引論：我們為您整理了13篇復合材料論文范文，供您借鑒以豐富您的創作。它們是您寫作時的寶貴資源，期望它們能夠激發您的創作靈感，讓您的文章更具深度。

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②開展畢業設計的實踐條件不足。畢業設計的選題大致為復合材料成型與膠接兩個方向，學校雖然有一定的復合材料的成型和膠接的實驗實訓條件，但由于場地小，設備缺乏，無法滿足專業學生的畢業設計要求，因此學生的畢業設計完成大多是參考相關文獻進行工藝設計，只是理論上的分析，不僅學生完成困難，而且沒有具體的工藝實訓過程操作，內容空洞。

2教師方面

①師資匱乏，教師指導壓力大。指導教師相對于學生的數量嚴重不足，教師指導壓力大，無法保證對每位學生畢業設計進行有效的指導。畢業生忙于就業和實習，對于畢業設計不上心，加之高職學生基礎薄弱，專業論文撰寫的能力不強，所以老師指導起來更是壓力倍增。教師在指導畢業設計同時還要完成相對較多的教學任務，往往會精力分散，指導學生又多，導致指導效果不佳。

②選題理論化，部分與生產實踐脫節。雖然專業教師均具備碩士學位，專業理論水平高，但多半缺乏企業工作經歷，不能及時準確把握企業動態和職業崗位的需求，因此在畢業設計選題上很多老師多半采取由學生自主選擇畢業設計課題或讓學生參與自己的立項科研課題，而未考慮學生職業崗位的需求。因此選題理論化，與生產實際脫節。

3學生方面

①對于畢業設計積極性不高。在畢業設計期間，很多學生忙于找工作和提前進入企業實習，對于畢業設計積極性不高，得過且過。學生常常不能按時完成老師布置的畢業設計的選題和資料搜集任務，也不能參加老師定期的指導會議。對于后期的論文修改，也不能及時認真修改，很多學生都是隨意修改下，就交上來，態度不認真。還有部分同學很難聯系上，對于畢業設計任務置之不理。

②搜集、整理資料能力差。撰寫畢業設計首先應搜集相關專業資料閱讀，并進行分析和整理，隨后才能開展畢業論文的撰寫。但很多學生搜集網絡資料的能力非常差，大多數學生只會使用簡單常用的搜索引擎，對于相關論文數據庫的使用和信息檢索非常陌生。同時，學生資料整理能力也有限，只會將查到的資料東拼西湊、無序堆積，缺乏邏輯性和前后的連貫性。

③畢業設計撰寫能力差。畢業設計的撰寫指導教師只起引導作用，主要給出資料搜集任務和對論文的修改意見，論文主體是由學生完成。大多數學生撰寫畢業設計能力較差，在撰寫畢業設計茫然一片，不知道如何編排結構，如何進行分層分析，邏輯推理。只是對搜集到的相關資料進行拼湊，論文內容邏輯混亂，前后層次不明，不連貫，讀起來一頭霧水。有部分學生內容與題目基本沒關系，論文格式更是五花八門，錯誤百出。

二提高畢業設計質量的途徑

1調整畢業設計時間

提前布置畢業設計任務條件允許的情況下，可以把畢業設計任務提前到第四個學期的期末，在學生參加暑期頂崗實習前，進行畢業設計工作動員和任務預分配工作。要求學生在頂崗實習期間，結合自己實習的相關工作擬定畢業設計課題范圍，在相關專業崗位認真將其工藝流程、參數等進行詳細記錄的任務，并要求學生完成實習崗位工藝的相關科技文獻查詢任務，開學以書面報告形式上交給指導教師。這樣為學生后續畢業設計完成積累了素材，完成畢業設計也會順手很多。

2重視畢業設計選題

注重與生產實踐相結合畢業設計的選題應在理論深度上降低要求，注重其技能性和實用性。學生可在頂崗生產實習的過程中自主選擇適合工作崗位的課題。由于學生所選課題緊貼工作崗位，有些甚至可能是單位急需解決的問題，學生認真思考和親手操作過，對于其中的工藝流程和質量管理過程非常熟悉，因此學生的積極性會提高，參與性較強，畢業設計質量會大幅提高。比如2010級部分暑期在西安航天復合材料研究所實習的同學，選擇纏繞和模壓等與其工作相關的成型工藝作為畢業設計選題，其畢業設計就完成的非常不錯。

3專兼職指導教師合作

團隊指導畢業設計面對師資力量匱乏，有經驗、有資歷的指導教師人手不足的情況，我們應充分利用校外實訓基地、頂崗實習單位的資源，采取激勵制度，擴寬教師聘請的渠道，鼓勵和吸引技術專家工程技術人員、技師等具有豐富實踐經驗的技術骨干到校擔任畢業設計指導工作。這些技術人員與我們的專職教師組成團隊，共同指導畢業設計工作，這樣既緩解了指導教師短缺的矛盾，又彌補了校內指導教師在實踐方面的不足。另外，部分提前就業實習的學生可自主選擇所在就業實習單位具有高級職稱的技術人員作為指導教師，這樣在做畢業設計時，指導教師就在身邊，可隨時指導，提高其解決實際問題的能力，也會避免老師與學生溝通障礙的問題，大大提高畢業設計指導效率和畢業設計質量。

4加強對畢業設計過程的監管

學校和系部對學生的畢業設計環節應加強監督管理，定期抽查，體現對畢業設計環節的重視。教研室定期組織指導教師對學生的畢業設計情況進行檢查并將各組檢查情況上報教研室。定期召開會議對各組指導情況及檢查中存在的問題進行探討，并給出下一階段指導工作的任務和具體要求。另外還可開展教師和學生的互評活動，要求教師根據學生的表現給學生打分作為最后畢業設計總評的一部分；學生也可以根據教師的指導情況給教師評分，作為對教師教學效果評價的一部分，這樣給學生增加了壓力，給教師增強了責任心。與此同時，要嚴把答辯關，對于審查教師和評閱教師共同認定合格的論文才能進行答辯，并要求每位同學必須現場答辯，答辯過程中，論文的質量和現場表現均要納入到答辯成績中。

5畢業設計考核評價過程化

將學生平時參加組內討論會情況、資料搜集整理工作情況、論文進度匯報工作情況、論文質量、答辯表現情況均納入畢業設計考核中，并根據相應的項目給出合理的分數。畢業設計的考評最大限度反映學生的專業知識和綜合素質水平，也使畢業設計考核工作更加合理和公平化。

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1.2最新研究進展和趨勢

日本開發研制成功一種帶有鋁合金接頭碳纖維聚合卷管。研究發現這種聚合卷管具有高效的結構體系，在實際應用中可以獲得特殊的建筑效果[1]。也有學者提出利用碳纖維優良的導電性，通過相應手段監測碳纖維復合材料加固部位導電性能的變化情況，實現對對土木建筑物或橋梁等的無創口健康監測和診斷，而目前利用碳纖維優良的導電性，實現對建筑結構的實時監測應用研究不多，鄭立霞《局部疊層碳纖維水泥基材料的應變電阻效應研究》（四川大學學報(工程科學版)2011.2）研究指出利用不同將碳纖維所具有的特有的導電特性，將不同碳纖維取代鋼筋加入普通混凝土中，普通混凝土便成為具有自診斷功能特性的智能混凝土。利用這些功能特性可望實現土木工程結構和基礎設施的健康監測。并通過實驗研究局部疊層碳纖維取代鋼筋形成的三點彎曲梁在單調和循環拉應力作用下電阻的變化規律，分析了局部疊層碳纖維水泥基材料的應變-電阻效應，在此基礎上進行橫向對比，實驗結果表明，局部疊層碳纖維水泥基材料的應變靈敏系數是連續碳纖維水泥基材料應變靈敏系數的近23倍，但穩定性要差一些；局部疊層碳纖維水泥基材料的電阻和拉伸應變成正比例，因此利用這一特性把可望把局部疊層碳纖維用于土木工程，便于實現在結構和基礎設施的健康監測。

2碳纖維復合材料在構件承載力不足的情況下的應用

雖然在土木工程施工過程中在施工階段，從上到下有嚴格的施工規范和要求，但是實際過程中卻常常存在由于施工管理不嚴、施工人員能力缺陷、致使施工質量不能達到要求，特別是混凝土構件承載力不足導致在建工程或建成工程使用時在安全隱患，存在一定的潛在質量風險，可能導致傷害事故的發生，在這種情況下，如何在不拆除現有混凝土結構的條件下對混凝土構件進行范圍內的加固和修復是要解決的問題，使用碳纖維復合材料為主要原料的纖維增強聚合布進行加固，可以在不毀壞現有結構的基礎上，使混凝土結構得到理想的增補效果。加上纖維增強聚合布施工過程中無需任何重型機械，施工空間不受限制的優點，因此在維護和加固現有建筑中得到大量應用。

