时间：2023-12-02 15:55:02
导语：在粉末冶金新技术的撰写旅程中，学习并吸收他人佳作的精髓是一条宝贵的路径，好期刊汇集了九篇优秀范文，愿这些内容能够启发您的创作灵感，引领您探索更多的创作可能。
关键词：粉末冶金；发展；探究
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.06.011
1 粉末冶金的起源c概述
1.1 粉末冶金的起源
在1930年代，螺旋磨削后还原铁粉，因此铁粉和碳粉制成的铁基粉末冶金方法的机械零件获得快速发展。 第二次世界大战后，粉末冶金技术就得到了快速发展，新的生产技术和技术设备，许多新材料和产品可以衍生出一些特殊材料的制造领域，成为现代工业的重要组成部分。
1.2 粉末冶金的概述
粉末冶金是一项能将金属粉末或金属粉末（或金属粉末和非金属粉末的混合物）作为原料烧结，制造出金属材料、复合材料以及各种类型的产品技术。粉末冶金方法和生产陶瓷有相似的地方，都是粉末烧结技术的一部分，因此，一系列粉末冶金新技术也可用于陶瓷材料的制备。由于粉末冶金技术的优点，它已成为解决问题的关键性新材料，在整个工程系统领域的发展中发挥关键作用。但是从定义上说粉末冶金产品往往是远超出了材料和冶金的范围，通常跨越多个学科（材料、冶金、机械、力学等）的技术。特别是现代金属粉末3 d打印技术，集机械工程、AUTOCAD、逆向工程技术，分层制造技术、数控技术、材料科学、激光技术共同与粉末冶金产品技术进入一个更全面的现代技术的学科。
2 我国粉末冶金面临的技术难题
我国冶金技术目前的困难，是如何积极培育自己的核心竞争力的团队已成为国家和企业急需的解决问题。我们都知道汽车零部件核心技术的价值所在，高价值主要包括：发动机进排气阀，发动机连杆，传动齿轮同步器锥环和泵在主从动齿轮等等。在这些零部件中，主流技术，粉末冶金技术。如：连杆是发动机的重要部件之一，许多进口车型的绘图规则都有连杆疲劳试验载荷，而且载荷下的载荷疲劳循环次数每年超过500多万次。而国产汽车发动机连杆锻造钢连杆和连杆疲劳铸造用途大多数次大于500000周以上是比较困难的，因为汽车钢部件的连杆没有切割，微小缺陷对连杆的疲劳寿命影响较大。国外主流主要采用粉末锻造，如：别克汽车，德国的宝马，GNK公司制造的连杆甚至达到了1041MPa的抗拉强度。因此，要培养自己的核心竞争力，首先必须加强对粉末冶金技术的发展，加强国内零部件的竞争力，从技术薄弱为突破点。
3 粉末冶金在我国工业家族中的布局与现状
3.1 布局
根据中国粉末冶金协会的统计数据，34家企业有国内大中型粉末冶金生产（占全国64%），53家企业数量累计产量长期53家企业生产比重高达85% ，大多数都是粉末冶金部件制造商有34家公司专注于进行改革发展。 在过去十年中，我国受益于汽车生产的增长，汽车用粉末冶金零件的需求也呈现快速增长的局面。 未来，除了汽车工业本身的成长，粉末冶金部件的需求也将从双重替代进口替代和加工零件更换中受益，粉末冶金用量将得到明显改善，保护传统粉末冶金汽车备件的需求将保持稳定增长。自2008年以来，从行业发展趋势，由于价格优势，世界粉末冶金生产焦点逐渐转向中国，日本的生产，有明显的下降。根据中国粉末冶金协会在34家粉末冶金企业生产基地，2009/2010/2011粉末冶金自行车用量分别为3.1 / 3.6 / 3.76 kg / m，消费增长趋势明显，2011年略有下降，2012年并恢复到3.71 kg / m的水平。行业信息网络认为，考虑到车辆节能，产品轻便和精确的吸引力，随着中国粉末冶金生产企业的未来规模大，技术加强的成本优势仍强，进口替代粉末冶金零件在需求增长的趋势下将继续发生。
3.2 现状
根据中国研究结果，2017年我国粉末冶金产品的平均自行车用量至少为8公斤，这个差异不从国外计算粉末冶金用量（进口或部分装配件）的发动机，这部分进口替代需求构成了粉末冶金部件未来需求增长的一部分。我们保守估计，未来车辆本地化的粉末冶金的更换率约为自行车用量的7% - 9%。研究及相关原材料，辅助材料，各种粉末制备，烧结设备制造设备的生产。 产品包括轴承，齿轮，硬质合金刀具，模具，摩擦产品等。 军事企业，采用粉末冶金技术生产铠装穿刺鱼雷，制动副坦克等飞机的重型武器装备。 粉末冶金汽车零部件近年来已成为粉末冶金工业在中国最大的市场，约60%的汽车零件用于粉末冶金零件。
4 粉末冶金在我国的发展前景
4.1 发展
粉末冶金工业在中国已经有近十几年的快速发展，但与国外工业仍存在差距如：企业规模小，经济效益远，与国外企业长距离。 各种产品交叉，企业竞争激烈。况且大多数企业缺乏技术支持，研发能力，产品规模低，难以与国外竞争。加工设备及配套设施落后。产品的出口贸易渠道常被限制。
4.2 前景
随着中国加入了世界贸易组织，上述问题已显著经改善，因为加入世界贸易组织后，国际市场将逐渐使粉末冶金市场将进一步得到扩大的机会。与此同时，越来越多的企业在引入粉末冶金和相关技术水平的外国资本和技术，我国冶金项目有就是这样得到改善和发展的。依据目前的数据，我国的粉末冶金零件与各项产值超过55.1亿人民币，占全球市场份额非常的小，根据我国国粉末冶金制造业在2014年和2018年生产报告和销售记录预测出转型的升级空间等。中国粉末冶金行业中的54家企业协会统计，2013年我国粉末冶金零部件的生产总值实现了主营业务收入484.11亿元，增长40左右同比增长了2个百分点，利润为7.6亿元人民币，是去年同期的两倍左右。在生产粉末冶金零部件行业里头实现了工业产值突破了57亿多元人民币，其中新产品的产值达到了7.3亿RMB，新产品（新产品输出/工业产值）所占比例为14.4%。且行业销售产值达到57.73亿元RMB，其中出口价值8.28亿元RMB，出付价值/工业销售价值的21.62%。从生产规模和销售规模分析，根据中国粉末冶金协会的统计数据显示，2017年中国粉末冶金零部件的行业产量2.61142亿吨，增长49.31%；销售了182万吨左右，增长63.75%。先后通过引进了国外的先进技术和自主发展创新，在我国粉末冶金工业的新技术的表现和快速发展的趋势下，在各种我国的机械通用零部件行业里，粉末冶金行业是这一年增长和发展得最快的一个产业，我国家的GDP增长率是36.12%。当下全球制造业迅速转移到中国的步伐正在加速，各种汽车工业和高科技产业的快速发展都离不开粉末冶金的各项技术，因此。粉末冶金行业的发展给各种行业的发展带来了一个个有利的机会和良好的市场空间。所以，我国将粉末冶金产业列为了我国优先发展的行业，并鼓励外企和投资公司对其进行大力发展。
5 结束语
粉末冶金工业是机械工业在重要零部件制造中的基础。 近年来，中国自行发展通过不断引进国外先进技术和创新，粉末冶金工业和技术在中国的组合显示出了快速发展的趋势，是中国机械通用部件行业增长最快的行业之一。 在中国经济的快速发展中，特别是在中国汽车工业发展势头强劲的推动下，中国粉末冶金行业增长强劲。 粉末冶金汽车配件占45%以上，粉末冶金汽车配件成为中国粉末冶金行业最大的市场。
参考文献：
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[3]殷瑞钰.高效率、低成本洁净钢“制造平台”集成技术及其动态运行[J].钢铁，2012（01）.
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新材料是指新出现或正在发展中的、具有传统材料所不具有的优异性能的材料。与传统材料相比，新材料产业技术高度密集、更新换代快、研究与开发投入高、保密性强、产品的附加值高、生产与市场具有强烈的国际性、产品的质量与特定性能在市场中具有决定作用。
综观全世界，新材料产业已经渗透到国民经济、国防建设和社会生活的各个领域，支撑着一大批高新技术产业的发展，对国民经济的发展具有举足轻重的作用，成为各个国家抢占未来经济发展制高点的重要领域，其研发水平及产业化规模已成为衡量一个国家经济发展、科技进步和国防实力的重要标志。
现今世界上各种新材料市场规模每年已超过4000多亿元，由新材料研究产生的新技术和由新技术制成的新产品则有着更大的市场。
随着我国社会经济持续快速发展，特别是城市化、工业化进程的加快，新材料的应用领域将进一步拓宽，产业波及效应逐步提高，新材料产业的发展前景非常广阔。国家为促进新材料产业发展，先后出台了多种优惠政策，并给予了大力支持。
长治市具有先天的资源优势。白云岩、镁、铝、铁等矿产储量非常丰富，仅黎城县已探明的铁矿储量就有7000万吨，远景储量在1亿吨以上，全铁品位达30.6％，磁性铁平均品位22.79％，矿石主要成分国内稀有，被专家称为“黑色金子”，经北京科技大学和长沙矿冶研究院检测表明，各种元素含量均符合生产超纯精矿粉要求，是目前国内最好的粉末冶金原料。
经过多年的发展，长治的新材料产业已有建设的基础。其中镁及镁合金材料、纳米材料、新型纺织材料、钕铁硼永磁材料、铸造用环保材料已顺利启动，粉末冶金材料、精密工程结构陶瓷材料已具有相当规模。
着眼新材料发展要求，围绕新材料循环经济产业链发展，长治重点建设“以长治钢铁集团H型建筑钢、常平集团高速线材为龙头的铁矿－炼铁－钢材－高炉煤气余热发电和冶金矿渣综合利用－材链”、“以黎城粉末冶金、亚瑞粉末冶金、华特公司钕铁硼永磁材料为龙头的铁矿石－精矿粉－粉末冶金－压铸件和磁性材料链”、“以武乡同翔镁业、晋王镁业、潞城大祥金属镁为龙头的白云石－镁－镁合金链”、“以霍家工业公司等为龙头的石灰石－电石乙炔－PVC链”、“以开发硅矿－工业硅－多晶硅一单晶硅链”五大循环经济产业链，并逐渐成为长治新的重要经济增长点。
铁－钢－材－特种钢材产业链。重点推动以长钢为龙头的6+1方案的钢铁企业联合重组，联合建设1080高炉，加快长钢中型H型钢、长信150万吨新线、常平100万吨高线、兴宝线材等优势产品的建设和生产。并支持高炉煤气、余热、余压发电、污水回收利用和冶金渣综合利用项目配套建设，推广炼铁、转炉炼钢煤气作燃料和喷吹煤技术，形成冶金循环产业链。
矿石－精矿粉－粉末冶金－压铸件产业链。重点围绕黎城古寺头40万铁矿、黎城粉末冶金10万吨还原铁粉、沁县亚华20万吨还原铁、开发区福万达1万吨粉末冶金零部件和平顺亿通10万吨铸件项目建设。
硅矿－化学级工业硅－多晶硅－单晶硅－太阳能电池产业链。依托平顺、黎城丰富优质的硅矿资源，以潞安集团、天顺达公司为实施主体，建设山西潞安多晶硅项目，依托天脊集团建设5万吨级甲基氯硅烷等有机硅单体项目，抓好高新区高纯硅工业研发中心建设，形成以平顺、黎城硅矿资源地的工业硅园、潞安集团东古电化工的多晶硅园、高新区集研发、生产太阳能电池件系列的光伏工程园以及潞城店上有机硅材料园等四个工业园区。
白云石－镁－镁合金－制品链。重点支持郊区润德镁制造有限公司镁铝合金型材、武乡镁业有限公司2万吨扩能改造、山西华宝集团利用焦炉煤气建设1.2万吨镁及镁合金等项目建设。
石灰石－水泥熟料粉煤灰(矿渣)水泥－水泥制品链。加快推广新型干法水泥生产技术，扶持日产4500吨以上的新型干法水泥生产线和60万吨以上的水泥粉磨站项目。重点扶持华泰水泥熟料有限公司100万吨水泥粉磨站、75万吨水泥熟料生产线二期、黎城上海国大集团两条日产4500吨水泥生产线、沁源康厦公司60万吨粉煤灰水泥等项目。
