铝合金在桥梁领域的应用调研报告

第一篇：铝合金在桥梁领域的应用调研报告

铝合金在桥梁领域的应用

目录

目录................................................................................................................................I 1.综述.............................................................................................................................1 2.铝合金桥梁分类及实例.............................................................................................1 2.1民用桥梁..................................................................................................................1 2.1.1连续箱梁桥...........................................................................................................1 2.1.2桁架桥...................................................................................................................1 2.1.3拱桥.......................................................................................................................2 2.1.4悬索桥...................................................................................................................2 2.1.5高架桥...................................................................................................................2 2.2军用桥......................................................................................................................3 2.2.1应急拼装铁路站台...............................................................................................3 2.2.2应急机动栈桥.......................................................................................................3 2.3浮桥..........................................................................................................................3 2.4舟桥铝合金甲板......................................................................................................3 2.5铝合金桥面..............................................................................................................4 3.铝合金桥材料及结构件连接方式.............................................................................4 3.1材料..........................................................................................................................4 3.2材料生产方式..........................................................................................................5 3.3结构件连接方式......................................................................................................5 4铝合金桥结构设计标准.............................................................................................5

I 1.综述

由于铝合金具有强度重量比高，断裂韧度和疲劳强度高，耐腐蚀和稳定性好，可塑性、焊接性好等诸多优点，它在土木工程中的应用越来越广，在桥梁工程中也越来越引起人们的兴趣与重视。铝合金材料的研究及其在桥梁工程中的应用已经成为桥梁创新设计的重要方向之一。

国外铝合金应用于桥梁中的历史可以追溯到1933年美国匹斯堡史密斯菲尔德街桥上的铝桥面板；我国首座铝合金结构桥梁是杭州庆春路中河人行天桥，它2007年3月建成，所有铝合金型材均从国外进口，且桥梁结构由外资公司承建。

如今在桥梁领域铝合金主要应用于民用桥梁（尤其是人行天桥）、军用桥梁、浮桥、铝合金甲板和铝合金桥面等。

2.铝合金桥梁分类及实例

2.1民用桥梁

2.1.1连续箱梁桥

1）杭州庆春路中河人行天桥（图1）2007年3月建成，由外资公司承建，上部结构用德国进口的铝合金桁架结构箱梁，主桥材料为6082-T6铝合金，全长36.8米，仅重11吨。

图1

2）挪威福斯莫公路铝合金桥修建于1996年，压制件采用6082及6005型合金。桥面板由3室中空压制件组成，高0.123m，宽0.25m，压制件内部的4片腹板互成60°角，形成横向框架，与上翼缘板焊接在一起组成正交异性桥面板同时焊接在桥梁上缘。2.1.2桁架桥

1）德国施万贝尔桥建于1955年，该桥采用桁架体系。采用U形弦杆、I形支撑及I形斜杆，结构材料为6082-T6合金。桥面板由一些厚0.16 m的特制铝压件栓接形成，同时用冷拉铝合金螺栓栓接在纵梁上。这座人行天桥用铝25t。2）上海徐家汇人行天桥（图2）2009年9月29日投入使用，总工期仅37天。该桥由同济大学沈祖炎院士负责设计，主材为6061-T6铝合金，单跨23m，宽度6m，铝合金天桥自重仅150KN，最大载荷质量可达到50t。

3）北市西单人行天桥（图3）2008年7月20日投入使用。该桥铝合金上部结构为外资公司承建，主要铝合金型材均为国内产，为6082-T6铝合金。主跨全长38.1m，桥面净宽8m，总长84m。

2.1.3拱桥

加拿大阿尔维达拱桥建于1950年，主拱跨径88.4m，高14.5m。主梁由铝质纵梁和横梁组成，上面铺设钢筋混凝土桥面板。所有支座也均由铝合金制成。全桥总长153m，宽9.75m。采用2014-T6型铝合金，总重150 t。2.1.4悬索桥

意大利雷亚尔·费迪南多桥建于1998年，全桥长85 m，宽5.8m，其悬索体系由2道截面为矩形的铁索组成并通过圆柱形销钉连接在一起，竖向吊索间距为1.36m，吊索与纵梁的连接装置嵌在桥墩顶内部。纵梁采用7020-T6型铝合金，横梁则采用6060-T6型铝合金。纵梁选用由两水平弦杆与竖向构件连接形成的佛伦弟尔梁方案。2.1.5高架桥

美国克莱夫公路桥建于1958～1963年间，是世界上第一座焊接铝桥，是一座4连跨连续高架桥，全长67m，宽10.97m。上部结构由4片高度为965mm的焊接铝板梁以及横向支承与主梁用高强螺栓连接形成。该桥首次采用混凝土桥面板与铝质上部结构的体系。板材和角钢分别采用5083-H113和5456-H321型铝合金。该桥1993年由于道路枢纽改建被拆除。

图3

图2 2.2军用桥

现代战争瞬息万变、机会稍纵即逝，要求战备桥梁必须满足水陆快速机动灵活布置，适合各种复杂气象条件等要求，二铝合金结构桥梁正好满足这种要求。

铝合金桥在军事领域的应用主要有应急机动战备桥（应急机动栈桥）、应急铁路站台、铝合金应急路面和应急直升机停机坪等。2.2.1应急拼装铁路站台

湖北华舟应急轻拼装铁路站台主要由铝合金制成，用于铁路运输在无固定站台情况下，保障各类装备迅速实施装卸载作业。全套共18件，总重约2.2t，长度11.3m，宽3.56m。图4为示意图。

图4

2.2.2应急机动栈桥

目前用于装甲车的军用桥梁及多数战备桥梁常用铝合金制造。德国研制的铝合金拼接坦克桥由轧制铝板焊接而成，其中一部分是搅拌摩擦焊接，另一部分则是惰性气体保护焊接（MIG）。图5为示意图。

2.3浮桥

图5

我国生产铝合金浮桥的厂家主要有山东丛林铝材和东北轻合金等厂家，前者为码头用铝合金浮桥，后者为军用浮桥。东北轻合金有限责任公司2005年曾获得发明专利：“浮桥用铝合金型材的制造方法”。

2.4舟桥铝合金甲板

舟桥是用于在江河上架设浮桥或结构漕渡门桥的制式渡河保障装备，是陆军遂行渡河工程保障的

图6

最主要装备。采用轻质高强度的铝合金作为舟桥的甲板（图6），可以有效减轻舟体结构白重，提高舟桥的水上机动性。

2.5铝合金桥面

铝合金桥面由多孔挤压型材相互连接在一起构成。空心型材质量轻、抗扭刚度大、预制容易，是各国应用的主要形式。图7为国外铝桥面板应用型材的几种典型形式。

图7 国外铝桥面板应用型材的几种典型形式 其中：a——单孔三角形型材及其组合形式 b——双孔三角形型材及其组合形式

c——三孔梯形型材组合形式 d——桁架式型材组合形式 e——桁架式型材组合形式

3.铝合金桥材料及结构件连接方式

3.1材料

根据国内外铝合金桥梁实例及铝合金型材自身性能，应用于桥梁的铝合金主要有6082和6061型，此外还有2014、5083、5456、6005、6060、6063、7005、7A05和7020等；型材热处理状态巨大多数为T6，少部分有H113和H312等，如上文中提到的美国克莱夫公路桥就采用5083-H113和5456-H321型铝合金。

