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第1篇

關(guān)鍵詞：粉末冶金；汽車零件；金屬粉末；高性能

粉末冶金材料是指用若干種金屬粉末或是金屬粉末與非金屬粉末作原料， 通過按比例配料、壓制成形、燒結(jié)等工藝過程而制成的材料。這種生產(chǎn)工藝過程也就是粉末冶金法， 它屬于一種不同于熔煉和鑄造的方法。由于其生產(chǎn)工藝過程與陶瓷制品工藝極為相似， 所以粉末冶金法又被稱為金屬陶瓷法。粉末冶金法不僅是制造某些具有特殊性能材料的方法， 同時(shí)也是一種無切屑或少切屑的加工方法。它具有生產(chǎn)效率高、材料利用率高、節(jié)省機(jī)床和生產(chǎn)占地面積等特點(diǎn)。但其也存在一定的缺陷，如金屬粉末和模具費(fèi)用高， 制品大小和形狀受到一定限制， 制品的韌性也較差。粉末冶金法常被用于制作硬質(zhì)合金材料、結(jié)構(gòu)材料、減磨材料、難熔金屬材料、摩擦材料、過濾材料、無偏析高速工具鋼、金屬陶瓷、耐熱材料、磁性材料等。

一、粉末冶金技術(shù)的含義及其特點(diǎn)

粉末冶金技術(shù)附屬于材料制備和成形的加工技術(shù)，而作為粉末冶金的雛形就是塊煉鐵技術(shù)，塊煉鐵技術(shù)也是人類最初制取鐵器的唯一手段，其對(duì)人類社會(huì)進(jìn)步作出了巨大貢獻(xiàn)。

1、 粉末冶金技術(shù)的含義

粉末冶金的方法其實(shí)誕生已久。人類早期通過機(jī)械粉碎法來制取金、銀、銅和青銅的粉末，用來當(dāng)作陶器等的裝飾涂料。早在200年前，一些歐洲國(guó)家，如俄、英等國(guó)就曾大規(guī)模的制取海綿鉑粒，并經(jīng)過熱壓、鍛和模壓、燒結(jié)等加工工藝來制造錢幣和一些貴重器物。1890 年，美國(guó)的庫(kù)利吉發(fā)明用粉末冶金方法制造燈泡用鎢絲，從而奠定了現(xiàn)代粉末冶金技術(shù)的基礎(chǔ)。直到1910年左右，人們已經(jīng)開始用粉末冶金法來大量制造了鎢鉬合金制品、青銅含油軸承、硬質(zhì)合金、集電刷、多孔過濾器等，并逐步形成了一整套粉末冶金相關(guān)技術(shù)。上世紀(jì)30年代，旋渦研磨鐵粉和碳還原鐵粉技術(shù)問世后，從而為粉末冶金法制造鐵基機(jī)械零件較快的發(fā)展機(jī)遇。從第二次世界大戰(zhàn)后，粉末冶金技術(shù)得到了較快的發(fā)展，新型的生產(chǎn)工藝和技術(shù)裝備、新的材料和制品不斷出現(xiàn)，開拓出一些能制造特殊材料的領(lǐng)域，成為現(xiàn)代工業(yè)中的重要組成部分。

2、 粉末冶金技術(shù)的主要作用

由于粉末冶金技術(shù)的具有特殊優(yōu)點(diǎn)，使其已成為解決新材料問題的有效途徑，而且在新材料的發(fā)展中歷程中發(fā)揮著舉足輕重的作用。

粉末冶金技術(shù)由于其可以在最大限度地來減少合金成分發(fā)生偏聚，消除粗大且不均勻的鑄造組織。在制備高性能稀土永磁材料、稀土發(fā)光材料、稀土儲(chǔ)氫材料、高溫超導(dǎo)材料、稀土催化劑、新型金屬材料上具有獨(dú)特的作用。同時(shí)還可以制備非晶、納米晶、準(zhǔn)晶、微晶以及超飽和固溶體等一系列高性能非平衡材料，這些材料由于具有優(yōu)異的電學(xué)、光學(xué)、磁學(xué)和力學(xué)性能。因此可以較容易地實(shí)現(xiàn)多種功能類型的復(fù)合，充分發(fā)揮各組元材料各自的特性，是一種低成本生產(chǎn)高性能金屬基和陶瓷復(fù)合材料的工藝技術(shù)?？梢陨a(chǎn)普通熔煉法無法生產(chǎn)的具有特殊結(jié)構(gòu)和性能的材料和制品，如新型多孔生物材料，多孔分離膜材料、高性能結(jié)構(gòu)陶瓷和功能陶瓷材料等?？梢詫?shí)現(xiàn)凈近形成形和自動(dòng)化批量生產(chǎn)，從而，可以有效地降低生產(chǎn)的資源和能源消耗?？梢猿浞掷玫V石、尾礦、煉鋼污泥、軋鋼鐵鱗、回收廢舊金屬作原料，是一種可有效進(jìn)行材料再生和綜合利用的新技術(shù)。

二、粉末冶金技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

隨著汽車和飛機(jī)零件以及切削和成形工具發(fā)展的需要，粉末冶金制造零部件的強(qiáng)度和質(zhì)量都得到了較好的改善和提高。汽車制造業(yè)作為粉末冶金零件的最大用戶，1996 年汽車行業(yè)占有美國(guó)粉末治金零件的市場(chǎng)份額的69%，成為美國(guó)粉末冶金零件的最大市場(chǎng)。發(fā)展粉末冶金需要制取新技術(shù)、新工藝及其過程理論。

1 、向全致密化發(fā)展

粉末冶金的重點(diǎn)是超細(xì)粉末和納米粉末的相關(guān)制備技術(shù)，機(jī)械合金化技術(shù)，快速冷凝制備非晶、微晶和準(zhǔn)晶粉末制備技術(shù)，粉末粒度、結(jié)構(gòu)、形貌、成分控制技術(shù)，自蔓延高溫合成技術(shù)。粉末冶金技術(shù)發(fā)展的總趨勢(shì)是向超細(xì)、超純、粉末特性可控方向發(fā)展，從而建立以“凈近形成形”技術(shù)為中心的各種新型固結(jié)技術(shù)及其過程模過程理論，如粉末注射成形、擠壓成形、噴射成形、溫壓成形、粉末鍛造等。建立以“全致密化”為主要目標(biāo)的新型固結(jié)技術(shù)及其過程模擬技術(shù)。

2 、向高性能化、集成化和低成本等方向發(fā)展

粉末冶金制造零部件相關(guān)的新的成形技術(shù)層出不窮，如：粉末注射成形、溫壓成形、流動(dòng)溫壓成形、噴射成形、高速壓制成形等新技術(shù)不斷涌現(xiàn)。目前， 粉末冶金技術(shù)正向著高致密化、高性能化、集成化和低成本等方向發(fā)展。有代表性的鐵基合金，將向大體積的精密制品，高質(zhì)量的結(jié)構(gòu)零部件發(fā)展；制造具有均勻顯微組織結(jié)構(gòu)的、加工困難而完全致密的高性能合金；用增強(qiáng)致密化過程來制造一般含有混合相組成的特殊合金；制造非均勻材料、非晶態(tài)、微晶或者亞穩(wěn)合金；加工獨(dú)特的和非一般形態(tài)或成分的復(fù)合零部件。

3 、粉末冶金產(chǎn)業(yè)化發(fā)展

由于相鄰學(xué)科和相關(guān)技術(shù)的相互滲透和結(jié)合.更賦予了粉末冶金新的發(fā)展活力。粉末冶金新工藝層出不窮。粉末冶金產(chǎn)業(yè)化是指這些技術(shù)已比較成熟。甚至在一些國(guó)家已有生產(chǎn)規(guī)模，但主流還處于研究成果向產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)化的過程之中。其工藝、設(shè)備、市場(chǎng)等已為產(chǎn)業(yè)化準(zhǔn)備了條件，可以產(chǎn)業(yè)化，取得社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。主要是指該技術(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化、集群化、模塊化發(fā)展。其主要應(yīng)用領(lǐng)域有汽車用粉末冶金零部件，汽車制造業(yè)仍是粉末冶金（PM）發(fā)展的牽引力；粉末注射成（PowderInjection Molding（PIM））溫壓成形技術(shù)（Warm Compaction）在眾多為提高PM 件密度的生產(chǎn)方法中。溫壓成形技術(shù)被認(rèn)為是最為經(jīng)濟(jì)的一種新工藝。本文將重點(diǎn)介紹以下產(chǎn)業(yè)化技術(shù)：

① 溫壓技術(shù)

溫壓技術(shù)在上世紀(jì)90 年代被譽(yù)為粉末冶金技術(shù)上重大突破，并于1990年取得了第一項(xiàng)采用一次壓制燒結(jié)工藝制備高密度鐵基（P / M）零件的美國(guó)專利。該技術(shù)可以使燒結(jié)鋼中的孔隙度降低到6 %左右，而傳統(tǒng)技術(shù)的孔隙度為10%以上，產(chǎn)品的密度能達(dá)到7.3g/cm3或以上，因此較大程度的拓寬了高密度、高強(qiáng)度燒結(jié)鋼零件在工業(yè)上廣泛應(yīng)用的可能性。

② 模壁

模壁和溫壓是兩個(gè)平行的提高鐵基結(jié)構(gòu)零件密度的方法。近年來，發(fā)展最迅速的是干模壁技術(shù)，即采用靜電的方法，從而將干劑粉末吸附到模壁上進(jìn)行，從而很好的避免了濕模壁在制備過程中壓坯表面易于粘粉的缺點(diǎn)。

③注射成形

金屬注射成形（MIM）是一種將塑料注射成形與粉末冶金技術(shù)結(jié)合而成的近凈成形技術(shù)，此技術(shù)也是國(guó)內(nèi)外公認(rèn)的21 世紀(jì)粉末冶金的主流技術(shù)，被稱為“第五代加工技術(shù)”。而且該技術(shù)也最適于用來大批量生產(chǎn)一些三維復(fù)雜形狀的零件，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化連續(xù)作業(yè)，從而大大提高生產(chǎn)效率。目前，在一些發(fā)達(dá)國(guó)家，MIM技術(shù)已經(jīng)成為一項(xiàng)最具競(jìng)爭(zhēng)力的金屬成形技術(shù)，而且開始大量用于不銹鋼粉末冶金生產(chǎn)。

三、粉末冶金機(jī)械零件的制造現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)

我國(guó)粉末冶金技術(shù)起步較晚，自1958年誕生以來，一直是處在蹣跚學(xué)步的狀態(tài)中，而且一直不被人們重視，被當(dāng)做是一個(gè)沒有前景的小行業(yè)來對(duì)待。然而從世界粉末冶金行業(yè)發(fā)展?fàn)顩r來看，粉末冶金行業(yè)卻是一個(gè)最具市場(chǎng)活力，發(fā)展速度極快，同時(shí)應(yīng)用范圍也是最廣的冶金技術(shù)，尤其是日本在粉末冶金技術(shù)方面發(fā)展飛快，每年生產(chǎn)燒結(jié)含油軸承十幾億只。直到上世紀(jì)80年年代初，在我國(guó)體制改革的大潮中，粉末冶金零件行業(yè)正式劃歸當(dāng)時(shí)的“基礎(chǔ)件工業(yè)局”進(jìn)行管理，并結(jié)束了粉末冶金零件行業(yè)自身自滅的狀態(tài)，從而得到相應(yīng)的發(fā)展機(jī)遇。我國(guó)自上世紀(jì)90年代至今約20多年間，粉末冶金零件得到迅猛發(fā)展，同時(shí)也經(jīng)受住了金融危機(jī)的不利影響。

表1是我國(guó)自2007-2011年間粉末冶金分會(huì)53家會(huì)員企業(yè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)的結(jié)果，雖然我國(guó)粉末冶金行業(yè)目前顯示出盎然生機(jī)，但也面臨著各方面的挑戰(zhàn)?，F(xiàn)筆者將自己的針對(duì)其中的一些問題以及看法和相應(yīng)的意見提供給大家參考：

四、粉末冶金機(jī)械零件制造技術(shù)在汽車行業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀與前景

近年來，由于人們生活觀念的改變，同時(shí)人們的環(huán)保意識(shí)也不斷提高，因而輕量化的汽車也越來越受人們的親睞，從而汽車工業(yè)也開始大量使用輕質(zhì)合金材料，如鋁合金、鎂合金來生產(chǎn)汽車零部件。也正是由于粉末冶金能夠很好的避免成分偏析，又可以滿足具有各種特定性能的零部件一次性成型的要求。

目前粉末冶金汽車零件主要有兩個(gè)市場(chǎng)，一個(gè)為汽車生產(chǎn)商市場(chǎng)，另一個(gè)為汽車維修服務(wù)點(diǎn)，即維修配件市場(chǎng)。而汽車生產(chǎn)商市場(chǎng)則是粉末冶金零件的主要市場(chǎng)，通常情況下，汽車生產(chǎn)商會(huì)與粉末冶金零件制造企業(yè)進(jìn)行定向合作，從而導(dǎo)致其他零件制造企業(yè)難以插足獲利。而維修配件市場(chǎng)相對(duì)來說則要開放的多，而且需求量也較大，但大多都是存在某些質(zhì)量問題的貨物。從表2可知，我國(guó)在汽車制造行業(yè)中對(duì)粉末冶金技術(shù)制造的零件的使用量只有日本的2/3左右，但我國(guó)的粉末冶金制造的零件的總量卻要比日本的多，可見粉末冶金汽車零件的市場(chǎng)潛力是巨大的。

我國(guó)目前汽車行業(yè)正處于蓬勃發(fā)展期，因此也給我國(guó)粉末冶金零件制造企業(yè)帶來了難得市場(chǎng)機(jī)遇。同時(shí)根據(jù)美國(guó)一家信息分析中心預(yù)測(cè)，2020年我國(guó)汽車銷量將達(dá)到2000萬輛，屆時(shí)中國(guó)將超過美國(guó)成為全球汽車銷量第一的國(guó)家。而我國(guó)粉末冶金汽車零件的主要制造企業(yè)有三十多家，且其主要生產(chǎn)的零部件為汽車所使用的一些軸承或者是小配件，總體呈現(xiàn)出還是處于相對(duì)來說較為低端的位置，而關(guān)于發(fā)動(dòng)機(jī)或調(diào)速箱等關(guān)鍵部位的零部件則基本上是整體通過國(guó)外進(jìn)口，同時(shí)隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化趨勢(shì)的不斷加速，我國(guó)粉末冶金企業(yè)畢竟面對(duì)國(guó)際化市場(chǎng)，這對(duì)我們來說既是機(jī)遇也是挑戰(zhàn)。因此就需要我國(guó)粉末冶金企業(yè)把握機(jī)遇，迎難而上，主動(dòng)積極的溶于國(guó)際化市場(chǎng)當(dāng)中。

參考文獻(xiàn)

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第2篇

1高速壓制成形技術(shù)最新研究進(jìn)展

1．1成形裝備

成形設(shè)備是實(shí)現(xiàn)粉末冶金高速壓制成形的硬件基礎(chǔ)，是發(fā)揮高速壓制成形技術(shù)優(yōu)勢(shì)的前提條件，因此成形設(shè)備的研究進(jìn)展也是高速壓制技術(shù)研究人員關(guān)注的重點(diǎn)。為使沖擊錘頭獲得高速度和高能量脈沖，目前可以采用的技術(shù)包括壓縮空氣、燃燒汽油－空氣混合氣、爆炸、電容器放電、疊并磁場(chǎng)、磁力驅(qū)動(dòng)和機(jī)械彈簧等［2］。目前，基于液壓驅(qū)動(dòng)、重力勢(shì)能驅(qū)動(dòng)、機(jī)械彈簧蓄能驅(qū)動(dòng)的高速壓制成形設(shè)備進(jìn)展較快。Hydropulsor公司以專利技術(shù)液壓動(dòng)力單位控制油路系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)錘頭的高速下降和提升，可實(shí)現(xiàn)高速的沖擊壓制和在極短時(shí)間間隔內(nèi)多次高速壓制，該公司已經(jīng)成功開發(fā)出第四代HVC壓機(jī)，可供應(yīng)2　000t、900t、350t、100t等不同規(guī)格的機(jī)型，并銷往多個(gè)國(guó)家和地區(qū)，對(duì)高速壓制成形技術(shù)的研究起到積極的推動(dòng)作用。但該類HVC成形設(shè)備成本較高、售價(jià)高昂，且壓制速度通常在10m／s以下，無加熱等輔助裝置，在一定程度上限制了它的普及。重力勢(shì)能驅(qū)動(dòng)的HVC成形裝置具有成本低廉，壓制速度調(diào)節(jié)范圍大等優(yōu)勢(shì)引起了研究人員的高度重視，華南理工大學(xué)肖志瑜教授等人［3］自行設(shè)計(jì)制造了一種重錘式溫粉末高速壓制成形試驗(yàn)裝置。該裝置采用獨(dú)特的沖擊結(jié)構(gòu)，直接利用重力勢(shì)能獲得壓制能量，通過調(diào)節(jié)重錘下落高度獲得不同的沖擊速度，最大理論速度可達(dá)18．78m／s，與Ku－mar［4］等人采用的重錘式試驗(yàn)裝置沖擊速度只能達(dá)到10m／s相比，具有明顯的優(yōu)勢(shì)。該裝置通過加熱圈直接對(duì)模具進(jìn)行加熱，替代了熱油加熱，簡(jiǎn)化了加熱元件的安裝，加熱溫度可以精確控制，通過測(cè)溫儀可以讀出模具溫度。同時(shí)，拿掉加熱圈，就可以進(jìn)行傳統(tǒng)的高速壓制，從而進(jìn)行高速壓制和溫高速壓制的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，為研究提供了極大的方便。華南理工大學(xué)邵明教授等人［5］，自行設(shè)計(jì)和制造了一種基于機(jī)械彈簧蓄能的粉末冶金高速壓制壓力機(jī)，并用于基礎(chǔ)探索研究。該設(shè)備可以將氣動(dòng)、液壓或其他動(dòng)力機(jī)構(gòu)能量?jī)?chǔ)蓄在機(jī)械彈簧中，通過一個(gè)錘柄鎖緊釋放機(jī)構(gòu)將壓縮彈簧的機(jī)械勢(shì)能瞬間釋放，驅(qū)動(dòng)沖擊錘頭達(dá)到10m／s以上的高速度，使壓制瞬間的重錘沖擊速度達(dá)到HVC技術(shù)的要求，并將沖擊波通過上模沖傳遞給金屬粉末顆粒，使其在極短時(shí)間內(nèi)致密成形。

