复合材料在国外海军航空器上的应用发展进程

第一篇：复合材料在国外海军航空器上的应用发展进程

复合材料在国外海军航空器上的应用发展进程

复合材料自问世以来就一直在航空工业中发挥着重要作用，具有比强度高、比模量高、力学性能可设计性强以及耐腐蚀性能好等一系列优点，是轻质高效结构设计最理想的材料。国外对复合材料在海军航空器上的应用非常重视。装备于海军的军用航空器用于在海洋上空执行战斗和保障任务，其要求是：适应海洋环境，抗腐蚀能力强；导航设备与火控系统先进，具有全天候作战能力。复合材料在国外海军航空器上应用具有如下突出的优点：优良的力学性能；优异的抗疲劳和耐腐蚀性（可耐酸、碱、海水侵蚀）；可实现20%~30%的结构减重；优良的声、磁、电性能（透波、透声性好，无磁性，介电性能优良）；其结构有利于整体设计和制造，可在提高飞机结构效率和可靠性的同时，采用低成本整体制造工艺降低制造成本[1]。近20年来，复合材料原材料和成型技术得到飞速发展，特别是复合材料在几大主要机型（如F-35，F-18）中的应用成功，更加增强了复合材料在海军航空器中的应用前景。

复合材料在国外海军航空器上的应用进程

自20世纪60年代初以来国外开始在军用飞机上研究使用复合材料，经过多年的努力，复合材料对海军军用飞机的轻型化和提高机动性能起到了关键作用。表1为国外海军航空器上复合材料应用的具体情况。[2]

由表1可以看出，随着海军军用机先进性的提高，复合材料的用量也在增加，这充分说明复合材料的用量已成为衡量军用飞机先进性的重要标志。

在海军航空器上，玻璃纤维复合材料主要应用在有特殊电性能要求的功能结构件中，如机头罩、天线罩和雷达罩等。在美国海军中扮演着极其重要角色的E-2“鹰眼”系列舰载预警机自20世纪60年代初问世以来便在雷达罩上使用玻璃纤维复合材料，进入21世纪后，为了满足美国海军网络中心站的迫切需要，美国开始着手发展更加先进的“鹰眼”舰载预警机，命名为E-2D预警机，如图1所示，其特点是选用玻璃纤维复合材料制造新型八桨叶NP2000螺旋桨，取代了E-2C上的钢制材料四叶螺旋桨。新型螺旋桨不仅振动更小、噪声更低，而且减少了零件数目，降低了维修费用，可以在机翼上直接更换单个桨叶，利用维修设备在飞机上就可以平衡螺旋桨。

图1 E-2D舰载预警机

碳纤维具有优良的比强度、比刚度等力学性能，70年代碳纤维复合材料首先应用在军用飞机一些受力较小的结构件上，如舱门、口盖、整流罩、副翼等，之后逐渐过度到垂尾、平尾等受力较大的尾翼部件上，今天已应用到机身、机翼等主要受力件中。1970年，美国海军首先将硼复合材料应用在F-14的水平安定面上，用以实现能够在航母上起降，短距离起飞及着舰等迫切目的，该机型是美国第三代战机里第一个装备海军使用，也是战后第三代战斗机最早服役的机型，令美国海军获得了极大的领先优势，此后各国军机尾翼一级部件均为复合材料，此时复合材料约占结构总重量的5%。1974年，美国海军提出轻量、低价和可担任多重任务的战斗机VFAX研究计划。1976年美国海军率先研制了F-18的复合材料机翼，并于80年代初进入服役，把复合材料用量提高到了13%左右，国外将其称为复合材料发展史上一个里程碑事件，此后世界上各国新研制的军机机翼以下的部件几乎无一例外均是复合材料。F-18的改进机型E/R型机体结构使用复合材料的比例已经增加至22%，包括中机身与后机身、主翼前缘、后缘襟翼与进气道。在80年代，美国麦道飞机公司又将碳纤维复合材料应用在“AV-8B”飞机的机翼、前机身和尾翼上，该飞机是美国海军陆战队的垂直/短距起落攻击机，全机所用碳纤维的重量约占飞机结构总重量的26%，使整机减重9%，有效载荷比AV-8A飞机增加了1倍。图2为AV-8B机体制造材料图标。[3]

“AV-8B”飞机机体大量使用复合材料，此后机身上便开始应用复合材料，如F35B/C、“台风”等。F-35B是短距离起降/垂直起降机种，用于装备海军陆战队，F-35C是舰载机型，是美国海军第一代隐身舰载战机。F35超过35%机身结构件和机体表面都使用碳纤维复合材料，其采用了整体式的复合材料结构，通过法兰盘直接“贴身”地焊在机身两侧，没有一个紧固件，不仅大大地减轻了结构重量，也大大减少了零件数量。

法国阵风战斗机是达索公司为法国空海军研制的超音速战斗机，2002年在法国海军部队服役。“阵风”战斗机机身结构大量采用复合材料常规半硬壳式结构，机身的50%采用碳纤维复合材料。复合材料的广泛应用有利于飞机减重和防腐，这也使“阵风”具有7000h的全寿命飞行，换种说法就是“阵风”在30年内都具有可靠的性能。欧洲的“台风”是公认的三代半战斗机，采用了40%的复合材料。目前海军的“台风”战机正在研制中，“台风”战斗机表面的70%都是碳纤维复合材料，只有15%是金属材料。

复合材料在直升机上的应用超过在固定翼机上的应用，目前可达50%~80%的水平。如美国垂直起落倾斜发动机后又可高速巡航的V-22，共用复合材料3t，占结构总质量的50%；欧洲最新研制的虎式（Tiger）直升机复合材料用量达80%。