3.2材料生产方式

铝合金浮桥和铝合金桥面多采用铝合金挤压型材，如东北轻合金有限责任公司生产的军用铝合金浮桥挤压型材挤压温度为320～450℃；铝合金人行天桥可以采用铝合金挤压方管型材和铝合金压制件。

3.3结构件连接方式

铝合金结构的连接方式有铆接、螺栓与焊接三种方式，焊接主要采用搅拌摩擦焊和MIG焊。

4铝合金桥结构设计标准

用于桥梁建设的我国铝合金结构件材料性能应满足GB5237《铝合金建筑型材》标准和GB50429《铝合金结构设计规范》。此外根据铝合金桥结构件的连接方式和用途，还应满足其他相应标准，如军用浮桥的焊接应满足JB4730《承压设备无损检测》标准等。

第二篇：铝合金6061调研报告

铝合金选材技术报告

一．1-8系列铝合金用途介绍:

1×××系列铝板材

1×××系列铝板材：代表 1050、1060、1100。在所有系列中1×××系列属于含铝量最多的一个系列。纯度可以达到99.00%以上。由于不含有其他技术元素，所以生产过程比较单一，价格相对比较便宜，是目前常规工业中最常用的一个系列。目前市场上流通的大部分为1050以及1060系列。1000系列铝板根据最后两位阿拉伯数字来确定这个系列的最低含铝量，比如1050系列最后两位阿拉伯数字为50，根据国际牌号命名原则，含铝量必须达到99.5%以上方为合格产品。我国的铝合金技术标准(GB/T3880-2006)中也明确规定1050含铝量达到99.5%.同样的道理1060系列铝板的含铝量必须达到99.6%以上。2×××系列铝板材

2×××系列铝板材：代表2A16（LY16）、2A06（LY6）。2×××系列铝板的特点是硬度较高，其中以铜原属含量最高，大概在3-5%左右。2×××系列铝板属于航空铝材，目前在常规工业中不常应用。我国目前生产2×××系列铝板的厂家较少。质量还无法与国外相比。目前进口的铝板主要是由韩国和德国生产企业提供。随着我国航空航天事业的发展，2×××系列的铝板生产技术将进一步提高。

3×××系列铝板材

3×××系列铝板材：代表3003、3004、3A21为主。又可以称为防锈铝板。我国3×××系列铝板生产工艺较为优秀。3×××系列铝板是由锰元素为主要成分，含量在1.0-1.5%之间。是一款防锈功能较好的系列。常规应用在空调，冰箱，车底等潮湿环境中，价格高于1×××系列，是一款较为常用的合金系列。4×××系列铝板材

4×××系列铝板材：代表为4A01。4×××系列的铝板属于含硅量较高的系列。通常硅含量在4.5-6.0%之间。属建筑用材料,机械零件,锻造用材,焊接材料;低熔点,耐蚀性好产品描述:具有耐热、耐磨的特性。

5×××系列铝板材

5×××系列铝板材：代表5052、5005、5083、5A05系列。5×××系列铝板属于较常用的合金铝板系列，主要元素为镁，含镁量在3-5%之间。又可以称为铝镁合金。主要特点为密度低，抗拉强度高，延伸率高。在相同面积下铝镁合金的重量低于其他系列.故常用在航空方面，比如飞机油箱。在常规工业中应用也较为广泛。加工工艺为连铸连轧，属于热轧铝板系列故能做氧化深加工。在我国5×××系列铝板属于较为成熟的铝板系列之一。

6×××系列铝板材

6×××系列铝板材：代表6061。主要含有镁和硅两种元素，故集中了4×××系列和5×××系列的优点，6061是一种冷处理铝锻造产品，适用于对抗腐蚀性、氧化性要求高的应用。可使用性好，接口特点优良，容易涂层，加工性好。可以用于低压武器和飞机接头上。

7×××系列铝板材

7×××系列铝板材：代表7075。主要含有锌元素。也属于航空系列，是铝镁锌铜合金,可热处理合金,属于超硬铝合金,有良好的耐磨性.7075铝板是经消

除应力的,加工后不会变形、翘曲.所有超大超厚的7075铝板全部经超声波探测,可以保证无砂眼、杂质.7075铝板的热导性高,可以缩短成型时间,提高工作效率。主要特点是硬度大7075是高硬度、高强度的铝合金,常用于制造飞机。8×××系列铝板材

8×××系列铝板材：较为常用的为8011铝板材，属于其他系列。是以做瓶盖为主要功用的铝板，也应用在散热器方面，大部分应用为铝箔。在营业中是不太常用系列

二．铝合金表面处理工艺

铝合金表面的自然氧化膜厚度约为0.005-0.015um。虽然这层薄膜赋予铝合金一点的耐腐蚀性，然而这个厚度范围还不足与保护铝免于腐蚀，尤其在酸碱性条件下会迅速溶解。因此铝合金在使用前往往必须经过相应的表面处理以满足其对环境的适应性和安全性，减少腐蚀，延长使用寿命。通过适当的表面处理，使氧化膜厚度增加100-200倍。目前铝合金表面处理工艺有：

1.化学氧化法

广义的化学氧化膜包括重铬酸盐或高猛酸盐等氧化剂参与的化学氧化膜。化学氧化膜的厚度要比阳极氧化膜薄得多，但其处理经济，方便，快速，生产线结构简单，不需要电源设备等，使用与大批量零部件的低成本生产。

2.阳极氧化法

铝合金的阳极氧化是用铝或铝合金作阳极，用铅、碳或不锈钢作阴极，在草酸、硫酸、铬酸等的水溶液中电解。用电力进行阳极氧化可得到自然氧化法难以得到的成膜速度。能够稳定生成阳极氧化膜的化学平衡条件决定于表示电位-PH关系的图：膜的生长是生长速率大于膜的溶解速率下形成的。阳极氧化法生成的氧化膜结构、性质、色调随电解液的种类、电解条件的不同而变化。经过阳极氧化处理后，可得到光洁、光亮、透明度较高的氧化膜层，再经染色，可得到不同色彩的表面。

3.微弧氧化法

微弧氧化法是一种在有色金属表面原位生长陶瓷膜的高新技术。该技术突破了传统的阳极氧化电流、高压法拉第区域的限制，把阳极电位由几十伏提高到几百伏，氧化电流由小电流发展到大电流，由直流发展到交流，致使在样品表面上出现电晕、辉光、微弧放电，甚至火花斑等现象，使材料表面上的氧化层处在微等离子体的高温高压作用下，发生相和结构的变化，使非晶镀结构的三氧化二铝转化为A2三氧化二铝和C2三氧化二铝，因此氧化层硬度高，致密，与基体结合力强，尺寸变化小，是铝合金耐磨损、耐腐蚀、耐热冲击及绝缘性得到极大的改善。

4.不同表面处理的对比

经过不同表面氧化处理后，形成的氧化膜厚薄不一，其中化学氧化膜最薄（约1-2um），阳极氧化膜及黑色微弧氧化膜次之（分别为30-40um和20-30um），白色微弧氧化膜最厚（50-60um）。从综合性能上看，微弧氧化最佳，阳极氧化次之，化学氧化最差；在硬度及耐腐蚀要求较高的场合，建议使用微弧氧化法；一般情况下，建议采用阳极氧化，其性价比最高。

