碳管增强镁基复合材料[J].特种铸造及有色合金，2005，25（5）：313-315.

[5]周国华，曾效舒，袁秋红等.消失模铸造法制备CNTS/ZM5镁合金复合材料的研究[J].热加工工艺，2008，37（9）：11-14.

[6]沈金龙，李四年，余天庆等.粉末冶金法制备镁基复合材料的力学性能和增强机理研究[J].铸造技术，2005，26（4）：309-312.

[7]Carreno-Morelli E， Yang J， et al.Carbon nanotube/magnesium composites[J].Phys Status Solidi A， 2004，201（8）：53.

[8]杨益.碳纳米管增强镁基复合材料的制备与性能研究[D].北京：国防科学技术大学硕士论文，2006.

收稿日期：2013年12月12日。

基金项目：郑州市科技攻关项目（20130839），黄河科技学院大学生创新创业实践训练计划项目（2013XSCX025）。

第8篇：复合材料论文范文

1.1 碳纤维加固技术的研究现状及发展趋势

我国在利用碳纤维加固技术的研究和应用起步较晚，发展却很迅猛。1997年国家工业建筑诊断与改造工程技术研究中心率先开始了“碳纤维材料加固修补混凝土结构”的试验研究开发与应用，并被定为国家“九五”重点科技攻关项目．随后通过采用进口的碳纤维材料在北京、上海、辽宁、江苏等省市进行了一些实际工程结构的补强加固，并取得了较好的效果。

1.2纤维复合材料嵌入式加固技术

纤维复合材料嵌人式加固技术是将加固材料放人结构表面预先开好的槽中，并向槽中注人粘结材料使之形成整体。目前国外已经有了一定规模的研究和应用，国内在国家工业建筑诊断与改造技术研究中心开展了这项技术的试验研究，但尚未应用于工程实践。

2.砖混结构裂缝种类及其产生的原因

2.1干缩裂缝：多发生在墙面抹灰层内，一般沿墙面长度方向每隔一段距离形成一条裂缝，这种裂缝开始随时问而发展，以后逐渐稳定。另一种干缩裂缝则呈不规则的龟裂或呈放射状裂缝，此类裂缝宽度较小。产生的原因有：①抹灰用砂过细或含泥量较大；②水泥安定性不好；③砂浆过稀，抹灰不实；④抹灰层失水过快，养护不好等造成抹灰层收缩较大而形成裂缝。

2.2砖墙温度裂缝：一般有如下规律：① 顶层重，下层轻；两端重，中间轻；向阳重，背阳轻；且这类裂缝与温度变化有关。②砖墙温度裂缝随部位不同而呈不同的形状。产生的原因有：① 屋面保温层，隔热保温性能差；② 砖墙砂浆标号较低，砌筑质量较差；③结构构造上处理不当，如采用半圈梁 。

2.3地基下沉裂缝：一般共同规律是：下层多，上层少；纵墙多，横墙少；外墙多，内墙少；斜向多，竖向少。产生的原因有：①地基不均匀下沉；②房屋过长未留缝，沉降不一；③平面复杂，转角较多；④ 高低层相差较大，未留沉降缝；⑤荷载与分布不均匀；⑥ 使用不当，地基浸水或地下水位上升(多发生于湿陷性黄土地区)；⑦ 地基施工质量。

3.砌体裂缝的类型和防治方法

砌体结构裂缝的类型有斜裂缝、水平裂缝和竖向裂缝三种。斜裂缝有的发生在有现浇混凝土挑檐的平屋顶房屋和无保温屋盖的房屋顶层纵墙面的两端，一般长度在1开间～2开间范围内，外纵墙两端有窗时，裂缝沿窗口对角方向裂开。有的发生在底层至二层外纵墙的两端，斜裂缝通过窗口的两个对角向沉降量较大的方向倾斜，裂缝下大上小。水平裂缝有的发生在平屋顶屋檐下或顶层圈梁下2皮～3皮砖的灰缝位置，一般沿外墙顶部连续分布，两端较中间严重。有的发生在底层至二层窗间墙的上下对角处，成对出现，沉降量大的一边裂缝在下，沉降量小的一边裂缝在上。竖向裂缝发生在纵墙中央的顶部和底层窗台处，裂缝上宽下窄。

根据裂缝产生的原因，要消除砌体裂缝。必须从根源上进行防治，尽可能在夏季或温暖季节，浇灌屋顶挑檐及圈梁混凝土，一般不要冬季施工。挑檐上最好做保温层，并达到规定的厚度：这样就能减小钢筋与混凝士和砌体之间的温差，避免顶部出现裂缝。根据建筑物的实际情况设置沉降缝、伸缩缝，提高结构刚度和施工质量，都能减少裂缝的发生。当然，处理好地基是防止墙体底部出现裂缝最有效的方法。