无人机上复合材料的应用超过有人机，一般在50%~80%之间。重量轻、小型化、长航时、高隐蔽和高安全型等特性是无人机区别于有人机的显著特点和技术发展方向，在材料方面复合材料的耐腐蚀性能可满足无人机在恶劣环境下长储存寿命的特殊要求。目前美国已经在X-45A、X-47A的概念验证基础上发展海军通用的无人战斗机，并将其列为未来25年优先发展的项目。X-47A是一架高度翼身融合的无尾飞翼布局飞机，整个机体除一些接头采用铝合金外几乎全部采用了复合材料，堪称全复合材料飞机。图3为X-47无人战斗机作战想象图及工装上的外壳。由于无人机的生产批量大，复合材料的用量大，故有人估计至2020年其复合材料的耗量将可与有人机相匹敌，形成未来复合材料应用的大户。图4为复合材料在国外海军航空器上的用量情况，可以看出，各类飞机上的复合材料，由小到大，由少到多，由弱到强，由结构到功能，其用量越来越多。飞机结构正在一步一步地走向复合材料化。

相关材料与制造技术的发展趋势

复合材料在国外海军航空器上的应用朝着高性能、低成本以及先进的自动化技术方向发展，先进复合材料指的是采用高性能增强材料增强的环氧、双马等树脂基复合材料。

增强材料主要有玻璃纤维、硼纤维、碳纤维、芳纶纤维等。20世纪50年代末美国首先成功研究高强度玻璃纤维，并在1960年成功研制的E-2预警机的垂直翼面和雷达天线罩上使用了玻璃纤维增强复合材料。从此，对于具有高强度、高模量、耐候性能好、介电性能好等要求的雷达天线罩材料均选用有较低的介电常数和正切损耗的玻璃纤维。硼纤维具有高强度、高模量等优点，美国60年代就开始研究应用硼/环氧复合材料用作飞机蒙皮、操作面等，最终成功用于F-14的水平安定面上，后来由于硼纤维造价太贵，难操作，仅在金属基复合材料上进行研究，用作飞机修理补片材料，70年代逐渐地被碳纤维所取代。碳纤维比重低，与其他高性能纤维相比具有高的比强度和比模量，且具有优异的耐腐蚀性能及优良的力学性能，F-18战斗机的机翼成功使用碳纤维，使其成为纤维增强材料中发展最迅速，应用范围最广的先进复合材料。芳纶纤维是一种有机纤维，目前也用于天线罩的制造，但芳纶纤维的压缩强度差，抗扭剪不强，且易吸潮，限制了其使用范围。

树脂方面环氧树脂占统治地位，第一代176℃固化的脆性环氧仍然是今天次承力和中等承力结构复合材料的主要树脂；价格较高的第二代176℃固化的增韧环氧树脂复合材料主要用于冲击后压缩强度和湿热压缩强度要求较高的承力结构。双马来酰亚胺树脂（BMI）的研究起步稍晚，但发展和应用速度很快，它的使用温度一般为150~250℃，多用于先进飞机机身和机翼重要复合材料结构。美国空军用F-22在选材上就突出强调高性能，树脂以5250-4双马树脂为主，大约占了70%以上的份额，余下的为环氧997-3树脂。高性能必然导致高成本。到F-35时，用材思想发生了转变，由突出强调高性能到突出强调低成本，故F-35复合材料树脂90%以上为环氧树脂，仅10%左右用了双马树脂。至于F/A-18E/F则全部用了环氧树脂，毕竟双马树脂从材料到制造成本均较环氧树脂高得多。

目前，制造先进复合材料结构的主要方法是预浸料——热压罐成形工艺，鉴于此法存在一些限制，不少飞机公司和研究机构都在发展能显著提高生产效益、缩短固化和装配时间的制造技术，如采用缝合预成形或三维编织预形增强体的树脂转移成形法（RTM）、自动铺带技术和电子束固化等。

RTM是一种新型的闭模成型技术，近年来国外有较好较快的发展。该技术可不用热压罐和预浸料，成型速度快、能耗低，可降低成本[5-6][4]。F-35襟翼整流罩是至今为止使用低成本制造技术完成的最大尺寸的航空复合材料零件。F-35的垂尾和平尾原来采用铝合金蜂窝芯/复合材料蒙皮结构，为进一步减轻结构重量，成功的用RTM技术验证了全复合材料结构的垂尾，使零件数从原来13个减少至1个，紧固件取消了1000个，实现了大型复杂复合材料结构件制造技术的突破。

自动铺放技术是近30年来发展和广泛应用的自动化制造技术，能够显著降低具有复杂形状复合材料构件的制造成本，解决了复合材料零件的尺寸较大时，人工铺层难度大、产品质量难以保证的问题。F-35战斗机进气道、中机身翼身融合体蒙皮, 全球鹰RQ-4B大展弦比机翼均采用自动铺带工艺成型。图5为F-35正在等待安装的碳纤维增强机身蒙皮。[7]

图5 F-35正在等待安装的碳纤维增强机身蒙皮 建议

海军航空器飞机结构的复合材料化已成必然的趋势，各类飞机结构的主体材料必将是复合材料而非金属已是不争的事实，这一趋势将从根本上改变飞机结构设计和制造上的传统，也将改变航空工业产业链的重组进程，能否适应这一重大变革，势必影响和决定一个国家航空制造业的成败兴衰，对此如果没有清醒的认识，落后将是长期的、不可避免的，为此提出如下的相关发展建议：

（1）先进复合材料是一种被40年来应用的历史证明了的性能优异的新材料，世界上已达成“复合材料是航空工业结构的未来”这一共识。对此要在思想和理念上有充分的认识，跟上世界航空工业已存在并将进一步发展的飞机结构复合材料化的大趋势，有关部门应在该领域进行战略上的发展研究，要加大投资力度，加快设备改造力度，从而加速航空复合材料产业的发展。

