综述—永磁材料（精选6篇）
综述—永磁材料 第1篇
Nd-Fe-B系稀土永磁材料的研究进展
邓少杰
合肥工业大学工业与装备技术研究院
摘要 钕铁硼磁体被称为第3代稀土永磁材料，是目前综合磁性能比较高的永磁材料。探讨了钕铁硼永磁材料的发展前景以及行业存在的问题，对钕铁硼永磁材料生产和应用现状进行了分析。概述了钕铁硼永磁材料的研究进展和应用领域，介绍了钕铁硼磁体的性能及先进制备工艺。纵观全文，钕铁硼永磁材料已进入一个崭新的发展阶段，应用前景广阔。
关键词 稀土永磁材料钕铁硼 磁性能 制备工艺
1绪论
1.1永磁材料的定义
永磁材料又称为硬磁材料，它是一种经过外加强磁场的磁化，再去掉外加磁场之后能长时期保留其较高的剩余磁性能，经受振动、温度等环境因素和不太强的外加磁场的干扰的强磁材料。又因为其具有高的矫顽力，能经受外加不太强的磁场的干扰，故又称硬磁材料。
已近千吨。而上百吨生产规模的企业有20余家，但所产磁体大部分都是中低档产品，绝大多数应用在性能要求不高的领域。所以，中国烧结钕铁硼产量虽处于世界前列，但所得利润却很有限。从世界范围来看，高性能钕铁硼永磁体发展前景看好，市场竞争力也较强。永磁材料是一种重要的基础功能材料，它的基本功能是提供稳定持久的磁通量，不需要消耗电能，是节约能源的重要手段之一。同时永磁材料使器械和设备结构简单，制造成本和维修保养成本降低。因此，永磁材料的应用面越来越广，应用量越来越大。当今，永磁材料按磁性能的高低，大致可分为2类。一是一般永磁材料，如铝镍钴、铁氧体，磁性能较低，但价格低；二是稀土永磁材料，如钐系磁体（如SmCo5）及钕系磁体（Nd-Fe-B），磁性能较高，但价格贵。随着电子器件的小型化、微型化的发展要求，高性能稀土永磁材料应用越来越广泛。钕铁硼的最大磁能积最高，由于不含贵重金属Sm和Co，价格较低，近年来发展迅速。也因为Nd-Fe-B系永磁材料的性能比传统的永磁材料的要高，称为创世界纪录的磁性材料。并且用金属铁代替稀土永磁一、二代所用的金属钴，以成本低、资源丰富的金属钕代替资源较少的稀土金属钐。再者永磁材料有矫顽力高、剩余磁感应强度高、最大磁能积高和稳定性高这四大优势。而随着当今世界的飞速发展的要求，永磁材料的研究就显得极为必然。
也因钕铁硼是重要的金属功能材料，作为第三代稀土型永磁材料，由于其良好的磁性能被科技人员称为“磁王”，利用其能量的转换
[2]
[1]1.2钕铁硼系稀土永磁材料的现状及研究意义
在钕铁硼刚开始生产应用之初，世界钕铁硼生产能力主要集中在日、美、中、欧等少数国家手中。其中，日、美在永磁的开发、生产和推广应用方面的技术一直处于世界前茅，同时也是最大的永磁消费市场，并形成了几家能力大、质量好、竞争力强的超大规模企业。目前，日本住友特殊金属公司、日本信越化学实业公司、TDK 等在钕铁硼的销量上分居世界第一、二、三位，而中国的北京中科三环高技术股份有限公司与日本的TDK 并列排在第三位。
中国在20世纪80年代初开始从事稀土永磁材料的研究。目前，中国钕铁硼产业已经占全球近80%市场份额，是全球烧结钕铁硼磁体的产业中心。2010年，中国铁硼磁体产量已经超过世界总产量的80%。随着中国对稀土出口限制管理日趋严格，未来中国高性能钕铁硼永磁材料产量将继续扩大，占全球总产量比例有望继续提升。目前，中国钕铁硼永磁材料生产企业已达120多家，国内有5家企业的生产规模功能和磁的各种物理效应可制成多种样式的功能器件。钕铁硼磁性材料已被广泛应用于航空、航海、电子等众多领域，成为高科技、新兴产业与社会进步的重要物质基础之一。钕铁硼永磁材料的应用可以大大减小整机的体积和质量，如在磁盘上的应用，可以使磁盘驱动器微型化,而且性能更好。在音响器件中，钕铁广泛应用于微型扬声器、耳机及高档汽车的扬声器，大大提高了音响的保真度和信噪比。此外还可以应用于直流电机及核磁共振成像，特别是在磁悬浮列车上的应用不仅数量大,而且可以实现高速运输、安全可靠及噪声小等特点。综上所述，钕铁硼实属高科技新材料。
2钕铁硼系稀土永磁材料的制备工艺
目前我国研究的方法有粉末冶金法、熔体快淬法、还原扩散法、HDDR法、热变形法、双合金法与机械合金法等等。近些年来生产高性能稀土永磁材料常用的方法为快速凝固鳞片铸锭+氢破碎+气流粉碎及SC+HD+JM的工艺。以下是上述的常用或者重点方法的具体介绍。
2.1粉末冶金法
目前我国主要用粉末冶金法（烧结法）生产这种磁体。其主要过程如下：原材料→预处理→配料→熔炼→破碎→细磨→混料→压型→烧结→热处理→机加工→电镀→充磁→检验→包装→入库[3]。合金成分及其微观组织最优化是高性能化烧结Nd-Fe-B永磁的关键。烧结钕铁硼磁体采用粉末冶金工艺，使得烧结磁体内部必然存在一定数目的气孔和缺陷，这在过去的研究中已经发现[4]
。气孔和缺陷的存在，一方面使磁体的密度下降，连续性降低，容易产生应力集中；另一方面，气孔的存在使有效承载面积下降。这两方面均为造成材料塑韧性差的原因。