4.常用建筑补强加固方法

4.1 加大截面加固法

加大截面加固法是采用与原有构件同类的材料，通过增大截面的面积，提高构件的承载能力和刚度，达到对原构件进行加固的目的。

4.2 外包钢加固法

外包钢加固法是把型钢或钢板等材料包在被加固(钢筋混凝土)构件的外侧，通过外包钢与原有构件的共同作用，提高构件的承载能力和刚度，达到加固的目的。

4.3 外加预应力加固法

外加预应力加固法是采用外设预应力拉杆或撑杆对结构构件或整体进行加固的方法。它通过改变原结构的内力分布、降低结构原有应力水平来间接提高结构的承载能力。

4.4 改变受力体系加固法

粘钢加固法方法是以减小结构的计算跨度和变形，间接提高承载能力的一种加固方法。为了减小构件的计算跨度，常采用增设支点(包括柱支座和弹性支座)和采用托梁技术，从而改变结构的受力体系，使承载能力得以提高。

4.5 粘钢加固法

粘钢加固法是将钢板用结构胶粘贴在混凝土构件的外部，以提高结构承载能力的一种方法。论文参考。这相当于构件的体外配筋。该项技术目前已趋于成熟。

4.6粘贴纤维复合材料法

粘贴纤维复合材料加固方法与贴钢加固法相似，只是加固用的材料是纤维复合材料，如玻璃纤维(GFRP)、碳纤维(CFRP)、芳纶纤维(AFRP)等。

5.结论

第9篇：复合材料论文范文

【论文关键词】复材夹芯；连接设计；镶嵌件

复材夹芯结构抗弯刚度高、隔音隔热好、耐疲劳，可以在质量最优的情况下达到刚性结构件的要求，因此广泛应用机结构设计中。

夹芯结构通常是由比较薄的面板和比较厚的芯子固化胶接而成，常用的如蜂窝夹芯结构、泡沫夹芯结构等。一般面板采用强度和刚度比较高的材料，而芯子支撑中间，使面板在承受应力时能够很好的保持弹性稳定性。由于夹芯材料相对较软，传递集中力的能力较差，但由于结构设计需要，传递集中力是不可避免的。因此需要合理的进行夹芯结构连接设计，本文主要以蜂窝夹芯结构为例，结合实际设计制造经验，总结常用的连接设计形式。

1 连接设计原则

夹芯连接的基本原理就是对夹芯进行加强，增强其承载性能，根据不同的传力特点及实际需求确定不同的结构形式。其基本原则主要包括：

1）结构尽量简单，方便装配；

2）提高连接区面板挤压强度，根据载荷大小适当增加加强铺层，以提高孔边挤压强度；

3）注意材料相容性；

4）要进行局部强度计算确定连接件尺寸大小。

2 镶嵌件形式

镶嵌件在夹芯结构连接中广泛应用，根据放置时间一般分为前置式和后置式两种形式。前置式是镶嵌件与夹芯结构共固化，后置式则是在已制好的夹芯结构上制孔，硕士论文将镶嵌件放入后用充填胶固定，目前一般采用前者。

2.1 充填混合物

2.2 局部镶嵌垫块

局部镶嵌垫块形式连接区刚度大，嵌垫块可标准化，同时可根据载荷类型和大小选择不同材料和规格的镶嵌垫块，达到减重效果。不同材料的镶嵌块特点如下：

1）高密度铝箔、钛箔或不锈钢箔蜂窝夹芯，质量小、刚度大但工艺复杂，成本高；

2）层压板，成本低，强度、刚度大，但质量大；

3）硬质泡沫塑料，成本低质量小，但刚度、强度均不高。

2.3 镶嵌衬套

为提高挤压强度及拉脱强度，可采用镶嵌衬套形式。镶嵌衬套可克服填充材料抗压强度和刚度低的缺点，质量很轻，具有很大优势。但是衬套高度与夹芯协调困难，同时衬套孔定位复杂，对制造工艺的水平要求较高。为了保证镶嵌衬套与夹芯连接的稳定性，一般在衬套周围仍需增加填充胶处理，填充范围可考局部镶嵌垫块尺寸。

2.4 镶嵌螺母

镶嵌螺母不仅具有较高的挤压强度及拉脱强度，且具有自锁功能。使用中其托板螺母的作用，固定可靠，使用方便。常用于夹芯结构的镶嵌螺母有通孔型和盲孔型两种。

3 结论

本文通过参考大量常用的复材结构设计和分析资料手册，总结了相关的夹芯结构连接镶嵌件形式设计，供夹芯结构连接设计时使用。

【参考文献】

[1]飞机设计手册.第9册[M].航空工业出版社，2001，12.