2.1碳纖維復合材料在民用建筑加固方面的應用

由于碳纖維增強聚合布的材料性能的特點，碳纖維增強聚合布大量應用在民用建筑中，如梁、板、柱、頂、梁腹裂縫發展過大的構件加固中。碳纖維增強聚合布加固可有效控制裂縫的發展。在使用碳纖維復合材料對不同部位進行加固時，操作手段、方法有一定差異。目前通常使用碳纖維布對鋼筋混凝土裂縫等進行加固時首先選取合適粘合劑，以免造成粘合不緊密，加固效果差，在此基礎上注意粘貼在混凝土裂縫處。在對鋼筋混凝土抗彎構件進行加固時，通常采用特殊粘合劑將碳纖維布粘貼于混凝土構件強力受拉區，通過碳纖維布增加受拉區域強度，實現碳纖維布分擔工程結構中混凝土鋼筋的承受拉力，提高混凝土構件的抗彎承載力和受拉承載力。碳纖維復合材料加固損傷的受彎構件時，結果表明，通過碳纖維布的加固，檢驗結果顯示，加固部位剛度恢復非常顯著，加固部位強度和加固量、損傷程度具有一定關系，通過加固，兩者都有不同程度的改善提高。在工程中使用碳纖維復合材料進行抗剪力加固時，一般要求將碳纖維復合材料粘貼于加固構件的受剪力區，力求形成整體的拉力，促使碳纖維復合材料的作用類似于箍筋，從而形成一定的加固力量，有效控制混凝土結構裂縫的進一步發展。目前研究結果表明，理論上推算碳纖維復合材料的隨著外界條件變化應變發展比較緩慢，在實踐中用于加固混凝土構件時，碳纖維復合材料達到的最大應變值比較小。在加固混凝土構件屈服后，碳纖維復合材料逐漸取代混凝土構件箍筋的作用逐，從而有效提高構件抗剪承載力，碳纖維復合材料對工程質量提高程度與加固方式、加固量、帶間距及粘貼層數密切相關。因此實踐中使用碳纖維復合材料對一定的混凝土結構進行維修和加固時，要區別對待，不同位置、強度的部件進行加強所需粘貼量不同，過多過少都不利于加固效果的最優化，如粘貼過量碳纖維增強聚合布，可能會導致不能充分的發揮碳纖維增強聚合布的優勢。由于碳纖維增強聚合布的可設計性的優勢它與所加固構建之間粘貼比較緊密，可以在不改變現有建筑外觀形狀的基礎上進行整體加固，因此在一些對整體構件加固質量要求比較高，碳纖維聚合布在得到大量應用，如對歷史建筑的搶救、保護和維護和原有建筑，同時構件的整體抗震性能得到提高。

2.2橋梁建設加固方面碳纖維復合材料的應用

由于碳纖維復合材料的使用特點，碳纖維增強聚合布可以應用在橋梁加固方面。如磨損、裂縫、局部塌陷的橋面，可以在保持現有混凝土構件的情況下，通過適當修補后加貼碳纖維增強聚合布，從而提高橋面堅固程度和增加使用壽命，如一般采用將碳纖維增強聚合布粘貼于橋面板下面，在提高橋面整體平整的基礎上可以增強橋面板的抗彎及抗剪能力，延長橋梁使用壽命，目前碳纖維復合材料在橋梁建設方面的用途主要有兩類，現有橋梁的加固方面和新橋梁的建設使用。在橋梁加固方面碳纖維復合材料主要用于混凝土橋梁的基本構件、節點、裂縫受彎構件、抗彎構件等的加固，加固的目的主要是提高橋梁的面板、構件的抗彎、受彎、抗剪、軸向抗壓承載力等，橋梁建設加固方面碳纖維復合材料的應用在國外應用廣泛，我國在這方面的工程實踐是在引進吸收國外先進經驗的基礎上，結合我國橋梁工程和新材料發展狀況，2003年7月對1971年建成的“寶成橋”進行了加固維修。提高了大橋承載強度，同時對大橋基本構件提供了抗裂防腐的保護作用[2-5]。但是碳纖維增強聚合布加固混凝土橋柱、橋梁時，應注意原有混凝土構件橫向膨脹性能促使外包碳纖維增強聚合布的局部環向剛度增大，導致混凝土原有構件的脆性破壞，因此在應用碳纖維增強聚合布維修橋梁加固混凝土柱時要注意完全粘貼整個構件。

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復合材料成型模具直接影響著產品的質量，在設計時應滿足:①模具要有足夠的剛度、強度，以保證模具型面基準不變;②熱容量小，熱膨脹小，熱穩定性好;③加工精度高，表面光度高，模具自身協調性好;④施工便捷，操作安全可靠;重量輕，運輸方便;⑤可維護性好，制造成本低;⑥具有良好氣密性。根據復合材料U形梁的結構特點，在設計中需要解決以下技術難點:成型模具的結構形式如何保證構件的型面公差，如何滿足脫模要求并解決U形梁的回彈問題。

3模具選材

3.1模具材料

復合材料成型模具用料要求熱變形小、熱膨脹系數小以及導熱系數高，大多采用普通鋼、INVAR鋼、碳/環氧復合材料和鋁合金。普通碳鋼適用于型面曲率不大的模具，當產品批量生產、尺寸精度要求較高時，選擇鋼制模具最為經濟、實用;鋁合金適用于平板類、尺寸精度要求不高的模具;INVAR鋼適用于結構復雜、曲率大、尺寸大的模具。不同模具材料對復合材料構件變形的影響主要體現在兩個方面，一方面是不同的材料熱導率會影響與其直接接觸的復合材料構件固化溫度場的分布，從而影響最終構件內殘余應力的大小及分布，引起不同的構件變形;另一方面就是不同材料的熱膨脹系數不同，模具與構件之間的相互作用程度不一樣，因此導致構件的變形不同。在固化過程中，模具與復合材料構件之間的熱膨脹系數不匹配會引起模具與構件接觸處的層間應力，包括層間剪切應力和沿構件厚度方向的力，這主要是由于模具與構件在固化壓力的作用下始終粘貼在一起，隨著模具受熱膨脹，靠近模具的構件層比遠離模具的構件層受到的約束張力要大，因此沿構件厚度方向形成一定的應力梯度，在固化過程中這部分應力被“凍結”在構件中，在脫模以前都沒有得到釋放，固化完成后冷卻至室溫脫模，這部分應力將被釋放，脫模后的復合材料構件必須通過變形來維持應力的平衡。

3.2模具型面補償修正

模具設計時要考慮復合材料與模具熱膨脹系數的差異，INVAR鋼和復合材料模具受熱膨脹的影響很小，可忽略不計;但對于普通碳鋼和鋁合金模具影響比較大，對于大尺寸的復合材料構件需要采取補償措施，根據計算公式和生產經驗?？紤]到制造成本和構件精度要求，本文設計的模具選用Q235鋼制造，根據上述公式計算縮尺KS為－0.65‰，結合生產經驗和復合材料梁的結構形式，提取整個構件的理論型面并按適當縮尺進行縮小，模具設計時按照縮小后構件提取的型面作為模具的設計型面，以減小構件的變形或抵消變形的影響作用。

4模具結構設計

4.1模具回彈角的補償

復合材料在熱固化成型過程中由于材料本身的各向異性、鋪層方向引起的力學性能差異、結構的不對稱性和基體的固化收縮效應等因素，在構件內經應力梯度和溫度梯度耦合作用導致固化時的內應力積聚，一部分應力在構件中以殘余應力的形式長久存在，另一部分應力在構件脫模后釋放，這兩部分應力存在的形式共同導致回彈變形。對于梁、長桁類有大夾角的構件，固化成型過程中在拐角處的回彈變形會導致夾角變化，即構件在固化脫模后，夾角因收縮而小于模具角度，此差值為回彈角。這將給制件間的裝配帶來容差、超差等問題，翼梁緣條回彈使其外形偏離了設計要求而導致蒙皮與翼梁間螺栓連接裝配孔錯位，若對裝配件進行強制裝配將會引起殘余應力、密封不好等問題，這樣會降低結構的強度和疲勞壽命，甚至造成制件報廢。在模具設計時，通過調整模具型面來補償構件回彈，即構件夾角加上回彈角等于模具夾角，使構件在脫?；貜椇蠓瞎こ虜的Ｒ蟆鴥韧鈱＜覍W者都在積極研究復合材料結構固化變形的預測及控制方法。GFG公司在復合材料工形梁的成型模具設計時，考慮工形梁緣條的回彈，采用經驗的方法在模具的緣條型面上加入修正值(約1°)以抵消構件回彈。國內賈麗杰等人針對復合材料典型C形結構的回彈變形進行研究，通過對回彈角的預測結果進行修正，確定C形梁回彈角度在1°左右。本文涉及的復合材料U形梁為閉角結構，成型模具設計時需要進行回彈補償，結合以往生產經驗和國內外學者的研究結果，在兩側緣條各設置1°回彈補償角，提取補償后的兩側緣條型面為模具的型面。