2.2熔体快淬法
在Nd-Fe-B的制取工艺方面除了传统的粉末冶金工艺外，美国GM公司采用先进的快淬工艺技术制备快淬钕铁硼磁体。经对比实验发现，快淬钕铁磁体的矫顽力是普通烧结钕铁磁体的1.5—2倍，温度特性也得到了相应的改善该公司用快淬工艺研制出树脂粘合型Nd-Fe-B
磁体，具有生产能力。
2.3 HDDR法
HDDR过程分为氢化、歧化、脱氢与重组合四个阶段。它是制备稀土金属间化合物磁性粉末的行之有效的方法。1989年，三菱公司的T Takeshita，K kayama发现在相近温度下，对歧化物进行强制脱氢处理，歧化物再脱氢后重新形成细小的Nd2Fe14B相和少量的富Nd相，从而获得了具有高矫顽力的NdFeB磁粉。这四个过程简称为HDDR。脱氢、重合反应是前一个反应的逆反应，反应后的Nd2Fe14B相已经不是铸锭原来的粗大颗粒，而成为细小晶粒的集合体，由于吸氢时产生体积膨胀；很容易破碎成粉末
[5,6]
。多年来，三菱公司、伯明翰大学、爱知制钢和北京科技大学等企业、高等院校的研究小组对HDDR法制备各向异性粘结Nd-Fe-B磁粉、粘结Nd-Fe-B磁体，取得了显著进展。
3钕铁硼系稀土永磁材料的性能及影
响其因素
3.1性能
钕铁硼永磁材料的主要磁性能参量可分为2类：非结构敏感参量（即内禀参量），如居里温度Tc，主要由材料的化学成分和晶体结构来决定；结构敏感参量，如剩磁Br，最大磁能积Mmax和矫顽力Hcj，这些参量除与内禀参量有关外，还与材料的晶粒尺寸、晶粒取向、晶体缺陷等显微结构有关[7]。
钕铁硼的居里温度低（312℃），对温度极敏感，在受热时其剩磁、特别是内禀矫顽力下降很快，磁性温度系数很大，改善热稳定性的主要途径是合金化。矫顽力高的永磁材料具有较好的温度稳定性[8]
。因此，永磁材料的矫顽力越高,可工作的环境温度也就越高。要使磁体的磁能积达到最大值，必须做到：烧结体的密度接近或达到材料的理论密度；尽可能减少非磁性相的体积分数；铁磁性相晶粒的取向度尽可能高。
钕铁硼的稳定性包括3个内容：热稳定性；受外界磁场干扰的稳定性；时间稳定性[9]
。钕铁硼永磁材料热稳定性，即其由于所处环境温度改变而产生的磁性能变化用材料的温度系数来表征。永磁材料的磁性能变化分为不可逆损失和可逆损失两部分：不可逆损失是指温度恢复到原来温度后永磁材料的磁性能不能恢复到原值，从而导致有的电机随着使用电气性能逐步下降[10]，应尽量避免；而可逆损失是难以避免的，在电机设计之初就必须充分考虑在稳定温升运行时必须达到的性能。随着钕铁硼永磁材料的发展，温度系数很小的永磁材料已经问世，可小到万分之一[11]。
永磁体一般作为磁场源，在一定空隙内提供恒定的磁场。对于精密仪器仪表和磁性器件，要求在工作环境下，当外界条件变化时，磁体提供的磁场要稳定。与其他永磁材料相比，烧结钕铁硼永磁材料的稳定性要差很多，一般只能在小于100℃温度下工作，而高矫顽力系列的工作温度也不能超过150℃，适用于200℃以上的非常罕见。在永磁电机中，对永磁体的稳定性要求很高，磁能积要求却不是那么严格。目前，制约烧结钕铁硼永磁材料推广应用的关键问题就是其热稳定性，解决好这一问题有着非常重要的意义。
3.2影响因素
一是晶体结构；其晶体结构复杂，滑移系少。烧结 Nd-Fe-B 的晶体结构与密排六方晶格相似，同为层状堆垛结构，但其对称性远较密排六方晶格差，由此可以推断烧结Nd-Fe-B的滑移系较密排方六晶体的滑移系少，所以烧结钕铁硼塑韧性很差。
二是磁晶各向异性导致力学性能各向异性；磁晶各向异性、形状各向异性和应力各向异性等基本现象在某些方向可以改善磁性材料的性能。由于磁性和弹性的相互耦合作用，必然会引起材料力学性能的各向异性，如单晶体的磁致伸缩各向异性、热膨胀各向异性和抗拉抗弯强度的各向异性等等
[12]
。因为在不同方向磁体的热膨胀不同，所以在降温过程中磁体内部会产生很大的内应力，这也是烧结 Nd-Fe-B力学性能差的重要原因之一。
三是晶界富钕相力学性能弱化；在烧结钕铁硼的显徽组织中，富Nd相主要呈薄层状沿晶界分布，而此种晶界富Nd相的硬度（HV）仅有262，远低于基体的硬度。研究表明：烧结钕铁硼本身晶界弱化，断裂方式主要为沿晶断裂，穿晶断裂比率在5%以上，而且在富钕相聚
集较多的三叉晶界处，由于应力集中，会首先出现裂纹扩展发散点。
四是磁体制备工艺—粉末冶金的烧结工艺；烧结钕铁硼磁体采用粉末冶金工艺，使得烧结磁体内部必然存在一定数目的气孔和缺陷，这在过去的研究中已经发现[4]
。气孔和缺陷的存在，一方面使磁体的密度下降，连续性降低，容易产生应力集中；另一方面，气孔的存在使有效承载面积下降。这两方面均为造成材料塑韧性差的原因。
4钕铁硼系稀土永磁材料的应用及发
展前景
4.1应用
