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能源化學(xué)工程導(dǎo)論范文第1篇

化學(xué)工程與工藝?；瘜W(xué)工程與工藝專業(yè)為廣東省名牌專業(yè)，培養(yǎng)從事化工生產(chǎn)、科學(xué)研究、產(chǎn)品開發(fā)、管理、營銷等工作的高級(jí)工程技術(shù)人員。本專業(yè)要求學(xué)生掌握化工生產(chǎn)過程的基本原理、方法、工藝和設(shè)備的特點(diǎn)和規(guī)律，既可在化學(xué)反應(yīng)工程、傳質(zhì)與分離工程等傳統(tǒng)化工領(lǐng)域從事科研和設(shè)計(jì)，又可在生物化工、環(huán)境化工、精細(xì)化工、能源化工、高分子化工等相關(guān)領(lǐng)域從事新工藝、新產(chǎn)品、新技術(shù)的研究與開發(fā)。主要課程：物理化學(xué)、流體力學(xué)與傳熱、傳質(zhì)與分離工程、化工熱力學(xué)、化學(xué)反應(yīng)工程、化工系統(tǒng)工程、精細(xì)化工、化學(xué)工藝學(xué)、生物化學(xué)工程、現(xiàn)代分離技術(shù)、環(huán)境工程、能源工程、新材料導(dǎo)論、化工商務(wù)、現(xiàn)代化工物流技術(shù)、化工自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)應(yīng)用等專業(yè)基礎(chǔ)課程和專業(yè)課程。畢業(yè)生可在基礎(chǔ)化工、石油化工、生物化工、輕工、冶金、能源、環(huán)境、化工物流、化工貿(mào)易等部門從事生產(chǎn)、設(shè)計(jì)、科研和產(chǎn)品開發(fā)、管理、教學(xué)、營銷等工作，也可到金融、商檢、外貿(mào)、海關(guān)、公安、政府部門等從事相關(guān)工作，或攻讀更高的學(xué)位。畢業(yè)生適應(yīng)面廣，能力強(qiáng)，深受用人單位的歡迎，近年來一次就業(yè)率多次達(dá)到100%。

應(yīng)用化學(xué)。創(chuàng)辦于上世紀(jì)80年代初，為國內(nèi)最早創(chuàng)辦的應(yīng)用化學(xué)專業(yè)之一，2005年被評(píng)為廣東省名牌專業(yè)。目標(biāo)是培養(yǎng)具有較系統(tǒng)的化學(xué)理論基礎(chǔ)和實(shí)驗(yàn)技能以及良好的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新精神，能夠進(jìn)行應(yīng)用化學(xué)領(lǐng)域的研究、開發(fā)、生產(chǎn)、管理的高級(jí)科技人才。要求學(xué)生在較扎實(shí)地掌握工科公共基礎(chǔ)、外語、計(jì)算機(jī)技能的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)地學(xué)習(xí)化學(xué)方面的基礎(chǔ)知識(shí)、基本理論、基本技能以及相關(guān)的工程技術(shù)知識(shí)，受到應(yīng)用基礎(chǔ)研究方面的科學(xué)思維和科學(xué)實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練，能從事應(yīng)用化學(xué)專業(yè)，尤其是精細(xì)化學(xué)品化學(xué)、工業(yè)分析，應(yīng)用電化學(xué)和現(xiàn)代測試技術(shù)等專業(yè)方向的實(shí)際工作和研究工作。主要課程：無機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、物理化學(xué)、儀器分析、流體力學(xué)與傳熱、傳質(zhì)與分離工程、化工原理實(shí)驗(yàn)、結(jié)構(gòu)化學(xué)、分離化學(xué)、無機(jī)功能材料、無機(jī)合成、精細(xì)化學(xué)品概論、有機(jī)合成、有機(jī)分析、環(huán)境化學(xué)、工業(yè)分析、商品理化檢驗(yàn)、膠體與界面化學(xué)、催化及能源化學(xué)等專業(yè)基礎(chǔ)課程和專業(yè)課程。畢業(yè)生可在商品檢驗(yàn)、食品檢驗(yàn)、環(huán)境保護(hù)、環(huán)境監(jiān)測、化工安全評(píng)估、涂料、醫(yī)藥、洗滌用品、化妝品等相當(dāng)廣闊的領(lǐng)域就業(yè)，近年來一次就業(yè)率近100％。也可以攻讀更高學(xué)位。