（2）重视预研，加强基础研究，密切结合工程实际。需要逐步攻克设计、材料和制造诸领域的关键技术问题，彻底改变复合材料应用效益不足，较普遍存在的“不好用，不敢用，不爱用”，实质是“不会用”的现象，使预研为应用提供强有力的必要的技术支撑。

（3）在复合材料领域，严重缺乏有经验的专业技术人才，特别是缺乏掌握现代复合材料技术的设计人才和工程制造人才，即人才现状远不能满足发展的需求。国际上认为培养一个成熟的复合材料设计师至少需要10年。故应加大人才培养力度和培训力度，各飞机公司及设计院对此也要给以足够的重视。

（4）注意加强国际的合作和交流。当前复合材料的技术发展存在着国际化的趋势，强调“采用世界上最新的技术，生产最优秀的产品”，成果共享，风险共担。在发展复合材料技术时，也应充分注意，对内整合，对外合作，融入世界的复合材料技术圈，合作共赢，跟上世界复合材料技术发展和前进的步伐。

参 考 文 献

[1] 益小苏，张明.先进航空树脂基复合材料研究与应用进展.工程塑料应用，2009，37(10)：72-76.[2] 陈绍杰.先进复合材料的近期发展趋势.材料工程，2004(9)：9-13.[3] 陈绍杰.复合材料技术发展及其对我国航空工业的挑战.高科技纤维与应用，2010，35(1)：1-7.[4] 杨乃宾.复合材料与90年代战斗机.航空制造工程,1995(9):3-5.[5] 梁志勇，段跃新，张佐光，等.面向21世纪的美国复合材料产业及先进复合材料技术//毛天祥.复合材料的现状与发展—第十一届全国复合材料学术会议论文集.合肥：中国科学技术出版社，2000.[6] 杜善义.先进复合材料与航空航天.复合材料学报，2007，24(1)：1-12.[7] 肖军，李勇，李建龙.自动铺放技术在大型飞机复合材料结构件制造中的应用.航空制造技术，2008(1)：50-53.（责编 良辰）

第二篇：JS复合防水涂料在工程上的应用（模版）

JS复合防水涂料在工程中的应用

闫志强

河北保定城乡建设集团 河北保定 071051 摘要：建设工程使用涂料防水受到普遍关注。JS复合涂料，满足结构整体防水的实践证明，JS防水材料施工简单易行、耐久实用；具有较大的延伸率，适合混凝土结构基层裂缝的修补形成弹性涂层，是一种理想的防水涂料，值得推广。

关键词：JS涂料 建设工程 综合应用 前景广阔

建设工程的防水效果如何，直接影响到使用功能，防水的重要性受到普遍关注。防水工程已形成一项技术领域，形成一门科学。从两毡三油防水到PVC卷材，到现在的改性沥青卷材；从刚性防水到现在的涂料防水；从有毒材料到环保型的防水涂料，无不显示出防水技术的进步和发展。尤其是防水新材料的应用，带动了施工质量和经济效益的提高。

JS复合型防水材料，是近年研制和推广的新型防水涂料，该产品是由有机高分子液料和无机粉料复合而成的双组份防水涂料，是一种既具有有机材料弹性高又有无机材料耐久性好的优点，涂覆后形成高强坚韧的防水涂膜。JS防水涂料施工简单无特殊要求，只要粉液二组按比例混合搅拌均可施工，只要施工得法达到设计厚度防水质量就有保证。现将具体施工工艺概述如下：

一、消防水池整体防水：

1、消防水池采用整体JS防水的做法如下：即使用卷材也要考虑整体防水的做法，把卷材的搭边都用JS复合涂料勾缝，卷材本身不会渗水，搭缝又不存在极少有的空隙，这样整个水池就是一个密封的整体。

2、砼质量缺陷处理

1）混凝土结构拆模后，应从其外观上检查混凝土表面有无麻面、露筋、裂缝、蜂窝、孔洞等缺陷情况，预留孔、预留管有否畅通堵塞。如有类似情况应加以修整。

2）对数量不多的小蜂窝、麻面、露筋、露石的混凝土表面，采用1：2水泥砂浆抹面修正。在抹砂浆前，应用钢丝刷或加压水清洗湿润，砂浆初凝后加强养护工作。

3、JS 防水涂料作业 1）涂料施工前的准备：

a、对地下水池内外墙砼表面存在的穿墙螺杆孔凹凸不平、裂缝、蜂窝等地方必须采用内掺“107”胶水的水泥砂浆抹平。

b、砼表面清理干净，无灰尘、泥浆、油污、风化物等。c、砼表面须干燥，防水施工前二个星期基坑内禁止积水。d、外墙、底板交接处阴角用水泥砂浆修成25mm×25mm的泛水。

2）JS 防水涂料施工：

a、JS防水涂料由液料和粉料混合而成，混合时如条件许可宜用机械搅拌、手工搅拌时力求均匀，无粉团、无沉淀，作打底涂层时涂料可适当加水稀一些，其配合比为：液料：粉料：水 = 10：7：15。JS防水材料在环境温度20℃条件下调好后可用时间约2小时，现场温度低可用时间长些，反之短些，料过时后不可加水再用。

b、外墙、底板交接处及阴阳角部位均加涂200mm宽的双向加强层。在底涂上再作涂层时涂料的用水调节稠度应以施工方便为宜，太稠不易施工，太稀则又不足以形成足够的厚度反而增加遍数、浪费工时。

c、防水层施工由下向上，伸过室外自然地面。涂刷工具可用滚子、刷子和喷涂均可，也可用刮子批刮，每遍的间隔时间因气温和通风条件不同而异，以前一遍干固不粘为准，在常温下一般4h，气温较低时干固时间延长，在不通风却潮湿的环境中干固缓慢。3）技术措施：

a、涂料进场需有发货单及制造档号、质保书等。b、及时做蓄水试验，发现问题及时处理。

消防水池经蓄水24h察看水池内壁液位线下降不是很显著，且将蓄水抽干后查看内壁板湿渍、滴漏等渗水情况，湿渍总面积 ≯总防水面积的 5‰，未发现漏水点和单个湿渍2面积≯0.20M，即符合地下工程防水等级2级标准。

