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化學工程與工藝導論范文1
化學工程與工藝?；瘜W工程與工藝專業為廣東省名牌專業，培養從事化工生產、科學研究、產品開發、管理、營銷等工作的高級工程技術人員。本專業要求學生掌握化工生產過程的基本原理、方法、工藝和設備的特點和規律，既可在化學反應工程、傳質與分離工程等傳統化工領域從事科研和設計，又可在生物化工、環境化工、精細化工、能源化工、高分子化工等相關領域從事新工藝、新產品、新技術的研究與開發。主要課程：物理化學、流體力學與傳熱、傳質與分離工程、化工熱力學、化學反應工程、化工系統工程、精細化工、化學工藝學、生物化學工程、現代分離技術、環境工程、能源工程、新材料導論、化工商務、現代化工物流技術、化工自動控制、計算機應用等專業基礎課程和專業課程。畢業生可在基礎化工、石油化工、生物化工、輕工、冶金、能源、環境、化工物流、化工貿易等部門從事生產、設計、科研和產品開發、管理、教學、營銷等工作，也可到金融、商檢、外貿、海關、公安、政府部門等從事相關工作，或攻讀更高的學位。畢業生適應面廣，能力強，深受用人單位的歡迎，近年來一次就業率多次達到100%。
應用化學。創辦于上世紀80年代初，為國內最早創辦的應用化學專業之一，2005年被評為廣東省名牌專業。目標是培養具有較系統的化學理論基礎和實驗技能以及良好的綜合素質和創新精神，能夠進行應用化學領域的研究、開發、生產、管理的高級科技人才。要求學生在較扎實地掌握工科公共基礎、外語、計算機技能的基礎上，系統地學習化學方面的基礎知識、基本理論、基本技能以及相關的工程技術知識，受到應用基礎研究方面的科學思維和科學實驗訓練，能從事應用化學專業，尤其是精細化學品化學、工業分析，應用電化學和現代測試技術等專業方向的實際工作和研究工作。主要課程：無機化學、有機化學、分析化學、物理化學、儀器分析、流體力學與傳熱、傳質與分離工程、化工原理實驗、結構化學、分離化學、無機功能材料、無機合成、精細化學品概論、有機合成、有機分析、環境化學、工業分析、商品理化檢驗、膠體與界面化學、催化及能源化學等專業基礎課程和專業課程。畢業生可在商品檢驗、食品檢驗、環境保護、環境監測、化工安全評估、涂料、醫藥、洗滌用品、化妝品等相當廣闊的領域就業，近年來一次就業率近100％。也可以攻讀更高學位。
能源工程及自動化。本專業培養具備能源基礎理論和工程知識，能從事在石油化工、天然氣輸送及利用、電力生產及自動化、制冷與空調等傳統能源領域及太陽能、生物質能、風能等可再生及新能源領域進行研發、工程建設及運行管理工作的跨學科復合型高級人才。能源工業是國民經濟的支柱產業，廣東省是能源消耗大省，且一次能源匱乏，電力產業發展迅速，夏季時間長，空調和食品冷藏需求旺盛，液化天然氣（LNG）的引入及惠州、湛江等幾個石油化工基地的建設將使廣東能源結構發生很大的變化。本專業將為能源工程領域培養急需的高級專門人才。本專業主要學習：化工原理、工程熱力學，流體力學，傳熱學，換熱器原理與設計，制冷技術、工業催化、天然氣開采與利用、燃氣輸配、燃氣燃燒與應用、石油煉制等基礎及專 24業課程。學生將在專業學習階段分為石油化工及天然氣利用兩個模塊。畢業生可在石油煉制、天然氣輸配、電力生產、制冷空調、能源化工、可再生能源開發、高等院校等從事生產、管理、設計、營銷、教學、科研工作，也可攻讀更高學位。自2004年創辦以來，本專業畢業生供不應求，一次就業率均為100%。
制藥工程。本專業培養德、智、體全面發展，適應21世紀制藥工程發展需要，具有制藥工程專業知識，能在醫藥、農藥、生物化工、精細化工、輕工和環境保護等部門從事醫藥產品生產工藝、新藥研究與開發、醫藥企業管理、醫藥產品營銷等方面工作的高級工程技術人才和管理人才。學生主要學習有機化學、物理化學、藥物化學、藥理學、制劑學、生物化學、化工原理、制藥工藝學、制藥工程學、制藥分離技術、制藥過程控制原理與儀表、計算機應用、藥品營銷、藥事管理與法規等。畢業生可在制藥企業、醫藥公司、醫療衛生、高等院校從事生產、管理、設計、營銷、教學、科研和藥品開發工作，也可到金融、商檢、外貿、海關、公安、政府部門等從事相關工作，或攻讀更高學位。制藥工程專業涉及化學制藥、生物制藥和天然產物（包括中藥）制藥三大方向。本專業將在專業知識，創新能力和業務素質三方面對學生進行綜合素質的培養和訓練。畢業生知識面寬、適應能力強，就業前景廣闊，近年來一次就業率均為98%。
（來源：文章屋網 ）
化學工程與工藝導論范文2
2015年7月4日（星期六）
2015年7月5日（星期日）
上午（09:00--11:30）
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公共課 日語（二）（00016）
俄語（二）（00017） 財稅（獨立本科段）（020104） 外國財政（00068） 社會保障概論（00071） 國際稅收（00069） 政府預算管理（00999） 公司管理（獨立本科段）（020143） 國際貿易與國際金融（03448）
金融保險實務（07521） 中國歷史文選（00765）
財政與稅收（06734）
經濟學導論（07520） 公司管理學（07519）
運營管理（07522）
公司人力資源管理與開發（07523） 企業應用文寫作（01457）
公司理財（07524）
ERP（企業信息系統）（09100） 人力資源管理（?？疲?20205） 現代人員測評（00463） 工作分析（06092）
績效考評技術（11756） 人力資源開發與管理（06093） 勞動關系與爭議處理（10096） 公共事業管理（獨立本科段）（020230） 公共事業管理（03331） 社會保障概論（00071）
政府經濟學（03338） 公共部門人力資源管理（03450） 涉外事務管理概論（04718） 投資管理（獨立本科段）（020251） 證券投資學（00103）
投資學原理（07250） 投資項目管理（07249）
經濟數學（07747） 國際投資學（07750）
資本預算管理（07751） 金融衍生工具（07748）
基金管理學（07749） 醫藥商務（獨立本科段）（020254） 中藥學（一）（02974）
藥事管理學（一）（07781）
醫藥商品貯藏與養護（07794） 藥劑學（03029）
中藥商品學（07791） 中藥炮制學（03042）
醫藥商品學（07792） 藥理學（四）（06831）
醫藥市場營銷學（07793）
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現代企業管理理論（08815） 市場營銷策劃（一）（04097）