1．2模具結(jié)構(gòu)優(yōu)化

模具的穩(wěn)定性和壽命影響著高速壓制技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用，而改善高速壓制模具壽命的手段不外乎于合理選材和優(yōu)化模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在高速壓制過程中，上模沖要承受劇烈的沖擊，因此宜選用韌性好的材料；而模具結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面，一般認(rèn)為沖錘與模沖直徑相等且均為等截面桿時(shí)，對(duì)模沖壽命和撞擊效率來說 都 是 最 佳 選 擇，但 這 勢(shì) 必 會(huì) 縮 小 高 速 壓 制（HVC）技術(shù)的應(yīng)用范圍，因此需要對(duì)模具進(jìn)行進(jìn)一步的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，目前利用高速壓制技術(shù)除已成功制備了圓柱體、環(huán)形、棒體和凸輪等單層零件外，還可以成功制備軸承蓋、牙齒冒等復(fù)雜多級(jí)產(chǎn)品。如Hinzmann［6］等人即成功設(shè)計(jì)出可用于多級(jí)零部件高速壓制成形的模具，他指出模具設(shè)計(jì)時(shí)采用單個(gè)上模沖和每級(jí)一個(gè)下模沖的結(jié)構(gòu)更有利于模具壽命和沖擊能量的傳遞；Le［7］等人用高速壓制的方法將WC－Fe等材質(zhì)成功壓制成多級(jí)試樣，并對(duì)界面的凝聚力和界面幾何尺寸進(jìn)行了分析；法國(guó)機(jī)械工程技術(shù)中心（CETIM）采用HVC技術(shù)成功制備了多階零件和有內(nèi)齒或沿高度方向有外齒的復(fù)雜形狀部件［8］；Eriksson等人［9］采用HVC和彈性模相結(jié)合的方法，使沖擊能量通過彈性模以準(zhǔn)等靜壓方式轉(zhuǎn)移至零件的不同部位進(jìn)行壓制，成功制備了形狀復(fù)雜的3D齒帽零件。

1．3成形過程數(shù)值模擬

數(shù)值模擬能大幅度降低設(shè)計(jì)成本、縮短設(shè)計(jì)周期，因此對(duì)高速壓制致密化過程的數(shù)值模擬也是近幾年的研究熱點(diǎn)。對(duì)于粉末壓制成形的數(shù)值模擬，目前主要是基于金屬塑性力學(xué)和廣義塑性力學(xué)兩種方法，但在低密度情況下，其假設(shè)條件與實(shí)際情況有出入，因此在實(shí)際應(yīng)用中，粉末壓制模型是以完全致密化材料的基本模型為基礎(chǔ)，加上給定的一系列引起塑性流動(dòng)的條件而建立的。Haggblad［10，11］等利用Hopkinson實(shí)驗(yàn)裝置對(duì)硅膠和鈦粉進(jìn)行高速壓制，根據(jù)所得數(shù)據(jù)分別建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，用有限元法模擬了硅膠模中壓制鈦粉的情況得出密度分布和最佳尺寸設(shè)計(jì)，其結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。中南大學(xué)的鄭洲順教授［12］等對(duì)高速壓制成形過程中應(yīng)力波的傳播特征和粉末流動(dòng)過程進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模和數(shù)值模擬，其研究結(jié)果表明，高速壓制過程中，應(yīng)力波的傳播會(huì)使粉末應(yīng)力突躍到峰值，每層的應(yīng)力峰值隨時(shí)間以指數(shù)衰減，從上層到下層應(yīng)力峰值呈指數(shù)下降；應(yīng)力波作用后，鐵粉壓坯垂直方向的線密度值從上層到底層遞減，中間各層的線密度均勻；壓制過程開始后，密度最先變化的是底層的單元，它們之間的空隙迅速縮?。▽?duì)應(yīng)顆粒重排），頂層的單元繼續(xù)往下運(yùn)動(dòng)（對(duì)應(yīng)顆粒塑性變形），頂層顆粒受壓繼續(xù)往下運(yùn)動(dòng)而底層顆粒運(yùn)動(dòng)基本達(dá)到平衡，粉末的密度分布開始趨于均勻，這一過程與高速壓制成形的試驗(yàn)結(jié)果相符［13］。Jerier等［14］建立了一種高密度粉體接觸模型，并在YADE開源軟件系統(tǒng)上進(jìn)行了離散元（DEM）數(shù)值模擬，其結(jié)果與多粒子有限元數(shù)值模擬及試驗(yàn)結(jié)果吻合程度均較高，在一定程度上克服了離散元法（DEM）數(shù)值模擬不能正確推演高密度粉末壓制過程應(yīng)力演變的缺點(diǎn)，為金屬粉末高密度壓制的數(shù)值模擬拓展了新理論和新方法。秦宣云［15］等通過等效熱阻法建立了粉末散體空間導(dǎo)熱的并聯(lián)模型，并考慮了熱輻射的貢獻(xiàn)，推導(dǎo)的有效導(dǎo)熱率的計(jì)算公式表達(dá)了分形維數(shù)、溫度對(duì)有效導(dǎo)熱率的影響。

1．4致密化機(jī)理

高速壓制技術(shù)已經(jīng)成功用于生產(chǎn)實(shí)際，但高速壓制的致密化機(jī)理目前尚無定論，HVC致密化機(jī)理的分 析 也 一 直 是 研 究 熱 點(diǎn) 之 一。果 世 駒 教 授 等人［16］提出了“熱軟化剪切致密化機(jī)制”，據(jù)此給出了相應(yīng)的壓制方程，該方程可合理地定性與定量解釋高速壓制下粉末壓坯的致密化行為與特性；Sethi等人［2］認(rèn)為HVC過程中并無沖擊波產(chǎn)生，粉末體受沖擊時(shí)，應(yīng)力波形是一種逐漸上升的波形，在沖擊速度不是非常高的情況下，很難在粉末內(nèi)產(chǎn)生真正的沖擊波；北京科技大學(xué)曲選輝教授等人［17］對(duì)鐵粉、銅粉、鈦粉等多種粉末進(jìn)行的壓制中證明了HVC過程中溫升現(xiàn)象的存在，但并未發(fā)現(xiàn)絕熱剪切現(xiàn)象；易明軍等［18］初步研究了HVC過程中應(yīng)力波波形的基本特征和對(duì)壓坯質(zhì)量的影響，結(jié)果表明，應(yīng)力波為鋸齒波形，每一個(gè)加載波形上都有數(shù)個(gè)極值點(diǎn)，其持續(xù)時(shí)間受加載速率的影響，且應(yīng)力波在自由端面反射后會(huì)造成拉應(yīng)力，從而導(dǎo)致壓坯表面分層和剝落。陳進(jìn)［19］對(duì)高速壓制致密化機(jī)理進(jìn)行了初步探討，他認(rèn)為粉末劇烈的塑性變形和顆粒間的摩擦產(chǎn)生較大溫升，對(duì)粉末致密化起到主導(dǎo)作用。此外在成形過程中，氣體絕熱壓縮對(duì)致密化也起到了重要的作用，即在高速壓制時(shí)，瞬間內(nèi)氣體難以逸出而產(chǎn)生絕熱壓縮，使溫度升高，從而使孔隙中氣體分子的熱運(yùn)動(dòng)加速，使粉末散體的傳熱增強(qiáng)，能量沉積在顆粒界面而使其軟化，有利于進(jìn)一步致密化。此外，高速壓制的壓坯密度不僅取決于沖擊能量，還與壓坯質(zhì)量有很大關(guān)系，因此應(yīng)該采用既能體現(xiàn)沖擊能量又能反映壓坯質(zhì)量的質(zhì)量能量密度的概念，即單位質(zhì)量的壓坯在壓制過程中所受到的沖擊能量，單位為J／g。閆志巧等［20］通過鈦粉高速壓制試驗(yàn)得知，對(duì)外徑60mm內(nèi)徑30mm圓環(huán)形壓坯，質(zhì)量能量密度為40．1J／g時(shí)相對(duì)密度達(dá)到76．2％；而對(duì)直徑20mm的圓柱形壓坯，質(zhì)量能量密度為121．7J／g時(shí)相對(duì)密度達(dá)到96．0％；不同壓坯形狀的致密化機(jī)理有所不同，圓環(huán)形壓坯主要以顆?；瑒?dòng)和顆粒重排為主，而圓柱形壓坯主要以塑性變形為主。目前HVC研究的壓制速度一般在10m／s左右，其機(jī)理無法套用爆炸成形的致密化機(jī)理，需要進(jìn)一步進(jìn)行研究與探索，尤其是重點(diǎn)研究粉末顆粒的微觀行為，如粉末塑性變形、粉末碎裂等，以及粉末顆粒界面的顯微組織形成與演變，粉末顆粒邊界的擴(kuò)散、焊合過程，孔隙形狀的演變等現(xiàn)象。

1．5　HVC的成分體系適應(yīng)性

近幾年，國(guó)內(nèi)外研究人員已經(jīng)對(duì)鐵粉、銅粉、鈦粉、合金鋼粉末、軟磁材料以及聚合物等成分體系的高速壓制致密化行為進(jìn)行了初步探索，如Bos［21］等人所在的SKF公司用HVC技術(shù)大規(guī)模制備高密度、高強(qiáng)度的鐵基和316L不銹鋼零件，所生產(chǎn)的鐵基齒輪件密度可達(dá)7．7g／cm3；王建忠［22，23］等人對(duì)鐵粉和銅粉的高速壓制試驗(yàn)表明：?jiǎn)未螇褐畦F粉時(shí)，當(dāng)沖擊能量增加到6　510J時(shí)生坯密度達(dá)到7．336g／cm3，相對(duì)密度約為97％；單次壓制銅粉時(shí)，當(dāng)沖擊能量為6　076J時(shí)，試樣的生坯密度達(dá)到最大，為8．42g／cm3，相對(duì)密度約為95％；Eriksson［24］等人采用HVC技術(shù)制備了致密度為98．5％的鈦／羥基磷灰石復(fù)合壓坯，在500℃的低溫即可實(shí)現(xiàn)材料的燒結(jié)；閆志巧［25］等人的研究表明，高速壓制可制備高密度的鈦粉壓坯，當(dāng)沖擊能量為1　217J時(shí)，直徑為20 mm圓柱試 樣的壓坯密度 最 大，達(dá) 到4．38g／cm3，相對(duì)密度為97．4％；中南大學(xué)的王志法［26，27］教授等人在950℃高速壓制獲得了相對(duì)密度大于80．65％的W骨 架，從 而 為 高 溫 熔 滲 制 備90W－10Cu復(fù)合材料奠定了基礎(chǔ)；Andersson［28］等人指出，由于高速壓制（HVC）技術(shù)能顯著提高磁粉的壓制密度，從而能大幅提高其磁性能，使軟磁材料具有更強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力和更廣泛的應(yīng)用范圍；Poitou［29］等人對(duì)聚四氟乙烯進(jìn)行高速壓制，發(fā)現(xiàn)其密度、晶體質(zhì)量分?jǐn)?shù)、抗磨損性能等物理和力學(xué)性能相對(duì)常規(guī)壓制有所提高；Jauffres［30，31］等人采用高速壓制技術(shù)對(duì)超大分子量聚乙烯進(jìn)行成形，研究發(fā)現(xiàn)其楊氏模量、延伸率、屈服強(qiáng)度、蠕變強(qiáng)度和耐磨性等各項(xiàng)性能指標(biāo)均優(yōu)于傳統(tǒng)壓制成形方法。在上述研究的基礎(chǔ)上，應(yīng)進(jìn)一步拓展合金鋼粉末、復(fù)合材料粉末、銅合金粉末、鎢合金粉末、鋁合金粉末、磁性材料及非晶合金材料等成分體系的高速壓制技術(shù)，從而為制備高密度高性能粉末冶金制品提供新途徑。

2高速壓制成形技術(shù)的發(fā)展方向

高速壓制是在傳統(tǒng)模壓中輸入高速度機(jī)械能產(chǎn)生的新型壓制技術(shù)，作為近十年才發(fā)展起來的一種新技術(shù)，其相關(guān)基礎(chǔ)研究還不夠系統(tǒng)和深入。此外，為了進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，可以考慮將高速壓制技術(shù)與溫壓、模壁、復(fù)壓復(fù)燒等工藝有機(jī)地結(jié)合起來，更深入、更全面地進(jìn)行探索。尤其要深化以下幾個(gè)方面的研究：

2．1溫高速壓制

華南理工大學(xué)肖志瑜教授等人［3］提出了一種高速壓制和溫壓相結(jié)合的溫高速壓制（warm　high　ve－locity　compaction，簡(jiǎn)稱WHVC）技術(shù)的思路，并設(shè)計(jì)制造出了實(shí)驗(yàn)裝備，開展了相關(guān)基礎(chǔ)研究，并取得一系列研究成果。其實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，溫高速壓制能否獲得更高的壓坯密度，取決于粉末的種類和特性。對(duì)于316L不銹鋼粉末、混合鐵粉、電解銅粉等粉末來說，溫高速壓制壓坯密度高于傳統(tǒng)高速壓制，這是因?yàn)椋海?）在溫度場(chǎng)條件下，粉末中潮氣得到充分揮發(fā)，同時(shí)粉末中氣體也得到較好地排出；（2）在一定的加熱溫度下能夠降低粉末的屈服強(qiáng)度，延緩其加工硬化程度并提高其塑性變形能力，塑性變形能力的改善為顆粒重排過程提供協(xié)調(diào)性變形，克服粉末顆粒之間的相互牽制，從而降低顆粒重排阻力，有利于顆粒重排的充分進(jìn)行。而對(duì)于鋁粉來說，溫高速壓制和傳統(tǒng)高速壓制致密化程度相差不大，這是因?yàn)殇X是面心立方結(jié)構(gòu)的金屬，且具有12個(gè)滑移系，發(fā)生滑移的臨界分切應(yīng)力很小，塑性變形能力非常高，傳統(tǒng)高速壓制已經(jīng)能夠達(dá)到理想的壓坯密度。在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，還對(duì)溫高速壓制的致密化機(jī)理和應(yīng)力波特點(diǎn)進(jìn)行了分析，認(rèn)為在致密化過程中溫升效應(yīng)起了很大作用，致密化過程主要以劇烈塑性變形和顆粒冷焊為主。截止目前，溫粉末高速壓制成形技術(shù)的研究只有華南理工大學(xué)開展，其研究具有前瞻性和新穎性，有望在高密度成形中獲得新的突破。

2．2條件對(duì)HVC結(jié)果的影響

由于高速壓制自身的特點(diǎn)，HVC成形粉末時(shí)可在少量劑甚至無劑的條件下成形［32］，減少了脫脂和間隙元素引起的污染。如何在劑最少的前提下獲得最理想的致密化程度是一個(gè)重要的研究目標(biāo)。對(duì)于鐵基、銅基等成形性較好的粉末通常采用模壁（即外），如鄧三才等［33］研究了模壁對(duì)Fe－2Cu－1C粉末高速壓制成形效果的影響，研究結(jié)果表明，模壁能有效降低粉末與模壁之間的摩擦，減少粉末顆粒與模壁冷焊的機(jī)會(huì)，相對(duì)提高有效壓制壓力，從而獲得較高的生坯密度和生坯強(qiáng)度，以及較弱的彈性后效；此外，在相同壓制速度時(shí)，有模壁時(shí)的最大沖擊力要高于無模壁時(shí)的最大沖擊力，且脫模力要小5～20kN。對(duì)于鈦粉、鉬粉等高硬化速率粉末的高速壓制，通常采用內(nèi)部添加劑的方式（即內(nèi)），如閆志巧等人［34］研究了劑含量對(duì)鈦粉高速壓制性能的影響，結(jié)果表明，加入適量的劑，可以提高鈦粉成形時(shí)的質(zhì)量能量密度，從而獲得更高密度的壓坯。當(dāng)劑加入量為0．3％（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）時(shí)，鈦粉成形的最大質(zhì)量能 量 密 度 為0．192kJ／g，壓 坯 密 度 為4．38g／cm3，相對(duì)密度為97．4％。此外，適量的劑能提高鈦粉壓制過程中的最大沖擊力降低脫模力，但卻會(huì)顯著降低壓坯的強(qiáng)度，密度較低的純鈦壓坯的強(qiáng)度顯著高于致密度較高的含劑壓坯。對(duì)于不同劑含量的壓坯，當(dāng)密度接近時(shí)，其強(qiáng)度相差不大。在更廣泛的成分體系內(nèi)，研究方式、劑種類、劑添加量對(duì)高速壓制成形效果的影響，開發(fā)適合高速壓制條件下的新型劑，如高分子極性劑、大分子極性劑、無機(jī)層間化合物劑等都是今后較有價(jià)值的研究方向。

2．3復(fù)壓復(fù)燒對(duì)HVC效果的影響

一般認(rèn)為，與傳統(tǒng)壓制壓坯密度只取決于壓制壓力而不隨壓制次數(shù)的增加而顯著提高不同，高速壓制的能量是可以累加的，即可以通過多次小沖擊能量的壓制得到與一次大沖擊能量壓制相同的效果，但王建忠等［35］對(duì)鐵粉進(jìn)行高速壓制時(shí)發(fā)現(xiàn)，在總沖擊能量相同的情況下，分兩次壓制制備的壓坯密度最大，分三次壓制的最小，一次壓制的居中。Metec粉末冶金公司采用高速?gòu)?fù)壓技術(shù)（HVR）制造出密度為7．7g／cm3的鐵基粉末冶金制品，此外還通過高速壓制316L不銹鋼金屬粉和1　385℃燒結(jié)工藝生產(chǎn)出高密度不銹鋼零件，此類不銹鋼制品在抗拉強(qiáng)度、沖擊韌性和延展性等方面性能均較為突出。陳進(jìn)等［36］在多次壓制的基礎(chǔ)上對(duì)鐵粉進(jìn)行了復(fù)壓試驗(yàn)，即在兩次高速壓制之間引入預(yù)燒結(jié)工序，其研究結(jié)果表明，在沖擊能量相同的條件下，復(fù)壓比二次高速壓制得到的生坯的密度更高，且隨著復(fù)壓沖擊能量的增加生坯密度逐漸增大，在相同復(fù)壓沖擊能量下，預(yù)燒結(jié)溫度為780℃時(shí)生坯密度最高，徑向彈性后效最小。復(fù)壓能大幅度提高生坯密度，主要是因?yàn)閴号鹘?jīng)過預(yù)燒結(jié)階段的回復(fù)與再結(jié)晶，粉末顆粒的強(qiáng)度和硬度下降，彈性儲(chǔ)能得到一定的釋放，再進(jìn)行復(fù)壓后，劑的去除促進(jìn)更多的粉末顆粒發(fā)生塑性變形、微觀焊接和熔合，顆粒界面得以消失，這有利于致密度的提高。此外，復(fù)壓能量更多用于預(yù)壓坯的塑性變形，彈性能量釋放的少，一定程度上減輕了壓坯尺寸的彈性膨脹，使得壓坯與模具模壁的摩擦減小，從而導(dǎo)致復(fù)壓時(shí)的脫模力較單次高速壓制時(shí)顯著降低。Fe－C粉末復(fù)壓壓坯經(jīng)過復(fù)燒之后，密度高，孔隙少，珠光體較多且分布均勻，裂紋可能在晶粒內(nèi)部沿著珠光體相或顆?！盁Y(jié)”界面展開，誘發(fā)了沿晶斷裂，使得抗彎強(qiáng)度明顯增強(qiáng)。復(fù)壓復(fù)燒工藝是進(jìn)一步發(fā)揮高速壓制優(yōu)越性的重要方向之一，需要進(jìn)行更廣泛、更細(xì)致、更深入的研究。

第3篇

“皮鞋和草鞋的決戰(zhàn)”