三、铝合金材料的选择

本次选用的铝合金材料主要用于旋挖钻的集成阀组之上，其最高压力为4MPa，压力相对较低。通过考虑价格，供货期以及材料性能，调研各个阀块的加工厂家，最终决定选用铝合金6061，出厂状态为T6，表面处理方式采用阳极氧化法，氧化膜厚度为AA10。下面将详细介绍铝合金6061的一些具体性能参数。

1.6061铝合金元素

6061铝合金的主要合金元素是镁与硅，并形成Mg2Si相。若含有一定量的锰与铬，可以中和铁的坏作用；有时还添加少量的铜或锌，以提高合金的强度，而又不使其抗蚀性有明显降低；导电材料中还有少量的铜，以抵销钛及铁对导电性的不良影响；锆或钛能细化晶粒与控制再结晶组织；为了改善可切削性能，可加入铅与铋。在Mg2Si固溶于铝中，使合金有人工时效硬化功能。6061铝合金中的主要合金元素为镁与硅，具有中等强度、良好的抗腐蚀性、可焊接性，氧化效果较好。

2.铝合金基本状态代号：

F 自由加工状态

适用于在成型过程中，对于加工硬化和热处理条件特殊要求的产品，该状态产品的力学性能不作规定（不常见）

O 退火状态

适用于经完全退火获得最低强度的加工产品（偶尔会出现）

H 加工硬化状态

适用于通过加工硬化提高强度的产品，产品在加工硬化后可经过（也可不经过）使强度有所降低的附加热处理（一般为非热处理强化型材料）

W 固熔热处理状态

一种不稳定状态，仅适用于经固溶热处理后，室温下自然时效的合金，该状态代号仅表示产品处于自然时效阶段（不常见）

T 热处理状态(不同于F、O、H状态)

适用于热处理后，经过（或不经过）加工硬化达到稳定的产品。T代号后面必须跟有一位或多位阿拉伯数字（一般为热处理强化型材料）。我们常见的非热处理强化型铝合金后面的状态代号一般是字母H加两位数字。如1100 H14。下面简单介绍以下状态代号的含义内容。

字母H后面一般跟两位数字：第一位数字表示的就是加工硬化处理的方法。H后面的第一位数字有：1，2，3，4。即H1* H1*表示单纯加工硬化处理；H2* H2*表示加工硬化及不完全退火；H3* H3*表示加工硬化及稳定化处理H4* H4*表示加工硬化及涂漆处理。第二位数字表示的就是材料所达到的硬化程度。H后面的第二位数字有：1，2，3，4，5，6，7，8，9，既H*1 0与2之间的硬度。H*2 1/4硬，H*3 2与4之间的硬度，H*4 1/2硬，H*5 4与6之间的硬度，H*6 3/4硬，H*7 6与8之间的硬度，H*8 全硬状态，H*9 超硬状态。（H后面跟三个数字的情况不多，只有几个。H111表示最终退火后又进行了适量的加工硬化。H112表示适用于热加工成型的产品。H116表示含镁量≥4.0%的5***系合金制成的产品.）我们常见的热处理强化型铝合金后面的状态代号一般是字母T加添加一位或多位阿拉伯数字表示T的细分状态在T后面添加0—10的阿拉伯数字，表示细分状态（称作TX状态）。T后面的数字表示对产品的热处理程序。

T0固溶热处理后，经自然时效再通过冷加工的状态。适用于经冷加工提高强度的产品。

T1 由高温成型过程冷却，然后自然时效至基本稳定的状态适用于由高温成型过程冷却后，不再进行冷加工（可进行矫直、矫平，但不影响力学性能极限）的产

品。

T2 由高温成型过程冷却，经冷加工后自然时效至基本稳定的状态。适用于由高温成型过程冷却后，进行冷加工、或矫直、矫平以提高强度的产品。

T3 固溶热处理后进行冷加工，再，经自然时效至基本稳定的状态。适用于在固溶热处理后，进行冷加工、或矫直、矫平以提高强度的产品。

T4 固溶热处理后自然时效至基本稳定的状态。适用于固溶热处理后，不在进行冷加工（可进行矫直、矫平，但不影响力学性能极限）的产品。

T5 由高温成型过程冷却，然后进行人工时效的状态。适用于由高温成型过程冷却后，不经过冷加工（可进行矫直、矫平，但不影响力学性能极限），予以人工时效的产品。

T6 由固溶热处理后进行人工时效的状态。适用于由固溶热处理后，不再进行冷加工（可进行矫直、矫平，但不影响力学性能极限）的产品。

T7由固溶热处理后进行人工时效的状态适用于由固溶热处理后，为获取某些重要特性，在人工时效时，强度在时效曲线上越过了最高峰点的产品。

T8固溶热处理后经冷加工，然后进行人工时效的状态。适用于经冷加工、或矫直、矫平以提高产品强度的产。

T9固溶热处理后人工时效，然后进行冷加工的状态。适用于经冷加工提高产品强度的产品。

T1由高温成型过程冷却后，进行冷加工，然后进行人工时效的状态。适用于经冷加工、或矫直、矫平以提高产品强度的产品。T状态及TXXX状态（消除应力状态外）在TX状态代号后面再添加一位阿拉伯数字（称作TXX状态），或添加两位阿拉伯数字（称作TXXX状态），表示经过了明显改变产品特性（如力学性能、抗腐蚀性能等）的特定工艺处理的状态。

T42适用于自O或F状态固溶热处理后，自然时效达到充分稳定状态的产品，也适用于需方对任何状态的加工产品热处理后，力学性能达到了T42状态的产品。T62适用于自O或F状态固溶热处理后，进入人工时效的产品，也适用于需方对任何状态的加工产品热处理后，力学性能达到了T62状态的产品。

T73 适用于固溶热处理后，经过时效以达到规定的力学性能和抗应力腐蚀性能指标的产品。T74 与T73状态定义相同。该状态的抗拉强度大于T73状态，但小于T76状态。

T76与T73状态定义相同。该状态的抗拉强度分别高于T73、T74状态，抗应力腐蚀断裂性能分别低于T73、T74状态，但其抗剥落腐蚀性能仍较好。

T7X适用于自O或F状态固溶热处理后，进行人工时效处理，力学性能及抗腐蚀性能达到了T7X状态的产品。T81适用于固溶热处理后，经1%左右的冷加工变形提高强度，然后进行人工时效的产品。T87适用于固溶热处理后，经7%左右的冷加工变形提高强度，然后进行人工时效的产品。消除应力状态在上述TX或TXX或TXXX状态代号后面添加“51”、或“510”、或“511”或“52”或“54”表示经历了消除应力处理的产品状态代号。

TX51、TXX51、TXXX51适用于固溶热处理或自高温成型过程冷却后，按规定量进行拉伸的厚板、轧制或冷精整的棒材以及模锻件、锻环或轧制环，这些产品拉伸后不再进行矫直。厚板的永久变形量为1.5%~3%；轧制或冷精整棒材的永久变形量为1%~3%；模锻件锻环或轧制环的永久变形量为1%~5%。挤制棒、型和管材的永久变形量为1%~3%；拉制管材的永久变形量为1.5%~3%。

