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黃培云，1917年8月23日生于北京市，祖籍福建省閩侯縣（今福州市）。其父在海關(guān)工作，經(jīng)常易地任職，全家隨行。因此，黃培云小學(xué)讀于北京，初中讀于煙臺(tái)，高中讀于蘇州。但這并沒有影響他的學(xué)業(yè)，反而使他開闊了眼界，增長了不少見識(shí)。
由于勤奮好學(xué)，1934年，他以優(yōu)異的成績考入了清華大學(xué)化學(xué)系。1935年，為了挽救民族危亡，他毅然參加“一二?九”運(yùn)動(dòng)。1937年，日本侵略軍進(jìn)占北平，清華大學(xué)遷至長沙，與北京大學(xué)、南開大學(xué)組成西南臨時(shí)大學(xué)，不久又西遷昆明成立西南聯(lián)合大學(xué)。1938年2月，黃培云參加由聞一多等教授率領(lǐng)的步行團(tuán)，并擔(dān)任學(xué)生小組長，風(fēng)雨兼程，歷時(shí)兩個(gè)多月，從長沙步行到昆明。這次步行對(duì)黃培云一生影響極大。在憶及這段往事時(shí)，他說：“它不但鍛煉了我的身心，更重要的是深入窮鄉(xiāng)僻壤，了解到不少民間實(shí)際情況與疾苦，使我進(jìn)一步向進(jìn)步與革命靠攏?！蓖?月，黃培云大學(xué)畢業(yè)，在清華大學(xué)金屬學(xué)研究所任助教。
1940年，黃培云考取清華大學(xué)第五屆公費(fèi)留美生，在麻省理工學(xué)院研究生院攻讀博士學(xué)位。1945年獲科學(xué)博士學(xué)位后，他繼續(xù)在該院從事博士后科學(xué)研究工作。
為了中華民族的振興，黃培云毅然偕同已入美國籍的夫人于1946年底回到了祖國，以圖科學(xué)救國。1947年春，他受聘到武漢大學(xué)礦冶系任教授和系主任。
建校不是做好桌子板凳就行
1952年，國家對(duì)高等學(xué)校進(jìn)行教學(xué)改革與院系調(diào)整，決定將武漢大學(xué)、湖南大學(xué)、廣西大學(xué)、南昌大學(xué)的礦冶系，中山大學(xué)的地質(zhì)系，以及北京工業(yè)學(xué)院的選礦系進(jìn)行調(diào)整合并，成立獨(dú)立的中南礦冶學(xué)院。該學(xué)院定位為以培養(yǎng)有色金屬工業(yè)需要的人才為主，時(shí)任武漢大學(xué)礦冶系主任的黃培云參與了籌建工作。
校址最后選定在湖南長沙?！敖ㄐr(shí)最困難的是沒有人，我們就在長沙即將畢業(yè)的學(xué)生中找?guī)讉€(gè)能干的?！秉S培云生前回憶道。他們先對(duì)學(xué)校的桌椅板凳、實(shí)驗(yàn)臺(tái)需要多少木頭進(jìn)行估算，再去買木頭，并且總能買到最好的木頭。之后，他們又買了馬達(dá)和鋸片，自己裝了鋸木頭的機(jī)器。很快木工廠建起來了?！罢f是木工廠，實(shí)際上除了那臺(tái)鋸以外，什么都沒有。但學(xué)生們就是用它制作了一大批小板凳?！秉S培云生前回憶起建校情景時(shí)娓娓地說道。
然而，建校不是把桌子板凳做好就行了。幾所學(xué)校的師生加起來有好幾百人，加上當(dāng)時(shí)交通不便，從四面八方趕到長沙來這個(gè)過程就不簡單。修整校舍時(shí)實(shí)在買不到瓦，他們就自己動(dòng)手做瓦；建房子需要大量的磚，他們就自己建窯壓胚燒磚，還因?yàn)橛盟膯栴}，他們辦了一個(gè)小型自來水廠，甚至為了開出一條運(yùn)輸路，他們用鋤頭一點(diǎn)點(diǎn)地把羊腸小道鏟平、開通。
面臨6所學(xué)校所用教材差別很大的問題時(shí)，他們把6個(gè)學(xué)校的教材擺在一塊兒，強(qiáng)中選優(yōu)，最后確定以武大、湖大、北京工業(yè)學(xué)院的教材為主。
他們秉著革命的精神為建校出謀獻(xiàn)力，終于學(xué)校在1952年11月如期開學(xué)，黃培云被任命為副院長。
黃培云倡導(dǎo)的“三嚴(yán)”作風(fēng)――嚴(yán)肅對(duì)待教學(xué)工作、嚴(yán)密組織教學(xué)過程、嚴(yán)格要求學(xué)生在建校后起了很大作用。“我們一方面不斷改善教學(xué)物質(zhì)條件，一方面大力培養(yǎng)師資。學(xué)院成立時(shí)只有兩萬多平方米，實(shí)驗(yàn)室、教室、宿舍等都非常缺乏?！秉S培云生前接受記者采訪時(shí)說，用了大概3年時(shí)間，教學(xué)樓、實(shí)驗(yàn)樓相繼建立，實(shí)驗(yàn)室設(shè)備不斷補(bǔ)充，教學(xué)質(zhì)量也有了提高。
從1954年開始，學(xué)院在蘇聯(lián)專家的指導(dǎo)下，改組了院務(wù)會(huì)議，調(diào)整教研組，修訂教學(xué)計(jì)劃及教學(xué)大綱，對(duì)教學(xué)法展開研究。1956年，中南礦冶學(xué)院培養(yǎng)出第一批畢業(yè)生，較強(qiáng)的專業(yè)能力和綜合素質(zhì)使這些畢業(yè)生受到用人單位的歡迎。
填補(bǔ)我國粉末冶金學(xué)科空白
不僅是奠基粉末冶金學(xué)科、培養(yǎng)學(xué)科人才，黃培云更是見證了它的發(fā)展。
粉末冶金是一門制取金屬、非金屬和化合物粉末及其材料的高新科學(xué)技術(shù)，它能滿足航空、航天、核能、兵器、電子、電氣等高新技術(shù)領(lǐng)域各種特殊環(huán)境中使用的特殊材料的要求。一些發(fā)達(dá)國家早在20世紀(jì)初就開始了該領(lǐng)域的研究，而中國在1950年代還是一片空白。
當(dāng)冶金部把設(shè)立粉末冶金專業(yè)的任務(wù)下達(dá)給中南礦冶學(xué)院時(shí)，誰都不知道粉末冶金是怎么一回事。黃培云說他在麻省理工學(xué)院學(xué)過一門30學(xué)時(shí)的粉末冶金選修課，有點(diǎn)概念，但當(dāng)時(shí)并不太重視這門課程。從那以后，黃培云在學(xué)術(shù)和專業(yè)方面由一般有色金屬冶金研究轉(zhuǎn)向集中研究粉末冶金與粉末材料。
1材料成型與控制工程概念闡釋
材料成型與控制工程是一個(gè)實(shí)用性學(xué)科，該學(xué)科剖析各種類型材料的宏觀結(jié)構(gòu)、微觀結(jié)構(gòu)、表面形態(tài)轉(zhuǎn)換，深入研究材料熱加工方法和塑性成形方法。材料成型與控制技術(shù)一般應(yīng)用在機(jī)械制造行業(yè)、建筑行業(yè)以及設(shè)備加工行業(yè)，技術(shù)水平直接決定了這些行業(yè)產(chǎn)品制造質(zhì)量、產(chǎn)品制造效率，關(guān)系到制造行業(yè)的利潤，對(duì)于我國工業(yè)發(fā)展起到關(guān)鍵性基礎(chǔ)作用。一般來說，產(chǎn)品設(shè)計(jì)必須應(yīng)用材料成型與控制工程理論內(nèi)涵以及具體的加工工藝，確定材料的性質(zhì)、特點(diǎn)以及加工成品的功能，合理規(guī)劃設(shè)計(jì)材料加工。金屬材料是目前工業(yè)生產(chǎn)中較為常見的材料，材料成型與控制工程以分析金屬材料性質(zhì)、特點(diǎn)為主，充分考慮到材料成型與控制工程理論內(nèi)容以及金屬材料加工方法，探究材料成型與制造的關(guān)鍵技術(shù)，并利用領(lǐng)先的加工技術(shù)，實(shí)現(xiàn)制造技術(shù)的革新，確立我國工業(yè)制造的領(lǐng)先優(yōu)勢。加工金屬材料時(shí)，需要應(yīng)用到多種工藝技術(shù)，例如沖壓、擠壓、鍛造、鑄造以及焊接等工藝，這些工藝對(duì)技術(shù)水平提出了較高要求，每個(gè)技術(shù)環(huán)節(jié)出現(xiàn)差錯(cuò)都極易導(dǎo)致成型產(chǎn)品出現(xiàn)瑕疵，成型產(chǎn)品質(zhì)量難以達(dá)標(biāo)，其使用性能不能達(dá)到相關(guān)要求。因此，使用、加工金屬材料之前，應(yīng)仔細(xì)分析材料的物理性質(zhì)、化學(xué)構(gòu)成，并對(duì)材料進(jìn)行測試，使其達(dá)到加工成型相關(guān)要求，結(jié)合此種材料的工作環(huán)境特點(diǎn)準(zhǔn)備復(fù)合材料。
2材料成型與控制工程中加工金屬材料的具體方式
2.1機(jī)械加工成型方法概述。機(jī)械加工成型作為金屬材料加工過程中使用最為頻繁的一種方式，這種方法的優(yōu)勢在于加工簡便，設(shè)備資源較為豐富，加工金屬材料的范圍涉及到多個(gè)種類，加工精度高，能夠加工幾乎所有的金屬材料。機(jī)械加工設(shè)備由普通機(jī)床逐步升級(jí)到數(shù)控機(jī)床，早期車、銑、刨、磨加工工序是單一的、獨(dú)立的，現(xiàn)如今已經(jīng)形成具備綜合加工能力的加工中心，提高了加工效率和加工精準(zhǔn)性。機(jī)械加工金屬材料需要結(jié)合產(chǎn)品的材料性質(zhì)、形狀特點(diǎn)，分析選擇對(duì)應(yīng)的加工工藝，確定工藝路線，選擇鉆、車、銑等加工方法以及相應(yīng)的加工刀具。通常在對(duì)硬度較低的金屬材料進(jìn)行機(jī)械加工時(shí)，鉆、銑等加工方式需要應(yīng)用高速某材料刀具，車削加工應(yīng)用硬質(zhì)合金類刀具，此類刀具表面適合涂層使用；在機(jī)械加工高硬度金屬材料時(shí)，適合選擇金剛石、立方氮化硼、陶瓷等材料制作的刀具，加工時(shí)使用切削液，能夠降低加工金屬材料表面和刀具的摩擦力，并將加工時(shí)產(chǎn)生的熱量帶走，確保材料加工質(zhì)量達(dá)標(biāo)。在機(jī)械加工特殊金屬材料時(shí)，適合選擇線切割、雕刻、電火花等加工方式，對(duì)于表面質(zhì)量有較高要求的，應(yīng)采取磨削加工方式，并根據(jù)具體情況實(shí)施拋光處理。2.2粉末冶金成型方法概述。粉末冶金技術(shù)是一種傳統(tǒng)的材料成型與控制工程加工成型技術(shù)，該種技術(shù)在促進(jìn)我國工業(yè)發(fā)展起到了積極的作用。粉末冶金成型技術(shù)最初應(yīng)用在復(fù)合材料零件的制作過程中，利用壓力成型的工藝完成加工、成型，適合應(yīng)用在尺寸小、形狀單一的零件制造中。該技術(shù)具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，能夠應(yīng)用于多種材料，工藝流程并不復(fù)雜，使用時(shí)突出增強(qiáng)相分布均勻、組織細(xì)密、界面反應(yīng)少的特點(diǎn)。伴隨科技的進(jìn)步、加工制造技術(shù)的突破，該種技術(shù)也得到了發(fā)展和改進(jìn)，現(xiàn)如今該技術(shù)主要應(yīng)用于汽車、軍事領(lǐng)域產(chǎn)品制造中，例如預(yù)制破片、剎車片等。應(yīng)用粉末冶金成型技術(shù)生產(chǎn)、制造的金屬產(chǎn)品具有較強(qiáng)耐磨性、較大強(qiáng)度，應(yīng)用在特種工程領(lǐng)域中能夠體現(xiàn)出較高的應(yīng)用價(jià)值，例如含油材料制品。粉末冶金成型技術(shù)根據(jù)成型方式劃分成三類：傳統(tǒng)壓制成型方式，注射成型方式，3D打印成型方式。粉末冶金成型技術(shù)在應(yīng)用過程中必須將成型方法與金屬材料的物質(zhì)性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)、產(chǎn)品特點(diǎn)、產(chǎn)品要求相一致，以此來提高產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)品精度、生產(chǎn)效率。2.3粉末冶金成型技術(shù)分析概述。粉末冶金工藝流程包括配料環(huán)節(jié)、混料環(huán)節(jié)、成型環(huán)節(jié)、脫脂環(huán)節(jié)、燒結(jié)環(huán)節(jié)、后處理環(huán)節(jié)。汽車以及機(jī)械設(shè)備使用的齒輪具體以壓制成型的加工工藝為主，這種工藝具有較高的生產(chǎn)效率，且材料成本低廉，產(chǎn)量大，適合規(guī)模生產(chǎn)。