中等身材，精精瘦瘦，不修邊幅，一笑，眼角和臉上就會(huì)“堆積”出幾條皺紋，有點(diǎn)像加工后炭／炭復(fù)合材料上碳原子的有序走向。走在大學(xué)校園里，黃伯云更像是一位教授，而不是一校之長(zhǎng)。

在外人看來，1988年43歲從美國(guó)留學(xué)回國(guó)后的他，在17年間完成了人生的幾次飛躍：兩年后當(dāng)上了教授和粉末冶金所所長(zhǎng)，5年后當(dāng)了副校長(zhǎng)，10年后當(dāng)了大學(xué)校長(zhǎng)，11年后當(dāng)了院士，17年后率隊(duì)“問鼎”國(guó)家發(fā)明獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

一帆風(fēng)順的背后，是常人看不見的艱辛和求索?！皠e人是十年磨一劍，我們是二十年磨一劍。”對(duì)于他來說，在粉末冶金和材料領(lǐng)域二十多年的不懈求索，終于開出了今天的花朵。雖然查閱了世界上最強(qiáng)大的中文搜索網(wǎng)站，但是他的“前半生”似乎都是空白。這位湖南南縣農(nóng)村里走出來的科學(xué)家，對(duì)有報(bào)道說他從小就“想當(dāng)科學(xué)家”的說法，雖未直接否定，但意思已經(jīng)表達(dá)得很清楚：“就是想好一點(diǎn)讀，讀好一點(diǎn)，那是皮鞋――考上大學(xué)，就成了國(guó)家干部，穿上了皮鞋和草鞋的決戰(zhàn)。”

20世紀(jì)80年代初，他以全?？偡值谝坏某煽?jī)考取為數(shù)甚少的出國(guó)名額。留學(xué)期間，他就小有成績(jī)，在研究上屢有斬獲。在國(guó)外直接讀完了碩士、博士、博士后，回國(guó)時(shí)，他成為改革開放后第一個(gè)在國(guó)外完成“全序列即碩士、博士、博士后”教育后的歸國(guó)留學(xué)生。

“留在那里當(dāng)然是沒有問題。我又不是沒有學(xué)位，什么都有?！秉S伯云對(duì)自己的“反常行為”看得很清楚：“改革開放以后，沒有多少人出去的時(shí)候我出去，別人都出去的時(shí)候我回來。”回憶起最初的困難，黃伯云面帶微笑，顯得達(dá)觀和幽默：“我在美國(guó)時(shí)是兩部汽車，回來后兩部單車，還跑丟了。單車前面掛一個(gè)鉤，后面掛一個(gè)勺，要買鍋買盆?！?/p>

“1988年黃伯云回來時(shí)戶口都沒有，糧食也沒有。因?yàn)榧Z店買米要戶口，因出國(guó)時(shí)間長(zhǎng)，家里戶口也被吊銷了。當(dāng)時(shí)糧票還起作用，好在他還有一點(diǎn)糧票，就和人家換米吃。雖然吃飯問題后來解決了，但那時(shí)部里很多人都不知道博士后的概念。你是博士后啊，我們很多博士都沒有經(jīng)費(fèi)，你是博士后，那就排在博士后面吧?！?/p>

“現(xiàn)在我們是唱大戲了”

又黑又圓的中空剎車片，像挖空的完整的冬瓜片。手一摸，手指頭就染上了黑色。真不愧是炭黑――石墨的同位素“兄弟”。仔細(xì)觀察，工人在加工時(shí)都帶著白手套，只是手心、手指頭部分都已經(jīng)變黑了。

以前只知道炭纖維能夠用于航天，是一種高端材料，我國(guó)大部分依賴進(jìn)口。至于炭纖維究竟高級(jí)到什么程度？卻沒有感性認(rèn)識(shí)。

一張小小的標(biāo)識(shí)牌，記錄著這些貌不驚人的剎車片的價(jià)值：薄薄的9片剎車片，正好“武裝”飛機(jī)一個(gè)輪子的剎車，按照每片2萬元計(jì)算，高不過20厘米、重不到32公斤的剎車片，“制造”了近20萬元的市場(chǎng)價(jià)值，約等于每克6元錢。2004年，僅依靠這一個(gè)項(xiàng)目，黃伯云領(lǐng)導(dǎo)的課題組成立的學(xué)科性公司就“收獲”了數(shù)千萬元定單。然而，在起步之初，人們更多的是觀望和懷疑，甚至質(zhì)疑。炭纖維是近幾十年興起、至今仍是世界高科技產(chǎn)品，由于它的特殊性能，航天飛行器、民航客機(jī)上都有它的身影。而炭／炭復(fù)合材料作成的剎車盤，更是長(zhǎng)期被美、英、法三國(guó)壟斷。即使是俄羅斯這樣的航空航天強(qiáng)國(guó)，也久攻不下。前車可鑒，中國(guó)人能做出這么高難度的材料和產(chǎn)品嗎？

“這是技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，我們不做，誰去做？”黃伯云不為質(zhì)疑所困惑，他認(rèn)準(zhǔn)了就不回頭：“這是飛機(jī)剎車材料的更新?lián)Q代，我們不跟上，哪行？何況國(guó)家有急切的需求，我們大量飛機(jī)的剎車片不能總靠進(jìn)口吧？”中南大學(xué)粉末冶金研究院實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的兩臺(tái)小型爐子和展示柜內(nèi)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)樣品，見證了研究人員最初的艱辛。1998年，課題組在實(shí)驗(yàn)室獲得了炭／炭復(fù)合材料的毛坯，圓圓的毛坯里是無數(shù)根“納米”級(jí)、比頭發(fā)絲細(xì)很多的炭纖維。檢測(cè)表明，其摩擦性能達(dá)到了國(guó)內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。同年，炭／炭復(fù)合剎車材料經(jīng)國(guó)家發(fā)改委批準(zhǔn)立項(xiàng)，作為高技術(shù)示范工程加以支持。1．5億的資金投入，讓黃伯云真切地感受到了什么叫事業(yè)高峰的沉重壓力。

“只有山窮水盡，才能看到山后面的風(fēng)景”

2000年的失敗，是黃伯云最痛苦的時(shí)刻。實(shí)驗(yàn)室成功了，剎車片上慣性試驗(yàn)臺(tái)檢驗(yàn)性能。那是一個(gè)模擬實(shí)戰(zhàn)條件的檢測(cè)平臺(tái)，甚至比實(shí)戰(zhàn)要求還要高。

可2000年，連續(xù)兩次試驗(yàn)都失敗了。2000年9月，第一次做慣性臺(tái)試驗(yàn)，試驗(yàn)項(xiàng)目非常多，要模擬飛機(jī)的各種著陸狀態(tài)，在做“終止起飛”――飛機(jī)起飛達(dá)到最大速度時(shí)突然要求停下來的實(shí)驗(yàn)時(shí)，剎車片溫度急劇升高，摩擦系數(shù)下降得很厲害?！盎艘粋€(gè)月的時(shí)間做實(shí)驗(yàn)，最后失敗了?！?黃伯云說：“實(shí)驗(yàn)室里明明好好的，誰也沒有想到慣性臺(tái)上會(huì)過不去。”當(dāng)時(shí)整個(gè)隊(duì)伍都遭受了巨大打擊，“都到了崩潰的邊緣，眼看著就要垮下來。”時(shí)隔5年后，回想起那段時(shí)光，黃伯云仍然心有余悸：“錢輸光了，招數(shù)也用完了，很痛苦啊?！?/p>

“這時(shí)候，是黃老師力挽狂瀾?！秉S伯云的學(xué)生、現(xiàn)任粉末冶金研究院副院長(zhǎng)的熊翔說。黃伯云一班人痛定思痛，推倒重來，從頭開始做起，一項(xiàng)項(xiàng)檢查，一點(diǎn)點(diǎn)琢磨。改進(jìn)工藝、添加新的材料……時(shí)隔1年多，成功終于降臨。在后來的“實(shí)戰(zhàn)”試驗(yàn)中，飛機(jī)場(chǎng)內(nèi)幾百人觀看，消防車一字排開，飛機(jī)上除了駕駛員，就是課題組的成員。

“我們要記錄數(shù)據(jù)，也有信心和飛機(jī)同上藍(lán)天。心里還是捏了一把汗。”當(dāng)飛機(jī)穩(wěn)穩(wěn)地剎住，黃伯云和課題組的人才不由松了一口氣：成功了。中國(guó)飛機(jī)能上天卻要依賴進(jìn)口剎車片才能“落地”的歷史結(jié)束了。

2003年，課題組實(shí)現(xiàn)了小批量生產(chǎn)。2004年，課題組成立的公司獲得了民航總局頒發(fā)的炭/炭剎車盤制造人許可證，年產(chǎn)1500多盤，包括其他剎車材料在內(nèi)的年總產(chǎn)值達(dá)5000萬。作為過來人，黃伯云頗有感觸地說，“大風(fēng)險(xiǎn)的背后就是大收獲?！?/p>

采用這種自行研制的剎車副，替代傳統(tǒng)的金屬剎車副，使飛機(jī)減輕重量數(shù)百公斤，并且使用壽命是傳統(tǒng)制動(dòng)材料的4倍，極大地提高了航空飛行器的功能和效益?！皩?duì)機(jī)來說，哪怕減輕一克重量，都是勝利?！?/p>

利用這一技術(shù)平臺(tái)，他們還研制生產(chǎn)了耐高溫的復(fù)合材料，成功應(yīng)用于航天發(fā)動(dòng)機(jī)的特殊和關(guān)鍵部件，顯著提升了航天火箭的推進(jìn)系統(tǒng)水平和綜合性能，獲得了航天產(chǎn)品工藝定型書。正是這些原子“乖乖”的排列，造就了高性能的制動(dòng)材料，造就了今天的國(guó)家技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)。在此基礎(chǔ)上，科研人員還創(chuàng)立了實(shí)驗(yàn)室材料性能測(cè)試和評(píng)價(jià)方法，建立我國(guó)第一個(gè)炭／炭剎車材料地面試驗(yàn)裝置，規(guī)范并制定了我國(guó)第一個(gè)適航標(biāo)準(zhǔn)。

課題組“微氣氛”：博士“10年讀”

課題組“副帥”熊翔1995年就當(dāng)了教授，可博士學(xué)位去年才拿到。“他這個(gè)博士讀了10年?！辈┦孔x10年？黃伯云解釋說，那是因?yàn)檫@些年熊翔一直是他的主要助手，也有人稱為“副帥”，復(fù)合材料的研究和攻關(guān)離不開他，不允許他一心二用。所以就耽誤下來了。

對(duì)于課題組的參與者來說，這種參與是帶有挑戰(zhàn)性的。課題組目前在炭／炭復(fù)合材料獲得了9項(xiàng)發(fā)明專利，但是專利和論文并不等同。為此，黃伯云曾經(jīng)數(shù)次呼吁，應(yīng)該將專利尤其是發(fā)明專利列入科研考核體系。如今，發(fā)明一等獎(jiǎng)的獲得，使這個(gè)團(tuán)隊(duì)終于有所收獲。在黃伯云的學(xué)生兼助手熊翔看來，黃伯云最大的特點(diǎn)，就是執(zhí)著，“湖南話叫倔?！闭且还勺泳髣藕托赜袦羡值男貞眩裹S伯云團(tuán)隊(duì)在10多年的時(shí)間里奮力前行，一步步走向輝煌。

碳原子和炭纖維界面的結(jié)合弱，一直是道高難度的技術(shù)難題?！拔覀冮_始都沒有當(dāng)回事。也許是做工程的不太愿意做很深的基礎(chǔ)性研究，認(rèn)為生產(chǎn)剎車片就像炒菜似的，放進(jìn)（爐子）去，拿出來，不行，再放進(jìn)去?！毙芟枵f，“但是黃老師要求我們要高度重視這個(gè)問題。”

課題組通過首創(chuàng)的炭表面原子結(jié)構(gòu)處理技術(shù)，解決了“界面結(jié)合”難題，彎曲強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度等力學(xué)性能均提高了30%以上，耐磨性提高了20%以上。為了攻克剎車材料的這座“高峰”，該項(xiàng)目集中了60多人成立了攻關(guān)隊(duì)伍?！耙粋€(gè)課題組三個(gè)教授都難免有摩擦，何況這么多人？”易茂中教授說， “有時(shí)候我們爭(zhēng)論得很厲害，各有各的看法。沒有黃校長(zhǎng)的組織和協(xié)調(diào)，沒有他運(yùn)籌帷幄，發(fā)揮領(lǐng)頭人和舵手的作用，事情的結(jié)果真的很難說?！?/p>

雖然已是副院長(zhǎng)，但是熊翔說起“黃老師”仍有點(diǎn)“發(fā)怵”。讓學(xué)生們逐漸習(xí)慣的一件事情是：黃伯云有時(shí)候晚上12點(diǎn)以后想起問題來，就給學(xué)生們打電話，趕緊布置。“第一次，心里說，誰這么晚了，還打電話？不是有病嗎？可后來就習(xí)慣了?！秉S伯云自己認(rèn)為，這個(gè)團(tuán)隊(duì)的存在是成功的必要條件。雖然20年來，有進(jìn)有出，但是基本隊(duì)伍還在。熊翔、易茂中等就是其中的中堅(jiān)力量。

為何敢于申報(bào)一等獎(jiǎng)？

國(guó)家技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)空缺了6年，今年自然科學(xué)一等獎(jiǎng)又空缺，那是不是有關(guān)部門故意要“提拔”出一個(gè)一等獎(jiǎng)呢？“我們多年前就曾經(jīng)拿過國(guó)家發(fā)明二等獎(jiǎng)和科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)了。”針對(duì)這一疑問，熊翔說，獲得發(fā)明二等獎(jiǎng)的是高性能粉末冶金飛機(jī)制動(dòng)材料，成功滿足了某型號(hào)飛機(jī)苛刻的剎車要求。

第4篇

［關(guān)鍵詞］粉末冶金;市場(chǎng)營(yíng)銷;產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整

1針對(duì)市場(chǎng)需求，調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

首先，做好深入細(xì)致的市場(chǎng)調(diào)研，針對(duì)市場(chǎng)需求，目標(biāo)市場(chǎng)，準(zhǔn)確市場(chǎng)定位。新產(chǎn)品開發(fā)要深入到用戶，鋼鐵粉末企業(yè)的市場(chǎng)銷售人員要廣泛聽取用戶的意見，充分考慮到用戶在使用過程中出現(xiàn)的實(shí)際問題，不能只做銷售人員，要做用戶的建議者、指導(dǎo)者、問題解決者，要接觸和了解將來可能成為競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的產(chǎn)品及它們的銷售渠道，匯總同類產(chǎn)品的銷售量和客戶的反映，并把收集市場(chǎng)反饋和調(diào)查的信息公正、客觀、準(zhǔn)確地上報(bào)企業(yè)以便正確決策。目前國(guó)內(nèi)鋼鐵粉末企業(yè)由于實(shí)力問題，研發(fā)能力都不是很強(qiáng)，在技術(shù)研發(fā)方面的投資比較小，由于近幾年國(guó)內(nèi)鋼鐵粉末市場(chǎng)變化快，而企業(yè)所能掌握的市場(chǎng)信息總是有限的，這就要求鋼鐵粉末企業(yè)進(jìn)行市場(chǎng)調(diào)查時(shí)，對(duì)企業(yè)實(shí)力與市場(chǎng)需求之間進(jìn)行協(xié)同性研究。根據(jù)自身實(shí)際情況，研發(fā)產(chǎn)品，擴(kuò)大規(guī)模，才能規(guī)避不必要的風(fēng)險(xiǎn)，持續(xù)健康發(fā)展。其次，針對(duì)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的鋼鐵粉末市場(chǎng)，唯有及時(shí)調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，增加產(chǎn)品的深度、寬度、相關(guān)性，提高產(chǎn)品的核心競(jìng)爭(zhēng)力，才能突出重圍，在競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地。具體方式如下。

1.1調(diào)整產(chǎn)品組合的深度:即增加或降低產(chǎn)品組合的深度

增加產(chǎn)品組合深度，具體形式有:一是向下延伸。即鋼鐵粉末企業(yè)由高檔次產(chǎn)品向下延伸，增加低檔次產(chǎn)品。比如開發(fā)低松比高強(qiáng)度還原鐵粉，發(fā)揮海綿鐵粉顆粒形狀復(fù)雜、成形性好，同等密度下強(qiáng)度、機(jī)械性能高等優(yōu)勢(shì)，在低密度異形件、含油軸承、銅包鐵粉等領(lǐng)域得到更多應(yīng)用。二是向上延伸。即鋼鐵粉末企業(yè)由低檔次產(chǎn)品向上延伸，增加高檔次產(chǎn)品。如霧化粉生產(chǎn)企業(yè)加大新產(chǎn)品開發(fā)力度，重點(diǎn)由低利潤(rùn)水平的純鐵粉向高壓縮性鐵粉、擴(kuò)散粉、預(yù)合金粉和預(yù)混合鋼粉等產(chǎn)品轉(zhuǎn)移。三是雙向延伸。即由中檔產(chǎn)品同時(shí)向上、向下延伸，即同時(shí)增加高檔次和低檔次產(chǎn)品。如由80.25鐵粉延伸出的80.22、80.23及80.27鐵粉。四是增加不同于現(xiàn)有產(chǎn)品的新產(chǎn)品，比如開發(fā)出化工用鐵粉等。降低產(chǎn)品組合的深度，就是根據(jù)情況減少現(xiàn)有產(chǎn)品。當(dāng)某些產(chǎn)品銷售量較差市場(chǎng)前景暗淡，就必須淘汰。如萊鋼粉末最初研發(fā)的LRP150鐵粉等。

1.2調(diào)整產(chǎn)品組合寬度，拓寬產(chǎn)品應(yīng)用范圍

鋼鐵粉末企業(yè)擴(kuò)展產(chǎn)品組合的寬度，開發(fā)和經(jīng)營(yíng)市場(chǎng)潛力大的新的產(chǎn)品，擴(kuò)大生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)范圍以至實(shí)行跨行業(yè)的多樣化經(jīng)營(yíng)，有利于發(fā)揮企業(yè)的資源潛力，開拓新的市場(chǎng)，減少經(jīng)營(yíng)的風(fēng)險(xiǎn)性，增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)能力。如由于還原鐵粉和霧化鐵粉價(jià)格倒掛造成100目還原鐵粉銷售量急劇減少，從而迫使還原鐵粉廠家改變產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步開拓焊材、化工、冶金、火焰切割等新領(lǐng)域、新用途的應(yīng)用。鋼鐵粉末企業(yè)縮小產(chǎn)品組合的寬度，剔除發(fā)展前景暗淡、利潤(rùn)空間小、無法規(guī)?；a(chǎn)的產(chǎn)品，可以集中資源經(jīng)營(yíng)那些發(fā)展前景好、利潤(rùn)可觀、利于規(guī)?；a(chǎn)的產(chǎn)品，提高規(guī)?；a(chǎn)效率，有利于提高整體市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。

