耐磨材料的发展趋势（精选8篇）
1.耐磨材料的发展趋势 篇一
中国汽车材料的发展趋势
现代汽车车身除满足强度和使用寿命的要求外，还应满足性能、外观、安全、价格、环保、节能等方面的需要。在上世纪八十年代，轿车的整车质量中，钢铁占80％，铝占3％，树脂为4％。自1978年世界爆发石油危机以来，作为轻量化材料的高强度钢板、表面处理钢板逐年上升，有色金属材料总体有所增加，其中，铝的增加明显；非金属材料也逐步增长，近年来开发的高性能工程塑料、复合材料。
对现代汽车而言，其重量主要源自钢铁材质。根据2007年统计数据，平均每辆小汽车包含1090千克钢铁，而平均每辆小型货车或者运动型多功能车包含将近1400钢铁。想想看，如今多数小汽车一般有1300千克重，而多数运动型多功能车净重1800千克，里面的含的钢铁可真不少！钢铁常用于制造汽车的底盘和笼架，一旦发生撞车，它们有重要的防护作用。如今很多汽车的门梁、车顶甚至车体外版也由钢铁制成。钢铁还用于汽车车身的各种部位，用来容纳引擎或者其他重要部件。此外，汽车排气通风装置也由不锈钢制成。钢铁产业发展迅速，所以汽车制造商可以根据汽车不同部位所承担的冲击力，为其量身选择或坚硬或柔韧的钢铁材质。这些汽车制造业的革新足以令您放心行驶，安全无忧。下次开车时，试试像达斯汀•霍夫曼在电影《毕业生》里所做的，同时脑海里想着“塑料”这个词。如今的汽车制造业使用大量的塑料材质，汽车结构的一半都由塑料构成。这没什么稀奇的，毕竟塑料经久耐用，制造成本低廉，并且拥有百变造型。看看您车上的仪表盘、计量表、刻度盘、交换器、空调机、通风孔、门把手、小地毯、安全带、安全气囊„„哪一样不是塑料做的？除了汽车的仪表盘部分，汽车发动机的很多小部件，如油尺手柄也是塑料制成。由于塑料的质量较轻，它也越来越多地被用于制造汽车的车身机构和发动机配件。
汽车材料具有一下特点：
1、数量大：目前，全世界拥有汽车6亿多量，年产汽车5千多万辆。因此，汽车每年要消耗约占世界总产量1/4的钢铁、60%的橡胶、近一半的石油，30%的铜和铝，10%的塑料。
2、品种规格多：一辆汽车多达上万各零件，用于汽车的材料品种和规格多达4千多种。除钢铁、橡胶、燃油外，汽车还大量使用有色金属、塑料、涂料、玻璃、纤维制品、电线、润滑油脂、化学制剂、摩擦材料、纸、以及各种电气材料和电子元件等等。
3、要求高：用于汽车的材料，要求质量轻、强度高、刚度好、易加工、寿命常、耐腐蚀、耐震动、无污染、可回收。因此，对其要求一般高于用于普通名用产品的材料。
汽车工业的发展，对原材料产业起了巨大的推动作用，品种大量增加，质量不断提高。本文主要讲解汽车常用的一些金属材料，例如：钢铁、铝镁钛及其合金：非金属材料：塑料、橡胶、陶瓷、玻璃等：同时介绍一些涂装材料及其趋势。
为了满足人们对汽车的环保性、节能性、安全性、舒适性越来越高的要求。下面来介绍汽车用钢铁材料、轻合金材料、塑料、陶瓷材料、符合材料和其他材料的组织、成分、物理性能和加工成型等特点，指出了它们在降低汽车质量、减少尾气排放、降低能耗i、提高安全性和综合性能等方面所起到的作用，并简要介绍了这些材料在汽车制造方面的应用现状；汽车在未来一段之间的用材发展趋势。
金属材料在汽车上的应用：车身大部分为钢板，底盘为钢板和棒材，悬架弹簧用线材等，发动机本体和动力传递系统使用棒材、线才和铸件的比例高，排气系统采用不锈钢，合金钢比例较高。
汽车面板部件要求板材具有良好的成形性、强度、碰撞能量吸收能力、疲劳耐久度、耐腐蚀性、焊接性：行走部件要具有良好的成形性、刚性、疲劳耐久度、耐腐蚀性。
从生产工艺特点划分为热轧钢板、冷轧钢板和涂镀层钢板。
从强度角度可忽而分为：普通钢板、低合金高强度钢板、普通高强度钢板、和先进高强度钢板等。
近来汽车生产中铝等轻质材料不断增加，但是高强度钢，镀锌薄钢板，超细晶粒钢，不锈钢还是占据着不可替代的地位。刚强度钢相对普通钢来说具有高强度、质量轻、成本低、安全性能高等。镀锌薄钢板具有良好的抗腐蚀能力、是通过冷轧钢——加热——冷却至镀锌温度——镀锌——冷却——矫直。超细晶粒钢具有优良的抗疲劳性能、较高的强度以及良好的低温韧性等优点。不锈钢与普通钢相比，其高温强度大，抗腐蚀性好，密度小，能减少车身质量的45%，成型过程简单，节省加工费用。
镁合金在汽车上的应用镁的优点是刚性好，质量轻；低的融化粘滞性和良好的填住成型；可回收利用；可大规模生产；储量丰富。适用于离合器外壳、引擎阀罩壳、变速箱外壳、变速箱上盖、发动机罩盖、方向盘、座椅支架等。1.首先是镁合金的价格回归到有竞争力的水平。目前镁价格已经处于合理区间并在2009以来保持相对稳定。2.中国对汽车油耗的管理正趋于严格。国家《第三阶段乘用车燃料消耗量评价方法及指标》标准即将于今年公布。据了解，第三阶段标准制定的油耗限值比第二阶段下降20%。到2015年，全国平均乘用车燃油消耗量将降为7L左右。与前两个阶段最大的不同是，第三阶段标准不再以单一车型为评价对象，而是将汽车企业作为整体进行评价。这与美国CAFE（公司平均燃料经济性）法有些类似。汽车企业将会更加重视轻量化。3.新能源汽车将会是中国汽车业发展的重点，对轻量化要求更高。4.中国汽车轻量化有很大潜力：自主轿车平均比发达国家同类轿车重8%-10%，相同自重下，安全性差2-3个等级；商用车平均重10%-15%。5.2010年1-3月，中国汽车产量455.45万辆，同比增长76.99%预计全年产量达到1500万辆。根据规划，2015年汽车总产量达到2500万辆，摩托车产量达到3800万辆。6.中国自主品牌的汽车产量正在逐步增加，乘用车自主品牌达到180个，2009年已经达到乘用车总产量的44%。据尚轻时代调查，国内主要的汽车企业都已经采用镁合金零部件，并制订了未来扩大用镁合金的发展计划。
钛合金在汽车上的应用：钛合金属于新型结构材料。具有优异的综合性能，密度小，比断韧性断强度高，抗腐蚀性能优异，在高温下能保持较高的强度。用于制造汽车可以减轻汽车发动机的质量、提高汽车车速、降低平均油耗，在改善发动机性能上有很大优势。钛合金是一种新型结构及功能材料,它具有优异的综合性能,密度小,比强度高。钛的密度为4.51g/cm3,介于铝(2.7g/cm3)和铁(7.6g/cm3)之间。钛合金的比强度高于铝合金和钢,韧性也与钢铁相当。钛及钛合金抗蚀性能好,优于不锈钢,特别是在海洋大气环境中抵抗氯离子的侵蚀和微氧化气氛下耐蚀性好,钛合金的工作温度较宽,低温钛合金在-253℃还能保持良好的塑性,而耐热钛合金的工作温度可达550℃左右,其耐热性明显高于铝合金和镁合金。同时具有良好的加工性、焊接性能。钛在汽车上的用途主要分两大类,第一类是用来减少内燃机往复运动件的质量(对作往复运动的内燃机零件来讲,即使减少几克质量都是重要的);第二类是用来减少汽车总质量。根据设计和材料特性,钛在新一代汽车上主要分布在发动机元件和底盘部件上。在发动机系统,钛可制作阀门、阀簧、阀簧承座和连杆等部件;在底盘部件主要为弹簧、排气系统、半轴和紧固件等。据资料介绍,除了上述所举重点外,还有:发动机部件的摇臂、悬簧、活塞销、涡轮增压器转子、紧固件、挂耳螺帽、车挡支架、门突入梁、制动器卡钳活塞、销轴栓、离合器圆板、压力板、变速按钮等等。降低钛合金成本的途径：尽管钛及钛合金早在上个世纪50年代就进入了汽车制造领域,但发展比较缓慢,其原因主要是价格因素,为了满足汽车行业用钛,钛工业者在熔炼、加工,制造等方面进行了大量的工作。以满足汽车业的需求。钛金属熔点高,化学性质十分活泼,与O、H、N、C等元素有极强的化学亲和力,致使纯钛提取困难。工业上普遍使用的Kroll镁还原法生产海绵钛。Kroll镁还原法生产海绵钛工艺复杂,能耗高,周期长,并且不能连续生产,同时需用大量的金属镁作还原剂,生产成本较高。钛合金价格高的另一个原因是合金化元素价格较高。随着钛冶炼技术的进步,将钛在生产、加工过程中所产生的边角余料、废屑等残料经系列处理后作为炉料添加,实现循环生产,是降低原材料成本有效方法。实践表明,每利用1%的残钛,可使钛锭生产成本降低0.8%。如果采用电子束冷床炉、等离子束冷床炉进行熔炼,不仅可以改善钛锭的冶金质量,同时可以大量使用回收炉料,有效降低铸锭成本。
陶瓷材料：陶瓷是以粘土为主要原料以及各种天然矿物质经过粉碎混炼、成型和煅烧制的。汽车上使用智能陶瓷产品，包括功能材料、驱动系统与反馈系统相结合的智能材料系统或结构。有汽车减震装置、汽车智能雨刷、汽车有源消声陶瓷材料。汽车发动机，过去都用合金钢制造，汽缸工作温度只有1000℃左右，而且还要用水冷却。汽缸的活塞销，由于耐高温摩擦性能较差，压缩效率下降较快，因而成了新型汽车工业的拦路虎。1980年日本五十铃汽车公司采用氮化硼陶瓷汽车发动机（DE），这种新型发动机的温度可达到1300℃~1500℃，不要水冷却，再加上它的密度只有钢的一半（钢为7.9，氮化硅为3.2），所以，汽车重量减轻。它不仅可节省30%的热能，而且工作效率提高了15%~20%。陶瓷DE是在燃烧室和活塞的部分表面用比金属更加耐热的陶瓷材料，从而提高了零部件的耐热性，进一步简化了冷却系统，除可减少冷却损失，提高热效率外，还可使DE更加紧促，使自身重量减轻。将来会出现副燃烧室、活塞头、汽缸衬套、汽缸头、增压转子等陶瓷部件与零件。这些部位可以采用氮化硅结合碳化硅或部分稳定氧化锆等特种陶瓷材料。机械强度则必须达到抗折强度为500MPa以上，热膨胀系数≤3.5*10-6/℃。上述陶瓷材料基本上即能满足这些要求。尤其是部分稳定氧化锆陶瓷不仅强度高达1000MPa，而且热导率也比其它材料低很多。在燃气涡轮发动机方面，家用轿车为实现与柴油机同量的燃烧费用，涡轮进口温度要高达1350℃，而可以忍耐这一高温的只有碳化硅及氮化硅陶瓷材料。目前，汽车与材料专家们都对碳化硅与氮化硅材料寄予厚望，并确认将来汽车涡轮的转子、定子使用上述特种陶瓷材料最为理想。