經濟學導論（07520）
企業管理咨詢與診斷（08819） 公司人力資源管理與開發（07523）
電子商務運營管理（10422） 中小企業戰略管理（05171） 教育管理（獨立本科段）（040107） 高等教育管理（00459） 學校心理健康教育（05010）
素質教育概論（06763） 課堂教學與管理（05011） 教學論（05012） 對外漢語（獨立本科段）（050140） 日本國概況（00608）
韓國概況（01110）
英美概況（01212）
俄羅斯國情（05015） 中國古代文學作品選（三）（00585）
中國現當代文學（01207）
漢英語對比（01213） 教育心理學（02111）
韓國語（二）（09241）
對外漢語教學語法（09242） 對外漢語教學法（01210）
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高級英語精讀（二）（01258）
旅游英語應用文寫作（08964） 國際旅游市場營銷（03531）
旅游客源國（地區）概況（04940）
跨文化商業交際（10648） 第二外語（俄語）（00839）
第二外語（日語）（00840）
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化學工程與工藝導論范文3
學校地址：福建省三明市荊東路25號
辦學層次：全日制本科
辦學類型：公辦省屬普通高等學校
一、學校概況
三明學院是2004年5月經教育部批準成立的福建省屬公辦本科高校，2012年6月通過教育部本科教學工作合格評估?，F有42個本科專業(可授予學士學位)，全日制在校生15000人。教育部“卓越工程師教育培養計劃”項目和中外合作辦學項目學校，福建省教育廳閩臺合作項目和接收外國留學生學校。2016年面向全國28個省份招生。
學校位于海峽西岸福建省新興工業城市、全國文明城市、中國優秀旅游城市——三明市。三明地處閩江之源，宋朝大理學家朱熹故里。三明學院辦學歷史可以追溯到1903年陳寶琛創辦的全閩師范學堂，被譽為“閩師之源”。三明是革命老區，轄區內的寧化、清流、歸化(今明溪縣)等全境12個縣(市、區)均屬中央蘇區;改革開放后，三明還是全國精神文明建設的發祥地?！吧晨h小吃”聞明海內外。
學校占地面積1312畝，各類建筑面積約33.56萬平方米，其中教學行政用房面積16.65萬平方米，學生公寓面積13.11萬平方米。藏書220.39萬冊(含電子圖書99.76萬冊)。教學儀器設備總值9838.45萬元。信息化系統和網絡應用基本滿足辦學需要。
學?，F設有管理學院、藝術設計學院(鞋服學院)、信息工程學院、機電工程學院、資源與化工學院、建筑工程學院、海峽理工學院、海峽動漫學院、文化傳播學院、外國語學院、體育學院、教育與音樂學院、旅游學院(經濟學院)、國際學院、思想政治理論課教研部等15個教學機構，以及繼續教育學院。已建成校級研究所12個。共有教職工931人，其中正高職稱70人，副高職稱202人，中級職稱370人。專任教師693人，專任教師中具有研究生學位的教師占72%;高級職稱占39%。省級教學名師2人，省級高層次人才12人。
院系名稱
專業名稱
藝術設計學院
美術學(師范類)、環境設計、視覺傳達設計、服裝與服飾設計(鞋類方向)、服裝與服飾設計
海峽動漫學院
動畫、產品設計、動畫（媒體創意方向）
教育與音樂
學院
音樂學（師范類）、音樂學（非師范類）、小學教育（師范類）、學前教育（師范類）
國際學院(中外合作項目)
財務管理(國際會計方向)、土木工程、體育教育(體育管理方向)
海峽理工學院(閩臺合作項目)
財務管理、市場營銷、土木工程、機械設計制造及其自動化、視覺傳達設計、環境設計、動畫
管理學院
財務管理、市場營銷、物流管理
信息工程學院
數學與應用數學(金融與統計方向)、計算機科學與技術、網絡工程、物聯網工程
建筑工程學院
土木工程、風景園林(景觀建筑設計方向)、工程造價
機電工程學院
物理學(光電子技術與應用方向)、電子信息工程、電子科學與技術、機械設計制造及其自動化、車輛工程
資源與化工學院
化學（材料化學方向）、化學工程與工藝、生物技術、環境工程、資源環境科學
文化傳播學院
漢語言文學(師范類)、漢語言文學(非師范類)、傳播學、播音與主持藝術
外國語學院
英語（師范類）、商務英語
體育學院
體育教育（師范類）、社會體育指導與管理
旅游學院
旅游管理與服務教育、貿易經濟
二、專業簡介
(一)美術類專業
1. 美術學(師范類)
主要課程：美術概論、美術教育理論 與方法、中國美術史、外國美術史、素描 色彩透視學、解剖學、美術教育實踐(見習、實習)裝飾設計、書法篆刻、電腦輔助設計(繪畫、設計)等。
中國畫模塊：工筆花鳥、寫意花鳥、山水，花鳥畫創作與研究、山水畫創作與研究、人物畫創作與研究。
油畫模塊：油畫材料與技法、油畫風景、油畫肖像、油畫人體、油畫創作。
2. 環境設計主要課程：透視、室內設計基礎、裝飾工程制圖、裝飾設計、環境陶藝、展示空間設計、家具設計、建筑壁飾設計、建筑與環境表現技法、商業空間設計、景觀設計等。
3. 視覺傳達設計主要課程：設計學概論、標志設計、版式設計、裝飾設計、圖形創意、包裝設計、插畫設計、識別系統設計、書籍裝幀、展示設計、網頁設計等。
4. 服裝與服飾設計主要課程：服裝畫技法、服裝色彩學、服飾圖案、平面構成、服裝設計學、服飾配件設計、服裝結構與工藝、立體裁剪、服裝工業制版與推版、服裝材料及面料設計、形象設計、服裝展示設計、服裝品牌運作、服裝市場營銷、服裝CAD、服裝生產管理等。
5. 動畫主要課程：動畫概論、設計基礎、動畫造型、原畫設計、插畫設計、動畫運動規律、動畫設計、動畫劇本創作、動畫場景設計、二維動畫制作、三維動畫制作、影視后期編輯等。
6. 產品設計主要課程：藝術設計概論、結構素描、設計色彩、設計構成、產品設計程序與方法、人機工程學、設計心理學、產品開發與設計、產品模型制作、產品包裝設計、文教用品設計、家居產品設計、文創衍生品設計、旅游工藝品設計等。
7. 動畫(媒體創意方向)主要課程：媒體創意導論、新媒體藝術、傳播學概論、創新思維原理與應用、創意劇本寫作、文化產業學、視聽語言、攝影、攝像、非線性編輯、計算機輔助設計、動畫基礎、電腦圖文創意與設計等。
(二)音樂類專業
1. 音樂學(師范類)
主要課程：基礎樂理、視唱練耳、鋼琴基礎、聲樂基礎、和聲學、合唱與指揮、鋼琴即興伴奏、形體與舞蹈、民族音樂概論、中國音樂史及欣賞、外國音樂史及欣賞、學校音樂教育導論與教材教法等。 2. 音樂學(非師范類)(包括聲樂、器樂、舞蹈等方向)