1.3調(diào)整產(chǎn)品組合的相關(guān)性

鋼鐵粉末產(chǎn)品相關(guān)性的調(diào)整過程中，有些鋼鐵粉末企業(yè)增加現(xiàn)有產(chǎn)品的相關(guān)性，提高專業(yè)化程度，增強(qiáng)鋼鐵粉末企業(yè)在相關(guān)行業(yè)的知名度，鞏固與提高企業(yè)的市場(chǎng)地位。但是，由于客觀需要，鋼鐵粉末企業(yè)在經(jīng)營(yíng)資源的開展上有時(shí)實(shí)際是走上了減少產(chǎn)品組合相關(guān)度的道路，即增加與現(xiàn)有產(chǎn)品、業(yè)務(wù)和市場(chǎng)無關(guān)的產(chǎn)品業(yè)務(wù)，實(shí)行多樣化經(jīng)營(yíng)。如有些鋼鐵粉末生產(chǎn)企業(yè)因?yàn)榭吹椒康禺a(chǎn)行業(yè)利潤(rùn)可觀盲目進(jìn)入。發(fā)展無關(guān)聯(lián)多種經(jīng)營(yíng)必須量力而行。對(duì)于鋼鐵粉末企業(yè)來說，其多元化經(jīng)營(yíng)程度越高，企業(yè)管理難度就越大，其人才、技術(shù)等需求就越大，因此必須量力而行，積極、穩(wěn)妥、循序漸進(jìn)地開發(fā)，確保成功率，企業(yè)才能不斷壯大。

2提高企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)地位

2.1采取聚焦策略、專注鋼鐵粉末企業(yè)最擅長(zhǎng)領(lǐng)域

鋼鐵粉末企業(yè)要“因地制宜”，根據(jù)各自企業(yè)自身的特點(diǎn)，把自身所掌握的有限資源優(yōu)化組合起來，專注鋼鐵粉末領(lǐng)域，力爭(zhēng)在鋼鐵粉末領(lǐng)域做得最好、做得最優(yōu)，企業(yè)的鋼鐵粉末產(chǎn)品要能做到“人無我有，人有我精”。鋼鐵粉末企業(yè)要樹立一個(gè)理念:和任何一個(gè)同行業(yè)強(qiáng)企相比，即使企業(yè)有很多個(gè)方面不如強(qiáng)企，但只要有一項(xiàng)、兩項(xiàng)比它好，并著力培養(yǎng)這兩個(gè)方面，就能夠吸引有這方面需求的客戶。

2.2增強(qiáng)企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新意識(shí)，避免產(chǎn)品在低端競(jìng)爭(zhēng)

鋼鐵粉末企業(yè)要加大科技研究開發(fā)的投入，重視技術(shù)研發(fā)人員的培養(yǎng)、教育和激勵(lì)，加強(qiáng)對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的開發(fā)和保護(hù)，增強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新意識(shí)，提高產(chǎn)品的科技含量，形成企業(yè)獨(dú)特的核心技術(shù)與核心產(chǎn)品，避免和同行業(yè)企業(yè)同擠一座獨(dú)木橋，同樣的辦法生產(chǎn)同樣的廉價(jià)產(chǎn)品，擁擠在低端產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)，企業(yè)間相互自相殘殺。同時(shí)，增強(qiáng)鋼鐵粉末的技術(shù)創(chuàng)新能力，鋼鐵粉末企業(yè)在引進(jìn)技術(shù)的同時(shí)，還要加強(qiáng)對(duì)引進(jìn)技術(shù)的消化、吸收和創(chuàng)新，從而提高企業(yè)自身的技術(shù)研發(fā)能力。

2.3確立整體營(yíng)銷觀念，創(chuàng)新營(yíng)銷模式

要確立整體營(yíng)銷觀念，突破以最終顧客市場(chǎng)營(yíng)銷為中心的傳統(tǒng)市場(chǎng)營(yíng)銷理論的概念，從長(zhǎng)遠(yuǎn)利益出發(fā)，將公司的市場(chǎng)營(yíng)銷活動(dòng)涵蓋內(nèi)外部環(huán)境的所有重要行為者，促使企業(yè)對(duì)原有的競(jìng)爭(zhēng)模式進(jìn)行思考，進(jìn)而結(jié)合自身實(shí)際不斷創(chuàng)新。在競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈的市場(chǎng)環(huán)境下，鋼鐵粉末企業(yè)的營(yíng)銷活動(dòng)為實(shí)現(xiàn)目標(biāo)任務(wù)必須追求共同利益。企業(yè)不但要重視供應(yīng)鏈上關(guān)聯(lián)企業(yè)的市場(chǎng)營(yíng)銷，也要對(duì)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手開展市場(chǎng)營(yíng)銷研究分析。加強(qiáng)與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手之間的溝通和了解，企業(yè)能夠針對(duì)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的狀態(tài)影響其行為方式，進(jìn)而使競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)朝對(duì)本企業(yè)有利的方面發(fā)展，合理避免惡性競(jìng)爭(zhēng)，有利于鋼鐵粉末行業(yè)間共同構(gòu)建有序的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境。國(guó)內(nèi)大多鋼鐵粉末企業(yè)尤為欠缺的是產(chǎn)品(Product)、價(jià)格(Price)、促銷(Promotion)、渠道(Place)四大策略的相互配合與協(xié)調(diào)。其中，產(chǎn)品品質(zhì)是實(shí)施價(jià)格策略的基礎(chǔ)，渠道策略也要與價(jià)格策略、產(chǎn)品策略同步，促銷策略更要與價(jià)格策略、產(chǎn)品策略和渠道協(xié)調(diào)一致。如價(jià)格策略不要在客戶試用期間就立即開展。很多其他行業(yè)的大企業(yè)為了協(xié)調(diào)一致往往在營(yíng)銷部門內(nèi)同時(shí)設(shè)立產(chǎn)品經(jīng)理和市場(chǎng)經(jīng)理。產(chǎn)品經(jīng)理負(fù)責(zé)產(chǎn)品事宜，為產(chǎn)品推出市場(chǎng)奠定基礎(chǔ);市場(chǎng)經(jīng)理則負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)和規(guī)劃企業(yè)在一個(gè)地區(qū)或一個(gè)目標(biāo)客戶群所需的所有產(chǎn)品及服務(wù)。這種方式值得國(guó)內(nèi)鋼鐵粉末企業(yè)借鑒?？傊?，國(guó)內(nèi)鋼鐵粉末企業(yè)必須確立整體營(yíng)銷觀念，創(chuàng)新營(yíng)銷模式，制定切實(shí)有效的措施和方法，協(xié)調(diào)企業(yè)各個(gè)部門，為企業(yè)贏得忠實(shí)和穩(wěn)定的客戶資源。

第5篇

關(guān)鍵詞:梯度功能材料,復(fù)合材料,研究進(jìn)展

TheAdvanceofFunctionallyGradientMaterials

JinliangCui

(Qinghaiuniversity,XiningQinghai810016,china)

Abstract:Thispaperintroducestheconcept，types，capability，preparationmethodsoffunctionallygradedmaterials.Baseduponanalysisofthepresentapplicationsituationsandprospectofthiskindofmaterialssomeproblemsexistedarepresented.ThecurrentstatusoftheresearchofFGMarediscussedandananticipationofitsfuturedevelopmentisalsopresent.

Keywords:FGM；composite；theAdvance

0引言

信息、能源、材料是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和社會(huì)發(fā)展的三大支柱?，F(xiàn)代高科技的競(jìng)爭(zhēng)在很大程度上依賴于材料科學(xué)的發(fā)展。對(duì)材料,特別是對(duì)高性能材料的認(rèn)識(shí)水平、掌握和應(yīng)用能力,直接體現(xiàn)國(guó)家的科學(xué)技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)實(shí)力,也是一個(gè)國(guó)家綜合國(guó)力和社會(huì)文明進(jìn)步速度的標(biāo)志。因此,新材料的開發(fā)與研究是材料科學(xué)發(fā)展的先導(dǎo),是21世紀(jì)高科技領(lǐng)域的基石。

近年來,材料科學(xué)獲得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展[1]。究其原因,一方面是各個(gè)學(xué)科的交叉滲透引入了新理論、新方法及新的實(shí)驗(yàn)技術(shù);另一方面是實(shí)際應(yīng)用的迫切需要對(duì)材料提出了新的要求。而FGM即是為解決實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用問題而產(chǎn)生的一種新型復(fù)合材料，這種材料對(duì)新一代航天飛行器突破“小型化”，“輕質(zhì)化”，“高性能化”和“多功能化”具有舉足輕重的作用[2]，并且它也可廣泛用于其它領(lǐng)域，所以它是近年來在材料科學(xué)中涌現(xiàn)出的研究熱點(diǎn)之一。

1FGM概念的提出

當(dāng)代航天飛機(jī)等高新技術(shù)的發(fā)展，對(duì)材料性能的要求越來越苛刻。例如：當(dāng)航天飛機(jī)往返大氣層，飛行速度超過25個(gè)馬赫數(shù)，其表面溫度高達(dá)2000℃。而其燃燒室內(nèi)燃燒氣體溫度可超過2000℃，燃燒室的熱流量大于5MW/m2,其空氣入口的前端熱通量達(dá)5MW/m2.對(duì)于如此大的熱量必須采取冷卻措施，一般將用作燃料的液氫作為強(qiáng)制冷卻的冷卻劑，此時(shí)燃燒室內(nèi)外要承受高達(dá)1000K以上的溫差,傳統(tǒng)的單相均勻材料已無能為力[1]。若采用多相復(fù)合材料,如金屬基陶瓷涂層材料,由于各相的熱脹系數(shù)和熱應(yīng)力的差別較大,很容易在相界處出現(xiàn)涂層剝落[3]或龜裂[1]現(xiàn)象，其關(guān)鍵在于基底和涂層間存在有一個(gè)物理性能突變的界面。為解決此類極端條件下常規(guī)耐熱材料的不足，日本學(xué)者新野正之、平井敏雄和渡邊龍三人于1987年首次提出了梯度功能材料的概念[1]，即以連續(xù)變化的組分梯度來代替突變界面,消除物理性能的突變,使熱應(yīng)力降至最小[3],如圖1所示。

隨著研究的不斷深入，梯度功能材料的概念也得到了發(fā)展。目前梯度功能材料(FGM)是指以計(jì)算機(jī)輔助材料設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，采用先進(jìn)復(fù)合技術(shù)，使構(gòu)成材料的要素（組成、結(jié)構(gòu)）沿厚度方向有一側(cè)向另一側(cè)成連續(xù)變化，從而使材料的性質(zhì)和功能呈梯度變化的新型材料[4]。

2FGM的特性和分類

2.1FGM的特殊性能

由于FGM的材料組分是在一定的空間方向上連續(xù)變化的特點(diǎn)如圖2,因此它能有效地克服傳統(tǒng)復(fù)合材料的不足[5]。正如Erdogan在其論文[6]中指出的與傳統(tǒng)復(fù)合材料相比FGM有如下優(yōu)勢(shì):

1)將FGM用作界面層來連接不相容的兩種材料,可以大大地提高粘結(jié)強(qiáng)度;

2)將FGM用作涂層和界面層可以減小殘余應(yīng)力和熱應(yīng)力;

3)將FGM用作涂層和界面層可以消除連接材料中界面交叉點(diǎn)以及應(yīng)力自由端點(diǎn)的應(yīng)力奇異性;

4)用FGM代替?zhèn)鹘y(tǒng)的均勻材料涂層,既可以增強(qiáng)連接強(qiáng)度也可以減小裂紋驅(qū)動(dòng)力。

圖2

2.2FGM的分類

根據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)FGM有多種分類方式。根據(jù)材料的組合方式，F(xiàn)GM分為金屬/陶瓷，陶瓷/陶瓷，陶瓷/塑料等多種組合方式的材料[1]；根據(jù)其組成變化FGM分為梯度功能整體型（組成從一側(cè)到另一側(cè)呈梯度漸變的結(jié)構(gòu)材料），梯度功能涂敷型（在基體材料上形成組成漸變的涂層），梯度功能連接型（連接兩個(gè)基體間的界面層呈梯度變化）[1]；根據(jù)不同的梯度性質(zhì)變化分為密度FGM，成分FGM，光學(xué)FGM，精細(xì)FGM等[4]；根據(jù)不同的應(yīng)用領(lǐng)域有可分為耐熱FGM，生物、化學(xué)工程FGM，電子工程FGM等[7]。

3FGM的應(yīng)用

FGM最初是從航天領(lǐng)域發(fā)展起來的。隨著FGM研究的不斷深入,人們發(fā)現(xiàn)利用組分、結(jié)構(gòu)、性能梯度的變化,可制備出具有聲、光、電、磁等特性的FGM,并可望應(yīng)用于許多領(lǐng)域。FGM的應(yīng)用[8]見圖3。

圖3FGM的應(yīng)用

功能

應(yīng)用領(lǐng)域材料組合

緩和熱應(yīng)

力功能及

結(jié)合功能

航天飛機(jī)的超耐熱材料

陶瓷引擎

耐磨耗損性機(jī)械部件

耐熱性機(jī)械部件

耐蝕性機(jī)械部件

加工工具

運(yùn)動(dòng)用具:建材陶瓷金屬

陶瓷金屬

塑料金屬

異種金屬

異種陶瓷

金剛石金屬

碳纖維金屬塑料

核功能

原子爐構(gòu)造材料

核融合爐內(nèi)壁材料

放射性遮避材料輕元素高強(qiáng)度材料

耐熱材料遮避材料

耐熱材料遮避材料

生物相溶性

及醫(yī)學(xué)功能

人工牙齒牙根

人工骨

人工關(guān)節(jié)

人工內(nèi)臟器官:人工血管

補(bǔ)助感覺器官

生命科學(xué)磷灰石氧化鋁

磷灰石金屬

磷灰石塑料

異種塑料

硅芯片塑料

電磁功能

電磁功能陶瓷過濾器

超聲波振動(dòng)子

IC

磁盤

磁頭

電磁鐵

長(zhǎng)壽命加熱器

超導(dǎo)材料

電磁屏避材料

高密度封裝基板壓電陶瓷塑料

壓電陶瓷塑料

硅化合物半導(dǎo)體

多層磁性薄膜

金屬鐵磁體

金屬鐵磁體

金屬陶瓷

金屬超導(dǎo)陶瓷

塑料導(dǎo)電性材料

陶瓷陶瓷

光學(xué)功能防反射膜

光纖;透鏡;波選擇器

多色發(fā)光元件

玻璃激光透明材料玻璃

折射率不同的材料

不同的化合物半導(dǎo)體

稀土類元素玻璃

能源轉(zhuǎn)化功能

MHD發(fā)電

電極;池內(nèi)壁

熱電變換發(fā)電

燃料電池

地?zé)岚l(fā)電

太陽(yáng)電池陶瓷高熔點(diǎn)金屬

金屬陶瓷

金屬硅化物

陶瓷固體電解質(zhì)

金屬陶瓷

電池硅、鍺及其化合物

4FGM的研究

FGM研究?jī)?nèi)容包括材料設(shè)計(jì)、材料制備和材料性能評(píng)價(jià)。FGM的研究開發(fā)體系如圖4所示[8]。

設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)

圖4FGM研究開發(fā)體系

4.1FGM設(shè)計(jì)

FGM設(shè)計(jì)是一個(gè)逆向設(shè)計(jì)過程[7]。

首先確定材料的最終結(jié)構(gòu)和應(yīng)用條件,然后從FGM設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)中選擇滿足使用條件的材料組合、過渡組份的性能及微觀結(jié)構(gòu),以及制備和評(píng)價(jià)方法,最后基于上述結(jié)構(gòu)和材料組合選擇,根據(jù)假定的組成成份分布函數(shù),計(jì)算出體系的溫度分布和熱應(yīng)力分布。如果調(diào)整假定的組成成份分布函數(shù),就有可能計(jì)算出FGM體系中最佳的溫度分布和熱應(yīng)力分布,此時(shí)的組成分布函數(shù)即最佳設(shè)計(jì)參數(shù)。

FGM設(shè)計(jì)主要構(gòu)成要素有三:

1)確定結(jié)構(gòu)形狀,熱—力學(xué)邊界條件和成分分布函數(shù);

2)確定各種物性數(shù)據(jù)和復(fù)合材料熱物性參數(shù)模型;

3)采用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)—力學(xué)計(jì)算方法,包括有限元方法計(jì)算FGM的應(yīng)力分布,采用通用的和自行開發(fā)的軟件進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。

FGM設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是與材料的制備工藝緊密結(jié)合,借助于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng),得出最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。

4.2FGM的制備

FGM制備研究的主要目標(biāo)是通過合適的手段,實(shí)現(xiàn)FGM組成成份、微觀結(jié)構(gòu)能夠按設(shè)計(jì)分布,從而實(shí)現(xiàn)FGM的設(shè)計(jì)性能。可分為粉末致密法:如粉末冶金法(PM),自蔓延高溫合成法(SHS);涂層法:如等離子噴涂法,激光熔覆法,電沉積法,氣相沉積包含物理氣相沉積(PVD)和化學(xué)相沉積(CVD);形變與馬氏體相變[10、14]。

4.2.1粉末冶金法(PM)

PM法是先將原料粉末按設(shè)計(jì)的梯度成分成形,然后燒結(jié)。通過控制和調(diào)節(jié)原料粉末的粒度分布和燒結(jié)收縮的均勻性,可獲得熱應(yīng)力緩和的FGM。粉末冶金法可靠性高,適用于制造形狀比較簡(jiǎn)單的FGM部件,但工藝比較復(fù)雜,制備的FGM有一定的孔隙率,尺寸受模具限制[7]。常用的燒結(jié)法有常壓燒結(jié)、熱壓燒結(jié)、熱等靜壓燒結(jié)及反應(yīng)燒結(jié)等。這種工藝比較適合制備大體積的材料。PM法具有設(shè)備簡(jiǎn)單、易于操作和成本低等優(yōu)點(diǎn),但要對(duì)保溫溫度、保溫時(shí)間和冷卻速度進(jìn)行嚴(yán)格控制。國(guó)內(nèi)外利用粉末冶金方法已制備出的FGM有:MgC/Ni、ZrO2/W、Al2O3/ZrO2[8]、Al2O3-W-Ni-Cr、WC-Co、WC-Ni等[7]。

4.2.2自蔓延燃燒高溫合成法(Self-propagatingHigh-temperatureSynthesis簡(jiǎn)稱SHS或CombustionSynthesis)

SHS法是前蘇聯(lián)科學(xué)家Merzhanov等在1967年研究Ti和B的燃燒反應(yīng)時(shí),發(fā)現(xiàn)的一種合成材料的新技術(shù)。其原理是利用外部能量加熱局部粉體引燃化學(xué)反應(yīng),此后化學(xué)反應(yīng)在自身放熱的支持下,自動(dòng)持續(xù)地蔓延下去,利用反應(yīng)熱將粉末燒結(jié)成材，最后合成新的化合物。其反應(yīng)示意圖如圖6所示[16]：

圖6SHS反應(yīng)過程示意圖

SHS法具有產(chǎn)物純度高、效率高、成本低、工藝相對(duì)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。并且適合制造大尺寸和形狀復(fù)雜的FGM。但SHS法僅適合存在高放熱反應(yīng)的材料體系,金屬與陶瓷的發(fā)熱量差異大,燒結(jié)程度不同,較難控制,因而影響材料的致密度,孔隙率較大,機(jī)械強(qiáng)度較低。目前利用SHS法己制備出Al/TiB2,Cu/TiB2、Ni/TiC[8]、Nb-N、Ti-Al等系功能梯度材料[7、11]。