钢铁龙头企业长钢的固体废弃物主要有尾矿、高炉渣、钢渣、粉煤灰、含铁尘泥(灰)等，过去废弃堆积，成了名副其实的垃圾和污染源。近年来，通过发展循环经济，延长产业链，这些昔日的“垃圾”已成为当前宝贵生产资源。对高炉渣，采用INBA水渣处水处理系统处理，通过建设120万t／a矿渣水泥生产线，每年利用水渣44万吨、煤矸石8－5万吨。对炼钢尾渣，则通过钢渣加工业三种方式再利用：建设制砖生产线；冶金渣微粉项目基地：用钢渣做路基回填料。
襄煤集团不仅是长治煤电循环链的龙头企业，更是新材料产业循环链的示范性企业。在该集团总投资24－8亿元人民币，年产能60万吨聚氯乙烯树脂项目的建设工地，记者看到一派热火朝天的繁忙景象，成套的设备已经整齐的排列在广场，工人们正在紧张地搬运机械、安装设备，整个工程已进入最后的冲刺阶段。
集团安矿长介绍说，该项目由天津渤海集团化工规划设计院设计，工程采用先进的离子膜电解工艺、塔式气提脱析氯乙烯技术、70立方米聚合釜等温密闭进料技术、自动化控制技术，项目不仅符合国家产业政策，而且生产工艺全国领先。
当前一期投资9－98亿元，建设年产聚氯乙烯20万吨、年产离子膜烧碱20万吨，再过些天，这里就可以投入试车生产，届时煤炭生产的下游产品和一些废料就可转化为洁白如玉的聚氯乙烯。项目完成后，年可实现销售收入16亿元，利税3－5亿元，并使企业形成以“原煤－精煤－发电－冶炼－化工－建材”为主的新型产业链条。
由于襄煤集团已在煤炭下游建成了电石、发电企业，而且生产聚氯乙烯的蒸汽也可由企业自给，该项目具有明显的成本比较优势，也成为襄煤集团实现产业升级的重点项目，并被列为山西省产业结构调整的重点工程项目。通过建设循环经济体系，园区形成大循环，公司形成小循环，建设成一个循环经济工业园区，襄垣煤矿集团取得良好的经济效益、社会效益和生态效益。
我国发展新材料产业的资源条件优越、需求旺盛，长治坚持体制创新与科技创新的方针，在继续加大政府支持力度的基础上，建立以企业为主体的研发与生产模式，加强产学研联合，重视人才培养，建立健全有效的激励约束机制，积极推进新材料领域科技成果产业化，长治未来新材料产业必将得到快速发展。
长治新材料产业发展规划
加强五大循环经济产业链建设，扩大粉末冶金生产规模，引导企业向附加值高的下游产品粉末冶金零部件行业发展，建设全国重要的粉末冶金零部件生产基地。
【关键词】激光焊接焊接特性 应用
中图分类号：E933.43文献标识码：A 文章编号：
激光焊接技术是集激光技术、焊接技术、自动化技术、材料技术、机械制造技术及产品设计为一体的综合技术。激光焊以其高能量密度、深穿透、高精度、适应性强等优点，在工业中充分发挥了其先进、快速、灵活的加工特点，不仅在生产率方面高于传统焊接方法，而且焊接质量也得到了显著的提高。激光焊接技术发展到今天，其逐步取代电弧焊、电阻焊等传统焊接方法的趋势已不可逆转。在21世纪中，激光焊接技术在材料连接领域必将起到至关重要的作用。
一、激光焊接的基本特征
1、激光焊接属非接触加工，与接触焊工艺相比，无电极、工具等的磨损消耗，不需对工件加压和进行表面处理，无加工噪声，对环境无污染。
2、焊点小、能量密度高、适合于高速焊接加工，在高功率器件焊接时，深宽比可达5：1，最高可达10：1。
3、焊接时间短，既对外界无热影响，又对材料本身的热变形及热影响区小，尤其适合焊接高熔点、高硬度的特种材料。
4、焊接时无需屏蔽或真空环境，能在室温或特殊条件下进行焊接，焊接设备装置简单。
5、激光焊缝力学性能好，力学性强于母材。焊缝强度高、焊接速度快、焊缝窄且表面状态好，免去焊后清理等工作。
6、极适合于精密件、箱体件和有密封要求焊接件的加工。
7、对带绝缘层的导体可直接进行焊接，对性能相差较大的异种金属也可焊接，实现自动化。可焊接难熔材料如钛、石英等，效果良好。
8、通过光纤实现远距离、可焊接难以接近的部位，实施非接触远距离焊接；光束易于控制、焊接定位精确，很容易搭载到自动机、机器人装置上。
二、常见金属材料的激光焊接特性
激光焊接适用于多种材料的焊接，激光的高功率密度及高焊接速度，使得激光焊缝、热影响区都很小。掌握好一些变化规律，就可以根据对焊缝组织的不同要求来调整焊缝的化学成分，通过控制焊接条件来获得最佳的焊缝性能。
1、碳钢
低碳钢和低合金钢都具有教好的焊接性，但是采用激光焊接时，材料的含碳量（碳当量）不应高于0.25%。对于碳当量超过0.3%的材料，焊接冷裂纹倾向会加大，设计中考虑到焊缝的一定收缩量，有利于降低焊缝和热影响区的残余应力和裂纹倾向。
碳当量大于0.3%的材料和碳当量小雨0.3%的材料在一起焊接时，采用偏置焊缝形式有利于限制马氏体的转变，减少裂纹的产生。材料碳当量超过0.3%时，减小淬火速度也可以减小裂纹倾向。
表面经过渗碳处理的钢由于其表面的含碳量较高，极易在渗碳层产生凝固裂纹，通常不适用激光焊接。
2、不锈钢
奥氏体不锈钢的导热系数只有碳钢的1/3，吸收率比碳钢高。因此，奥氏体不锈钢可获得比普通碳钢深一点的焊接熔深。激光焊接热输入量小，焊接速度高，非常适合于Ni-Cr系列不锈钢的焊接。
马氏体不锈钢的焊接性差，焊接接头通常硬而脆，并由冷裂纹倾向。在焊接含碳量大于0.1%的不锈钢时，预热和回火可以降低冷裂纹和脆裂倾向。
铁素体不锈钢，激光焊接通常比其他焊接方法容易焊接。
3、铜、铝及其合金
紫铜对CO2激光的反射率很高，但对YAG激的反射率很低，所以用激光焊接紫铜还是有可能的。另外，可以通过表面处理来提高材料对激光的吸收。
黄铜的不可焊性是因为其锌的含量超出了激光焊接允许的范围，锌有相对较低的熔点，容易汽化，会导致大量的焊接缺陷如气孔产生。
由于铝合金的发射较高和导热系数很高，铝合金的激光焊接需要相对较高的能量密度。但是，许多铝合金中有易挥发的元素，如硅、镁等，焊缝中都有很多气孔。而激光焊接纯铝时不存在以上问题。
三、激光技术在焊接中的具体应用
目前激光焊应用领域逐渐扩大，主要应用于: 制造业应用、粉末冶金领域、汽车工业、电子工业、生物医学、航空航天工业、造船工业。
1、制造业应用
激光拼焊(Tailored Bland Laser Welding)技术在国外轿车制造中得到广泛的应用。据统计，2000年全球范围内剪裁坯板激光拼焊生产线超过100条,年产轿车构件拼焊坯板7000万件，并继续以较高的速度增长。国内生产的引进车型Passat，Buick，Audi等也采用了一些剪裁坯板结构。
2、粉末冶金领域
由于粉末冶金材料具有特殊的性能和制造优点，在某些领域如汽车、飞机、工具刃具制造业中正在取代传统的冶铸材料，随着粉末冶金材料的日益发展，它与其他零件的连接问题显得日益突出，使粉末冶金材料的应用受到限制。在20 世纪80年代初期，激光焊以其独特的优点进入粉末冶金材料加工领域，为粉末冶金材料的应用开辟了新的前景，采用激光焊接可以提高焊接强度以及耐高温性能。
3、汽车工业
德国奥迪、奔驰、大众、瑞典的沃尔沃等欧洲的汽车制造厂早在20世纪80 年代就率先采用激光焊接车顶、车身、侧框等钣金焊接，20世纪90年代美国通用、福特和克莱斯勒公司竟相将激光焊接引入汽车制造，尽管起步较晚，但发展很快。
激光焊接还广泛应用到变速箱齿轮、半轴、传动轴、散热器、离合器、发动机排气管、增压器轮轴及底盘等汽车部件的制造，成为汽车零部件制造的标准工艺。我国一些汽车制造厂家已经在部分新车型中采用激光焊接技术，而且从激光焊接技术本身研究的角度看，我国一些科研院所在一些具有特色的领域取得了具有特色的成果。随着我国汽车工业的快速发展, 激光焊接技术一定会在汽车制造领域取得丰硕的成果和广泛的应用。
4、电子工业
激光焊接在电子工业中,特别是微电子工业中得到了广泛的应用。在集成电路和半导体器件壳体的封装中，显示出独特的优越性。在真空器件研制中，激光焊接也得到了应用，如钼聚焦极与不锈钢支持环、快热阴极灯丝组件等。传感器或温控器中的弹性薄壁波纹片其厚度在0.05-0.1 mm，采用传统焊接方法难以解决，TIG焊容易焊穿，等离子稳定性差，影响因素多，而采用激光焊接效果很好，得到广泛的应用。
5、生物医学
生物组织的激光焊接始于20世纪70年代，Klink等用激光焊接输卵管和血管的成功焊接及显示出来的优越性，使更多研究者尝试焊接各种生物组织，并推广到其他组织的焊接。激光焊接作为一种焊接牙科合金的新技术，经过十余年的设备改进、技术更新，在口腔修复领域的应用日趋成熟。
6、航空航天工业
美国在20世纪70年代初的航空、航天工业中即已利用15kW的CO2激光器针对飞机制造业中的各种材料、零部件，进行焊接试验及评估工艺的标准化。近年来，新的应用成果是铝合金飞机机身的制造，用激光焊接技术取代传统的铆钉, 从而减轻飞机机身的重量近20%，提高强度近20%。
7、造船工业
造船业是激光焊接应用的一个重要领域。造船的主要工艺是焊接。采用激光焊接的优点在于可得到高强度的焊件，从而在设计上可减小所用材料的厚度，达到轻重量、高强度的目标。
在其他行业中，激光焊接也逐渐增加，如含有线路板的塑料制品、医疗设备等均可采用激光焊接。
四、结束语
激光加工是21世纪一门发展极快的新制造技术，必将对我国传统工业的技术改造、新兴工业领域以及制造业的现代化提供先进的技术装备，在现有的激光焊接技术的基础上还应该继续对传统的焊接工艺进行技术改造，使激光焊接可以发挥出更好的优势，获得越来越广泛的应用。
参考文献：
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关键词：微波烧结 原理 进展
中图分类号：TK11文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）14-0053-03
The Principle and Development of Microwave Sintering Technology
Fang Ke；Fang Li
（School of Materials Science and Engineering，Wuhan Institute of Technology，Wuhan 430073，China）
Abstract: Microwave sintering is a new type of technology，it has great development prospect in the fields of ceramic materials and powder metallurgy etc., and it is greatly possibile to become the main method of material preparation in the new century. The technology of microwave sintering has many great advantages such as much higher speed, lower energy consuming, more safety, no pollution, and so on, so it has significant effect on the development economic and societyin our country. The origin and evolvement, the principle，unique character，equipment, research advance of the technology are reviewed in this paper.