用陶瓷材料作结构主体的陶瓷发动机的实用化，促进汽车的轻量化和小型化。预计2014年，陶瓷汽车发动机投入批量生产。陶瓷制动器，陶瓷制动器在碳纤维制动器的基础上制造而成。一块碳纤维制动碟，最初由碳纤维和树脂构成，它被机器压制成型，碟片表面会有规则的小孔，背面是螺旋发散线状的沟槽，用于散热。压制成型之后，趁着碟片仍有一定温度，马上被送入高温炉，高温定型。炉膛内充满氮气，温度接近1000℃，在这种情况下，所有非碳有机物都将转化成碳，因此这道工序也叫碳化。尽管碳化工序后，炉膛的温度继续提升至1420℃，此时碳蝶会表现出强大的“亲和力”，甚至能够吸收液化的硅，当它冷却之后，得到的硅碳化物表面，硬度甚至接近钻石。碟片内的碳纤维结构使它坚固耐冲击，而坚硬耐腐蚀的的材质，也让碟片极为耐磨。据测算，一副陶瓷制动碟，能用上30万公里。在2001年奔驰SLR概念车就采用了一项当时最新的主动安全系统——陶瓷刹车盘。这种刹车盘不会因水浸而降低性能，而且减速非常快，即使是像SLR这样动力巨大的车，都被它管束得服服帖帖，而且刹车过程还很均匀，绝不突然，让人有理由相信这种新技术前景广阔。SLR的前刹车卡钳是名厂“布伦博”的8活塞式，同样也是新产品。2001年奔驰新款敞篷SL系列跑车将率先采用质轻而坚固的陶瓷刹车盘，奔驰计划达到制动系列行使10万公里以上免维护的目标。保时捷的陶瓷制动系统（PCCB），其制动碟表面的摩擦系数在制动初段比铸铁高25%，这样在急刹车时，车子无需额外的制动辅助技术，单靠制动器便能迅速提供充足的制动力。陶瓷制动器采用6活塞的制动卡钳，在活塞与制动片之间，装有陶瓷隔热体，用以防止制动时产生的高热传入液压组件和制动液，这套刹车系统更可以在800℃高温下正常工作。塑料：塑料是一种高分子材料，主要应用与前照面、保险杠、发动机罩、行李箱罩、顶盖一些车身骨架构建。有众多优点——质量轻、成型容易、缓冲能力强、耐腐蚀性强、改变内外饰。汽车工业的发展离不开汽车塑料化的进程，目前我国工程塑料自给率不足16%。据中国工程塑料协会估计，2010年自给率约为10%汽车行业是聚丙烯（PP）最大用户。聚丙烯用于汽车工业具有较强竞争力，但因其模量和耐热性较低，冲击强度较差，因此不能直接用作汽车配件材料，轿车中使用的均为改性聚丙烯产品，其耐热性可由80℃提高到145℃～150℃，并能承受一定时间的持续高温。据报道，日本丰田公司推出的新一代聚丙烯HEHCPP产品，可作为汽车仪表板、保险杠，比以TPO（聚烯烃热塑性弹性体）为原料的同类产品成本降低30%，改性聚丙烯用作汽车配件材料来源具有十分广阔的开发前景。汽车行业证券分析师比较看好改性塑料。“改性塑料是塑料制品行业中附加值最高的一类产品。”国内改性塑料行业处于起步阶段，发展前景广阔。业内人士称，在高端塑料制品领域，国内企业的主要瓶颈在于技术水平跟不上，产能较小。与改性塑料相关的上市公司有普利特、金发科技（600143）等。普利特的改性塑料基本为车用。尽管今年汽车销量增速与去年相比有所放缓，不过这不会影响到车用改性塑料的下游需求。汽车产量的增加和汽车轻量化发展趋势都在刺激汽车改性塑料产品需求的增加。国外汽车重量的20%源于改性塑料，而国内的比例是11%。金发科技是国内产品最齐全、产量最大的改性塑料生产企业，公司的销售收入中约40%来自家电、25%来自汽车。汽车轻量化，使包括聚丙烯、聚氨酯、聚氯乙烯、热固性复合材料、ABS、尼龙和聚乙烯等在内的塑材市场得以迅速放大。近两年，车用塑料的最大品种聚丙烯，每年都在高速增长。
因此，中国汽车材料之发展必将带动一个产业链的起步，一个民族工业兴起，一个汽车工业强国的腾飞！
2.耐磨材料的发展趋势 篇二
1.1 高性能材料
大力发展轻质高强、高抗震性、高耐久性、高耐火性、高保温性、高吸声性、高抗渗性和优异装饰性的高性能材料, 这对于提高建筑物的安全性、适用性、艺术性和经济性及使用寿命有着非常重要的作用。比如目前专家已经成功研制出了高性能混凝土, 急需在工程上加大应用, 有着非常广阔的应用前景。
1.2 复合化、多功能化
1.3 充分利用地方材料和工业废料
尽量少用天然材料, 大量使用尾矿、废渣、垃圾等废弃物。
1.4 绿色节能
目前材料发展要求节约能源、绿色、低碳、节能、环保, 产品可再生循环和回收利用, 无污染废弃物以防止二次污染, 生产中不得使用有损人体健康的添加剂等材料。大力发展绿色节能材料符合可持续发展的战略方针, 既满足现代人的安居乐业、健康长寿的需要, 又不损害后代人的更大需要能力和利益。
1.5 可再生能源
财政部、住房和城乡建设部日前联合发布了《关于进一步推进可再生能源建筑应用的通知》, 明确了“十二五”可再生能源建筑应用推广目标, 提出要切实提高太阳能、浅层地能、生物质能等可再生能源在建筑用能中的比重, 到2020年实现可再生能源在建筑领域消费比例占建筑能耗的15%以上。
2 以下是十一五期间节材与材料资源合理利用技术领域
2.1 绿色建材与新型建材
重点推广:轻质高强建筑材料, 新型复合建筑材料与制品, 建筑部品及预制化, 结构防火防腐防护新技术, 绿色建筑装饰装修材料, 可循环材料, 可再利用材料, 植物纤维建筑材料。
2.2 混凝土工程节材技术
重点推广:高强、高性能混凝土与轻骨料混凝土、混凝土高效外加剂与掺合料、混凝土预制构配件技术, 混凝土修复技术, 预拌混凝土及预拌砂浆应用技术, 清水饰面混凝土技术。
发展C60—C100高标号、高性能混凝土, 提高混凝土的综合性能, 研究开发绿色混凝土, 发展清水混凝土。严禁外檐及顶棚抹灰, 减少装饰抹灰, 做到可持续发展。
把混凝土裂缝防治技术、混凝土耐久性技术、商品混凝土及预拌砂浆技术、超高泵送混凝土技术等应用到工程中去, 提高工程质量。
2.3 钢筋工程节材技术
重点推广:高强钢筋与新型钢筋连接、钢筋焊接网与钢筋加工配送等施工节材技术。
2.4 化学建材技术
重点推广:塑料门窗与复合材料门窗、塑料管道及复合管道、新型建筑防水材料、新型建筑涂料及配套材料、建筑用新型黏接剂技术。
2.5 建筑垃圾与工业废料回收利用技术
重点推广:建筑垃圾、废旧防水卷材、废旧沥青、废旧建筑塑料、废旧门窗再生利用技术和粉煤灰及其他工业废渣利用技术。
建筑业不仅消耗大量的自然资源和能源, 而且在拆除、装修、改造、新建中还产生大量的建筑垃圾。因此, 建筑节材是发展“节能、节水、节材、节地和环保”型建筑的重要一环, 是材料资源合理利用的重要手段, 是建筑业可持续发展的必然道路, 也是落实党中央、国务院发展循环经济、建设节约型社会战略决策的具体措施。
在这里需要值得一提的是建筑装饰材料作为建筑材料的一部分发展极其迅速。目前我国已成为全球最大的建筑装饰装修材料生产和消费国, 并形成品种门类齐全的生产加工体系, 能够满足不同档次装饰装修的需求。
中国建筑材料工业规划研究院院长刘长发认为, 装饰装修材料的发展方向与经济社会发展水平、人们的富裕程度密切相关, 我国的建筑装饰装修材料将向三个方向发展:部品化, 以工厂化生产为标志, 像造汽车一样造房子, 而建材业为适应这一需求, 从以原材料生产为主转向以加工制品业为主;绿色化, 建材在制造、使用及废弃物处理过程中, 对环境污染最小并有利于人类健康, 如节能型屋面产品、节能型墙体产品等;智能化, 应用高科技实现对材料及产品各种功能的可控可调。SS
摘要：近些年来, 由于我国在建筑工程中大力推广建筑防水工程新技术。使得防水工程质量较以往有了实质性提高。建筑防水技术有了很大的发展。目前我国在全球中对建筑材料的需求越来越大, 也从而促进了建筑材料的发展。
3.我国建筑材料的未来发展趋势 篇三
关键词：建筑材料；环境；发展趋势
随着我国经济的飞速发展，生活水平的不断提高，促使人们对住宅办公的房屋等级要求不断提高，这对建筑工程领域的相关项目在带来巨大发展领域的同时也对新型材料的要求带来了不小的压力与挑战。建筑工程项目的建设计划不断增多，在给建筑业提供了良好的发展机遇的同时，也对新理念、新材料、新技术和新工艺的不断涌现提供了平台，使建筑业的技术发展达到新的高度。而与这种发展同时被重视起来的，便是对环境对未来的可持续发展的伟大战略目标，建筑材料也同样在向着这个目标靠拢。一种经济、环保、高效的建材理念正逐步主导着未来建材发展的道路。
一、向功能多样性和综合性发展
近年来我国居民生活水平不断提高，使人们对住宅办公房屋的等级要求也不断提高，而建筑材料作为一栋栋建筑物起立的基石，当然也要积极贴近这种新型的发展理念，除了保障其最为基本的安全性能之外，还要努力在新的领域做到突破。
1.舒适性的建筑材料
所谓“舒适性建筑材料”，其本质就是建筑材料本身在不依赖外界某种辅助性改变的情况下，完全通过自身的某种改变来达到适应环境、改变居住条件的新型材料，而现阶段该类材料发展最为成熟的便是在热力学方面（温控）的应用。[1]
2.节能环保的建筑材料
环境保护，这个在现如今被人们普遍提及的名词，它的意义早已深入人心，发展不等于破坏，保护才有未来，这个不争的事实让人们意识到了环境保护的重要性与迫切性，而对于建筑行业这种极度浪费资源的产业，如何在保证建筑物质量的同时又顾忌到对于环境的影响，这成了无数建筑领域人士所追求的目标与向往，在我国，对于环境的保护同样也受到了相关政府的高度重视，一系列与环境相关的硬性指标被建筑业所执行，新型的节能环保材料也在国家的大力扶持之下不断涌现。
3.绿色健康的新型建筑材料
建筑材料尽量做到对环境的污染轻量化，这种目标在现今已经略显过时，全新的环保已不再是那种减少污染的模式，而是开始转变为对环境有益的模式体系，这类材料在使用中不但可以满足传统建筑材料的要求，同时还对环境有净化及改善的神奇作用，而常见的绿色健康建材一般在抗菌净化、防噪防辐射上都有相应的作用。