4.2.3噴涂法

噴涂法主要是指等離子體噴涂工藝,適用于形狀復(fù)雜的材料和部件的制備。通常,將金屬和陶瓷的原料粉末分別通過不同的管道輸送到等離子噴槍內(nèi),并在熔化的狀態(tài)下將它噴鍍?cè)诨w的表面上形成梯度功能材料涂層?？梢酝ㄟ^計(jì)算機(jī)程序控制粉料的輸送速度和流量來得到設(shè)計(jì)所要求的梯度分布函數(shù)。這種工藝已經(jīng)被廣泛地用來制備耐熱合金發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的熱障涂層上,其成分是部分穩(wěn)定氧化鋯(PSZ)陶瓷和NiCrAlY合金[9]。

4.2.3.1等離子噴涂法(PS)

PS法的原理是等離子氣體被電子加熱離解成電子和離子的平衡混合物,形成等離子體,其溫度高達(dá)1500K,同時(shí)處于高度壓縮狀態(tài),所具有的能量極大。等離子體通過噴嘴時(shí)急劇膨脹形成亞音速或超音速的等離子流,速度可高達(dá)1.5km/s。原料粉末送至等離子射流中,粉末顆粒被加熱熔化,有時(shí)還會(huì)與等離子體發(fā)生復(fù)雜的冶金化學(xué)反應(yīng),隨后被霧化成細(xì)小的熔滴,噴射在基底上,快速冷卻固結(jié),形成沉積層。噴涂過程中改變陶瓷與金屬的送粉比例,調(diào)節(jié)等離子射流的溫度及流速,即可調(diào)整成分與組織,獲得梯度涂層[8、11]。該法的優(yōu)點(diǎn)是可以方便的控制粉末成分的組成,沉積效率高,無需燒結(jié),不受基體面積大小的限制,比較容易得到大面積的塊材[10],但梯度涂層與基體間的結(jié)合強(qiáng)度不高,并存在涂層組織不均勻,空洞疏松,表面粗糙等缺陷。采用此法己制備出TiB2-Ni、TiC-Ni、TiB2-Cu、Ti-Al[7]、NiCrAl/MgO-ZrO2、NiCrAl/Al2O3/ZrO2、NiCrAlY/ZrO2[10]系功能梯度材料

圖7PS方法制備FGM涂層示意圖[17]（a）單槍噴涂（b）雙槍噴涂

4.2.3.2激光熔覆法

激光熔覆法是將預(yù)先設(shè)計(jì)好組分配比的混合粉末A放置在基底B上,然后以高功率的激光入射至A并使之熔化,便會(huì)產(chǎn)生用B合金化的A薄涂層,并焊接到B基底表面上,形成第一包覆層。改變注入粉末的組成配比,在上述覆層熔覆的同時(shí)注入,在垂直覆層方向上形成組分的變化。重復(fù)以上過程,就可以獲得任意多層的FGM。用Ti-A1合金熔覆Ti用顆粒陶瓷增強(qiáng)劑熔覆金屬獲得了梯度多層結(jié)構(gòu)。梯度的變化可以通過控制初始涂層A的數(shù)量和厚度,以及熔區(qū)的深度來獲得,熔區(qū)的深度本身由激光的功率和移動(dòng)速度來控制。該工藝可以顯著改善基體材料表面的耐磨、耐蝕、耐熱及電氣特性和生物活性等性能,但由于激光溫度過高,涂層表面有時(shí)會(huì)出現(xiàn)裂紋或孔洞,并且陶瓷顆粒與金屬往往發(fā)生化學(xué)反應(yīng)[10]。采用此法可制備Ti-Al、WC-Ni、Al-SiC系梯度功能材料[7]。

圖8同步注粉式激光表面熔覆處理示意圖[18]

4.2.3.3熱噴射沉積[10]

與等離子噴涂有些相關(guān)的一種工藝是熱噴涂。用這種工藝把先前熔化的金屬射流霧化,并噴涂到基底上凝固,因此,建立起一層快速凝固的材料。通過將增強(qiáng)粒子注射到金屬流束中,這種工藝已被推廣到制造復(fù)合材料中。陶瓷增強(qiáng)顆粒,典型的如SiC或Al2O3,一般保持固態(tài),混入金屬液滴而被涂覆在基底,形成近致密的復(fù)合材料。在噴涂沉積過程中,通過連續(xù)地改變?cè)鰪?qiáng)顆粒的饋送速率,熱噴涂沉積已被推廣產(chǎn)生梯度6061鋁合金/SiC復(fù)合材料。可以使用熱等靜壓工序以消除梯度復(fù)合材料中的孔隙。

4.2.3.4電沉積法

電沉積法是一種低溫下制備FGM的化學(xué)方法。該法利用電鍍的原理,將所選材料的懸浮液置于兩電極間的外場(chǎng)中,通過注入另一相的懸浮液使之混合,并通過控制鍍液流速、電流密度或粒子濃度,在電場(chǎng)作用下電荷的懸浮顆粒在電極上沉積下來,最后得到FGM膜或材料[8]。所用的基體材料可以是金屬、塑料、陶瓷或玻璃,涂層的主要材料為TiO2-Ni,Cu-Ni,SiC-Cu,Cu-Al2O3等。此法可以在固體基體材料的表面獲得金屬、合金或陶瓷的沉積層,以改變固體材料的表面特性,提高材料表面的耐磨損性、耐腐蝕性或使材料表面具有特殊的電磁功能、光學(xué)功能、熱物理性能,該工藝由于對(duì)鍍層材料的物理力學(xué)性能破壞小、設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、成型壓力和溫度低,精度易控制,生產(chǎn)成本低廉等顯著優(yōu)點(diǎn)而備受材料研究者的關(guān)注。但該法只適合于制造薄箔型功能梯度材料。[8、10]

4.2.3.5氣相沉積法

氣相沉積是利用具有活性的氣態(tài)物質(zhì)在基體表面成膜的技術(shù)。通過控制彌散相濃度,在厚度方向上實(shí)現(xiàn)組分的梯度化,適合于制備薄膜型及平板型FGM[8]。該法可以制備大尺寸的功能梯度材料,但合成速度低,一般不能制備出大厚度的梯度膜,與基體結(jié)合強(qiáng)度低、設(shè)備比較復(fù)雜。采用此法己制備出Si-C、Ti-C、Cr-CrN、Si-C-TiC、Ti-TiN、Ti-TiC、Cr-CrN系功能梯度材料。氣相沉積按機(jī)理的不同分為物理氣相沉積(PVD)和化學(xué)氣相沉積(CVD)兩類。

化學(xué)氣相沉積法(CVD)是將兩相氣相均質(zhì)源輸送到反應(yīng)器中進(jìn)行均勻混合,在熱基板上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)并使反映產(chǎn)物沉積在基板上。通過控制反應(yīng)氣體的壓力、組成及反應(yīng)溫度,精確地控制材料的組成、結(jié)構(gòu)和形態(tài),并能使其組成、結(jié)構(gòu)和形態(tài)從一種組分到另一種組分連續(xù)變化,可得到按設(shè)計(jì)要求的FGM。另外,該法無須燒結(jié)即可制備出致密而性能優(yōu)異的FGM,因而受到人們的重視。主要使用的材料是C-C、C-SiC、Ti-C等系[8、10]。CVD的制備過程包括：氣相反應(yīng)物的形成；氣相反應(yīng)物傳輸?shù)匠练e區(qū)域；固體產(chǎn)物從氣相中沉積與襯底[12]。

物理氣相沉積法(PVD)是通過加熱固相源物質(zhì),使其蒸發(fā)為氣相,然后沉積于基材上,形成約100μm厚度的致密薄膜。加熱金屬的方法有電阻加熱、電子束轟擊、離子濺射等。PVD法的特點(diǎn)是沉積溫度低,對(duì)基體熱影響小,但沉積速度慢。日本科技廳金屬材料研究所用該法制備出Ti/TiN、Ti/TiC、Cr/CrN系的FGM[7~8、10~11]

4.2.4形變與馬氏體相變[8]

通過伴隨的應(yīng)變變化,馬氏體相變能在所選擇的材料中提供一個(gè)附加的被稱作“相變塑性”的變形機(jī)制。借助這種機(jī)制在恒溫下形成的馬氏體量隨材料中的應(yīng)力和變形量的增加而增加。因此,在合適的溫度范圍內(nèi),可以通過施加應(yīng)變(或等價(jià)應(yīng)力)梯度,在這種材料中產(chǎn)生應(yīng)力誘發(fā)馬氏體體積分?jǐn)?shù)梯度。這一方法在順磁奧氏體18-8不銹鋼(Fe-18%,Cr-8%Ni)試樣內(nèi)部獲得了鐵磁馬氏體α體積分?jǐn)?shù)的連續(xù)變化。這種工藝雖然明顯局限于一定的材料范圍,但能提供一個(gè)簡(jiǎn)單的方法,可以一步生產(chǎn)含有飽和磁化強(qiáng)度連續(xù)變化的材料,這種材料對(duì)于位置測(cè)量裝置的制造有潛在的應(yīng)用前景。

4.3FGM的特性評(píng)價(jià)

功能梯度材料的特征評(píng)價(jià)是為了進(jìn)一步優(yōu)化成分設(shè)計(jì),為成分設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),目前已開發(fā)出局部熱應(yīng)力試驗(yàn)評(píng)價(jià)、熱屏蔽性能評(píng)價(jià)和熱性能測(cè)定、機(jī)械強(qiáng)度測(cè)定等四個(gè)方面。這些評(píng)價(jià)技術(shù)還停留在功能梯度材料物性值試驗(yàn)測(cè)定等基礎(chǔ)性的工作上[7]。目前,對(duì)熱壓力緩和型的FGM主要就其隔熱性能、熱疲勞功能、耐熱沖擊特性、熱壓力緩和性能以及機(jī)械性能進(jìn)行評(píng)價(jià)[8]。目前,日本、美國(guó)正致力于建立統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)特征評(píng)價(jià)體系[7~8]。

5FGM的研究發(fā)展方向

5.1存在的問題

作為一種新型功能材料,梯度功能材料范圍廣泛,性能特殊,用途各異。尚存在一些問題需要進(jìn)一步的研究和解決,主要表現(xiàn)在以下一些方面[5、13]:

1）梯度材料設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)庫(kù)（包括材料體系、物性參數(shù)、材料制備和性能評(píng)價(jià)等）還需要補(bǔ)充、收集、歸納、整理和完善；

2）尚需要進(jìn)一步研究和探索統(tǒng)一的、準(zhǔn)確的材料物理性質(zhì)模型，揭示出梯度材料物理性能與成分分布，微觀結(jié)構(gòu)以及制備條件的定量關(guān)系，為準(zhǔn)確、可靠地預(yù)測(cè)梯度材料物理性能奠定基礎(chǔ)；

3）隨著梯度材料除熱應(yīng)力緩和以外用途的日益增加，必須研究更多的物性模型和設(shè)計(jì)體系，為梯度材料在多方面研究和應(yīng)用開辟道路；

4）尚需完善連續(xù)介質(zhì)理論、量子（離散）理論、滲流理論及微觀結(jié)構(gòu)模型，并借助計(jì)算機(jī)模擬對(duì)材料性能進(jìn)行理論預(yù)測(cè)，尤其需要研究材料的晶面（或界面）。

5)已制備的梯度功能材料樣品的體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,還不具有較多的實(shí)用價(jià)值;

6)成本高。

5.2FGM制備技術(shù)總的研究趨勢(shì)[13、15、19-20]

1）開發(fā)的低成本、自動(dòng)化程度高、操作簡(jiǎn)便的制備技術(shù)；

2）開發(fā)大尺寸和復(fù)雜形狀的FGM制備技術(shù)；

3）開發(fā)更精確控制梯度組成的制備技術(shù)（高性能材料復(fù)合技術(shù)）；

4）深入研究各種先進(jìn)的制備工藝機(jī)理，特別是其中的光、電、磁特性。

5.3對(duì)FGM的性能評(píng)價(jià)進(jìn)行研究[2、13]

有必要從以下5個(gè)方面進(jìn)行研究：

1）熱穩(wěn)定性，即在溫度梯度下成分分布隨時(shí)間變化關(guān)系問題；

2）熱絕緣性能；

3）熱疲勞、熱沖擊和抗震性；

4）抗極端環(huán)境變化能力；

5）其他性能評(píng)價(jià)，如熱電性能、壓電性能、光學(xué)性能和磁學(xué)性能等

6結(jié)束語

FGM的出現(xiàn)標(biāo)志著現(xiàn)代材料的設(shè)計(jì)思想進(jìn)入了高性能新型材料的開發(fā)階段[8]。FGM的研究和開發(fā)應(yīng)用已成為當(dāng)前材料科學(xué)的前沿課題。目前正在向多學(xué)科交叉,多產(chǎn)業(yè)結(jié)合,國(guó)際化合作的方向發(fā)展。

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第6篇

關(guān)鍵詞:梯度功能材料，復(fù)合材料，研究進(jìn)展

Abstract :This paper introduces the concept ，types，capability，preparation methods of functionally graded materials. Based upon analysis of the present application situations and prospect of this kind of materials some problems existed are presented. The current status of the research of FGM are discussed and an anticipation of its future development is also present.

Key words :FGM；composite；the Advance

0 引言

信息、能源、材料是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和社會(huì)發(fā)展的三大支柱?，F(xiàn)代高科技的競(jìng)爭(zhēng)在很大程度上依賴于材料科學(xué)的發(fā)展。對(duì)材料，特別是對(duì)高性能材料的認(rèn)識(shí)水平、掌握和應(yīng)用能力，直接體現(xiàn)國(guó)家的科學(xué)技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)實(shí)力，也是一個(gè)國(guó)家綜合國(guó)力和社會(huì)文明進(jìn)步速度的標(biāo)志。因此，新材料的開發(fā)與研究是材料科學(xué)發(fā)展的先導(dǎo)，是21世紀(jì)高科技領(lǐng)域的基石。

近年來，材料科學(xué)獲得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展[1]。究其原因，一方面是各個(gè)學(xué)科的交叉滲透引入了新理論、新方法及新的實(shí)驗(yàn)技術(shù);另一方面是實(shí)際應(yīng)用的迫切需要對(duì)材料提出了新的要求。而FGM即是為解決實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用問題而產(chǎn)生的一種新型復(fù)合材料，這種材料對(duì)新一代航天飛行器突破“小型化”，“輕質(zhì)化”，“高性能化”和“多功能化”具有舉足輕重的作用[2]，并且它也可廣泛用于其它領(lǐng)域，所以它是近年來在材料科學(xué)中涌現(xiàn)出的研究熱點(diǎn)之一。

1 FGM概念的提出

當(dāng)代航天飛機(jī)等高新技術(shù)的發(fā)展，對(duì)材料性能的要求越來越苛刻。例如：當(dāng)航天飛機(jī)往返大氣層，飛行速度超過25個(gè)馬赫數(shù)，其表面溫度高達(dá)2000℃。而其燃燒室內(nèi)燃燒氣體溫度可超過2000℃，燃燒室的熱流量大于5MW/m2， 其空氣入口的前端熱通量達(dá)5MW/m2.對(duì)于如此大的熱量必須采取冷卻措施，一般將用作燃料的液氫作為強(qiáng)制冷卻的冷卻劑，此時(shí)燃燒室內(nèi)外要承受高達(dá)1000K以上的溫差，傳統(tǒng)的單相均勻材料已無能為力[1]。若采用多相復(fù)合材料，如金屬基陶瓷涂層材料，由于各相的熱脹系數(shù)和熱應(yīng)力的差別較大，很容易在相界處出現(xiàn)涂層剝落[3]或龜裂[1]現(xiàn)象，其關(guān)鍵在于基底和涂層間存在有一個(gè)物理性能突變的界面。為解決此類極端條件下常規(guī)耐熱材料的不足，日本學(xué)者新野正之、平井敏雄和渡邊龍三人于1987年首次提出了梯度功能材料的概念[1]，即以連續(xù)變化的組分梯度來代替突變界面，消除物理性能的突變，使熱應(yīng)力降至最小[3]。

隨著研究的不斷深入，梯度功能材料的概念也得到了發(fā)展。目前梯度功能材料(FGM)是指以計(jì)算機(jī)輔助材料設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，采用先進(jìn)復(fù)合技術(shù)，使構(gòu)成材料的要素（組成、結(jié)構(gòu)）沿厚度方向有一側(cè)向另一側(cè)成連續(xù)變化，從而使材料的性質(zhì)和功能呈梯度變化的新型材料[4]。

2 FGM的特性和分類

2.1 FGM的特殊性能

由于FGM的材料組分是在一定的空間方向上連續(xù)變化的特點(diǎn)如圖2，因此它能有效地克服傳統(tǒng)復(fù)合材料的不足[5]。正如Erdogan在其論文[6]中指出的與傳統(tǒng)復(fù)合材料相比FGM有如下優(yōu)勢(shì):

1)將FGM用作界面層來連接不相容的兩種材料，可以大大地提高粘結(jié)強(qiáng)度;

2)將FGM用作涂層和界面層可以減小殘余應(yīng)力和熱應(yīng)力;

3)將FGM用作涂層和界面層可以消除連接材料中界面交叉點(diǎn)以及應(yīng)力自由端點(diǎn)的應(yīng)力奇異性;

4)用FGM代替?zhèn)鹘y(tǒng)的均勻材料涂層，既可以增強(qiáng)連接強(qiáng)度也可以減小裂紋驅(qū)動(dòng)力。

2.2 FGM的分類

根據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)FGM有多種分類方式。根據(jù)材料的組合方式，F(xiàn)GM分為金屬/陶瓷，陶瓷/陶瓷，陶瓷/塑料等多種組合方式的材料[1]；根據(jù)其組成變化FGM分為梯度功能整體型（組成從一側(cè)到另一側(cè)呈梯度漸變的結(jié)構(gòu)材料），梯度功能涂敷型（在基體材料上形成組成漸變的涂層），梯度功能連接型（連接兩個(gè)基體間的界面層呈梯度變化）[1]；根據(jù)不同的梯度性質(zhì)變化分為密度FGM，成分FGM，光學(xué)FGM，精細(xì)FGM等[4]；根據(jù)不同的應(yīng)用領(lǐng)域有可分為耐熱FGM，生物、化學(xué)工程FGM，電子工程FGM等[7]。

3 FGM的應(yīng)用

FGM最初是從航天領(lǐng)域發(fā)展起來的。隨著FGM 研究的不斷深入，人們發(fā)現(xiàn)利用組分、結(jié)構(gòu)、性能梯度的變化，可制備出具有聲、光、電、磁等特性的FGM，并可望應(yīng)用于許多領(lǐng)域。

功　能

應(yīng)　用　領(lǐng)　域 材　料　組　合

緩和熱應(yīng)