輕武器零件類似扳機(jī)等，具有較高的機(jī)械性能要求和尺寸精度要求，同時(shí)該產(chǎn)品形狀復(fù)雜；醫(yī)療器械例如止血鉗等產(chǎn)品要求較高的機(jī)械性能和表面質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；電子零件例如手機(jī)按鍵，具有較高的尺寸精度要求和質(zhì)量要求，這些產(chǎn)品都應(yīng)選擇注射成型工藝加工，待燒結(jié)后制品無成分偏析，精度準(zhǔn)確、機(jī)械性能好、組織致密、表面質(zhì)量好，密度為7.6g/cm3~7.8g/cm3，后期能夠采用整形、熱處理、表面處理、機(jī)械加工工藝進(jìn)行加工。現(xiàn)如今，應(yīng)用粉末冶金成型技術(shù)能夠體現(xiàn)出性能良好、效率高、生產(chǎn)成本低的優(yōu)勢。2.4沖壓、擠壓、塑性成型方法概述。沖壓、擠壓、塑性成型方法的應(yīng)用范圍最廣。技術(shù)人員僅需要結(jié)合基礎(chǔ)材料成型特點(diǎn)，利用模具表面涂層以及技術(shù)，優(yōu)化加工過程中的應(yīng)力狀態(tài)，從而減少材料加工成型中的摩擦阻力，釋放材料壓力，提高產(chǎn)品質(zhì)量。沖壓、擠壓、塑性成型過程在加工復(fù)合材料時(shí)，應(yīng)結(jié)合增強(qiáng)材料比例、材料尺寸、材料強(qiáng)度、材料種類、材料質(zhì)量選取適當(dāng)?shù)臎_壓、擠壓、模鍛及其他塑形方式，進(jìn)而制造高質(zhì)量金屬材料制品。塑性成型過程中如果被加工金屬強(qiáng)度低，應(yīng)提高加工速度。上述內(nèi)容重點(diǎn)闡釋了應(yīng)用沖壓、擠壓、塑性成型方法時(shí)應(yīng)重視模具的設(shè)計(jì)、制造、方法、條件。2.5鑄造成型方法概述。鑄造成型加工方法包括熔模法、壓力法、反重力法、消失模法，離心法等，通常應(yīng)用在低精度要求大批量產(chǎn)品成型，這些產(chǎn)品都需要后續(xù)機(jī)械加工操作。
關(guān)鍵詞：機(jī)械合金化技術(shù) 材料科學(xué)與工程 教學(xué)實(shí)踐
對(duì)于材料科學(xué)與工程專業(yè)的本科生來說，到了大三和大四就要學(xué)習(xí)許多專業(yè)課程和專業(yè)選修課程。其中有些課程屬于材料合成與制備方法方面的內(nèi)容。在材料合成與制備方法的課程教學(xué)中就需要涉及到材料的某些制備工藝，例如某些金屬合金的制備工藝方法。對(duì)于金屬合金的制備方法，很多教科書都詳細(xì)地講述鑄造技術(shù)、焊接技術(shù)、粉末冶金技術(shù)、金屬熔煉技術(shù)等，但也會(huì)涉及到機(jī)械合金化技術(shù)。機(jī)械合金化技術(shù)是近年來發(fā)展起來的一種制備高性能合金的新技術(shù)。這種技術(shù)主要是利用機(jī)械球磨工藝把不同種金屬粉末通過機(jī)械球磨方式通過一定時(shí)間的球磨，最終使這些金屬元素粉末通過機(jī)械球磨工藝形成金屬合金，所以最終能夠得到需要的新型金屬合金材料。由于機(jī)械合金化工藝可以在常溫下進(jìn)行，不像金屬熔煉技術(shù)那樣需要較高的溫度才能熔化金屬，因此機(jī)械合金化技術(shù)更為實(shí)用，成本較低，而且材料的制備工藝簡單。所以機(jī)械合金化技術(shù)近些年來發(fā)展較快，機(jī)械合金化技術(shù)所能夠制備的金屬合金材料的范圍和種類也在不斷地?cái)U(kuò)大，所制備的材料的性能也逐漸得到提高。由于機(jī)械合金化技術(shù)制備金屬合金粉末的制備工藝簡單，成本較低，使用的金屬元素種類較多，而且可以用于實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行教學(xué)實(shí)驗(yàn)，所以機(jī)械合金化技術(shù)也逐漸應(yīng)用到了材料科學(xué)與工程專業(yè)的課程教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)中。采用機(jī)械合金化技術(shù)制備金屬合金粉末可以作為本科生實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)實(shí)驗(yàn)，也可以作為本科生的課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)的教學(xué)內(nèi)容。所以機(jī)械合金化技術(shù)將在材料科學(xué)與工程專業(yè)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)中具有非常廣泛的用途。
一、機(jī)械合金化技術(shù)的原理和應(yīng)用
在機(jī)械合金化過程中，粉末受到磨球強(qiáng)烈的碰撞和擠壓。極平的、純凈的金屬表面在常溫下加壓可焊接在一起，這就是冷焊，也稱為壓力焊。塑性較好的金屬粉末，在磨球的碾壓、沖擊下發(fā)生形變并以十分純凈的表面彼此接近到原子作用力的距離，同樣可以冷焊在一起，形成相互交疊的層片組織，而脆性粉末或塑性粉末加工硬化變脆后，在沖擊下直接破碎，所以球磨過程因體系不同而不同。在延性的金屬-金屬混合粉末中，粉末的變化分為三個(gè)階段：顆粒粗化-破碎-粉末粒度的穩(wěn)態(tài)分布，相應(yīng)的稱為初期、中期和后期。在機(jī)械合金化過程的初期，主要是冷焊過程，塑性粉末含量越多，粗化越明顯，顆粒直徑可到數(shù)毫米，同時(shí)顆粒表面也相當(dāng)平滑；在機(jī)械合金化中期，冷焊和破碎交替進(jìn)行，層片狀較大顆粒與細(xì)小顆粒共存，細(xì)小顆粒是從大顆粒上脫落下來的，這一階段各層內(nèi)積蓄了能使原子充分?jǐn)U散所需的空位、位錯(cuò)等缺陷，不同組元的擴(kuò)散距離也接近原子級(jí)水平，合金化過程開始。在機(jī)械合金化過程的后期，基本上只有粉末顆粒破碎的過程，顆粒粒度趨向于最小值，因此也比較均勻。延性的金屬與脆性的非金屬或化合物組成的體系，脆性組元首先發(fā)生破碎，延性組元?jiǎng)t首先發(fā)生變形，細(xì)小的脆性粒子處于延性顆粒之間。隨后延性組元逐漸加工硬化，發(fā)生斷裂和脆性組元一樣尺寸不斷減小。
機(jī)械合金化（MA）方法（塑性-塑性混合粉末）原理是：將金屬粉末在磨球的碾壓和沖擊下發(fā)生形變，并以十分純凈的表面彼此之間接近到原子作用力的距離，實(shí)現(xiàn)冷焊，最終形成相互交疊的層片狀組織。這個(gè)過程一般要經(jīng)歷顆粒粗化、破碎、粉末粒度的穩(wěn)態(tài)分布三個(gè)階段，其中初期以冷焊過程為主，粉末明顯粗化，中間過程冷焊與破碎交替進(jìn)行，層片大顆粒與細(xì)小顆粒共存，各層內(nèi)積蓄了能使原子充分?jǐn)U散所需要的空位和位錯(cuò)等的缺陷，使不同組元的擴(kuò)散距離接近于原子級(jí)水平，合金化過程開始；在后期只有破碎過程，顆粒趨向于最小。機(jī)械合金化工藝可獲得納米顆粒，能使固溶、沉淀、彌散三種強(qiáng)化結(jié)合于一體，從而制備出性能優(yōu)異的高溫合金。
二、機(jī)械合金化技術(shù)在材料科學(xué)專業(yè)的課程教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用
在材料科學(xué)與工程專業(yè)的一些專業(yè)課程，例如材料合成與制備方法、納米材料、功能材料等課程都講述了機(jī)械合金化技術(shù)。例如在材料合成與制備方法這門課程中，有講述金屬合金材料的制備方法，除了傳統(tǒng)的鑄造工藝、焊接工藝、粉末冶金工藝以及金屬熔煉技術(shù)之外，重點(diǎn)講述機(jī)械合金化技術(shù)，因?yàn)闄C(jī)械合金化技術(shù)可以制備很多種金屬合金材料，而且制備工藝簡單，可以在常溫下進(jìn)行。由于機(jī)械合金化技術(shù)可以在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行，所以可以很方便開設(shè)實(shí)驗(yàn)課程。在納米材料這門課程中講述了納米粉末的制備工藝，其中主要講述了機(jī)械合金化工藝。因?yàn)闄C(jī)械合金化工藝制備納米粉末的種類最多，涉及到很多種金屬材料以及金屬基復(fù)合材料的制備與合成等。還可以利用機(jī)械合金化技術(shù)制備復(fù)合材料，例如用機(jī)械合金化工藝球磨不同種元素粉末，使不同種金屬元素通過機(jī)械球磨工藝形成金屬合金粉末，所以通過機(jī)械球磨工藝原位合成金屬基復(fù)合材料。在功能材料這門課程中，講述利用機(jī)械合金化工藝制備納米粉末顆粒和功能材料，例如制備貯氫合金Mg-Ni合金等?；蛘呃脵C(jī)械合金化技術(shù)制備鐵磁合金材料、非晶態(tài)材料、納米功能材料等各種先進(jìn)功能材料。
利用機(jī)械合金化技術(shù)可以制備具有納米尺寸量級(jí)的金屬合金粉末。采用機(jī)械合金化技術(shù)制備的金屬合金有很多種，例如采用機(jī)械合金化技術(shù)可以制備Fe-Al金屬間化合物粉末、Ni-Al金屬間化合物粉末，Ti-Al金屬間化合物粉末，以及Ni-Fe合金、Fe-Si合金、Cu-Al合金等多種金屬合金材料。以上講述的都是利用機(jī)械合金化工藝制備二元合金材料。也可以利用機(jī)械合金化技術(shù)制備三元合金、四元合金以及多種成分的金屬合金材料。例如利用機(jī)械合金化工藝制備Fe-Ni-Cr合金、Fe-Al-Ni合金，以及利用機(jī)械合金化技術(shù)制備具有多種成分的非晶態(tài)合金等。還可以利用機(jī)械合金技術(shù)制備貯氫材料，例如采用機(jī)械合金化工藝制備Mg-Ni合金等。采用機(jī)械合金化工藝制備的金屬合金材料有很多種，有些金屬合金材料的機(jī)械合金化制備工藝可以作為材料專業(yè)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)，可以為學(xué)生演示如何利用機(jī)械合金化工藝制備高性能金屬合金材料。例如采用機(jī)械合金化工藝制備Fe-Al金屬間化合物粉末材料。采用機(jī)械合金化工藝可將固溶、沉淀和彌散三種強(qiáng)化方式結(jié)合與一體，制備一系列具有優(yōu)異性能的高溫合金。對(duì)Fc-Al合金的機(jī)械球磨或Fe-Al元素混合粉末的機(jī)械合金化已開展了一定的研究。Fe，Al純?cè)鼗旌戏勰┰谇蚰ミ^程中，粉末受到強(qiáng)烈的碰撞、擠壓，冷焊和破碎的相互作用使粉末細(xì)化，并在一定階段形成金屬合金。經(jīng)過機(jī)械合金化工藝后就得到了粉末粒度極細(xì)的Fe-Al金屬間化合物粉末。同時(shí)還可以采用機(jī)械合金化技術(shù)制備Ni-Al合金粉末、Ti-Al合金粉末等。
通過機(jī)械合金化工藝可以制備多種新型的金屬合金粉末，而且成本較低，實(shí)驗(yàn)過程簡單，可以作為本科生的實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程內(nèi)容。例如可以開設(shè)納米材料的制備工藝的實(shí)驗(yàn)課程，使本科學(xué)生通過機(jī)械合金化工藝制備多種具有納米結(jié)構(gòu)的金屬合金粉末，并對(duì)所制備的金屬合金粉末進(jìn)行性能表征，使學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)課程認(rèn)識(shí)和了解納米材料的整個(gè)制備工藝以及表征方法。還有使學(xué)生通過機(jī)械合金化工藝制備先進(jìn)的金屬功能材料，如貯氫材料、納米材料、鐵磁性材料等，通過制備工藝結(jié)合性能表征使得學(xué)生對(duì)新型功能材料有了一定的認(rèn)識(shí)和了解。