4.2模具結構形式

復合材料梁一般為細長結構，常用模具結構形式為陰模、陽模和陰陽模組合，分析構件是否有氣動面、裝配面、膠接面等，一般情況下可確定這些面為貼膜面。根據U形梁的結構特點，采用CATIAV5R18建模，模具為框架式陽模結構，采用Q235鋼焊接制造，模具包括模胎、支撐框架(支板組件和框架)、蓋板、工具球套。根據產品設計部門所提供的產品零件數模提取成型曲面作為模胎的理論型面，將該曲面偏移10mm切割實體，獲得“Ω”型模胎;創建支板組件，輸入單個支板尺寸創建實體并設計散熱孔，通過陣列命令創建其他支板;框架為長方體結構，采用的方鋼管為標準型材，根據彼此之間的位置約束關系通過陣列偏移命令進行設置。這種框架式模具結構厚度均勻，通風好，升溫快，有利于模具各點溫度均勻，可以減少模具在升溫和降溫過程中因各部位溫度不一樣而引起的模具變形。(1)模胎模胎是“Ω”型一體式結構，采用10mm等厚的鋼板，在保證氣密性前提下允許拼接焊接。在模胎上需要留有一定距離用于打真空袋，通常手工鋪貼模具的余量區在100～200mm。模胎的型面輪廓度公差小于0.2mm，數控加工后按數模中模胎線數據集劃線，深0.5mm、寬0.3mm，并在余量線外打出標記，所有劃線位置的偏差不大于0.2mm。構件輪廓線用于非數控切邊時使用，決定構件外形尺寸的精度，設計時應考慮模具材料的膨脹因素作適當縮放處理。鋪貼線用于無激光投影時手工鋪貼定位，以控制鋪貼余量，防止由于鋪貼不完全齊整、流膠、擋膠條等因素導致固化后產品邊緣質量不高，通常鋪貼線到產品輪廓線可留20mm余量。(2)支撐框架框架與支板組件主要起支撐作用，保證整個模具的強度和剛度。框架取消了傳統的薄板格柵結構，采用方鋼管焊接，具有成本低、加工周期短的優點，有效實現模具減重，又使得空氣流在模具體上下表面任意流動，加熱更均勻。在支板組件上設計散熱孔，盡量在同一直線上保證成型過程中空氣的流通性，有利于整個成型的復合材料構件溫度均勻，保證成型產品的質量。同時在支板兩端設計80×50×10mm的加強塊，防止模具在吊裝時沿長度方向產生變形。(3)蓋板和工具球梁腹板平面處采用2mm鋁蓋板與陽模配套使用，使構件表面加熱均勻，同時在抽真空的過程中傳力均勻，保證構件外表面的平面度。工具球用于定位找正，在設計時要覆蓋構件的最高點和最低點，長度方向間隔不超過1m。各工具球孔按數模制造，并在模胎上打出所有工具球實際坐標值及孔位序號，用于手動鋪貼時放置激光投影的靶標，以定位鋪層區域。(4)后續處理模具焊接完成后進行2～3次退火，消除焊接和機加應力，減少模具的變形;對模具型面進行激光測量，型面精度符合圖紙要求;加工完畢做氣密試驗，保證模具氣密性。

4.3工藝驗證

在復合材料U形梁的熱壓罐成型工藝中，采用本文設計的成型模具進行鋪疊成型，生產的復合材料構件易于脫模，表面光滑平整，型面公差符合要求，U形梁兩側緣條的角度變形控制在技術要求范圍以內，滿足了后續與壁板及其他組件的裝配要求。

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2．1加工設備GAG結構復合片材為多層結構，因此需多層共擠擠出設備成型，根據各層的材料特性選擇合適的螺桿類型。作者采用先進的專用三層共擠擠出機，兩組擠出機螺桿直徑分別為:65mm、120mm。其它配套設備包括結晶設備、干燥設備、物料輸送系統。

2．2加工工藝

共擠復合工藝是使用二臺或二臺以上的擠出機分別供給不同的熔融料流，運用不同的分配器，將各種粘接樹脂通過一定的流道在一個復合機頭內匯合與相應的基材進行粘合的加工過程。它能夠使具有不同特性的樹脂在擠出過程中彼此復合在一起，使之兼有幾種不同材料的優良特性。常用的分配器為AAB、BAA、BAB，A一般為大螺桿，擠出量相應較大:B為小螺桿，擠出量相應較小。GAG結構復合片材采用BAB分配器，A層對應的螺桿擠出APET樹脂，B層對應的螺桿擠出PETG樹脂，通過調整分配器可以調整各層的比例。GAG復合片材的生產工藝圖如下:

2．3關鍵問題及解決方案

(1)、APET樹脂進入擠出機前需充分干燥［5］，因為在熔融擠出過程中水份的存在會促使APET分子水解，而水解會使相對分子質量降低，導致物理性能特別是沖擊強度的下降，還會使片材產生汽泡、條紋、模糊等，嚴重影響片材的品質。APET在擠出前必須干燥到水分含量低于0．005%，［6］此外干燥溫度的高低及時間長短也會影響到材料的性能，使用大的空氣流量、高的干燥溫度和長時間干燥會使材料老化。使用低的干燥溫度、低的空氣流量和短時間干燥會導致材料水解。建議干燥工藝為:干燥溫度150～155℃，干燥時間約4～5h，露點－20～－40℃;(2)、PETG樹脂進入擠出機前同樣需要進行干燥處理，干燥溫度65～70℃，干燥4～6h，注意干燥溫度不可超過75℃，否則樹脂容易粘結結塊;(3)、擠出溫度控制:APET擠出料筒溫度高于255℃，但不高于280℃，壓縮段溫度可以稍高，而后區溫度稍低;PETG擠出溫度210～240℃，擠出溫度不可高于240℃，高于240℃材料容易發生降解使得材料發黃并影響材料性能;模頭溫度230～240℃;(4)、GAG復合材料表面摩擦系數較大，收卷后容易粘結難以分離，所以需要在表層PETG中添加內爽滑劑降低其表面磨擦系數，根據實際情況控制內爽滑劑的添加量，內爽滑劑的添加量不宜多大，否則會造成下料及泵前壓力不穩定影響生產的穩定性;(5)、根據實際需要，可通過調整A機和B機的擠出速度來控制PETG與APET的層比，PETG層層比在15～20%時材料具有較好的韌性及熱封性能，材料的性價比較好;(6)、生產完成停機前應注意讓PETG擠出機繼續運轉15～30min將螺桿里的余料擠空。以免重新開機出現“抱螺桿”的情況。重新開機時螺桿溫度到達設定溫度后先開啟PETG擠出機運轉15～30min后再開啟APET擠出機;(7)、GAG復合材料的邊角料應特別注意要與APET材料的邊角料區分單獨回收，如APET回收料中混入GAG材料，二次利用生產過程中會出現材料發黃現象，影響材料品質。而GAG復合片材邊角料的回收利用，由于其無法以正常的APET結晶干燥工藝處理，所以無法直接加入到APET層中再次利用，目前比較可行的處理方法是利用雙螺桿擠出機先將其造粒，再在特定的溫度下進行預結晶后加到APET中進行生產。

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2.1金屬層狀復合材料生產中的固－固相復合法

金屬層狀復合材料中的固－固相復合法是一種在上世紀30年代就發展起來的加工工藝，其主要原理是將兩種或多種已經成型的板材通過疊加或者是軋制的方法使其能夠形成多層復合的方式，從而使這種復合板材能夠達到所需的性能要求。其中，復合板材所采用的軋制方法主要有熱軋和冷軋兩種，采用軋制的方法生產的復合板材具有生產成本較低、生產迅速以及成本板材的精度較高等優點，通過與現有的鋼鐵生產工藝及生產裝備相結合能夠實現大規模的生產，利用軋制法可復合的金屬種類很多，但軋制復合往往需要進行表面處理和退火強化處理等工藝，板型控制困難，軋件易邊裂，易形成脆性金屬化合物，且道次軋制變形量大，需要大功率的軋機。