力功能及

結(jié)合功能

航天飛機(jī)的超耐熱材料

陶瓷引擎

耐磨耗損性機(jī)械部件

耐熱性機(jī)械部件

耐蝕性機(jī)械部件

加工工具

運(yùn)動(dòng)用具:建材 陶瓷　金屬

陶瓷　金屬

塑料　金屬

異種金屬

異種陶瓷

金剛石　金屬

碳纖維　金屬　塑料

核功能

原子爐構(gòu)造材料

核融合爐內(nèi)壁材料

放射性遮避材料 輕元素　高強(qiáng)度材料

耐熱材料　遮避材料

耐熱材料　遮避材料

生物相溶性

及醫(yī)學(xué)功能

人工牙齒牙根

人工骨

人工關(guān)節(jié)

人工內(nèi)臟器官:人工血管

補(bǔ)助感覺器官

生命科學(xué) 磷灰石　氧化鋁

磷灰石　金屬

磷灰石　塑料

異種塑料

硅芯片　塑料

電磁功能

電磁功能 陶瓷過濾器

超聲波振動(dòng)子

IC

磁盤

磁頭

電磁鐵

長(zhǎng)壽命加熱器

超導(dǎo)材料

電磁屏避材料

高密度封裝基板 壓電陶瓷　塑料

壓電陶瓷　塑料

硅　化合物半導(dǎo)體

多層磁性薄膜

金屬　鐵磁體

金屬　鐵磁體

金屬　陶瓷

金屬　超導(dǎo)陶瓷

塑料　導(dǎo)電性材料

陶瓷　陶瓷

光學(xué)功能 防反射膜

光纖;透鏡;波選擇器

多色發(fā)光元件

玻璃激光 透明材料　玻璃

折射率不同的材料

不同的化合物半導(dǎo)體

稀土類元素　玻璃

能源轉(zhuǎn)化功能

MHD 發(fā)電

電極;池內(nèi)壁

熱電變換發(fā)電

燃料電池

地?zé)岚l(fā)電

太陽(yáng)電池 陶瓷　高熔點(diǎn)金屬

金屬　陶瓷

金屬　硅化物

陶瓷　固體電解質(zhì)

金屬　陶瓷

電池硅、鍺及其化合物

4 FGM的研究

FGM研究?jī)?nèi)容包括材料設(shè)計(jì)、材料制備和材料性能評(píng)價(jià)。

轉(zhuǎn)貼于 4. 1 　FGM設(shè)計(jì)

FGM設(shè)計(jì)是一個(gè)逆向設(shè)計(jì)過程[7]。

首先確定材料的最終結(jié)構(gòu)和應(yīng)用條件，然后從FGM設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)中選擇滿足使用條件的材料組合、過渡組份的性能及微觀結(jié)構(gòu)，以及制備和評(píng)價(jià)方法，最后基于上述結(jié)構(gòu)和材料組合選擇，根據(jù)假定的組成成份分布函數(shù)，計(jì)算出體系的溫度分布和熱應(yīng)力分布。如果調(diào)整假定的組成成份分布函數(shù)，就有可能計(jì)算出FGM體系中最佳的溫度分布和熱應(yīng)力分布，此時(shí)的組成分布函數(shù)即最佳設(shè)計(jì)參數(shù)。

FGM設(shè)計(jì)主要構(gòu)成要素有三:

1)確定結(jié)構(gòu)形狀，熱—力學(xué)邊界條件和成分分布函數(shù);

2)確定各種物性數(shù)據(jù)和復(fù)合材料熱物性參數(shù)模型;

3)采用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)—力學(xué)計(jì)算方法，包括有限元方法計(jì)算FGM的應(yīng)力分布，采用通用的和自行開發(fā)的軟件進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。

FGM設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是與材料的制備工藝緊密結(jié)合，借助于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)，得出最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。

4. 2　FGM的制備

FGM制備研究的主要目標(biāo)是通過合適的手段，實(shí)現(xiàn)FGM組成成份、微觀結(jié)構(gòu)能夠按設(shè)計(jì)分布，從而實(shí)現(xiàn)FGM的設(shè)計(jì)性能?？煞譃榉勰┲旅芊?如粉末冶金法(PM) ，自蔓延高溫合成法(SHS) ;涂層法:如等離子噴涂法，激光熔覆法，電沉積法，氣相沉積包含物理氣相沉積(PVD) 和化學(xué)相沉積(CVD) ;形變與馬氏體相變[10、14]。

4. 2. 1 　粉末冶金法(PM)

PM法是先將原料粉末按設(shè)計(jì)的梯度成分成形，然后燒結(jié)。通過控制和調(diào)節(jié)原料粉末的粒度分布和燒結(jié)收縮的均勻性，可獲得熱應(yīng)力緩和的FGM。粉末冶金法可靠性高，適用于制造形狀比較簡(jiǎn)單的FGM部件，但工藝比較復(fù)雜，制備的FGM有一定的孔隙率，尺寸受模具限制[7]。常用的燒結(jié)法有常壓燒結(jié)、熱壓燒結(jié)、熱等靜壓燒結(jié)及反應(yīng)燒結(jié)等。這種工藝比較適合制備大體積的材料。PM法具有設(shè)備簡(jiǎn)單、易于操作和成本低等優(yōu)點(diǎn)，但要對(duì)保溫溫度、保溫時(shí)間和冷卻速度進(jìn)行嚴(yán)格控制。國(guó)內(nèi)外利用粉末冶金方法已制備出的FGM有:MgC/ Ni 、ZrO2/ W、Al2O3/ ZrO2 [8]、Al2O3-W-Ni-Cr、WC-Co、WC-Ni等[7] 。

4. 2. 2 自蔓延燃燒高溫合成法(Self-propagating High-temperature Synthesis 簡(jiǎn)稱SHS或Combustion Synthesis)

SHS 法是前蘇聯(lián)科學(xué)家Merzhanov 等在1967 年研究Ti和B的燃燒反應(yīng)時(shí)，發(fā)現(xiàn)的一種合成材料的新技術(shù)。其原理是利用外部能量加熱局部粉體引燃化學(xué)反應(yīng)，此后化學(xué)反應(yīng)在自身放熱的支持下，自動(dòng)持續(xù)地蔓延下去， 利用反應(yīng)熱將粉末燒結(jié)成材，最后合成新的化合物。其反應(yīng)示意圖如圖6所示[16]：

SHS 法具有產(chǎn)物純度高、效率高、成本低、工藝相對(duì)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。并且適合制造大尺寸和形狀復(fù)雜的FGM。但SHS法僅適合存在高放熱反應(yīng)的材料體系，金屬與陶瓷的發(fā)熱量差異大，燒結(jié)程度不同，較難控制，因而影響材料的致密度，孔隙率較大，機(jī)械強(qiáng)度較低。目前利用SHS 法己制備出Al/ TiB2 ， Cu/ TiB2 、Ni/ TiC[8] 、Nb-N、Ti-Al等系功能梯度材料[7、11]。

4. 2. 3 噴涂法

噴涂法主要是指等離子體噴涂工藝，適用于形狀復(fù)雜的材料和部件的制備。通常，將金屬和陶瓷的原料粉末分別通過不同的管道輸送到等離子噴槍內(nèi)，并在熔化的狀態(tài)下將它噴鍍?cè)诨w的表面上形成梯度功能材料涂層。可以通過計(jì)算機(jī)程序控制粉料的輸送速度和流量來得到設(shè)計(jì)所要求的梯度分布函數(shù)。這種工藝已經(jīng)被廣泛地用來制備耐熱合金發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的熱障涂層上，其成分是部分穩(wěn)定氧化鋯(PSZ)陶瓷和NiCrAlY合金[9]。

4. 2. 3. 1 等離子噴涂法(PS)

PS 法的原理是等離子氣體被電子加熱離解成電子和離子的平衡混合物，形成等離子體，其溫度高達(dá)1 500 K，同時(shí)處于高度壓縮狀態(tài)，所具有的能量極大。等離子體通過噴嘴時(shí)急劇膨脹形成亞音速或超音速的等離子流，速度可高達(dá)1. 5 km/ s。原料粉末送至等離子射流中，粉末顆粒被加熱熔化，有時(shí)還會(huì)與等離子體發(fā)生復(fù)雜的冶金化學(xué)反應(yīng)，隨后被霧化成細(xì)小的熔滴，噴射在基底上，快速冷卻固結(jié)，形成沉積層。噴涂過程中改變陶瓷與金屬的送粉比例，調(diào)節(jié)等離子射流的溫度及流速，即可調(diào)整成分與組織，獲得梯度涂層[8、11]。該法的優(yōu)點(diǎn)是可以方便的控制粉末成分的組成，沉積效率高，無需燒結(jié)，不受基體面積大小的限制，比較容易得到大面積的塊材[10]，但梯度涂層與基體間的結(jié)合強(qiáng)度不高，并存在涂層組織不均勻，空洞疏松，表面粗糙等缺陷。采用此法己制備出TiB2-Ni、TiC-Ni、TiB2-Cu、Ti-Al[7] 、NiCrAl/MgO -ZrO2、NiCrAl/Al2O3/ZrO2、NiCrAlY/ZrO2[10]系功能梯度材料

4.2.3.2　激光熔覆法

激光熔覆法是將預(yù)先設(shè)計(jì)好組分配比的混合粉末A放置在基底B上，然后以高功率的激光入射至A并使之熔化，便會(huì)產(chǎn)生用B合金化的A薄涂層，并焊接到B基底表面上，形成第一包覆層。改變注入粉末的組成配比，在上述覆層熔覆的同時(shí)注入，在垂直覆層方向上形成組分的變化。重復(fù)以上過程，就可以獲得任意多層的FGM。用Ti-A1合金熔覆Ti用顆粒陶瓷增強(qiáng)劑熔覆金屬獲得了梯度多層結(jié)構(gòu)。梯度的變化可以通過控制初始涂層A的數(shù)量和厚度，以及熔區(qū)的深度來獲得，熔區(qū)的深度本身由激光的功率和移動(dòng)速度來控制。該工藝可以顯著改善基體材料表面的耐磨、耐蝕、耐熱及電氣特性和生物活性等性能，但由于激光溫度過高，涂層表面有時(shí)會(huì)出現(xiàn)裂紋或孔洞，并且陶瓷顆粒與金屬往往發(fā)生化學(xué)反應(yīng)[10]。采用此法可制備Ti - Al 、WC -Ni 、Al - SiC 系梯度功能材料[7 ] 。

4.2.3.3 熱噴射沉積[10]

與等離子噴涂有些相關(guān)的一種工藝是熱噴涂。用這種工藝把先前熔化的金屬射流霧化，并噴涂到基底上凝固，因此，建立起一層快速凝固的材料。通過將增強(qiáng)粒子注射到金屬流束中，這種工藝已被推廣到制造復(fù)合材料中。陶瓷增強(qiáng)顆粒，典型的如SiC或Al2O3，一般保持固態(tài)，混入金屬液滴而被涂覆在基底，形成近致密的復(fù)合材料。在噴涂沉積過程中，通過連續(xù)地改變?cè)鰪?qiáng)顆粒的饋送速率，熱噴涂沉積已被推廣產(chǎn)生梯度6061鋁合金/SiC復(fù)合材料。可以使用熱等靜壓工序以消除梯度復(fù)合材料中的孔隙。

4.2.3.4 電沉積法

電沉積法是一種低溫下制備FGM的化學(xué)方法。該法利用電鍍的原理，將所選材料的懸浮液置于兩電極間的外場(chǎng)中，通過注入另一相的懸浮液使之混合，并通過控制鍍液流速、電流密度或粒子濃度，在電場(chǎng)作用下電荷的懸浮顆粒在電極上沉積下來，最后得到FGM膜或材料[8]。所用的基體材料可以是金屬、塑料、陶瓷或玻璃，涂層的主要材料為TiO2-Ni， Cu-Ni ，SiC-Cu，Cu-Al2O3等。此法可以在固體基體材料的表面獲得金屬、合金或陶瓷的沉積層，以改變固體材料的表面特性，提高材料表面的耐磨損性、耐腐蝕性或使材料表面具有特殊的電磁功能、光學(xué)功能、熱物理性能，該工藝由于對(duì)鍍層材料的物理力學(xué)性能破壞小、設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、成型壓力和溫度低，精度易控制，生產(chǎn)成本低廉等顯著優(yōu)點(diǎn)而備受材料研究者的關(guān)注。但該法只適合于制造薄箔型功能梯度材料。[8、10]

4.2.3.5 氣相沉積法

氣相沉積是利用具有活性的氣態(tài)物質(zhì)在基體表面成膜的技術(shù)。通過控制彌散相濃度，在厚度方向上實(shí)現(xiàn)組分的梯度化，適合于制備薄膜型及平板型FGM[8]。該法可以制備大尺寸的功能梯度材料，但合成速度低，一般不能制備出大厚度的梯度膜，與基體結(jié)合強(qiáng)度低、設(shè)備比較復(fù)雜。采用此法己制備出Si-C、Ti-C、Cr-CrN、Si-C-TiC、Ti-TiN、Ti-TiC、Cr-CrN系功能梯度材料。氣相沉積按機(jī)理的不同分為物理氣相沉積(PVD) 和化學(xué)氣相沉積(CVD) 兩類。

化學(xué)氣相沉積法(CVD)是將兩相氣相均質(zhì)源輸送到反應(yīng)器中進(jìn)行均勻混合，在熱基板上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)并使反映產(chǎn)物沉積在基板上。通過控制反應(yīng)氣體的壓力、組成及反應(yīng)溫度，精確地控制材料的組成、結(jié)構(gòu)和形態(tài)，并能使其組成、結(jié)構(gòu)和形態(tài)從一種組分到另一種組分連續(xù)變化，可得到按設(shè)計(jì)要求的FGM。另外，該法無須燒結(jié)即可制備出致密而性能優(yōu)異的FGM，因而受到人們的重視。主要使用的材料是C-C、C-SiC、Ti-C等系[8、10]。CVD的制備過程包括：氣相反應(yīng)物的形成；氣相反應(yīng)物傳輸?shù)匠练e區(qū)域；固體產(chǎn)物從氣相中沉積與襯底[12]。

物理氣相沉積法(PVD)是通過加熱固相源物質(zhì)，使其蒸發(fā)為氣相，然后沉積于基材上，形成約100μm 厚度的致密薄膜。加熱金屬的方法有電阻加熱、電子束轟擊、離子濺射等。PVD 法的特點(diǎn)是沉積溫度低，對(duì)基體熱影響小，但沉積速度慢。日本科技廳金屬材料研究所用該法制備出Ti/ TiN、Ti/ TiC、Cr/ CrN 系的FGM [7~8、10~11]

4. 2. 4 形變與馬氏體相變[8]

通過伴隨的應(yīng)變變化，馬氏體相變能在所選擇的材料中提供一個(gè)附加的被稱作“相變塑性”的變形機(jī)制。借助這種機(jī)制在恒溫下形成的馬氏體量隨材料中的應(yīng)力和變形量的增加而增加。因此，在合適的溫度范圍內(nèi)，可以通過施加應(yīng)變(或等價(jià)應(yīng)力) 梯度，在這種材料中產(chǎn)生應(yīng)力誘發(fā)馬氏體體積分?jǐn)?shù)梯度。這一方法在順磁奧氏體18 -8 不銹鋼(Fe -18% ，Cr -8 %Ni) 試樣內(nèi)部獲得了鐵磁馬氏體α體積分?jǐn)?shù)的連續(xù)變化。這種工藝雖然明顯局限于一定的材料范圍，但能提供一個(gè)簡(jiǎn)單的方法，可以一步生產(chǎn)含有飽和磁化強(qiáng)度連續(xù)變化的材料，這種材料對(duì)于位置測(cè)量裝置的制造有潛在的應(yīng)用前景。

4. 3 FGM的特性評(píng)價(jià)

功能梯度材料的特征評(píng)價(jià)是為了進(jìn)一步優(yōu)化成分設(shè)計(jì)，為成分設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，目前已開發(fā)出局部熱應(yīng)力試驗(yàn)評(píng)價(jià)、熱屏蔽性能評(píng)價(jià)和熱性能測(cè)定、機(jī)械強(qiáng)度測(cè)定等四個(gè)方面。這些評(píng)價(jià)技術(shù)還停留在功能梯度材料物性值試驗(yàn)測(cè)定等基礎(chǔ)性的工作上[7]。目前，對(duì)熱壓力緩和型的FGM主要就其隔熱性能、熱疲勞功能、耐熱沖擊特性、熱壓力緩和性能以及機(jī)械性能進(jìn)行評(píng)價(jià)[8]。目前，日本、美國(guó)正致力于建立統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)特征評(píng)價(jià)體系[7~8]。

5 FGM的研究發(fā)展方向

5.1 存在的問題

作為一種新型功能材料，梯度功能材料范圍廣泛，性能特殊，用途各異。尚存在一些問題需要進(jìn)一步的研究和解決，主要表現(xiàn)在以下一些方面[5、13]:

1）梯度材料設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)庫(kù)（包括材料體系、物性參數(shù)、材料制備和性能評(píng)價(jià)等）還需要補(bǔ)充、收集、歸納、整理和完善；

2）尚需要進(jìn)一步研究和探索統(tǒng)一的、準(zhǔn)確的材料物理性質(zhì)模型，揭示出梯度材料物理性能與成分分布，微觀結(jié)構(gòu)以及制備條件的定量關(guān)系，為準(zhǔn)確、可靠地預(yù)測(cè)梯度材料物理性能奠定基礎(chǔ)；

3）隨著梯度材料除熱應(yīng)力緩和以外用途的日益增加，必須研究更多的物性模型和設(shè)計(jì)體系，為梯度材料在多方面研究和應(yīng)用開辟道路；

4）尚需完善連續(xù)介質(zhì)理論、量子（離散）理論、滲流理論及微觀結(jié)構(gòu)模型，并借助計(jì)算機(jī)模擬對(duì)材料性能進(jìn)行理論預(yù)測(cè)，尤其需要研究材料的晶面（或界面）。

5)已制備的梯度功能材料樣品的體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，還不具有較多的實(shí)用價(jià)值;

6)成本高。

5.2 FGM制備技術(shù)總的研究趨勢(shì)[13、15、19-20]

1）開發(fā)的低成本、自動(dòng)化程度高、操作簡(jiǎn)便的制備技術(shù)；

2）開發(fā)大尺寸和復(fù)雜形狀的FGM制備技術(shù)；

3）開發(fā)更精確控制梯度組成的制備技術(shù)（高性能材料復(fù)合技術(shù)）；

4）深入研究各種先進(jìn)的制備工藝機(jī)理，特別是其中的光、電、磁特性。

5.3 對(duì)FGM的性能評(píng)價(jià)進(jìn)行研究[2、13]

有必要從以下5個(gè)方面進(jìn)行研究：

1）熱穩(wěn)定性，即在溫度梯度下成分分布隨 時(shí)間變化關(guān)系問題；

2）熱絕緣性能；

3）熱疲勞、熱沖擊和抗震性；

4）抗極端環(huán)境變化能力；

5）其他性能評(píng)價(jià)，如熱電性能、壓電性能、光學(xué)性能和磁學(xué)性能等

6 結(jié)束語

第7篇

關(guān)鍵詞　工程材料　教學(xué)改革　材料加工　技術(shù)人才

中圖分類號(hào)：G712 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 工程材料加工課程教學(xué)改革應(yīng)該遵循的原則