通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)使學(xué)生認(rèn)識(shí)和了解到機(jī)械合金化技術(shù)在材料科學(xué)與工程中的研究發(fā)展與應(yīng)用，使學(xué)生加深課程教學(xué)知識(shí)內(nèi)容的認(rèn)識(shí)和掌握，使學(xué)生在課程學(xué)習(xí)的過程中既增加課本知識(shí)又鍛煉了實(shí)踐能力。所以在材料專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)該增加一些材料制備技術(shù)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)，例如使學(xué)生利用機(jī)械合金化工藝球磨得到新型金屬合金粉末材料，并研究機(jī)械合金化工藝球磨過程對(duì)金屬合金粉末的物相組成和顯微結(jié)構(gòu)的變化，使學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)課程對(duì)材料的制備和檢測方法有了較深的認(rèn)識(shí)，從而為材料科學(xué)與工程專業(yè)課程的學(xué)習(xí)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
三、機(jī)械合金化技術(shù)在材料科學(xué)中的發(fā)展趨勢與應(yīng)用
機(jī)械合金化技術(shù)由于制備工藝簡單，成本較低，材料合成溫度較低，所以被廣泛地應(yīng)用到材料的合成與制備中。利用機(jī)械合金化技術(shù)可以開發(fā)新型的金屬合金材料以及復(fù)合材料等。采用機(jī)械合金化技術(shù)可以開發(fā)出很多種類型的金屬合金粉末，也可以開發(fā)金屬基復(fù)合材料等，而且現(xiàn)在有越來越多的研究者從事機(jī)械合金化工藝制備金屬合金材料和金屬基復(fù)合材料以及功能材料的研究和開發(fā)，所研究和開發(fā)的材料種類也逐漸增多，應(yīng)用范圍也越來越廣泛。機(jī)械合金化技術(shù)在材料科學(xué)與工程教學(xué)與實(shí)踐中也得到廣泛的推廣和應(yīng)用，已經(jīng)成為材料科學(xué)與工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)課程必須進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。所以本文作者認(rèn)為應(yīng)該在材料科學(xué)專業(yè)的教學(xué)實(shí)踐中增加機(jī)械合金化技術(shù)的實(shí)驗(yàn)課程，使得學(xué)生通過課程學(xué)習(xí)和實(shí)踐學(xué)習(xí)來加深材料科學(xué)與工程專業(yè)課程知識(shí)和內(nèi)容的認(rèn)識(shí)和掌握。
綜上所述，本文首先介紹機(jī)械合金化技術(shù)的概念和技術(shù)原理，講述機(jī)械合金化技術(shù)在材料科學(xué)與工程中的應(yīng)用，并結(jié)合材料科學(xué)與工程專業(yè)課程教學(xué)研究和探討了機(jī)械合金化技術(shù)在材料科學(xué)與工程專業(yè)的教學(xué)實(shí)踐中的研究和應(yīng)用。采用機(jī)械合金化技術(shù)可以制備多種材料，這為材料科學(xué)與工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)實(shí)踐提供了豐富的教學(xué)內(nèi)容，可以在材料科學(xué)與工程專業(yè)的實(shí)驗(yàn)課程中開設(shè)一些關(guān)于機(jī)械合金化工藝制備新型金屬合金材料的實(shí)驗(yàn)課程。
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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。現(xiàn)代高科技的競爭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)國家的科學(xué)技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)實(shí)力，也是一個(gè)國家綜合國力和社會(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:
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研究內(nèi)容包括材料設(shè)計(jì)、材料制備和材料性能評(píng)價(jià)。
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)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?？梢允褂脽岬褥o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)和熱性能測定、機(jī)械強(qiáng)度測定等四個(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（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，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[13、15、19-20]
1）開發(fā)的低成本、自動(dòng)化程度高、操作簡便的制備技術(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，國際化合作的方向發(fā)展。
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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)代高科技的競爭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)國家的科學(xué)技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)實(shí)力,也是一個(gè)國家綜合國力和社會(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:
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研究內(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?？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?？梢允褂脽岬褥o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)和熱性能測定、機(jī)械強(qiáng)度測定等四個(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（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，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[13、15、19-20]
1）開發(fā)的低成本、自動(dòng)化程度高、操作簡便的制備技術(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,國際化合作的方向發(fā)展。
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中圖分類號(hào)：S220.6
1.綠色制造概述
1.1概念
綠色制造.又被稱為環(huán)境意識(shí)制造或面向環(huán)境的制造，是一個(gè)系統(tǒng)地考慮環(huán)境影響和資源效率的現(xiàn)代制造模式。綠色制造的目標(biāo)是使得產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、制造、包裝、運(yùn)輸.使用到報(bào)廢處理的整個(gè)產(chǎn)品生命周期中，對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響最小.資源效率最高.并使企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益協(xié)調(diào)優(yōu)化。這里的環(huán)境包含了自然生態(tài)環(huán)境.社會(huì)系統(tǒng)和人類健康等因素。
1.2綠色制造的結(jié)構(gòu)體系
綠色制造的核心內(nèi)容是產(chǎn)品制造過程中，使用綠色材料和清潔能源，通過綠色設(shè)計(jì).生產(chǎn)綠色產(chǎn)品.最終建立具有可持續(xù)性的產(chǎn)品生產(chǎn)和消費(fèi)模式。綠色制造主要由三大部分組成：綠色設(shè)計(jì).清潔生產(chǎn)和綠色再制造。
2.綠色機(jī)械制造工藝的類型
2.1節(jié)約資源的工藝技術(shù)
原材料（尤其是一些不可再生的金屬材料）的大量消耗.將不利于全社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展.因此.機(jī)械工業(yè)應(yīng)積極推廣資源消耗少的綠色工藝技術(shù)，通常可采取以下綠色工藝技術(shù)。
2.1.1綠色材料
綠色設(shè)計(jì)與制造所選擇的材料既要有良好的使用性能.又要與環(huán)境有較好的協(xié)調(diào)性。為此，可改善機(jī)電產(chǎn)品的功能.簡化結(jié)構(gòu).減少所用材料的種類：選用易加工的材料、低能耗、少污染的材料，可回收再利用的材料，采用天然可再生材料。
2.1.2少無切削技術(shù)
隨著新技術(shù)、新工藝的發(fā)展，精鑄、精鍛、擺輾等成型技術(shù)和工程塑料在機(jī)械制造中的應(yīng)用日趨成熟，從近似成型向凈成型方向發(fā)展。有些成型件不需要機(jī)械加工，就可直接使用.不僅可以節(jié)約傳統(tǒng)毛坯制造時(shí)的能耗、物耗，也大大減少了產(chǎn)品的制造周期和生產(chǎn)費(fèi)用。
2.1.3節(jié)水制造技術(shù)
水這種寶貴的資源在機(jī)械制造中起著重要的作用。但由于我國北方缺水，從綠色可持續(xù)發(fā)展的角度，應(yīng)積極探討節(jié)水制造的新工藝。
2.1.4新型刀具材料
減少刀具材料消耗，尤其是復(fù)雜、貴重刀具材料的磨耗是降低物料消耗的另一重要途徑，對(duì)此可采用新型刀具材料，發(fā)展涂層刀具。
2.1.5回收利用
綠色設(shè)計(jì)與制造，非?？粗貦C(jī)械產(chǎn)品廢棄后的回收利用，它使傳統(tǒng)的物料運(yùn)行模式從開環(huán)式變?yōu)椴糠珠]環(huán)式。產(chǎn)品生產(chǎn)廠家對(duì)回收可再利用的元器件，進(jìn)行選擇、回收和再利用等處理。
2.2節(jié)省能源的工藝技術(shù)
加工過程中要消耗大量的能量，這些能量一部分轉(zhuǎn)化為有用功，而大部分則轉(zhuǎn)化為其他能量形式而消耗掉。消耗掉的能量總是伴隨著各種各樣的有害損失。目前，可采取以下綠色技術(shù)。
技術(shù)節(jié)能。加強(qiáng)技術(shù)改造，提高能源利用率，如采用節(jié)能型電機(jī)，淘汰能耗大的老式設(shè)備。
工藝節(jié)能。改變?cè)瓉砟芎拇蟮臋C(jī)械加工工藝，采用先進(jìn)的節(jié)能新工藝和綠色新工裝。
管理節(jié)能。加強(qiáng)能源管理，及時(shí)調(diào)整設(shè)備負(fù)荷，消除滴、漏、跑、冒等浪費(fèi)現(xiàn)象，避免設(shè)備空車運(yùn)轉(zhuǎn)等。
適度利用新能源?？稍偕茫瑹o污染的新能源是能源發(fā)展的一個(gè)重要方向。
綠色設(shè)備和制造裝備將向著低能耗，與環(huán)境相協(xié)調(diào)的綠色設(shè)備方向發(fā)展?，F(xiàn)在已出現(xiàn)了干式切削加工機(jī)床、強(qiáng)冷風(fēng)磨削機(jī)床等。綠色化設(shè)備減少了機(jī)床材料的用量，優(yōu)化了機(jī)床結(jié)構(gòu)，提高了機(jī)床能效，不使用對(duì)人和生產(chǎn)環(huán)境有害的工作介質(zhì)。