Key words: microwave sintering；principle；development
0引言
微波烧结是指采用微波辐射来代替传统的外加热源，材料通过自身对电磁场能量的吸收（介质损耗）达到烧结温度而实现致密化的过程。二十世纪50年代美国的VonHippel在材料介质特性方面的开创性研究为将微波加热应用于材料烧结奠定了基础[1]；从60年代至90年代，各国研究人员对微波烧结原理、特点和应用等各方面开展了广泛、深入和系统的研究，积累了大量数据和经验，逐渐认识和掌握了这项新型技术，其环保、节能、高效等诸多优点激起众多材料研究人员的兴趣和研究热情，得到各国政府高度重视；90年代后期，微波烧结进入产业化阶段，美国、加拿大、德国等发达国家开始小批量生产陶瓷产品[2-4]。
1微波烧结原理
微波烧结技术是基于物质与电磁场相互作用中产生热效应的原理。当材料的基本细微结构与特定频率的电磁场耦合时，内部微观粒子响应电磁振荡，热运动加剧，材料发生介质损耗，吸收微波能转化为热能。将微波加热原理应用于传统烧结工艺，就是微波烧结。在微波烧结中，因存在电磁场作用，材料介电性能、磁性能以及导电性能等特性对烧结效果具有重要影响[5，6]。
1.1 介质材料在外加电磁场作用下，介质材料中的极性分子会受到电场力作用，从原来的随机分布状态转变为依照电场方向取向排列。高频电磁场每秒交替变换几亿次，分子排列取向周期往复改变，发生剧烈运动，电磁能不断被损耗，转化为粒子剧烈运动的动能，材料温度升高。介质材料在电磁场的作用下会产生电子极化、原子极化、偶极子转向极化和界面极化等介质极化，各类极化建立和消除的时间周期存在差异。由于电磁振荡频率很高，材料内部介质极化过程无法跟随外电场变化，极化强度矢量相对于电场强度矢量滞后一个角度，导致有电流产生，构成介质材料的耗散。在微波波段，主要是偶极子转向极化和界面极化产生的吸收电流构成材料的功率耗散 [4]。
1.2 金属材料金属导体在微波电磁场中，其内部自由电荷在电磁场作用下，会迅速向导体表面聚集。驰豫时间用来表征自由电荷响应电磁场变化的快慢。由于驰豫时间远小于电磁场振动周期，故在每周期刚开始，自由电荷就已聚集于导体表面，内部自由电荷密度为零。块体金属内部不存在自由电荷，缺少与电磁场相互作用、吸收和转化的媒介，因而无法被有效加热 [7]。但金属导体置于电磁场中，导体表面会有电流产生，存在欧姆损耗。故只要减小金属导体的宏观尺寸，使之能与微波电磁场完全耦合，就能有效实现加热和烧结 [8]。
在微波烧结中，除明显的微波热效应外，还存在一定的微波非热效应，包括活化过程速率增强、化学反应途径改变以及烧结体性能改变等。微波非热效应是微波烧结中的重要因素，使各种微粒的迁移变得更容易发生，且迁移速率提高很多，对材料致密化过程起到明显的促进作用[6,9]，具体表现就是烧结温度更低、升温速度更快、烧结时间大幅缩短。
2微波烧结特点
在传统烧结过程中，材料表面、内部和中心区域温度存在较大梯度，容易导致晶粒不均匀，内部存在较多缺陷。微波烧结依靠微波电磁场辐射透入材料内部，材料整体发生介质损耗而升温，各部分温差小，易得到均匀细晶结构，材料性能得到显著改善。与传统烧结相比，微波烧结主要有整体加热、低温快烧、无加热惯性、选择性加热等显著特点[4]。
微波烧结能耗低，效率高，比传统烧结节能80%左右，而且清洁、安全、无污染。微波烧结能得到均匀细晶显微结构，孔隙少且规则，材料具有更好的延展性和韧性，宏观性能优异[3，10]。微波烧结具有的独特优点预示其在现代材料制备行业中拥有广阔的发展空间，被广泛誉为“烧结技术的一场革命” [6]。
3微波烧结装置
3.1 烧结装置微波烧结实验装置由微波发生器（磁控管和调速管）、波导管、加热腔和微波电源组成，加热腔有谐振式和非谐振式两种，谐振式加热腔又有多模场型和单模场型两种 [3]。单模场型可形成稳定的电磁波，能量集中，适合烧结低损耗材料，但均匀场区小，无法烧结大尺寸工件；多模场型谐振腔结构简单，易得到较大区域的均匀场强，可用于烧结大尺寸、介质损耗高的材料[11、12]。为得到稳定和均匀的电磁场分布，必须对加热腔进行合理设计。
3.2 烧结工艺微波烧结的工艺参数主要有微波源功率、微波频率、烧结时间和升温速度等[1]。研究表明，在同等烧结条件下（烧结温度和保温时间），微波烧结晶粒要明显大于常规烧结，说明微波作用下晶粒生长更快、致密化过程更加迅速；温度过低会导致“欠烧”，过高或保温时间太长会引起晶粒异常长大；升温速度也是重要因素，如升温速度较，加热时间就得适当延长，因而使材料在高温区停留时间较长 [13]。
不同类型的材料介质损耗能力不同。一些材料在低温下介质损耗小，几乎不吸收微波能，无法有效加热。对此，可加入介质损耗高的材料，以起到辅助加热的作用，主体材料达到一定温度后，损耗因子迅速增加，可直接吸收微波能 [14]；或者采用外加热源――比如电阻加热，在材料临界温度以下起辅助加热作用 [15]。在微波烧结中，在样品周围放置介质损耗高的辅助材料有利于提高升温速度和保温，形成稳定均匀的温度场 [12]。
研究表明，不同类型的材料在分别放置于电场或磁场区域中时，会表现出极为不同的加热行为。导体材料，如金属或合金粉末压坯，在磁场中的加热效果比在电场区要好；相反，氧化铝、氧化锌等陶瓷材料在纯电场中的升温速率更高。另一方面，在材料与电磁场相互作用过程中，材料结构状态起着关键作用，如铜粉末压坯在电磁场中能有效吸收微波能，而块体铜就不能 [16]。
4研究进展
迄今，研究人员已对几乎所有的氧化物陶瓷材料开展了微波烧结研究，较为成功的有Al2O3、ZrO2、ZnO、MgO、SiO2及其复合材料等， B4C、SiC、Si3N4、TiB2、AlN等是采用微波烧结成功制取的非氧化物陶瓷材料 [4]。另外，金属粉体具有较强吸波能力 [7]，将微波烧结应用于粉末冶金，成功制取了环状、管状和齿轮等结构和形状复杂的金属制品，所制得器件比传统制品具有更加优异的力学性能，显微结构的均匀性好，气孔率很低[17]。
4.1 陶瓷材料微波烧结能得到均匀细晶结构，因此微波烧结比常规烧结更容易制备出透明陶瓷 [4]，如微波烧结可以实现A1N透明陶瓷的低温烧结 [18]，而且大幅缩短烧结时间 [4]。
微波烧结可使氧化锌压敏陶瓷材料快速成瓷，获得相同晶粒尺寸微波烧结温度更低，烧结时间更短。但随着烧结时间的延长，晶界Bi相挥发，晶粒迅速长大，电阻片的电性能变差 [19]。采用微波烧结法制备氮化硅陶瓷，微波场可以促进Si3N4的α相向β相转变的速度，提高材料密度 [20]。
陶瓷材料是脆性体系，如何提高其韧性一直是个难题。在微波烧结制备ZnO2（n）增韧Al2O3复合陶瓷的实验中，得到相对体积密度为95.5%、力学性能较好的15vol% ZrO2/ Al2O3 复合陶瓷，其硬度、断裂韧性和抗弯强度分别为13350MPa、6.41MPa・m1/2和502MPa[21]。
在制备纳米陶瓷材料方面，微波烧结可提高Al2O3/SiC纳米复合陶瓷的强度和韧性，改善材料的显微结构，促进致密化和晶粒生长 [22]。微波烧结制备Si3N4纳米陶瓷，在相同密度下，强度比传统烧结样品提高25%~30% [5]；采用微波法制备Al2O3-ZrO2（3Y）纳米复相陶瓷，材料达到了很高的致密度，并提高了断裂韧性[23]。微波烧结Al2O3-TiCN-Mo-Ni纳米金属陶瓷[24]，烧结前后晶粒尺寸变化很小。
研究的陶瓷材料还有氧化锌压敏电阻陶瓷[19,25]、ZrO2/LaNbO4-MoSi2复合陶瓷[26]、TCP/TTCP复合生物陶瓷材料[27]、Al2O3/SiC纳米复合陶瓷[22]、纳米TiO2材料 [28]、Bi2O3-ZnO-Ta2O5陶瓷 [29]、Al2O3/WC-10Co/ZrO2/Ni金属陶瓷 [30]等各种现代陶瓷材料。微波烧结技术在现代材料制备领域中正得到越来越广泛的研究和应用。
4.2 粉末冶金钨、钒、铌、钽、钼等难熔金属及其合金材料因高熔点和一些特有性能，在国防军工、航空航天、电子信息、能源、防化、冶金和核工业等领域起着不可替代的作用，相关研究异常活跃。因难熔金属熔点高、塑性差，主要采用粉末冶金法制备。采用传统方法，在烧结过程中晶粒极易迅速长大，导致制品性能降低 [31]。
微波磁场下烧结WC-Co硬质合金 [32]的升温速率比在电场下要大，但温度只能升至1160℃左右；微波电场下烧结时，可以得到性能较好的合金。微波烧结制备WC-12Co硬质合金，在1400～1475℃范围内，随烧结温度升高，WC晶粒长大不明显，合金密度和硬度增大；在1475℃的烧结温度下保温0min，烧结样品显微组织结构均匀，但保温时间超过30min，由于晶粒异常长大以及钴相分布不均匀，导致合金的密度和硬度急剧下降[33]。
微波烧结制备W-Ni-Fe高密度合金 [34，35]，升温速度快，烧结周期短，仅为常规烧结的1/7；微波烧结能促进合金致密化，如烧结时间较短，微波烧结样品的晶粒尺寸小于常规烧结；但微波烧结样品的生长速率更快，不宜过度延长烧结时间。对微波烧结93W-Ni-Fe合金微观组织和力学性能研究表明，试样组织均匀、细小，钨颗粒明显小于传统烧结水平，径向性能分布均匀；微波加热能达到常规尺寸钨合金的透烧深度，但仍存在较多孔洞等缺陷 [35]。
在相同温度下烧结Fe-Cu-C合金 [36、37]，微波烧结比常规烧结具有更致密的微观结构。而且，金相观察表明，微波烧结有一个致密的核心，边缘多孔。这表明材料自身发热，热传递从内而外，内部温度高于表面 [38]。
研究的金属材料还有铜铁合金、钨铜合金及镍基高温合金等。形状记忆合金是一类新型功能合金材料，在航空航天、机械电子、生物工程、临床医疗、能源和自动化等领域用途广泛，其独特的形状记忆效应在于存在热弹性马氏体。合金的微观组织结构对形状记忆效应影响很大，微观组织越均匀越有利于马氏体的均匀分布 [39]。如采用微波烧结制备形状记忆合金，其整体加热、低温快烧等特点能大幅优化合金显微结构（细化晶粒，减少缺陷），从而使形状记忆效应得到显著增强。
5结语
工业上已成功实现了陶瓷材料的连续化和小批量生产。加拿大的MicroWear公司建成了一个全部采用微波烧结制造氮化硅陶瓷刀具生产中心，美浓窑业于2000年开发出了可实际应用于陶瓷工业的大型微波高温烧结设备[40]。近年来，中科院沈阳金属研究所在国家新技术“863计划”的资助下，已成功研制出多台MFM-863系列的微波烧结设备。据报道，美国的Spheric科技有限公司已授权中国最大的微波炉生产企业长沙隆泰微波热工有限公司生产工业用高温微波烧结系统。
微波烧结技术是人类社会进入二十世纪六十年代后才出现的新型技术。在文明步入二十一世纪，微波烧结技术因其节能高效、清洁无污染、安全可靠等诸多优点，在现代材料领域拥有广阔的发展空间，市场潜力巨大；在科学研究方面具同样有重大而深远的意义，对技术进步以及社会发展将产生革命性影响。自微波烧结技术诞生以来，各国政府都高度重视，不惜投入巨大的人力和物力资源来开发这一新型技术[3]。
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关键词:梯度功能材料,复合材料,研究进展
TheAdvanceofFunctionallyGradientMaterials
JinliangCui
(Qinghaiuniversity,XiningQinghai810016,china)
Abstract:Thispaperintroducestheconcept，types，capability，preparationmethodsoffunctionallygradedmaterials.Baseduponanalysisofthepresentapplicationsituationsandprospectofthiskindofmaterialssomeproblemsexistedarepresented.ThecurrentstatusoftheresearchofFGMarediscussedandananticipationofitsfuturedevelopmentisalsopresent.