二、具备全寿命周期经济性的建筑材料
1.“自重轻”材料
所谓“自重轻材料”指的就是相对于同款的原版材料其自身的重量变得更轻，建筑材料变轻无疑对整个行业都是一个巨大的福音，其在建造中的各项成本都因其减重而变得更加高效。[2]而它的特点也有很多，例如：
（1）构造节简，耗材单一。它的构造一般都比较简单，有较强的可塑性且原材料耗费的成本较低，在出产、运输、建造等环节的整体耗资都比较少。
（2）节约环保。该类绿色环保型材料的回收再利用性非常高，已经建成的部分结构甚至可以在工程落成后加以拆除回收，以便下次接着使用，这就在很大程度上降低了成本，节约了资源。
（3）自重轻。以其具有较为轻便的结构，致使在运输到构件等过程都变得非常便利，而在抗震方面也具备了一定特性。
（4）满足工艺和功能的需求。轻量建筑结构体系不管在构型、外观上，还是在色彩、跨度上都有多元化的构型，为天马行空的设计理念提供了展示的可能。
（5）工期短。这类轻量型建筑材料因其自重较轻，所以在施工现场可以实现快速装配利用，而且装配过程不会受到极端气候的干扰影响，十分便利。
2.地产材料
建筑的基础就是所选用的材料，而一个建筑体系的成本往往也是由所选材料的成本所决定，而建筑材料在运输中会使成本预算大幅提高，所以若想降低成本提高效益，就要学会科学的选取合理的材料，而“地产材料”便是一种就地取材的选材方式，他充分地考虑到了地方性经济性要求，并根据当地自身实际资源分布情况而选择出适合的建筑材料用于建筑物。[3]
3.高性能材料
所谓“高性能”材料，就是指其在任何方面的表现都要比其他同款老式材料显得更加优越，更加可靠，在当今建筑领域，只有那些使用年限更长，可塑性更良好，功能上更完善的材料才会被重视利用，这类材料都大幅度提高了建筑物的综合经济效益。而高性能材料不但可以通过大批量生产得到，还可以通过使用一些性能优越的科技材料通过复合在建筑材料上得以实现其更高的性能。
三、具有可循环性与再生利用性的建筑材料
一个国家想要发展，就要对自己所处的现状有一个充分的认识，并且还要规划好自身的未来，中国现在虽然有广袤的土地和丰富的资源，但这都不是可以随意铺张浪费的理由。我们必须意识到资源对于一个发展中国家的可贵，只有做到合理的规划，科学的回收再利用，并让循环成为一种常态，我国建筑行业的发展才会有未来。
相对于新型材料，建筑废料的回收利用同样也值得关注，目前我国的建筑废料回收方式分为回收和材料回收兩大类。像那些拆除建筑物所剩下的砖瓦都是很好的建筑回收材料，其回收后甚至可以直接二次使用，而对于那些回收后无法直接再次利用的建材，便可以通过一定的工艺处理使其转化为可以被再次使用的建材，供后续建设施工所利用。[4]
对于废旧建材回收利用的好处不言而喻，其实相对于我国在建筑废料的回收再利用现状，一些国外企业已经做得非常成熟，有的甚至已经形成一条完整的产销链，回收这些废材，不但大量节约了建筑消耗的自然物质资源，而且也回收了许多固定废弃物，减少了环境污染。所以说，对于我国这种回收材料刚刚起步的时机，只要下定决心，积极采纳吸收国外先进的废材回收利用措施，并加以我国的实际国情消化吸收，研究创造出一套符合自身发展需要的完善的废料回收处理再利用制度，对我国建筑业未来发展所做的帮助将是无可估量的，而回收利用的潜力也将是巨大的。（作者单位：沈阳城市学院）
参考文献
[1]康永.柴海涛；外墙保温与建筑节能[J]；上海建材；2010年06期
[2]王静；日本现代空间与材料表现（二）——日本钢铁建筑中的结构造型表现[J]；建筑师；2010年03期
[3]李东.许铁铖；空间、制度、文化与历史叙述——新人文视野下传统聚落与民居建筑研究[J]；建筑师；2011年03期
4.功能材料的发展方向与趋势 篇四
功能材料是新材料领域的核心，是国民经济、社会发展及国防建设的基础和先导。它涉及信息技术、生物工程技术、能源技术、纳米技术、环保技术、空间技术、计算机技术、海洋工程技术等现代高新技术及其产业。功能材料不仅对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用，还对我国相关传统产业的改造和升级，实现跨越式发展起着重要的促进作用。
功能材料种类繁多，用途广泛，正在形成一个规模宏大的高技术产业群，有着十分广阔的市场前景和极为重要的战略意义。世界各国均十分重视功能材料的研发与应用，它已成为世界各国新材料研究发展的热点和重点，也是世界各国高技术发展中战略竞争的热点。在全球新材料研究领域中，功能材料约占 85 %。我国高技术(863)计划、国家重大基础研究[973]计划、国家自然科学基金项目中均安排了许多功能材料技术项目（约占新材料领域70%比例），并取得了大量研究成果。
鉴于功能材料的重要地位，世界各国均十分重视功能材料技术的研究。1989年美国200多位科学家撰写了《90年代的材料科学与材料工程》报告，建议政府支持的6类材料中有5类属于功能材料。从1995年至2001年每两年更新一次的《美国国家关键技术》报告中，特种功能材料和制品技术占了很大的 比例。2001年日本文部省科学技术政策研究所发布的第七次技术预测研究报告中列出了影响未来的100项重要课题,一半以上的课题为新材料或依赖于新材料发展的课题,而其中绝大部分均为功能材料。欧盟的第六框架计划和韩国的国家计划等在他们的最新科技发展计划中, 都把功能材料技术列为关键技术之一加以重点支持。各国都非常强调功能材料对发展本国国民经济、保卫国家安全、增进人民健康和提高人民生活质量等方面的突出作用。新型功能材料国外发展现状
当前国际功能材料及其应用技术正面临新的突破，诸如超导材料、微电子材料、光子材料、信息材料、能源转换及储能材料、生态环境材料、生物医用材料及材料的分子、原子设计等正处于日新月异的发展之中，发展功能材料技术正在成为一些发达国家强化其经济及重要手段。
超导材料 以NbTi、Nb3Sn为代表的实用超导材料已实现了商品化，在核磁共振人体成像（NMRI）、超导磁体及大型加速器磁体等多个领域获得了应用；SQUID作为超导体弱电应用的典范已在微弱电磁信号测量方面起到了重要作用，其灵敏度是其它任何非超导的装置无法达到的。但是，由于常规低温超导体的临界温度太低，必须在昂贵复杂的液氦系统中使用，因而严重地限制了低温超导应用的发展。
高温氧化物超导体的出现，突破了温度壁垒，把超导应用温度从液氦（4.2K）提高到液氮温区。同液氦相比，液氮是一种非常经济的冷媒，并且具有较高的热容量，给工程应用带来了极大的方便。另外，高温超导体都具有相当高的上临界场，能够用来产生20T以上的强磁场，这正好克服了常规低温超导材料的不足之处。正因为这些由本征特性所带来的在经济和技术上的巨大潜在能力，吸引了大量的科学工作者采用最先进的技术装备，对高Tc超导机制、材料的物理特性、化学性质、合成工艺及显微组织进行了广泛和深入的研究。高温氧化物超导体是非常复杂的多元体系，在研究过程中遇到了涉及多种领域的重要问题，这些领域包括凝聚态物理、晶体化学、工艺技术及微结构分析等。一些材料科学研究领域最新的技术和手段，如非晶技术、纳米粉技术、磁光技术、隧道显微技术及场离子显微技术等都被用来研究高温超导体，其中许多研究工作都涉及了材料科学的前沿问题。高温超导材料的研究工作已在单晶、薄膜、体方面取得了重要进展。
生物医用材料 作为高技术重要组成部分的生物医用材料已进入一个快速发展的新阶段，其市场销售额正以每年16%的速度递增，预计20年内，生物医用材料所占的份额将赶上药物市场，成为一个支柱产业。生物活性陶瓷已成为医用生物陶瓷的主要方向；生物降解高分子材料是医用高分子材料的重要方向；医用复合生物材料的研究重点是强韧化生物复合材料和功能性生物复合材料，带有治疗功能的HA研究也十分活跃。
能源材料 太阳能电池材料是新能源材料研究开发的热点，IBM公司研制的多层复合太阳能电池，转换率高达40%。美国能源部在全部氢能研究经费中，大约有50%用于储氢技术。固体氧化物燃料电池的研究十分活跃，关键是电池材料，如固体电解质薄膜和电池阴极材料，还有质子交换膜型燃料电池用的有机质子交换膜等，都是目前研究的热点。
生态环境材料 生态环境材料是20世纪90年代在国际高技术新材料研究中形成的一个新领域，其研究开发在日、美、德等发达国家十分活跃，主要研究方向是：①直接面临的与环境问题相关的材料技术，例如，生物可降解材料技术，CO 2 气体的固化技术，SOx、NOx催化转化技术、废物的再资源化技术，环境污染修复技术，材料制备加工中的洁净技术以及节省资源、节省能源的技术；②开发能使经济可持续发展的环境协调性材料，如仿生材料、环境保护材料、氟里昂、石棉等有害物质的替代材料、绿色新材料等；③材料的环境协调性评价。
智能材料 智能材料是继天然材料、合成高分子材料、人工设计材料之后的第四代材料，是现代高技术新材料发展的重要方向之一，将支撑未来高技术的发展，使传统意义下的功能材料和结构材料之间的界线逐渐消失，实现结构功能化、功能多样化。科学家预言，智能材料的研制和大规模应用将导致材料科学发展的重大革命。国外在智能材料的研发方面取得很多技术突破，如英国宇航公司在导线传感器，用于测试飞机蒙皮上的应变与温度情况；英国开发出一种快速反应形状记忆合金，寿命期具有百万次循环，且输出功率高，以它作制动器时、反应时间，仅为10分钟；在压电材料、磁致伸缩材料、导电高分子材料、电流变液和磁流变液等智能材料驱动组件材料在航空上的应用取得大量创新成果。国内功能材料发展的现状和差距