2.3環(huán)保型工藝技術(shù)
生產(chǎn)過程是一個(gè)輸入輸出系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)輸入所要求的要素時(shí)，系統(tǒng)輸出除最終產(chǎn)品外，還會(huì)輸出對(duì)環(huán)境、操作者等有影響或危害的物質(zhì)，如廢液、廢氣、廢渣、噪聲等。環(huán)保型工藝技術(shù)就是通過一定的工藝手段，使其盡可能減少或完全消除，提高系統(tǒng)運(yùn)行效率?？蓮囊韵路矫婵紤]：
2.3.1減少大氣污染
2.3.2減少水污染
2.3.3減少其他污染
3.綠色制造工藝的開發(fā)策略
由于切削和磨削是目前獲得零件尺寸和形狀的主要手段，其主要優(yōu)點(diǎn)是可以得到極高的尺寸和形狀精度，以及很小的表面粗糙度，其主要缺點(diǎn)是浪費(fèi)原材料，加工效率低，對(duì)零件的表面材料性質(zhì)有一定影響，且能耗大，切（磨）屑難于處理，即使能處理，其處理成本也很高，對(duì)環(huán)境又有污染（切、磨削液的用于排放、加工中揮發(fā)的煙霧等）。因此，對(duì)綠色機(jī)械加工工藝（干式切削、干式磨削等）的研究既具有理論意義，又具有廣泛的實(shí)際意義。
3.1采用電子技術(shù)改造舊機(jī)床
舊機(jī)床改造的主要目的是：提高機(jī)床的加工精度和效率，減輕操作勞動(dòng)強(qiáng)度、擴(kuò)大機(jī)床的功能，提高自動(dòng)化程度和工作可靠性等。通常采用的電子技術(shù)有：數(shù)顯技術(shù).可編程序控制器（PLC）技術(shù)，數(shù)據(jù)技術(shù)，變領(lǐng)調(diào)速技術(shù)等。
3.2干切削技術(shù)
材料切削是常規(guī)的機(jī)械制造工藝，通常是有切削液條件下的濕切削。實(shí)踐證明，使用和清除切削液的費(fèi)用已明顯高于刀具的費(fèi)用，此外還有切削液的環(huán)境污染問題干切削技術(shù)在不使用切削液的條件下進(jìn)行。切削液傳統(tǒng)的排屑、冷卻、作用己逐漸由刀具設(shè)計(jì)與制造及其它方法所代替。
3.3冷輾擴(kuò)技術(shù)
最初的冷輾擴(kuò)技術(shù)只能做到輾擴(kuò)和成型，達(dá)不到精度要求。隨著數(shù)控和比例技術(shù)的發(fā)展以及材料性能的改進(jìn)，冷輾擴(kuò)工藝得到了重視和發(fā)展。
80年代末出現(xiàn)了一種新的機(jī)型。其工作原理是一個(gè)用于生產(chǎn)外輪廓的驅(qū)動(dòng)的外模具（輾壓輪）和――個(gè)用于生產(chǎn)內(nèi)輪廓的被動(dòng)的內(nèi)模具（芯軸）在滑座的運(yùn)動(dòng)下由支撐輪擠壓在一起。套圈壁受輾壓而局部開始向徑向和切向滾動(dòng)，并最終在整個(gè)直徑上變薄，使得套圈擴(kuò)徑并成型。與傳統(tǒng)方法相比，這一方案不采用壓力控制，而是通過計(jì)算機(jī)數(shù)控根據(jù)輪廓，材料和直徑來控制壁由厚變薄。這一改進(jìn)不僅擴(kuò)大了應(yīng)用范圍，更提高了加工精度。套圈的圓柱度由原來的0.5毫米縮小到0.04毫米.直徑公差過去為0.2毫米.現(xiàn)在小于0.08毫米。可以說，冷輾擴(kuò)工藝步驟少.節(jié)約原材料。
4.金屬粉末注射成型工藝
金屬粉末注射成型（MIM―――MetalPowderInjectionMoulding）是傳統(tǒng)粉末冶金工藝與塑料成型工藝結(jié)合的新型工藝。該工藝的基本過程是：金屬粉末與有機(jī)粘結(jié)劑均勻混合成具有流變性的膏狀混合物，然后在注射機(jī)上注射成型。得到的成型毛坯經(jīng)過脫除粘結(jié)劑和燒結(jié)，燒結(jié)后的零件進(jìn)行磨光和表面硬化處理。該工藝不僅具有工序少，無切削或少切削、經(jīng)濟(jì)效益高等優(yōu)點(diǎn)，而且克服了傳統(tǒng)粉末冶金工藝材料密度低、材質(zhì)不均勻、機(jī)械性能低、薄壁不易成型和結(jié)構(gòu)件復(fù)雜的缺點(diǎn)。適合于注射成型的材料非常廣泛，如碳鋼、合金鋼、工具鋼、不銹鋼、難熔合金、硬質(zhì)合金、碳化硅、高比重合金、高溫合金等。還可根據(jù)用戶的要求進(jìn)行材料配方研究，制造任意組分的合金材料。
【參考文獻(xiàn)】：
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中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ？搖文章編號(hào)：1674-9324（2013）41-0107-02
《材料熱力學(xué)》是材料科學(xué)與工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，是一門理論性和應(yīng)用性較強(qiáng)的課程。通過《材料熱力學(xué)》課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠掌握《材料熱力學(xué)》的基本概念和理論，并利用《材料熱力學(xué)》進(jìn)行相變、表面和界面等的分析和研究。然而《材料熱力學(xué)》具有概念多而易混淆、公式多而難記憶以及內(nèi)容抽象難懂等特點(diǎn)，學(xué)生系統(tǒng)掌握該課程的內(nèi)容比較困難，本文嘗試對(duì)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法等方面進(jìn)行探索，以提高《材料熱力學(xué)》課程的教學(xué)效果。
一、教學(xué)內(nèi)容與實(shí)踐相結(jié)合
1.突出應(yīng)用目的。本科《材料熱力學(xué)》教學(xué)重點(diǎn)在于熱力學(xué)基本原理及其在相平衡、表面和界面等領(lǐng)域的應(yīng)用。由于學(xué)生在學(xué)習(xí)材料熱力學(xué)之前，已經(jīng)學(xué)習(xí)過物理化學(xué)等課程，因此講授《材料熱力學(xué)》時(shí)，應(yīng)將重點(diǎn)放在運(yùn)用熱力學(xué)基本原理解決材料科學(xué)中的問題這一方面。在熱力學(xué)基本原理這部分內(nèi)容的講授中，為了理論體系的完整性，我一般會(huì)對(duì)重要的定理和公式進(jìn)行簡單地推導(dǎo)，使同學(xué)掌握基本原理的來龍去脈，而對(duì)于其他的定理和公式，我一般簡單分析一下它們的內(nèi)涵和適用范圍，不做詳細(xì)的推導(dǎo)。我把熱力學(xué)原理在材料科學(xué)中的應(yīng)用作為我的講課重點(diǎn)。我使用江伯鴻編寫的《材料熱力學(xué)》這本教材中有很多例題，但是我重點(diǎn)挑選與相變有關(guān)的典型例題來講解，比如：選擇熔化和凝固過程的熱量計(jì)算以說明熱力學(xué)第一定律在計(jì)算相變熱效應(yīng)的應(yīng)用，選擇熔化和凝固過程的熵變或自由能變化計(jì)算以說明熱力學(xué)第二定律在判斷相變方向的應(yīng)用等，以突出《材料熱力學(xué)》課程以熱力學(xué)基本原理解決材料科學(xué)問題的講課重點(diǎn)。
2.增加科研和生產(chǎn)方面的內(nèi)容。筆者經(jīng)過幾年的材料熱力學(xué)的教學(xué)實(shí)踐，總結(jié)出：在教學(xué)過程中教師必須將科研和工程案例與教學(xué)內(nèi)容相結(jié)合，這樣不僅讓學(xué)生在科研和工程案例中理解材料熱力學(xué)的基本概念和原理，同時(shí)了解理論對(duì)實(shí)踐的重要指導(dǎo)作用，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。我們學(xué)院的一些學(xué)生承擔(dān)本校激光研究所鈦基激光熔覆層方面的大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目，我在講解自由能判據(jù)這部分內(nèi)容時(shí)會(huì)引入這方面的實(shí)例，比如：為什么添加B4C的鎳粉在高能激光照射下會(huì)在鈦基體中形成TiB和TiC增強(qiáng)相。我的一個(gè)科研項(xiàng)目是有關(guān)碳纖維/銅基滑動(dòng)軸承材料粉末冶金制備工藝的，我將這部分科研內(nèi)容引入到表面和界面這一章中，向同學(xué)們講授為什么粉末冶金法制備碳纖維/銅基復(fù)合涂層時(shí)要使用表面預(yù)鍍銅的碳纖維為原料。我還經(jīng)常將企業(yè)的生產(chǎn)內(nèi)容融入到《材料熱力學(xué)》的教學(xué)中，比如我將人造金剛石的生產(chǎn)過程引入到封閉體系的熱力學(xué)基本方程這一章的教學(xué)中，以說明公式（？墜G/？墜T）P=-S和（？墜G/？墜P）T=V的應(yīng)用；我還將氧化鋯生產(chǎn)過程中氯化銨廢水的處理和循環(huán)使用這部分內(nèi)容引入到滲透壓的教學(xué)內(nèi)容中，說明如何根據(jù)氯化銨廢水中離子的濃度計(jì)算出滲透壓，進(jìn)而為反滲透設(shè)備中泵的選型提供依據(jù)。
3.增加實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高等學(xué)校教學(xué)中的重要內(nèi)容，具有直觀性、實(shí)踐性和客觀性的特點(diǎn)。以實(shí)驗(yàn)作為主要手段進(jìn)行的教學(xué)活動(dòng)，可以揭示自然科學(xué)現(xiàn)象、驗(yàn)證科學(xué)規(guī)律、探索未知、發(fā)展科學(xué)，更為重要的是在實(shí)驗(yàn)中能夠培養(yǎng)學(xué)生務(wù)實(shí)求真的科學(xué)態(tài)度。我使用江伯鴻編寫的《材料熱力學(xué)》這本教材中沒有實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面的內(nèi)容，為了彌補(bǔ)這一缺陷，我增加了“差示掃描量熱法測量材料的比熱容”和“計(jì)算機(jī)在相圖計(jì)算中的應(yīng)用”等實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。《材料熱力學(xué)》的實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)達(dá)到以下目標(biāo)：①幫助學(xué)生掌握《材料熱力學(xué)》的基本原理；②讓學(xué)生初步了解科學(xué)研究的方法；③培養(yǎng)學(xué)生自主解決問題的能力。因此在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，①強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)課前的預(yù)習(xí)，要求學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書寫出預(yù)習(xí)報(bào)告；②實(shí)驗(yàn)過程中的檢查學(xué)生操作情況，要求學(xué)生獨(dú)立操作，如實(shí)記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；③教師課后批閱實(shí)驗(yàn)報(bào)告，鼓勵(lì)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)問題、提出問題和解決問題。
二、改進(jìn)教學(xué)方法
1.討論式教學(xué)。我會(huì)結(jié)合剛講授過《材料熱力學(xué)》知識(shí)，設(shè)計(jì)一些與科研和工程密切相關(guān)的問題，讓學(xué)生以小組的形式相互討論共同完成。在下次上課時(shí)，我會(huì)讓某個(gè)或某幾個(gè)小組推舉同學(xué)上臺(tái)講解，其他同學(xué)提問，最后老師點(diǎn)評(píng)和總結(jié)，以培養(yǎng)學(xué)生自主解決問題能力。