Keywords:FGM；composite；theAdvance
0引言
信息、能源、材料是现代科学技术和社会发展的三大支柱。现代高科技的竞争在很大程度上依赖于材料科学的发展。对材料,特别是对高性能材料的认识水平、掌握和应用能力,直接体现国家的科学技术水平和经济实力,也是一个国家综合国力和社会文明进步速度的标志。因此,新材料的开发与研究是材料科学发展的先导,是21世纪高科技领域的基石。
近年来,材料科学获得了突飞猛进的发展[1]。究其原因,一方面是各个学科的交叉渗透引入了新理论、新方法及新的实验技术;另一方面是实际应用的迫切需要对材料提出了新的要求。而FGM即是为解决实际生产应用问题而产生的一种新型复合材料，这种材料对新一代航天飞行器突破“小型化”，“轻质化”，“高性能化”和“多功能化”具有举足轻重的作用[2]，并且它也可广泛用于其它领域，所以它是近年来在材料科学中涌现出的研究热点之一。
1FGM概念的提出
当代航天飞机等高新技术的发展，对材料性能的要求越来越苛刻。例如：当航天飞机往返大气层，飞行速度超过25个马赫数，其表面温度高达2000℃。而其燃烧室内燃烧气体温度可超过2000℃，燃烧室的热流量大于5MW/m2,其空气入口的前端热通量达5MW/m2.对于如此大的热量必须采取冷却措施，一般将用作燃料的液氢作为强制冷却的冷却剂，此时燃烧室内外要承受高达1000K以上的温差,传统的单相均匀材料已无能为力[1]。若采用多相复合材料,如金属基陶瓷涂层材料,由于各相的热胀系数和热应力的差别较大,很容易在相界处出现涂层剥落[3]或龟裂[1]现象，其关键在于基底和涂层间存在有一个物理性能突变的界面。为解决此类极端条件下常规耐热材料的不足，日本学者新野正之、平井敏雄和渡边龙三人于1987年首次提出了梯度功能材料的概念[1]，即以连续变化的组分梯度来代替突变界面,消除物理性能的突变,使热应力降至最小[3],如图1所示。
随着研究的不断深入，梯度功能材料的概念也得到了发展。目前梯度功能材料(FGM)是指以计算机辅助材料设计为基础，采用先进复合技术，使构成材料的要素（组成、结构）沿厚度方向有一侧向另一侧成连续变化，从而使材料的性质和功能呈梯度变化的新型材料[4]。
2FGM的特性和分类
2.1FGM的特殊性能
由于FGM的材料组分是在一定的空间方向上连续变化的特点如图2,因此它能有效地克服传统复合材料的不足[5]。正如Erdogan在其论文[6]中指出的与传统复合材料相比FGM有如下优势:
1)将FGM用作界面层来连接不相容的两种材料,可以大大地提高粘结强度;
2)将FGM用作涂层和界面层可以减小残余应力和热应力;
3)将FGM用作涂层和界面层可以消除连接材料中界面交叉点以及应力自由端点的应力奇异性;
4)用FGM代替传统的均匀材料涂层,既可以增强连接强度也可以减小裂纹驱动力。
图2
2.2FGM的分类
根据不同的分类标准FGM有多种分类方式。根据材料的组合方式，FGM分为金属/陶瓷，陶瓷/陶瓷，陶瓷/塑料等多种组合方式的材料[1]；根据其组成变化FGM分为梯度功能整体型（组成从一侧到另一侧呈梯度渐变的结构材料），梯度功能涂敷型（在基体材料上形成组成渐变的涂层），梯度功能连接型（连接两个基体间的界面层呈梯度变化）[1]；根据不同的梯度性质变化分为密度FGM，成分FGM，光学FGM，精细FGM等[4]；根据不同的应用领域有可分为耐热FGM，生物、化学工程FGM，电子工程FGM等[7]。
3FGM的应用
FGM最初是从航天领域发展起来的。随着FGM研究的不断深入,人们发现利用组分、结构、性能梯度的变化,可制备出具有声、光、电、磁等特性的FGM,并可望应用于许多领域。FGM的应用[8]见图3。
图3FGM的应用
功能
应用领域材料组合
缓和热应
力功能及
结合功能
航天飞机的超耐热材料
陶瓷引擎
耐磨耗损性机械部件
耐热性机械部件
耐蚀性机械部件
加工工具
运动用具:建材陶瓷金属
陶瓷金属
塑料金属
异种金属
异种陶瓷
金刚石金属
碳纤维金属塑料
核功能
原子炉构造材料
核融合炉内壁材料
放射性遮避材料轻元素高强度材料
耐热材料遮避材料
耐热材料遮避材料
生物相溶性
及医学功能
人工牙齿牙根
人工骨
人工关节
人工内脏器官:人工血管
补助感觉器官
生命科学磷灰石氧化铝
磷灰石金属
磷灰石塑料
异种塑料
硅芯片塑料
电磁功能
电磁功能陶瓷过滤器
超声波振动子
IC
磁盘
磁头
电磁铁
长寿命加热器
超导材料
电磁屏避材料
高密度封装基板压电陶瓷塑料
压电陶瓷塑料
硅化合物半导体
多层磁性薄膜
金属铁磁体
金属铁磁体
金属陶瓷
金属超导陶瓷
塑料导电性材料
陶瓷陶瓷
光学功能防反射膜
光纤;透镜;波选择器
多色发光元件
玻璃激光透明材料玻璃
折射率不同的材料
不同的化合物半导体
稀土类元素玻璃
能源转化功能
MHD发电
电极;池内壁
热电变换发电
燃料电池
地热发电
太阳电池陶瓷高熔点金属
金属陶瓷
金属硅化物
陶瓷固体电解质
金属陶瓷
电池硅、锗及其化合物
4FGM的研究
FGM研究内容包括材料设计、材料制备和材料性能评价。FGM的研究开发体系如图4所示[8]。
设计设计
图4FGM研究开发体系
4.1FGM设计
FGM设计是一个逆向设计过程[7]。
首先确定材料的最终结构和应用条件,然后从FGM设计数据库中选择满足使用条件的材料组合、过渡组份的性能及微观结构,以及制备和评价方法,最后基于上述结构和材料组合选择,根据假定的组成成份分布函数,计算出体系的温度分布和热应力分布。如果调整假定的组成成份分布函数,就有可能计算出FGM体系中最佳的温度分布和热应力分布,此时的组成分布函数即最佳设计参数。
FGM设计主要构成要素有三:
1)确定结构形状,热—力学边界条件和成分分布函数;
2)确定各种物性数据和复合材料热物性参数模型;
3)采用适当的数学—力学计算方法,包括有限元方法计算FGM的应力分布,采用通用的和自行开发的软件进行计算机辅助设计。
FGM设计的特点是与材料的制备工艺紧密结合,借助于计算机辅助设计系统,得出最优的设计方案。
4.2FGM的制备
FGM制备研究的主要目标是通过合适的手段,实现FGM组成成份、微观结构能够按设计分布,从而实现FGM的设计性能。可分为粉末致密法:如粉末冶金法(PM),自蔓延高温合成法(SHS);涂层法:如等离子喷涂法,激光熔覆法,电沉积法,气相沉积包含物理气相沉积(PVD)和化学相沉积(CVD);形变与马氏体相变[10、14]。
4.2.1粉末冶金法(PM)
PM法是先将原料粉末按设计的梯度成分成形,然后烧结。通过控制和调节原料粉末的粒度分布和烧结收缩的均匀性,可获得热应力缓和的FGM。粉末冶金法可靠性高,适用于制造形状比较简单的FGM部件,但工艺比较复杂,制备的FGM有一定的孔隙率,尺寸受模具限制[7]。常用的烧结法有常压烧结、热压烧结、热等静压烧结及反应烧结等。这种工艺比较适合制备大体积的材料。PM法具有设备简单、易于操作和成本低等优点,但要对保温温度、保温时间和冷却速度进行严格控制。国内外利用粉末冶金方法已制备出的FGM有:MgC/Ni、ZrO2/W、Al2O3/ZrO2[8]、Al2O3-W-Ni-Cr、WC-Co、WC-Ni等[7]。
4.2.2自蔓延燃烧高温合成法(Self-propagatingHigh-temperatureSynthesis简称SHS或CombustionSynthesis)
SHS法是前苏联科学家Merzhanov等在1967年研究Ti和B的燃烧反应时,发现的一种合成材料的新技术。其原理是利用外部能量加热局部粉体引燃化学反应,此后化学反应在自身放热的支持下,自动持续地蔓延下去,利用反应热将粉末烧结成材，最后合成新的化合物。其反应示意图如图6所示[16]：
图6SHS反应过程示意图
SHS法具有产物纯度高、效率高、成本低、工艺相对简单的特点。并且适合制造大尺寸和形状复杂的FGM。但SHS法仅适合存在高放热反应的材料体系,金属与陶瓷的发热量差异大,烧结程度不同,较难控制,因而影响材料的致密度,孔隙率较大,机械强度较低。目前利用SHS法己制备出Al/TiB2,Cu/TiB2、Ni/TiC[8]、Nb-N、Ti-Al等系功能梯度材料[7、11]。
4.2.3喷涂法
喷涂法主要是指等离子体喷涂工艺,适用于形状复杂的材料和部件的制备。通常,将金属和陶瓷的原料粉末分别通过不同的管道输送到等离子喷枪内,并在熔化的状态下将它喷镀在基体的表面上形成梯度功能材料涂层。可以通过计算机程序控制粉料的输送速度和流量来得到设计所要求的梯度分布函数。这种工艺已经被广泛地用来制备耐热合金发动机叶片的热障涂层上,其成分是部分稳定氧化锆(PSZ)陶瓷和NiCrAlY合金[9]。
4.2.3.1等离子喷涂法(PS)
PS法的原理是等离子气体被电子加热离解成电子和离子的平衡混合物,形成等离子体,其温度高达1500K,同时处于高度压缩状态,所具有的能量极大。等离子体通过喷嘴时急剧膨胀形成亚音速或超音速的等离子流,速度可高达1.5km/s。原料粉末送至等离子射流中,粉末颗粒被加热熔化,有时还会与等离子体发生复杂的冶金化学反应,随后被雾化成细小的熔滴,喷射在基底上,快速冷却固结,形成沉积层。喷涂过程中改变陶瓷与金属的送粉比例,调节等离子射流的温度及流速,即可调整成分与组织,获得梯度涂层[8、11]。该法的优点是可以方便的控制粉末成分的组成,沉积效率高,无需烧结,不受基体面积大小的限制,比较容易得到大面积的块材[10],但梯度涂层与基体间的结合强度不高,并存在涂层组织不均匀,空洞疏松,表面粗糙等缺陷。采用此法己制备出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
图7PS方法制备FGM涂层示意图[17]（a）单枪喷涂（b）双枪喷涂
4.2.3.2激光熔覆法
