【有关材料科学的论文发表】 计算机在材料科学中的应用论文

　　材料学作为战略性领域的基础学科,在国防建设、基础设施、军用民用等领域具有广阔的应用价值。下文是小编为大家搜集整理的有关材料科学的论文发表的内容，欢迎大家阅读参考!

　　有关材料科学的论文发表篇1

　　谈无机化工生产中腐蚀性对材料选择的影响

　　目前，无机化工生产过程中介质对生产设备的腐蚀问题日益突出，严重影响了无机化工产业的正常生产，甚至造成了严重的安全事故，不利于无机化工行业的可持续发展。因此，必须加强对腐蚀性的分析和研究，根据不同的生产工艺，选择不同的防腐材料，以实现企业经济效益的最大化。

　　1 无机化工生产过程中发生的腐蚀情况分析

　　目前在无机化工生产过程中，由于介质条件的不同以及使用的溶液大多数为腐蚀性极强的多元混合溶液，在流速、浓度、温度以及压力等不同条件的共同作用下，生产设备极易发生腐蚀问题，并且不同的耐腐蚀材料形成的腐蚀类型也不相同，主要分为均匀腐蚀、石墨化腐蚀以及磨损腐蚀，具体如下：

　　1.1 均匀腐蚀 均匀腐蚀是电化学腐蚀的基本形态，也是无机化工生产设备最为常见的一种腐蚀形态。均匀腐蚀主要是完全暴露在介质的表面并进行均匀腐蚀，导致金属均匀变薄，重量逐渐变轻，直至最后出现破坏性结构。

　　1.2 石墨化腐蚀 石墨化腐蚀主要发生在铸铁生产过程中，石墨以网状形态存在于铁素体内，在盐水、矿物质水、稀释酸性水以及酸性溶液等介质中，铁素体发生选择性腐蚀。石墨化腐蚀会增加整个设备的重量，受到外界自然环境的作用下外部铁锈发生脱落现象，对设备产生结构性破坏。

　　1.3 磨损腐蚀 磨损腐蚀的发生主要是因为金属表面和腐蚀流体之间的相对运动，加速金属的破坏，其是腐蚀、磨损、化学作用以及机械作用共同或交替进行的结果。磨损腐蚀会使整个结构表面产生细小的裂缝和孔洞，相较于单一的腐蚀过程此种腐蚀程度更为激烈。

　　2 不同类型的材料在无机化工生产中的使用

　　上述几种腐蚀形式在无机化工生产过程中经常发生，并且对生产产生了极大的影响，因此，化工行业有必要针对现存的腐蚀问题，加快钛材料、不锈钢材料、非金属材料以及各种防腐技术的引用和研发。

　　2.1 钛材料在无机化工生产中的应用

　　钛是轻金属并且容易和氧、氢、氮、碳等元素发生反应形成稳定的化合物，具有质轻、高强度等优势，已在国外化工生产中得到了广泛的应用。钛的平衡电位E=-1.63v(SCE)表明钛的化学性质很活泼，但钛具有较强的自钝能力并且稳定性较高，在受到机械损伤后具有快速的自修复能力，尤其是在含有强烈破坏钝化膜的CI-溶液中也表现出较好的抗点蚀能力。因此，钛材料具有的优良性能使之在无机化工生产设备中得到了广泛的使用，与以往使用碳钢制作的冷凝器设备相比，钛材设备使用的寿命可长达10年以上，具有显著的优势。此外，阀门是无机化工生产的重要的装置，主要有截止阀、闸阀、浆液阀、球阀以及旋塞等，使用的材质有不锈钢、钛以及铸铁。根据实际的使用情况分析数据显示，胶膜阀和铸铁阀的使用寿命通常只有3个月，铸铁阀门中的铸铁材质耐腐蚀性较低并且铸铁的重量较大，使化工生产设备经常发生泄漏问题，不利于无机化工的稳定、有序生产。而钛材质的阀门表现出了较强的内腐蚀性和防冲刷性能，使用寿命可达20年，提供了化工生产的稳定性。

　　近年来，钛材料已应用在无机化工生产的技术改造及新装置的制造中，例如无机化工生产使用的塔内冷却管、热换器管或板、泵叶以及仪表等设备的重要部件。从目前钛材料在化工生产设备中的应用情况来看，已相对成熟，由钛材料制成的静止设备或是传动设备在腐蚀介质或是腐蚀、冲刷兼有的介质中都表现出了较长的使用寿命，为化工生产企业带来了较高的经济效益和社会效益。