我国非常重视功能材料的发展，在国家攻关、“ 863”、“973”、国家自然科学基金等计划中，功能材料都占有很大比例。在“九五”“十五”国防计划中还将特种功能材料列为“国防尖端”材料。这些科技行动的实施，使我国在功能材料领域取得了丰硕的成果。在“863”计划支持下，开辟了超导材料、平板显示材料、稀土功能材料、生物医用材料、储氢等新能源材料，金刚石薄膜，高性能固体推进剂材料，红外隐身材料，材料设计与性能预测等功能材料新领域，取得了一批接近或达到国际先进水平的研究成果，在国际上占有了一席之地。镍氢电池、锂离子电池的主要性能指标和生产工艺技术均达到了国外的先进水平，推动了镍氢电池的产业化；功能陶瓷材料的研究开发取得了显著进展，以片式电子组件为目标，我国在高性能瓷料的研究上取得了突破，并在低烧瓷料和贱金属电极上形成了自己的特色并实现了产业化，使片式电容材料及其组件进入了世界先进行列； 高档钕铁硼产品的研究开发和产业化取得显著进展，在某些成分配方和相关技术上取得了自主知识产权； 功能材料还在“两弹一星”、“四大作出了举足轻重的贡献。
目前世界各国功能材料的研究极为活跃，充满了机遇和挑战，新技术、新专利层出不穷。发达国家企图通过知识产权的形式在特种功能材料领域形成技术垄断，并试图占领中国广阔的市场，这种态势已引起我国的高度重视。近年来，我国在新型稀土永磁、生物医用、生态环境材料、催化材料与技术等领域加强了专利保护。但是，我们应该看到，我国目前功能材料的创新性研究不够，申报的专利数，尤其是具有原创性的国际专利数与我国的地位远不相称。我国功能不足，有待改进和发展。国内外功能材料社会经济发展需求分析 1)功能材料的国外需求分析
根据预测，2001年新材料技术产业在世界市场的销售额将超过4000亿美元,，其中功能材料约占75～80%。某些特种功能材料就其单项而言，其市场也是巨大的。1995年信息功能陶瓷材料及其制品的世界市场销售额已达210亿美元，预期到2010年将达到800亿美元；2000年超导材料销售额已达80亿美元,预测2010年的年销售额预计将达到600亿美元，其中高温超导电力设备的全球销售额可达50-60亿美元,到2020年，全球与超导相关的产业的产值（按1995年的价格估算）可能达到1500亿到2000亿美元，其中高温超导占60％；2010年全球钕铁硼永磁材料的市场需求量将达14.6万吨,产值达80亿美元，带动相关产业产值700亿美元；生物医用材料是一个正在迅速发展的高技术领域，目前全球生物医用材料及制品的产值超过700亿美元，美国约为400亿美元，与半导体产业相当，是美国经济中最活跃、出口量最大的6个产业之一，近年来一直保持每年20%以上的速率持续增长，预计到本世纪前十年左右,生物医用材料产业将达到药物市场的份额；随着可持续发展政策被各国政府的广泛采纳，生态环境材料的市场需求也将迅速增加，估计2010年的社会需求将高于500亿美元。可见，在全球经济中，特种功能材料无论是需求的规模，还是需求的增长速度，都是相当惊的。功能材料的国内需求分析
中国作为一个 12亿人口的大国，正在实施宏伟的第三步发展战略，这一根本国情加之特种功能定了我国对功能材料的需求将是巨大的。
功能材料不仅是发展我国信息技术、生物技术、能源技术等高技术领域和国防建设的重要基础材料，而且是改造与提升我国基础工业和传统产业的基础 ,直接关系到我国资源、环境及社会的可持续发展。
我国国防现代化建设一直受到以美国为首的西方国家的封锁和禁运，所以我国国防用关键特种功能材料是不可能依靠进口来解决的，必须要走独立自主、自力更生的道路。如军事通信、航空、航天、导弹、热核聚变、激光武器、激光雷达、组件等，都离不开特种功能材料的支撑。
我国经济的快速增长和社会可持续发展，对发展新型能源及能源材料具有迫切的需求。能源材料是发展能源技术、提高能源生产和利用效率的关键因素，我国目前是世界上能源消费增长最快的国家，同时也是能源紧缺的国家。发展电动汽车、使用清洁能源、节约石油资源等政策措施使得新型能源转换及储能材料的需求不断增加。近年来，随着电子信息技术的迅猛发展，我国便携式电器如手提电话、笔记本计算机用户每年均以超过 20%的速度增加，形成了一个对小型高能量密度电池会需求。
随着移动通信等新一代电子信息技术的迅速崛起，作为一大批基础电子元器件技术核心的信息功能陶瓷日益成为我国发展相关高技术的需求重点。按照 5%的世界市场占有率计，2010 年我国信息功能陶瓷材料及制品的年销售额将达 300亿元人民币，对信息通讯产业发展重的作用。
我国是一个稀土大国，其工业储量占世界总储量的 70%以上，发展稀土功能材料我国有着独特的资源优势。例如，稀土永磁材料全世界的年平均增长率为23%,而我国高达60%，1995年全球的钕铁硼永磁材料的生产总量为6000吨，其中我国为2000吨，占总量的1/3，预测2010年全球钕铁硼永磁材料的产量将达14.6万吨，产值达80亿美元,其中我国的产量将达5.4万吨，产值达20多亿美元，相关器件产值达100～150亿美元。稀土在发光、催化等领域的应用也具有广阔的市场需求。我国西部还拥有一些储量丰富的资源，如稀土、钨、钛、钼、钽、铌、钒、锂等，有的工业储量甚至占世界总储量的一半以上，这些资源均是特种功能材料的重要原材料。研究开发与上述元素相关的特种功能材料，拓宽其应用领域，取得自主知识产权，将大幅度地提高我国相关特种功能材料及制品的国际市场竞争力，这对实现西部资源的高附加值利用，将西部的资源优势转化为技术优力地支持国家的西部大开发。
随着我国人民生活质量的进一步改善和提高 ,我国潜在的生物医用材料市场将很快转化为充满勃经济效益，成为国民经济的一个支柱产业。
5.半导体材料的发展现状与趋势 篇五
材料是人类社会发展的物质基础与先导。每一种重大新材料的发现和应用都把人类支配自然的能力提高到一个全新的高度。材料已成为人类发晨的里程碑。本世纪中期单晶硅材料和半导体晶体管的发明及其硅集成电路的研究成功，导致了电子工业大革命。使微电子技术和计算机技术得到飞速发展。从20世纪70年代的初期，石英光纤材料和光学纤维的研制成功，以及GaAs等Ⅲ-Ⅴ族化合物的材料的研制成功与半导体激光器的发明，使光纤通信成为可能，目前光纤已四通八达。我们知道，每一束光纤，可以传输成千上万甚至上百万路电话，这与激光器的发明以及石英光纤材料、光纤技术的发展是密不可分的。超晶格概念的提出MBE、MOCVD先进生长技术发展和完善以及超品格量子阱材料包括一维量子线、零维量子点材料的研制成功。彻底改变了光电器件的设计思想。使半导体器件的设计与制造从过去的杂质工程发展到能带工程。出现了以“电学特性和光学特性的剪裁”为特征的新范畴，使人类跨入到以量子效应为基础和低维结构为特征的固态量子器件和电路的新时代，并极有可能触发新的技术革命。半导体微电子和光电子材料已成为21世纪信息社会的二大支柱高技术产业的基础材料。它的发展对高速计算、大容量信息通信、存储、处理、电子对抗、武器装备的微型化与智能化和国民经济的发展以及国家的安全等都具有非常重要的意义。
一、几种重要的半导体材料的发展现状与趋势
1.硅单晶材料
硅单晶材料是现代半导体器件、集成电路和微电子工业的基础。目前微电子的器件和电路，其中有90％到95％都是用硅材料来制作的。那么随着硅单晶材料的进一步发展，还存在着一些问题亟待解决。硅单晶材料是从石英的坩埚里面拉出来的，它用石墨作为加热器。所以，来自石英里的二氧化硅中氧以及加热器的碳的污染，使硅材料里面包含着大量的过饱和氧和碳杂质。过饱和氧的污染，随着硅单晶直径的增大，长度的加长，它的分布也变得不均匀；这就是说材料的均匀性就会遇到问题。杂质和缺陷分布的不均匀，会使硅材料在进一步提高电路集成度应用的时候遇到困难。特别是过饱和的氧，在器件和电路的制作过程中，它要发生沉淀，沉淀时的体积要增大，会导致缺陷产生，这将直接影响器件和电路的性能。因此，为了克服这个困难，满足超大规模集成电路的集成度的进一步提高，人们不得不采用硅外延片，就是说在硅的衬底上外延生长的硅薄膜。这样，可以有效地避免氧和碳等杂质的污染，同时也会提高材料的纯度以及掺杂的均匀性。利用外延方法，还可以获得界面非常陡、过渡区非常窄的结，这样对功率器件的研制和集成电路集成度进一步提高都是非常有好处的。这种材料现在的研究现状是6英寸的硅外延片已用于工业的生产，8英寸的硅外延片，也正在从实验室走向工业生产；更大直径的外延设备也正在研制过程中。
除此之外，还有一些大功率器件，一些抗辐照的器件和电路等，也需要高纯区熔硅单晶。区熔硅单晶与直拉硅单晶拉制条件是不一样的，它在生长时，不与石英容器接触，材料的纯度可以很高；利用这种材料，采用中子掺杂的办法，制成N或P型材料，用于大功率器件及电路的研制，特别是在空间用的抗辐照器件和电路方面，它有着很好的应用前景。当然还有以硅材料为基础的SOI材料，也就是半导体/氧化物/绝缘体之意，这种材料在空间得到了广泛的应用。总之，从提高集成电路的成品率，降低成本来看的话，增大硅单晶的直径，仍然是一个大趋势；因为，只有材料的直径增大，电路的成本才会下降。我们知道硅技术有个摩尔定律，每隔18个月它的集成度就翻一番，它的价格就掉一半，价格下降是同硅的直径的增大密切相关的。在一个大圆片上跟一个小圆片上，工艺加工条件相同，但出的芯片数量则不同；所以说，增大硅的直径，仍然是硅单晶材料发展的一个大趋势。那我们从提高硅的集成度来看，最终要研制出适用于硅深亚微米乃至硅纳米工艺所需要的硅外延片，将会成为硅材料发展的主流。