新材料开发的目的在于应用，但是一种新材料开发到应用往往需要经过一个相当长的时间，而当代永磁之王的稀土铁基永磁材料问世以来从未有过的高速度占领了永磁市场，到目前为止经过多年的商品化发展，已经证明它确实成为一个应用范围广、潜力大的极为重要的永磁材料。欧洲共同体委员会曾对稀土铁基永磁材料做过分析，在分析报告中指出：稀土铁基永磁材料不仅将作为与配件配套的现有各类磁体的替代者，而且在取代电磁与非电磁设计的器件的新市场中也将获得广泛应用。
钕铁硼作为第三代稀土永磁材料，广泛应用于电机中。与传统电机相比，具有高效节能、质量轻、体积小、控制调速性好、可靠性强等特点，可广泛应用于风力发电、电动汽车、工业电机、家用电机等领域，其很高的性价比使得其应用领域还在不断拓展，因此近几年在科研、生产、应用方面都得到了持续高速发展。近年来由于钕铁硼永磁材料综合性能的进一步提升，钕铁硼磁体正在逐步替代其他磁性材料而成为主流磁性材料，应用领域不断扩展。在“节能、环保”的大背景及国家政策的鼓励下，风力发电、新能源汽车及节能家电等行业未来将迅猛发展。随着全球高性能永磁电机的逐步普及，高性能钕铁硼永磁材料需求量不断提高。
4.2发展前景与展望
中国的稀土永磁材料的发展着实令人振奋，也令世界瞩目。中国发展稀土永磁材料具
有得天独厚的条件和国家的大力支持：中国的稀土产量和储量居世界第一，中国的稀土资源储量占了全世界的70%-80%，如中国的总设计师邓小平指示：“中东有石油，中国有稀土”。要将稀土的资源的优势变为经济优势必须作稀土精加工。稀土永磁材料则为稀土资源利用的精加工产品。中国科技部一直将此列为鼓励发展的高科技产品。每年均给予优惠政策、资
金支持。
稀土永磁材料发展几十年来，已经从第一代稀土钴基发展到第三代稀土铁基材料，已成功地应用于电机、电脑、电声器材、医疗、工农、国防科技各领域，是现代科学技术发展的基础。稀土永磁材料逐渐由永磁材料家族的普通一员变成主体。21世纪将是稀土永磁材料大发展的世纪，也必是我们大展宏图之时。致谢
白驹过隙，转眼一个多月的论文写作课就此告一段落。在此期间，收获良多。在此对鲁颖炜老师、左如忠老师以及对此课做出贡献的老师们表以诚挚的谢意。感谢你们的授业、传道、解惑的师德。
参考文献 宋后定．永磁材料的应用 [J]．磁性材料及器件，2007（4）：65—67． 2 林河成．稀土永磁材料的进展 [J]．稀土，1994（3）：5—7． 钟俊辉．高性能永磁材料发展概况 [J]．材料导报，1990（2）：83—85． 4 闫兆杰，于旭光．钕铁硼的微观结构研究 [J] ．河北冶金，2004（4）：24． Nakamara H，Kato K，et al．Proc，15th Int．Woncshop on RE Magncts．1998．507． 6 万永．金属材料研究．2003，29(1)：52． 张修海，熊惟皓，李燕芳等．烧结钕铁硼永磁材料的研究进展 [J] ．机械工程材料，2008，32（11）；5—9． 8 VIAL F，JOLY F，NEVALAINEN E，et al．Improvement of coercivity of sintered NdFeB permanent magents by heattreatment [J]．Joural of Mangnetism and Magnetic Materials，2002，242：1329—1334． 9 王景海，钕铁硼．最理想的永磁材料 [J] ．上海金属，1991，12（3）：12—19． 林岩，姜代维，陈海玲等．国产SH系列烧结钕铁硼永磁体的性能分析 [J] ．沈阳工业大学学报，2006，28（5）：510—512． 林岩，周广旭，唐任远等．烧结钕铁硼材料的热稳定性对电机设计的影响及合理选择[J] ．沈阳工业大学学报，2007，29（6）：618—622． 周寿增．稀土永磁材料及其应用［M］．北京：冶金工业出版社，1999：349．
The reaearch progress of the NdFeB rare earth permanent magnets materials Deng Shaojie