激光熔覆法是将预先设计好组分配比的混合粉末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,便会产生用B合金化的A薄涂层,并焊接到B基底表面上,形成第一包覆层。改变注入粉末的组成配比,在上述覆层熔覆的同时注入,在垂直覆层方向上形成组分的变化。重复以上过程,就可以获得任意多层的FGM。用Ti-A1合金熔覆Ti用颗粒陶瓷增强剂熔覆金属获得了梯度多层结构。梯度的变化可以通过控制初始涂层A的数量和厚度,以及熔区的深度来获得,熔区的深度本身由激光的功率和移动速度来控制。该工艺可以显著改善基体材料表面的耐磨、耐蚀、耐热及电气特性和生物活性等性能,但由于激光温度过高,涂层表面有时会出现裂纹或孔洞,并且陶瓷颗粒与金属往往发生化学反应[10]。采用此法可制备Ti-Al、WC-Ni、Al-SiC系梯度功能材料[7]。
图8同步注粉式激光表面熔覆处理示意图[18]
4.2.3.3热喷射沉积[10]
与等离子喷涂有些相关的一种工艺是热喷涂。用这种工艺把先前熔化的金属射流雾化,并喷涂到基底上凝固,因此,建立起一层快速凝固的材料。通过将增强粒子注射到金属流束中,这种工艺已被推广到制造复合材料中。陶瓷增强颗粒,典型的如SiC或Al2O3,一般保持固态,混入金属液滴而被涂覆在基底,形成近致密的复合材料。在喷涂沉积过程中,通过连续地改变增强颗粒的馈送速率,热喷涂沉积已被推广产生梯度6061铝合金/SiC复合材料。可以使用热等静压工序以消除梯度复合材料中的孔隙。
4.2.3.4电沉积法
电沉积法是一种低温下制备FGM的化学方法。该法利用电镀的原理,将所选材料的悬浮液置于两电极间的外场中,通过注入另一相的悬浮液使之混合,并通过控制镀液流速、电流密度或粒子浓度,在电场作用下电荷的悬浮颗粒在电极上沉积下来,最后得到FGM膜或材料[8]。所用的基体材料可以是金属、塑料、陶瓷或玻璃,涂层的主要材料为TiO2-Ni,Cu-Ni,SiC-Cu,Cu-Al2O3等。此法可以在固体基体材料的表面获得金属、合金或陶瓷的沉积层,以改变固体材料的表面特性,提高材料表面的耐磨损性、耐腐蚀性或使材料表面具有特殊的电磁功能、光学功能、热物理性能,该工艺由于对镀层材料的物理力学性能破坏小、设备简单、操作方便、成型压力和温度低,精度易控制,生产成本低廉等显著优点而备受材料研究者的关注。但该法只适合于制造薄箔型功能梯度材料。[8、10]
4.2.3.5气相沉积法
气相沉积是利用具有活性的气态物质在基体表面成膜的技术。通过控制弥散相浓度,在厚度方向上实现组分的梯度化,适合于制备薄膜型及平板型FGM[8]。该法可以制备大尺寸的功能梯度材料,但合成速度低,一般不能制备出大厚度的梯度膜,与基体结合强度低、设备比较复杂。采用此法己制备出Si-C、Ti-C、Cr-CrN、Si-C-TiC、Ti-TiN、Ti-TiC、Cr-CrN系功能梯度材料。气相沉积按机理的不同分为物理气相沉积(PVD)和化学气相沉积(CVD)两类。
化学气相沉积法(CVD)是将两相气相均质源输送到反应器中进行均匀混合,在热基板上发生化学反应并使反映产物沉积在基板上。通过控制反应气体的压力、组成及反应温度,精确地控制材料的组成、结构和形态,并能使其组成、结构和形态从一种组分到另一种组分连续变化,可得到按设计要求的FGM。另外,该法无须烧结即可制备出致密而性能优异的FGM,因而受到人们的重视。主要使用的材料是C-C、C-SiC、Ti-C等系[8、10]。CVD的制备过程包括：气相反应物的形成；气相反应物传输到沉积区域；固体产物从气相中沉积与衬底[12]。
物理气相沉积法(PVD)是通过加热固相源物质,使其蒸发为气相,然后沉积于基材上,形成约100μm厚度的致密薄膜。加热金属的方法有电阻加热、电子束轰击、离子溅射等。PVD法的特点是沉积温度低,对基体热影响小,但沉积速度慢。日本科技厅金属材料研究所用该法制备出Ti/TiN、Ti/TiC、Cr/CrN系的FGM[7~8、10~11]
4.2.4形变与马氏体相变[8]
通过伴随的应变变化,马氏体相变能在所选择的材料中提供一个附加的被称作“相变塑性”的变形机制。借助这种机制在恒温下形成的马氏体量随材料中的应力和变形量的增加而增加。因此,在合适的温度范围内,可以通过施加应变(或等价应力)梯度,在这种材料中产生应力诱发马氏体体积分数梯度。这一方法在顺磁奥氏体18-8不锈钢(Fe-18%,Cr-8%Ni)试样内部获得了铁磁马氏体α体积分数的连续变化。这种工艺虽然明显局限于一定的材料范围,但能提供一个简单的方法,可以一步生产含有饱和磁化强度连续变化的材料,这种材料对于位置测量装置的制造有潜在的应用前景。
4.3FGM的特性评价
功能梯度材料的特征评价是为了进一步优化成分设计,为成分设计数据库提供实验数据,目前已开发出局部热应力试验评价、热屏蔽性能评价和热性能测定、机械强度测定等四个方面。这些评价技术还停留在功能梯度材料物性值试验测定等基础性的工作上[7]。目前,对热压力缓和型的FGM主要就其隔热性能、热疲劳功能、耐热冲击特性、热压力缓和性能以及机械性能进行评价[8]。目前,日本、美国正致力于建立统一的标准特征评价体系[7~8]。
5FGM的研究发展方向
5.1存在的问题
作为一种新型功能材料,梯度功能材料范围广泛,性能特殊,用途各异。尚存在一些问题需要进一步的研究和解决,主要表现在以下一些方面[5、13]:
1）梯度材料设计的数据库（包括材料体系、物性参数、材料制备和性能评价等）还需要补充、收集、归纳、整理和完善；
2）尚需要进一步研究和探索统一的、准确的材料物理性质模型，揭示出梯度材料物理性能与成分分布，微观结构以及制备条件的定量关系，为准确、可靠地预测梯度材料物理性能奠定基础；
3）随着梯度材料除热应力缓和以外用途的日益增加，必须研究更多的物性模型和设计体系，为梯度材料在多方面研究和应用开辟道路；
4）尚需完善连续介质理论、量子（离散）理论、渗流理论及微观结构模型，并借助计算机模拟对材料性能进行理论预测，尤其需要研究材料的晶面（或界面）。
5)已制备的梯度功能材料样品的体积小、结构简单,还不具有较多的实用价值;
6)成本高。
5.2FGM制备技术总的研究趋势[13、15、19-20]
1）开发的低成本、自动化程度高、操作简便的制备技术；
2）开发大尺寸和复杂形状的FGM制备技术；
3）开发更精确控制梯度组成的制备技术（高性能材料复合技术）；
4）深入研究各种先进的制备工艺机理，特别是其中的光、电、磁特性。
5.3对FGM的性能评价进行研究[2、13]
有必要从以下5个方面进行研究：
1）热稳定性，即在温度梯度下成分分布随时间变化关系问题；
2）热绝缘性能；
3）热疲劳、热冲击和抗震性；
4）抗极端环境变化能力；
5）其他性能评价，如热电性能、压电性能、光学性能和磁学性能等
6结束语
FGM的出现标志着现代材料的设计思想进入了高性能新型材料的开发阶段[8]。FGM的研究和开发应用已成为当前材料科学的前沿课题。目前正在向多学科交叉,多产业结合,国际化合作的方向发展。
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一盘散沙
“当时的情况是仪器设备隶属于不同的学院、不同的课题组，冶金的设备放在冶金学院，材料的设备放在材料学院，条块分割。如果企业想做检测，首先是不知道找哪个学院，特别是企业拿来的材料或产品往往需要若干项分析检测，比如力学性能、化学性能、组织结构、物理性能等，这些项目又分在若干个学院，每个学院又有若干实验室，对校园之外的企业来讲，要想迅速找到相关实验室并顺利完成一系列检测服务，简直无法想象！”谈起2005年以前北京科技大学的科研仪器设备对外服务情况，刘亚东记忆犹新。
刘亚东告诉记者，当时北京科技大学的仪器设备虽然有对外服务，但服务的量很小，而且往往是其他兄弟院校知道这里有这个设备，才过来使用的，根本没有商业化的概念。以2005年为例，北京科技大学已经有价值几个亿的仪器设备，一年的对外测试收入只有三四十万元，“一年下来，连这些仪器设备的维修费用都不够”。
“虽然我们有几个亿的仪器设备，但在北京来说，我们只是个‘小户’。”刘亚东说。据了解，北京地区分布着大量科学仪器装备和各种实验室，拥有大量的科技人才，科技资源总价值占全国的40%，仪器设备总量占全国总量的1/4。北京虽然拥有如此丰富的科技资源，高校院所也比较集中，但长期以来，这些科技资源存在封闭、分散、闲置甚至使用不合理的现象，缺乏有效整合和利用。
一边是科技型中小企业开展科技创新为买不起仪器设备而苦恼，一边是科研院所动辄价值成百上千万的进口仪器为“养在深闺人不识”而惆怅，如何解决这个迫在眉睫的供需矛盾是增强企业自主创新能力，推动经济转型升级的关键所在。
政府引导
“我们当时成立北京科技大学分析检验服务平台并不是为了完成一个单纯的课题，把它放到学校某个处室或课题组来做，我们是真的想探索一条创新机制体制的管理方式，这就需要一个团队来管理，建设一套能有效运行的机制。”2006年，刘亚东参加工作时，北京科大分析检验中心有限公司刚刚成立。而这家公司是在北京市科委大力推动高校、科研院所的科研设备向社会开放共享的背景下诞生的。
当时，北京市科委根据北京地区材料测试资源的分布和行业发展现状，选择了3个机制创新试点单位，其中，北京科技大学作为首都高校第三方商业化实验室机制创新试点，成立了北京科技大学分析检验服务平台。北京科技大学意识到这将是一次重大科技创新，于是大胆地为平台确立了“政府引导、依托学校、市场运作、企业运行”的发展思路。此举在北京地区众多高校中，率先将公司化运作机制引入到实验、检测业务中，依托北京科大科技园，成立北京科大分析检验中心有限公司，全面托管北京科技大学的实验检测资源，面向社会全面开放，支撑企业的技术创新。
艰难撬动