TX511、TXX511、TXXX511适用于固溶热处理或自高温成型过程冷却后，按规定

量进行拉伸的挤制棒、型和管材，以及拉制管材，这些产品拉伸后可微略行矫直以符合标准公差。

TX52、TXX52、TXXX52，适用于固溶热处理或自高温成型过程冷却后，通过压缩来消除应力，以产生1%~5%，永久变形量的产品。

TX54、TXX54、TXXX54 适用于在终锻模内通过冷整形来消除应力的模锻件。T6，固溶处理（淬火），人工时效

T62，由退火或F状态固溶处理，人工时效

T61是一种特殊热处理状态，要求其强度低于T6。3.力学性能

6061的极限抗拉强度为124 MPa

受拉屈服强度 55.2 MPa

延伸率25.0 %

弹性系数68.9 GPa

弯曲极限强度228 MPa

Bending Yield Strength 103 MPa

泊松比0.330

疲劳强度 62.1 MPa 5.热处理工艺

快速退火：加热温度350～410℃;随材料有效厚度的不同，保温时间在30～120min之间;空气或水冷。2）高温退火：加热温度350～500℃;成品厚度≥6mm时，保温时间为10～30min、<6mm时，热透为止;空气冷。3）低温退火：加热温度150～250℃;保温时间为2～3h;空气或水冷。

第三篇：FPGA调研报告-FPGA在航天领域的应用

FPGA技术调研：FPGA在航天领域的应用

1．引言

现 场 可 编 程 门 阵 列(Field programmable gatearrays，FPGA)是一种可编程使用的信号处理器件，用户可通过改变配置信息对其功能进行定义，以满足设计需求。与传统数字电路系统相比，FPGA 具有可编程、高集成度、高速和高可靠性等优点，通过配置器件内部的逻辑功能和输入/输出端口，将原来电路板级的设计放在芯片中进行，提高了电路性能，降低了印刷电路板设计的工作量和难度，有效提高了设计的灵活性和效率。设计者采用 FPGA 的优点：

(1)减少对所需器件品种的需求，有助于降低电路板的体积重量；

(2)增加了电路板完成后再修改设计的灵活性；

(3)设计修改灵活，有助于缩短产品交付时间；

(4)器件减少后，焊点减少，从而可提高可靠度。尤其值得一提的是，在电路运行频率越来越高的情况下，采用 FPGA 实现的复杂电路功能减小了板级电路上 PCB 布线不当带来的电磁干扰问题，有助于保证电路性能。

FPGA 也 是 现 阶 段 航 天 专 用 集 成 电 路（ASIC, Application specific integrated circuit）的最佳实现途径。使用商用现货 FPGA 设计微小卫星等航天器的星载电子系统，可以降低成本。利用 FPGA 内丰富的逻辑资源，进行片内冗余容错设计，是满足星载电子系统可靠性要求的一个好办法。目前，随着对卫星技术的不断发展、用户技术指标的不断提高以及市场竞争的日益激烈，功能度集成和轻小型化已经成为星载电子设备的一个主流趋势。采用小型化技术能够使星载电子设备体积减小、重量减轻、功耗降低，提高航天器承载有效载荷的能力以及功效比。采用高功能集成的小型化器件，可以减小印制板的尺寸，减少焊盘数量，还有利于充分利用冗余技术提高系统的容错能力。星载数字电路小型化的关键是器件选用，包括嵌人式高集成度器件的选用，其中，高密度可编程逻辑器件 FPGA 的选用是一个重要的实现方式。

目前，在航天遥感器的设计中，FPGA 被广泛地应用于主控系统 CPU 的功能扩展CCD 图像传感器驱动时序的产生以及高速数据采集。本文回顾了 FPGA 的发展，分析了其主要结构，并对航天应用 FPGA 进行了综述。指出了航天应用对FPGA 及其设计的要求，重点分析了空间辐射效应对FPGA 可靠性的影响，并总结了提高 FPGA 抗辐照的可靠性设计方法。最后，对航天应用 FPGA 的发展进行了展望。

2.FPGA 航天应用

可编程逻辑器件以其设计方便、设计便于修改、功能易于扩展，在航天、空间领域中得到了越来越广泛的应用。一种是以 Actel 公司产品为代表的一次编程反熔丝型 FPGA，一种是以 Xilinx 公司产品为代表的基于 SRAM 的可重新配置的 FPGA。

2.1 航天应用 FPGA 的分类 FPGA 按其编程性，目前具有航天成功应用经验的 FPGA 主要有两类： 一类是只能编程一次的一次性编程 FPGA。另一类是能多次编程的可重编程 FPGA,如 SRAM 型 FPGA、Flash 型 FPGA，这类 FPGA 一般具有在系统编程(ISP, In system programming)能力。

2.1.1 一次性编程 FPGA 此类产品采用反熔丝开关元件，具有体积小、版图面积小、低抗辐射抗干扰、互连线特性阻抗低的特点，不需要外接 PROM 或 EPROM，掉电后电路的配置数据不会丢失，上电后即可工作，适用于航天、军事、工业等各领域。这类产品中，具有代表性并已取得航天应用成功经验的产品是 ACTEL 公司的抗辐射加固反熔丝型 FPGA。与传统 FPGA平面型散布 的 逻 辑 模 块、连 线、开关矩阵的布局不同，反熔丝型 FPGA 采用紧凑、网格化密集布局的平面逻辑模块结构。利用位于上下逻辑模块层之间、金属对金属的可编程反熔丝内部连接元件实现器件的连接，减小了通道和布线资源所占用的空间。在编程之前，该连接元件为开路状态，编程时，反熔丝结构局部的小区域内具有足够高的电流密度，瞬间产生较大的热功耗，融化绝缘层介质形成永久性通路。

2.1.2 可重编程 FPGA 此类产品采用 SRAM 或 Flash EPROM 控制的开关元件，其优点是可反复编程。配置程存放在 FPGA外的存储器中，系统上电时，配置程加载到 FPGA中完成硬件功能的定制化。其中，SRAM 型 FPGA 还可以在系统运行中改变配置，实现系统功能的动态重构。但是，此类 FPGA 掉电后存储的用户配置逻辑会丢失，只能上电后重新由外部存储器加载。FlashEPROM 型 FPGA 具 有 非 易 失 性 和 可 重 构 的 双 重 优点，但不能动态配置，功耗也比 SRAM 型 FPGA 高。此类 FPGA 由于配置数据存储在 FPGA 内 的 SRAM存储器中，可编程逻辑开关采用多路选择器实现，内部逻辑功能采用基于 SRAM 结构的查找表实现，这些部位都属于单粒子翻转效应敏感型半导体结构。因此，在航天应用中要特别注意。具有代表性的、并取得航天应用成功经验的产品是 Xilinx 公司的基于SRAM 型 Virtex 系列的 FPGA 产品。

2.2 FPGA 航天应用现状

FPGA 在国内外的航天、空间领域，特别是商用卫星得到了广泛的应用。据统计，在国内外深空探测、科学及商用卫星共 60 个项目中都用到了 FPGA，军用卫星项目中也有多个项目用到 FPGA。

2.2.1 Acte FPGA 的航天应用

Actel 的耐辐射和抗辐射 FPGA 自从在 1997 年火星探路者（Mars Pathfinder）以及随后的勇气号、机遇号任务中取得成功后，其 FPGA 继续用于 NASA、ESA 的火星探测任务。Actel 的耐辐射和抗辐射器件用于火星探测器的控制计算机，执行从地球到火星6 个月飞行的导航功能。在火星探索者漫游器（ExplorerRover）的照相机、无线通信设备中均采用了 Actel 器件。ESA 的火星快车轨道卫星中，固态记录器使用了 20 多个 Actel FPGA 器件。Actel 公 司 的 FPGA 器 件 已 用 于 德 国 航 天 领 域(DLR)双光谱红外探测(BIRD)卫星中。BIRD 是全球首个采用红外传感器技术的卫星，以探测和研究地球上的高温事件，如森林山火、火山活动、油井和煤层燃烧等。超过 20 个高可靠性 FPGA 用干卫星有效载荷数据处理、存储器管理、接口和控制、协处理以及红外摄影机的传感器控制等多个关键性功能中。