　　2.2 不锈钢材料在无机化工生产中的应用

　　2.2.1 奥氏体不锈钢 不锈钢材料在无机化工生产中的使用主要以奥氏体不锈钢和奥氏体-铁素体双相不锈钢为主，其中奥氏体不锈钢又以含有钼的00MO5不锈钢、高镍钼904L不锈钢以及316L不锈钢为主，00MO5不锈钢具有优良的抗孔蚀和缝隙腐蚀能力，主要用于塔设备冷却管的制作，也可以用于接触海水介质的冷却小管，但由于其标准不一致，限制了此种不锈钢材料的使用和推广;904L不锈钢的铬镍及MO含量很高，具有比00MO5还高的耐全面腐蚀性，同时还具有抗点蚀能力及冷热加工性能;316L不锈钢主要在设备、管道以及仪表等上面使用。

　　2.2.2 双相不锈钢 双相不锈钢主要以3RE60和CD4MCU铸造不锈钢为主。我国将此种材料应用在蒸发、吸收等设备的重要部位，双相不锈钢具有较好的抗晶间腐蚀的能力，其耐氯化物应力腐蚀性能只有在低应力下才会凸显优越性。

　　2.3 非金属材料在无机化工生产中的应用

　　2.3.1 工程塑料 耐蚀塑料主要分为热塑性与热固性两类，其中热塑性塑料包括聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、氯化聚醚、聚苯硫醚等，这些热塑性塑料具有优良的耐腐蚀性能;热固性的树脂包括树脂有环氧、酚醛、聚酯、呋喃四大类，由于这些材料的刚度与强度较差，在用于化工设备的制造时需通过纤维来增强其刚度和强度。耐蚀塑料主要用于管道、通用设备、槽罐、热换器、泵、阀等化工设备的制造中。

　　2.3.2 玻璃钢 玻璃钢是一种纤维增强高分子材料，经合成树脂为粘合剂并以玻璃纤维为增强材料的新型复合结构材料，具有高强、轻质、耐蚀以及优良的耐热性能。耐蚀玻璃钢制品主要有储罐、槽车、耐蚀风机以及管道等，另外玻璃钢还可以替代钢结构制作设备平台、梯子、电缆桥架等，虽然一次性的投入成本较大，但能够有效节约采用钢结构带来的周期性防腐费用。需要注意的是选用玻璃钢时要对粘合剂品种及其配制进行分析，以保障玻璃钢的耐腐蚀性能。

　　3 结束语

　　通过本文上述内容的分析，我们可以看出腐蚀问题是无机化工生产过程中需要重点解决的问题。在科学技术不断进步的今天，化工行业应加快防腐材料和技术的研发和使用，提高化工生产设备的防腐蚀性能，有效保障化工生产的安全、稳定，促进化工行业的健康发展。

　　有关材料科学的论文发表篇2

　　试谈VARTM制备麻纤维增强环氧树脂复合材料

　　麻纤维是一种天然植物纤维，具有价格低廉、可生物降解、优良的力学性能等优点.相比于合成纤维，天然麻纤维具有更好的吸能效果，能制造出高性能的复合材料，可广泛地应用于汽车制造工业[1-2].

　　麻纤维种类较多，常见的麻纤维有苎麻[3]、黄麻、亚麻等.黄麻是最廉价的天然纤维之一，黄麻纤维纤维素质量分数约为57%～60%，单纤细度为15～18 μm，单纤长度为1.5～5 mm，因为单纤维短且长度参差不齐，故无法单纤维纺纱.黄麻纤维具有不规则的多边形混合截面，吸湿性和透湿性较苎麻要高2%～4.5%.其生物分解性好，初始弹性模量高，不起球，抗菌能力优异，生产成本低，因此具有很好的市场应用前景.