能源工程及自動(dòng)化。本專業(yè)培養(yǎng)具備能源基礎(chǔ)理論和工程知識(shí)，能從事在石油化工、天然氣輸送及利用、電力生產(chǎn)及自動(dòng)化、制冷與空調(diào)等傳統(tǒng)能源領(lǐng)域及太陽能、生物質(zhì)能、風(fēng)能等可再生及新能源領(lǐng)域進(jìn)行研發(fā)、工程建設(shè)及運(yùn)行管理工作的跨學(xué)科復(fù)合型高級(jí)人才。能源工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，廣東省是能源消耗大省，且一次能源匱乏，電力產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，夏季時(shí)間長，空調(diào)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(gè)石油化工基地的建設(shè)將使廣東能源結(jié)構(gòu)發(fā)生很大的變化。本專業(yè)將為能源工程領(lǐng)域培養(yǎng)急需的高級(jí)專門人才。本專業(yè)主要學(xué)習(xí)：化工原理、工程熱力學(xué)，流體力學(xué)，傳熱學(xué)，換熱器原理與設(shè)計(jì)，制冷技術(shù)、工業(yè)催化、天然氣開采與利用、燃?xì)廨斉?、燃?xì)馊紵c應(yīng)用、石油煉制等基礎(chǔ)及專 24業(yè)課程。學(xué)生將在專業(yè)學(xué)習(xí)階段分為石油化工及天然氣利用兩個(gè)模塊。畢業(yè)生可在石油煉制、天然氣輸配、電力生產(chǎn)、制冷空調(diào)、能源化工、可再生能源開發(fā)、高等院校等從事生產(chǎn)、管理、設(shè)計(jì)、營銷、教學(xué)、科研工作，也可攻讀更高學(xué)位。自2004年創(chuàng)辦以來，本專業(yè)畢業(yè)生供不應(yīng)求，一次就業(yè)率均為100%。

制藥工程。本專業(yè)培養(yǎng)德、智、體全面發(fā)展，適應(yīng)21世紀(jì)制藥工程發(fā)展需要，具有制藥工程專業(yè)知識(shí)，能在醫(yī)藥、農(nóng)藥、生物化工、精細(xì)化工、輕工和環(huán)境保護(hù)等部門從事醫(yī)藥產(chǎn)品生產(chǎn)工藝、新藥研究與開發(fā)、醫(yī)藥企業(yè)管理、醫(yī)藥產(chǎn)品營銷等方面工作的高級(jí)工程技術(shù)人才和管理人才。學(xué)生主要學(xué)習(xí)有機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)、藥物化學(xué)、藥理學(xué)、制劑學(xué)、生物化學(xué)、化工原理、制藥工藝學(xué)、制藥工程學(xué)、制藥分離技術(shù)、制藥過程控制原理與儀表、計(jì)算機(jī)應(yīng)用、藥品營銷、藥事管理與法規(guī)等。畢業(yè)生可在制藥企業(yè)、醫(yī)藥公司、醫(yī)療衛(wèi)生、高等院校從事生產(chǎn)、管理、設(shè)計(jì)、營銷、教學(xué)、科研和藥品開發(fā)工作，也可到金融、商檢、外貿(mào)、海關(guān)、公安、政府部門等從事相關(guān)工作，或攻讀更高學(xué)位。制藥工程專業(yè)涉及化學(xué)制藥、生物制藥和天然產(chǎn)物（包括中藥）制藥三大方向。本專業(yè)將在專業(yè)知識(shí)，創(chuàng)新能力和業(yè)務(wù)素質(zhì)三方面對(duì)學(xué)生進(jìn)行綜合素質(zhì)的培養(yǎng)和訓(xùn)練。畢業(yè)生知識(shí)面寬、適應(yīng)能力強(qiáng)，就業(yè)前景廣闊，近年來一次就業(yè)率均為98%。

（來源：文章屋網(wǎng) ）

能源化學(xué)工程導(dǎo)論范文第2篇

關(guān)鍵詞：新能源；新能源科學(xué)與工程；培養(yǎng)方案；課程體系

作者簡介：韓新月（1982-），女，河南商丘人，江蘇大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院，講師；何志霞（1976-），女，甘肅涇川人，江蘇大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院，副教授。（江蘇 鎮(zhèn)江 212013）