2.多媒體教學(xué)。筆者在講授《材料熱力學(xué)》時(shí)，通常采用板書的形式，因?yàn)槲矣X得板書能將公式的推導(dǎo)和例題的計(jì)算一步一步清晰地展現(xiàn)出來，讓同學(xué)們能清楚地了解老師的解題思路。采用多媒體教學(xué)能提供形象、生動(dòng)、直觀的畫面和視頻，增加信息量，節(jié)約教師板書和畫圖的時(shí)間，提高講課效率，我曾經(jīng)嘗試過使用多媒體來展示解題過程，但效果并不理想。近年來，我傾向于以板書為主，多媒體為輔的教學(xué)方法。我一般將課堂要講述的主干內(nèi)容用板書簡單、扼要、清晰地列在黑板上，使同學(xué)跟上老師的講課思路，對(duì)于一些抽象難懂的概念，我經(jīng)常找一些圖片和視頻，使講授的知識(shí)更直觀、形象和生動(dòng)。
三、改進(jìn)考試方法
考試是知識(shí)水平的鑒定方法，大學(xué)階段的考試成績與學(xué)生評(píng)優(yōu)、畢業(yè)甚至就業(yè)直接相關(guān)，學(xué)生的學(xué)習(xí)過程大多圍繞考試這根指揮棒轉(zhuǎn)，因此如何用好考試這根指揮棒，對(duì)提高教學(xué)效果至關(guān)重要。我傾向《材料熱力學(xué)》采用開卷考試的考核方式，在試題的設(shè)計(jì)上，避免出一些填空和名詞解釋等一些死記硬背的題目，而出一些判斷題和選擇題等靈活運(yùn)用熱力學(xué)基本原理解決問題的題目，問答題和計(jì)算題都是與材料科學(xué)具體問題相關(guān)聯(lián)的，必須掌握熱力學(xué)基本原理及其實(shí)際應(yīng)用才能正確解答。我希望通過這種考核方式，改變學(xué)生在應(yīng)試教育下形成的學(xué)習(xí)方式，明確學(xué)習(xí)目的，提高自身運(yùn)用知識(shí)解決實(shí)際問題的能力，養(yǎng)成獨(dú)立思考的習(xí)慣。
參考文獻(xiàn)：
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一、綠色制造的基本概念
1、綠色制造的基本定義
綠色制造也可以叫做清潔制造、無浪費(fèi)制造和環(huán)境意識(shí)制造等環(huán)保名稱。首先，我們來了解下制造業(yè)的概念。所謂的制造業(yè)是指將可用資源 （包括能源）通過制造過程，轉(zhuǎn)化為可供人們使用和利用的工業(yè)產(chǎn)品或生活消費(fèi)品的產(chǎn)業(yè)。很多行業(yè)都涉及到了制造業(yè)，例如：電子行業(yè)、造紙行業(yè)、化工行業(yè)、機(jī)械行業(yè)、航天行業(yè)等很多行業(yè)都涉及到了制造業(yè)，因此制造業(yè)已經(jīng)成為了我國國民經(jīng)濟(jì)的支柱行業(yè)。那么，綠色制造的則是一個(gè)系統(tǒng)地考慮環(huán)境影響和資源效率的現(xiàn)代制造模式。綠色制造是指在資源制造過程中全面考慮環(huán)境和資源的因素，盡可能的做到對(duì)環(huán)境的污染最小，對(duì)資源的消耗量也最小，以此來做到企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)的效益同時(shí)優(yōu)化的一種現(xiàn)代制造模式。資源制造過程是指毛坯制造、材料選擇、原料冶煉、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、包裝、使用完后的維修和報(bào)廢這整個(gè)資源制造的過程。
2、關(guān)于綠色制造理念的基本內(nèi)容
綠色制造理念的核心是在產(chǎn)品制造的過程中，使用綠色的材料以及清潔能源，通過運(yùn)用綠色制造的理念來設(shè)計(jì)產(chǎn)品，以此來建立一個(gè)可持續(xù)性的產(chǎn)品生產(chǎn)和產(chǎn)品消費(fèi)的模式，總的來說，綠色設(shè)計(jì)，清潔生產(chǎn)，綠色再制造是綠色制造理念的組成內(nèi)容。因此，在制造的過程中，要求考慮到產(chǎn)品制造對(duì)環(huán)境的影響，盡可能的做到資源利用率最高的同時(shí)也要盡可能的減小對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響。
二、基于綠色制造理念的機(jī)械制造工藝
基于綠色制造理念的機(jī)械制造工藝的基本內(nèi)容包括以下幾點(diǎn)：機(jī)械材料的選擇、機(jī)械產(chǎn)品的綠色設(shè)計(jì)的建模、機(jī)械產(chǎn)品的可回收性和可拆卸性、機(jī)械產(chǎn)品的成本設(shè)計(jì)?；诰G色制造理念的機(jī)械制造工藝根據(jù)其的比基本內(nèi)容，可以將綠色制造理念下的機(jī)械制造工藝技術(shù)可以分為以下幾點(diǎn)：
1、 節(jié)約能源的機(jī)械制造工藝
綠色制造理念為針對(duì)這些能量的損失，提供了以下幾項(xiàng)綠色的技術(shù)措施：
①工藝節(jié)能技術(shù)。工藝節(jié)能技術(shù)是指改變?cè)瓉淼暮哪艽蟮臋C(jī)械工藝中加工的技術(shù)，采用科學(xué)、先進(jìn)的工藝節(jié)能技術(shù)以及綠色新工裝。
②適當(dāng)?shù)睦眯履茉?。適當(dāng)?shù)睦眯履茉词侵缚稍偕馁Y源和污染的資源。
③管理節(jié)能技術(shù)。管理節(jié)能技術(shù)是指對(duì)能源的管理進(jìn)一步的加強(qiáng)，避免設(shè)備空車運(yùn)轉(zhuǎn)和能源浪費(fèi)的現(xiàn)象。
④低能耗的工藝技術(shù)。在機(jī)械制造的過程中將綠色設(shè)備和制造裝備都進(jìn)盡可能的向著低能耗的方向運(yùn)用。其實(shí)在我國已經(jīng)出現(xiàn)了這種低能耗的綠色設(shè)備，綠色設(shè)備在機(jī)床中的運(yùn)用可以提高機(jī)床的能效和優(yōu)化機(jī)床的結(jié)構(gòu)。例如：強(qiáng)冷風(fēng)磨削機(jī)床和干式切削加工機(jī)床。
⑤技術(shù)節(jié)能。技術(shù)節(jié)能是指加強(qiáng)技術(shù)的改造，并且提高能源的利用率。
2、環(huán)保型的機(jī)械制造工藝技術(shù)
環(huán)保型的機(jī)械制造工藝是指通過一定的工藝技術(shù)使得一些對(duì)環(huán)境或者人類有影響和危害的物質(zhì)，例如：廢氣、噪聲、廢液等，將這些有害的物質(zhì)盡可能的減少或者完全消除，以此來提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率。當(dāng)然，在工藝設(shè)計(jì)的時(shí)候就該全面的考慮環(huán)保因素，提前積極的做好預(yù)防污染的產(chǎn)生，這樣才能更加有效的實(shí)施環(huán)保型的機(jī)械制造工藝技術(shù)。那么，在全面考慮環(huán)保因素的時(shí)候，可以從以下幾個(gè)方面來考慮：①減少水的污染，②減少大氣的污染，③減少環(huán)境的污染。
3、節(jié)約資源型的機(jī)械制造工藝技術(shù)
節(jié)約資源型的機(jī)械制造工藝技術(shù)是指在生產(chǎn)過程中簡化工藝系統(tǒng)組成、節(jié)省原材料消耗的工藝技術(shù)。例如：通過提高刀具的壽命，選擇新型的刀具材料，以此來降低刀具的組成材料的消耗。再如：通過優(yōu)化毛坯的形狀，減少機(jī)械加工的余量，做到減低原材料的消耗。要實(shí)施節(jié)約資源型的機(jī)械制造工藝技術(shù)應(yīng)從兩方面來實(shí)施，這兩方面分別是：設(shè)計(jì)、工藝。從設(shè)計(jì)的方面來說，可以通過對(duì)零件數(shù)量的減少和零件重量的減輕，以此來采用優(yōu)化的設(shè)計(jì)技術(shù)，使得原材料的利用率提高。從工藝的方面來說，可以通過對(duì)毛坯的制造技術(shù)、下科技術(shù)的優(yōu)化，以及利用干式加工技術(shù)和、少無切削加工技術(shù)、綠色切削加工技術(shù)等新型的機(jī)械加工技術(shù)來減少材料的消耗度。
三、基于綠色制造理念的機(jī)械制造工藝技術(shù)的策略
隨著我國新技術(shù)和新工藝的發(fā)展，精密鑄造、冷按壓、直接沉積等成型技術(shù)和工程塑料在機(jī)械制造中的應(yīng)用日益成熟，從接近零件形狀向精密成形、仿形方向發(fā)展。那么，基于綠色制造理念的機(jī)械制造工藝技術(shù)的策略可以分為以下幾點(diǎn)：
①干切削技術(shù)?？偹苤牧锨邢魇且环N常規(guī)的機(jī)械制造工藝，一般都是在有切削液的條件下的濕切削?？墒沁@種濕切削技術(shù)會(huì)有環(huán)境污染的問題，而且費(fèi)用還要高于刀具的費(fèi)用，這不符合綠色制造的理念，因此，倡議使用干切削技術(shù)來實(shí)施機(jī)械制造。
②冷輾擴(kuò)技術(shù)。隨著數(shù)控和比例技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，冷輾擴(kuò)技術(shù)由原先只能做到輾擴(kuò)和成型技術(shù)的，發(fā)展到了達(dá)到高精度要求的冷輾擴(kuò)技術(shù)。
為了正確選擇加工方法，應(yīng)了解各種加工方法的特點(diǎn)和掌握加工精度的概念。
1．加工精度的概念
加工精度是加工后零件表面的實(shí)際尺寸、形狀、位置三種幾何參數(shù)與圖紙要求的理想幾何參數(shù)的符合程度。在加工過程中，影響精度的因素很多。每種加工方法在不同的工作條件下，所能達(dá)到的精度會(huì)有所不同。例如精細(xì)地操作，選擇較小的切削量，就能得到較高的精度。也可以
2.選擇加工方法是需要考慮的因素
1）工件材料。依據(jù)材料性質(zhì)決定加工方法。例如，有色金屬的精加工不能使用磨削以免堵塞砂輪，而要用高速精細(xì)車或精細(xì)鏜；淬火鋼的精加工則要使用磨削等等。
2）工件的形狀和尺寸。例如，對(duì)于公差為IT7的孔采用鉸、拉、鏜、磨等都可以實(shí)現(xiàn)，但是箱體上的孔一般不采用拉或磨，而是常常選擇鏜孔（大孔）或鉸孔（小孔）。
3）生產(chǎn)類型及生產(chǎn)率問題。選擇加工方法要與生產(chǎn)類型相適應(yīng)。大批量生產(chǎn)應(yīng)選生產(chǎn)率高和質(zhì)量穩(wěn)定的加工方法。例如，大批量生產(chǎn)時(shí)選用精密毛坯，如用粉末冶金制造液壓泵齒輪，精鍛錐齒輪，精鑄中小零件等，可簡化機(jī)械加工，在毛坯制造后直接進(jìn)入磨削加工。
4）充分考慮利用新工藝、新技術(shù)的可能性提供工藝水平。
5）特殊要求。如表面紋路方向的要求，鉸削和鏜削孔的紋路方向與拉削的紋路方向不同等，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)的特殊要求選擇相應(yīng)的加工方法。
二、加工順序的安排
機(jī)械加工工藝路線一般要經(jīng)過切削加工、熱處理和輔助工序。因此，在擬定工藝路線時(shí)，要充分全面把握切削加工、熱處理和輔助工序的關(guān)系。
切削加工的工序安排原則
先加工基準(zhǔn)面
定為精基準(zhǔn)的表面應(yīng)安排在起始工序先進(jìn)行加工，以便為后續(xù)工序的加工提供精基準(zhǔn)。
劃分加工階段
工件的加工質(zhì)量要求較高時(shí)，都應(yīng)劃分階段。一般可分為粗加工、半精加工和精加工三個(gè)階段。加工精度和表面質(zhì)量要求特別高時(shí)，還要增設(shè)光整加工和超精密加工階段。
先面后孔
對(duì)于箱體、支架和連桿等工件，應(yīng)先加工平面后加工孔。這是因?yàn)槠矫娴妮喞秸?，安防和定位比較穩(wěn)定可靠，先加工好平面，就可以以平面定位加工孔，保證平面和孔的位置精度。此外，由于平面先加工好，也給平面上的孔加工也帶來方便，是刀具的初始切削條件得到改善。
次要表面可穿插在工階段間進(jìn)行加工