　　湖南大学学报(自然科学版)2015年第12期李伟等：VARTM制备麻纤维增强环氧树脂复合材料研究麻纤维由纤维素、半纤维素、木质素、果胶和脂肪蜡质组成，不同麻纤维组成有差别.麻纤维的主要成分为纤维素，纤维素分子结构中含有大量的羟基，故麻纤维表面极性较大，表现出强的亲水性，容易从空气中吸收水份，导致麻纤维与基体材料的界面结合不佳.而且天然麻纤维的大分子结晶度和取向度高，纤维外表面粗硬、无卷曲且勾结强度低.所以将麻纤维作为树脂基复合材料的增强材料时，一般需要对麻纤维进行表面改性处理[1，3-5]. 　　目前麻纤维的表面改性处理主要有热处理、碱液处理[6]、硅烷偶联剂处理[7]、异氰酸酯处理[8]、等离子体处理[9]等方式.通过表面改性可提高麻纤维的界面性能，改善纤维与基体树脂的润湿性，使复合材料力学性能显著提升[10].将改性麻纤维用于树脂基复合材料的增强材料时可以获得综合性能优良的树脂基复合材料[11].

　　环氧树脂是制造树脂基复合材料的一种常用的基体树脂，最常见的复合材料是玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料(玻璃钢).虽然环氧树脂在树脂基复合材料中的使用成史已经比较悠久，但是对环氧树脂基复合材料的研究仍然是当今的热点[12].作为一种基体树脂，环氧树脂具有种类繁多、容易满足设计需求的优点，但也存在不导电、性脆等缺点，在制备环氧树脂基复合材料时，有时也需要对树脂进行改性，从而获得其优异的性能[13].

　　真空辅助树脂传递模塑(VARTM)成型工艺是先进复合材料制造技术的主要发展方向之一，现已广泛应用于船舰、航空、航天、汽车等领域.VARTM工艺是先将增强材料放置于模腔中，然后合模、抽真空排除模腔中的气体，再在一定的温度和压力下将液态树脂注入模腔内，使之与增强纤维充分润湿，在一定温度下固化、后固化，最后经脱模得到复合材料制品.

　　本文以环氧树脂为基体，可生物降解的黄麻纤维作为增强材料，通过改变传统的工艺路线，增加对黄麻纤维布进行热压工艺处理，该工艺不仅可以提高复合材料中麻纤维的体积分数，而且对改善复合材料的力学性能有明显的效果，采用VARTM工艺制备麻纤维增强环氧树脂复合材料并进行了系统研究.

　　1实验过程

　　1.1黄麻纤维表面处理

　　热处理是将黄麻纤维放入鼓风干燥箱中，分别在120 ℃，150 ℃和180 ℃下处理4 h，将麻纤维取出后置于真空密封条件下保存备用.碱处理是将黄麻纤维布浸入(质量分数)2%的NaOH溶液中，于60 ℃下处理4 h，再用去离子水洗涤至中性并在80 ℃干燥.硅烷偶联剂处理是将KH550配制成(质量分数)3%的乙醇溶液，然后把黄麻纤维布浸入溶液中10 min，取出纤维布放置在空气中30 min，最后90 ℃烘干.异氰酸酯处理是将黄麻纤维布放入异氰酸酯的丙酮溶液中，以浓硫酸为催化剂，在55 ℃油浴加热反应5 h，取出用丙酮洗涤后80 ℃烘干.模具和复合材料样品见图1.

　　1.2黄麻纤维布的热压工艺

　　为了提高复合材料中麻纤维的含量，将表面处理的黄麻纤维布裁成190 mm×140 mm的规格，整齐叠放在平板热压机模具中，在1 MPa和100 ℃条件下热压30 min.

　　图1模具和复合材料样品

　　Fig.1Mould and composite samples

　　1.3黄麻纤维布增强环氧树脂复合材料的制备

　　将黄麻纤维布剪裁成190 mm×140 mm的规格并精确称量其质量后整齐铺放在VARTM模腔中，合模;模具一端导管连接真空泵，一端连接注射系统，中间部分接入压力表用来测量模腔中的压力.通过抽真空排除模腔内的空气，然后将混合好的树脂注入模腔中;模腔注满后封住连接真空泵的一端，继续注射，使模腔内的压力达到1 MPa，然后封闭所有端口;将模具放入烘箱中60 ℃固化20 h，脱模取出板材;将复合材料板在80 ℃下固化5 h.

　　1.4材料性能表征

　　采用FEI QUANTA 200 扫描电镜观察复合材料断裂面的形态.黄麻纤维增强环氧树脂复合材料按照GB/T 1447-2005和GB 1449-2005进行切割并铣到规定的形状和尺寸，所以样品在Instron3369万能试验机上进行拉伸测试和三点弯曲测试.