二、厨房卫浴间防水

1、厨房、卫生间整体防水的做法：第一将地漏及管道的吊模部位凿开2cm深，宽度视管外层的吊模宽度，一般不小于5cm，这部分做10%的堵漏砂浆，砂浆固化后涂刷JS涂料二道。第二在地面做JS防水处理，先刷渗透材料，然后涂刷JS涂料厚度达1.2mm即可。管道上翻10cm，墙体上翻50cm，浴室间上翻1.80m。

2、施工准备：

a、砼表面清理干净，去除灰尘、灰泥、油污、苔藓、风化物等。

b、砼表面应用镘刀抹砌，轻微磨光。c、墙、地面垂直变角用水泥砂浆修整成25mm×25mm填角斜面。

d、对大面积凹凸不平、有裂缝基层面用掺5-10%膨胀水泥制成的不收缩砂浆修补。

e、砼表面流线方向应斜向下水管道。

3、JS 防水涂料施工：

JS防水材料对基层要求比使用其它防水材料具有更广的适应性，只要基层不起壳、不松动、表面平整、基层表面无明水、如果天热基层表面非常干燥，则应先使基层用水湿润表干后再行施工。如基层起砂可先涂一层JS稀料，使其 表干有一定强度后即按要求涂刷JS涂料。施工要点如下：

a、撒水湿润砼基层，但不能出现积水。

b、将JS防水涂膜及特制水泥粉投入容器搅拌均匀。c、涂刷第一层涂料方向应一致。涂刷用量控制在2.0kg/㎡（地面）、1.75kg/㎡（墙面）。d、第一层涂料触干后，再涂刷第二层涂料，方向与第一次垂直。

e、在墙面处往上沿300mm，淋浴墙面往上沿1800mm，下水口管道往下沿75mm涂刷。

f、涂刷时要均匀周到，不能有积水及气泡。

4、锚固层施工：

用于加强水泥砂浆保护层与JS防水层之间的粘结力，并起保护防水层作用。

a、根据JS涂料配方将添加剂与水泥搅拌均匀。

b、涂刷在防水层上，厚度大约控制在1.0～1.5mm。

5、装饰阶段防渗漏措施

a.对厨房、卫浴间待管道安装后管道吊洞采用严格验收制度。对于管道予留洞周围清理干净，充分浇水湿润，分两次用渗微膨胀剂细石砼（C20）补洞，第一次砼浇注后，待砼达到强度后将吊洞铁丝从根部剪断，并涂刷防水涂料二度，外翻50cm，然后再第二次浇注吊洞砼，待砼达到强度，做24h蓄水试验，逐个进行验收，发现渗漏的做返工处理。b.厨房、卫生间四周（除门洞位置）做120高，同墙厚度一致的C20砼导墙，砼导墙浇注前对楼板基层清理干净，用水充分湿润，保证砼墙同楼板接缝良好，不发生渗漏。c.外墙装饰施工中对于窗套上口、外墙线条、雨蓬施工时，面砖铺贴要求作出明显、有效滴水线槽或嵌木质的、塑料的滴水线条。

6、厨房卫浴间渗漏的预防措施：

由于卫生间、浴室、厨房间等用水部位容易出现泛水现 象，故现浇结构板支模时要特别注意，卫生间、厨房间标高必须相应低于5cm，在板边同时浇筑上翻不小于60mm的挡水板；楼地面地坪1%坡向地漏，管道孔在安装管道后其空隙在做地坪前嵌填修补密实。

a、浴厕周边必须浇筑120立面翻边并增设防水层； b、厨房、卫生间地坪找平时，待砂浆终凝前，再抹压一次，使墙角和地漏、管道等四周抹压密实做到无缝隙裂纹；

c、厨房、卫生间、浴室间管道补洞后蓄水24小时试验无渗漏方可进入下道工序；

d、PVC管道在楼板上胶粘结止水圈后再予以补洞； e、水泥砂浆面层的坡度要正确压光严密。

三、屋面整体防水

在APP卷材屋面施工上，我们分为三部分，第一部分是管道、地漏、女儿墙的防水部分。管道、地漏的做法是，先将管道、地漏周围凿开2cm深2cm宽的槽子，用10%的堵漏砂浆密实，面层刷二道。女儿墙在“L”角上下40cm一布两胶涂JS防水，然后做第二部分的卷材防水。第三部分就是用JS涂料勾缝。用JS涂料勾缝，因为搭缝出油，女儿墙上翻的部位总有极少部分不是贴的很好，用JS勾缝可以防止这一缺点。

施工中要求厚薄均匀，特别注意屋面与女儿墙间的阴阳角、落水口周边、防水卷材翻边鹰咀、分仓缝等节点部位，对原有裂缝和易产生裂缝之处要做加强层，整体防水层厚度按设计要求，一般控制在1.5～2mm之间，材料用量2.5～223KG/M，通常每遍材料用量0.5KG/M左右。涂覆时，无论滚、涂、刷都必须自桶底蘸料并不断搅拌以防材料沉底，施工间隙或施工结束都必须及时清洗沾有涂料的工具和溶器，否则等干固后不易清洗。