The research institute of industrial and equipment technology As the third generations of rare earth permanent magent material，the NdFeB magnets possess better integrated magnetic properties by now.The development prospects of NdFeB permanent magnet materials and the problems in development was discussed.The production and application status of NdFeB permanent magnet materials was summarized and analyzed focusing on application field.The reaearch progress and applicantion fields of the NdFeB magnets are reviewed.The property and advanced production technologies of NdFeB magnets are introduced.Throughout the full，It is show that NdFeB permanent magnet materials have been stepping into a new stage of development，and the future is bright.Rare earth permanent magent material，NdFeB，Magnetic property，Production technology
综述—永磁材料 第2篇
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(4.2K)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（77K）温区。同液氦相比，液氮是一种非
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应用化学 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[H c2(4K)>50T]，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Tc、Hc2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、体材料、线材和应用等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生物复合材料的研究也十分活跃。
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应用化学 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
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应用化学 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。
我国非常重视新型功能材料的发展，在国家攻关、“ 863”、“973”、国家自然科学基金等计划中，新型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； 新型功能材料还在“两弹一星”、“四大装备四颗星”等国防工程中作出了举足轻重的贡献。
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应用化学 目前世界各国新型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，我国目前新型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。我国新型功能材料在系统集成方面也存在不足，有待改进和发展。
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
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应用化学 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，新型功能材料无论是需求的规模，还是需求的增长速度，都是相当惊人的。
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的巨大社会需求。
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具有举足轻重的作用。
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