基金項(xiàng)目：本文系江蘇大學(xué)教學(xué)改革項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：JGZD2009025）、江蘇省高等教育教學(xué)改革研究重中之重課題（課題編號(hào)：2011JSJG006）的研究成果。

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2013）05-0009-03

一、我國高校設(shè)立新能源專業(yè)的必要性

能源問題與環(huán)境問題是21世紀(jì)人類面臨的兩大基本問題，發(fā)展新能源是解決這兩大問題的必由之路。新能源是相對(duì)于常規(guī)能源而言，以采用新技術(shù)和新材料而獲得，在新技術(shù)基礎(chǔ)上系統(tǒng)地開發(fā)利用的能源，如太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮堋⒑Ｑ竽艿?。由于新能源具有再生、清潔、低碳、可持續(xù)利用等優(yōu)勢，所以越來越多的國家開始重視它。而且新能源可以作為促進(jìn)人類發(fā)展和保護(hù)環(huán)境的重要途徑，所以這些國家在相關(guān)政策中都增加了新能源的元素。新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也是未來中國可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。但是，和發(fā)達(dá)國家相比，我國新能源產(chǎn)業(yè)化發(fā)展起步較晚，技術(shù)相對(duì)落后，總體產(chǎn)業(yè)化程度不高。不過，我國天然資源非常豐富，市場需求空間很大，在政府大力發(fā)展新能源及可再生能源政策的帶動(dòng)下，新能源領(lǐng)域成為大型能源集團(tuán)、民營企業(yè)、國際資本、風(fēng)險(xiǎn)投資等諸多投資者的投資熱點(diǎn)，技術(shù)利用水平正逐步提高，具有較大的發(fā)展空間。“十二五”期間將是我國新能源產(chǎn)業(yè)從起步階段進(jìn)入大規(guī)模發(fā)展的關(guān)鍵轉(zhuǎn)折時(shí)期。我國新能源在這一時(shí)期的發(fā)展總目標(biāo)是：建立初步適應(yīng)大規(guī)模新能源發(fā)展的電網(wǎng)等重大基礎(chǔ)設(shè)施體系，推動(dòng)新能源裝備制造業(yè)的壯大和升級(jí)，促進(jìn)新能源市場的不斷擴(kuò)大，爭取在2015年將非化石能源在能源消費(fèi)中的比重提高到12%左右。[1]

盡管國家已經(jīng)把發(fā)展新能源放在一個(gè)重要的戰(zhàn)略位置上，一場新的能源革命已在悄然進(jìn)行，它必將帶來新的經(jīng)濟(jì)繁榮、新的社會(huì)理念和新的生活方式。但是，我國新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中的一大難題是缺少成熟先進(jìn)的新能源技術(shù)。我國主要的新能源設(shè)備和技術(shù)完全依賴進(jìn)口，新能源領(lǐng)域的科技創(chuàng)新能力明顯不足。而新能源產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程中的這些難題有待專業(yè)人士去破解。所以，培養(yǎng)新能源方面的專業(yè)和復(fù)合型人才是重中之重。[2]但是，新能源產(chǎn)業(yè)作為一個(gè)錯(cuò)綜復(fù)雜的資源環(huán)境復(fù)合體，涉及物理學(xué)、化學(xué)、流體力學(xué)、傳熱學(xué)、電子電工學(xué)、材料科學(xué)、生物學(xué)、管理學(xué)、工業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)等學(xué)科內(nèi)容，是一個(gè)典型的多學(xué)科交叉的新興產(chǎn)業(yè)。[3]因此，需要設(shè)立專門的新能源專業(yè)來滿足，新能源產(chǎn)業(yè)對(duì)新能源人才要有寬的知識(shí)面、自主的學(xué)習(xí)能力、豐富的想象力、敏銳的洞察力以及較強(qiáng)的溝通協(xié)調(diào)能力等要求，進(jìn)而要求高校做好優(yōu)化人才培養(yǎng)層次、改進(jìn)人才培養(yǎng)方案等工作。