主要課程：鋼琴演奏、聲樂演唱、器樂演奏、舞蹈、鋼琴藝術史、基本樂理、視唱練耳、和聲學、復調音樂、藝術概論、民族民間音樂、中國音樂史、外國音樂史、民族器樂概論、意大利語音、聲樂藝術史、鋼琴調律與維修、演出策劃與營銷等。
三、招生計劃
序號
專業類別
培養層次
學制
學費標準
(元/學年)
招生計劃
廣西
江蘇
山西
陜西
1
美術類
本科
四年
8400
20
/
30
15
2
音樂類
本科
四年
8400
/
15
/
/
注：福建、江西、湖南、安徽、山東、河南、甘肅、貴州、黑龍江等省份的美術類、音樂類專業均使用省統考成績，實際招生專業及招生計劃以相關省(市、區)招生主管部門公布的計劃為準。
四、報考條件及辦法
1. 凡符合國家高考報名有關規定的考生，須按戶口所在省級招生主管部門的規定，辦理藝術類專業報名手續，領取準予參加藝術專業考試的相關證明材料。我校招生科類為藝術文、理不限，外語語種不限。
2. 考生須持省級招生主管部門頒發的準予考試的相關證明(省統考專業成績合格)及本人身份證明，本人近期一寸正面免冠同底證件照2張，按指定時間和地點辦理專業考試報名手續，考生須如實填寫報考信息，領取準考證。
五、專業考試
(一)考點及報名、考試時間安排
省 份
考 點
考試類別
報名時間
考試時間
廣西
廣西師范大學（育才校區）廣西桂林
美術類
2月17-18日
2月20日
陜西
西安美術學院
美術類
2月17-18日
2月19 日
山西
太原師范學院
美術類
1月27-28日
1月30日
江蘇
南京師范大學
音樂類
1月15-20日
1月23日
注：廣西、山西考點為現場報名;陜西、江蘇為網上報名，請關注兩省考試院官網通知。
(二)考試內容：
1. 美術類
專業考試不分初、復試，一次進行。畫具由考生自備。
專業考試科目：(總分300分)
(1)素描，時間180分鐘，滿分為150分。
(2)色彩，時間180分鐘，滿分為150分。
2. 音樂類
專業考試不分初、復試，一次進行。除鋼琴外，其它樂器由考生自備。
專業考試科目：(總分300分)
(1)視唱、模唱：視唱滿分為60分，模唱滿分為40分，共100分;
(2)聲樂：清唱歌曲一首，滿分為100分;
(3)器樂演奏：演奏樂曲一首(自選，需背譜)，滿分為100分;
(三)成績通知
考生專業考試成績及名次通過我校招生信息網和考生所在省考試院網站公布，考生可憑考生號等信息查詢，不再寄發紙質成績單。
六、文化考試
考生必須按所在省級招生主管部門的規定，報名參加2016年全國普通高校招生文化統一考試(高考)。文化科目考試方案及計分辦法均按省級招生主管部門文件規定執行。我校無單科成績限制。
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八、招生監察：
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化學工程與工藝導論范文4
關鍵詞:梯度功能材料，復合材料，研究進展
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、材料是現代科學技術和社會發展的三大支柱?，F代高科技的競爭在很大程度上依賴于材料科學的發展。對材料，特別是對高性能材料的認識水平、掌握和應用能力，直接體現國家的科學技術水平和經濟實力，也是一個國家綜合國力和社會文明進步速度的標志。因此，新材料的開發與研究是材料科學發展的先導，是21世紀高科技領域的基石。
近年來，材料科學獲得了突飛猛進的發展[1]。究其原因，一方面是各個學科的交叉滲透引入了新理論、新方法及新的實驗技術;另一方面是實際應用的迫切需要對材料提出了新的要求。而FGM即是為解決實際生產應用問題而產生的一種新型復合材料，這種材料對新一代航天飛行器突破“小型化”，“輕質化”，“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域，所以它是近年來在材料科學中涌現出的研究熱點之一。
1 FGM概念的提出
當代航天飛機等高新技術的發展，對材料性能的要求越來越苛刻。例如：當航天飛機往返大氣層，飛行速度超過25個馬赫數，其表面溫度高達2000℃。而其燃燒室內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5MW/m2.對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制冷卻的冷卻劑，此時燃燒室內外要承受高達1000K以上的溫差，傳統的單相均勻材料已無能為力[1]。若采用多相復合材料，如金屬基陶瓷涂層材料，由于各相的熱脹系數和熱應力的差別較大，很容易在相界處出現涂層剝落[3]或龜裂[1]現象，其關鍵在于基底和涂層間存在有一個物理性能突變的界面。為解決此類極端條件下常規耐熱材料的不足，日本學者新野正之、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展。目前梯度功能材料(FGM)是指以計算機輔助材料設計為基礎，采用先進復合技術，使構成材料的要素（組成、結構）沿厚度方向有一側向另一側成連續變化，從而使材料的性質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變化的特點如圖2，因此它能有效地克服傳統復合材料的不足[5]。正如Erdogan在其論文[6]中指出的與傳統復合材料相比FGM有如下優勢:
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強度;
2)將FGM用作涂層和界面層可以減小殘余應力和熱應力;
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以及應力自由端點的應力奇異性;
4)用FGM代替傳統的均勻材料涂層，既可以增強連接強度也可以減小裂紋驅動力。
2.2 FGM的分類
根據不同的分類標準FGM有多種分類方式。根據材料的組合方式，FGM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]；根據其組成變化FGM分為梯度功能整體型（組成從一側到另一側呈梯度漸變的結構材料），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（連接兩個基體間的界面層呈梯度變化）[1]；根據不同的梯度性質變化分為密度FGM，成分FGM，光學FGM，精細FGM等[4]；根據不同的應用領域有可分為耐熱FGM，生物、化學工程FGM，電子工程FGM等[7]。
3 FGM的應用
FGM最初是從航天領域發展起來的。隨著FGM 研究的不斷深入，人們發現利用組分、結構、性能梯度的變化，可制備出具有聲、光、電、磁等特性的FGM，并可望應用于許多領域。