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应用化学 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势和经济优势具有重要意义，将有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勃生机的现实市场,从而创造出巨大的社会经济效益，成为国民经济的一个支柱产业。
我国已确定“在发展中解决保护，在保护环境的基础上实现持续发展”的原则，签署了有关国际公约，并通过了国家有关环境保护的法律、法规，这些都为生态环境材料需求发展创造了有利条件。发展生态环境材料，除了在社会和经济方面具有巨大的需求之外，在政治上还对我国加入 WTO，融入国际社会，提升国际地位具有重要作用。此外，生态环境材料还对我国的“科技、人文、绿色”奥运工程起着特殊的作用。
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应用化学 总之，在未来的五到十年，我国经济、社会及国家安全对功能材料有着巨大的需求，功能材料是关系到我国能否顺利实现第三步战略目标的关键新材料。
新型功能材料对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用，在全球新材料研究领域中，新型功能材料约占 85 %。随着信息社会的到来，新型功能材料对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用，是二十一世纪信息、生物、能源、环保、空间等高技术领域的关键材料，成为世界各国新材料领域研究发展的重点，也是世界各国高技术发展中战略竞争的热点。发展新型功能材料技术也正在成为一些发达国家强化其经济及军事优势的重要手段。
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透水材料研究综述 第3篇
关键词：透水材料,研究现状,综述
随着社会经济发展,城市化区域不断扩张,城市路面硬化率较高,由此带来的“城市荒漠化”及“热岛效应”等问题亟待解决。透水材料因具有结构良好的连通孔和较大的孔隙率而具有良好的透水性和保湿性,从而使城市积水可以顺利渗入土壤,继而影响城市生态系统,减轻“城市荒漠化”及“热岛效应”对城市化带来的影响,改善城市环境[1,2,3]。
1 国内外透水砖发展现状
路面透水材料源于荷兰,它实质上是一类非封闭性的多孔材料。不同于传统的轻质的具有保温绝热性能的多孔材料,透水材料主要是由特殊级配的骨料、胶凝材料、水及掺合料等拌制成混合料,经特定工艺制成的,其中含有很大比例的连通孔隙。
在国外,日本是最早开始研制透水性铺装的国家。日本为解决因抽取地下水而引起地基下沉等问题,于20世纪80年代初期推行“雨水渗透计划”,采取了“雨水的地下还原对策”,先后开发应用了沥青混凝土透水材料和水泥混凝土透水材料,该材料主要用于公园广场、停车场、运动场及城市道路等处。1996年初,仅东京就铺设透水材料49.5万m2,有效缓解了城市生态系统的恶化,产生了良好的经济和社会效益[4]。
国内的透水材料生产起步较晚,广东佛山最早出现透水材料生产企业,采用日本INAX技术,但产量较小且产品返销日本。近年来,陕西、河南、山东、河北等地相继出现了一些生产陶瓷透水砖的企业,产品性能较好,但生产规模较小且多数无法进行连续性生产,从而限制了我国透水材料的发展。
总之,国内透水砖的技术成熟度低,主要集中在性能方面,对于透水系数与强度关系,特别是材料孔隙结构的研究较少。现在以固体工业废料、生活垃圾和建筑垃圾等为主要原料制备透水砖是透水材料研究领域的热点。
2 透水材料的制备方法
透水材料由于品种繁多,其制备方法和生产工艺较多,按制备方法可以分为:混凝土系透水材料、烧结透水材料、高分子系列透水材料和利用工业固体废弃物为主要原料制备的低温陶瓷透水材料。
2.1 混凝土系透水材料
混凝土系透水材料是以硅酸盐水泥和骨料为主要原料,掺加适量化学外加剂,通过混合、搅拌、振动加压或其它成型工艺制成。它其实是利用水泥浆体包裹骨料颗粒,并经特定工艺将集料粘结在一起而形成的具有连通孔隙的特殊混凝土。该材料具有较高的强度和较为理想的连通空隙(约为15%),使该材料满足地面铺设材料性能的同时具有较好的透水性能[5,6,7]。
以普通普通硅酸盐水泥为胶凝材料;以人工碎石为骨料,骨料粒径选用2.5~10.0 mm,5.0~10.0 mm,5.0~15.0 mm的单一粒级,要求骨料细度均匀,表面洁净,杂质少,含泥量<1%,有机物含量<1%;添加适量XQB混凝土增强剂,掺加适量的水,经混合、搅拌等工序后,采用静压成型的方式使试样具有较好的早期强度,然后采用混凝土养护方式自然养护28天,即可得到混凝土系透水材料。
例如浙江杭州鲁班防水有限公司研制出一种高强混凝土透水材料,它是以P·O42.5水泥为胶凝材料、石英砂为骨料,外加适量的化学外加剂,采用静压成型方式,经自然养护而成。该透水材料28天的抗压强度达到35.90 MPa,透水系数为0.02 cm/s[8]。达到了透水材料的行业标准,成本较低,应用范围较广,具有较好的市场前景。