2.2.2 Xilinx FPGA 的航天应用

同 ACTEL 相比，Xilinx 公司用于航天、空间领域的产品研制较晚，但是，其功能强大、性能高、可重新配置的民用塑封产品向宇航级产品的过渡、全面提高抗空间辐射能力，逐渐成为空间电子产品设计中常用的 FPGA 产品，并将获得越来越广泛的应用。Xilinx 的 Virtex 耐辐射 FPGA 被用于 2003 年发射的澳大利亚的军民混用通信卫星 Optus CL，在卫星的 UHF 有效载荷中，Xilinx Virtex FPGA(XQVB300）用来实现地球数据的信号处理算法，并使用了 Xilinx提供的 IP 核。

Xilinx 的加固 FPGA XQR4062XL 被用于 2002 年发射的澳大利亚科学卫星 Fedsat（联合卫星，用于研究磁层）的高性能计算有效载荷。HPC-1 是第一例在星载计算机系统的标准运行中采用 FPGA 实现了可配置计算技术 RCT。目前正在开发的 RHC-II 将使用Xilinx FPGA 实现星上数据处理。

此 外，GRACE(NASA）的 敏 感 器 中 使 用 了XQR4O36XL 产品。

在火星探测漫游器 Discovery 和 Spirit 中都成功应用了 Xilinx FPGA 产品。两片宇航 FPGA VirtexTMFPGA XQVR100O 被用于火星漫游器车轮电机控制、机械臂控制和其他仪表中，4 片耐辐照 4000 系列的FPGA XQR4062XL 用于控制火星着陆器的关键点火设备，保证着陆器按规定程序下降及成功着陆。欧洲第一个彗星轨道器和着陆器 ROSETTA 上总共有 45 片 FPGA，都选用 ACTEL RT14I00A，承担了控制、数据管理、电源管理等重要功能，并且飞行中任何一片 FPGA 都不得断电。

Xilinx 最新发布的 Virtex-5QVFPGA 具有非常高的抗辐射性，TID 耐性为 700 kraD 以上，SEU（Sin-gle Event Upset，单粒子翻转）闩锁（Latch Up）耐性超过 100 MeV·cM2/Mg，主要面向人造卫星和宇宙飞船上的遥感处理、图像处理以及导航仪等用途。因此，基于 FPGA 系统构成无需为了辐射措施而增加冗余，可以削减系统开发所需要的时间和成本。其规模也达到了 13 万个逻辑单元，集成了最高速度为 3.125 Gbit/s的高速收发器，并强化了 DSP 功能，作为航天领域用 FPGA 中属业界最高水准。

3.辐射效应及其影响

航天、空间电子设备由于其所处的轨道以及使用环境的不同, 受到的辐射影响也不相同。从总体上来说，对 FPGA 影响比较大的辐射效应主要有: 总剂量效应(TID: Total ionizing Dose)、单粒子翻转(SEU: Single event upset)、单 粒 子 闩 锁(SEL: Single event latchup)、单粒子功能中断(SEFI: Single event func-tional interrupt)、单 粒 子 烧 毁(SEB: Single eventburnout)、单 粒 子 瞬 态 脉 冲(SET: Single event tran-射效应产生的机理不尽相同, 引起 FPGA 的失效形式也不同。总剂量效应： 光子或高能离子在集成电路的材料中电离产生电子空穴对，最终形成氧化物陷阱电荷或者在氧化层与半导体材料的界面处形成界面陷阱电荷，使器件的性能降低甚至失效。单粒子翻转： 具有一定能量的重粒子与存储器件或逻辑电路 PN 结发生碰撞, 在重粒子运动轨迹周围形成的电荷被灵敏电极收集并行成瞬态电流，如果电流超过一定值就会触发逻辑电路, 形成逻辑状态的翻转。单粒子翻转敏感区域是指 FPGA 中易于受到单粒子效应影响的区域，包括 FPGA 的配 置 存 储 器、DCM、CLB、块存储区域。

单粒子闩锁： CMOS 器件的 PNPN 结构成了可控硅结构。质子或重粒子的入射可以触发 PNPN 结导通, 进入大电流再生状态，产生单粒子闩锁。只有降低电源电压才能退出闩锁状态。单粒子功能中断： 质子或重粒子入射时引起器件的控制逻辑出现故障，进而中断正常的控制功能。FPGA 中单粒子功能中断的敏感部分为配置存储器、上电复位电路、SelectMAP 接口和 JATAG 接口。

单粒子烧毁： 入射粒子产生的瞬态电流导致敏感的寄生双极结晶体管导通。双极结晶体管的再生反馈机制造成收集结电流不断增大，直至产生二次击穿，造成漏极和源极的永久短路，烧毁电路。FPGA发生单粒子烧毁的概率较小。单粒子瞬态脉冲： 带电粒子入射产生的瞬态电流脉冲影响到下一级逻辑电路的输入，造成该逻辑电路输出紊乱。单粒子瞬态脉冲可能引起 FPGA 内部逻辑电路的短时错误。单粒子瞬态脉冲对于＜0.25 μM 工艺的 FPGA 影响较大。

位移损伤： 单粒子位移损伤是单个粒子入射引起晶格原子移位、形成缺陷群、引起的永久性损伤。

上述辐射效应对 FPGA 造成的影响有的是永久性的，如总剂量效应、单粒子烧毁、位移损伤； 有的是能够恢复的，如单粒子翻转、单粒子功能中断、单粒 子 瞬 态 脉 冲。以 上 单 粒 子 效 应 中 SEL、SEB 和SEGR 均有可能对器件造成永久性损伤。因此，一般星上系统都会采用抗 SEL 的器件。SEU 和 SET 虽然是瞬时影响，但其发生率远高于以上 3 种，反而更应引起重视。接下来根据对上述辐射影响的分析，研究提高 FPGA 抗辐射效应的可靠性设计方法。

随着 SRAM 型的 FPGA 随 着 工 艺 水平的 提 高、规模的增大和器件核电压的降低，抗总剂量效应性能不断提高，但是更容易受 SEU 和 SET 的影响。针 对 单 粒 子 效 应 的 问 题，MAPLD、NSREC、RADECS 会议提交的报告认为，Virtex-II 系列产品抗总 剂 量 辐 射 能 力 达 到 200 krad，抗 SEL 的 能 力 为LET 160 MeV·cm /mg 以下无闩锁，同时，需要考虑SEU、SET、SEFL 等单粒子效应

4.航天应用 FPGA 的可靠性设计

在航天、空间电子设备中，FPGA 主要用于替换标准逻辑，还用于 SOC 技术，提供嵌人式微处理器、存储器、控制器、通信接口等。其中，可靠性是FPGA 设计的主要需求。

根据功能及其重要性的不同，空间电子系统设计分为关键与非关键两大类，航天器控制为关键类，科学仪表为非关键类。航天器控制系统对 FPGA 的一般需求： 高可靠、抗辐射加固和故障安全。科学仪器对 FPGA 的设计要求一般为高性能、耐辐射和失效安全，其可靠性则是由性能需求决定的，对 FPGA 的需求也因系统而异，如测量分辨率、带宽、高速存储、容错能力等。航天用 FPGA 的可靠性设计主要通过器件自身的硬件设计以及软件设计来实现。4.1 FPGA 的硬件可靠性设计