國外已有一些著名大學(xué)建立了新能源的本科專業(yè)，用于培養(yǎng)太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能等方面的科技人才，如澳大利亞的新南威爾士大學(xué)設(shè)立了專門的光伏與可再生能源工程學(xué)院，并于2000年開設(shè)了光伏與太陽能本科專業(yè)，2003年又開設(shè)了可再生能源工程本科專業(yè)；澳大利亞國立大學(xué)依托其可持續(xù)能源系統(tǒng)中心也建立了四年制的可再生能源系統(tǒng)專業(yè)。此外，意大利的都靈理工大學(xué)和米蘭理工大學(xué)都開辦了四年制的可再生能源專業(yè)。美國的俄勒岡州科技學(xué)院于2005年也建立了可再生能源四年大學(xué)本科學(xué)位課程。隨著全球能源結(jié)構(gòu)的變化，對(duì)于新能源方面的人才需求不斷增加，世界上將會(huì)有更多的高校開辦有關(guān)新能源的專業(yè)。

我國高校在新能源專業(yè)設(shè)置和新能源產(chǎn)業(yè)專業(yè)人才培養(yǎng)方面還落后于發(fā)達(dá)國家。為順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，為國家培養(yǎng)新能源這一新興產(chǎn)業(yè)的專業(yè)人才，2010年7月經(jīng)教育部審批，浙江大學(xué)、中南大學(xué)、江蘇大學(xué)等11所高校首次設(shè)立新能源科學(xué)與工程專業(yè)。其中江蘇大學(xué)的新能源科學(xué)與工程本科專業(yè)由能源與動(dòng)力工程學(xué)院承擔(dān)開設(shè)任務(wù)，已分別于2011年9月和2012年9月招收第一批和第二批本科生。關(guān)于新能源科學(xué)與工程專業(yè)本科生的培養(yǎng)方案、培養(yǎng)模式和培養(yǎng)體系則處于不斷探索和完善中。

二、 新能源科學(xué)與工程專業(yè)的培養(yǎng)方案

在對(duì)國內(nèi)外新能源相關(guān)專業(yè)人才培養(yǎng)充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，分析國家社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展要求，基于新能源產(chǎn)業(yè)特點(diǎn)及企業(yè)和社會(huì)對(duì)新能源專業(yè)人才知識(shí)結(jié)構(gòu)和能力結(jié)構(gòu)的要求，同時(shí)結(jié)合本校自身的學(xué)科特色和優(yōu)勢，確定了新能源專業(yè)人才培養(yǎng)方案，主要包括專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的確立及科學(xué)、合理的課程體系的設(shè)置、可行的教學(xué)計(jì)劃的制訂等。

1.培養(yǎng)目標(biāo)

專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)是專業(yè)建設(shè)和一切教學(xué)活動(dòng)的基礎(chǔ)、依據(jù)，也是人才培養(yǎng)的最終目的。新能源科學(xué)與工程專業(yè)在國內(nèi)甚至在世界上都是非常新的專業(yè)，目前處于初步形成和探索階段，因此，找準(zhǔn)本校專業(yè)人才培養(yǎng)定位和確立該專業(yè)人才培養(yǎng)的長遠(yuǎn)目標(biāo)尤為重要。江蘇大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院結(jié)合自身實(shí)際情況，依托機(jī)械工程、電氣信息工程、材料科學(xué)與工程、化學(xué)化工、土木工程等學(xué)科專業(yè)的支持，并結(jié)合新能源產(chǎn)業(yè)的特點(diǎn)設(shè)立了新能源科學(xué)與工程專業(yè)，使培養(yǎng)出來的學(xué)生具有良好的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新意識(shí)，富有社會(huì)責(zé)任感，具有國際一流的視野，具備新能源科學(xué)與工程這一強(qiáng)交叉學(xué)科寬厚扎實(shí)的物理、化學(xué)及熱流體科學(xué)基礎(chǔ)理論，系統(tǒng)掌握新能源科學(xué)與工程應(yīng)用專業(yè)知識(shí)及技能、新能源轉(zhuǎn)換與利用原理、新能源裝置及系統(tǒng)運(yùn)行技術(shù)，能勝任新能源技術(shù)相關(guān)的科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)、技術(shù)開發(fā)及技術(shù)經(jīng)濟(jì)管理等工作的高級(jí)專門人才。