靳洋[9]以P·O52.5水泥为胶凝材料,外加适量的增强剂和无机颜料,制备出彩色的混凝土透水材料。其抗压强度为35.60 MPa,透水系数为0.126 cm/s,吸水率为6.8%,磨坑长度为30.6 mm。
混凝土系透水材料工艺简单、成本较低、实用性较强,但水泥基材料的主要水化产物是氢氧化钙、水化硅酸钙和水化铝酸钙等物质,它们的水化程度较低,水化产物本身呈絮绒状,内部空隙较多,因此该材料的耐久性和抗冻性有待进一步提高。
2.2 烧结透水材料
烧结透水材料以各种矿物粒状物为主要原料,掺加适量的粘土等物质,经搅拌,压制成型和高温锻烧等工艺制备而成的材料。该材料强度高、耐磨性高、寿命长。
该材料的工艺流程为:主要原料+辅料→原料预处理→搅拌→静压成型→干燥→烧成→样品。该工艺原材料具有广泛使用性,因此目前的研究较多,产品种类和研究成果较多。
目前,烧制原料主要以粉煤灰、建筑垃圾、页岩、煤矸石和各种尾矿为主,辅助原料主要有粘土、废弃玻璃、膨润土和高岭土,它们的主要作用是提高材料的生坯强度,为焙烧打下坚实基础。
按照粉煤灰40%~50%,粘土25%~35%,废地砖20%~30%的配比,先将粉煤灰与粘土混合均匀,然后加入配制好的废地砖,喷水拌和,使粉料比较均匀地包覆在废地砖表面,采用静压成型方式,制备好的坯体置于恒温干燥箱中,干燥9 h后焙烧,烧成后自然冷却即获得粉煤灰透水砖。
贵州大学化学工程学院饶玲丽等[10]以粉煤灰、粘土、废地砖为原料,在25 MPa的压力下压制成型,经过1 050 ℃烧制1 h。制得的粉煤灰透水材料的抗压强度为31.6 MPa,透水系数为0.108 mm/s。
景德镇陶瓷学院材料科学与工程学院廖奇丽等[11]:采用煤渣、废瓷粒等工业废渣为骨料,以石灰石、白云石、长石、高岭土、石英和瓷石粉的混合料为高温粘结剂,另掺少量的有机粘结剂CMC,在1 150~1 250 ℃烧制成陶瓷透水材料。
秦皇岛玻璃工业研究设计院的陈福[12]等使用废玻璃、陶瓷废料和粘土作为主要原料,废玻璃用回收的玻璃瓶粉碎,粉碎成1 mm粒度以下的玻璃粉。试样采用压制成型,在120 ℃下干燥2 h,用电炉在1 100 ℃下烧制1 h。制得的陶瓷透水材料的抗压强度为12.1 MPa,透水系数为0.1 cm/s。
烧结透水材料外观美观大方,密度小,应用范围较广,但该工艺采用需要焙烧工序,温度较高,对烧结设备要求较高,成本高,使用范围较小。
2.3 高分子系列透水材料
高分子透水材料是采用单粒级粗骨料,以沥青或高分子树脂为胶结材料制备的透水材料。最近几年该技术的研究较多。
例如北京仁创科技集团有限公司研制的仁创生泰砂基透水材料,采用内蒙古沙漠中的风积沙作为主要原料,利用树脂类粘结剂作为连续相粘结沙子制透水材料,其转化利用率约为1:1。即使用1 kg符合筛选的沙子可以制成大约1 kg的透水材料[12]。该材料工艺简单,应用范围较广。
清华大学土木工程系建筑材料研究所的于伟蓉、覃维祖[13]利用环氧树脂为粘结剂制备微孔透水材料。该材料的骨料为风积砂,呈淡黄色,多为球形,化学成份以二氧化硅为主,粒径0.2~0.5 mm,表观密度2 650 kg/m3左右,堆积密度1 650 kg/m3左右,空隙率达到39%。胶凝材料方案为:AB-1型环氧树脂(双组分),其中A组分为双酚环氧树脂;B组分为聚酰胺固化剂,红棕色透明液体。该组分的固化需在干燥条件下进行,研究显示:该材料在40 ℃左右的干燥环境中,1 d强度可达到最大值的90%。当环氧树脂用量大于3%时,其制备的透水材料的抗压强度大于15 MPa、抗折强度大于6 MPa,在力学性能上只能满足人行道路面的实际使用。
高分子透水材料强度高、美观大方,但是该材料的抗老化性能较差、工艺适用性差、成本太高,应用范围较小,推广应用难度较大。
2.4 固体废弃物制备低温陶瓷透水材料
固体废弃物是指人类在生产、生活过程中丢弃的固态的泥状物质。主要包括城市生活垃圾、工业固体废物和危险废弃物等。固体废弃物排放量大,对人类的生存环境造成很大威胁。固体废弃物是放错位置的资源,加大其资源化利用程度具有重大的经济、环境和社会效益[14]。
以固体废弃物为主要原料,利用低温陶瓷化原理制备低温陶瓷透水材料,消耗固体废弃物数量多,技术工艺简单,经济成本低,近年来成为科学研究的热点。
该技术主要是通过各种固体废弃物之间的合理搭配,经干燥、破碎、粉磨至一定的粒度范围后,作为胶凝材料替代水泥,然后将胶凝材料与不同的骨料配合经搅拌,静压成型等工序后蒸汽养护,即可得到低温陶瓷透水材料。