FPGA 的硬件可靠性设计主要是针对空间辐射效应的影响，借助制造工艺和设计技术较为彻底地解决了单粒子效应防护问题。一般从以下几个方面进行设计[6]： FPGA 整体设计加固、内部设计间接检测辐射效应的自检模块、引入外部高可靠性的监测模块。

整体加固设计是指在电子设备的外面采用一定厚度的材料进行整体辐射屏蔽，减少设备所受的辐射效应，经常采用的材料有铝、钽和脂类化合物等。这种方法在航天电子元器件中使用较多，也比较成熟。例如，作为美国军用微电子产品主要供应商的Honeywell，加固 ASIC 技术覆盖范围宽。Aeroflex 采用 “设计加固、商用 IC 工艺线流片” 的方式提供性能先进的加固 ASIC 产品，具备数模混合加固 ASIC的研制能力。这种采用商业线流片生产军用和加固微电子产品的技术线路，既有利于摆脱工艺加固对器件发展的约束，又有利于满足用户对先进加固器

件的需求，降低成本，缩短供货时间。Atmel 为用户提供了高性能、小尺寸、低功耗的各类器件的工艺资源，包括用于航天的耐辐照高速、低 功 耗 数 模 混 合 CMOS 工 艺 以 及 内 嵌 EEPROM 的CMOS 工艺。国内从事军用微电子器件研制的单位很多，包括国有科研单位和非国有 IC 研制公司。但是，能够完成抗辐照加固 IC 研制的单位并不多。国内自行研制的加固 ASIC 产品已经在卫星中得到了成功应用。采用体硅外延层，也可以防止发生 SEI。例如，Xilinx 的 virtex-II 耐辐射产品是在军品等级器件的基础上进一步采用外延衬底设计，抗总剂量电离效应能力按照 MIL-STD-883 Method 1019 进行批次采样考核。自检模块的目的是通过某些模块的正常运行来预测整个 FPGA 运行的正常性。自检模块由分布在FPGA 重要布线区域附近的简单逻辑电路实现，也可以由多模冗余模块表决结果或者余数检测法以及奇偶校验法等其他产生的结果直接提供输出。4.2 FPGA 的软件可靠性设计

航天应用 FPGA 的软件可靠性设计是指应用软件程序配置来屏蔽辐射效应造成的运行失常。其中，冗余设计方法是被公认为比较可靠的对付辐射效应的方法。常用的冗余设计有三模冗余法(TMR，Triplemodule redundancy)和部分三模冗余法(PTMR，Partialtriple module redundancy)。虽然 TMR 能够提高系统的可靠性，但也会使模块速度降低、占用资源和功率增加。综合考虑其他设计指标，可以根据实际情况对关键部分使用部分三模冗余法。冗余结构尽管可以保证系统可靠性，但却不能及时发现并纠正错误，或为发现错误而引入了过多的组合逻辑，当应用于 FPGA 时，增加了容错电路自身出错的可能性。除此之外，星载系统无人值守的运行特点使得系统重构与故障恢复也非常困难。

对配置存储器的回读校验和重配置[6](或局部重配置)是一种有效的抵抗辐射效应的方法，通过对部分配置的重加载能够修复 SEU 效应造成的影响，其频率应是最坏情况 SEU 效应发生率的 10 倍。在重加载逻辑设计中，需要对重加载的实现方式、加载内容进行仔细设计，并不是所有的内容都可以重加载，也不是所有的内容都需要重新配置。

在系统设计中，采用高可靠性的反熔丝 FPGA负责从非易失大容量存储器中读取 Xilinx FPGA 的配置数据对其进行配置。在运行期间，对最容易受辐射效应影响的配置存储器按列进行读操作，然后与标准数据进行比对，对出现错误的列进行局部重配置。FPGA的可编程IO也容易受到辐射粒子影响产生 SEU 和 SEL。对输入输出脚设计三模冗余设计方法是一种非常有效方法，但是这种方法将需要占用 3 倍的 I/O 资源。如果 SET 作用在时钟电路或者其他数据、控制线上容易产生短脉冲抖动，有可能会造成电路的误触发或者数据锁存的错误，在设计时可采用同步复位设计内部复位电路、控制线使能信号线，逻辑数据在锁存时尽可能配合使能信号。

5.FPGA 航天应用发展趋势

目前，在深微亚米半导体工艺下，传统的 FPGA设计技术在器件良率、功耗、互联线延时、信号完整性、可测性设计等方面面临挑战[9]。基于传统技术的 FPGA 仍然在向高密度、高性能、低功耗的方向发展，使得 FPGA 从最开始的通用型半导体器件向平台化的系统级器件发展。基于异步电路的 FPGA 设计、3D 集成技术、新型半导体结构的应用将是 FPGA 技术发展的热点。航天、空间应用方面，国外航天对 FPGA 空间应用的总结和预测分析表明，空间应用对 FPGA 选用呈现出以下趋势：

(1)器件工作电压从 5 V 变为 3.3 V、2.5 V 甚至l.8 V；（2）从使用总剂量加固 FPGA 发展到使用耐总剂量 FPGA 产品；

(3)从 SEU 敏感寄存器 FPGA 的应用发展为使用内建寄存器 TMR 结构的 FPGA；(4)从只使用一次编程的反熔丝型 FPGA 发展为使用基于 SRAM/EEPROM 的可重置型 FPGA。这种选用趋势带来的突出问题是： 从寄存器对SEU 敏感变为 FPGA 对 SEU 敏感； 配置存储 FPGA的设计复杂性已经同 ASIC 的复杂程度相当。

6.结论

本文对航天应用中 FPGA 的使用进行了 综 述。分析了 FPGA 的结构特点，针对航天、空间环境的辐照条件，分析了航天应用 FPGA 的失效模式及可靠性设计方法。最后，对航天应用 FPGA 及其可靠性设计技术的发展进行了展望。

第四篇：调研报告(桥梁方面)

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我们组在重点对竹山桥及沅水大桥进行调研后，发现常德市桥梁方面主要存在以下几个方面的问题：

一、桥梁的耐久性问题

在步行调查竹山桥及沅水大桥的过程中，我们发现，两座桥均是上世纪八十年代所建成不过短短二十几年的时间，这两座桥的损坏就非常之大两座桥梁的多处道路和围栏都有较大裂纹、损伤。尤其是两侧人行道和围栏部分，有多处钢筋半裸露或全裸露于空气中，甚至在人行道有一处地面可穿过其内部的钢筋看见桥下江水。可见，桥梁的耐久性问题确实值得我们深思。通过查询有关资料并进行讨论研究后，我们了解到桥梁耐久性差主要有两方面的影响：一是施工和管理水平低。我们在对竹山桥、沅水大桥这两座紧挨的桥的破损程度进行对比后发现，虽然沅水大桥的建成时间只比竹山桥晚两年，其桥梁各处道路及围栏的破损程度都比竹山桥要低得多。另外，在沅水大桥本身的不同路段也存在着类似的对比，在结合有关资料，我们不难认为，桥梁的耐久能力与施工时的质量有很大关联。施工期间，材料强度不足，施工艺不合格及钢筋保护层不足和构件开裂等这些偷工减料、以次充好的问题虽然短期内不会对桥梁的正常使用产生显著影响，但都会对结构的长期耐久性产生非常不利的危害；二是设计理论和结构构造体系不够完善。联想到距今已1400多年却仍然保存完整的赵州桥，我们不由感慨：当代桥梁设计师在设计方面过分执著于满足规范对结构强度的安全度需要，而忽视了结构的耐久性及其他因素对桥梁安全度的影响，导致许多桥梁虽已满足结构强度的要求，却因耐久性出现问题，影响了结构安全性。所以本小组成员认为，设计师自身的专业素养也是影响桥梁耐久性的一个重要因素。我们真诚地希望，为了提高桥梁的耐久性能，在设计桥梁时能够从构造、材料等角度采取措施加强结构耐久性；在桥梁施工期间，有关部门能够加强监督管理，保证施工质量，为人们建造出更多耐用且安全的桥梁。