2.課程體系的構(gòu)建

盡管自2010年以來國內(nèi)陸續(xù)已有許多高校正式獲批新能源科學(xué)與工程專業(yè)在本科階段的招生資格。但總體來看，我國系統(tǒng)培養(yǎng)新能源科學(xué)與工程本科生、研究生的工作才剛剛起步，對(duì)于相應(yīng)課程體系的構(gòu)建也處于探索階段。一個(gè)專業(yè)所設(shè)置的課程相互間的分工與配合構(gòu)成課程體系。課程體系是否合理、課程內(nèi)容是否先進(jìn)直接關(guān)系到培養(yǎng)人才的質(zhì)量。而且，一個(gè)專業(yè)要具有區(qū)別于其他專業(yè)的培養(yǎng)方向和業(yè)務(wù)范圍，就應(yīng)有自己獨(dú)立的課程體系。[4]新能源科學(xué)與工程專業(yè)是一門內(nèi)容豐富而又廣泛的科學(xué)與工程，屬交叉學(xué)科。它與數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、生物學(xué)等緊密相關(guān)，又強(qiáng)烈地依托于能源與動(dòng)力工程、材料、機(jī)械、電氣、化工、自控和生物工程技術(shù)的發(fā)展。由于國內(nèi)在這方面的研究幾乎為空白，因此，如何以這些學(xué)科為依托，形成內(nèi)容先進(jìn)、結(jié)構(gòu)合理的課程體系是急需解決的一項(xiàng)重大課題。筆者根據(jù)孫根年有關(guān)課程體系優(yōu)化的思路給出了系統(tǒng)思考下新能源科學(xué)與工程專業(yè)課程體系的總體結(jié)構(gòu)，如圖1所示。[5]

由圖1可以看出，在層次上將新能源科學(xué)與工程課程劃分為通識(shí)教育平臺(tái)課程、學(xué)科專業(yè)基礎(chǔ)課程、專業(yè)（方向）課程、集中實(shí)踐環(huán)節(jié)和課外實(shí)踐環(huán)節(jié)五個(gè)方面。新能源科學(xué)與工程課程體系作為一個(gè)系統(tǒng)，不同的課程類別在培養(yǎng)目標(biāo)和培養(yǎng)規(guī)格的指導(dǎo)下相互作用、相互影響，共同服務(wù)于新能源科學(xué)與工程專門人才培養(yǎng)這一特定的功能。

3.教學(xué)組織與實(shí)施

基于新能源科學(xué)與工程專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)及課程體系結(jié)構(gòu)，考慮到本地區(qū)、本學(xué)校的實(shí)際情況，筆者制定的新能源科學(xué)與工程專業(yè)的指導(dǎo)性教學(xué)計(jì)劃如圖2所示。

由圖2可以看出，在教學(xué)組織上前五學(xué)期主要進(jìn)行普通文化課和專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課的教學(xué)，為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)打下良好基礎(chǔ)。同時(shí)，在第二、三、四、五學(xué)期還安排了金工實(shí)習(xí)、專業(yè)認(rèn)知實(shí)習(xí)、電工電子實(shí)習(xí)和機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)，目的是增加學(xué)生在校期間的動(dòng)手操作機(jī)會(huì)。第六、七學(xué)期組織專業(yè)（方向）課程的教學(xué)和實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)，核心課程均采用一體化教學(xué)方式。第八學(xué)期開展畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，從而培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)、結(jié)合實(shí)際獨(dú)立完成課題的工作能力。

三、 新能源科學(xué)與工程專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃的特色

1.以厚基礎(chǔ)、寬平臺(tái)、交叉學(xué)科為理念，強(qiáng)調(diào)扎實(shí)的物理、化學(xué)和熱流體科學(xué)基礎(chǔ)理論