2.2金屬層狀復合材料生產中的爆炸復合法

此種方法的主要原理是通過使用炸藥作為主要的能源，從而將多種金屬材料復合焊接成一體的加工工藝，采用此種加工工藝的優點是生產出來的板材具有很高的產品適應性且保留了復合材料原料的一些特性，同時生產的板材結合界面的結合強度較高，能夠使得其在后續的加工過程中保持較為良好的加工特性，同時對于金屬層狀復合材料的大小以及形狀等都具有很強的可調性且對生產設備要求較低，缺點是生產過程中會產生巨大的噪音從而不利于生產的連續進行。

2.3金屬層狀復合材料生產中的爆炸－軋制復合法

此種方法結合了固-固生產法中的軋制法以及爆炸法中的一些優點，通過使用此種方法可以使得金屬層狀復合材料板能夠生產的尺寸更大、厚度更薄、長度更長以及更細的復合金屬材料，從而使得金屬材料的性能克服了單一工藝中所存在的一些問題。

2.4金屬層狀復合材料生產中的擴散焊接法

金屬層狀復合材料經過多年的發展，已經具有多種生產工藝及加工技術，擴散焊接是一種對在金屬層狀復合材料的復合加工中常用的技術，其能夠進行多同種或不同種材料進行復合。在加熱到母材熔點0.5～0.7的溫度時，在盡量使母材不出現變形的程度下加壓，使母材緊密接觸，利用界面出現的原子擴散而實現結合的方法。

2.5金屬層狀復合材料生產中的液－固相復合法

此種方法的原理是將一種（液相）的金屬材料通過多種不同的方式均勻的澆鑄在其他一種固態金屬材料的表面，并依靠兩種金屬材料表面之間所產生的一定的反應來使兩者之間出現結合，并在液態金屬凝固后對其進行壓力加工。

2.5.1直接澆鑄復合法

直接澆鑄復合法的制造工藝如下：首先需要將兩塊在內側涂抹有剝離劑的鋼板進行相應的疊合，并將兩塊鋼板四周進行焊接后放入盛有金屬液的鑄模中，待到周圍的液態金屬凝固后進行一定的軋制，軋制完成后將焊接的鋼板四周的焊縫去掉，從而可以得到分離后的兩塊液固復合板，在進行金屬層狀復合材料板的生產過程中如果做好對于加工溫度的把控可以使得復合材料板具有較高的復合強度。此種方法操作方便、由于無需使用過多的機械設備以及其他附加工藝，因此，其加工成本較低，可以應用從而進行批量化生產，不足之處是由于需要將固態的金屬板放置于高溫下的液態液中待其凝固，在這一過程中，由于兩者金屬材料熔點的不同會使得高溫的液態金屬會對固態金屬的表面造成一定程度的熔損，從而會對生產出來的金屬層狀復合材料板的質量造成一定的影響。雙流鑄造法又被稱為雙澆法，其主要是通過使用兩種液態金屬同時開始進行鑄造，其主要利用的是兩種合金之間的熔點差，通過將低熔點的合金首先澆注在一種特殊的扁模具中，而后通過將模具內的抽板進行一定的提升，其后再將高熔點的合金澆注在抽板提升后所留下的空位中，從而得到所需要的復合金屬材料，使用此種方法需要做好時機的把控，特別是在金屬液的澆注速度方面更是需要注意，從而使兩層金屬界面結合良好且界面穩定是比較嚴格的。

2.5.2釬焊法

釬焊法的主要原理是通過利用浸潤的液態金屬相凝固使兩種金屬焊合一起的技術方法。此種方法的加工工藝簡單、操作方便，能夠方便、快捷的完成異種金屬之間的結合，其缺點是在釬焊結合部位的硬度不高，從而使得復合材料板出現小孔、夾渣、偏析等缺陷。

3金屬層狀復合材料中的表面工程技術

電鍍主要是通過溶液中所含有的金屬離子在導電的情況下聚集到電極中的陰極中并均勻的覆蓋在陰極的表面使其形成能夠與基體牢固相結合的鍍覆層的過程。經過多年的發展，電鍍已經成為了現今工業生產中的重要組成部分。除了電鍍外，在材料表面工程處理中還具有刷鍍、化學鍍以及熱噴涂、化學氣相沉積法、物理氣相沉積等多種表面處理技術，以上這些技術都各有優缺點，應當根據金屬材料表面的特性需要適合的技術。

4金屬層狀符合材料的發展展望

隨著科技的進步以及越來越多的新技術被應用于材料生產工藝中，現今，在金屬層狀復合材料的生產過程中主要有電磁成型復合、自蔓延高溫合成焊接技術、激光熔覆技術、超聲波焊接技術以及噴射沉積復合技術等。采用以上這些技術能夠使得金屬復合材料性能更高以及生產更為簡單方便。

篇6

復合材料鍍層的硬度和耐磨性試驗結果表明，隨著加熱溫度的提高，復合材料鍍層的硬度增加，在400℃時達峰值，加熱溫度繼續升高，鍍層硬度呈下降趨勢；此外，陰陽極相互垂直所得復合鍍層的硬度高于陰陽極相互平行的硬度；鍍態時復合鍍層的磨損率均最高，隨著熱處理溫度的提高，磨損率呈下降趨勢，在400℃時磨損率最低，耐磨性最好。繼續升高溫度，磨損率有所上升。另外，隨著鍍層中磷含量的增加，其耐磨性改善。在400℃熱處理條件下，隨著熱處理時間的延長，復合鍍層的硬度和耐磨性增加，當熱處理時間達到3小時時，鍍層硬度和耐磨性達到最佳值；若繼續延長時間，鍍層的硬度和耐磨性將降低。隨著鍍液中SiC濃度的增加，RE-Ni-W-P-SiC復合材料鍍層的硬度增加，同時鍍層的耐磨性能也增強。鍍液中鎢酸鈉濃度對RE-Ni-W-P-SiC多功能復合材料硬度及耐磨性的影響規律與鍍液中SiC濃度對RE-Ni-W-P-SiC復合材料硬度及耐磨性的影響規律基本一致，即隨著鎢酸鈉濃度的升高，RE-Ni-W-P-SiC復合鍍層的硬度和耐磨性均提高。隨著鍍液中次亞磷酸鈉濃度的升高，鍍層的硬度和耐磨性均降低。

RE-Ni-W-P-SiC復合材料鍍層的組織與結構分析表明，復合鍍層在鍍態下為非晶態，當熱處理溫度升到200℃時，鍍層開始晶化并析出Ni3P相；當溫度達到500℃時，鍍層晶化完畢，產生新相g-(FeNi)。因此，整個鍍層的顯微結構隨溫度的變化過程是：非晶態混晶態晶態；稀土元素對復合鍍層的顯微組織無影響，但可以提高復合鍍層中SiC微的含量；鍍液中鎢酸鈉和檸檬酸的濃度對復合材料鍍層的結構影響不大，復合材料中的磷含量是鍍層非晶化的主要決定因素；鍍液中鎢酸鈉和檸檬酸的濃度對復合材料鍍層的表面形貌影響較大，當鎢酸鈉的濃度為90—150g/L和檸檬酸的濃度為150—170g/L時，復合材料鍍層表面顆粒細小，而且平整光滑。

復合材料鍍層的抗高溫氧化試驗結果表明，在高溫氧化過程中,純鎳鍍層、Ni-W-P、Ni-W-P-SiC和RE-Ni-W-P-SiC復合鍍層的氧化膜重量和氧化時間的關系,在氧化時間小于60min時，氧化膜的增長規律近似于直線方程；而在氧化時間大于60min后,它的增長規律可以用冪函數方程表示。四種鍍層氧化速率的大小順序是Ni>Ni-W-P>Ni-W-P-SiC>RE-Ni-W-P-SiC。在高溫氧化過程中,Ni-W-P、Ni-W-P-SiC和RE-Ni-W-P-三種鍍層的氧化膜重量隨著氧化溫度的升高而呈指數型增加。RE-Ni-W-P-SiC復合鍍層與Ni-W-P合金層相比,它的高溫抗氧化性能可以提高2-3倍。鍍層的截面形貌表明,經500℃下氧化，Ni-W-P合金已向基體擴散,與基體之間沒有明顯的分界線；Ni-W-P-SiC復合鍍層與基體之間有分界線,但不明顯；而RE-Ni-W-P-SiC復合鍍層在此溫度下有明顯的分界線。經800℃下氧化后,除RE-Ni-W-P-SiC復合鍍層與基體有明顯分界線外,其它兩種鍍層均無分界線。Ni-W-P、Ni-W-P-SiC和RE-Ni-W-P-SiC三種鍍層經800℃下氧化后的X-射線衍射圖同樣顯示,RE-Ni-W-P-SiC復合鍍層具有更好的抗高溫氧化能力。

對電沉積RE-Ni-W-P-SiC多功能復合材料進行了日處理5平方米的中試試驗，結果表明，用該工藝處理的多種零部件在磷化工、制糖和卷煙等工業中應用，其壽命明顯高于國產零部件，接近或超過進口件的水平，并取得了一定的經濟效益。

關鍵詞：電沉積，RE-Ni-W-P-SiC復合材料鍍層，硬度與耐磨性，耐蝕性，抗高溫氧化性，組織與結構，應用。

Atract

ProceandbasictheoryofelectrodepositedRE-Ni-W-P-SiCmultifunctionalcompositecompositecoatinghavebeenstudied，includingsomecontentsasfollows：

E-pHpatterofNi-P-H2OandNi-C-H2Osystemsweredrownoutonthebasisofthermodynamicanalysis，andresultsshowthatNiandPcanco-depositonthecathodeintheformofNi3P；therearesomeNi3Cphasesinthecoating，andCcomesfromorganiccompoundwhichwasaddedinthebathandCO2intheairthatwasdiolvedinwater.