北京科大分析检验中心有限公司成立之初遇到的最大问题是观念上的不一致。面对新的管理模式，校方和老师们还存在诸多疑虑：公司化运作与教学科研之间是否存在冲突？国有资产在经营中该如何管理？实验室自身的利益是否会受到损害……“我们要一遍遍地解释，我们不仅可以提高实验室的管理水平，而且可以帮助实验室开展更多的对外服务，经过努力，我们得到了学校的授权。当时学校的层面上支持我们，但是落实到基层的负责实验室的老师们那里，是很难被认可和接受的，学院和实验室管理处之外怎么又多出你们这个“婆婆”，最初和老师们接触时，吃闭门羹是常有的事，甚至被误解是从校园外溜进来的骗子。”谈到当初开展工作时遇到的各种困难，刘亚东显得很无奈。这样的工作一直持续了两年多。
北京科大分析检验中心有限公司在与学校各方进行充分沟通、协调后，北京科技大学先后了《北京科技大学分析检验服务平台管理办法》和《北京科技大学分析检验服务平台管理细则》，规范了公司和实验室的责、权、利，并把实验室的测试服务工作量作为实验室业绩考核的重要内容，从考核机制方面为平台建设提供了有力的制度保障。“原来让一些实验室的老师做实验，实验周期很难保证，即便做了，也是给你个结果就行了，而实验原始数据、中间过程并不记录，检测环节不规范的地方多了，有时遇到企业催要报告甚至质量投诉，作为中介的我们就要受夹板气。现在好了，我们不仅照顾到了各方的利益，更重要的是依据国际准则，建立起了一套完善的实验室质量管理体系，检测流程规范化了，检测方法标准化了，老师们都能积极配合我们按时地、高质量地完成实验，包括实验时的日期、温度、原始数据等信息都详细在册，即便出了问题，只要一查档案，就能非常清楚地知道问题出在了哪个环节。”
与此同时，学校为了促进平台的发展，采取了一些针对性的措施。比如，将原来分散在多处的实验室集中到主楼和材料测试楼等几个主要楼宇，实现了检测场地的相对集中管理；将原来分散在教师、课题组手中的通用仪器设备集中到各学院实验中心统一管理，实现了仪器设备管理权的相对集中；将原来隶属于各教师梯队的实验人员划归学院实验中心管理，设立明确的实验技术岗位，实现了仪器设备的专人专管，形成了一支200多人的专业实验队伍，有效地提高了工作效率。刘亚东说：“现在企业来做检测，说明产品有什么问题，公司会告诉企业需要做哪几项检测，把检测的周期、费用说清楚，给企业出一个检测方案，企业就可以回去等着了。”
两个认证
“公司从成立到2007年，一直处于亏损状态。这期间一直是市科委在推动着我们发展。2008年，我们取得的两个认证是公司的转折点。目前，在国内高校的检测机构中，同时取得这两个认证的屈指可数。”刘亚东指着墙上的两份证书文件非常自信地说。说到实验室的资质建设，公司副总经理张波很兴奋，他一直负责这方面工作。这两个认证是指通过了中国认证监督管理委员会实验室资质认定（CMA）和中国合格评定国家认可委员会实验室认可（CNAS）。谈到这两个认证的作用时，张波说：“北京科技大学在全国金属材料检测领域是有名的，检测数据准确，别人认可你的学术权威性，但在商品社会、法制社会，你的数据不具有法律效力。有了这两个认证资格，我们出具的检测报告就会在法律仲裁、对外贸易、第三方检测等方面具有法律效力。”
北京科大分析检验中心有限公司在申请CMA认证时，刘亚东讲了一个小插曲。由于公司是在海淀注册的北京市级单位，但公司的上级单位是北京科技大学，属于教育部直管，申报CMA资质认定分国家级和地方级。“我们准备了非常充分的材料到北京市质监局去办理手续，但北京市质监局不受理，说你们的设备等资源都是教育部所属单位的资产，从来没有听说过这些资产可以委托一家公司来经营的；于是又把材料报到教育部，教育部也说不对，你一家公司跑到教育部高校评审组来申请CMA，还是头一回遇到，一般都是某某大学测试中心、实验室来申请的。最后又费了好多周折，才从教育部批下来。”
这两个认证的威力很快就显现出来。当时，英国Tharsus公司想从素有“中国丝网之乡”美誉的河北安平县进口金属丝网，但是不能保证进口的材料都合格。因此，他们想在中国境内找一家检测机构。当他们的负责人考察了北京科技大学分析检验服务平台后，对这里的设备条件、技术能力、管理水平赞赏不已。随后即与分析检验中心签订了测试服务协议。分析检验中心成为该公司在国内的检测机构，检测其从国内采购的金属制品。“那是我们第一次挣英镑呀。”张波不无风趣地说。
经过几年的资质建设，北京科大分析检验中心有限公司通过了国家实验室认可和资质认定二合一监督、扩项评审，认证认可项目由2008年的2个领域22个检测项目扩展到2012年的15个领域260个检测项目。这项工作对内提高了实验室的管理水平；对外提高了实验室的学术性、权威性，得到了各方的广泛认可。
飞速发展
“刚开始，我们服务的对象都是高校院所，企业的很少。自2009年以来，企业的客户快速增长，估计2012年企业所占比例可能要超过50%。年收入在四五百万元。”谈到近4年来的变化，刘亚东兴奋地告诉记者，“在这4年，我对首都科技条件平台建设的最大的感受是，更强调科技资源的梳理整合和高质量的深度研发服务，强调资源与企业需求的有效对接，政府在积极引导高校和大院大所科技服务的市场化，这些对我们的帮助很大。”
目前，北汽、航天集团、北京英纳超导、中国南车股份、安泰科技和神雾集团等企业都成为了北京科大分析检验中心有限公司的客户。
在北京科大分析检验中心有限公司长长的客户名单中，记者看到一家山东省的公司――莱芜市新艺粉末冶金制品有限公司。张波介绍，这是一家专门从事粉末冶金研发、生产与销售的新材料企业。这家公司采用粉末冶金技术研制开发出一种高性能粉末冶金斜齿轮，为了确定该斜齿轮的性能水平，该公司找到了有着长期合作关系的北京科技大学研发实验服务基地，委托基地帮助其测定该产品的性能指标。分析检验中心组织力学、金相、电镜测试专家进行针对性试验，“通过我们提供的试验数据，该公司分析发现该款产品各项性能均优于目前市场上常用的产品指标，为其申报重点新产品提供了支持和依据。”
近年来，北京科大分析检验中心有限公司对科技型中小企业的服务越来越多。北京金峰航科技发展有限公司就是个典型代表。该公司是以开发、生产储氢电池材料为主的高新技术企业，研发初期，没有能力投入巨大的资本来建立完善的研发体系，无力承担新产品研发和技术创新所需要大量昂贵的科学仪器的使用成本。由于缺乏检测手段和技术分析人才，在用于镍氢电池负极的AB5型稀土储氢材料的研发上曾受到严重困扰，造成企业无法适应激烈的市场竞争。
金峰航公司与北科大分析检验中心的合作，扭转了这种局面。北科大根据金峰航的测试需求，为其制定了包括材料合金的制备工艺、性能指标体系的建立、分析检验仪器的选择等详细方案。在获得检测数据之后，北科大的专家还和金峰航的研发人员一起对数据进行分析，查找问题，成功地解决了上述难题，使得AB5型材料顺利投产，金峰航跃居成为我国储氢电池材料领域产值超过亿元的优秀企业。目前，金峰航的新产品研发，包括技术人员的培训在内都有相当一部分工作是在北科大完成的。他们对这种校企合作的评价是：“我们借助北科大的科技资源，大大降低了企业进行自主创新的成本”。
伴随着企业客户的增加，刘亚东却感到：“我们现在处在了一个平台期，如果失去政府的资助，平台能否活下来，走下去，不断壮大呢？新的业务增长点在哪儿呢？”显然，北京科大分析检验中心有限公司已经是市场化运营，并取得成功。刘亚东考虑更多的是未来的发展。
二次创业
经过前期的积累与探索，公司的年轻团队看到了北京科技大学的科研资源是一座远没有开发的富矿。“我们内部叫‘二次创业’，接下来我们的重点工作是挖掘北京科技大学的科技专家和科技成果资源。”
论文摘要：随着我国社会经济的发展和科学技术的进步，社会对高等职业教育提出了更新更高的要求。如何培养高素质的应用型人才是高职院校需要解决的首要问题。文章结合湖南冶金职业技术学院的办学实践，提出构建以就业为导向的高职人才培养体系。
随着现代科学技术的迅速发展和企业技术结构的升级，社会对高等职业教育提出了更新更高的要求。高等职业院校要坚持以就业为导向、以服务为宗旨，在人才培养理念、人才培养模式、办学机制等方面进行创新，出特色、树品牌。本文结合我院的办学实践，探索如何构建以就业为导向的高职人才培养体系。
一、坚持科学的办学定位
全面贯彻党的教育方针和“以就业为导向、以服务为宗旨、走产学研结合发展之路，办让人民满意的高职教育”的思想，坚定不移地为区域经济建设和社会发展服务，培养生产、建设、管理、服务第一线的高素质应用型人才。我院是全国首批改建的职业技术学院，经过多年的探索，提出并实践了“就业导向、市场需求、产学结合”的高职教育基本办学理念，形成了“以人为本、争创一流，打造品牌、办出特色，主动适应、满足需求，服务行业，服务地方，’的办学思路。抓好改革，办出特色，全力打造高职院校的强劲品牌。
在办学定位上，以满足市场对应用型人才需要为前提，以胜任职业岗位为目标，以提高职业岗位能力为出发点，以企业满意度为质量标准，坚持面向社会经济建设的定位，培养行业和地方发展急需的“适销对路”的应用型专门人才;主动适应职业岗位的技术含量日益提高对人才需求不断变化的要求，坚持把学生培养成在技术应用、智能操作岗位上的高级“蓝领”的人才。WWw.133229.COM实现学生就业岗位的“下移”，满足人才市场的需要，并为高职学生职业生涯的发展和变换职业岗位的需要奠定知识和技能基础。
二、设t与区域经济发展和新兴产业群相配套的专业
坚持以就业为导向，以服务为宗旨，科学调整专业结构，为新的产业岗位和社会职业流动群体提供新的就业知识和技术支撑。学院根据国家产业结构调整状况和产业结构升级的趋势，以及冶金行业对专业人才需求的变化，将原来传统的冶金类专业(粉末冶金、有色冶金、钢铁冶金、冶金机械等)进行了改造和调整，新开发了金属材料工程和冶金机械控制技术等新专业。