JS复合涂料防水屋面的做法：采用一布两胶2cm厚的JS防水，具体的做法是清除地面灰尘后，涂料渗透材料，涂 刷第一道JS后贴玻纤布，然后继续涂刷JS，等固化一星期后做砂浆保护层或做瓷砖保护层，这种屋面完工之后，取得非常满意的效果。

通过工程消防水池、厨房卫浴间及其屋面应用JS防水涂料施工的实践证明，JS防水材料施工简单易行、耐久实用，且无毒、无害，不污染环境、高低温（140℃～-15℃）环境适应性强，无论在潮湿和干燥基层均可施工，具有较大的延伸率，对基层裂缝追随性强、可以适合基层变形需要，从而形成弹性涂层；是一种非常理想的绿色防水材料，推广使用前景广阔。

第三篇：现代工业上陶瓷材料的应用与发展

现代工业上陶瓷材料的应用与发展

摘要：阐述陶瓷材料的结构相、分类和陶瓷基复合材料的特性,以及陶瓷材料在车辆上的应用。简要介绍手机电池中正温度系数热敏电阻（PTC）和负温度系数热敏电阻（NTC）和它们所起的不同作用。

关键词：传统陶瓷 新型陶瓷 传感器 PTC热敏电阻 NTC热敏电阻 特性 应用

引言：本文主要介绍陶瓷材料在汽车和手机这两个在当今社会中最具代表性的工业中的应用与发展。陶瓷是古老而又新型的材料，它是用天然或人工合成的无机粉状物料，经过成型和高温烧结而制成的一种多相固体材料。利用天然硅酸盐矿物(如粘土、长石、石英等)为原料制成的陶瓷叫普通陶瓷，也叫传统陶瓷。这类陶瓷原料来源广，成本低，用量大。天然原料中的杂质对陶瓷的性能不利，人们用纯度高的人工合成原料(如氧化物、氮化物、碳化物、硅化物、硼化物、氟化物等)，用传统陶瓷工艺方法制造的新型陶瓷，也叫现代陶瓷或特种陶瓷。新型陶瓷材料在现代工业的许多方面都已经发挥了巨大作用，现代工业应用多属精细陶瓷。比如在汽车上很早以前就有火花塞、窗玻璃、水泵的机械式密封使用了陶瓷。而且作为排放对策，触媒载体、氧传感器、爆震传感器等功能陶瓷相继出现。目前，已有许多发动机零件采用结构陶瓷制造，不久将来，陶瓷发动机将会出现。而在当今社会不可或缺的通讯工具——手机中，也可以看到精细陶瓷材料的身影。

1.陶瓷的结构相

陶瓷一般由晶相、玻璃相和气相组成。

(1)晶相 晶相是体现陶瓷材料性质的主要组成相。大多数陶瓷材料是由离子键(如MgO、CaO、Al203等)和共价键(如金刚石、SiC等)为主要结合键。晶体中非金属元素的原子直径大，可排列成不同的晶系，形成晶体“骨架”，金属原子的直径小，处于骨架的间隙中。

陶瓷晶体中主要的两类结构是硅酸盐结构和氧化物结构。陶瓷材料是多相多晶体材料，其物理化学性能主要由晶相决定。晶相中晶粒的大小对陶瓷的性能影响很大。晶粒越细，晶界越多，裂纹扩展越不容易，材料的强度越高。这一点和金属材料很相似。

(2)玻璃相 玻璃是非晶态材料，由熔融的液体凝固得到。陶瓷中玻璃相的作用是将分散的晶相粘结在一起;降低烧成温度;抑制晶体长大以及填充气孔空隙。但玻璃相的机械强度比晶相低，热稳定性差，在较低的温度下就开始软化。而且往往因带有一些金属离子而降低陶瓷的绝缘性能。工业陶瓷要控制玻璃相的数量，一般约为20%～40%。

(3)气相 陶瓷材料中往往存在许多气孔，体积约占5%～10%，这主要是由于原材料和生产工艺方面的原因造成的。较大的气孔往往是裂纹形成的原因;因此会降低材料的机械性能。另外，陶瓷材料的介电损耗也因之增大，并造成击穿强度下降。故一般应尽量降低材料的孔隙率。但在某些情况下，如用作保温的陶瓷材料和化工用的过滤陶瓷等，则需要有控制的增加气孔量。

2.汽车用陶瓷的类型、性能和用途

陶瓷产品的种类繁多，性能各异，总体上可分为普通陶瓷和特种陶瓷。从组成上可分为氧化物陶瓷和非氧化物陶瓷。现代陶瓷又称精细陶瓷，可分为结构陶瓷和功能陶瓷两类。

结构陶瓷因具有良好的综合性能：高温强度、高耐蚀性、高耐磨性、低膨胀系数、隔热性好及低密度，用它来替代耐热合金能大幅度地提高热机效率、降低能耗、节约贵重金属、达到轻量化效果。目前，已广泛用于制造发动机和热交换器零件。此外，结构陶瓷还被用来制造切削工具、轴承、泵的机械密封环等，实用效果也很好。结构陶瓷的优良机械性能要得以充分发挥，并用于大量生产的汽车零件，要解决性能的稳定性和再现性及不断完善加工技术、评价技术、接合技术等。功能陶瓷主要用于传感器，此外，还可用于各种执行元件、陶瓷加热器、导电材料、显示装置等。陶瓷传感器在温度传感器、位置传感器、速度传感器、气体传感器、湿度传感器、离子传感器、仓储等得到非常广泛的应用。用于汽车的传感器应具有的特性：要能长久适用汽车特有的恶劣环境(高温、低温、振动、加速、潮湿、噪声、废气);要小型轻量;重复使用性要好(精度达±0.5%～1%)、输出范围要广。汽车用温度传感器以热敏系为主;发动机冷却水温度调节也有采用感温铁氧体的。