ExperimentalresultsofproceparametersindicatethataseriesofRE-Ni-W-P-SiCcompositecoatingswithdifferentcontentswereobtainedbymeaofaropriateparameters，andcomponentscopesofthecoatingsareSiC5~30wt，Ni50~60wt，W10~25wt，P5~15wtandRE5~10wt.ThecontentsofW，PandSiCi nthecompositecoatingswereincreasedwhenchloride，oxideandsulfaterareearthwasaddedinthebathreectivelyortogether.Theadditionofsodiumhypophohatemustbearopriate，ifaddedmuch，WandSiCcontentsinthecoatingsweredecreased，Sotheadditionofsodiumhypophohatemustbecontrolled10~15g/l.Currentdeity，temperatureandpHvaluehavecoiderableeffectsonthecontentsofW，PandSiCinthecompositecoatings.Generally，currentdeity（Dk）mustbecontrolled5~10A/dm2，pH6.0~6.5andtemperature55~65oC.Besides，DkandpHhaveagreateffectonthesurfacemorphologiesofthecoatings，andthecompositecoatingsgetcoarsewhenDkandpHwerehigh，onthecontrary，thecompositesgainfinecrystalwhenDkandpHwerelow.TheagitatingintervaltimehaslittleeffectonNi，WandPcontents，whileithascoiderableeffectonSiCcontentinthedeposits.ExteionofagitationandintervaltimewilldecreaseSiCcontentinthecomposites，sointervalandagitatingtimemustbecontrolled3miand4~5mireectively.

CurvesofcathodicpolarizationdilaythatwhenSiCparticlesandrareearth（RE）wereaddedinthebath，cathodicdepositingcurrentdeityofthecompositesincreases，anditisprofitableforNi-W-Pcoatingtodepositinthecathode，formingNi-W-P-SiCandRE-Ni-W-P-SiCcomposites.Onthecontrary，theadditionofPTFEinthebathdecreasescathodicdepositingcurrentdeityofthecoatings.Thecurrentdeityincreasesalittlewhentheamountofrareearth（RE）is7~9g/l；however，thedeityincreasesgreatlywithincreasingamountofRE，anditreachespeakvaluewhentheamountofREis11~13g/l.ButiftheamountofREisraisedfurther，thecurrentdeitydecreases.MechanismofSiCparticlesandNi-W-Pcoatingco-depositionis:SiCparticlescarryaboutnegativeelectricchargeitself,andtheymayadsorbpositiveelectricchargearoundwhenSiCparticlesareaddedinthebath.Theymovetothesurfaceofcathodeandformweakadsorptionundertheeffectsoffluiddynamicsandelectricfieldforce;secondly,SiCparticlesonthecathodicsurfacedehydrateundertheeffectoftheelectrostaticfieldforceandformstrongadsorptiothirdly,SiCparticlesadsorbedonthecathodicsurfacearecapturedbyNi-W-Pcoatinganddepositedinthecomposite.

CorrosionexperimentsofRE-Ni-W-P-SiCcompositecoatinginH2SO4，HCl，H3PO4andFeCl3solutioshowthatthecompositecoatingsonthebaseofNi-W-PcoatingshavebettercorrosionresistanceinH2SO4，HCl，H3PO4andFeCl3solutioatas-depositedorheattreatment，andtheircorrosionresistanceissuperiortothatof316Lstainlesteel；thecorrosionresistanceofNi-W-P-SiCcoatinginHCl，H2SO4andFeCl3solutioismuchbetterthanthatofNi-W-PandRE-Ni-W-P-SiCcoatings；however，thecorrosionresistanceoftheRE-Ni-W-P-SiCcompositeinH3PO4solutionissuperiortothatofNi-W-P-SiCandNi-W-Pcoatings.ThecorrosionmechanismofRE-Ni-W-P-SiCcompositecoatinginH2SO4andH3PO4solutioisgapandintergranularcorrosion，andinHClandFeCl3solutioispointandintergranularcorrosion.

Resultsofhardneandwearresistanceofthecompositecoatingsshowthatthehardneofthecoatingsincreaseswithincreasingheattreatmenttemperature，anditreachespeakvalueat400oC.Butitdecreaseswithincreasingheattreatmenttemperaturecontinually.Besides，thehardneofthecoatingbyverticalhangingbetweencathodeandanodeismuchhigherthanthatofonebyparallelhangingbetweencathodeandanode.Theabrasionrateofthecompositesishighestatas-deposited，whileitdecreaseswiththeriseoftemperature，itcutsdownlowestat400oC.Buttheabrasionrateincreaseswithcontinuingraisingheattreatmenttemperature.Thewearresistanceofthecoatingisraisedwithincreasingthephohoruscontentinthedeposit.Thehardneandwearresistanceofthecompositeincreasewithexteionofheattreatedtimeat400oC，andtheyreachtheirpeakvaluesat3hoursreectively.However，thehardneandwearresistanceofthecoatingdecreasewiththeriseoftheheattreatedtime.ThehardneandwearresistanceoftheRE-Ni-W-P-SiCcompositecoatingincreasewiththeriseofSiCandsodiumtungst ateconcentratiointhebathreectively，whilethehardneandwearresistanceoftheRE-Ni-W-P-SiCcoatingdecreasewithincreasingsodiumhypophohateconcentrationinthebath.

MicrostructureofelectrodepositedRE-Ni-W-P-SiCcompositecoatingwasstudied，andresultsshowthattheRE-Ni-W-P-SiCcompositecoatingisamorphousas-deposited.WhilethecoatingchangesintothecrystalandNi3Pphasesprecipitatewhenheattreatedtemperatureisraisedto200oC；Thecrystalproceofthecoatingisfinishedandnewγ-（FeNi）phaseisproducedwhentemperaturerisesto500oC.Therefore，themicrostructurechangingproceofthecoatingisamorphousmixturecrystal；therareearthhasnoeffectonthemicrostructureofthecoating，whileitcanincreasetheSiCcontentinthedeposits.Sodiumtungstateandcitricacidconcentratiointhebathhavenoeffectsonthemicrostructureofthecomposite，howevertheyhavecoiderableeffectsonthesurfacemorphologiesofthecoatings.Thecoatingswithfinecrystalandsmoothsurfacewillbeobtainedwhensodiumtungstateconcentrationis90~150g/landcitricacidconcentrationis150~170g/l.Thephohoruscontentinthecompositeisadecisivefactorthatenablesthecoatingtochangeintoamorphousstate.