根据株洲市硬质合金产业集群、机械制造产业集群和长沙市工程机械产业集群、电子器件产业集群的兴起，调整和完善了专业设置，形成了与产业集群相配套的粉末冶金、金属塑性加工、冶金技术、机械设计与制造、数控技术、模具设计与制造、电气自动化技术、应用电子技术、机电一体化技术、计算机控制技术、计算机应用技术、电子商务、工程造价等20多个专业，形成了与区域产业集群配套的专业群。
三、突出学生职业能力和实践能力的培养
突出学生职业能力和实践能力的培养。一是注重职业基本技能，强化职业核心能力，推行“四位一体”教学模式，着力构建学生和谐发展的新课程体系;完善包括“加强体育、美育、劳动技术教育和心理健康教育”等在内的人才培养工程。二是在构建新的人才培养模式中，注意处理好几个关系，注重特色培养。即处理好人文教育与科学教育的关系，学术性与职业性的关系，专业教育与通才教育的关系，理论教育与实践教育的关系、共性(统一性)与个性(灵活性)的关系。根据不同的行业要求和定位，把培养学生的职业实践能力作为课堂教学改革的突破口，形成各种特色的人才培养模式，以适应社会的不同需要。三是加强与企业的合作，特别是加强与中小企业的合作，通过产、学、研相结合，培养大批适应中小企业发展的优秀人才。近几年来，学院与株洲市几十家中小企业建立了合作关系，促进了教育教学质量的提高。
学院实施毕业生“零距离”上岗的人才培养方案，一是实现开放式办学，实施“滚动式，，的人才培养计划。根据每届毕业生反馈的信息和用人单位提出的人才培养要求，每年修订教学计划，调整教学内容，满足了用人单位的要求，提高学生的社会适应性和岗位适应性。二是使“教、学、做”相结合，形成新的教学特色。在教学上实行“三明治”式的教学模式，把传统的文化课堂变成“教、学、做”相结合的课堂，使理论教学与技能训练密切结合在一起，学生将所学的理论和掌握的技能融为一体。三是以试点专业建设为基础，形成专业品牌。以精品专业和试点专业建设为龙头，整体带动学院的专业教学改革工作。例如，以金属材料工程、冶金机械与控制技术等国家级精品专业为龙头，大力开展专业建设、专业开发和教学改革试点，形成了一批有特色的品牌专业。四是以能力培养为核心。强化讨学生的技能训练，并建立与之配套的仿真实验、实训和实习教学环境。
四、加强课程开发和教材建设，搞好专业教学改革
学院紧紧围绕以就业为导向，以提高高职学生的就业适应性为目标，科学合理地构建专业课程体系，搞好专业教学改革。一是重新构建科学的高职教育课程体系，确定适应需求的教学内容。对教学内容按照培养目标进行整合、重组与优化，逐步形成集群式、模块式课程模式，如工科类专业课程体系由人文社会科学模块、自然科学模块、职业技术基础模块、职业技能训练模块组成。理论教学和实践教学均采用模块教学模式，增强高等职业教育的针对性，提高高职学生的职业技能，取到了较好的效果。二是对高职专业课程进行整合与开发。学院根据产业结构的调整导致的职业结构和劳动岗位内容的变化，将相关的两门或两门以上的课程整合开发为一门课程，实现课程综合化。近几年来，学院把140门专业理论课程中的50多门课程有机地整合为16门新的课程，并引人新技术、新工艺、新知识和新方法，对课程体系和知识结构进行优化。三是突出了学生专业基本技能的培养，为学生毕业时能够“零距离”上岗作好能力储备。如学防织寸电气自动化专业学生“零距离”上岗的基本技能培养是通过加强继电器一接触器控制、plc控制、单片机及微机控制四项基本实践技能的训练来实现的。四是加强精品课程和教材建设。几年来，学院开展国家精品课程、省级精品课程、学院精品课程建设，形成“三级”精品课程建设网络，大力推动教育教学改革。其中《冶金机械技术》、《单片机应用技术》等课程被教育部确定为国家精品课程。其次，大力开展教材建设，学院组织编写了40多门教育部规划教材，50多门高职高专教材，这些教材以就业为导向，适度增加了各专业的新知识、新技术、新工艺，提高了高职学生的专业能力。
五、开展教育教学科研，提商教师的教学水平
高职院校要开展教育教学研究，不断改进教学方法和教学手段，特别要通过学术研究和适用技术项目的合作研究掌握新技术、新知识，不断地把新知识充实到课堂教学中。近几年来，学院承担省部级教研和教改课题18项、高职教育研究课题9项、国家级教育规划课题3项、省级规划课题35项、市级规划课题10项。学院还设立院级教研教改课题40多项。与湘潭钢铁公司、涟源钢铁公司等企业开展《旋转式轧机清洗设备的研制》、《原燃料冶金性能测定及研究》、《精炼渣及连铸用辅材性能研究》、《混联法技术创新工艺研究一一降低拜耳法溶出液及ak研究》、(无锡曙光ci项目模具研究》等课题研究10多项，进行知识创新和技术创新，既为企业解决了生产技术问题，又把新知识融人课堂教学，不断提高教学效果。通过开展科研工作，不断提高教师的教学水平和科研能力，促进了教学质量的提高。
六、加强对学生进行全面素质教育
为了贯彻落实教育部《关于加强大学生文化素质教育的若干意见》的精神，学院开展了学生文化素质教育的研究与实践。从1998年起，学院经过长达6年的探索和实践，初步形成了人文素质教育工程建设的实施体系。一是组建了院级和系级艺术团、礼仪队、摄影协会、读书俱乐部、青年志愿者协会、合唱团等学生社团组织，开展文化素质教育;二是重视体育文化活动，开展文体竞赛，培养团队精神。组建了院级和系级篮球队、足球队、健美操队、田径队等体育团队，推动校园文化建设;三是重视宿舍文化建设，培养学生雷厉风行、积极进取、整洁卫生、朴实大方、表里如一、吃苦耐劳的好作风以及团队精神和集体主义观念;四是结合专业特点，开展职业道德教育。把职业道德教育纳人教学计划，开设了相关课程，把职业道德教育与第二课堂活动结合起来，组织开展职业道德知识竞赛活动，促进了学生职业道德水平的培育和提高;五是成立学生心理教育与咨询中心，加强学生心理健康教育，培养学生健康的人格;六是实施校园文化与企业文化的“对接工程”，通过学生在接受企业文化的教育过程中，了解企业的发展战略，了解企业的用人标准，培养学生的职业精神和敬业精神。
七、实行校企合作，走学校、企业、杜区相结合的人才培养之路
校企合作在培养学生的创新能力、实践能力、适应能力和创业能力等方面发挥着积极的作用。近几年，学院先后与湘潭钢铁公司、涟源钢铁公司、首都钢铁公司、江西铜业公司、武汉钢铁公司、广西苹果铝业公司等企业开展“订单培养”，学院与合作企业建立董事会制度，共同研究和协商合作培养人才，与湖南湘珠化工厂、株洲明日硬质合金公司、株洲精工硬质合金公司等几十家中小企业建立了合作关系。学院聘请企业的技术专家、生产管理人员、高级技师与学院相关人员组成专业指导委员会，共同开发专业、确定教学内容。并与合作企业开展课题研究，进行技术公关，培养了大批“双师型”教师，提高了教师的实际动手能力和科研能力。
学院与所在地的社区合作，建立与社区的合作机制，通过联合开展第二课堂活动、共建学生社会活动基地、学生到社区挂职锻炼等形式，开展社区共建，共同培养人才。
八、注重学生“执业资格”的培养和培训工作
学院坚持以就业为导向，围绕提高学生就业竞争力，推行学历证书、职业资格证书、英语等级证书、计算机应用等级证书“四位一体”的学生就业竞争力建设机制，实现学历证书的教学内容与职业资格证书的培训内容相互融会贯通。一是在理论教学和实践教学中，突出学生实践能力的培养，结合职业岗位实际，按照职业岗位的要求，把职业资格标准中要求的知识与技能，融人相关课程的教学大纲中;二是将职业资格证书作为重要的教学目标，并将不同类别、等级的职业资格证书的考证纳人教学计划。自建院以来，学院共建立了23个职业岗位的中、高级职业资格职业技能鉴定所。近5年来的毕业生95%以上分别获得了人事部、劳动部、建设部、等部门颁发的涉及机械、电子、电工、计算机、财会、建筑、电子商务、市场营销、文秘等方面的职业技能等级证书。三是鼓励学生参加国家注册会计师、注册造价师、注册评估师、注册物业管理师等资格考试。
关键词碳化硼粉末，碳化硼陶瓷，制备，进展
1引 言
碳化硼的硬度仅次于金刚石和立方氮化硼，尤其是近于恒定的高温硬度（＞30GPa）是其它任何材料都无可比拟的，故成为超硬材料家族中的重要成员。碳化硼为菱面体，目前被广泛接受的碳化硼模型是：B11C组成的二十面体和C-B-C链构成的菱面体结构[1～2]。正是由于这种特殊的结合方式，碳化硼具有许多优良性能（见表1），被广泛应用于耐火材料、工程陶瓷、核工业、航天航空等领域。本文综述了碳化硼粉末及碳化硼陶瓷的制备技术在国内外的研究现状及进展情况，并展望了其发展。
2碳化硼粉末的合成
2.1 碳管炉、电弧炉碳热还原法
这是合成B4C粉末的最古老的方法，早在化学计量的B4C被确定（1934年）后不久，电炉生产工业用B4C的研究就获得了成功，B4C作为磨料开始在工业上得到应用。将硼单质或含硼的化合物与碳粉或含碳的化合物均匀混合后放在高温设备，例如电管炉或电弧炉中，通以保护气体Ar或N2气在一定温度下合成B4C粉末，其基本的化学方程式为：
2B2O3（4H3BO3）+7C=B4C+6CO（g）(+3H2O（g）)
由于硼酸和硼酐分别在低温和高温下有较大的挥发性，所以通常加入过量的硼酸和硼酐，才能获得高纯和稳定的B4C粉。碳管炉碳热还原法生产碳化硼粉末的生产工艺流程如图1[5]所示。
此种方法合成B4C粉末的优点是：设备结构简单、占地面积小、投资小、建成速度快、工艺操作成熟、稳定和容易控制；但也有很大的缺陷，包括能耗大、生产能力较低、高温下对炉体的损坏严重，尤其是合成的粉末平均粒径大（20～40μm）[6]，可以直接用于磨料，而作为烧结B4C的原料还需要大量的破碎处理工序，大大增加了生产成本。
2.2 自蔓延高温合成法（SHS）