例如,昆明理工大学的张召述教授长期从事利用固体废弃物制备低温陶瓷材料的研究,取得了丰硕的成果。他们利用磷渣、粉煤灰、水淬渣、钢渣、脱硫石膏和石灰等物质为主要原料,采用合理的配比,经蒸压养护后,制得性能较好的低温陶瓷透水材料[15,16]。
如北京科技大学周佳等[17]在不使用水泥和天然骨料的情况下,使用碱激发胶凝材料,以钢渣为增强相,制备出了无水泥钢渣路面透水材料,该材料28天抗压可达30 MPa,抗折强度可达5.8 MPa,透水系数达1.65 cm/s,性能达到了现行行业标准要求。陕西科技大学陈平教授[18]以陶瓷废料、废玻璃、锯末和粉煤灰为主要原料研制出了绿色环保型渗水砖,其透水系数为0.00032 cm/s,抗折强度为18.4 MPa,抗压强度为19.7 MPa。湖南大学的万隆教授等[19]以粉煤灰和粘土为主要原料,制备的透水砖性能为:透水系数为0.004 cm/s,抗压强度为16.4 MPa。研究发现,以工矿固体废弃物经过预处理制备的胶凝材料为主要原料,掺加一定比例的骨料可以制备出性能较好的透水材料,而采用粉煤灰为主要原料制备的透水材料达不到现行的行业标准,其技术有待研究。
3 结 论
本文介绍了透水材料的国内外研究现状和分类。探讨了混凝土系透水材料、烧结透水材料、高分子系列透水材料和利用工业固体废弃物为主要原料制备的低温陶瓷透水材料的制备方法和研究现状。通过研究发现:
(1)透水材料具有较大的孔隙率和良好的透水功能,保证了城市积水可以顺利下行,直接渗透到地表下,减少了路面径流的影响,对于减轻城市“荒漠化效应”及“热岛效应”具有重要意义;
(2)透水材料可以通过不同的方法制备,其中烧结透水材料能耗较高,生产工艺较为复杂,生产成本较高;高分子系列透水材料工艺简单、强度高,但是其工艺适用性差,使用范围小,且该材料的抗老化性能较差,推广难度大;混凝土系列透水材料需使用水泥,其成本较高,且水泥基材料的抗冻性和耐久性较差;
功能材料其分类综述 第4篇
关键词:材料;功能材料;功能材料分类
中图分类号:TB34 文献标识码:A 文章编号:1674-7712 (2012) 12-0202-01
一、功能材料及其分类
功能材料的分类非常复杂,主要原因是功能材料的研究,生产和应用宽泛,因此,导致功能材料的种类繁多,存在很多分类依据。
(一)能源材料
为了克服已经不容忽视的环境和能源问题,积极大力开发能源材料已经成为全世界各界人士的共识。目前的新能源主要有太阳能、地热能、风能、海洋能、氢能、生物质能和核聚变能等。广义的说,凡是能源工业及能源技术所需的材料都可称为能源材料。目前从材料研究角度,能源材料可以大致分为新能源材料、节能材料、储能材料。
(二)生态环境材料
生态环境材料是指那些具有良好的使用性能同时又满足环保要求,与环境相互作用能产生优良的环境协调性的材料。环境材料一般需要具有一定的先进性, 环境协调性,舒适性。如平时大家购物使用的方便袋,丢弃后往往会由于材料降解能力差而浮于地表,形成大地的“白色癌症”,对土质有很大伤害。
(三)生物医学材料
生物医学材料指的是一类与生物系统 如人体循环系统等直接接触,并能够发生相互作用,以诊断、治疗或替换生物机体中被疾病或外伤损坏的组织和器官或增进其功能,同时对人体组织不会产生不良影响的材料的统称。
仿生材料也是生物材料的一个分枝。目前关于仿生材料的最新研究成果是一种人造蜘蛛丝纤维,若其得到研发,那么研发出稳定的人造蜘蛛丝纤维将在很多领域得到应用,比如手术缝合材料, 自动化工业使用的纤维,防弹背心等。
(四)隐身材料
隐身技术在军事上的准确术语应该是“低可探测技术”: 即通过技术手段来改变自己本身具有的可探测性信息特征,从而使对方探测系统发现自己的概率降低。在某种程度上讲,隐形技术是传统伪装技术的一种应用和延伸,是伪装技术的技术含量不断增加和发展的结果。隐形技术一般包括雷达隐形、红外隐形、磁隐形、声隐形和可见光隐形等。按材料用途可分为隐身涂层材料和隐身结构材料。
(五)防弹材料
防弹材料是指能够实现防止子弹杀伤而具有保护一定保护能力的材料。在所有防弹材料制备的器件中,防弹衣是典型的实例之一。作为一种重要的个人防护装备,防弹衣材料研究经历了由最初的金属装甲防护板向非金属合成材料的过渡后,又由单纯合成材料向合成材料与金属装甲板、陶瓷护片等复合系统发展的过程。
(六)发光材料
发光材料即在各种类型激发作用下能产生光发射的材料。发光材料的种类繁多, 按照发光材料的发光方式主要类型有:光致发光、阴极射线发光、电致发光、热释发光、光释发光、辐射发光等。光致发光粉主要制作发光油墨、发光涂料、发光塑料、发光印花浆的理想材料,是发光材料的一个典型应用。
(七)光电材料
光电材料是指应用制造各种光电设备的材料。光电材料主要包括激光材料,红外材料,光纤材料,非线性光学材料等。
1.激光材料:激光材料就是把各种电、光、射线能量转换成激光的材料。
2.红外材料:红外材料一般指与红外线的辐射,吸收和透射和探测等相关的材料。红外材料主要有两类:红外探测材料和红外透波材料。