功 能
應 用 領 域 材 料 組 合
緩和熱應
力功能及
結合功能
航天飛機的超耐熱材料
陶瓷引擎
耐磨耗損性機械部件
耐熱性機械部件
耐蝕性機械部件
加工工具
運動用具: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
原子爐構造材料
核融合爐內壁材料
放射性遮避材料 輕元素 高強度材料
耐熱材料 遮避材料
耐熱材料 遮避材料
生物相溶性
及醫學功能
人工牙齒牙根
人工骨
人工關節
人工內臟器官:人工血管
補助感覺器官
生命科學 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
超聲波振動子
IC
磁盤
磁頭
電磁鐵
長壽命加熱器
超導材料
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 超導陶瓷
塑料 導電性材料
陶瓷 陶瓷
光學功能 防反射膜
光纖;透鏡;波選擇器
多色發光元件
玻璃激光 透明材料 玻璃
折射率不同的材料
不同的化合物半導體
稀土類元素 玻璃
能源轉化功能
MHD 發電
電極;池內壁
熱電變換發電
燃料電池
地熱發電
太陽電池 陶瓷 高熔點金屬
金屬 陶瓷
金屬 硅化物
陶瓷 固體電解質
金屬 陶瓷
電池硅、鍺及其化合物
4 FGM的研究
FGM研究內容包括材料設計、材料制備和材料性能評價。
4. 1 FGM設計
FGM設計是一個逆向設計過程[7]。
首先確定材料的最終結構和應用條件，然后從FGM設計數據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構，以及制備和評價方法，最后基于上述結構和材料組合選擇，根據假定的組成成份分布函數，計算出體系的溫度分布和熱應力分布。如果調整假定的組成成份分布函數，就有可能計算出FGM體系中最佳的溫度分布和熱應力分布，此時的組成分布函數即最佳設計參數。
FGM設計主要構成要素有三:
1)確定結構形狀，熱—力學邊界條件和成分分布函數;
2)確定各種物性數據和復合材料熱物性參數模型;
3)采用適當的數學—力學計算方法，包括有限元方法計算FGM的應力分布，采用通用的和自行開發的軟件進行計算機輔助設計。
FGM設計的特點是與材料的制備工藝緊密結合，借助于計算機輔助設計系統，得出最優的設計方案。
4. 2 FGM的制備
FGM制備研究的主要目標是通過合適的手段，實現FGM組成成份、微觀結構能夠按設計分布，從而實現FGM的設計性能?？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計的梯度成分成形，然后燒結。通過控制和調節原料粉末的粒度分布和燒結收縮的均勻性，可獲得熱應力緩和的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]。常用的燒結法有常壓燒結、熱壓燒結、熱等靜壓燒結及反應燒結等。這種工藝比較適合制備大體積的材料。PM法具有設備簡單、易于操作和成本低等優點，但要對保溫溫度、保溫時間和冷卻速度進行嚴格控制。國內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 法是前蘇聯科學家Merzhanov 等在1967 年研究Ti和B的燃燒反應時，發現的一種合成材料的新技術。其原理是利用外部能量加熱局部粉體引燃化學反應，此后化學反應在自身放熱的支持下，自動持續地蔓延下去， 利用反應熱將粉末燒結成材，最后合成新的化合物。其反應示意圖如圖6所示[16]：
SHS 法具有產物純度高、效率高、成本低、工藝相對簡單的特點。并且適合制造大尺寸和形狀復雜的FGM。但SHS法僅適合存在高放熱反應的材料體系，金屬與陶瓷的發熱量差異大，燒結程度不同，較難控制，因而影響材料的致密度，孔隙率較大，機械強度較低。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，并在熔化的狀態下將它噴鍍在基體的表面上形成梯度功能材料涂層?？梢酝ㄟ^計算機程序控制粉料的輸送速度和流量來得到設計所要求的梯度分布函數。這種工藝已經被廣泛地用來制備耐熱合金發動機葉片的熱障涂層上，其成分是部分穩定氧化鋯(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1 500 K，同時處于高度壓縮狀態，所具有的能量極大。等離子體通過噴嘴時急劇膨脹形成亞音速或超音速的等離子流，速度可高達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，有時還會與等離子體發生復雜的冶金化學反應，隨后被霧化成細小的熔滴，噴射在基底上，快速冷卻固結，形成沉積層。噴涂過程中改變陶瓷與金屬的送粉比例，調節等離子射流的溫度及流速，即可調整成分與組織，獲得梯度涂層[8、11]。該法的優點是可以方便的控制粉末成分的組成，沉積效率高，無需燒結，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合強度不高，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
激光熔覆法是將預先設計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，便會產生用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注入，在垂直覆層方向上形成組分的變化。重復以上過程，就可以獲得任意多層的FGM。用Ti-A1合金熔覆Ti用顆粒陶瓷增強劑熔覆金屬獲得了梯度多層結構。梯度的變化可以通過控制初始涂層A的數量和厚度，以及熔區的深度來獲得，熔區的深度本身由激光的功率和移動速度來控制。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，涂層表面有時會出現裂紋或孔洞，并且陶瓷顆粒與金屬往往發生化學反應[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。通過將增強粒子注射到金屬流束中，這種工藝已被推廣到制造復合材料中。陶瓷增強顆粒，典型的如SiC或Al2O3，一般保持固態，混入金屬液滴而被涂覆在基底，形成近致密的復合材料。在噴涂沉積過程中，通過連續地改變增強顆粒的饋送速率，熱噴涂沉積已被推廣產生梯度6061鋁合金/SiC復合材料?？梢允褂脽岬褥o壓工序以消除梯度復合材料中的孔隙。