1.1 理論知識(shí)與技能實(shí)踐共同發(fā)展

工程材料加工是一門涵蓋多種材料工藝的學(xué)科，該學(xué)科實(shí)踐性很強(qiáng)，實(shí)驗(yàn)課程和課堂教學(xué)都必須與生產(chǎn)實(shí)際相聯(lián)系。課程不僅涵蓋化學(xué)、力學(xué)、冶金等方面的知識(shí)，還對(duì)相關(guān)的工藝流程和相關(guān)原理做出闡釋，豐富學(xué)生理論知識(shí)層面的認(rèn)知。在國(guó)外高職院校相關(guān)專業(yè)的教學(xué)課程設(shè)置中，通常將實(shí)驗(yàn)課程以系列的形式搭配主干理論知識(shí)，根據(jù)教學(xué)需要進(jìn)行選擇。因此本課程的實(shí)踐環(huán)節(jié)應(yīng)該在保障焊接、鑄造、金屬塑性加工等工藝實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，添加激光加工、超聲加工等新型加工工藝，培養(yǎng)學(xué)生的認(rèn)知能力和動(dòng)手能力。

1.2 適應(yīng)材料專業(yè)人才培養(yǎng)的需要

工程材料加工是我國(guó)高職院校機(jī)械設(shè)計(jì)及自動(dòng)化、材料加工工程等專業(yè)的必修課程，在很大程度上體現(xiàn)了高職院校培養(yǎng)人才的相關(guān)需求。在傳授學(xué)科領(lǐng)域范圍內(nèi)主要加工制造方法的同時(shí)，又引進(jìn)新型材料加工工藝，這種教學(xué)安排既體現(xiàn)了相關(guān)行業(yè)對(duì)人才的專業(yè)需求，也是由高職院校人才培養(yǎng)發(fā)展方向決定的。

2 工程材料加工教學(xué)理論知識(shí)的發(fā)展方向

2.1 優(yōu)化專業(yè)課程內(nèi)容

材料加工工藝既包括鍛造、鑄造和焊接等傳統(tǒng)工藝，又涵蓋微電子封裝、真空鍍膜等現(xiàn)代加工工藝，在專業(yè)課程教學(xué)過程中，必須對(duì)這些教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行有效的優(yōu)化整合，適時(shí)引入專業(yè)領(lǐng)域的前沿科研成果和發(fā)展成就，打造一個(gè)適宜人才培養(yǎng)計(jì)劃的專業(yè)知識(shí)架構(gòu)。舉例來說，工藝教材內(nèi)容設(shè)置應(yīng)該在單一的傳統(tǒng)工藝中加入粉末冶金等先進(jìn)工藝，金屬液態(tài)成型教學(xué)重點(diǎn)應(yīng)該向熱門的砂型鑄造傾斜等等。在具體的教學(xué)活動(dòng)中，教師應(yīng)該突出教學(xué)的核心和重點(diǎn)內(nèi)容，輔助學(xué)生拓展知識(shí)領(lǐng)域，為培養(yǎng)創(chuàng)造性思維和動(dòng)手能力奠定基礎(chǔ)。

2.2 擴(kuò)大專業(yè)知識(shí)面

隨著時(shí)代的發(fā)展，材料相關(guān)專業(yè)涉及的領(lǐng)域也逐漸得到拓寬，在解決實(shí)際問題的過程中產(chǎn)生了許多分支型的工藝和原理，這就要求高職院校的專業(yè)建設(shè)要做出改變，進(jìn)一步拓寬基礎(chǔ)知識(shí)面、擴(kuò)充知識(shí)體系。教師應(yīng)該在課堂教學(xué)中以一至兩個(gè)典型工藝為講解范例，對(duì)其它工藝進(jìn)行概述或?qū)⑵渥鳛檎n外閱讀，既引導(dǎo)學(xué)生“舉一反三”，又達(dá)到廣泛涉獵的教學(xué)目的。

2.3 專業(yè)教材建設(shè)

教材是開展教學(xué)活動(dòng)的專業(yè)指導(dǎo)性資料，在材料相關(guān)專業(yè)的教材設(shè)置方面，各級(jí)院校應(yīng)該組織教師對(duì)教材進(jìn)行認(rèn)真研讀，并且形成書面性的參考意見，輔助教育部門對(duì)專業(yè)教材進(jìn)行修訂，將以鍛造、焊接、表面工程等為代表的傳統(tǒng)工藝，以及以快速原型制造、粉末冶金為代表的新型工藝相結(jié)合，彌補(bǔ)專業(yè)教材內(nèi)容設(shè)置上的缺口，避免教材內(nèi)容與時(shí)代脫節(jié)。

3 工程材料加工教學(xué)實(shí)踐內(nèi)容的改革思路

教學(xué)實(shí)踐直接作用于學(xué)生，教學(xué)活動(dòng)的開展是對(duì)學(xué)生思維能力、理解能力、創(chuàng)造能力和動(dòng)手能力的多方面培養(yǎng)。為了順應(yīng)我國(guó)教育體制改革的需要，高職院校材料加工相關(guān)專業(yè)應(yīng)該對(duì)傳統(tǒng)的教學(xué)方法和手段進(jìn)行改革，理論和實(shí)驗(yàn)并重的同時(shí)，將教學(xué)重點(diǎn)向?qū)嵺`運(yùn)用方面傾斜。

3.1 運(yùn)用多種教學(xué)手段 （下轉(zhuǎn)第162頁(yè)）（上接第160頁(yè)）

工程材料加工具有工科專業(yè)的普遍特點(diǎn)，即概念和原理抽象化、理解難度較大。針對(duì)這一特點(diǎn)，教師應(yīng)該充分運(yùn)用多種模型道具或者直觀的教學(xué)手段，將抽象的工藝流程或者技術(shù)原理具體化，便于學(xué)生理解。比如，在講解鍛造壓、鑄造等成型工藝的教學(xué)中，可以運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)，將工藝操作流程以多媒體動(dòng)畫形式呈現(xiàn)出來，便于教師講解，也易于學(xué)生理解。

3.2 加強(qiáng)互動(dòng)式的課堂教學(xué)

傳統(tǒng)“填鴨式”教學(xué)已經(jīng)被時(shí)代拋棄，現(xiàn)代教學(xué)更加注重師生之間的有效互動(dòng)。在材料加工課堂教學(xué)中，教師可通過適度的話題切入，引導(dǎo)學(xué)生展開自由討論，通過互相交流溝通對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行鞏固。以材料“加工硬化”和“二次硬化”的教學(xué)為例，在課堂討論的過程中，學(xué)生可通過互相之間提問對(duì)不同工藝特點(diǎn)加以辨別，著重關(guān)注易于混淆的部分。

3.3 改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力的重要環(huán)節(jié)，為了改變傳統(tǒng)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?，教師?yīng)該根據(jù)教材設(shè)定有針對(duì)性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)思路，由點(diǎn)到面、層層推進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，大幅度提高綜合性實(shí)驗(yàn)的比例。以材料加工生產(chǎn)工藝的演示過程為例，教師選題范圍應(yīng)該以貼近畢業(yè)設(shè)計(jì)為重要指導(dǎo)方向，將其作為教學(xué)科研的重要部分來開展，在這一綜合實(shí)驗(yàn)過程中，通過對(duì)工藝全過程的演示，啟發(fā)學(xué)生發(fā)揮主觀能動(dòng)性，發(fā)現(xiàn)問題并對(duì)其進(jìn)行分析，積極地參與到實(shí)驗(yàn)中，將創(chuàng)造性思維能力作用于實(shí)踐。

3.4 加強(qiáng)校企合作

校企合作是近年來興起的一種新型辦學(xué)模式，學(xué)校充分根據(jù)企業(yè)對(duì)專業(yè)人才的供需狀況和技術(shù)需求進(jìn)行定向人才培養(yǎng)，企業(yè)為這些后備人才創(chuàng)造足夠的實(shí)踐空間。校企合作辦學(xué)通過設(shè)立教學(xué)指導(dǎo)機(jī)構(gòu)、定期邀請(qǐng)企業(yè)工程技術(shù)人員對(duì)教學(xué)開展指導(dǎo)等方式，實(shí)現(xiàn)了材料加工理論知識(shí)和生產(chǎn)實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合，順應(yīng)市場(chǎng)對(duì)相關(guān)人才的具體需要進(jìn)行安排教學(xué)內(nèi)容和實(shí)際訓(xùn)練課程，為高等職業(yè)院校相關(guān)專業(yè)學(xué)生順利走上工作崗位奠定了基礎(chǔ)。

4 結(jié)束語

經(jīng)濟(jì)的發(fā)展對(duì)高職教育提出了新的要求，面向市場(chǎng)需求進(jìn)行人才培養(yǎng)已經(jīng)成為教學(xué)實(shí)踐發(fā)展的主要趨勢(shì)。我國(guó)高職院校材料加工相關(guān)專業(yè)的教學(xué)實(shí)踐要將培養(yǎng)實(shí)用型技術(shù)人才作為教學(xué)目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)管理水平的新突破。提高材料加工教學(xué)質(zhì)量，為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供急需的技術(shù)應(yīng)用型人才，是一項(xiàng)需要各部門協(xié)同合作的長(zhǎng)期性工作，不僅需要學(xué)校對(duì)教學(xué)方法進(jìn)行改革，還需要相關(guān)企業(yè)和政府部門的實(shí)踐合作和政策扶持。

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第8篇

關(guān)鍵詞：冶金企業(yè) 成本效益觀 成本控制 問題 對(duì)策

中圖分類號(hào)：F275.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1004-4914（2017）01-274-02

一、相關(guān)概念界定

（一）冶金企業(yè)的成本效益觀

在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)環(huán)境下，經(jīng)濟(jì)效益始終是冶金企業(yè)管理追求的首要目標(biāo)，冶金企業(yè)成本控制工作中也應(yīng)該樹立成本效益觀念，實(shí)現(xiàn)由傳統(tǒng)的“節(jié)約、節(jié)省”觀念向現(xiàn)代效益觀念轉(zhuǎn)變，特別是在我國(guó)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)體制逐步完善的今天，冶金企業(yè)管理應(yīng)以市場(chǎng)需求為導(dǎo)向，通過向市場(chǎng)提供質(zhì)量盡可能高、功能盡可能完善的產(chǎn)品和服務(wù)，力求使冶金企業(yè)獲取盡可能多的利潤(rùn)。與冶金企業(yè)管理的這一基本要求相適應(yīng)，冶金企業(yè)成本控制也就應(yīng)與冶金企業(yè)的整體經(jīng)濟(jì)效益直接聯(lián)系起來，以一種新的認(rèn)識(shí)觀――成本效益觀念，來看待成本及其控制問題。冶金企業(yè)的一切成本控制活動(dòng)應(yīng)以成本效益觀念作為支配思想，從“投入”與“產(chǎn)出”的對(duì)比分析來看待“投入”（成本）的必要性、合理性，即努力以盡可能少的成本付出，創(chuàng)造盡可能多的使用價(jià)值，為冶金企業(yè)獲取更多的經(jīng)濟(jì)效益。

（二）成本控制的主要內(nèi)容

成本控制是現(xiàn)代企業(yè)管理的重要內(nèi)容之一，是以成本預(yù)測(cè)、成本決策、價(jià)值分析、成本控制、成本核算、成本分析、成本考核等為內(nèi)容的科學(xué)管理體系。傳統(tǒng)成本管理理論包括目標(biāo)成本管理理論、標(biāo)準(zhǔn)成本管理理論、責(zé)任成本管理理論和質(zhì)量成本管理理論等；現(xiàn)代成本管理模式，包括作業(yè)成本管理理論、戰(zhàn)略成本管理理論、價(jià)值鏈成本管理理論等。在新環(huán)境下，分別對(duì)傳統(tǒng)成本管理和現(xiàn)代成本管理在企業(yè)管理中的地位和作用進(jìn)行研究和探討，可以使企業(yè)管理層更重視成本管理，為企業(yè)尋求新競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境下的持續(xù)成本降低提供了一個(gè)有效的思路。

（三）冶金企業(yè)加強(qiáng)成本控制的重要意義

成本控制的重要意義可以從理論分析和現(xiàn)實(shí)需要兩個(gè)角度進(jìn)行闡述。其理論上的重要意義主要基于下面這個(gè)會(huì)計(jì)等式，即：企業(yè)利潤(rùn)=收入-成本-費(fèi)用

企業(yè)是一個(gè)追求利益最大化的組織，而從上面等式可以看出，要想擴(kuò)大利潤(rùn)，無非是從增加收入、減少成本、降低費(fèi)用三方面著手。另外，廣義的成本即包括了上述公式中的“成本”、“費(fèi)用”，因此，有效控制成本對(duì)于企業(yè)就顯得尤為重要。

而從現(xiàn)實(shí)需要角度出發(fā)，成本控制的重要意義主要表現(xiàn)為以下三個(gè)方面：

1.成本控制是保證冶金企業(yè)落實(shí)成本目標(biāo)、實(shí)現(xiàn)成本計(jì)劃的重要手段。成本的形成過程就是成本計(jì)劃的落實(shí)、實(shí)施過程。為了實(shí)現(xiàn)成本計(jì)劃，冶金企業(yè)必須將成本計(jì)劃規(guī)定的成本目標(biāo)和實(shí)現(xiàn)成本目標(biāo)的措施分解落實(shí)到各責(zé)任單位，并以此作為各責(zé)任單位控制成本的依據(jù)。實(shí)施中如發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)較大的偏差，應(yīng)分析原因并及時(shí)反饋給有關(guān)責(zé)任單位，造成差異如是成本計(jì)劃本身的問題，應(yīng)對(duì)計(jì)劃進(jìn)行修訂，以保證計(jì)劃的指導(dǎo)作用。通過有效的成本控制、才能充分挖掘冶金企業(yè)內(nèi)部降低成本的潛力，才能確保成本計(jì)劃的實(shí)現(xiàn)。

2.成本控制是推動(dòng)冶金企業(yè)提高管理水平的動(dòng)力。實(shí)行有效的成本控制，必須建立一套完整的成本控制制度和責(zé)任制度，使得冶金企業(yè)內(nèi)部各級(jí)責(zé)任單位和全體員工都能明確各自的成本目標(biāo)和經(jīng)濟(jì)責(zé)任。如為加強(qiáng)直接材料費(fèi)用控制，必須為各種產(chǎn)品、零部件制定材料消耗定額及限額領(lǐng)料和配比發(fā)料制度，建立材料驗(yàn)收保管制度，并要求供應(yīng)部門和各生產(chǎn)車間、班組嚴(yán)格執(zhí)行材料管理與核算制度，不斷提高材料管理水平和效率，滿足冶金企業(yè)對(duì)材料費(fèi)用控制的要求，提高冶金企業(yè)各項(xiàng)管理工作水平。

3.成本控制是增強(qiáng)冶金企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的有力保證。市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)使冶金企業(yè)時(shí)刻面臨著來自各方面的競(jìng)爭(zhēng)壓力。競(jìng)爭(zhēng)的法則就是優(yōu)勝劣汰，要使冶金企業(yè)在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中建立起競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，主要基于優(yōu)良的產(chǎn)品品質(zhì)、優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品服務(wù)和優(yōu)惠的產(chǎn)品價(jià)格之上要做到質(zhì)優(yōu)價(jià)廉，除了要做好產(chǎn)品的開發(fā)、創(chuàng)新和提高質(zhì)量等工作之外，關(guān)鍵是要加強(qiáng)成本控制，不斷降低產(chǎn)品成本，進(jìn)一步增強(qiáng)冶金企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)能力。

二、我國(guó)冶金行業(yè)目前存在的成本控制問題

（一）成本控制意識(shí)薄弱

成本控制意識(shí)薄弱、觀念落后、管理方法舊，沒有充分認(rèn)識(shí)到提高冶金企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益必須加強(qiáng)成本控制的重要意義，沒有充分認(rèn)識(shí)到在社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)條件下，冶金企業(yè)之間競(jìng)爭(zhēng)的實(shí)質(zhì)是冶金企業(yè)成本的較量。這主要表現(xiàn)在成本控制的范圍、目的及手段等方面的認(rèn)識(shí)存在偏差，使得成本控制松弛、成本控制約束弱化、損失浪費(fèi)嚴(yán)重。

（二）成本控制不合理

1.成本核算不合理。表現(xiàn)在：其一，間接費(fèi)用分?jǐn)倶?biāo)準(zhǔn)與觀念性不夠，導(dǎo)致分?jǐn)偛粶?zhǔn)確。其二，作為企業(yè)成本的管理費(fèi)用等期間費(fèi)用核算較粗，只按會(huì)計(jì)準(zhǔn)則要求進(jìn)行財(cái)務(wù)處理，未形成責(zé)任成本考核制度。其三，企業(yè)定額管理制度不完善。

2.成本控制方法陳舊。傳統(tǒng)的成本控制方法局限于為降低成本而降低成本，忽視企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益；只注重生產(chǎn)過程的成本控制，忽視產(chǎn)品生命周期其他階段的控制，僅以產(chǎn)品、財(cái)務(wù)信息作為控制對(duì)象，不能為管理人員提供所需要的非財(cái)務(wù)方面的信息。

3.企業(yè)成本項(xiàng)目不全。多數(shù)企業(yè)只考慮了會(huì)計(jì)學(xué)中的成本項(xiàng)目，只按會(huì)計(jì)準(zhǔn)則的要求把可以計(jì)入成本的費(fèi)用開支來作為企業(yè)成本加以控制。按照準(zhǔn)則規(guī)定，營(yíng)業(yè)外支出與生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)無關(guān)，不能計(jì)入產(chǎn)品成本。但從企業(yè)角度出發(fā)，它作為一項(xiàng)耗費(fèi)，企業(yè)仍需對(duì)其進(jìn)行支付。此外，成本管理的內(nèi)涵僅局限于物質(zhì)產(chǎn)品成本，并未涉及如環(huán)境成本、質(zhì)量成本、人力資源成本等非物質(zhì)產(chǎn)品成本。

（三）技術(shù)創(chuàng)新不足

創(chuàng)新是企業(yè)保持競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的關(guān)鍵，企業(yè)通過技術(shù)創(chuàng)新，可以有效的降低成本。公司生產(chǎn)技術(shù)水平較低，在技術(shù)、工藝上缺乏創(chuàng)新力度，不能有效提高材料利用率、降低材料的損耗量、提高成品率，從而降低成本。

（四）成本控制制度不完善，成本考核流于形式

公司雖然制定了一些成本控制制度，但貫徹執(zhí)行不力。對(duì)制度的執(zhí)行缺乏全面的監(jiān)督與考核，未建立核算獎(jiǎng)罰掛鉤制度，沒有將考核指標(biāo)落實(shí)到相關(guān)部門的個(gè)人，無法調(diào)動(dòng)職工參與成本控制的積極性，成本核算部門形同虛設(shè)。