3.光纤材料:光纤是光导纤维的简写,是一种利用光在玻璃或塑料制成的纤维中能够全反射原理而达成的光传导工具。光纤一般是由纤芯、包层和涂敷层构成的多层介质结构的对称圆柱体。
4.非线性光学材料:非线性光学指的是光与物质相互作用时产生的光频率改变等非线性光学效应,之所以叫非线性是因为频率发生改变,而光的出射光强与入射光强不成正比例关系,一般成平方或高次方关系。
(八)杂化材料
“杂化材料”即把两种以上不同种类的有机、无机材料在一定的尺寸级别上杂化,产生具有新结构、新性质、新功能的物质。所以,杂化材料一般指两种以上、不同种类的有机、无机、金属材料在原子、分子水平上杂化,从而产生具有新型原子、分子集合结构的物质,含有这种结构要素的物质称为杂化材料。杂化材料可分为三类:功能杂化材料,结构杂化材料,医用杂化材料,且纳米杂化技术是未来生物材料发展的重要方向和关键技术。
(九)梯度功能材料
所谓梯度功能材料是指材料的组成和结构能够实现连续地变化,使材料的性能和功能也呈现梯度变化的一种新型的功能性材料。从材料的结构角度来看,梯度功能材料与均一材料以及复合材料均不同。梯度功能材料可以存在多种存在组合方式,拥有灵活的梯度变化方式,可以是梯度功能涂覆型,梯度功能连接型,梯度功能整体型。这些特点使材料在不同区域会具有不同的功能。功能梯度材料的应用领域十分广泛。
(十)智能材料
智能材料的构想最初来源于模仿大自然中生物的一些独特功能来制造人类能够使用的"活"工具,如模仿蜻蜓制造飞机等等。智能材料的目标就是想研制出一种材料,使它成为具有类似于生物的各种功能的的材料。目前智能材料一般多由两种或两种以上的材料复合构成一个智能材料系统。 材料一般比较单一,难以满足智能材料的要求,这使智能材料的设计,制造,加工和性能结构特征相关的研究成为材料科学的最活跃和最先进的发展方向。
二、功能材料的发展趋势
功能材料是一大类具有特殊电、磁、光、声、热、力、化学以及生物功能的新型材料,是信息技术、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。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。
个人综述材料 第5篇
个人综述材料
个人综述材料
本人1987年7月毕业于德江师范，1987年8月至1990年8月于沿河塘坝渔小任教。1991年至1993年于贵州教育学院学习。至于贵州大学学习。至今任钟南完小工会主席。自始自终忠于党和人民的.教育事业，急学校之所急，忧教师之所忧，关爱教师、学生，支助茶潭村小解决没电问题，白皂口平整教室，钟南完小的卫生赞助，为贫困教师排忧解难，20被评为“两基”攻坚先进个人，20被接收为正式党员，被评为优秀党员，同年任中教一级，元月评为中教高级教师。
个人综述材料 第6篇
我于20xx年x月毕业于琼台师范高等专科学校中文专业，20xx年被聘为中学语文教师，至今有三年从教经历。我在工作岗位上素来严格要求自我，对工作勤勤恳恳，对学生严慈相济，始终以无愧于“人民教师”这一光荣且厚重的称号而努力。
由于本人的不懈努力以及用心进取的态度，三年的年度考核均是优秀的。付出得到认可令人欣慰，我深信一份耕耘一份收获的道理，踏踏实实工作才能在铅华落尽之时，显露自我存在的价值。
教师这份职业有其特殊之处，除了要有才，还要求德，即政治思想和教师职业道理，它们共同构成了教师个人的素养。我作为一名共产党员，始终拥护中国共产党的领导，遵守国家的法律、法规，热爱祖国、热爱人民，贯彻党的教育方针，执行学校的教育教学计划，不迟到，不早退，做到爱岗敬业且要乐业，把当教师作为一份快乐的事业去经营。主动与学生家长联系，尊重家长，巩固了学校教育的效果；对待同事，注重团结协作，共享教育资源，分享劳动成果，不计较得失名利，使自我拥有一颗简单、愉快地情绪从事这一有好处的工作。
随着社会的发展、科技的进步，知识日新月异。不断地学习，不断更新知识是必然的。为使自我的教学工作更加得心应手，我利用业余时光参加教师的网上培训，学时40课时，认真钻研教材教法和课程标准，提高教育教学水平，尤其是在备课上，做到六备，备《课程标准》、备学生、备教材、备讨论、备练习、备板书，为每一天都有一
点进步做一些努力。
刚踏上工作岗位时，我接了一个班当班主任，初次历练，有勇气也存在不安，用心琢磨后，很快组织好班委会，选出班级骨干，着力抓班风学风建设，建立良好的班群众，学生也逐渐学会诚实有礼，互学互助。我带的班级，在评比中，多次获得先进班群众称号。有的班级学生成绩普遍较差，大多数学生的基础知识掌握不好，在教学中，我尽量从学生实际出发，用他们生活中的例子，化繁为简，只为能被他们理解、掌握。同时，我还在班级中进行一带一的学习活动，使学生端正思想，互相学习，互相促进。