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、光學功能、熱物理性能，該工藝由于對鍍層材料的物理力學性能破壞小、設備簡單、操作方便、成型壓力和溫度低，精度易控制，生產成本低廉等顯著優點而備受材料研究者的關注。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物質在基體表面成膜的技術。通過控制彌散相濃度，在厚度方向上實現組分的梯度化，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，與基體結合強度低、設備比較復雜。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。氣相沉積按機理的不同分為物理氣相沉積(PVD) 和化學氣相沉積(CVD) 兩類。
化學氣相沉積法(CVD)是將兩相氣相均質源輸送到反應器中進行均勻混合，在熱基板上發生化學反應并使反映產物沉積在基板上。通過控制反應氣體的壓力、組成及反應溫度，精確地控制材料的組成、結構和形態，并能使其組成、結構和形態從一種組分到另一種組分連續變化，可得到按設計要求的FGM。另外，該法無須燒結即可制備出致密而性能優異的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：氣相反應物的形成；氣相反應物傳輸到沉積區域；固體產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，使其蒸發為氣相，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 法的特點是沉積溫度低，對基體熱影響小，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]
通過伴隨的應變變化，馬氏體相變能在所選擇的材料中提供一個附加的被稱作“相變塑性”的變形機制。借助這種機制在恒溫下形成的馬氏體量隨材料中的應力和變形量的增加而增加。因此，在合適的溫度范圍內，可以通過施加應變(或等價應力) 梯度，在這種材料中產生應力誘發馬氏體體積分數梯度。這一方法在順磁奧氏體18 -8 不銹鋼(Fe -18% ，Cr -8 %Ni) 試樣內部獲得了鐵磁馬氏體α體積分數的連續變化。這種工藝雖然明顯局限于一定的材料范圍，但能提供一個簡單的方法，可以一步生產含有飽和磁化強度連續變化的材料，這種材料對于位置測量裝置的制造有潛在的應用前景。
4. 3 FGM的特性評價
功能梯度材料的特征評價是為了進一步優化成分設計，為成分設計數據庫提供實驗數據，目前已開發出局部熱應力試驗評價、熱屏蔽性能評價和熱性能測定、機械強度測定等四個方面。這些評價技術還停留在功能梯度材料物性值試驗測定等基礎性的工作上[7]。目前，對熱壓力緩和型的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械性能進行評價[8]。目前，日本、美國正致力于建立統一的標準特征評價體系[7~8]。
5 FGM的研究發展方向
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一步的研究和解決，主要表現在以下一些方面[5、13]:
1）梯度材料設計的數據庫（包括材料體系、物性參數、材料制備和性能評價等）還需要補充、收集、歸納、整理和完善；
2）尚需要進一步研究和探索統一的、準確的材料物理性質模型，揭示出梯度材料物理性能與成分分布，微觀結構以及制備條件的定量關系，為準確、可靠地預測梯度材料物理性能奠定基礎；
3）隨著梯度材料除熱應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計體系，為梯度材料在多方面研究和應用開辟道路；
4）尚需完善連續介質理論、量子（離散）理論、滲流理論及微觀結構模型，并借助計算機模擬對材料性能進行理論預測，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、結構簡單，還不具有較多的實用價值;
6)成本高。
5.2 FGM制備技術總的研究趨勢[13、15、19-20]
1）開發的低成本、自動化程度高、操作簡便的制備技術；
2）開發大尺寸和復雜形狀的FGM制備技術；
3）開發更精確控制梯度組成的制備技術（高性能材料復合技術）；
4）深入研究各種先進的制備工藝機理，特別是其中的光、電、磁特性。
5.3 對FGM的性能評價進行研究[2、13]
有必要從以下5個方面進行研究：
1）熱穩定性，即在溫度梯度下成分分布隨 時間變化關系問題；
2）熱絕緣性能；
3）熱疲勞、熱沖擊和抗震性；
4）抗極端環境變化能力；
5）其他性能評價，如熱電性能、壓電性能、光學性能和磁學性能等
6 結束語
FGM 的出現標志著現代材料的設計思想進入了高性能新型材料的開發階段[8]。FGM的研究和開發應用已成為當前材料科學的前沿課題。目前正在向多學科交叉，多產業結合，國際化合作的方向發展。
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化學工程與工藝導論范文5
關鍵詞先進陶瓷，結構陶瓷，研究進展
1前言
20世紀60年代以來，新技術革命的浪潮席卷全球，計算機、微電子、通信、激光、新能源、航天、海洋和生物工程等新興技術的出現和發展，對材料提出了很高的要求，能夠滿足這些要求的先進陶瓷材料應運而生，并在這些技術革命中發揮著重要的作用[1～4]，同時也極大地促進了陶瓷科學的發展和應用，使陶瓷材料又一次煥發出了青春, 在尖端科學領域得到廣泛的應用, 如航天、航空、汽車、體育、建筑、醫療等領域[4，5]。
先進陶瓷是有別于傳統陶瓷而言的，不同國家和不同專業領域對先進陶瓷有不同叫法。先進陶瓷也稱高技術陶瓷、精細陶瓷、新型陶瓷、近代陶瓷、高性能陶瓷、特種陶瓷、工程陶瓷等[1]。先進陶瓷是在傳統陶瓷的基礎上發展起來的，但遠遠超出了傳統陶瓷的范疇，是陶瓷發展史上一次革命性的變化。通常認為，先進陶瓷是指采用高度精選的原料，具有能精確控制的化學組成，按照便于進行的結構設計及便于控制的制備方法進行制造、加工的，具有優異特性的陶瓷。
先進陶瓷按用途可分為結構陶瓷和功能陶瓷兩大類。結構陶瓷是指用于各種結構部件，以發揮其機械、熱、化學相生物等功能的高性能陶瓷。功能陶瓷是指那些可利用電、磁、聲、光、熱、彈等性質或其耦合效應以實現某種使用功能的先進陶瓷。先進結構陶瓷材料由于具有一系列優異的性能，在節約能源、節約貴重金屬資源、促進環保、提高生產效率、延長機器設備壽命、保證高新技術和尖端技術的實現方面都發揮了積極的作用。本文著重介紹近年來結構陶瓷的研究進展及發展趨勢。