次要表面一般加工量都較少，加工比較方便。且能有效間隔各加工階段，消除工件因殘余應(yīng)力的重新分布而變形的影響，在后續(xù)工序能有效糾正其變形。
熱處理工序的安排
熱處理工序是用于提高材料的力學(xué)性能、改善金屬的加工性能以及消除殘余應(yīng)力。制定工藝路線時(shí)，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)和工藝要求全面考慮。
預(yù)備熱處理
預(yù)備熱處理的目的是改善加工性能，為最終熱處理做好準(zhǔn)備和消除殘余應(yīng)力，如正火、退火和時(shí)效處理等。它應(yīng)安排在粗加工前、后和需要消除應(yīng)力處。放在粗加工前，可改善粗加工時(shí)材料的加工性能，并可減少工件更換加工車間的運(yùn)輸量；放在粗加工后，有利于粗加工后參與應(yīng)力的消除。調(diào)質(zhì)處理能得到組織均勻細(xì)致的回火索氏體，有時(shí)可作為預(yù)備熱處理，安排在粗加工后。精度要求較高的精密絲桿和主軸等工件，常常安排多次時(shí)效處理，以消除殘余應(yīng)力，減少變形。
最終熱處理
二.培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)1
2.1具備從事工程開發(fā)和設(shè)計(jì)的科學(xué)知識(shí)1
2.2具備從事工程開發(fā)和設(shè)計(jì)的專門工程技術(shù)知識(shí)2
2.3具備分析解決工程問題和參與項(xiàng)目管理的能力3
2.4掌握必要的人文社會(huì)科學(xué)知識(shí)4
2.5具備良好的交流溝通能力及團(tuán)隊(duì)合作能力4
2.6具備良好的職業(yè)道德和社會(huì)責(zé)任感5
三.知識(shí)能力體系及實(shí)現(xiàn)矩陣6
機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)"卓越工程師"培養(yǎng)方案12
一.基本能力要求12
二.培養(yǎng)方式13
三.課程設(shè)置基本框架及說明14
3.1.課程設(shè)置基本框架14
3.2.課程設(shè)置框架說明15
四.課程體系及課程設(shè)置18
4.1.課程體系18
4.2.理論類課程設(shè)置18
4.3.實(shí)踐類課程設(shè)置21
機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)"卓越工程師"企業(yè)培養(yǎng)方案23
一.培養(yǎng)目標(biāo)23
二.培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)24
三.管理模式24
四.培養(yǎng)計(jì)劃26
4.1實(shí)踐教學(xué)計(jì)劃26
4.2.企業(yè)聯(lián)合培養(yǎng)環(huán)節(jié)課程內(nèi)容介紹27
五.企業(yè)實(shí)習(xí)基地29
六.教師隊(duì)伍建設(shè)30
6.1.校內(nèi)專業(yè)教師任用標(biāo)準(zhǔn)及培養(yǎng)30
6.2.企業(yè)教師任用標(biāo)準(zhǔn)及分類30
6.3.企業(yè)教師聘用31
附件-企業(yè)實(shí)踐內(nèi)容相關(guān)文檔模板32
機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃專業(yè)認(rèn)知實(shí)習(xí)報(bào)告32
機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃專業(yè)認(rèn)知實(shí)習(xí)指導(dǎo)教師總結(jié)33
機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃企業(yè)工程實(shí)踐管理規(guī)定34
機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃企業(yè)工程實(shí)踐教學(xué)任務(wù)書35
機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃企業(yè)工程實(shí)踐項(xiàng)目進(jìn)度計(jì)劃表36
機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃企業(yè)工程實(shí)踐項(xiàng)目文檔37
機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃企業(yè)工程實(shí)踐報(bào)告39
機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)"卓越工程師" 培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)
北京郵電大學(xué)"卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃"中機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)培養(yǎng)方案著眼于未來發(fā)展的需求,緊密追蹤前沿依托國家重點(diǎn)學(xué)科,重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室具有扎實(shí)的工程基礎(chǔ)精通工程制圖,工程材料,產(chǎn)品設(shè)計(jì),制造工藝等工程設(shè)計(jì)類技能同時(shí)兼具較強(qiáng)的分析綜合能力動(dòng)手操作能力,具備獨(dú)立思考意識(shí)開拓創(chuàng)新精神,始終保持學(xué)習(xí)的姿態(tài)和存疑的態(tài)度,具有縝密的思維和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)協(xié)作互助的團(tuán)隊(duì)意識(shí)適應(yīng)我國信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展對(duì)機(jī)電復(fù)合型具備從事工程開發(fā)和設(shè)計(jì)的知識(shí)具備從事工程開發(fā)和設(shè)計(jì)的知識(shí)電工電子基礎(chǔ)熟練掌握工程制圖標(biāo)準(zhǔn)和表示方法掌握公差配合的選用和標(biāo)注..掌握機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的基本知識(shí)與技能,能熟練進(jìn)行零,部件的設(shè)計(jì).熟悉機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和基本技術(shù)要素,能用計(jì)算機(jī)進(jìn)行零件的輔助設(shè)計(jì),熟悉實(shí)用設(shè)計(jì)方法,了解現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法.和技術(shù)要素掌握制訂工藝過程的基本知識(shí)與技能,能熟練制訂典型零件的加工工藝過程,并能分析解決現(xiàn)場出現(xiàn)的一般工藝問題.熟悉鑄造,壓力加工,焊接,切(磨)削加工,特種加工,裝配等機(jī)械制造工藝的基本技術(shù)內(nèi)容,方法和特點(diǎn).熟悉工藝方案和工藝裝備的設(shè)計(jì)知識(shí)了解生產(chǎn)線設(shè)計(jì)和車間平面布置原則和知識(shí).氣,液傳動(dòng)原理及系統(tǒng)設(shè)計(jì)(氣動(dòng)系統(tǒng)基本管路設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)基本管路設(shè)計(jì))電氣傳動(dòng)機(jī)械制造自動(dòng)化剛性自動(dòng)化加工設(shè)備(普通的自動(dòng)化機(jī)床組合機(jī)床剛性自動(dòng)線)柔性自動(dòng)化加工設(shè)備(數(shù)控機(jī)床加工中心)1o'P)s,@*V#~6|0_+o.S/b3z掌握物流自動(dòng)化設(shè)備分類(上,下料/裝卸自動(dòng)化設(shè)備傳輸/搬運(yùn)自動(dòng)化設(shè)備)2@fr8W4n:K.J#H機(jī)械設(shè)計(jì),機(jī)械加工,設(shè)計(jì)軟件,機(jī)械工程師,設(shè)備管理,焊接,液壓,鑄造,密封,測量,工程機(jī)械,粉末冶金,軸承,齒輪,泵閥,工業(yè)自動(dòng)化信息流自動(dòng)化郵件內(nèi)部處理自動(dòng)化搬運(yùn)裝卸機(jī)械化,信息傳輸網(wǎng)絡(luò)化,營業(yè)窗口電子化郵政自動(dòng)化,郵政計(jì)算機(jī)網(wǎng)等具備分析解決工程問題用科學(xué)方法,使用現(xiàn)有的技術(shù),工具技術(shù),設(shè)計(jì),開發(fā),生產(chǎn)工藝,設(shè)備操作或維修領(lǐng)域的問題.參與評(píng)價(jià),具有判斷力和創(chuàng)意,提出專業(yè)的獨(dú)立技術(shù)見解外語應(yīng)用能力熟悉與職業(yè)相關(guān)的安全法規(guī),熟悉經(jīng)濟(jì)和管理的基礎(chǔ)知識(shí).了解管理創(chuàng)新的理念及應(yīng)用.熟悉質(zhì)量管理和質(zhì)量保證體系,掌握過程控制的基本工具與方法,了解有關(guān)質(zhì)量檢測技術(shù). 三.知識(shí)能力體系及實(shí)現(xiàn)矩陣
知識(shí)與
能力要求實(shí)現(xiàn)環(huán)節(jié)1機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)工程師知識(shí)體系1.1掌握必要的人文社會(huì)科學(xué)知識(shí)1.1.1具有良好的思想品德,社會(huì)公德,職業(yè)道德和強(qiáng)烈的社會(huì)責(zé)任感,使學(xué)生能正確認(rèn)識(shí)工程領(lǐng)域?qū)τ诳陀^世界和社會(huì)的重要作用,理解工程專業(yè)及其服務(wù)于社會(huì),職業(yè)和環(huán)境的責(zé)任.
1.1.2具備工程相關(guān)的經(jīng)濟(jì),管理,社會(huì)學(xué),情報(bào)交流等人文知識(shí),
1.1.3具備工程相關(guān)的環(huán)境保護(hù),可持續(xù)發(fā)展方針,政策和法律法規(guī)知識(shí).
思想政治,社會(huì)科學(xué),人文科學(xué)與藝術(shù),經(jīng)濟(jì)與管理,自然科學(xué)類,實(shí)踐環(huán)節(jié)等1.2掌握系統(tǒng)的工程科學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)1.2.1具備從事工程開發(fā)和設(shè)計(jì)所需的數(shù)理知識(shí),
1.2.2了解工程學(xué)基本理論,建立工程和工程系統(tǒng)的概念,掌握工程研究的思路和方法,形成對(duì)科學(xué)研究的初步認(rèn)識(shí)和綜合性的思維基礎(chǔ).
數(shù)學(xué)類,物理類,機(jī)械工程及自動(dòng)化導(dǎo)論,工程訓(xùn)練,實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)等1.3掌握扎實(shí)的工程領(lǐng)域基本技能1.3.1熟練掌握一門外語,可運(yùn)用其進(jìn)行專業(yè)技術(shù)交流,開拓國際視野,
1.3.2熟悉計(jì)算機(jī)應(yīng)用的基本知識(shí),了解常用計(jì)算機(jī)軟件的特點(diǎn)及應(yīng)用,具備熟練應(yīng)用計(jì)算機(jī)解決工程問題的基本知識(shí)和技能,
1.3.3熟練掌握科技文獻(xiàn)檢索與工程實(shí)踐,科學(xué)研究的基本方法.