　　2实验结果与讨论

　　2.1不同表面处理对复合材料断面形貌的影响

　　从未表面处理黄麻纤维复合材料断面SEM图(图2)可见，断裂面麻纤维拔出长度较大，且纤维表面未粘有树脂，这充分说明黄麻纤维与基体树脂的界面结合非常差，将直接导致复合材料的力学性能较低，所以欲获得良好界面粘结强度的复合材料必须对黄麻纤维进行表面改性处理.

　　图2未表面处理黄麻纤维复合材料断面SEM图

　　Fig.2The cross section SEM microphotographs

　　of composites made by jute fibers

　　without surface treated

　　将黄麻纤维分别在120 ℃，150 ℃和180 ℃条件下热处理4 h，并将其与环氧树脂制成复合材料.图3为热处理黄麻纤维增强复合材料断面SEM图，从图3(a)(b)可见，120 ℃热处理黄麻纤维增强复合材料断面黄麻纤维拔出长度仍然较长，黄麻纤维表面光滑，基本未粘有树脂，这说明黄麻纤维与树脂界面结合仍然不佳.图3(c)(d)为150 ℃热处理黄麻纤维复合材料断裂面，可以看出黄麻纤维拔出长度明显短于120 ℃热处理的样品，同时黄麻纤维表面粘有少量树脂，这证明了黄麻纤维与树脂的界面结合得到了改善.图3(e)(f)为180 ℃热处理黄麻纤维增强复合材料，从图中能明显地看出黄麻纤维拔出的长度进一步缩短，但黄麻纤维表面粘附的树脂仍然不多.由此可见，通过热处理的黄麻纤维增强复合材料可有限地提高黄麻纤维与树脂的界面结合，但单纯通过对黄麻纤维热处理使复合材料力学性能提高的效果仍不太明显.

　　碱处理黄麻纤维增强复合材料断面SEM如图4所示，可见断裂拔出的黄麻纤维表面粘有较多的树脂，说明黄麻纤维与树脂的界面结合得到了较大的改善，但纤维拔出的长度比较长.

　　硅烷偶联剂处理的黄麻纤维增强环氧树脂复合材料断面SEM如图5所示.从图5(a)(b)可见，与热处理和碱处理黄麻纤维相比较，硅烷处理的黄麻纤维制备的复合材料断裂后纤维拔出的长度更短.图5(c)(d)中拔出的黄麻纤维表面粘有较多的树脂，黄麻纤维的根部与树脂的缝隙也非常小，这充分说明了黄麻纤维与树脂界面结合良好，复合材料的力学性能得到了显著提高. 　　用六亚甲基二异氰酸酯(HDI)处理黄麻纤维增强复合材料断面SEM如图6所示，由图6(a)(b)可看出，黄麻纤维拔出长度较短，与硅烷处理后的情况基本一致，而由图6(c)(d)可清楚地看到黄麻纤维表面粘有大量的树脂，所以可以确定黄麻纤维和环氧树脂经过异氰酸酯处理后的界面结合良好.

　　图5偶联剂处理黄麻纤维增强复合材料断面SEM图

　　Fig.5The cross section SEM microphotographs

　　of jute fiber with coupling agent

　　treatment reinforced composites

　　综上所述，将黄麻纤维进行热处理和碱处理对复合材料的界面结合作用提升不大;而硅烷处理和异氰酸酯处理可以显著提高黄麻纤维与基体树脂的界面结合;为了进一步证明以上结果，将对复合材料的力学性能进行测试和分析.

　　2.2复合材料力学性能分析

　　2.2.1拉伸性能

　　影响树脂基复合材料性能的主要因素有增强材料、基体树脂以及基体与增强材料的界面粘接强度等.为了提高复合材料中黄麻纤维的体积分数，实验中将黄麻纤维布进行热压工艺处理，黄麻纤维未经热压制备的复合材料麻纤维体积分数为27.3%，经热压的样品黄麻纤维体积分数可提高到33.6%.纯环氧树脂、未热压黄麻纤维复合材料及热压黄麻纤维复合材料试样拉伸性能测试结果见表1，未热压麻纤维复合材料比纯环氧树脂试样的拉伸强度增加了25.3%、拉伸模量提高了52.9%;而黄麻纤维布经热压后制备的复合材料比纯环氧树脂试样拉伸强度则增加了51.2%、拉伸模量提高达111.4%.黄麻纤维热压工艺使复合材料中纤维含量提高了6.3%，当基体树脂的粘度足够低时，在满足树脂对增强材料的充分浸润前提下，制备出来的复合材料将具有更好的力学性能.可见黄麻纤维的热压工艺对提高黄麻纤维增强环氧树脂复合材料的拉伸性能具有重要意义.