課程建設(shè)時(shí)，首先在物理、化學(xué)基礎(chǔ)理論方面增加了“大學(xué)化學(xué)”、“物理化學(xué)”、“能源與環(huán)境化學(xué)”和“半導(dǎo)體物理”課程。其次，根據(jù)新能源專業(yè)的特點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)物理、化學(xué)基礎(chǔ)的同時(shí)，通過減少“工程圖學(xué)”、“工程力學(xué)”和“機(jī)械原理與設(shè)計(jì)”課程的學(xué)時(shí)數(shù)來弱化機(jī)械類課程。再次，為了充分發(fā)揮本校本學(xué)院學(xué)科優(yōu)勢和特點(diǎn)，在熱流體理論方面除了開設(shè)“流體力學(xué)”、“工程熱力學(xué)”和“傳熱學(xué)”課程外，還開設(shè)了“熱流體數(shù)值計(jì)算基礎(chǔ)”和“新能源利用中的熱流體理論與技術(shù)”兩門專業(yè)特色課程。目的是提升專業(yè)內(nèi)涵，強(qiáng)化特色，確保學(xué)生具備新能源領(lǐng)域相關(guān)的扎實(shí)的基礎(chǔ)理論，是學(xué)生今后在本專業(yè)及相關(guān)領(lǐng)域是否具備發(fā)展?jié)摿Φ年P(guān)鍵所在。

2.強(qiáng)調(diào)實(shí)踐教學(xué)及新能源工程訓(xùn)練

首先，增加了“現(xiàn)代分析測試技術(shù)”課程。其次，增加了實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)的學(xué)時(shí)數(shù)，把一般安排在第六學(xué)期的三周生產(chǎn)實(shí)習(xí)變?yōu)榈谒膶W(xué)期末的一周認(rèn)知實(shí)習(xí)和第六學(xué)期的三周生產(chǎn)實(shí)習(xí)。目的是增加實(shí)踐教學(xué)，先認(rèn)知實(shí)習(xí)，后生產(chǎn)實(shí)習(xí)，使實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)更為科學(xué)和合理。再次，還增加了項(xiàng)目設(shè)計(jì)，把一般安排在第七學(xué)期的兩周課程設(shè)計(jì)修訂為第六學(xué)期末的兩周課程設(shè)計(jì)和第七學(xué)期末的兩周項(xiàng)目設(shè)計(jì)。目的是先開展某門課程的課程設(shè)計(jì)，后進(jìn)行具體的項(xiàng)目設(shè)計(jì)，設(shè)置更為科學(xué)和合理。通過指導(dǎo)學(xué)生開展設(shè)計(jì)性、綜合性項(xiàng)目設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的創(chuàng)新能力。此外，還增加了新能源工程訓(xùn)練環(huán)節(jié)，在此環(huán)節(jié)中學(xué)生和指導(dǎo)老師雙向選擇后，學(xué)生參與到老師的科研項(xiàng)目中。指導(dǎo)老師在與國內(nèi)外新能源企業(yè)合作中，向?qū)W生提供不同類型的專業(yè)實(shí)踐機(jī)會(huì)。這個(gè)環(huán)節(jié)是在第七學(xué)期前完成，設(shè)置此環(huán)節(jié)的目的是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新和工程應(yīng)用能力。通過明確的學(xué)分要求保證學(xué)業(yè)導(dǎo)師制的落實(shí)。指導(dǎo)老師通過這樣一個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)于特別優(yōu)秀的學(xué)生可向?qū)W院推薦其保研，實(shí)現(xiàn)本研貫通培養(yǎng)，前后的培養(yǎng)具備一定的連續(xù)性。最后，為了充分利用學(xué)科資源及已有的實(shí)驗(yàn)條件，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力，更好地滿足新能源專業(yè)對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力和新能源技術(shù)工程應(yīng)用能力的高要求，在課內(nèi)及集中實(shí)踐環(huán)節(jié)總學(xué)分要求基礎(chǔ)上還增加大于等于六個(gè)學(xué)分的課外實(shí)踐要求（社會(huì)實(shí)踐、競技活動(dòng)）。

3.體現(xiàn)多學(xué)科交叉特點(diǎn)

在課程設(shè)置時(shí)，除開設(shè)“工程圖學(xué)”、“工程力學(xué)”、“電工電子學(xué)”、“機(jī)械原理”、“工程材料”等課程外，還增開了物理、化學(xué)方面的課以及“新能源材料”、“現(xiàn)代生物學(xué)導(dǎo)論”、“能源與環(huán)境”、“新能源系統(tǒng)自動(dòng)控制原理”課程，這樣充分體現(xiàn)了新能源科學(xué)與工程專業(yè)和動(dòng)力工程及工程熱物理、應(yīng)用化學(xué)、材料物理、機(jī)械工程、化學(xué)工程與技術(shù)、環(huán)境科學(xué)與工程各學(xué)科的交叉。