2先進結構陶瓷及其應用
先進結構陶瓷若按使用領域進行分類可分為：（1）機械陶瓷；（2）熱機陶瓷；（3）生物陶瓷；（4）核陶瓷及其它。若按化學成分分類可分為：（1）氧化物陶瓷(Al2O3、ZrO2、MgO、CaO、BeO、TiO2、ThO2、UO2)；（2）氮化物陶瓷(Si3N4、賽龍陶瓷、AlN、BN、TiN)；（3）碳化物陶瓷(SiC、B4C、ZrC、TiC、WC、TaC、NbC、Cr3C2)；（4）硼化物陶瓷(ZrB、TiB2、HfB2、LaB2等)；（5）其它結構陶瓷(莫來石陶瓷、MoSi陶瓷、硫化物陶瓷以及復合陶瓷等)[1]。
由于先進結構陶瓷具有耐高溫、高強度、高硬度、高耐磨、耐腐蝕和抗氧化等一系列優異性能[4]，可以承受金屬材料和高分子材料難以勝任的嚴酷工作環境，已成為許多新興科學技術得以實現的關鍵，在能源、航空航天、機械、交通、冶金、化工、電子和生物醫學等方面有著廣泛的應用前景。
2.1 耐高溫、高強度、耐磨損陶瓷
2.1.1 氮化物陶瓷[6～8]
氮化物陶瓷是近20多年來迅速發展起來的新型工程結構陶瓷。氮化硅陶瓷和一般硅酸鹽陶瓷不同之處在于其中氮和硅的結合屬于共價鍵性質的鍵合，因而有結合力強、絕緣性好的特點。
氮化硅的燒結與一般陶瓷的燒結工藝不同，采用的是反應燒結法，此法制造的氮化硅陶瓷，不能達到很高的致密度，一般只能達到理論密度的79％左右，不能制造厚壁部件。提高氮化硅陶瓷致密度的有效方法之一就是在高溫下進行加壓燒結，由此可得到熱壓氮化硅陶瓷，其室溫抗彎強度一般都在800～1000MPa。如果在其中添加少量氧化釔和氧化鋁的熱壓氮化硅，室溫抗彎強度可達到1500MPa，在陶瓷材料中名列前茅，硬度很高，是世界上最堅硬的物質之一；極耐高溫，強度一直可以維持到1200℃的高溫而不下降，受熱后不會熔成融體，一直到1900℃才會分解；有驚人的耐化學腐蝕性能，能耐幾乎所有的無機酸(氫氟酸除外)和30％以下的燒堿溶液，也能耐很多有機酸的腐蝕，同時又是一種高性能電絕緣材料。由于其熱膨脹系數小，抗溫度急變能力很強，因此氮化硅陶瓷具有優良的力學性能，在工程技術的應用上已占有重要地位。
氮化硅陶瓷制品的種類很多，應用也日益廣泛，例如可做燃氣輪機的燃燒室、晶體管的模具、液體或氣體輸送泵中的機械密封環、輸送鋁液的電磁泵的管道和閥門、鑄鋁用永久性模具、鋼水分離環等。利用氮化硅摩擦系數小的特點用作軸承材料，特別適合作為高溫軸承使用，其工作溫度可達1200℃，比普通合金軸承的工作溫度提高2.5倍，而工作速度是普通軸承的10倍；使用陶瓷軸承還可以免除系統，大大減少對鉻、鎳、錳等原料的依賴。氮化硅作為高溫結構陶瓷最引人注目的就是在發動機制造上獲得了突破性進展。美國用熱壓氮化硅制成的發動機轉子成功地在5000轉／min的轉速下運轉很長時間。
2.1.2 碳化硅陶瓷[9，10]
工業化生產碳化硅的方法是將石英、碳素（煤焦）、木屑和食鹽混合，在電爐中加熱到2200～2500℃下制成。碳化硅陶瓷和許多陶瓷的不同之處，在于它在室溫下既能導電，又耐高溫，是一種很好的發熱元件。用碳化硅制成的電熱棒叫硅碳棒，在空氣中能經受1450℃的高溫；質量好的重結晶法制成的硅碳棒甚至可耐1600℃的高溫，遠高于金屬電熱元件(除了鉑、銠等貴金屬外)，這是因為它在高溫空氣中會氧化生成一層致密的氧化硅薄膜，起到隔離空氣的作用，大大減慢了內層碳化硅的進一步氧化，從而使它能在高溫下工作。用熱壓工藝可以制得接近理論密度值的高致密碳化硅陶瓷，它的抗彎強度即使在1400℃左右的高溫下仍可達到500～600MPa，而其它陶瓷材料在1200℃以后，強度都會急劇下降。因此，碳化硅是在高溫空氣中強度最高的材料。
高溫燃氣渦輪發動機要提高效率，就必須提高工作溫度，而解決問題的關鍵是找到能承受高溫的結構材料，特別是發動機內部的葉片材料。碳化硅陶瓷在高溫下有足夠的強度，且有良好的抗氧化能力和抗熱震性，這些優良品質都使它極其適合作為高溫結構材料使用。用于在1200～1400℃下工作的高溫燃氣渦輪發動機葉片的材料，許多科學家認為它和氮化硅陶瓷是最有希望的候選材料。
碳化硅陶瓷的熱傳導能力僅次于氧化鈹陶瓷。利用這一特性，可作為優良的熱交換器材料。太陽能發電設備中被陽光聚焦加熱的熱交換器，其工作溫度高達1000～1100℃，具有高熱傳導性的碳化硅陶瓷很適合做這種熱交換器的材料，從試驗情況來看，碳化硅陶瓷熱交換器的工作狀態良好。此外，在原子能反應堆中碳化硅陶瓷可用作核燃料的包封材料，還可作為火箭尾噴管的噴嘴及飛機駕駛員的防彈用品。
此外，為了提高切削刀具的切削性能，20世紀以來，刀具材料經過了高速鋼和硬質合金兩次發展過程，目前正在進入陶瓷刀具大發展的階段。新型陶瓷以其耐高溫、耐磨削的特點，已在20世紀初引起了高速切削工具行業的注意。陶瓷刀具不僅紅硬性高，而且具有高硬度、高耐磨性，因此便成為制造切削刀具的理想材料。目前，制造陶瓷切削刀具的材料主要有氧化鋁、氧化鋁-碳化鈦、氧化鋁-氮化鈦-碳化鈦-碳化鎢、氧化鋁-碳化鎢-鉻、氮化硼和氮化硅等[11]。以這類材料制作的刀具沒有冷卻液也可以工作，比起硬質合金來具有切削速度高、壽命長等優點。目前，歐美各國都已廣泛使用陶瓷材料做鉆頭、絲錐和滾刀；原蘇聯確定了7000多個品種的合金刀具，用噴涂表面陶瓷涂層的辦法來提高車刀的工作速度和使用壽命。
陶瓷除作切削刀具外，利用其耐磨、耐腐蝕的特性還可用作各種機械上的耐磨部件。如用特種陶瓷制作農用水泵、砂漿泵、帶腐蝕性液體的化工泵及有粉塵的風機中的耐磨、耐腐蝕件或密封圈等都已取得良好的實用效果。此外，高純氧化鋁(剛玉)可制作金屬拉絲模，尤其在高溫下的熱拉絲更顯示出陶瓷的優越性；工業陶瓷中納球磨筒和磨球，金屬表面除銹用的噴砂嘴，噴灑農藥用的噴頭等?？傊?，凡是需要耐磨、耐腐蝕的場合，幾乎都會看到特種陶瓷的存在。
2.2 耐高溫、高強度、高韌性陶瓷
新型陶瓷具有高強度、高硬度、耐高溫、耐磨損、抗腐蝕等性能，因此在冶金、宇航、能源、機械等領域有重要的應用。由于陶瓷的韌性差，因此也限制了它的使用范圍。1975年澳大利亞的伽里耶(Garie)首次成功地利用添加氧化鋯來大大提高陶瓷材料的強度和韌性，自那時起世界各國利用氧化鋯增韌這一辦法，開發出多種具有高強度和高韌性的陶瓷材料，掀起了尋求打不碎陶瓷的熱潮。
氧化鋯能夠增加陶瓷材料韌性和提高強度的原因，至今雖沒有完全搞清楚，但研究結果已經表明，它和均勻彌散在陶瓷基體中的氧化鋯晶粒的相變有關。一種增韌理論認為相變膨脹導致的微裂紋可以阻止造成脆斷的裂紋擴展；另一種理論認為應力誘導相變，而相變可吸收應力的能量，從而起到增韌的作用[12～14]。總之，在某些陶瓷材料中引入一定量亞穩氧化鋯微粒，并使其均勻分布都可大大提高陶瓷材料的強度和韌性。