篇7

1 引言

顆粒性復合材料由于其優異的性能在工程實際中得到廣泛應用[1]，但是在高溫條件下工作的復合材料構件不可避免地產生熱膨脹，導致結構尺寸發生變化而產生熱變形，過大的熱變形會導致結構破壞，這就要求材料具有很強的高溫穩定性和低的熱膨脹系數。而對復合材料的熱膨脹系數進行預報是細觀力學界研究的重要內容之一，也是對材料進行熱分析的基礎。當前，對于復合材料熱膨脹系數預報多見于單向或長纖維復合材料[2-5]，而對于顆粒性復合材料研究較少[6]。姚占軍等人利用二相胞元法預報了顆粒增強鎳基合金復合涂層的熱膨脹系數，但其所建立的模型中并未考慮界面因素影響[8]。

本文基于細觀力學理論建立了包含脫粘界面在內的復合材料四相模型，如圖1所示；將顆粒夾雜、脫粘界面和基體殼簡化為橢球三相胞元；根據Eshelby- Mori-Tanaka方法推導得到顆粒夾雜和脫粘界面的熱膨脹本征應變，進而求出三相胞元的熱膨脹系數；考慮到三相胞元在復合材料中隨機分布，應用坐標變換公式得到復合材料平均熱膨脹應變，進而求得復合材料的熱膨脹系數。

2 熱膨脹本征應變

取出一個三相胞元如圖2所示，設三相胞元、顆粒夾雜以及脫粘界面體積分別為V為V1為V2，顆粒夾雜和基體的彈性常數分別為L1和L0，熱膨脹系數分別為和。論文大全，三相胞元。

當溫度變化ΔT時，由于基體和顆粒夾雜熱膨脹系數失配而產生熱應力為

（1）

式中，為顆粒與裂紋相互作用引起的擾動應變。

利用Mori-Tanaka方法和Eshelby等效夾雜理論可知顆粒中應力為：

（2）

其中，

（3）

式中，為是基體與顆粒的應變差值，是顆粒的等效本征應變，是基體和顆粒熱失配應變，

（4）

此處

（5）

由于顆粒各向同性，我們知道

（6）

假設脫粘界面中存在應力，其彈性常數為，則根據式（2）得到：

（7）

（8）

其中，為脫粘界面與基體的應變差值，為脫粘界面的的Eshelby張量[7]。論文大全，三相胞元。論文大全，三相胞元。

實際上三相胞元脫粘界面處不存在應力，即，因此有

（9）

根據三相胞元內部擾動應力自平衡條件:

(10)

這里將(1)、(2)式代入(10)式得

(11)

式中，

將（3）和（11）式代入到（2）式得

（12）

上式，

其中，

將（11）和(12)式代入到（9）得到

（13）

式中

3 三相胞元等效熱膨脹系數

體積為V的三相胞元的平均應變可以借助總量平衡的方法得到

（14）

將（3）、（8）和（11）式代入（14）得到

（15）

將（12）和（13）式代入（15）得到

（16）

式中，

矩陣K為3×3階對稱矩陣，可寫成如下形式

（17）

式中Ki由顆粒和脫粘界面的Eshelby張量以及基體和顆粒的彈性常數確定。論文大全，三相胞元。

根據（16）和（17）可知

（18）

由此可得到三相胞元的熱膨脹系數為：

（19）

4 復合材料的有效熱膨脹系數

假設三相胞元橢球的三個主半軸長為，三相胞元橢球形顆粒為橫觀各向同性材料，其中為材料的對稱軸，并且。論文大全，三相胞元。三相胞元顆粒在復合材料中隨機分布，并設軸與x，y，z軸分別成，，角。

當無限大體內部溫度改變時，單個三相胞元顆粒產生的熱膨脹應變為：

(20)

再由應變換軸公式知單個三相胞元顆粒在坐標軸x，y和z方向的熱膨脹應變為：

（21）

因為三相胞元顆粒在復合材料中隨機分布，材料的平均熱膨脹應變為所有顆粒的熱膨脹應變關于隨機后的均值，取分布函數為，則有

（22）

經積分得

（23）

由上式可看出復合材料為各向同性，進而求出復合材料的有效熱膨脹系數為

(24)

圖3給出含有脫粘界面體積分數分別為0.03%、0.05%和0.07%時，復合材料有效熱膨脹系數隨顆粒含量變化曲線。從中可以看出，復合材料有效熱膨脹系數隨著顆粒含量的增加而減小，主要因為顆粒的熱膨脹系數大于基體的熱膨脹系數，其含量越大，對復合陶瓷的熱膨脹系數影響也越大；另外，脫粘界面含量越高，熱膨脹系數也越小，因為復合材料在受熱膨脹時，微裂紋存在會降低顆粒對基體的影響，滿足一般規律。

圖4給出含界面體積分數分別為0.03%、0.05%和0.07%時，復合材料有效熱膨脹系數的尺度效應。論文大全，三相胞元。從中可以看出復合材料熱膨脹系數隨顆粒直徑增加而減小，因為顆粒的熱膨脹系數大于基體的熱膨脹系數，直徑越大，單個顆粒的影響也大。

5結論

1）本文基于細觀力學方法建立了包含脫粘界面在內的復合材料四相模型，將顆粒夾雜、脫粘界面和基體殼簡化為橢球三相胞元，并根據Eshelby-Mori-Tanaka方法得到顆粒夾雜和脫粘界面的熱膨脹本征應變，推導出三相胞元的縱向和橫向熱膨脹系數；

2）根據三相胞元的方位隨機性，結合應力應變換軸公式確定復合材料平均應變，進而求得復合材料熱膨脹系數；

3）數值結果表明：隨著顆粒夾雜含量增加，復合材料有效熱膨脹系數會減??；另外，復合材料有效熱膨脹系數具有較強的尺度效應，隨著顆粒直徑的增加，熱膨脹系數會降低。

參考文獻

[1]Wang Junying, Ni Xinhua, Yang Qizhi.Study of thermal fatigue resistance of a composite coating made by a vacuumfusion sintering method[J]. International Journal of Plant Engineering andManagement 2003,8: 60-64.

[2]Z Haktan Karadeniz, Dilek Kumlutas. Anumerical study on the coefficients of thermal expansion of fiber reinforcedcomposite materials[J]. Composite Structures, 2005, 55(1): 1-10.

篇8

一、產學研深度融合是校企聯合培養共贏的基礎

校企聯合培養追求“高校一企業一學生”共贏的目標。理論上，共贏目標的愿景無限美好，但實際上國內外不斷實踐和探索的結果卻不盡如人意，原因在于、共贏”必須以產學研深度融合為基礎。深度融合，則“共贏”枝繁葉茂;不然，則空空如也。

根據邢素麗等人的論述，產學研深度融合應包括:（1)需融學科和產業、學問和技術、基礎研究與工程應用內涵于一體；（2)需融高?？蒲小⑵髽I課題、國家和省課題內涵于一體;（3)需融高校學科優勢、企業需求內涵于一體;（4)需融新技術、新需求、新理論、新應用內涵于一體。在產學研深度融合的基礎上，以研究生培養創新基地為平臺，發揮校企各自優勢，促進不同領域、不同范疇、不同層次等之間的融合，為研究生營造創新環境、激活創新動力、提升創新水平、增強創新能力。

國防科大與時代新材料，以共同研發兆瓦級復合材料葉片為契機，深度合作，聯合培養博士研究生，實現共贏。兆瓦級復合材料葉片研發需要解決四大關鍵技術:氣動布局、結構、制備和全尺寸測試。氣動布局直接關系葉片捕捉風能的效率和風能的利用率;合理的結構設計是確保葉片安全運行20年的保證;葉片效能的最終實現，關鍵在于如何制備出質量穩定的兆瓦級復合材料風電葉片，難點包括模具設計與制備、工藝設計與實現、制備控制與效率等，稍有不慎，整個葉片制備失敗或質量差下，動輒就是百萬級別的經濟損失；制備完成后，在國際認證機構(例如船級社）的監視下，完成全尺寸靜力測試和疲勞測試考核，才能獲得市場準人資格。

國防科大充分利用自己氣動設計、結構設計、大尺寸復合材料整體成型制備和大型構件全尺寸測試等方面的學科優勢，結合時代新材資金、場地和人力，共同研發了1.5~4.0MW、低風速型、超長型、海上超大型等多款兆瓦級復合材料風電葉片并實現產業化，目前相關產品巳在國內外50多個風場裝機運行，為國家新能源戰略計劃做出了重大貢獻。該項目校企聯合培養的博士研究生(筆者)全程參與了兆瓦級復合材料風電葉片氣動設計、結構設計、成型制備和全尺寸測試的所有工作，涉及空氣動力學、結構力學、復合材料力學、流體力學、復合材料學、流變學、熱力學、化學等多學科知識，理論知識在工程實踐中得到了很好的應用，同時以超大型碳纖維復合材料風電葉片為研究背景，針對結構設計和成型制備過程中的物理、化學變化機制，發表學術論文10余篇(其中SCI源刊8篇，EI源刊6篇），申請國家發明10余項，獲湖南省科技進步一等獎1項，順利完成博士畢業論文研究，相關研究成果支撐了2項科技鑒定成果。高校一企業一學生三方共贏，其根本原因就是校企合一，深度融合！