4.重視形成寬闊的國際視野

首先，學(xué)校開設(shè)了全英文及雙語課程，比如全英文的“太陽能光伏技術(shù)”以及雙語的“熱流體數(shù)值計(jì)算基礎(chǔ)”、“熱泵原理與應(yīng)用”、“生物質(zhì)燃燒及混燃技術(shù)”課程。其次，借鑒國外新能源專業(yè)的課程設(shè)置增設(shè)了反映新能源領(lǐng)域前沿的“生命周期評(píng)價(jià)”課程。此外，還增設(shè)“新能源前沿及工程應(yīng)用專題”必修課。這門課要求學(xué)生在第七學(xué)期結(jié)束前聽取學(xué)院安排的新能源前沿及工程應(yīng)用專題講座7次以上。專題可以是合作企業(yè)、國內(nèi)外知名專家的講座，也可以是本專業(yè)教師科研最新進(jìn)展的講座，目的是讓學(xué)生了解本專業(yè)領(lǐng)域的最新研究進(jìn)展及發(fā)展趨勢，拓寬視野，盡快適應(yīng)社會(huì)發(fā)展要求，同時(shí)提高學(xué)生的專業(yè)興趣。

5.以太陽能為主，兼顧生物質(zhì)能和風(fēng)能，提供其他種類新能源的廣泛選擇的專業(yè)定位

首先，在太陽能方面，學(xué)校設(shè)置有“太陽能熱利用”和“太陽能光伏技術(shù)”專業(yè)課；在生物質(zhì)能方面，開設(shè)有“現(xiàn)代生物學(xué)導(dǎo)論”和“生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化原理與技術(shù)”；而在風(fēng)能方面，設(shè)置有“風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)”和“風(fēng)力發(fā)電與控制技術(shù)”專業(yè)課。其次，還提供了廣泛的新能源相關(guān)選修課程來滿足學(xué)生對(duì)不同專業(yè)的需求，比如“氫能與新型能源動(dòng)力系統(tǒng)”、“新能源發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)”、“水力發(fā)電與水電站”、“燃料電池原理與技術(shù)”、“熱泵原理與應(yīng)用”、“生物柴油制備及應(yīng)用”、“生物質(zhì)燃燒與混燃技術(shù)”、“能源工程管理”、和“能源經(jīng)濟(jì)學(xué)概論”等課程。

四、結(jié)束語

新能源科學(xué)與工程專業(yè)的設(shè)置順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，是我國可持續(xù)發(fā)展的需要。但是，由于新能源科學(xué)與工程專業(yè)是非常新的專業(yè)，與之配套的培養(yǎng)方案、課程安排等還處于起步探索階段。筆者考慮到本地區(qū)、本學(xué)校的實(shí)際情況，同時(shí)結(jié)合新能源產(chǎn)業(yè)對(duì)人才的要求提出了具有鮮明特色的新能源科學(xué)與工程專業(yè)的培養(yǎng)方案，以供參考。筆者相信江蘇大學(xué)有能力、有信心建設(shè)好該專業(yè)，為國家經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)健康發(fā)展輸送合格的人才。

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能源化學(xué)工程導(dǎo)論范文第3篇

關(guān)鍵詞:梯度功能材料,復(fù)合材料,研究進(jìn)展

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]。

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。

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。

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)。

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]：

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。可以通過計(jì)算機(jī)程序控制粉料的輸送速度和流量來得到設(shè)計(jì)所要求的梯度分布函數(shù)。這種工藝已經(jīng)被廣泛地用來制備耐熱合金發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的熱障涂層上,其成分是部分穩(wěn)定氧化鋯(PSZ)陶瓷和NiCrAlY合金[9]。

4.2.3.1等離子噴涂法(PS)

PS法的原理是等離子氣體被電子加熱離解成電子和離子的平衡混合物,形成等離子體,其溫度高達(dá)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

4.2.3.2激光熔覆法

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

4.2.3.3熱噴射沉積[10]

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

4.2.3.4電沉積法

電沉積法是一種低溫下制備FGM的化學(xué)方法。該法利用電鍍的原理,將所選材料的懸浮液置于兩電極間的外場中,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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