1.3.4通過工程訓(xùn)練實(shí)習(xí)了解機(jī)械制造的一般過程,基本方法和技能.外語類,計(jì)算機(jī)類,科技文獻(xiàn)檢索,工程訓(xùn)練,電動(dòng)自行車拆裝及其它技能類,實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)等1.4掌握?qǐng)?jiān)實(shí)的大類專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)1.4.1熟練掌握理論力學(xué),電工電子基礎(chǔ)熟練掌握工程制圖標(biāo)準(zhǔn)和表示方法掌握公差配合的選用和標(biāo)注..1機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)工程師知識(shí)體系1.5掌握機(jī)電專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)1.5.1掌握機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的基本知識(shí)與技能,能熟練進(jìn)行零,部件的設(shè)計(jì).熟悉機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)程序和基本技術(shù)要素,能用計(jì)算機(jī)進(jìn)行零件的輔助設(shè)計(jì),熟悉實(shí)用設(shè)計(jì)方法,了解現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法.掌握制訂工藝過程的基本知識(shí)與技能,能熟練制訂典型零件的加工工藝過程,并能分析解決現(xiàn)場出現(xiàn)的一般工藝問題.熟悉鑄造,壓力加工,焊接,切(磨)削加工,特種加工,裝配等機(jī)械制造工藝的基本技術(shù)內(nèi)容,方法和特點(diǎn)并掌握某些重點(diǎn).熟悉工藝方案和工藝裝備的設(shè)計(jì)知識(shí).了解生產(chǎn)線設(shè)計(jì)和車間平面布置原則和知識(shí).氣,液傳動(dòng)原理及系統(tǒng)設(shè)計(jì)(氣動(dòng)系統(tǒng)基本管路設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)基本管路設(shè)計(jì))電氣傳動(dòng)1機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)工程師知識(shí)體系1.6掌握機(jī)械系統(tǒng)理論1.6.1掌握機(jī)械制造自動(dòng)化剛性自動(dòng)化加工設(shè)備(普通的自動(dòng)化機(jī)床組合機(jī)床剛性自動(dòng)線)柔性自動(dòng)化加工設(shè)備(數(shù)控機(jī)床加工中心)1o'P)s,@*V#~6|0_+o.S/b3z掌握物流自動(dòng)化設(shè)備分類(上,下料/裝卸自動(dòng)化設(shè)備傳輸/搬運(yùn)自動(dòng)化設(shè)備)2@fr8W4n:K.J#H機(jī)械設(shè)計(jì),機(jī)械加工,設(shè)計(jì)軟件,機(jī)械工程師,設(shè)備管理,焊接,液壓,鑄造,密封,測量,工程機(jī)械,粉末冶金,軸承,齒輪,泵閥,工業(yè)自動(dòng)化信息流自動(dòng)化2機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)工程師的能力素質(zhì)要求2.1熟悉機(jī)械工程應(yīng)用背景,具有較強(qiáng)的系統(tǒng)集成與工程應(yīng)用的能力和獨(dú)立分析解決工程實(shí)際問題的能力.2.1.1能夠及時(shí)了解機(jī)械工程的需求變化以及技術(shù)發(fā)展趨勢,提出改善機(jī)械產(chǎn)品,系統(tǒng),服務(wù)效能的方案.
2.1.2能夠用科學(xué)方法和觀點(diǎn),使用現(xiàn)有的技術(shù),工具或新興技術(shù),設(shè)計(jì),開發(fā),生產(chǎn),設(shè)備,工藝,操作或維修產(chǎn)品領(lǐng)域的問題.參與相關(guān)評(píng)價(jià),具有判斷力和創(chuàng)意,提出專業(yè)的獨(dú)立技術(shù)見解2機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)工程師的能力素質(zhì)要求2.2具備綜合運(yùn)用經(jīng)濟(jì),工程管理等知識(shí)和方法進(jìn)行工程項(xiàng)目的組織管理能力.2.2.1掌握本專業(yè)領(lǐng)域相關(guān)的政策,法律和法規(guī),在法律法規(guī)規(guī)定的范圍內(nèi),能夠按確定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),程序開展工作,
2.2.2能夠使用合適的管理體系,制定工程項(xiàng)目的規(guī)劃和預(yù)算,合理組織人力,資源和任務(wù),有效協(xié)調(diào)項(xiàng)目相關(guān)各方的工作,提升項(xiàng)目組工作質(zhì)量,
2.2.3具備應(yīng)對(duì)工程項(xiàng)目實(shí)施過程中突發(fā)事件的能力和領(lǐng)導(dǎo)意識(shí),并采取恰當(dāng)?shù)拇胧?確保項(xiàng)目或工程的順利進(jìn)行,
2.2.4能夠進(jìn)行可行性分析報(bào)告,項(xiàng)目任務(wù)書,投標(biāo)書等工程文件的編纂,說明和闡釋,并能夠進(jìn)行相關(guān)工程的評(píng)估,提出改進(jìn)建議.專業(yè)實(shí)習(xí)
課程實(shí)習(xí)
學(xué)科競賽
科研訓(xùn)練
大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目
北京市及全國大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽
選修《工程項(xiàng)目管理》《合同管理》《技術(shù)經(jīng)濟(jì)》2.3具備良好的交流溝通能力及團(tuán)隊(duì)合作能力
2.3.1能夠使用專業(yè)工程技術(shù)語言,與現(xiàn)場工作人員下進(jìn)行溝通與表達(dá),并能從中汲取企業(yè)文化內(nèi)涵,
2.3.2具備個(gè)人和社交的技巧,能夠控制自我并了解,理解他人需求和意愿,
2.3.3具備較強(qiáng)的適應(yīng)能力,自信,靈活地處理新的和不斷變化的人際環(huán)境,能夠很快地融入到企業(yè)的實(shí)習(xí)環(huán)境中,
2.3.4具備良好的團(tuán)隊(duì)合作精神與協(xié)調(diào)能力,具有在團(tuán)隊(duì)中敢于負(fù)責(zé)任,果斷推動(dòng)事情向前發(fā)展的領(lǐng)軍魄力,
2.3.5具有國際視野和跨文化環(huán)境下外語應(yīng)用能力2機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)工程師的能力素質(zhì)要求2.4具有較強(qiáng)的創(chuàng)新精神,信息獲取,知識(shí)更新和終身學(xué)習(xí)的能力2.4.1能夠跟蹤本領(lǐng)域最新技術(shù)發(fā)展趨勢,具備收集,分析,判斷,選擇國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)信息的能力,
2.4.2為保持和增強(qiáng)其職業(yè)能力,檢查自身的發(fā)展需求,制定并實(shí)施自身職業(yè)發(fā)展計(jì)劃.
2.4.3具有較強(qiáng)的能力.2.5具備良好的職業(yè)道德和社會(huì)責(zé)任感2.5.1熟悉本行業(yè)適用的主要職業(yè)健康安全,環(huán)保的法律法規(guī),標(biāo)準(zhǔn)知識(shí).
2.5.2熟悉企業(yè)員工應(yīng)遵守的職業(yè)道德規(guī)范和相關(guān)法律知識(shí).
2.5.3遵守所屬職業(yè)體系的職業(yè)行為準(zhǔn)則,并在法律和制度的框架下工作,
2.5.4具有良好的質(zhì)量,安全,服務(wù)和環(huán)保意識(shí),并承擔(dān)有關(guān)健康,安全,福利等事務(wù)的責(zé)任,
2.5.5熱愛所從事的工作,并遵守企業(yè)機(jī)密.專業(yè)實(shí)習(xí)
企業(yè)高管講座
0 前言
核電站運(yùn)行過程中，核燃料的裂變產(chǎn)物和吸收中子后形成的超鈾元素，具有強(qiáng)放射性，存在潛在的危險(xiǎn)。因此，在壓水堆核電站的設(shè)計(jì)中采用了多道屏障的措施，以確保運(yùn)行人員和周圍居民的安全，并避免對(duì)環(huán)境的污染。
第一道屏障是核燃料本身：壓水堆的核燃料是UO2芯塊，其熔點(diǎn)超過2800℃，發(fā)生裂變后，絕大部分產(chǎn)物仍是固體，98%以上的放射性物質(zhì)仍保留在其中。第二道屏障是核燃料包殼：UO2芯塊密封在優(yōu)質(zhì)鋯合金包殼管內(nèi)組成核燃料單棒。確保將放射性物質(zhì)包容在燃料包殼中。第三道屏障是壓力邊界：即使有少數(shù)燃料棒破損，泄漏的放射性物質(zhì)仍停留在一回路壓力邊界內(nèi)，不會(huì)排入環(huán)境。第四道屏障是安全殼：確保反應(yīng)堆發(fā)生任何事故，一回路壓力邊界內(nèi)泄漏出來的放射性物質(zhì)能夠被包容在安全殼內(nèi)，不會(huì)逸出。由此可見，燃料芯塊和燃料包殼作為核電站核安全的第一、二道屏障對(duì)核電站的安全運(yùn)行起著十分重要的作用，然而燃料組件在堆芯運(yùn)行過程中往往會(huì)因各種原因造成燃料棒包殼的破損。
曾經(jīng)把壓水堆燃料元件破損分為七類，而其中的三類（氫化、PCI、包殼坍塌）直接與二氧化鈾燃料芯塊的質(zhì)量有關(guān)。為此英國核燃料有限公司（BNFL）提出了完美燃料芯塊的概念，來確保芯塊質(zhì)量：
1）開口孔率最少，以減少水和氣體的吸附，避免鋯合金包殼管的氫脆；
2）盡量不使燃料芯塊在堆內(nèi)密實(shí)，以避免包殼坍塌和出現(xiàn)局部中子通量峰；
3）有足夠的孔隙空間容納基體腫脹，減小包殼變形；
4）盡量減少裂變氣體釋放，防止包殼內(nèi)部超壓。
可以看出，所有這些條件都與UO2芯塊的微觀結(jié)構(gòu)有關(guān)。
1 二氧化鈾芯塊的制造工藝
1.1 二氧化鈾粉末壓制成型
UO2粉末都要經(jīng)過壓制成型，才能制成滿足燃料元件要求的芯塊。壓制成型工藝的目的是將松散的粉末壓制成具有一定形狀、尺寸、密度和強(qiáng)度的坯塊，它的形狀和尺寸應(yīng)使其在燒結(jié)以后，與所要求的芯塊的最終形狀和尺寸接近，它的密度應(yīng)達(dá)到可以使坯塊容易燒結(jié)，坯塊強(qiáng)度也應(yīng)保證在隨后的運(yùn)送和操作中不致?lián)p壞。