目前硅技术的线条发展越来越细了。现在我们国家的909工程是0.35微米的工艺，可以做到0.25微米；然而随着集成度的提高，要求光刻线条越来越细，是否有个极限呢？当线条的宽度变到35个纳米的时候，或者比35个纳米更小的时候，或许就是硅集成电路的“极限”，当然这个极限不是物理的极限。因为这个所谓的极限预测过多次，曾经预测过1微米是硅线条的极限，后来是0.5微米，又变到0.35微米，现在实验室的0.18微米的集成电路也已经做出来了。通过人们的努力和新的技术的发明，线条也许还可以进一步的减小，当然它最终将受到量子力学测不准原理、光速和热力学的限制。这里讲的所谓的技术限制，就是说在目前这样的条件和技术下，它能够达到的一个极限。我们知道现在的集成电路的布线可多达七、八层以上。如果多层分布的连线过长，那么电子从一个器件到另一个器件的所需的时间完全消耗在走的路上了。也就是说，延迟时间限制了速度的进一步提高。硅材料虽然可能到21世纪的中期仍将占有很重要的地位，然而，硅微电子技术最终是难以满足人们对更大信息量的需求的；所以，发展新型半导体材料比如说Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料，超晶格量子阱材料以及硅基锗硅合金材料等，作为硅材料的一个替补材料也是很重要的。
2.GaAs和InP等Ⅲ-Ⅴ族化合物材料
GaAs和InP等Ⅲ-Ⅴ族化合物材料可能是一个好的替补材料。我们知道硅材料是间接带隙材料，它的发光效率很低，所以它不可能作为光电集成的基础材料，用硅来做发光管、激光器目前还是不可能的。那么Ⅲ-Ⅴ族化合物材料，像GaAs和InP，首先，它的电子的光跃迁不需要声子的参与，它的发光效率很高；与硅相比，它的电子的漂移速度高，同时它耐高温，抗辐照；与此同时，作为微电子器件来讲，它具有高速、高频，低噪音，故在光电子器件和光电集成方面，占据非常独特的优势。Ⅲ-Ⅴ族化合物,现在的市场情况怎么样呢？随着移动通信的发展，目前工作在0.8GHz以下的手机，是以硅材料为主体，那么到2.2GHz的时候，或超过这个频段到7.5GHz的时候，硅材料作为它的接收和发射器件或电路，可能就不行了；这个时候，一定要用GaAs, InP或者GeSi材料。从光纤通信来看，也是如此。所以说从移动通信和光纤通信的发展需求看，对半导体Ⅲ-Ⅴ族化合物材料，特别是用于集成电路的GaAs材料的需求，将会每年以20％到30％的速度增长。那么它的研究现状是怎么样的呢？以GaAs, InP为代表的Ⅲ-Ⅴ族半导体材料，两英寸和三英寸的n型的和p型的材料，基本上能够满足现代的微电子和光电子器件的需求。没有掺杂的半绝缘体的GaAs单晶材料，它是GaAs集成电路的一个基础材料，目前主要采取一种叫作液封直拉法LEC的方法制造。就是将GaAs熔体放置在一个热解BN的坩埚里面，因为As是易挥发的，而氧化砷有很大毒性，因此在它上面覆盖一层材料，比如说三氧化二硼。三氧化二硼的熔点低于GaAs的熔点，可以把熔体的GaAs覆盖起来。在单晶炉里面充了很高的气压，使As不能挥发出来，然后把GaAs籽晶通过氧化硼这个透明的液体伸入到GaAs的熔体里面拉晶。这项生产技术，叫做液封直拉法。目前用这种办法，直径为两英寸、三英寸、四英寸的片材已经商品化。我们国家可以拉制三英寸GaAs单晶。两英寸的可以小批量生产。在国际上，六英寸的半绝缘砷化单晶已在实验室里拉制成功。
这种材料也存在的问题。半绝缘体GaAs的纯度与硅相比，是远不如硅的。硅可以做得非常纯，有12个9的纯度。就是10－6PPM，就是说它的杂质的含量仅为百万分之一PPM。但GaAs呢，仅仅只有6个9，就是一个PPM，即它的杂质和缺陷的浓度高达一个PPM。所以说GaAs半绝缘体的性质并不是由纯度高、杂质少决定的，而是由杂质和缺陷互相补偿，这样的材料实际上是电学补偿导致的高阻材料。这种材料的热学稳定性较差，在器件工艺的热处理过程中，缺陷产生、杂质缺陷络合等，可能改变它的导电性能。这是什么原因呢？我们知道，硅是一个元素半导体，它只有两种点缺陷，即硅的空位和硅间隙。那么对于Ⅲ-Ⅴ族材料，它的点缺陷就有六种，有两种空位，两种间隙，两种反位的缺陷。比如As占了Ga位，Ga占了As位，这都是点缺陷。这些缺陷都对导电性能产生影响。所以对这种材料，如果把它的杂质和缺陷络合物加起来的话，缺陷就更多了，因而这种材料的制作是非常困难的。它是用LEC法拉制的。晶体拉制过程中，在固体与液体交界面处，它的温度剃度比较大，在晶体内部存在着大的应力；在晶体冷却过程中应力的释放将产生大量缺陷，它的位错密度非常高。所以说这种材料目前存在着很多的问题要求克服。从硅来讲，硅可以做到无位错，所以说它可以用于制作超大规模集成电路。比如说，对于一个平方微米内有一个器件，或多个器件的电路，那么GaAs就不行了；因为，它每一个平方厘米就有一万个以上的缺陷。如果一个器件，碰到这个缺陷，那么整个电路就失效了。所以说，用GaAs研制大规模集成电路，它的质量还有待提高。
Ⅲ-Ⅴ族半导体材料的发展趋势，也可以总结为下面几点。从提高它的价格和性能比来看，增大直径仍是大趋势，只有增大直径，它的价格才可能进一步降低。从另外一个方面来讲，为满足大规模集成电路和光电器件的衬底的需求，它的位错密度必须降下去。要降到每个平方厘米1000或100以下，甚至更小，这最终取决于集成度和材料将要用在什么地方。我刚才讲到，GaAs的高阻性能是杂质与缺陷补偿的结果，很不均匀；如何提高这种材料的电学和光学均匀性，也是需要解决和克服的问题。此外，还要重视片材制备技术，即要做到片材拿来就可以用的要求，不需要再去抛光或腐蚀和再去作其他的处理。这就是说，要将拉制的锭条进行滚圆、磨定位边、抛光和在保护氛围下将抛好的片子封装起来等。当然，还要求片材的表面没有被损伤，除了肉眼看不见的损伤以外，亚表面损伤，即在材料的表层下面，比如说几十个纳米以下的地方，人的肉眼甚至光学显微镜看不见的损伤也是不能有的。即在片材制备的过程中，不能在它的表皮下面一层产生应力或缺陷。
3.半导体超晶格、量子阱材料
比如说GaAlAs和GaAs的晶格常数相差很小，而它们的禁带的宽度不同。GaAlAs的宽度要大于GaAs的，把这两种半导体材料用新的生长技术，像分子束外延技术，金属有机化合物化学汽相淀积技术等一层一层的、周期性的生长出来。这个周期人为地可以控制，不像硅单晶，它的晶格常数是一定的；这样的结构，我们称为超晶格结构。这种超晶格结构的想法，是1969年由日本的江琦和美籍华人朱兆祥提出来的，而且江琦因此获得了诺贝尔奖。我们知道，超晶格的概念提出来的时候，还没有实现这种想法的技术，只是从理论上预测这种结构会有很多新的性质。一直到20世纪70年代中期的时候，分子束外延技术的发展，还有MOCVD技术的发展，才使这种材料生长得到了实现。我们知道，现在的分子束外延，MOCVD可以控制一个原子层一个原子层的生长，界面的陡峭度也可以做到单原子层。由于这种材料的结构可以人为地改变，可以设计一个程序，通过计算机的控制，把它生长出来；如果设计的是一个器件结构，那么它的电学和光学的性质则可由人工控制，所以，能带工程设计是研制新一代量子器件的基础。
4.高温半导体材料
主要介绍几种重要的高温半导体材料。如Ⅲ族氮化物，它主要有GaN、AlGaN和InGaN等，它不仅仅是一个高温微电子材料，也是很好的光电子材料。比如现在发蓝光、绿光的半导体发光二极管和激光器，就是用这种材料作出来的。另外，碳化硅，立方氮化硼和金刚石，也是很好的高温半导体材料。当然，要达到应用，还存在很多问题要解决。这类材料，主要是应用在一些恶劣的环境，像在高温、航空、航天、石油钻探等方面。现在的电视，广播发射台仍然用的是一人高的电子管，它的寿命短、笨重且耗电多。那么将来，若用碳化硅和氮化镓材料制成的数字电视用发射模块的话，有可能使体积大大减少，寿命增加。从研究现状来看，美国西屋公司，已经研制成功的4H碳化硅的晶体管的功率已达到了400瓦。在碳化硅衬底上生长GaN制成的场效应晶体管，功率也已达2.3瓦。GaN高电子迁移率晶体管的最高频率已做到67GHz。那么这种材料存在的问题是什么呢？例如GaN，这种材料没有好的衬底，现在都是在蓝宝石衬底上外延生长的。GaN外延层的位错密度高达每平方厘米108以上；所幸的是这种材料的键能比较强，即使这么高的位错密度，作为发光管，它的寿命仍然可以达到10万小时以上。但是用这种材料作激光器，如蓝光或绿光激光器的话，这么高的缺陷密度是不行的。此外金刚石单晶薄膜制备，是另一个重要方向。金刚石有着比氮化镓更大的禁带宽度，可以耐更高的温度，它抗腐蚀性能好，可工作在非常恶劣的环境。但是，这种材料存在主要的一个问题是单晶薄膜生长非常难。至今还没有人能够生长出单晶金刚石薄膜。P型金刚石材料已经研制出来，但N型掺杂至今没有完全解决。单晶金刚石薄膜是一个具有非常重要应用前景的材料，但要实用，还要走很长的路。
二、低维半导体材料和量子器件
1.一维量子线和零维量子点材料
维的定义是构成空间中的每一个因素，如长、宽、高，甚至时间，都可以叫做一个维。若不考虑时间，空间是三维的，平面是二维的，而直是一维的，零维的就是一个点。如果载流子仅在一个方向可以自由运动，在另外两个方向受到约束，那么这种材料我们称为量子线材料。如果在载流子运动的三个方向都受到约束，就是说它只能在一个小点内或就像在一个小箱子里头运动，这时，电子的运动受到了三维的约束，我们称之为量子点。按照量子力学原理，量子点里的电子或空穴，它的能量是量子化的。因为它不可以自由运动，它只能是一级一级地跳跃。量子点的这种分立的态密度函数与体材料是截然不同的，体材料是抛物线分布，量子线则像脉冲一样的函数分布，量子点则完全是分立的线，就像分子光谱那样，这样的密度函数就决定了低维材料有着非常优越的性能。随着材料尺寸减小，维度降低，量子尺寸效应、量子干涉效应、量子隧穿、库仑阻塞效应变得越来越明显。这就构成了量子器件的基础，这完全不同于基于PN结里面电子、空穴通过扩散和漂移运动的器件，它是一种崭新的器件。量子点可以是半导体材料，也可以是金属材料做成。基于这种量子效应的新器件，很可能成为新一代微电子技术、光电子技术的发展的基础，它是一个有着非常重要应用前景的研究领域。