氧化鋯增韌陶瓷已在工程結構陶瓷研究中取得重大進展，經過增韌的陶瓷品種日益增多?，F在已經發現可穩定氧化鋯的添加物有氧化鎂、氧化鈣、氧化鑭、氧化鈰、氧化釔等單一氧化物或它的復合氧化物。被增韌的基質材料，除了穩定的氧化鋯外，常見的有氧化鋁、氧化釷、尖晶石、莫來石等氧化物陶瓷，還有氮化硅和碳化硅等非氧化物陶瓷。日本在氧化鋁基質（強度為400MPa、斷裂韌性為5.2 J/m2）材料中，添加16%體積百分數的氧化鋯進行增韌處理，制得材料的強度高達1200MPa，提高了3倍，斷裂韌性達到15.0J/m2，幾乎也提高了3倍，基本達到了低韌性金屬材料的程度[12]。最近的研究表明，強度和韌性是相互制約的。盡管如此，許多陶瓷材料通過氧化鋯增韌，大大拓寬了應用領域，增強了取代某些金屬材料的能力，出現了喜人的應用前景。利用氧化鋯增韌陶瓷可替代金屬制造模具、拉絲模、泵機的葉輪、特種陶瓷工業用的磨球、軸承，替代手表中的單晶紅寶石。日本用增韌氧化鋯做成剪刀，既不會生銹，又不導電，可以放心地剪斷帶電的電線。氧化鋯增韌陶瓷還可用于制造汽車零件，如凸輪、推桿、連動桿、銷子等。
2.3 耐高溫、耐腐蝕的透明陶瓷[4，15]
現代電光源對構成材料的耐高溫、耐腐蝕性及透光性有很高的要求，而同時滿足這些性能的材料直到20世紀50年代后期才開始得到發展。1957年，美國通用電器公司的科布爾等人在平均尺寸只有0.3μm的高純超細氧化鋁原料中，添加氧化鎂，混勻后壓成小圓片，放在通氫氣的高溫電爐中燒制，意外地發現它像玻璃一樣透明?？撇紶栠€發現，把透明的陶瓷片放在顯微鏡下觀察，幾乎看不到微氣孔。經過多次實驗觀察和研究分析發現，陶瓷的透光能力和內部氣孔大小有很大關系，當微氣孔的大小在1μm左右時，厚度為0.5mm的陶瓷試樣只要含有千分之三的氣孔就能使光線的透過率減少90％。一般氧化鋁陶瓷中所含的氣孔都超過這個數字。因此，構成氧化鋁陶瓷的剛玉小晶體本身能夠透過光線，而陶瓷還是不透明。使陶瓷透明的關鍵，是坯體中只能有一種晶型的晶體，而且對稱性愈高愈好，否則會發生雙折射，此外氣孔要愈少愈好，有人做過試驗，當氣孔小到埃的數量級時，光會沿著微氣孔發生繞射現象，這有助于透明度的提高。
氧化鋁陶瓷是高壓鈉燈極為理想的燈管材料，它在高溫下與鈉蒸氣不發生作用，又能把95 %以上的可見光傳送出來。這種燈是目前世界上發光效率最高的燈。在相同功率下，一只高壓鈉燈要比2只水銀燈或10只普通白熾燈發出的光還要亮，壽命比普通白熾燈高20倍，可使用2萬小時以上，是目前壽命最長的燈。人眼對高壓鈉燈的黃色譜線十分敏感，而且黃光能穿過濃霧，特別適合街道、廣場、港口、機場、車站等大面積的照明，效果極好。目前，許多國家正在推廣使用，其發展速度之快，超過了以往任何一種電光源。由此不難看出，新型透明氧化鋁陶瓷的出現，引起了電光源發展過程中的一次重大飛躍，帶來了巨大的社會經濟效益。
除半透明氧化鋁陶瓷外，研究得較多的還有氧化鎂、氧化鈣、氧化鈹、氧化鋯、氧化釔、氧化釷、氧化鑭等。透明氟化鎂、氰化鈣、硫化鋅、硒化鋅、硒化鎘等也有報道。用氧化鋁和氧化鎂混合在1800℃高溫下制成的全透明鎂鋁尖晶石陶瓷，外觀極似玻璃，但其硬度、強度和化學穩定性都大大超過玻璃，可以用它作為飛機擋風材料，也可作為高級轎車的防彈窗、坦克的觀察窗、炸彈瞄準具，以及飛機、導彈的雷達天線罩等。
2.4 纖維、晶須補強陶瓷復合材料[12，16～18]
近年來，以陶瓷為基體、纖維或晶須補強的復合材料由于其韌性得到提高而受到重視。碳化硅晶須增韌的氧化鋁陶瓷刀具在20世紀80年代初開始研究，1986年已作為商品推向市場。碳化硅晶須的加入大大提高了氧化鋁陶瓷的斷裂韌性，改善了切削性能。用碳纖維和鋰鋁硅酸鹽陶瓷復合，材料的強度已接近或超過1000MPa，其斷裂功高達3000J/m2，即達到了鑄鐵的水平。用鉭絲補強氮化硅的室溫抗機械沖擊強度增加到30倍；用直徑為25μm的鎢絲沉積碳化硅補強氮化硅，這種纖維補強陶瓷的斷裂功比氮化硅提高了幾百倍，強度增加60％；用莫來石晶須來補強氮化硼，其抗機械沖擊強度提高10倍以上?？梢哉J為，繼20世紀70年代出現的相變增韌熱后，晶須、纖維增強、均韌復合陶瓷已成為結構陶瓷發展的主流。高性能(強度、韌性)、高穩定性、高重復性的晶須、纖維復合陶瓷材料的獲得，除要求晶須、纖維與基體間化學、物理相容性較好以外，從復合工藝上，還必須保證晶須纖維在基體中能均勻地分散，才能獲得預期的效果。最近，利用“織構技術”，在某些陶瓷坯體中生長出纖維狀態針狀第二相物質如莫來石晶體進行“自身內部”復合，這種復合增韌是一項簡便易行的陶瓷補強新技術。目前高性能陶瓷復合材料，還處在深化研究階段，關鍵在于改進工藝和降低成本，提高其實際應用的競爭力。
2.5 生物陶瓷[4，5，19]
生物陶瓷材料是先進陶瓷的一個重要分支，它是指用于生物醫學及生物化學工程的各種陶瓷材料。它的總產值約占整個特種陶瓷產值的5％。生物陶瓷目前主要用于人體硬組織的修復，使其功能得以恢復。全世界1975年才開始生物陶瓷的臨床應用研究。但是，最近10多年間，各國在這方面的基礎應用研究很活躍。
目前生物植入材料在人體硬組織修復中應用的有：金屬及合金、有機高分子材料、無機非金屬材料和復合材料。材料被埋在體內，在體內的嚴酷條件下，由于氧化、水解會造成材料變質；長期持續應力作用會造成疲勞或者破裂、表面磨損、腐蝕、溶解等，這些都可引起組織反應，腐蝕產物不僅在種植體附近聚集，還會溶入血液和尿中，引起全身反應。因此，對生物植入材料的要求是嚴格的、慎重的。陶瓷材料作為生物植入材料和其他材料相比，它和骨組織的化學組成比較接近，生物相容性好，在體內的化學穩定性、生物力學相容性和組織親和性等也較好，因此，生物陶瓷越來越受到重視。目前國內一些高等院校已對羥基磷灰石及氧化鋁陶瓷等進行了研究，并已開始臨床應用。
隨著人類社會物質文明的發展，人們對提高醫療保健水平和健康長壽的要求必然成為廣泛的社會需要?？梢韵嘈?，生物陶瓷材料今后必將會有重大發展。
3結構陶瓷的發展趨勢
當今世界，材料，特別是高性能新材料由于以下原因而得到迅速發展：（1）國際軍事工業激烈競爭，航空航天技術的發展需要；（2）新技術的需要促進了新材料的發展；（3）地球上金屬資源與化石能源越用越少，石油、天燃氣等在本世紀末將用盡，開發與節約能源成為當務之急；（4）科學技術的進步為新材料的發展提供了條件[14]。目前使用的金屬合金，在無冷卻條件下，最高工作溫度不超過1050℃，而高溫結構陶瓷，如Si3N4和SiC則分別在1400℃和1600℃以上仍保持著較高的強度和剛性[16]。先進結構陶瓷所表現出的優異性能，是現代高新技術、新興產業和傳統工業改造的物質基礎，具有廣闊的應用前景和巨大的潛在社會經濟效益，受到各發達國家的高度重視，對其進行廣泛的研究和開發，并已取得了一系列成果。但結構陶瓷的致命弱點是脆性、低可靠性和重復性。近20年來，圍繞這些關鍵問題已開展了深入的基礎研究，并取得了突破性的進展。例如，發展和創新出許多制備陶瓷粉末、成形和燒結的新工藝、新技術；建立了相變增韌、彌散強化、纖維增韌、復相增韌、表面強化、原位生長強化增韌等多種有效的強化、增韌方法和技術；取得了陶瓷相圖、燒結機理等基礎研究的新成就，使結構陶瓷及復合陶瓷的合成與制備擺脫了落后的傳統工藝而實現了根本性的改革，強度和韌性有了大幅度的提高，脆性得到改善，某些結構陶瓷的韌性已接近鑄鐵的水平。