校企聯合培養博士研究生通常是兩段式，即課程學習階段在高校進行，完成基礎理論課程學習；學位論文培養階段在企業進行，參與企業科研項目，完成學位論文。學位論文階段，如果沒有產學研深度融合，博士生難以順利完成學位論文研究。困難主要是人、財、物三方面的保障問題，此問題對于材料科學與工程專業尤為突出。博士生在企業進行課題研究，往往是單槍匹馬，企業的性質決定了難以給博士生配備助手，而很多論文的實驗研究是必須有幫手才能完成。比如，我們采用光學測試系統監測大型風電葉片極限載荷下的變形，需要十幾個助手才能完成，在企業往往一個助手都沒有，如果不是深度合作，此類實驗就無法完成。此外，材料學科開展研究通常需要購買大量的原材料，購買原材料的資金誰出，如果沒有明確，學生就不知所然，如果高校出，學生只能通過高校購買平臺進行購買，來回奔波，疲于奔命，浪費大量的精力和時間;假設企業出資，如果需要層層審批和控制，以學生一己之力，難以協調。因此，校企聯合培養，深度合作，解決博士生資金和資金使用問題，是保證其論文課題順利開展的前提。

二、雙導師制是校企聯合培養成功的保障

校企聯合培養，采取雙導師制培養方式，即由校方導師與企方導師組成導師組共同指導研究生。校方導師為主導師，企方導師為副導師。校企聯合培養課題論文階段在企業完成，這種雙導師制，很好地解決了導師隨時指導、監督和協調的難題，可以確保校企聯合培養研究生(包括碩士生和博士生)順利完成論文研究。

兩導師的分工，有專家提出，選題確定后，由企方導師負責工作安排、現場學術指導、學位論文的初審；校方導師根據研究生論文題目及培養人才的需要，負責研究生培養計劃的制定、學術指導、論文審閱與組織論文答辯等工作。校企雙方導師及時交流，共同解決在創新基地研究生的科研和生活中出現的問題。學生每月按時向校企雙方導師匯報工作學習情況，雙方導師填寫《指導情況記錄表》，及時指導學生。這樣，既保證了研究生培養要求，又充分發揮企業優勢，加強科研實際訓練，提高研究生的理論與實踐能力。

以親身經歷而言，兩導師的分工，筆者有不同的看法。企方導師的精力首先是以企業為主，負責企業的各種任務，目前令人尷尬的情況是:企方導師根本無暇顧及學生論文的指導，更別談負責工作安排、現場學術指導和學位論文的初審。因此，筆者認為，校方導師不僅要負責研究生培養計劃的制定、學術指導、論文審閱與組織論文答辯等工作，還要負責工作安排。這肯定有人會問，如果這樣是不是就不需要企方導師了？答案是當然需要，而且非常必要，只是角色定位應該是負責人、財、物的協調，保證學生論文的順利開展。人、財、物的協調對于學生開展論文工作至關重要，而且對于企方導師來說，往往易如反掌。研究生，特別是博士研究生，通常都具有高度的自覺性，每周或每月定期向校方導師匯報論文進展情況，完全可以做到積極主動，這樣校方導師綜合研究的學術和應用價值，與學生一起討論制定研究方案、工作安排也是水到渠成的事，而且高效可行。

雙導師制是一種很好的校企聯合培養模式，但必須結合實際情況，合理分工，才能保障校企聯合培養的成功，否則，就是紙上談兵，空談誤人。

三、完備的創新平臺是校企聯合培養可行的前提條件

有了產學研深度融合的基礎、雙導師制度的保障，校企聯合培養博士研究生是否可行，還取決于一個重要條件一一完備的創新平臺。

國防科大與時代新材校企聯合培養博士研究生，之所以行之有效，一個重要的前提條件就是時代新材擁有一個新材料檢測中心，該中心具有材料科學與工程專業實驗研究所需的多數檢測設備和系統，即便是需要搭建平臺，該中心也能快速完成。筆者博士論文涉及的實驗和檢測，幾乎都是在該中心完成。假設時代新材沒有該檢測中心，即使是簡單的力學性能測試都需要在高校完成，那么學生必然疲于奔波，留給論文研究和項目開發的時間還會剩多少？因此，一個開展論文課題研究所需的創新平臺，對于校企聯合培養博士研究生，實在是太必要了！如果沒有，筆者建議不要輕易提校企聯合培養，高校和導師要慎之又慎，以免誤人子弟！

四、結語

篇9

篇10

碳纖維復合材料具有良好的力學性能和穩定的化學性能，作為一種結構材料已被廣泛應用于航空航天、土木工程以及人們日常生活中的各個領域。同時，碳纖維復合材料具有良好的導電功能和力電效應（電阻（率）隨應變等力學參數線性可逆變化），具有結構自監測和電磁屏蔽等多種智能特性。經過研究發現，樹脂基碳纖維復合材料作為一種智能材料，具有良好的靈敏度和穩定性，可通過監測智能層電阻率的變化，從而實現對結構的應變測量。

本文探討一種“U”型碳纖維樹脂基智能層作為傳感元件，具有結構簡單，穩定性好，靈敏度高等優點，尤其是在樹脂基復合材料結構的檢測中的應用,相對于其他傳感元件(如應變片、光纖傳感器件等)而言,其具有本征特性的優勢，因而在樹脂基復合材料結構監測中具有潛在的應用前景。

1智能懸臂梁實驗

1.1測試原理

以懸臂梁結構形式來說明智能層的應用原理，如圖1與圖2所示。將圖2所示長為c的“U”型樹脂基碳纖維智能層貼在懸臂梁上部，在自由端施加集中載荷F。由于碳纖維智能層測量的是懸臂梁的線應變，需要確定荷載F與智能層所測線應變之間的關系。

收稿日期：

篇11

一、教學過程中存在的問題

作為一門選修課，《復合材料概論》課的特點是知識量大，內容繁雜，且課程內容涉及有機材料，與學生所學的專業差異性較大，教學過程中存在很多問題。首先，由于是選修課，課程名稱是“概論”，學生往往重視程度不夠；其次，課程內容多，課時量少，無法將知識點展開講，加上學生沒有相應的基礎知識，在學習過程中難以深入，不知道如何理順知識體系，對有些關鍵知識點難以理解，有些無所適從；課程內容多為陳述性的內容，缺少以核心理論、定理、公式等為背景的知識體系，計算的東西少，敘述性的內容多，使得教師的授課很容易陷入平鋪直敘的乏味陳述中，這些問題直接影響了教學效果。

二、《復合材料概論》課程的改革

（一）教學內容的調整。

《復合材料概論》課的特點是內容多，目前選用的教材包含17章內容，按照學校關于選修課教學課時的規定，配備課時數已經達到64節的上限。根據學科特點，課程組大膽創新，積極改革，除保留出4個課時進行復結外，把其余60課時分為兩大部分，其中課程教學40個課時，科研實踐20個課時。但是在40課時內很難完成全部“基本內容” 的課程教學任務。為此我們對教材章節進行結構上合并處理和內容上的歸納優化，處理后的內容僅保留緒論、復合材料的基體材料、復合材料的增強材料、復合材料的界面、聚合物基復合材料、金屬基復合材料、陶瓷基復合材料、水泥基復合材料、碳/碳復合材料和混雜纖維復合材料等十章內容。此外在實用、實際、實效原則的基礎上， 大膽地刪掉一些過時的、落后于目前材料發展水平的舊知識， 引入材料科學的最新研究成果，及時地、有選擇地補充最新研究成果， 使教學內容處于動態的優化過程中。

在20課時的科研實踐中，教師對學生創新能力做最有效的培養和鍛煉，結合自身的科研課題， 積極吸納學生參與， 由老師提出研究項目， 學生選擇課題確定后查找資料、設計實驗方案、按方案完成實驗、發表科研論文。這種方式在科研實踐中提高了學生的綜合、創新能力。

（二）教學方法的改革。

要實現教學重心的轉移，充分激發學生的學習興趣，發揮主觀能動性，改變以往滿堂灌的做法，摒棄注入灌輸、死記硬背的教學方法。實踐中，課題組采取多種措施進行教學方法的改革，使學生主動的學習。首先幫助學生理出知識脈絡， 做到雜而不亂。在本課程的緒論部分， 就幫助學生整理出知識的脈絡，告訴學生《復合材料概論》課程中的每種材料學習過程中都有一個知識結構， 那就是材料的成分、材料的結構、材料的性能、生產工藝、技術性質及應用。在分章節講授每種材料的具體內容時， 有意識提醒學生對上述知識結構進行自我的理解和把握，樣經過前幾種材料的講授， 學生基本上就可以形成對知識結構體系整體的認識和把握能力。

另外，大學課堂教學的特點是信息密度大、內容高度抽象， 這就要求教師要通過努力發掘學科本身的理論魅力去激發學生的求知欲， 重視非智力心理因素在教學中的作用。要讓學生在聽課中充滿激情， 教師自己在講授時就要充滿激情。要做到這一點， 就要深入鉆研本門課程的理論和應用， 以及學科的發展歷史和背景。教師鉆研得越深入，就會對自己所教的這門課程越有感情，就越能深入揭示這門學科的思想魅力和理論力量，并以此去感染學生，來充分調動學生的探求欲。