(1)热敏电阻。过渡族金属氧化物系陶瓷半导体有随温度升高电阻下降的性能，把具有这种特性的半导体称为热敏电阻。热敏电阻的使用温度可达1000℃，被广泛用于防止排气净化触媒的过热。上述这种随温度升高电阻下降的热敏电阻称为NTC(负电阻温度系数)热敏电阻。BaTiO3系半导体，在居里点以上电阻急剧增加，把这种具有正电阻温度系数的热敏电阻称为PTC热敏电阻。通过改变化学成分(更换Sr或Pb)来控制电阻急剧增加而产生的温度变化。可作为自行控制温度加热器或温度补偿用热敏电阻。这种PTC加热器被用于自动阻风门、各种传感器内加热体、进气加热器等。

(2)感温铁氧体。它由于利用了在居里点导磁率急剧变化的特性，被利用于温度转换。当温度上升时, 热运动剧烈, 其感温铁氧体的固有特性即自发极化消除。为使三元触媒工作, 必须使排气空燃比保持在理论空燃比, 即氧为零的状态, 为此采用氧化锆氧传感器。氧化锆管的内侧通入大气，外侧引入排气。温度升高，氧就离子化，由于离子浓度差在固体电解质中将产生自大气侧向排气侧的扩散，构成一种浓淡电池，从而产生电势。排气侧，白金触媒的作用，使氧与一氧化碳、碳化氢、氢分子等发生反应，达到平衡浓度。氧浓度以理论空燃比为界产生急剧变化。其结果，氧传感器在理论空燃比上下会发生阶跃性变化的信号。利用该信号，可反馈控制空燃比。

在氧分压低的保护气中，TiO2晶体中形成晶格缺陷，使电阻下降，利用这一现象制成氧传感器。已实用化的稀薄燃烧空燃比传感器,是利用氧化锆固体电解质的电化学泵作用的氧化锆传感器。将氧化锆固体电解质通以电流，会产生阴极吸氧，阳极放氧现象。当外加电压保持一定时，输出电流与空燃比呈正比，据此测定该电流即可求出空燃比。此外还有其它的气体传感器,如金属氧化物半导体传感器，是利用了表面吸附气体成分变化电阻也随之变化这一性质制成。利用溅射法形成ZnO及SnO2薄膜，由于NO2在膜表面上吸附负电荷，在NO2浓度增加的同时，元件电阻增大。另外薄膜元件显示了很高的灵敏度。这些传感器不受共存的H2、CO或02气的影响，在数秒钟内即可检测出数ppm的Nox,这是用于柴油机检测Nox的理想传感器。还有温度传感器在汽车行业不仅用于空调，还能防止玻璃结露的作用。

陶瓷湿度传感器的类型： 一是半导体型。它是利用水的电子给予性化学吸附所产生的半导体电阻变化的原理;二是容量型。利用水的吸附产生容量变化的原理。采用的氧化物有Al2O2、Ta2O3等;三是质子传导型。它是利用多孔质陶瓷表面上水的物理吸附及毛细管凝结而引起电阻变化的原理。目前主要采用在室温附近的质子传导型。

爆震传感器可预知高负荷下易产生的爆震防止点火延迟。特别适用于装有涡轮充电机的发动机。检测爆震主要根据汽缸部件的振动(一旦产生爆震，机械振动就加剧)，间接地察觉爆震。

利用压电性的传感器：所谓压电性是指一旦加力，就产生电压，反之，一加上电压，就会产生位移或力这一性质。具有压电体的陶瓷已在许多领城广泛应用。这种被称作PZT的材料除在传感器上得到利用外，还被用在倒车报警器上，作为超声波的接收器和发射器而被利用。

陶瓷促动器：陶瓷压电体一旦沿电极化方向施加电压，就会因压电效应沿极化方伸张。利用这一性质，开发了陶瓷促动器。发动机控制用的陶瓷促动器，把多个薄板状压电陶瓷叠层，通过对其施加电压得到位移。利用外加电压得到的位移量，是很微小的，但发生力大，动作也迅速。

3.车用新型陶瓷材料

汽车的陶瓷材料是采用高纯超细的氧化物、氮化物、硼化物、碳化物等原料，经过预处理、破碎、磨粉、混合、成形、干燥、烧结等特殊工艺而得到的结构精细的无机非金属材料。它具有高强度、高耐热性、抗蚀性、高硬度、高耐磨性、密度小、变形小、抗热冲击等一系列优点,特别是抗拉强度和弯曲强度可与金属相比。陶瓷大体上可以分为结构陶瓷和功能陶瓷，用结构陶瓷代替高强度合金制造涡轮增压发动机、燃气轮机、绝热发动机，可以将现在发动机的燃烧温度从700～800℃提高到1000℃以上，热效率提高1倍以上。结构陶瓷的质量为铁的一半，节能效果非常显著，同时还能减少环境污染，节约钢材等金属材料。但由于陶瓷材料性能的再现性和可靠性差，不能确保大量生产的稳定性,同时陶瓷加工困难、质脆、稍有缺陷就容易破裂，以及成本高等缺点，所以目前还没广泛使用。

新型陶瓷是碳化硅和氮化硅等无机非金属烧结而成。与以往使用的氧化铝陶瓷相比，强度是其三倍以上，能耐l000℃以上高温，新材料推进了汽车上新用途的开发。例如：要将柴油机的燃耗费降低30%以上，可以说新型陶瓷是不可缺少的材料。现在汽油机中，燃烧能量中的78%左右是在热能和热传递中损失掉的!柴油机热效率为33%，与汽油机相比已十分优越，然而仍有60%以上的热能量损失掉!因此，为减少这部分损失，用隔热性能好的陶瓷材料围住燃烧室进行隔热，进而用废气涡轮增压器和动力涡轮,来回收排气能量，有试验证实，可把热效率提高到48%。