这种低维材料有哪些特点呢？为什么会引起人们的兴趣？首先，它的工作频率高。假设一个电子在一个10个纳米的线上运动，若电子在真空中运动的速度接近光速，那么我们可以算出它通过10nm线所需时间，电子从这一点飞到那一点，中间若不经过任何的散射，就像一个炮弹打过来，所以它的工作频率可以非常高，可达到1000GHz以上。现在做到的InP基P-HEMT器件，最高频率已达600GHz。其次它具有很高的集成度。因为这种器件非常小，可以做到每个平方厘米1010个器件以上，相当于每平方厘米有100亿个器件。第三功耗很小。从光电子器件的激光器看，用这种材料制成的量子点激光器的阈值电流密度非常低。所谓阈值，就像一个门槛，当注入激光器的电流高于这个门槛的时候，发光不再是向四面八方的自发辐射，而是光突然集中起来了，沿着一个方向发射出相干的光，称为激光。用低维材料制成的激光器，它的阈值电流密度是非常低的。原因就是由于它分立的态密度函数决定了的。它的量子转换效率非常高，它的调制速度很高，它激光的线宽非常窄，这是因为它源于固定分立量子能级之间的跃迁；窄的线宽在光纤通信上是非常有用的。所以说这种材料在光电子和微电子技术应用上，特别在将来的纳米电子学、光子学以及新一代的超大规模集成电路方面都有着重要的应用前景，极有可能触发新的技术革命。这里强调的低维半导体材料实际上是一个人工设计、通过先进技术如MBE等制造的材料，但是这种材料自然界是不存在的。基于这种新型半导体材料的新一代量子器件，很可能成为21世纪高新技术产业的一个重要支柱。
MBE等生长技术与精细加工技术相结合，可以制备出量子线、量子点材料。这种技术的优点就是可以人为地控制量子线的形状、尺寸、密度。它的缺点是电子束的曝光。干法、湿法刻蚀技术制备的量子结构尺寸远比生长厚度大，目前最好为几十个纳米。刚才讲的量子阱的材料的阱宽可以控制到一个单原子层。一个单原子层就是几个埃，零点几个纳米。要保证横向尺寸同纵向尺寸一样，现在的加工技术是做不到的，要实现这一点，需要发展新的加工技术。我们知道，用电子束曝光也好，离子束注入隔离也好，都要产生缺陷。沿直线两边产生的损伤，都会成为散射中心。电子沿着这样的直线运动时，当碰到损伤的地方，就发生散射，其结果使低维材料所具有的优异特性，就被这些缺陷完全抵消掉了。所以用这种技术制备的低维材料，要想真正达到理论上预计的性能，必须要发展一种高空间分辨和没有损伤的加工技术。
2.基于低维半导体材料的量子器件的研究和发展现状
量子线调制掺杂场效应晶体管，共振隧穿二极管和三极管等都已经研制成功。单电子器件，单电子存储器和单电子晶体管也分别于1993年和1994年在实验室研制成功。这是一个单电子存储器原形器件，源和漏之间有一条宽为10纳米的线，线中间是一个7×7纳米量子点，线与量子点之间有两个缩径，比10纳米还要小。基于库仑阻塞效应的单电子器件的工作原理是两边是金属电极，中间是一个小岛，如果这个岛的面积足够小，它的电容也就非常小。如果有一个电子已经在这个小岛上，当另外一个电子进入这个小岛时，这两个电子则相互排斥，使系统能量提高，致使第二个电子也无法进入这个小岛；同时，处在这个状态的电子也不可能自由地跑走，而要留在这个岛上；只有当加一个偏压使第一个电子离开这个小岛后，下一个电子才会再来。而有电子和没有电子相应于0和1态，这就是单电子存贮器的基本原理。如何利用STM去制作单电子器件？它是在硅衬底上首先氧化生成SiO2，然后镀上金属钛薄膜，在针尖和钛金属膜间放点纯水，加电场使钛氧化，氧化钛是不导电的，而钛是导电的，只要按一定的图形就可以做出一个单电子晶体管来。当有一个电子到这个小岛上以后，它就会被陷在岛上，只有当加一个偏压将这个电子移走以后，第二个电子才能来，那就完成了一个0，1操作。这就是上面说的单电子存储器的工作原理。最近，据报道，在单电子存储器的原形样机的研制上已取得了突破进展。日本用0.25微米的工艺模拟了一个单电子存储器电路，获得成功。我这里讲的所谓单电子，可能不止是一个电子，可能有十几个或几十个电子。与现在的几千，几万个电子的存储器来说，功耗是小多了，存储密度也高多了。
6.耐磨材料的发展趋势 篇六
材料是人类用以制成用于生活和生产的物品、器件、构件、机器及其它产品的物质，是人类赖以生存和发展的物质基础。所谓新材料，指的是那些新出现或正在发展中的具有传统材料所具备的优异性能的材料。从人类科技发展史中可以看到，近代世界已经历了两次工业革命都是以新材料的发现和应用为先导的。钢铁工业的发展，为18世纪以蒸汽机的发明和应用为代表的第一次世界革命奠定了物质基础。本世纪中叶以来，以电子技术，特别是微电子技术的发明和应用为代表的第二次世界革命，硅单晶材料则起着先导和核心作用，加之随后的激光材料和光导纤维的问世，使人类社会进入了“信息时代”，因此，可以预料，谁掌握了新材料，谁就掌握了21世纪高新技术竞争的主动权！新材料技术的发展趋势和特点
纵观国际新材料研究发展的现状，西方主要工业发达国家正集中人力、物力，寻求突破，美国、欧共体、日本和韩国等在他们的最新国家科技计划中，都把新材料及其制备技术列为国家关键技术之一加以重点支持，非常强调新材料对发展国民经济、保卫国家安全、增进人民健康和提高人民生活质量等方面的突出作用。
我国对新材料及其制备技术历来非常重视，一直作为一个重要的领域被列入我国自1956年以来的历次国家科技发展规划之中。在我国863高技术中，新技术材料又是七大重点领域之一。经过40余年的努力，已在许多方面取得显著进展，一大批新材料已成功地应用于国防和民用工业领域，有些新材料的研究居国际领先水平，为我国新材料及其制备技术在21世纪初的持续发展奠定了较好的基础。
新材料及其制备技术的研究将对世界经济发展产生重大影响，其发展趋主要体现在：（1）功能材料向多功能化、集成化、小型化和智能化方向发展；（2）结构材料向高性能化、复合化、功能化和低成本化方向发展；（3）薄膜和低维材料研帛发展迅速，生物医用材料异军突起；（4）新材料制品的精加工技术和近净形成形技术受到高度重视；
（5）材料及其制品与生态环境的协调性倍受重视，以满足社会可持续发展的要求；（6）材料的制备及评价表征技术日受重视，材料制备与评价表征新技术、新装备不断涌现；（7）材料在不同层次（微观、介观和宏观）上的设计发展迅速，已成为发展新材料的重要基础。
综上所述，当今新材料及其制备技术的发展趋势具有以下几个特点：
（1）新材料技术是现代工业和高技术发展中的共性关键技术，材料科学技术已成为当代和下世纪初最重要的、发展最快的科学技术之一。信息、能源、农业和先进制造等技术领域的发展都离不开新材料及其制备技术的发展；
（2）综合利用现代先进科学技术成就，多学科交叉，知识密集，导臻新材料及其制备技术的投资强度大、更新换代快，经济效益和社会效益巨大；
（3）新材料的制备和质量的提高更加依赖于新技术、新工艺的发展和精确的检测控制技术的应用。对制备技术的重视与投入直线上升，极大地加速了基础材料的发展和传统产业的改造。
（4）对材料基础性、先导性的认识已形成共识。材料的研帛和发展既要与器件的研帛密切配合，又要注意到自身的系统性和超前性，这样才有利于材料实现跨跃发展。新材料技术前沿研究领域
进入20世纪90年代以来，材料科学技术的发展异常迅速。材料科学与生命科学、信息科学、认知科学、环境科学等共同构成了当代科学技术的前沿。展望21世纪，基于物理、化学、数学等自然科学与电子、化工、冶金等工程技术最新成就的材料科学技术前沿主要如下： 微电子材料 主要是大真径（400mm）硅单晶及片材技术，大直径（200mm）硅片外延技术，150mmGaAs和100mmInP晶片及其以它们为基的III－V族半导体超晶格、量子阱异质结构材料制备技术，GeSi合金和宽禁带半导体材料等。
新型光子材料 主要是大直径、高光学质量人工晶体制备技术和有机、无机新型非线性光学晶体探索，大功离半导体激光光纤模块及全固态（可调谐）激光技术，有机、无机超高亮度红、绿、兰之基色材料及应用技术，新型红外、兰、紫半导体激光材料以及新型光探测和光存储材料等。
稀土功能材料 主要是高纯稀土材料的制备技术，超高磁能稀土永磁材料大规模生产先进技术，高性能稀土储氢材料及相关技术。
生物医用材料 高可靠性植入人体内的生物活性材料合成关键技术，生物相容材料，如组织器字替代材料，人造血液，人造皮和透析膜技术，以及生物新材料制品性能、质量的在线监测和评价技术。
先进复合材料 主要是复合材料低成本制备技术，复合材料的界面控制与优化技术，不同尺度不同结构异质材料复合新技术。
新型金属材料 主要是交通运输用轻质高强材料，能源动力用高温耐蚀材料，新型有序金属间化合物的脆性控制与韧化技术以及高可靠性生产制造技术。
先进陶瓷材料 主要是信息功能陶瓷的多功能化及系统集成技术，高性能陶瓷薄膜、异质薄膜的制备、集成与微加工技术，结构陶瓷及其复合材料的补强、韧化技术，先进陶瓷的低成本、高可靠性、批量化制备技术。
高温超导材料 主要是高温超导体材料（准单晶和织构材料）批量生产技术，可实用化高温超导薄膜及异质结构薄膜制备、集成和微加工技术研究开发等。
环境材料 主要是材料的环境协调性评价技术，材料的延寿、再生与综合利用新技术，降低材料生产资源和能源消耗新技术。纳米材料及技术 主要是纳米材料制备与应用关键技术，固态量了器件的制备及纳米加工技术。
智能材料 主要是智能材料与智能系统的设计、制备及应用技术。
材料的制备与评价技术 主要是材料精密制备、近净形成形技术与智能加工技术，材料表面改性技术的低成本化途径与批量生产技术，材料微观结构的模型化技术、智能化控制及动态实时监测分析技术，不同层次的设计、性能预测和评价表征新技术。
3扫描电子显微镜在材料检测分析中的应用
a．断口分析
材料断口的微观形貌往往与其化学成分、显微组织、制造工艺及服役条件存在密切联系，所以断口形貌的确定对分析断裂原因常常具有决定性作用。b.金相组织观察与分析