（三） 教學手段的豐富。

對沒有工程經驗、甚至對某種材料沒有任何感性認識的學生而言， 在教學活動中大談特談該材料的性質如何， 怎么檢測和使用， 他們只能根據想象來理解， 然后把教材的內容死記硬背， 這樣的教學效果肯定不太理想。多媒體投影教學在這個方面彌補了傳統教學手段的不足。利用制作好的課件， 不但可以使學生看到材料的照片、試驗儀器的樣子， 而且可以將一些材料應用過程中的圖片介紹給學生， 使學生真正體會到復合材料的應用效果。

（四）課程考核方法的改革。

考核是檢查、評價學生水準和才智的一種方法， 是教學的重要環節。通過它可以檢測學生對所學課程教學大綱規定的掌握知識的情況， 檢驗教師的教學質量和教學效果， 促進教師改進教學方法。傳統教學方式中考試是作為成績評定的重要依據， 考試成為了教師手里一根重要的指揮棒， 同時對學生的學習也起了重要的引導作用， 考試后關心的是分數， 導致學生只看重考試的結果， 成績成為學習的目的。最近幾年，對《復合材料概論》這門專業選修課，我們采用綜合考核， 靈活應試的辦法來測驗學生掌握這門課的水平。除期末考試之外，象課堂發言和討論、書面作業和科研小論文都作為成績重要的組成部分，這種多樣化的考核手段的內容包括加強課堂提問、 加強平時考核、敘述自己的對課題的認識、加強期末考試的科學性客觀性和有效性等

三、結束語

篇12

鋁基復合材料是金屬基復合材料中應用最廣的一種，它具有良好的塑形和韌性，再加上它所具有的易加工性、工程可靠性以及價格低廉等優點，鋁基復合材料要比一般的鋁合金強度高主要是因為顆粒存在的原因[1]。當鋁基復合材料承受載荷時，顆粒不但和基體一樣承擔載荷還能約束基體變形，通過Orawan位錯繞過機制，我們知道顆粒在鋁基復合材料中阻礙了位錯運動，所以鋁基復合材料相對于普通的鋁合金強度要大很多，因此它成為當今金屬基復合材料研究和發展的主流。目前，用于高體積含量陶瓷增強鋁基復合材料的焊接方法還處在探索階段，對于Si3N4/2024Al鋁基復合材料連接的研究幾乎空白。因此，解決在焊接中存在的問題迫在眉睫。本文對Si3N4/2024Al基復合材料的釬焊工藝及機理進行研究，為以后這種材料的廣泛應用打下了良好的理論基礎。

2.不同釬料在Si3N4/2024Al鋁基復合材料表面的潤濕性

這是因為，在一定的溫度下，Zn元素在釬料潤濕復合材料的過程中揮發，以蒸汽的形式沉積到母材鋁合金表面氧化膜下，將氧化膜抬起，釬料沿氧化膜缺陷滲透，擴散進入母材。由此可見，高溫為Zn元素的大量揮發提高條件，Zn元素的揮發在釬料向母材中的擴散起到了至關緊要作用。

將處理好的釬料和復合材料母材放入真空潤濕角測量儀中在530℃保溫10min的工藝參數下進行潤濕性試驗，可以發現鋁基復合材料表面的潤濕角非常大。釬料在復合材料表面形成的擴散層，擴散深度達到650μm。

采用Sn-Zn-Ti釬料釬焊復合材料，在釬料熔化后，釬料中的Zn元素揮發，以蒸汽的形式沉積到母材鋁合金表面氧化膜下，將氧化膜抬起，釬料沿氧化膜缺陷向沉淀有蒸發Zn元素的界面鋪展滲透，釬料中的Sn元素和母材當中的Al元素發生相互擴散。母材當中的Al元素擴散到釬料層當中，在塊狀的富Ti相周圍與Ti元素形成化合物TiAl3；還有少部分的Ti元素也向母材當中擴散，在釬料與母材的交界處，形成細小的塊狀Ti-Al化合物；釬料當中的Sn元素擴散到母材當中只以β-Sn單質形式存在，并未與母材中的Al基體和Si3N4基體發生反應。從掃描電鏡照片和XRD分析可以看出，擴散層當中的Al元素含量不多，多數Al元素都擴散到釬料當中，而Sn元素在母材當中的擴散路徑也非常長，可見Sn元素向母材當中的擴散現象非常劇烈。但是，無論在能譜分析和XRD分析中，都很難找到Zn元素的存在，分析認為在真空釬焊高溫加熱過程中，Zn元素極易揮發，已經大部分散失。對Sn-Zn-Ti釬料在450℃下保溫10min焊接的釬焊接頭進行剪切強度測試，得出接頭的剪切強度為11.28MPa。由斷口形貌及其表面元素掃描結果分析可知，斷裂面與擴散層成分一致，其斷裂發生在釬料層與擴散層之間。

篇13

復合材料是由兩種或兩種以上不同性能的材料按一定的方式組合而成，具有單一材料所不能獲得的綜合優良特性或功能的材料。通過復合不僅能使幾種材料的性能互為補充，而且可能產生單一材料所沒有的新特性。

電導率是材料最重要的物理性能之一?？疾炀酆衔飶秃喜牧系碾妼实哪康挠腥齻€方面：（1）制取高性能的電工絕緣材料；（2）制取具有中等電導率的材料，用于涂層、屏蔽或避免靜電電荷；（3）制取具有金屬性電導的導電聚合物。

由于導電高分子復合材料具有類似于金屬的良好導電性能，同時具有類似于高分子材料的優異的力學性能和方便加工的特點。而導電高分子復合材料就是一種質優價廉的電磁屏蔽材料。驗研究表明：導電高分子復合材料的導電性能主要決定于其所填充的導電材料的含量、電導率、形狀、分布等因素。理論上準確計算導電高分子復合材料的導電性能是非常困難的。人們常常將問題簡化，忽略所填充的導電顆粒的形狀和分布來建立電導模型去研究導電高分子復合材料的導電過程[1]。我們建立了一個考慮導電顆粒形狀影響的導電高分子復合材料的導電模型。利用該模型計算了碳纖維-聚脂樹脂復合材料的有效電導率，結果表明該理論結果與實驗結果符合較好。

1.2理論模型

我們研究這樣一個導電高分子復合材料系統。它是由N1個橢球形的導電顆粒均勻地分散在N2個高分子顆粒中組成的。假定在導電高分子復合材料中第j個橢球形導電顆粒的三個半軸長分別為, 和，導電顆粒的量子隧道深度為t，那么該導電顆粒的實際體積與其有效導電體積的比值為

（1.1）

所以，導電高分子復合材料就可看作由有效導電顆粒和絕緣高分子顆粒構成。設導電高分子復合材料的有效電導率為；有效導電顆粒的電導率為；高分子顆粒的電導率為。

根據平均極化理論[2]，可以利用式（1.2）來計算導電高分子復合材料的沿k 軸方向()有效電導率。

+ = 0 (1.2)

考慮到每個顆粒在空間取向上的隨機性，我們可以得到整個導電高分子復合材料的有效電導率方程。

(1.3)

為了簡單，假設所有的高分子顆粒都是球形的，而所有的有效導電顆粒都是相同的旋轉橢球形。旋轉橢球的軸長比為M

（1.4）

其中a, b, c(=b)是旋轉橢球的半軸長。

根據文獻[2]，得到導電高分子復合材料的有效電導率方程。 (1.5)

其中，Ve為所有有效導電顆粒的總體積。

如果導電高分子復合材料中所有顆粒近似為球形，應用Maxwell-Garnett理論和兩種拓撲結構（對稱結構和反對稱結構）的關系來確定上（下）邊界[1]，可表示為：

, (1.6)

其中，分別為第i個有效導電顆粒的考慮近場影響和未考慮近場的電導率。

將式（1.6）代入式（1.5）,得到計算導電高分子復合材料有效電導率的公式。

(1.7)

其中，分別為考慮了近場影響的有效導電顆粒的電導率的x和y軸方向的分量。

1.3 導電顆粒形狀和尺寸對滲流閾值的影響

實驗研究表明：導電高分子復合材料的電導率不是隨導電顆粒體積含量成正比地增加，而是當導電顆粒的體積含量增大到某一臨界值時，導電高分子復合材料的電導率突然增加數個數量級。滲流閾值與導電顆粒形狀和尺寸存在密切的聯系。利用式（1.5），筆者分別計算了導電顆粒形狀和尺寸對滲流閾值的影響情況。計算結果（如圖1-1和1-2 所示）表明：滲流閾值的數值隨著導電顆粒的軸長比M和界面層厚度t的增加而快速減小。