三、冶金企業(yè)加強(qiáng)成本控制的具體對(duì)策

（一）強(qiáng)化成本意識(shí)，樹立成本效益思想

現(xiàn)代成本控制意識(shí)是指企業(yè)的管理人員對(duì)于成本控制和成本管理要有足夠的重視，改變成本控制就是降低產(chǎn)品成本的傳統(tǒng)看法，改變成本控制到一定程度就無法再降低的錯(cuò)誤觀念，充分認(rèn)識(shí)到成本降低的潛力是無限的。對(duì)比成本與效益并從中取得最大的收益是現(xiàn)代成本控制的最終目標(biāo)，要做到有效地控制成本，首先是管理人員要足夠重視，其次對(duì)企業(yè)全體職工進(jìn)行成本意識(shí)方面的宣傳教育，把成本控制意識(shí)灌輸給每位員工，使全員都參與成本控制，讓他們知道企業(yè)的利益就是自己的利益。

企業(yè)的成本控制應(yīng)與企業(yè)整體的經(jīng)濟(jì)效益直接聯(lián)系，應(yīng)以科學(xué)的成本效益觀念看待成本控制問題。企業(yè)所有的成本控制活動(dòng)應(yīng)從成本效益原則出發(fā)，從投入與產(chǎn)出的比率分析來看待投入成本的必要性，在保證產(chǎn)品和服務(wù)質(zhì)量的前提下，盡可能以最小的成本，攝取盡可能多的經(jīng)濟(jì)利潤(rùn)?；ㄥX是為了最大限度的省錢，這是成本效益觀的集中體現(xiàn)。

（二）加強(qiáng)成本控制

冶金企業(yè)的生產(chǎn)特點(diǎn)通常是大量消耗原材料和能源，對(duì)原材料進(jìn)行生產(chǎn)和加工，并且生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)、產(chǎn)品品種復(fù)雜，生產(chǎn)工藝繁復(fù)多變。這種特點(diǎn)決定了冶金企業(yè)適合采用作業(yè)成本法。標(biāo)準(zhǔn)成本控制體系可以通過引入ERP管理系統(tǒng)來進(jìn)行完善。標(biāo)準(zhǔn)成本體系與ERP的結(jié)合不僅克服了標(biāo)準(zhǔn)成本控制模式的一些缺點(diǎn)，而且還將ERP系統(tǒng)提高到了高層次管理的水平，加強(qiáng)了企業(yè)成本管理能力。

冶金行業(yè)也有中小企業(yè)，這些企業(yè)一般較落后。中小企業(yè)要充分認(rèn)識(shí)到科技對(duì)成本的重要影響。在設(shè)計(jì)階段，利用先進(jìn)科技在研發(fā)產(chǎn)品時(shí)既保證質(zhì)量又降低成本。在生產(chǎn)階段，依靠科技進(jìn)步來降低生產(chǎn)成本，通過對(duì)各個(gè)工序進(jìn)行成本分析，找出生產(chǎn)成本的制約點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上確定科技攻關(guān)的重點(diǎn)。開展節(jié)能降耗科技創(chuàng)新，改變?cè)剂系南姆绞?，加?qiáng)循環(huán)利用，以降低生產(chǎn)成本。

（三）改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)，采用新工藝，節(jié)能降耗

當(dāng)市場(chǎng)進(jìn)入衰退時(shí)，大多數(shù)企業(yè)都會(huì)通過削減成本、簡(jiǎn)化運(yùn)營(yíng)程序等方式來加以應(yīng)對(duì)，直至情況趨于好轉(zhuǎn)。嚴(yán)峻的經(jīng)濟(jì)形勢(shì)將不可避免地給企業(yè)套上桎梏，但同時(shí)也創(chuàng)造出一片孕育創(chuàng)新的沃土。如果通過技術(shù)等創(chuàng)新來達(dá)到節(jié)約成本的效果，企業(yè)就將會(huì)從危機(jī)中脫穎而出，并且會(huì)變得比以往更加強(qiáng)大。針對(duì)公司為降低成本偷工減料致產(chǎn)品批量退貨的現(xiàn)象，可以通過技術(shù)創(chuàng)新，改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)，降低材料用量或?qū)ふ倚碌摹r(jià)值便宜的材料替代原有的老的、價(jià)格較高的材料；采用新工藝，對(duì)現(xiàn)有材料的加工工藝積極加以改進(jìn)，提高材料利用率、降低材料的損耗、提高成品率，達(dá)到降低成本的目的。

（四）健全成本考核制度，完善成本控制制度

考核是實(shí)現(xiàn)成本控制的重要手段和措施，沒有嚴(yán)格規(guī)范的考核制度，其它制度也就形同虛設(shè)，因此，應(yīng)該建立健全成本控制考核體系。首先制定成本考核指標(biāo)體系，考核指標(biāo)包括目標(biāo)成本、目標(biāo)成本節(jié)約率等指標(biāo)。其次，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算成本考核指標(biāo)，采用合理的評(píng)價(jià)方法，對(duì)各方面的成本控制工作進(jìn)行評(píng)價(jià)。通過設(shè)置成本費(fèi)用考核指標(biāo)體系，對(duì)各項(xiàng)成本指標(biāo)進(jìn)行分析，定期對(duì)各成本責(zé)任部門和個(gè)人進(jìn)行考核和評(píng)價(jià)，建立相應(yīng)的獎(jiǎng)勵(lì)和懲罰機(jī)制，將考核結(jié)果同職工的工資掛鉤，做到獎(jiǎng)罰分明。

四、結(jié)語

成本控制是一個(gè)永恒的主題，冶金企業(yè)成本費(fèi)用的節(jié)約與降低直接就等于增加收入、利潤(rùn)、凈利潤(rùn)，效益不言而喻，一個(gè)規(guī)范科學(xué)全面的成本核算與管理不僅能給冶金企業(yè)帶來直接經(jīng)濟(jì)效益，而且還能夠促使整個(gè)公司管理的規(guī)范。因此，加強(qiáng)冶金企業(yè)成本控制具有極為重要的意義，值得大力探討。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 趙春娣.冶金行業(yè)加強(qiáng)成本管理與控制研究[J].企業(yè)研究，2013，02：158

第9篇

1．課程體系構(gòu)建。按照冶金工程卓越人才應(yīng)具備的知識(shí)、能力、素質(zhì)要求，按照理論與實(shí)踐有機(jī)結(jié)合、課內(nèi)與課外有機(jī)結(jié)合、校企聯(lián)合授課與校內(nèi)單獨(dú)授課相結(jié)合、知識(shí)傳授與能力培養(yǎng)相結(jié)合、學(xué)習(xí)習(xí)慣與創(chuàng)新思維培養(yǎng)有機(jī)結(jié)合“五結(jié)合”原則，堅(jiān)持“面向工程、寬基礎(chǔ)、強(qiáng)能力、重應(yīng)用，校企深度合作”的基本思想，對(duì)課程體系進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)。(1)公共基礎(chǔ)課及素質(zhì)拓展教育課。政治理論課14．0學(xué)分、大學(xué)外語16．0學(xué)分、高等數(shù)學(xué)11．0學(xué)分、大學(xué)物理8．0學(xué)分、物理實(shí)驗(yàn)4．0學(xué)分、大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)2．0學(xué)分、體育8．0學(xué)分、工程導(dǎo)論2．0學(xué)分、形勢(shì)與政策1．0學(xué)分、軍事理論1．0學(xué)分、就業(yè)與創(chuàng)業(yè)指導(dǎo)1．0學(xué)分。(2)專業(yè)基礎(chǔ)課。C語言程序設(shè)計(jì)3．0學(xué)分、線性代數(shù)3．0學(xué)分、概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)3．0學(xué)分、工程力學(xué)6．0學(xué)分、畫法幾何與機(jī)械制圖3．0學(xué)分、機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)3．0學(xué)分、電路與電子技術(shù)4．0學(xué)分、電路與電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)2．0學(xué)分、普通化學(xué)3．0學(xué)分、普通化學(xué)實(shí)驗(yàn)1．0學(xué)分、物理化學(xué)6．0學(xué)分、物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)2．0學(xué)分、材料科學(xué)基礎(chǔ)4．0學(xué)分、冶金傳輸原理6．0學(xué)分、工程應(yīng)用法律實(shí)務(wù)2．0學(xué)分、工業(yè)工程與管理2．0學(xué)分。(3)專業(yè)必修課。冶金物理化學(xué)(雙語)5．0學(xué)分、冶金學(xué)Ⅰ(雙語)5．0學(xué)分、冶金學(xué)Ⅱ(雙語)5．0學(xué)分、有色金屬冶金學(xué)(雙語)2．0學(xué)分、冶金工程實(shí)驗(yàn)技術(shù)2．0學(xué)分、冶金流程工程學(xué)2．0學(xué)分、現(xiàn)代冶金工程設(shè)計(jì)原理2．0學(xué)分、專業(yè)英語閱讀與寫作2．0學(xué)分、鋼鐵冶金環(huán)境保護(hù)與綜合治理2．0學(xué)分、技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析2．0學(xué)分、綜合實(shí)驗(yàn)4．0學(xué)分。(4)專業(yè)選修課。冶金反應(yīng)工程分析基礎(chǔ)、冶金過程數(shù)值模擬、純凈鋼生產(chǎn)技術(shù)(雙語)、冶金工程新技術(shù)(雙語)、冶金過程檢測(cè)與自動(dòng)控制、軋材質(zhì)量性能控制、礦物材料加工技術(shù)、鐵礦球團(tuán)還原技術(shù)(雙語)、冶金輔助原料技術(shù)、金屬壓力加工(雙語)、粉末冶金概論、復(fù)合材料概論、冶金機(jī)械、能源工程、冶金企業(yè)生產(chǎn)安全、工程數(shù)學(xué)。專業(yè)選修課程每門2學(xué)分，選修10學(xué)分以上。2．校內(nèi)實(shí)踐教學(xué)。冶金工程專業(yè)的校內(nèi)實(shí)踐是以一級(jí)項(xiàng)目(現(xiàn)代冶金工程設(shè)計(jì))為主線，以二級(jí)項(xiàng)目(軟件綜合設(shè)計(jì)項(xiàng)目、工程素養(yǎng)訓(xùn)練項(xiàng)目、綜合工程素質(zhì)訓(xùn)練項(xiàng)目、創(chuàng)新設(shè)計(jì)項(xiàng)目、專業(yè)拓展訓(xùn)練項(xiàng)目)為支撐，三級(jí)項(xiàng)目以核心課程為基礎(chǔ)，如冶金傳輸原理、冶金物理化學(xué)、冶金學(xué)等。將主干核心課程和整個(gè)課程體系統(tǒng)一起來，結(jié)合學(xué)生的自我學(xué)習(xí)能力、人際交往和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，以及掌握、運(yùn)行和調(diào)控能力進(jìn)行全面培養(yǎng)。對(duì)于學(xué)生來說，設(shè)計(jì)項(xiàng)目的具體性可以深化理論知識(shí)的理解，設(shè)計(jì)項(xiàng)目的探索性能夠激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的興趣，增強(qiáng)社會(huì)、歷史、道德和文化的認(rèn)知力、批判力和傳承力，使學(xué)生不僅在專業(yè)修養(yǎng)上，而且在創(chuàng)新能力、團(tuán)隊(duì)精神，適應(yīng)與調(diào)控能力，以及企業(yè)文化感知等多方面同時(shí)得到培養(yǎng)和提高。3．企業(yè)實(shí)踐教學(xué)。企業(yè)實(shí)踐教學(xué)累計(jì)時(shí)間為40周，40學(xué)分。企業(yè)培養(yǎng)階段主要包含工程實(shí)踐(I－V)、崗位實(shí)踐、現(xiàn)代冶金工程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)等四個(gè)部分。(1)工程實(shí)踐。工程實(shí)踐共計(jì)18周，18學(xué)分。

工程實(shí)踐I設(shè)在第二學(xué)期，時(shí)間為3周。培養(yǎng)學(xué)生掌握金屬加工的工藝與過程，包括切削加工、壓力加工、焊接、鉗工、數(shù)控與特種加工等;掌握簡(jiǎn)單零件加工方法選擇和工藝分析;熟悉相關(guān)設(shè)備的安全使用及操作;培養(yǎng)學(xué)生看圖、識(shí)圖及了解技術(shù)條件的能力;培養(yǎng)學(xué)生良好的工作習(xí)慣、團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神及理論聯(lián)系實(shí)際的嚴(yán)謹(jǐn)作風(fēng)。工程實(shí)踐II設(shè)在第三學(xué)期，時(shí)間為2周。培養(yǎng)學(xué)生了解企業(yè)文化、企業(yè)發(fā)展規(guī)劃目標(biāo)、運(yùn)營(yíng)及管理模式、營(yíng)銷策略等。在采礦與選礦現(xiàn)場(chǎng)，參觀鐵礦石生產(chǎn)，使學(xué)生了解鐵礦石的品位、性質(zhì)及相關(guān)生產(chǎn)指標(biāo)等。工程實(shí)踐III設(shè)在第四學(xué)期，時(shí)間為2周。使學(xué)生了解焦炭、耐火材料的評(píng)價(jià)指標(biāo)和生產(chǎn)指標(biāo)。了解煉鐵、煉鋼、精煉、連鑄、軋鋼等生產(chǎn)環(huán)節(jié)的工藝特點(diǎn)、評(píng)價(jià)指標(biāo)以及生產(chǎn)中容易出現(xiàn)的質(zhì)量問題等。使學(xué)生初步了解鋼鐵冶金企業(yè)的系統(tǒng)構(gòu)成、各系統(tǒng)之間的作用、聯(lián)系和特點(diǎn)，建立鋼鐵冶金生產(chǎn)流程整體概念，了解鋼鐵冶金行業(yè)文化沿革，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)。工程實(shí)踐IV設(shè)在第五學(xué)期，時(shí)間為1周。參觀燒結(jié)、球團(tuán)等生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，使學(xué)生掌握燒結(jié)礦和球團(tuán)的生產(chǎn)工藝及評(píng)價(jià)指標(biāo)。工程實(shí)踐V設(shè)在第六學(xué)期，時(shí)間為2周。使學(xué)生掌握軋鋼生產(chǎn)工藝及設(shè)備，了解冶金工程的能源動(dòng)力及冶金機(jī)械制造過程，了解現(xiàn)代冶金產(chǎn)品和工藝的研發(fā)態(tài)勢(shì)及流程。工程實(shí)踐I－V主要以現(xiàn)場(chǎng)參觀和企業(yè)教師講解為主。最后由企業(yè)教師、專業(yè)技術(shù)人員和校內(nèi)教師共同組成考核組，對(duì)學(xué)生實(shí)習(xí)紀(jì)律、實(shí)習(xí)報(bào)告、實(shí)習(xí)內(nèi)容的掌握，以及創(chuàng)新思維的展現(xiàn)等進(jìn)行綜合考核評(píng)價(jià)，確定企業(yè)實(shí)踐成績(jī)。(2)崗位實(shí)踐。崗位實(shí)踐設(shè)在第七學(xué)期，時(shí)間為6周。使學(xué)生熟悉煉鐵、鐵水預(yù)處理、煉鋼、爐外精煉和連鑄等鋼鐵生產(chǎn)工藝，掌握生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品質(zhì)量控制的技術(shù)要點(diǎn)，了解設(shè)備的運(yùn)行和管理維護(hù)方法等，能夠進(jìn)行生產(chǎn)操作。學(xué)生通過教師現(xiàn)場(chǎng)授課、生產(chǎn)操作、技術(shù)報(bào)告、專題調(diào)研、流程參觀和工程問題討論等環(huán)節(jié)完成崗位實(shí)踐，最后由考核組對(duì)學(xué)生的工程實(shí)踐能力，特別是操作能力和創(chuàng)新精神進(jìn)行綜合考核評(píng)價(jià)，確定崗位實(shí)踐成績(jī)。(3)現(xiàn)代冶金工程設(shè)計(jì)?，F(xiàn)代冶金工程設(shè)計(jì)設(shè)在第七學(xué)期，時(shí)間為6周。在工程實(shí)踐的基礎(chǔ)上開展，要求學(xué)生充分了解現(xiàn)代鋼鐵生產(chǎn)流程特點(diǎn)和功能，綜合運(yùn)用工程基礎(chǔ)和工程專業(yè)知識(shí)，完成來源于實(shí)際的鋼鐵廠煉鐵或煉鋼的工程計(jì)算與設(shè)計(jì)，讓學(xué)生在一定程度上掌握工程設(shè)計(jì)的理念和方法，拓展學(xué)生知識(shí)面，加強(qiáng)工程概念，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)。在集中講授的基礎(chǔ)上，學(xué)生分組，合作完成實(shí)際設(shè)計(jì)任務(wù)，聘請(qǐng)企業(yè)或設(shè)計(jì)院技術(shù)人員共同指導(dǎo)，最后由考核組對(duì)學(xué)生的設(shè)計(jì)方案、設(shè)計(jì)內(nèi)容、繪圖能力、團(tuán)隊(duì)配合、表達(dá)能力、技術(shù)運(yùn)用能力，特別是創(chuàng)新能力進(jìn)行綜合考核評(píng)價(jià)，確定現(xiàn)代冶金工程設(shè)計(jì)成績(jī)。(4)畢業(yè)設(shè)計(jì)。畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)階段是卓越工程師培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，是加強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力的有效途徑。畢業(yè)設(shè)計(jì)設(shè)在第八學(xué)期，時(shí)間為18周。內(nèi)容要能夠體現(xiàn)冶金行業(yè)發(fā)展前沿趨勢(shì)，反映冶金產(chǎn)品研發(fā)態(tài)勢(shì)和特點(diǎn)，符合區(qū)域產(chǎn)業(yè)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需求，并充分展現(xiàn)學(xué)生對(duì)冶金文化的領(lǐng)悟和創(chuàng)新思維特質(zhì)。在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，學(xué)生要在充分了解國(guó)內(nèi)外冶金行業(yè)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，根據(jù)項(xiàng)目目標(biāo)要求，撰寫開題報(bào)告，充分闡述項(xiàng)目的可行性和項(xiàng)目進(jìn)度分析，成果效益預(yù)測(cè)分析等。每周向指導(dǎo)教師至少匯報(bào)一次工作情況。企業(yè)和學(xué)校的指導(dǎo)教師共同負(fù)責(zé)學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)工作，有責(zé)任就畢業(yè)設(shè)計(jì)情況進(jìn)行指導(dǎo)、督促和檢查，每位指導(dǎo)教師每周要與學(xué)生交流一次設(shè)計(jì)進(jìn)展情況。畢業(yè)設(shè)計(jì)完成后，學(xué)生提交答辯申請(qǐng)，經(jīng)校、企指導(dǎo)教師共同確認(rèn)同意后，由教務(wù)部門組織學(xué)生答辯。畢業(yè)設(shè)計(jì)考核成績(jī)由三部分組成:企業(yè)高級(jí)技術(shù)人員評(píng)價(jià)占30%，學(xué)校教師評(píng)價(jià)占30%，答辯小組評(píng)價(jià)占40%。在答辯小組中，企業(yè)高級(jí)技術(shù)人員比例不能低于40%。在評(píng)審未通過時(shí)，學(xué)生可申請(qǐng)延長(zhǎng)該階段時(shí)間，指導(dǎo)教師重新認(rèn)定后，再申請(qǐng)答辯。學(xué)生在對(duì)評(píng)審結(jié)果有異議時(shí)，可向?qū)W校學(xué)術(shù)委員會(huì)提出申請(qǐng)復(fù)議，由學(xué)校重新組織答辯。

建立長(zhǎng)期跟蹤追加培養(yǎng)機(jī)制