圖1 示出了 UO2粉末在自動(dòng)壓機(jī)上冷壓成型的步驟：裝模、壓制、脫模、推走坯塊和重新裝模。一定重量或一定體積的 UO2粉末裝入膜腔，壓機(jī)通過沖頭對(duì)粉末施加壓力，粉末在外力作用下嵌鑲、嚙合、形成一定尺寸、形狀、密度和強(qiáng)度的坯塊，再從膜中取出坯塊。
UO2粉末特性及壓制條件對(duì)坯塊質(zhì)量有很大影響，包括密度分布，回彈量和強(qiáng)度。粉末壓制過程中，因內(nèi)、外摩擦力的影響會(huì)引起壓制壓力沿徑向和軸向變化，造成坯塊密度在軸向及徑向分布不均勻，通常單向壓制的坯塊中，離施加壓力的沖頭越近的部位密度越高，遠(yuǎn)離的一端密度低；雙向壓制的坯塊中，兩端密度高，中間密度低。坯塊的密度不均勻會(huì)造成燒結(jié)后芯塊呈砂漏形或扭曲變形。為了提高坯塊密度均勻性，一般從三個(gè)方面入手：（1）采用預(yù)壓造粒來提高粉末的流動(dòng)性，（2）粉末中添加劑、模具內(nèi)壁涂劑、提高模具的硬度和表面光潔度來降低內(nèi)外摩擦，（3）提高壓坯載荷。而最重要的途徑是提高粉末的流動(dòng)性和降低粉末摩擦。
粉末顆粒在壓制過程中產(chǎn)生彈性變形和塑性變形，在外力撤除后會(huì)一定程度的回彈量，坯塊沿著軸向和徑向膨脹。可在粉末中添加粘接劑和劑，使坯塊強(qiáng)度增加，從而減小回彈量。前者隨壓制壓力增加，彈性后效增加。后者在壓制壓力作用下，易產(chǎn)生粉碎性斷裂，顆粒嚙合和鑲嵌，強(qiáng)度增大，隨著壓制壓力增加，彈性后效減小。
坯塊強(qiáng)度是坯塊重要性能之一，坯塊需經(jīng)質(zhì)量檢查、運(yùn)輸和燒結(jié)等操作過程，必須具備一定的強(qiáng)度。粉末在壓制過程中，粉末表面粗糙度愈高，壓制后顆粒相互嚙合就越緊，坯塊強(qiáng)度愈高。
1.2 燒結(jié)
壓制好的燃料坯塊需經(jīng)過燒結(jié)才能達(dá)到具有足夠高的密度、強(qiáng)度、合適的氣孔分布及晶粒度、小的吸濕性和正比化學(xué)計(jì)量，從而有良好的輻照穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性和高的熱導(dǎo)率。坯塊的燒結(jié)是在氫氣氛下進(jìn)行的，燒結(jié)工藝如圖 2 所示，主要分為三個(gè)階段。
第一階段：發(fā)生在 750℃以下，主要是活性UO2粉末表面吸附的可揮發(fā)物質(zhì)組分的清除和殘留應(yīng)力消除階段。在這個(gè)溫區(qū)內(nèi)，水和吸附氣體解析、揮發(fā)，過剩氧被還原成水蒸汽逸出，有機(jī)物經(jīng)碳化后與氫氣反應(yīng)生成甲烷逸出，雜質(zhì)氟也相繼生成 HF 排出，改善顆粒間的接觸，同時(shí)，坯塊壓制產(chǎn)生的殘留應(yīng)力逐漸松弛消除。
第二階段：溫度在 750～1300℃，UO2坯塊明顯收縮，小孔隙迅速消除，坯塊密度和強(qiáng)度隨溫度增加而增大。
第三階段：此階段溫度在 1300℃以上，直到 1700℃，燒結(jié)加快進(jìn)行，坯塊迅速收縮，顆粒接觸面增大成界面，孔隙球化，晶粒長大，密度和強(qiáng)度增至最大。 影響 UO2高溫?zé)Y(jié)的因素有：
1）粉末性質(zhì)：主要有顆粒尺寸、形狀、孔隙度、比表面積、粉末密度、O/U等，其中比表面積是粉末活性的綜合量度，在一定程度上反映出粉末的可燒結(jié)性。
2）壓制參數(shù)：主要有粉末粘性、劑添加物及坯塊密度，其中坯塊密度反映出坯塊中孔隙的大小和數(shù)目，孔隙收縮是燒結(jié)致密的重要結(jié)果。
3）燒結(jié)氣氛：水冷堆用 UO2芯塊中均在氫氣中高溫?zé)Y(jié)，這樣可有效去除超化學(xué)計(jì)量的過剩氧，使O/U接近2.00。
UO2燒結(jié)一般用連續(xù)式推舟高溫爐中進(jìn)行，燒結(jié)后的芯塊的面形狀、尺寸和表面質(zhì)量等還不能達(dá)到組裝燃料棒的要求，一般需要用無芯磨床進(jìn)行磨削加工后才能使用。
二氧化鈾芯塊的制造對(duì)其熱學(xué)、力學(xué)、化學(xué)性質(zhì)以及堆內(nèi)行為和裂變產(chǎn)物行為等有較大的影響，主要影響因素有：
1）燒結(jié)密度，以理論密度的百分?jǐn)?shù)（%T?D）來表示；
2）孔隙率，包括開口孔率和閉口孔率；
3）孔隙結(jié)構(gòu)；
4）晶粒結(jié)構(gòu)。
2 二氧化鈾芯塊的微觀結(jié)構(gòu)對(duì)芯塊質(zhì)量影響的分析
二氧化鈾核燃料芯塊是由粉末經(jīng)壓坯、燒結(jié)而成，為多孔體，芯塊密度和孔隙率、孔隙結(jié)構(gòu)和晶粒結(jié)構(gòu)等表征芯塊微觀結(jié)構(gòu)特征的參數(shù)與其存在狀態(tài)和制備條件密切相關(guān)。
2.1 芯塊密度或孔隙率
二氧化鈾芯塊密度是其作為核燃料的重要技術(shù)指標(biāo)。一般來說，反應(yīng)堆的堆型不同，設(shè)計(jì)的燃料燃耗深度不一，對(duì)芯塊密度的要求也不一樣。從多一些裂變材料以提供更多的反應(yīng)能考慮，希望密度高一些。但如果芯塊密度越高，芯塊孔隙率越低，則芯塊產(chǎn)生的裂變產(chǎn)物無處容納，從而使燃料基體腫脹，產(chǎn)生芯塊和包殼之間相互作用的不利影響。一般芯塊密度為95%T.D.左右。確定了芯塊密度即可確定孔隙率，如芯塊密度為95%T.D.，則孔隙率（孔隙率包括閉口孔率和開口孔率）為5%。
在燃料芯塊制造過程中，主要通過二氧化鈾粉末冶金過程、提高預(yù)壓密度、燒結(jié)以及添加調(diào)節(jié)劑（如八氧化三鈾）或有機(jī)造孔劑等手段調(diào)節(jié)芯塊密度。
2.2 孔隙結(jié)構(gòu)
孔隙結(jié)構(gòu)包括孔隙形狀、孔隙尺寸與分布。它是影響芯塊堆內(nèi)熱穩(wěn)定性的最重要的芯塊特性。
在二氧化鈾芯塊燒結(jié)過程中會(huì)形成一些氣孔，氣孔中存在著H2、H2O、CO、CH4等燒結(jié)氣氛的氣體，在燒結(jié)溫度下氣體壓力與氣孔表面張力平衡。二氧化鈾在燒結(jié)過程中將發(fā)生體積收縮、孔隙球化和晶粒長大三種基本變化，且這三種變化相伴而行。實(shí)際上，在絕大多數(shù)情況下，燒結(jié)孔隙率的變化是依靠開口孔或連通孔的變化進(jìn)行的，在燒結(jié)過程中，這些孔隙的一部分被完全填滿，另一部分孔隙則被轉(zhuǎn)化成獨(dú)立的或閉塞的孔隙。開口孔的燒結(jié)速率取決于空位遷移的驅(qū)動(dòng)力、擴(kuò)散的途徑和擴(kuò)散的距離。一般來說在任何燒結(jié)塊中，當(dāng)總孔隙率達(dá)到9%時(shí)，孔隙將會(huì)閉合。而大約在相對(duì)密度達(dá)到85%T.D.之前，坯塊仍保持全部為開口孔；從這個(gè)密度之后繼續(xù)燒結(jié)，孔隙開始閉合，而且隨著燒結(jié)過程的進(jìn)行，孔隙閉合急劇發(fā)生，大約在坯塊相對(duì)密度為95%時(shí)，孔隙幾乎完全閉合。
在堆內(nèi)運(yùn)行時(shí)由于芯塊存在陡的溫度梯度、很大的熱應(yīng)力以及裂變碎片產(chǎn)生的級(jí)聯(lián)碰撞（包括離位峰、熱峰、Frenkel空位―間隙原子對(duì)等），使氣孔發(fā)生收縮，以保持氣泡的熱力學(xué)平衡。
當(dāng)裂變碎片和放射性射線穿過氣孔時(shí)，氣體電離。重離子產(chǎn)生的離子對(duì)是密集的，且氣體壓力很高，這種離子對(duì)很容易復(fù)合，但離子也有到達(dá)氣孔表面的概率。當(dāng)H、O離子到達(dá)氣孔表面時(shí)，很容易與二氧化鈾中的氧、鈾院子復(fù)合而擴(kuò)散到芯塊中去，造成氣孔內(nèi)氣體減少，發(fā)生進(jìn)一步收縮，直至最后湮滅。氣孔越大離子達(dá)到氣孔表面概率越小，同時(shí)裂變氣體進(jìn)入大氣孔的概率增加，因而存在臨界半徑，小于臨界半徑的氣孔是不穩(wěn)定的，會(huì)發(fā)生湮滅。而大于臨界半徑的氣孔，先是收縮，隨后在裂變氣體進(jìn)入量的增加而長大，即UO2芯塊在堆內(nèi)輻照的運(yùn)行初期，芯塊中微小的孔隙重新分布和消失，造成輻照密實(shí)化，出現(xiàn)芯塊體積縮小的現(xiàn)象。隨著燃耗加深，芯塊內(nèi)裂變氣體積累增多，引起芯塊基體腫脹。這些輻照引起的尺寸不穩(wěn)定性，影響到反應(yīng)堆的運(yùn)行安全性。
為避免芯塊的輻照密實(shí)，在芯塊制備過程中加入制孔劑（如八氧化三鈾等），是芯塊的氣孔尺寸都大于1.5μm，就不會(huì)發(fā)生氣孔的湮滅。雖然開始由于氣孔的不平衡收縮，芯塊有輻照密實(shí)現(xiàn)象，但氣孔尺寸大不會(huì)發(fā)生氣孔的湮滅，在經(jīng)過短暫的收縮后很快就穩(wěn)定下來，隨著裂變氣體擴(kuò)散進(jìn)氣孔，又逐漸長大，并超過原來的尺寸，則導(dǎo)致芯塊向輻照腫脹過程發(fā)展。
盡管行業(yè)內(nèi)存在利用芯塊在堆內(nèi)腫脹和密實(shí)相互補(bǔ)償?shù)脑O(shè)想，但由于輻照初期、中期和末期腫脹和密實(shí)的情況往往是不一樣的，故只能做最優(yōu)化選擇，最佳的芯塊密度通常為95%T.D.左右，孔隙呈單峰型分布，平均孔徑2～3μm（注：與標(biāo)準(zhǔn)燃料相比，高燃耗芯塊的孔隙分布范圍更加狹小，且峰值要高）。
2.3 晶粒結(jié)構(gòu)
芯塊的晶粒尺寸和分布是燃料棒設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要內(nèi)容。輻照結(jié)果表明，大晶粒的二氧化鈾芯塊更抗密實(shí)化。且晶粒尺寸更重要的意義還在于它對(duì)裂變氣體釋放的影響：大晶粒芯塊增加了輻照下裂變氣體由晶粒內(nèi)部到晶粒邊界擴(kuò)散的平均路程，延緩了它在晶體邊界的析出，同時(shí)，隨著晶粒的增大，單位晶界面積減少，從而降低了輻照下裂變氣體的釋放量，此外，適當(dāng)增加芯塊晶粒尺寸還可以提高芯塊在輻照下的抗蠕變能力。這些都有力的支持了減輕芯塊與包殼的相互作用（PCI）。
壓水堆核電廠為了獲得更高的經(jīng)濟(jì)效益，正在向延長循環(huán)長度和加深燃耗的方向發(fā)展。AP1000的電廠采用18個(gè)月或24個(gè)月的換料循環(huán)模式，平均卸料燃耗逼近60GW?d/tU。這種情況下大晶粒的二氧化鈾芯塊更表現(xiàn)出了極大地優(yōu)點(diǎn)。
目前，公認(rèn)的大晶粒芯塊的制造方法主要有三種：制造高燒結(jié)活性的二氧化鈾粉末、采用高溫和長時(shí)間燒結(jié)工藝、在基體二氧化鈾粉末中添加晶粒長大劑。
3 結(jié)論
芯塊密度或孔隙率、孔隙結(jié)構(gòu)和晶粒結(jié)構(gòu)在內(nèi)的這些表征芯塊微觀特征的結(jié)構(gòu)形式，在很大程度上決定了芯塊的堆內(nèi)行為。因此，在制造過程中有效地控制這些結(jié)構(gòu)特征，就可以滿足反應(yīng)堆對(duì)芯塊的要求。同時(shí)，作為核電廠派駐燃料組件制造廠的制造質(zhì)量監(jiān)督人員應(yīng)了解芯塊微觀結(jié)構(gòu)對(duì)芯塊質(zhì)量的影響，加強(qiáng)對(duì)影響芯塊密度或孔隙率、孔隙結(jié)構(gòu)和晶粒結(jié)構(gòu)的工藝的控制，確保在反應(yīng)堆運(yùn)行工況下有更高的可靠性，實(shí)現(xiàn)最低的燃料破損率。
【參考文獻(xiàn)】
[1]陳寶山，劉承新.輕水堆燃料元件[M].