在多相结构材料中，特别是在某些共晶材料和复合材料的显微组织和分析方面，由于可以猎助于扫描电镜景深大的特点，所以完全可以采用深浸蚀的方法，把基体相溶去一定的深度，使得欲观察和研究的相显露出来，这样就可以在扫描电镜下观察到该相的三维立体的形态，这是光学显微镜和透射电镜无法做到的。c．断裂过程的动态研究
有的型号的扫描电镜带有较大拉力的拉伸台装置，这就为研究断裂过程的动态过程提供了很大的方便。在试样拉伸的同时既可以直接观察裂纹的萌生及扩展与材料显微组织之间的关系，又可以连续记录下来，为科学研究提供最直接的证据。
d．表面化学成分分析
扫描电镜附带功能可以增加能谱（ＥＤＳ），可以对断口表面异常部位或不清楚的异物进行表面化学成分测试，帮助分析和判断异物情况，测试的结果是定性测量，相对于ＩＣＰ之类定量测试的设备误差较大。e．景深大
扫描的电镜的景深大，比一般的光学放大镜有独特的优点，可以对不同高度层次位置同时取照，拍摄一些立体感比较强的样品图片，例如电路板焊锡状况检查，划痕的深度等。
f．样品制备
对导电性材料来说，除了几何尺寸和重量外几乎没有任何要求，尺寸和重量对不同型号的扫描电镜的样品室也有不同的要求。对于导电性较差或绝缘的样品若采用常规扫描电镜来观察，则必须通过喷镀金、银等重金属或碳真空蒸镀等手段进行导电性处理。所有的样品均必须无油污，无腐蚀等，以免对镜筒和探测器的污染。
4.Ｘ射线的应用——衍射检测残余应力
定量分析轴承和内燃机喷射器部件中的残余奥氏体
检测输片惰性轮中的残余应力
检测汽车发动机部件的残余应力（凸轮轴、连杆、发动机轴、均衡器）
检测由于全回火引起的残余应力（家用电器、结构部件）
检测气体传导时所存在的工作压力
检测大幅度拉伸结构件中的工作应力
通过检测应力来测量工件喷丸和轧制的效率
检测铸件的残余应力（机械工具铸铁件和汽车铸铝部件）
检测焊接引起的应力（激光和电焊）
研究铝合金汽车轮廓中的残余应力和应力阻抗的关系
优化切削去除的工作参数以提高机械部件的应力阻抗
检测螺旋式和叶式弹簧的残余应力
研究加上工作载荷后的临界区域（武器和航空）
最新便携式X射线衍射系统，可以分析残余应力和计算残余奥氏体含量。
生产过程中，工件在经热处理、机械加工、焊接、表面处理等工序处理时就会产生残余应力。这类应力会永久的影响工件抗力，尤其在有应变的情况下，它往往导致工件的断裂，这种断裂原因用冶金学无法解释。
残余应力的分析越来越重要。焊接工件、齿轮、喷丸或喷砂工件，以及工件进行热处理或其它工序时，都可以借助X射线衍射进行控制和监督。减少数据收集时间是进一步的要求，这款仪器已具备这样的功能。
金属中的应力测量是根据原子面间距大小反映应力大小的原理来实现的。通过X射线在分析部位的衍射来测量原子面间距。
即使残余奥是体含量很低（5%）也能导致工件变形而使其不能使用。例如：内燃发动机的喷射器销、球轴承沟槽。测定它们的存在，可以改进热处理工艺。
7.炭素材料的研究热点和发展趋势 篇七
炭素材料, 顾名思义其主要成分是由碳元素组成, 在材料构成过程中可以有多种形式, 每种形式的炭素材料其整体构成要素不同, 所表现出来的结构形式、性能也是有所不同的。就目前发展而言, 主要有s P型 (卡宾碳) 、s P2型 (石墨、富勒烯、碳纳米管等) 和s P3型 (金刚石及脂肪碳) 三种。但是在实际炭素材料中, 以上这三种形式并不多见, 单一的存在方式很少, 很多材料都混合加入了一些其他的材料, 以便更好的运用于实际生活之中, 如为了增加其导电性能, 就在材料中增加了绝缘导体, 一些材料为了增加其硬度也在材料中增加了比较坚硬的硬性物质-金刚石。随着可持续发展、节约能源概念的提出, 对传统的炭素材料的性能及使用也提出了更高的要求, 现比较常见的就是多孔碳材料使用最多, 它能有效的改善对环境的影响, 也是炭素材料目前研究的重点材料。从炭素研究重点来看, 除了多孔碳材料外, 还有纳米碳材料和含碳复合材料, 构成了当今炭素材料研究领域的重点。
2 炭素材料的三大研究热点
2.1 多孔碳材料
多孔碳材料, 从能源角度出发, 它主要应用于双电层电容器的电极材料和清洁能源中, 是清洁能源氢气和天然气存储的主要载体。前者是利用外界电压对金属离子产生作用来完成存储功能, 这种方法可以有效的通过电压将其转化电化学的方式, 极大的延长了其循环使用的寿命, 具有很好的发展前景。后者就利用多孔原理将其气体很好的吸附在能源物质上来加以存储, 这种方法尤其是在常温下, 能充分发挥存储的功能, 实现其环境存储, 就这一点而言, 是任何材料无可比拟的。
2.2 纳米碳材料
自富勒烯出现以来, 研究学者就将其与纳米碳管联系在一起, 不断对其研究, 其中也包括储氢性能、电化学性能、场发射性能和填充增强性能等。通过研究发现, 这种结合材料使其具有了一些传统所不具备的性质-场发射性能。对于这类的研究还需要进一步去关注。就目前而言, 研究最多的则是纳米碳材料的提取及净化, 主要原理则是利用酸和氧化的方式进行处理, 例如利用金属催化剂可被酸刻蚀的特性将催化剂颗粒除去, 利用不同类型纳米碳管抗氧化能力的不同对其进行氧化处理, 得到单一类型的纳米碳管。纳米碳管的应用研究包括用作电子器件、电极材料、催化剂载体、填充物、气体传感器、气体存储、贵金属提取吸附剂等列。由上述可知, 这种材料的使用将越来越广, 尤其是在能源日益紧张的情况下, 它能充分发挥其效用, 得到极大的重视。
2.3 复合材料
在复合材料的研究中, 其抗氧化性能的研究最多, 与炭素材料本身的特性及在复合材料中的氧化性的要求从某种程度上说是一致的。炭素材料虽然具有一定的抗氧化能力, 但随着环境温度的提高和抗氧化强度的提高, 炭素材料的烧蚀率明显提高。作为炭素材料的烧蚀, 其机械性能将逐渐变差, 缩短其使用寿命。同时, 复合材料具有优异的力学性能和耐热性能, 在航空航天上得到了广泛的应用。为了解决高温下氧化烧蚀问题, 现在采取的氧化技术主要是在复合材料表面添加氧化层, 主要是对碳化硅涂层材料和复合涂层的组合物进行抗氧化剂。复合材料研究的另一重要内容是其耐磨性, 提高复合材料的使用寿命, 从而使基复合材料能成功地应用于摩擦材料的研究中。为了达到良好的结合和增强体质, 提高复合材料的综合性能, 增强表面改性处理或使用阶段的化学气相渗透复合材料的致密化加工技术, 这也是当前的重要课题。
3 炭素材料的主要研究方向
3.1 能源开发和利用
从当前炭素相关的学术论文所反映的研究内容来看, 炭素材料在能源方面的应用主要包括用作EDLC的电极材料、氢气和天然气的存储载体、燃料电池催化剂载体和双极板、锂离子二次电池的负极材料等。
目前锂离子二次电池负极材料的大规模工业化生产和电池厂规模的逐步扩大化, 也说明了锂离子二次电池负极材料的生产技术已日趋成熟。炭素材料用作能源材料的另一个重要研究方向是由燃料电池相关材料的研发所带动的。这些研究内容包括:的安全化存储、高效催化剂载体和新型碳基双极板等。以为能源的燃料电池是新一代清洁型动力电源, 目前面临的几个重要问题是:安全化存储、催化剂的高效利用和整体成本的降低。而这几个问题都可以通过对炭素材料的合理利用来加以解决, 如利用多孔碳材料储氢可以避开压缩储氢的体积大和高危险的缺点;利用纳米炭素材料作为催化剂的载体可以实现催化剂颗粒的高度分散, 从而最大限度地提高催化性能;利用碳材料制成的双极板具有抗腐蚀、易加工等特点, 如果利用一次成型技术直接模压成双极, 还可以大大降低双极板的成本。
3.2 环境治理
目前炭素材料在有关环境治理方面的应用研究极其广泛, 其中水处理方面的研究占2.6%左右, 而气相净化方面的研究占了约3.7%。环境治理使用的炭素材料仍旧为多孔碳材料, 但研究重点已偏向对多孔碳材料的改性和处理上, 对多孔碳材料的表面性质、孔径大小进行调节;在碳材料表面引入催化剂的方法实现对污染物吸附和降解的双重功能等等。
3.3 生物医用材料
由于碳材料和生物体 (包括人体) 具有良好的生物相容性, 因此碳材料成为制造生物材料的一类重要材料。由于碳材料的力学性能能够满足生物材料的要求, 因此研究重点仍旧是对生物体相容性的进一步研究或生物体中细胞、神经元等在这些材料上的发育情况的研究。随着纳米碳材料科学的发展, 生物碳材料研究的重点也有向纳米碳材料方向转移的趋势。在目前有关炭素材料用作生物材料的研究报道中, 纳米碳材料的研究占到了近55%。
4 炭素材料的基础研究
对于炭素材料领域的研究不仅仅包括对炭素形成过程中的研究分析, 还包括对各种物理作用及化学反应的研究。从某种角度来讲, 基础研究就是对于炭素形成过程的整个过程进行细致的研究分析, 依据炭素结构、性质和应用的不同, 统计出相关的数据分析, 加以研究。不能将其单独的分割出来, 这样会影响整个炭素的分析过程。
5 结束语
综上所述, 炭素材料当前的研究重点突出表现以下两大特点:第一, 炭素材料在能源开发、环境治理等方面有着不可替代的重要作用, 利用炭素材料进行新的相关要素研究逐渐被重视起来;第二, 纳米材料的逐渐成熟, 将对其他相关工业技术的发展起到一定的推动作用, 并改变原有的应用领域, 被应用到各个方面。炭素材料的研究随着科技创新的不断变化与发展, 还应不断前进, 为其更好的发展提供良好的理论基础与方法依据。
摘要：随着各种新技术的层出不穷, 对于炭素的研究也进入了一个全新的研究领域, 更了更好地推动能源的建设与发展, 使其炭素材料可以被广泛的应用于各个领域之中, 近年来, 我国对炭素材料的研究较以往而言有了很大的进步, 但与发达国家相比, 仍然存在着一定的差距, 需要不断学习和探索。文章主要针对现阶段炭素材料的发展现状进行简要的分析与总结, 并就未来发展趋势做出了详细的阐释, 仅供参考。
关键词：炭素材料,应用,热点,炭素科学
参考文献
[1]孟庆函, 李开喜, 凌立成.碳基双电层电容器的结构、机理及研究进展[J].化学通报, 2001, 11:680-685.