　　表1不同处理条件下的黄麻纤维增强

　　复合材料拉伸强度和模量

　　Tab.1The tensile strength and modulus of jute fiber

　　with different treatment reinforced composites

　　复合材料

　　性能环氧

　　树脂纤维

　　未处理偶联剂

　　处理纤维HDI处理

　　纤维热压

　　工艺拉伸强度39.559.763.963.2是/MPa39.549.559.057.6否拉伸模量2 653.45 609.27 325.67 796.7是/MPa2 653.44 057.27 060.25 435.8否

　　由表1可知，当黄麻纤维未经热压处理时，与未表面处理的黄麻纤维增强复合材料相比较，硅烷偶联剂处理的黄麻纤维增强复合材料的拉伸强度提高了18.6%，异氰酸酯处理则提高了16.3%;硅烷偶联剂处理黄麻纤维增强复合材料的拉伸模量提高了71.4%，异氰酸酯处理只提高了34.0%.当黄麻纤维经热压工艺处理后，硅烷偶联剂处理的黄麻纤维增强复合材料的拉伸强度只提高了7.0%，异氰酸酯处理也只提高了5.8%;硅烷偶联剂处理麻纤维增强复合材料的拉伸模量增加了30.6%，异氰酸酯处理则增加达37.0%.由此可见，热压工艺、硅烷偶联剂和异氰酸酯处理黄麻纤维可明显提高复合材料的拉伸强度和拉伸模量，这主要是由于热压工艺提高了复合材料中纤维的体积分数，硅烷偶联剂和异氰酸酯处理黄麻纤维能有效地改善黄麻纤维和树脂基体的界面粘结强度，能有效地将外力在纤维和树脂之间进行传递，最终达到改善复合材料的拉伸性能的结果.

　　2.2.2弯曲性能

　　黄麻纤维的热压工艺对复合材料弯曲强度的影响见表2，未热压的黄麻纤维增强复合材料的弯曲强度比纯树脂只提高了14.4%，但是热压处理后显著提高达到了91.9%.可见黄麻纤维热压处理对提高黄麻纤维增强环氧树脂复合材料的弯曲强度具有重要影响.

　　在黄麻纤维未进行热压工艺处理时，与未表面处理的黄麻纤维增强复合材料比较发现，经硅烷偶联剂处理的黄麻纤维增强复合材料的弯曲强度提高了50.2%，经异氰酸酯处理也提高了50.3%.在黄麻纤维经热压处理时，经硅烷偶联剂处理黄麻纤维增强复合材料的弯曲强度提高了4.6%，经异氰酸酯处理黄麻纤维增强复合材料提高了1.2%.可见硅烷偶联剂和异氰酸酯处理都能使黄麻纤维增强复合材料的弯曲强度得到提升，但是经热压工艺处理后更有利于复合材料弯曲强度的提高，并且可以适当减小黄麻纤维的表面处理程度，降低对增强材料性能的破坏，这将更有利于制备高性能复合材料的要求.

　　3结论

　　采用硅烷偶联剂、异氰酸酯等对黄麻纤维表面处理和麻纤维热压工艺，通过VARTM成型工艺制备黄麻纤维增强环氧树脂复合材料，得出以下结论：

　　1)与热处理和碱处理相比，硅烷偶联剂和异氰酸酯对黄麻纤维表面处理可有效改善黄麻纤维与环氧树脂的界面结合，显著提高复合材料的力学性能.

　　2)黄麻纤维热压工艺处理可增加复合材料中黄麻纤维的体积含量，达到提高复合材料的力学性能的目的，未表面处理的黄麻纤维经热压工艺处理后制备的复合材料纤维含量提高了6.3%，拉伸强度、拉伸模量和弯曲强度分别提高了20.6%，38.3%和67.7%.

　　3)硅烷偶联剂处理和异氰酸酯处理的黄麻纤维经热压处理制备的复合材料，其力学性能得到了显著提高，而黄麻纤维的热压工艺处理对黄麻纤维增强复合材料的性能提高具有重要的影响.

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