先進結構陶瓷今后的重點發展方向是加強工藝-結構-性能的設計與研究，有效地控制工藝過程，使其達到預定的結構（包括薄膜化、纖維化、氣孔的含量、非晶態化、晶粒的微細化等），重視粉體標準化、系列化的研究與開發及精密加工技術，降低制造成本，提高制品的重復性、可靠性及使用壽命。目前，高性能結構陶瓷的發展趨勢主要有如下三個方面：
3.1 單相陶瓷向多相復合陶瓷發展
當前結構陶瓷的研究與開發已從原先傾向于單相和高純的特點向多相復合的方向發展[20]。復合的主要目的是充分發揮陶瓷的高硬度、耐高溫、耐腐蝕性并改善其脆性，其中包括纖維(或晶須)補強的陶瓷基復合材料；異相顆粒彌散強化的復相陶瓷；自補強復相陶瓷（也稱為原位生長復相陶瓷）；梯度功能復合陶瓷[21]。以往研究的微米-微米復合材料中,微米尺度的第二相顆粒(或晶須、纖維)全部分布在基體晶界處，增韌效果有限,要設計和制備兼具高強度、高韌性且能經受惡劣環境考驗的材料十分困難，納米技術和納米材料的發展為之提供了新的思路。
20世紀90年代末,Niihara教授領導的研究小組報道了一些有關納米復相陶瓷的令人振奮的試驗結果,如Al2O3-SiC(體積分數為5%)晶內型納米復合陶瓷的室溫強度達到了單組分Al2O3陶瓷的3～4倍,在1100℃下強度達1500MPa[8～12，22～26]，這些都引起了材料研究者的極大興趣。從那時直到現在,納米復相陶瓷的研究不斷深入[13～17，27～31]，我國也相繼開展了一系列的工作,目前對納米復相陶瓷的研究已處于國際一流水平[18～22，32～36]。
3.2 微米陶瓷向納米陶瓷發展
1987年，德國Karch等[37]首次報道了納米陶瓷的高韌性、低溫超塑。此后,世界各國對發展納米陶瓷以解決陶瓷材料脆性和難加工性寄予了厚望。從20世紀90年代開始，結構陶瓷的研究和開發已開始步入陶瓷發展的第三個階段，即納米陶瓷階段。結構陶瓷正在從目前微米級尺度(從粉體到顯微結構)向納米級尺度發展。其晶粒尺寸、晶界寬度、第二相分布、氣孔尺寸以及缺陷尺寸都屬于納米量級，為了得到納米陶瓷，一般的制粉、成形和燒結工藝已不適應，這必將引起陶瓷工藝的發展與變革，也將引起陶瓷學理論的發展乃至建立新的理論體系，以適應納米尺度的需求。由于晶粒細化有助于晶粒間的滑移，使陶瓷具有超塑性，因此晶粒細化可使陶瓷的原有性能得到很大的改善，以至在性能上發生突變甚至出現新的性能或功能。納米陶瓷的發展是當前陶瓷研究和開發的一個重要趨勢，它將促使陶瓷材料的研究從工藝到理論、從性能到應用都提升到一個嶄新的階段。
納米陶瓷的關鍵技術在于燒結過程中晶粒尺寸的控制。為解決這一問題,目前主要采用熱壓燒結、快速燒結、熱鍛式燒結、脈沖電流燒結、預熱粉體爆炸式燒結等致密化手段[39～43]，但總的來說,以上各種手段，雖對降低燒結溫度、提高致密度有一定作用,但對燒結過程中晶粒長大的抑制效果并不理想，大塊納米陶瓷的制備一直是目前國際上納米陶瓷材料研究的前沿和難點。目前納米陶瓷在商業應用方面尚未取得突破性進展，若能制備出真正意義上的納米陶瓷，則將開創陶瓷發展史上的新紀元，陶瓷的脆性問題也將迎刃而解[44]。大量的研究結果表明[45～49]，將等離子噴涂技術與納米技術相結合，以納米陶瓷粉末為原料經等離子噴涂技術制備的納米陶瓷結構涂層表現出極其優異的性能，已經使納米材料的應用逐步進入大規模實用化的階段。
3.3 由經驗式研究向材料設計方向發展
由于現代陶瓷學理論的發展，高性能結構陶瓷的研究已擺脫以經驗式研究為主導的方式，陶瓷制備科學的日趨完善以及相應學科與技術的進步，使陶瓷材料研究工作者們有能力根據使用上提出的要求來判斷陶瓷材料的適應可能性，從而對陶瓷材料進行剪裁與設計，并最終制備出符合使用要求的適宜材料。
陶瓷材料常常是多組分、多相結構，既有各類結晶相，又有非晶態相，既有主晶相，又有晶界相。先進結構陶瓷材料的組織結構或顯微結構日益向微米、亞微米，甚至納米級方向發展。主晶相固然是控制材料性能的基本要素，但晶界相常常產生著關鍵影響。因此，材料設計需考慮這兩方面的因素。另外，缺陷的存在、產生與變化、氧化、氣氛與環境的影響，對結構材料的性能及在使用中的行為將產生至關重要的作用。所以這也是材料設計中要考慮的重要問題，材料的制備對結構與缺陷有著直接影響，因此人們力求使先進陶瓷材料的性能具有更好的可靠性和重復性，制備科學與工程學將在這方面發揮重要作用。
陶瓷相圖的研究為材料的組成與顯微結構的設計提供了具有指導性意義的科學信息。最近提出的陶瓷晶界應力設計，企圖利用兩相或晶界相在物理性質(熱膨脹系數或彈性模量)上的差異，在晶界區域及其周圍造成適當的應力狀態，從而對外加能量起到吸收、消耗或轉移的作用，以達到對陶瓷材料強化和增韌的目的[1]。為克服陶瓷材料的脆性而提出的仿生結構設計，通過模仿天然生物材料的結構，設計并制備出高韌性陶瓷材料的新方法也成為研究熱點[12，50]。
4結語
先進結構陶瓷材料在粉體制備、成形、燒結、新材料應用以及探索性研究方面取得了豐碩的成果，這些新材料、新工藝、新技術，在節約能源、節約貴重金屬資源、促進環境保護、提高生產效率，延長機器設備壽命以及實現尖端技術等方面，已經并繼續發揮著積極的作用，促進了國民經濟可持續發展、傳統產業的升級改造和國防現代化建設。
先進結構陶瓷材料的研究，需要跟蹤國際科技前沿，對新設想、新技術進行廣泛探索。自蔓延高溫燃燒合成技術(SHS)、凝膠注模成形技術、微觀結構設計已成為研究熱點。
陶瓷材料的許多獨特性能有待我們去開發，所以先進陶瓷的發展潛力很大。隨著科技的發展和人們對陶瓷研究的深入，先進陶瓷將在新材料領域占有重要的地位。
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Research Progress on Advanced Structural Ceramic Materials
Lu XuechengRen Ying
（Handling Equipment Mechanical Department, Academy of Military TransportationTianjin300161)