[2]侯鹏翔, 白朔, 成会明.纳米碳管提纯的研究进展[J].炭素技术, 2001 (4) .
8.耐磨材料的发展趋势 篇八
【关键词】水泥机械；机械磨损；材料
1.铸造耐磨材料
用于磨机衬板、隔仓板、篦板，破碎机锤头、板锤、反击板、颚板，立磨辊、盘等易损件的耐磨材料仍为铸造类的耐磨材料。
第一代耐磨材料——高锰钢。优点：韧性极好，在强冲击条件下产生加工硬化。缺点：易塑性变形，不耐磨。目前，高锰钢、合金高锰钢及超高锰钢仅限用于大型破碎机锤头、板锤、反击板、篦板、颚式破碎机颚板及圆锥破内外锥等易损件。
第二代耐磨材料——镍硬铸铁。优点：硬度高，耐磨性好。缺点：脆性较大，应用范围小。目前，仅有部分立磨辊采用镍硬铸铁，其它应用很少。
第三代耐磨材料——高铬铸铁和各类合金钢。高铬铸铁优点：硬度高，耐磨性好，韧性比镍硬铸铁大幅度提高。缺点：在高冲击条件下，韧性仍嫌不足。合金钢优点：可通过调整含碳量、加入不同含量的合金元素及相应的热处理工艺，获得宽范围的硬度与韧性相匹配的综合机械性能，应用范围更广。
2.典型易损件耐磨材料的选择
2.1锤式破碎机锤头
（1）磨损机理：当物料与高速旋转的锤头撞击时，物料尖角压入锤面，形成撞击坑，其冲击力全部转为对锤面的压应力，此时锤头属于冲击凿削磨损。当物料以一定角度撞击锤头或锤头与篦板相互搓磨时，冲击力分解为平行锤面的切向应力，对锤头表面进行切削，形成一道道切削沟槽，则为切削冲刷磨损。
（2）影响锤头使用寿命的因素锤头的磨损情况与诸多因素有关，如：物料性质（入机粒度、种类、硬度、水分、温度等）、锤头线速度、篦板篦缝的大小等，会有相当大的差异。合理选材十分重要。
（3）锤头材料的选择大型破碎机、进料粒度>400mm、单重 50-125 kg以上的大锤头，因为受冲击力大，应该使用安全为前提，主要选择高韧性的超高锰合金钢，也可选用合金化高锰钢。中小型破碎机、入料粒度<200mm、单重50kg以下的锤头，受冲击力相对较小，普通高锰钢加工硬化能力不能充分发挥，因而不耐磨，应该选择含碳量为上限的合金高锰钢或中低碳合金钢。小型破碎机、入料粒度<50mm、单重15kg以下的锤头，受冲击力更小，不适宜选用高锰钢，可选择中碳中合金钢，更适宜选用复合铸造锤头。锤头顶部采用高铬铸铁，锤柄用35#钢或低合金钢，两种材料分别发挥各自的特点。入料粒度<100mm 的细碎机锤头，受冲击力适中，应选用高韧性超高铬铸铁，硬度>HRC60，冲击韧性>ak8J/cm2，使用寿命可比高锰钢提高3～5倍。破碎旋窑熟料或高硬度矿物的细碎机，高韧性超高铬铸铁的硬度不能无限度提高，应选择硬质合金与超高铬铸铁、结构钢组合的“三合一”组合锤头。钴基硬质合金的硬度高达HRC70以上，抵抗高硬度物料的磨损效果最好，使整体锤头的使用寿命大幅度提高。例如：产量100t/h的PCX100型细碎机中一付组合锤头可破碎熟料15万吨。5.2单段锤破大锤头用于破碎500～1500mm大块石料的单段锤式破碎机，锤头单重80-220kg。因承受的冲击力太大，锤头材质有如下5种选择。就作者的经验，因石灰石的性质差异太大，目前尚不能确认哪种方案最好，只能通过对比使用后合理选择。
1）合金高锰钢：在ZGMn13中加入Cr、Mo等合金。
2）超高锰钢：含Mn16%以上，并加入Cr、Mo等合金。
3）表面堆焊：高锰钢锤头工作面堆焊TM55（Mn系）、ZD3（Cr系）等，表面堆焊层硬度HRC56-62。
4）双金属铸造：Magotteaux公司头部高铬铸铁+柄部铬钼合金钢（头部：3.4%C，16%Cr，HRC≥61。柄部：0.2%C，1.9%Cr）。
5）合金高锰钢头部镶铸硬质合金块。
2.2立磨辊
（1）中小型磨辊：高铬铸铁整体铸造，HRC62-64。镍硬铸铁Ⅳ整体铸造，HRC58-64。
（2）大型磨辊：上述两种材质分块铸造。
（3）表面堆焊：碳钢堆焊新辊和旧辊修复。
（4）双金属复合磨辊——DUOCAST
3.降低水泥生产成本及保证措施
众所周知，提高水泥中的混合材掺量，可大幅度降低水泥的成本，根据目前本公司实际情况，为了降低水泥生产成本，特制定保证措施如下：
3.1提高熟料强度，增加水泥混合材掺量
采取优化生料配料方案，稳定生料成分，加强窑的煅烧等措施，提高熟料强度，从而达到提高水泥中混合材掺量的目的。
3.2改善水泥颗粒分布，提高水泥混合材掺量
优化磨机球锻级配，改善出磨水泥的颗粒分布，以达到提高水泥强度或增加混合材掺量的目的。
3.3降低出磨水泥细度，提高水泥强度，提高水泥混合材掺量
目前本厂出磨水泥细度控制偏粗（三个品种），依据各强度的检测数据，水泥细度可降低0.5～1.0%，从而提高水泥强度，提高水泥混合材掺量。
3.4建议添加外加剂，提高水泥混合材掺量
水泥中混合材掺量高，水泥后期强度不低，主要是早期强度下降，从而限制了混合材掺量的提高，采用早强剂，提高了水泥的早期强度，即可提高水泥的混合材掺量。
3.5建议增加助磨剂，提高粉磨效果，以达到提高水泥强度或增加混合材掺量的目的。
3.6加强化验室生产质量控制，根据实际生产质量情况，及时调整配料方案。
3.7加强化验室人员的操作技能，具体措施如下：
（1）定期对操作人员进行岗位培训学习。
（2）严格按照国家标准规定要求，与省质检部门进行对比试验。
（3）制定抽查对比制度，加强对各岗位人员的抽查对比工作。
（4）不定期举办对操作人员的岗位技能比武，奖励并表彰优秀员工。
（5）多统计、多总结生产数据，从中找出规律。根据本地实际情况，及时调整水泥质量控制指标，优化水泥配料方案，多做小磨实验，积极需找代用材料，优化水泥性能，降低生产成本。
4.结束语
我国的耐磨钢铁件（耐磨材料）产业近20年来飞速发展，有目共睹，成绩斐然，相关的行业组织已就技术和产业的发展组织召开了10届全国耐磨材料大会，总结了许多成功的经验。但在整个行业即将再上一个台阶的历史转折点上，我们的企业须有清醒的认识，在管理上真正实施IS09000，并足够重视产品和技术开发以及引进技术的消化吸收，加强员工队伍的培训，提高生产和检测装备仪器的水平，我们相信不久的将来我国将由耐磨材料大国成为耐磨材料强国。
【参考文献】
[1]魏建军，潘健，黄智泉，许健，王欣，张永生.耐磨堆焊材料在我国水泥工业中的应用[J].中国表面工程，2006（03）.
[2]杨庆祥，吴浩泉，张明，郭景海.60CrMnMo钢中稀土夹杂物生成的热力学分析[J].燕山大学学报，1994（03）.
[3]王清宝，王智慧，李世敏.Fe-Cr-C系高碳耐磨堆焊合金组织及性能[J].焊接学报，2004（06）.
[4]王宝森.超高硬度耐磨抗裂堆焊材料的强韧化研究[D].天津大学，2004.
【耐磨材料的发展趋势】推荐阅读：
航空航天材料的发展09-05
日本在材料科技领域的发展08-16
稀土材料发展的新动向08-23
建筑材料的发展状况09-27
关于发展对象***同志的综合考察材料08-18
耐火材料的概念和发展现状07-14
人才发展交流材料10-10
专业发展学校汇报材料07-24
发展对象综合考察材料09-29