二、桥梁的共振现象

我们小组在对沅水大桥进行走访调研时，在桥的不同路段当车经过桥身时感受到了多次桥梁的共振，其中几次尤为剧烈。在沅水大桥上，我们观察到，桥上的车流量大，同时桥身全长1407.86米，因而桥梁整体所受的车辆荷载比较大，当天气恶劣时，桥所受的风荷载、雨荷载等其他荷载也一并增大，并且沅水大桥本身也存在桥梁多处出现及围栏钢筋裸露的安全隐患。当这些车辆经过与桥梁发生共振，若其强度超过了桥梁结构强度的最大极限时，发生像四川洪雅县柳记镇因行人摇晃产生共振使铁索桥断裂的悲剧完全有可能。因此，我们小组在此提出诚恳的建议：

一、希望有关部门能够定期组织专业人员对市内各座桥梁进行安全隐患的排查；

二、希望设计师在在桥梁的结构设计方面，从多方面考虑，尽量避免共振对桥梁造成大的影响；

三、考虑到共振所产生的力如未加以控制的话，可对桥梁带来毁灭性的后果，我们建议有关部门能够定期进行关于桥梁震动的检测，并为减轻共振效应，可在桥梁上设立减震器，干扰共振波，达到减小共振对桥梁影响的作用。

三、桥梁的维护和管理

由于桥梁在建成使用期间会因气候变化、腐蚀、氧化、老化等影响，导致其强度和各方面的性能有所降低。因此桥梁的后期维护管理是非常重要的，其主要目的在于保证大桥的安全与交通问题畅通。然而在我们小组调研的过程中，却发现了不少维护管理不到位的情况。首先，关于桥梁的维护问题，我们注意到，对于桥梁的道路裂纹，只有个别路段有过粗糙的补救措施，大多数仍是处于“搁置”状态，围栏处钢筋裸露的部位也只在非常严重的部位用铁丝杂乱地缠绕了几下。同时车辆路过时的颠簸问题和排水孔被灰土堵塞的问题也不容忽视；其次，对于桥梁的管理方面，我们观察到，在桥中间的休息平台旁，存在摩托车拉客的现象，并且自行车、电动车驶上人行道的现象也是常事，甚至出现逆向行驶。可见，桥梁管理不当和维护力度不够的问题确实不容小觑，因此，我们极力呼吁有关部门能够定期对营运期间的桥梁进行检测、管理、养护工作，并加大维护力度，增加桥梁的使用年限，提高桥梁的使用率。

第五篇：碳化硅在其他领域的应用

碳化硅材料的研究在近20年中取得了令人注目的成就,在各种先进设备与工艺技术的推动下,材料的性能得到了充分的发掘与应用,制成了能够满足各种极端工况条件的陶瓷构件,为高新技术的发展以及工程陶瓷在未来技术领域的应用打下了坚实的基础.虽然与其它工程结构陶瓷一样,使用过程的可靠性、性能可重复性等方面存在的问题仍然是影响碳化硅材料得到广泛应用的主要障碍

由于碳化硅陶瓷所具有的高硬度、高耐腐蚀性以及较高的高温强度，使得碳化硅陶瓷得到了广泛的应用。主要有以下几个方面：

密封环碳化硅陶瓷的耐化学腐蚀性好、强度高、硬度高，耐磨性能好、摩擦系数小，且耐高温，因而是制造密封环的理想材料。它与石墨材料组合配对时，其摩擦系数比氧化铝陶瓷和硬质合金小，因而可用于高PV值，特别是输送强酸、强碱的工况中使用。

研磨介质（磨介）碳化硅陶瓷,由于其高硬度的特点而广泛用于耐磨机械零件中，特别是球磨机中的研磨介质（磨介）。球磨机中所用的磨介对研磨效率有着重要的影响，其基本要求是硬度高、韧性好，以保证研磨效率高、掺杂少的要求。SIC-1型碳化硅陶瓷磨介适合于普通球磨机中使用，它具有硬度高、强度高、价格适中的特点。而SIC-2型碳化硅陶瓷磨介则由于强度高、韧性好，适合于振动球磨机和搅动球磨机中使用。合理地选择磨介可保证你以最低的成本获得较高的研磨效率和最少的掺杂。

防弹板碳化硅陶瓷由于硬度高、比重小、弹道性能较好、价格较低，而广泛用于防弹装甲中，如车辆、舰船的防护以及民用保险柜、运钞车的防护等。碳化硅陶瓷的弹道性能优于氧化铝陶瓷，约为碳化硼陶瓷的70-80%，但由于价格较低，特别适合用于用量大，且防护装甲不能过厚、过重的场合。

喷嘴用作喷嘴的陶瓷材料有多种，常用的是氧化铝、碳化硅和碳化硼陶瓷等。氧化铝陶瓷喷嘴的价格低，但由于硬度低，其耐磨性较差，多用于喷砂工作量不大的场合。

碳化硅陶瓷的使用寿命是氧化铝陶瓷的３－５倍，与硬质合金相当，多用于硬质合金的替代品，特别是在手持喷枪的工况中使用。SIC-２型碳化硅陶瓷的韧性好，可用于有冲击和振动的喷砂的工况。

研磨盘是半导体行业中超大规模集成电路用硅片生产的重要工艺装备。通常使用的铸铁或碳钢研磨盘其使用寿命低，热膨胀系数大。在加工硅片过程中，特别是高速研磨或抛光时，由于研磨盘的磨损和热变形，使硅片的平面度和平行度难以保证。采用碳化硅陶瓷的研磨盘由于硬度高研磨盘的磨损小，且热膨胀系数与硅片基本相同因而可以高速研磨、抛光。特别是近几年来的硅片尺寸越来越大，对硅片研磨的质量和效率提出了更高的要求。碳化硅陶瓷研磨盘的使用将使硅片研磨的质量和效率有很大的提高。同时碳化硅陶瓷研磨盘还可用于研磨、抛光其它材料的片状或块状物体的平面。

磁力泵泵件随着工业化的发展，特别是ISO14000国际标准的贯彻执行，对不利于环境保护液体的输运提出了更高的要求。磁力泵由于采用静密封代替机械密封、填料密封等动密封，因而泄漏更小、可靠性更高、使用寿命更长。对于磁力泵一般要求免维护的时间为八年，即要求连续运转八年不得拆卸，因而对磁力泵件的选材提出了极为苛刻的要求。如泵中的泵轴、止推盘、轴套等，必须耐磨损、耐腐蚀。而目前能满足上述条件的材料只有碳化硅陶瓷最适合。