4.内燃机上陶瓷基复合材料

陶瓷基复合材料不是传统意义上的陶瓷，它的主要基体有玻璃陶瓷、氧化铝、氮化硅等。它具有高温强度好、高耐磨性、高耐腐蚀性、低膨胀系数、隔热性好及低密度等特性，而且资源也比较丰富，有广泛的应用前景。

在内燃机上陶瓷基复合材料尤其有着广泛的应用。如活塞部分采用陶瓷材料后，可使燃烧室中实现部分隔热，从而减少冷却系统的容量和尺寸。在高强度柴油机中可有效降低活塞环槽区的温度，有时可取消对活塞的专门冷却。陶瓷材料的质量较轻,配气机构中的气门、挺柱、摇臂及弹簧座改用陶瓷后，允许发动机以提高转速来提高功率，或者在转速不变的情况下降低气门弹簧的弹力而降低功率损耗。气门座、摇臂头等易磨损部件用陶瓷材料后，可以减少磨损，延长使用寿命。在柴油机的涡流室安装陶瓷镶块后，改善了发动机低负荷时的燃烧及低温启动性能，降低了燃烧噪声和HC的排放量。涡轮增压器零件中使用陶瓷最普遍的是增压器涡轮，与金属涡轮相比，陶瓷涡轮质量轻，转动惯量仅为金属涡轮的31%，“涡轮滞后”现象得以改善，使增压器的动态性能提高了36%，能在金属涡轮不能承受的高温下工作，并且由于热膨胀系数小，预先减小涡壳与蜗轮之间的间隙以提高效率。此外，气缸盖、活塞销以及排气管等皆可用陶瓷来制造。

5.陶瓷材料在车辆上的应用

陶瓷的性能由两种因素决定。首先是物质结构，主要是化学键的性质和晶体结构。它们决定陶瓷材料的性能，如耐高温性、半导体性及绝缘性等;其次是显微组织，包括相分布、晶粒大小和形状、气孔大小和分布、杂质、缺陷等。这对材料的力学性能影响极大，而显微组织又受制备过程中各种因素的影响，在使用时必须严加注意。陶瓷的性能及应用：

(1)普通陶瓷 普通陶瓷是用粘土、长石、石英为原料，经配制、烧结制成。这类陶瓷质地坚硬，不氧化生锈，耐腐蚀，不导电，能耐一定高温，加工成型性好，成本低。但强度较低。一般最高使用温度不超过1200℃。这类陶瓷产量大种类多，广泛用于电气、化工等行业。

(2)氧化铝陶瓷 氧化铝瓷的原料是工业氧化铝，性能好，但工艺复杂，成本高。氧化铝瓷强度大、硬度高，耐热温度可达1600℃，耐腐蚀、绝缘性好。但脆性大，抗震性差。主要用在喷砂用的喷嘴、火箭用导流罩。还可作化工泵用密封滑环、轴承及切削刀具等。

(3)碳化硅陶瓷 碳化硅陶瓷是用碳化硅粉，用粉末冶金法经反应烧结或热压烧结工艺制成。碳化硅瓷最大特点是高温强度高，传热能力强，热稳定性好，并耐磨、抗蠕变性好。用作火箭尾部喷管喷嘴、轴承、高温热交换器材料以及各种泵的密封圈。

(4)氮化硅陶瓷 氮化硅陶瓷是新型工程陶瓷，它原料丰富、加工性能好、用途广泛。制备方法有反应烧结法和热压烧结法。前者是用硅粉加入少量Si3N4粉，成型后在氮气下1210℃氮化1.5h，然后再进行机械加工，最后在1450℃氮化直至硅都变成氮化硅,所得制品致密。

氮化硅耐高温、抗热震性好，可制作高温轴承、输送铝液的电磁泵管道、炼钢用铁水流量计。制成燃气轮机零件，提高效率30%，并可减轻自重;制成切削刀具可加工淬火钢、冷硬铸铁等。从材料来看，最好的发动机材料应是，在1400℃情况下，每分钟旋转数千～数万次而不损坏的性质。为把发动机热效率提高，则发动机的工作温度必提高到1100℃～1500℃，此时金属材料就不行了，故Si3N4陶瓷材料，可以满足要求。用Si3N4陶瓷材料制造发动机，由于工作温度提高到1370℃，发动机效率可提高30%。同时由于温度提高，可使燃料充分燃烧，排出的废气中污染成分大幅度下降，不仅降低能耗，并且减少了环境污染。

(5)其它陶瓷材料。陶瓷材料种类繁多，各有特色，可制成各种功能元件。氧化锂瓷为高温材料。滑石瓷为高频绝缘材料。氧化钍瓷为介电材料。钛酸钡瓷为光电材料。硼化物、氮化物、硅化物等金属陶瓷为超高温材料。铁氧体瓷为永久磁铁、记忆磁铁、磁头等材料。稀土钴瓷为存贮器材料。半导体瓷为亚敏元件、太阳电池等材料。

6.手机电池内的PTC热敏电阻介绍

通常意义上的PTC是指一种以钛酸钡为主要成分的高技术半导体功能陶瓷材料，具有电阻值随着温度变化而变化的特性，特别是在居里温度点附近电阻值跃升有3——7个数量级。此种PTC利用其最基本的电阻温度特性及电压——电流特性与电流——时间特性，已广泛应用于工业电子设备，汽车及家用电器等产品中，以达到自动消磁、过热过流保护，马达启动，恒温加热，温度补偿、延时等作用。电池内的PTC与上述PTC并不相同，通常被称之为“自恢复保险丝”，英文名称为“Polyswitch”，其含义为高分子聚合物开关，它是近几年出现的新型正温度系数过流过温保护元件，它的特点是当温度达到某定值时，其电阻值会显著增加，呈高阻状态，相当于断开回路，而当使温度降低后，它便自动复位导通，恢复至低阻状态，并且这种断开-自动恢复过程可重复数千次，目前主要用于小功率电子设备的短路及过载保护。自恢复保险丝在手机电池中被广泛应用于过流和短路保护，使电池的安全性得以提高。