SHS法是利用化合物合成时的反应热，使反应进行下去的一种合成方法（其反应过程示意图如图2所示[9]），目前已成功制备了多种高纯度的陶瓷粉末，例如B4C、BN等[7]。由于此法制备B4C时多以Mg作为助熔剂，故又称镁热法。与其它传统方法相比，具有反应温度较低（1273～1473K）、节约能源（利用外部能源点火后，仅靠反应放出的热量即可使燃烧波进行下去）、反应迅速（其燃烧波划算速度可达到15cm/s）及容易控制等优点，所以合成出的B4C粉纯度较高而且原始粉末粒度较细（0.1～4μm[8]），一般不需要再破碎处理，是目前合成B4C粉的较佳方法；缺点是反应物中残留的MgO必须用附加工艺洗去，且极难彻底去除。
张化宇等[8,10]通过B2O3-Mg-C体系的自蔓延高温还原反应制备出了原始粒径为0.4μm的B4C粉末，并分析了反应机理，研究认为温度低于650℃时镁与硼酐发生放热反应，释放出单质硼，然后中间态硼与碳通过固态扩散反应生成B4C。
2.3 激光诱导化学气相沉积法（LICVD）
LICVD法是利用反应气体分子对特定波长激光束的吸收而产生热分解或化学反应，经成核生长形成超细粉末，图3是LICVD法制备B4C粉的装置示意图[11]。LICVD法通常采用高能CO2激光器，具有以下优点：由于反应器壁是冷的，因此无潜在的污染；原料气体分子直接或间接吸收激光光子能量后迅速进行反应；反应具有选择性；反应区条件可以被精确控制；激光能量高度集中，反应与周围环境之间的温度梯度大，有利于生成核粒子快速凝结；反应中心区域与反应器之间被原料气体隔离，污染小，可制得纯度高的纳米粉末。
此法是以含有碳源及硼源的气体（BCl3、B2H6、CHCl3、CH4等）为原料，在激光的强烈辐射下，混合气体迅速升温并发生反应生成B4C纳米颗粒，与石墨、氯仿等挥发物以烟灰形态沉积在有微孔的微栅上，再经过一定的处理得到具有一定纯度的纳米B4C粉，为制备纳米B4C粉提供了新的研究方法。Oyama等[11]以钕钇铝石榴石激光作为激光源，C6H6与BCl3为反应气体，制备出了石墨包覆B4C的纳米粉末，B4C粒度可达14～33nm。
2.4 溶胶-凝胶（Sol-gel）碳热还原法
Sol-gel法是指无机物或金属醇盐经过溶液、溶胶、凝胶而固化，再经热处理成为化合物固体的方法。由于合成B4C时提供硼源的硼化物很难与其它无机物或有机物形成凝胶，故用此法合成B4C粉的报道较少。但是如能找到合适的硼源、碳源而形成凝胶，利用此法中原料的分子级混合更加均匀、反应温度低、产物膨松等特点，对制备超细B4C粉必然大有益处。Sinha[12]等通过研究不同碳源，包括淀粉、蔗糖、葡萄糖、甘油、酒精及柠檬酸等，发现硼酸与柠檬酸的混合溶液在pH=2～3、温度为84～122℃的情况下，硼酸与柠檬酸可以形成稳定透明的金黄色凝胶体，于真空炉中加热至700℃可得到多孔松软的块状硼酸/柠檬酸凝胶前驱体，将制备好的凝胶前驱体放于石墨模具内，在真空状态下于1000～1450℃保温2h，就可得到原始粉末粒径分布范围窄、平均粒径为2.25μm的B4C微粉。
3碳化硼陶瓷的制备
碳化硼陶瓷的制备主要采用热压烧结，也可以用热等静压烧结、无压烧结、放电等离子烧结及反应烧结等方法。
3.1 热压、热等静压（HIP）烧结[13～14]
为了获得高致密度，在适当温度下用热压处理，热压造成颗粒重排和塑性流动、晶界滑移、应变诱导孪晶、蠕变以及后阶段体积扩散与重结晶相结合等物质迁移机理。热压烧结在惰性气氛或真空中进行，一般热压温度2200～ 2300℃，压力20～40MPa，保温时间0.5～2h，但碳化硼是共价键很强的化合物，无添加剂的烧结很难得到高致密度、高性能的产品，为了降低碳化硼的烧结温度及改善碳化硼的性能，必须加入烧结助剂来促进烧结。由于碳化硼抗热震性能较差，因此要缓慢降温，热压烧结只能制备形状较简单的制品。
热等静压是将惰性气体如N2、Ar等作为传递压力的介质，将碳化硼粉末压坯或装入包套的粉料放入高压容器中，使粉料经受高温和均衡压力，降低烧结温度，避免晶粒长大，可获得高致密度的碳化硼陶瓷材料。与一般热压法相比，它可以使物料受到各向同性的压力，因而陶瓷的显微结构均匀，缺点是设备费用较高和待加工工件尺寸受到限制。
图4为热压烧结、无压烧结碳化硼的SEM图像[13]，从图可以看出，2100℃、25MPa热压烧结的碳化硼密度高，气孔小而少，且分布在晶界上，晶粒尺寸3～5μm；而2200℃无压烧结40min的碳化硼密度较低，气孔较多，且分布在晶内、晶界上，有些连通成气孔，晶粒尺寸粗大，约50μm，晶界内部有较多孪晶。
3.2 无压烧结
由于热压、热等静压工艺较复杂，不适合工业化生产，目前也有人尝试无压烧结碳化硼制品。碳化硼是共价键很强的陶瓷材料，其烧结性能极差，在常压下于2300℃烧结，其制品的相对密度一般低于80%，且容易出现异常晶粒长大和表面熔化现象[15]。增大碳化硼粉末的比表面积并减小其平均粒度，可在一定程度上提高烧结密度。研究表明，要获得较高的烧结密度，碳化硼粉末的比表面积不能低于5.2m2/g，或粉末的平均粒度不能大于3μm[15]。若要进一步提高烧结密度，碳化硼粉末的平均粒度不能大于1μm[16]。因此，为了降低烧结温度、提高碳化硼制品的综合性能，一般需加入烧结助剂，如单质硼、碳、铝等来促进碳化硼的烧结。Bougoin等[17]采用有机物聚碳酸酯硅烷（5%～10%）作为烧结助剂，在2175℃无压烧结15min，得到了相对密度大于92%、几乎不含游离C的碳化硼陶瓷，X射线研究表明，制品中有少量的SiC相存在。李文辉等[18]以Al、Si作为烧结助剂，于2050℃、常压烧结180min得到了相对密度大于93%、抗弯强度分别为298MPa和344MPa的复相陶瓷。
3.3 放电等离子烧结法（SPS）19～21
SPS法是一种快速烧结新工艺，将瞬间、断续、高能脉冲电流通入装有粉末的模具上，在粉末颗粒间即可产生等离子放电，导致粉末的净化、活化、均化等效应。传统的热压烧结主要是由通电产生的焦耳热和加压造成的塑性变形这两个因素来促使烧结的进行，而放电等离子的烧结过程，除了上述作用外，在压实颗粒样品上施加了由特殊电源产生的直流脉冲电压，并有效利用了瞬时产生的放电等离子使被烧结体内部每个颗粒均匀地自发热和使颗粒表面活化，因而具有非常高的热效率，可在相当短的时间内使烧结体达到致密。
SPS状态有一个非常重要的作用，是在粉体颗粒间高速升温后，晶粒间结合处可通过热扩散迅速冷却，施加脉冲电压使所加的能量能在观察烧结过程的同时，高精度地加以控制，电场的作用也因离子高速迁移而造成高速扩散，通过重复施加电压，放电点（局部高温源）在压实颗粒间移动而布满整个样品，这就使样品均匀地发热和节约能源。能使高能脉冲集中在晶粒结合处是SPS过程不同于其它烧结过程的一个主要特点。SPS技术具有如下特点： (1)烧结温度低、烧结时间短，可获得细小、均匀的组织，并能保持原始材料的自然状态；(2)烧结体致密度高；(3)通过控制烧结组分与工艺，能烧结梯度材料及大型工件等复杂材料。
SPS系统可用于短时间、低温、高压（500～1000MPa）烧结，也可用于低压（20～30MPa）、高温（1000～2000℃）烧结，因此可广泛地用于金属、陶瓷和各种复合材料的烧结，包括一些用通常方法难以烧结的材料。
3.4 反应烧结
反应烧结是指混合均匀的粉体在烧结过程中，组分之间或组分与烧结气氛之间发生化学反应，获得预期设计组成的、相均匀分布的复相瓷体，而新相往往于原位生成22。采用可以与碳化硼反应生成新晶相的添加剂，包括烧结助剂或第二相进行反应烧结，利用反应过程的化学驱动力及新晶相颗粒强化、微裂纹增韧等作用来降低碳化硼的烧结温度，提高制品的综合性能。
目前加入的添加剂主要包括金属单质（Fe、Ti、Al、Cr、Ni、Cu等）、金属氧化物（TiO2、Al2O3等）、过渡金属碳化物（TiC、WC、VC、CrC等）及其它添加剂（AlF3、Be2C、MgF2、Si等）[23～24]。金属单质主要通过两个途径来强化碳化硼的烧结过程：一是在烧结过程中引入液相，通过液相烧结致密化机制，如毛细流动来促进致密化；二是与碳化硼发生化学反应，生成的金属硼化物作为增强相起到弥散强化作用。Levin[25]研究了TiO2对碳化硼烧结过程的影响，在TiO2添加量为40wt%时，于2190℃无压烧结1h，得到了晶粒细小、相对密度达到95%，由B4C1-x和TiB2组成的复相陶瓷。Sigl[26]研究了TiC活化烧结碳化硼的过程，发现TiC与B4C的反应产物C和TiB2能促进B4C的烧结致密化，2150℃常压烧结B4C制品相对密度达到93%，随着TiC含量的增加，制品晶粒减小。唐军等[27]在B4C中添加TiC，于2050℃、30MPa的压强下进行热压烧结，在碳化硼基体内原位反应生成了TiB2颗粒，获得的TiB2颗粒粒径一般在3μm以下。其中加入20vol%TiC的复相陶瓷的断裂韧性KIC达6.3MPa・m1/2，比B4C基体提高了75%；加入10vol%TiC的复相陶瓷的抗弯强度达到最大值620MPa，比B4C基体提高了40%。
4结 束 语
碳管炉、电弧炉碳热还原法是目前工业制备碳化硼粉末的主要方法，但由于粉末粒度较大，除直接用于磨料，如果作为烧结碳化硼的原料还需大量的破碎处理工序，大大增加了生产成本。自蔓延高温合成法、化学气相沉积法及溶胶-凝胶碳热还原法由于制备的粉末粒度小，是实现碳化硼超细粉末工业化生产的潜在重要方法。添加烧结助剂、利用反应烧结法能有效地强化碳化硼的烧结过程。添加适宜烧结助剂的热压及无压反应烧结工艺既能提高制品的性能，又能降低烧结温度、减少能量消耗，是目前大规模生产高性能碳化硼制品的较佳工艺。另外，直接制备碳化硼的复合粉末，可以有效降低碳化硼粉末的合成温度及原始粒度，有望提高碳化硼制备的综合性能，这不失为改善碳化硼烧结的有益尝试28。
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