高温耐蚀部件碳化硅陶瓷最重要的特性之一是它的高温强度，即在1600°C时强度基本不降低，且抗氧化性能非常好，因而可在高温结构件中使用。如高温炉的顶板、支架，以及高温实验用的卡具等。

碳化硅制品的用途

一、有色金属冶炼工业的应用：利用碳化硅具有耐高温、强度大、导热性能良好、抗冲击、作高温间接加热材料，如竖罐蒸馏炉、精馏炉塔盘、铝电解槽、铜融化炉内衬、锌粉炉用弧形板、热电偶保护管等。常规的锌粉冶炼需要的塔盘型号有：

一、塔式炉：600、990、1088、1260、1350；

二、卧式炉：1300、1160、928。

二、钢铁行业方面的应用：利用碳化硅的耐腐蚀、抗热冲击、耐磨损、导热好的特点，用于大型高炉内衬提高了使用寿命。

三、冶金选矿行业的应用

碳化硅硬度仅次于金刚石，具有较强的耐磨性能，是耐磨管道、叶轮、泵室、旋流器、矿斗内衬的理想材料，其耐磨性能是铸铁、橡胶使用寿命的5-20倍，也是航空飞行跑道的理想材料之一。

四、建材陶砂轮工业方面的应用：

利用其导热系数、热辐射、高温强度大的特性，制造薄板窑具，还提高了窑炉的装容量和产品质量，缩短了生产周期，是陶瓷、搪瓷釉面烘烤烧结理想的间接材料。

五、节能方面的应用

利用其良好的导热和热稳定性，作热交流器，燃耗减少20%，节约燃料35%，使生产率提高20%-30%

摘要：用涂层和其他表面改性处理方法制取的碳化硅／碳复合材料兼有碳化硅的硬度高、耐热性、抗磨损、耐腐蚀和碳素材料可加工性等优良特性，在滑动摩擦材料，电子元件热处理用夹具、单晶硅提拉用加热器、坩埚硅片外延生长用感受器、高温材料等方面获得广泛应用。其应用范围不断扩大，被雀为划时代的新材料。由无机材料和有机高分子所组成的有机-无机杂化材料是近年来国内外研究较多的一种新型复合材料，它同时具有有机高分子和无机材料的优点。SiC陶瓷具有硬度高、高温强度大、抗蠕变性能好、耐化学腐蚀、抗氧化性能好、热膨胀系数小及高热导率等优异性能，是一种在高温和高能条件下极具应用前景的材料。SiC用于制备金属基、陶瓷基和聚合物基复合材料，已经表现出优异的性能。此外，SiC在隐身吸波材料方面也有重要的应用。本文综述了SiC在聚合物中的应用。

近年来研究发现，聚合物基复合材料用少量坚硬的无机物改性就可以显著地提高其力学性能和热学性能。SiC有机-无机复合材料就是一类用SiC陶瓷改性的聚合物基复合材料。现在这类复合材料被厂泛地应用在包装工业、涂料工业电子工业、汽车工业及舫空航天等工业。相信在不久的将来，随着SiC有机－无机复合材料应用领域的不断拓宽改性研究的不断深人,SiC陶瓷将在更多领域发挥更大的作用。

碳化硅半导体材料的应用

碳化硅优越的半导体特性将为众多的期间所采用，利用其高热导，高绝缘性目前在电子工业中做大规模集成电路的基片和封装材料，在冶金工业中做高温热交换材料和脱氧剂，碳化硅的用途主要有：

(1)作为磨料，可用来做磨具，如砂轮、油石、磨头、砂瓦类等。(2)作为冶金脱氧剂和耐高温材料。碳化硅主要有四大应用领域,即: 功能陶瓷、高级耐火材料、磨料及冶金原料。目前碳化硅粗料已能大量供应, 不能算高新技术产品,而技术含量极高 的纳米级碳化硅粉体的应用短时间不可能形成规模经济。

(3)高纯度的单晶，可用于制造半导体、制造碳化硅纤维。

主要用途：用于3—12英寸单晶硅、多晶硅、砷化钾、石英晶体等线切割。太阳能光伏产业、半导体产业、压电晶体产业工程性加工材料。磨料磨具

主要用于制作砂轮、砂纸、砂带、油石、磨块、磨头、研磨膏及光伏产品中单晶硅、多晶硅和电子行业的压电晶体等方面的研磨、抛光等。化工

可用做炼钢的脱氧剂和铸铁组织的改良剂，可用做制造四氯化硅的原料，是硅树脂工业的主要原料。碳化硅脱氧剂是一种新型的强复合脱氧剂，取代了传统的硅粉碳粉进行脱氧，和原工艺相比各项理化性能更加稳定，脱氧效果好，使脱氧时间缩短，节约能源，提高炼钢效率，提高钢的质量，降低原辅材料消耗，减少环境污染，改善劳动条件，提高电炉的综合经济效益都具有重要价值。耐磨、耐火和耐腐蚀材料

利用碳化硅具有耐腐蚀、耐高温、强度大、导热性能良好、抗冲击等特性，碳化硅一方面可用于各种冶炼炉衬、高温炉窑构件、碳化硅板、衬板、支撑件、匣钵、碳化硅坩埚等。另一方面可用于有色金属冶炼工业的高温间接加热材料,如竖罐蒸馏炉、精馏炉塔盘、铝电解槽、铜熔化炉内衬、锌粉炉用弧型板、热电偶保护管等；用于制作耐磨、耐蚀、耐高温等高级碳化硅陶瓷材料；还可以制做火箭喷管、燃气轮机叶片等。此外，碳化硅也是高速公路、航空飞机跑道太阳能热水器等的理想材料之一。有色金属

利用碳化硅具有耐高温&def强度大&def导热性能良好&def抗冲击&def作高温间接加热材料&def如坚罐蒸馏炉&def精馏炉塔盘&def铝电解槽&def铜熔化炉内衬&def锌粉炉用弧型板&def热电偶保护管等.钢铁

利用碳化硅的耐腐蚀&def抗热冲击耐磨损&def导热好的特点&def用于大型高炉内衬提高了使用寿命.冶金选矿

碳化硅硬度仅次于金刚石&def具有较强的耐磨性能&def是耐磨管道&def叶轮.泵室.旋流器&def矿斗内衬的理想材料&def其耐磨性能是铸铁.橡胶使用寿命的5--20倍&def也是航空飞行跑道的理想材料之一.建材陶瓷砂轮工业

利用其导热系数.热辐射&def高热强度大的特性&def制造薄板窑具&def不仅能减少窑具容量&def还提高了窑炉的装容量和产品质量&def缩短了生产周期&def是陶瓷釉面烘烤烧结理想的间接材料.节能

利用良好的导热和热稳定性&def作热交换器&def燃耗减少20%&def节约燃料35%&def使生产率提高20-30%&def特别是矿山选厂用排放输送管道的内放&def其耐磨程度是普通耐磨材料的6--7倍.②磨料粒度及其组成按GB/T2477--83。磨料粒度组成测定方法按GB/T2481--83。珠宝

合成碳化硅（Synthetic Moissanite）又名合成莫桑石、合成碳硅石（化学成分SiC），色散0.104比钻石(0.044)大，折射率2.65-2.69(钻石2.42)，具有与钻石相同的金刚光泽，“火彩”更强，比以往任何仿制品更接近钻石。这是由美国北卡罗来那州的C3公司制造生产的，已拥有世界各国生产合成碳化硅的专利，正在向全世界推广应用。