7.手机电池中的NTC热敏电阻介绍

对于许多从事电子行业的人来说，对NTC热敏电阻并不陌生，它是一种以过渡金属氧化物为主要原材料，采用电子陶瓷工艺制成的热敏半导体陶瓷元件，它的电阻值随温度升高而降低，利用这一特性可制成测温、温度补偿和控温元件，又可以制成功率型元件，抑制电路的浪涌电流。它的价格低廉，在电子产品中被广泛应用，而且具有多种封装型式，能够很方便地应用到各种电路中。手机电池中的NTC大多数为贴片封装，它在电池中主要起温度监测的作用，在电池的充、放电过程中，手机根据其阻值大小来判断电池温度，而后作相应控制，如停止充电或涓流充电等。

NTC根据材料、工艺等不同情况，有不同的阻值和温度变化特性，其阻值随温度的变化曲线是非线性的，其特性符合以下公式：（式中的R25是热敏电阻在25℃室温下的阻值，B是热敏电阻材料的开尔文）

总结：陶瓷可以说是正在不断开发中的材料，原料的制取、材料的评价技术、利用技术等许多方面都有尚待解决的课题。新型陶瓷(精细陶瓷)材料，以高纯度天然无机物或以人工合成无机化合物为原料。它因比现在的陶瓷(烧结而成)具有更优良性能而受人注目.目前，陶瓷加工困难、质脆、稍有缺陷就容易破裂是其致命缺点。陶瓷材料比金属零件价格高,并且制造时可能产生内部裂纹且陶瓷零件的强度波动较大，高温时有所下降。但由于陶瓷材料具有优良的机械性能和低密度特点，世界各国都在大力发展，努力改善其基本性能和工艺技术，以求能够降低成本，提高可靠性。

第四篇：2016咨询师继续教育BIM技术的最新发展及其在建设项目上的应用(100分)

一、单选题 【本题型共5道题】

1.BIM是一个共享的知识资源，通过分享有关这个设施的信息，为该设施从建设到拆除的（）中的所有决策提供可靠依据的过程。

A．全生命周期

B．设计

C．施工

D．运营

用户答案：[A] 得分：6.00

2.软件的（）是保障工作舒畅和提高自动化程度的重要保障。

A．安全性

B．容错性

C．友好性

D．交互性

用户答案：[D] 得分：6.00

3.利用BIM，目前主要有的施工筹划技术（）。

A．3D出图

B．4D规划技术

C．5D造价算量

D．翻模技术

用户答案：[B] 得分：6.00

4.大部分BIM建模软件提供实时构件统计功能，包括数量、重量、等等。）

（

A．面积

B．质量

C．价格

D．型号

用户答案：[A] 得分：6.00

5.BIM可用来确认现场实际施工状况与设计意图的一致性。这种确认技术主要有如下几种（）。

A．增强现实

B．RFID标签

C．三维打印

D．虚拟实现

用户答案：[B] 得分：6.00

二、多选题 【本题型共5道题】

1.Chuck Eastman在他的经典著作《BIM Handbook》中归纳总结了BIM的特征（）。

A．由参数化构件（Parametric Object）构成

B．一致且无赘余的数据

C．快捷便利

D．参数化构件包含描述本身行为的几何的、物理的数据

E．模型信息能被模型的各种视图以协调一致的方式展示 用户答案：[ABDE] 得分：8.00

2.对于初步尝试或采用BIM的建设从业人员，建议如下（）。

A．由浅入深，由简入繁，由易入难

B．精心策划，大胆创新，积极交流

C．BIM不是一件事或者一种软件

D．及早地去接触BIM、及早地去了解BIM、及早地去参与BIM工作

E．管理在先，BIM在后 用户答案：[ABDE] 得分：8.00

3.项目的临时性即承接任务的时候往往是临时组建的团队，这样就会带来几个问题（）。

A．组织效率问题

B．资金问题

C．协同工作问题

D．技术问题

E．产业劳动素质问题 用户答案：[ACE] 得分：8.00

4.分析建筑业和制造业的差异，我们认为正是建筑项目的（）等特点阻碍了我们建筑业劳动效率的提升。

A．唯一性

B．临时性

C．方案难以最优化

D．行业难以持续改进

E．体量规模巨大 用户答案：[ABCD] 得分：8.00

5.BIM对业主方和管理方的功能价值（）。

A．“所见即所得”，提升基础设施性能

B．减少变更，减轻协调工作量

C．加强项目精细化管控能力

D．降低沟通难度

E．优化设施运营管理 用户答案：[ABCDE] 得分：8.00

三、判断题 【本题型共3道题】

1.BIM的准确性和可计算性，使得项目团队在做算量、估算和评价设计变更时，能够更高效快速地获得参考数据。在一些项目上的BIM使用证明，在设计初期用BIM可以在估算上减少92%的时间，且估算值仅仅产生了1%的变化。

Y．对

N．错

用户答案：[Y] 得分：10.00

2.项目团队往往是临时组合的，这个组合过程会经过三个时期：磨合期、效能发挥期、解散期。

Y．对

N．错

用户答案：[Y] 得分：10.00

3.BIM可以促进策划、设计、施工、运营各阶段之间的衔接，从而降低成本，缩短工期，获得高品质、可持续的建筑物。Y．对

N．错

用户答案：[N] 得分：10.00