时间：2022-04-07 16:47:31
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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（盐城工学院材料工程学院无机非金属材料工程系，江苏 盐城 224051）
【摘要】本文探讨了《功能材料》双语选修课的几种教学方法，分析了各种教学方法的作用和实施手段，为材料科学与工程等相关专业开设的其他双语专业选修课提供参考。
关键词 功能材料；双语教学；案例教学法；互动式启发教学法；对比式启发教学法
基金项目：感谢盐城工学院2014年度校级教学改革项目的资助，项目编号JY2014C36。
0引言
目前，材料科学与工程有关学科在本科教学中，为了使学生更加全面的了解材料科学前沿、掌握材料学科专业英语，很多学校都开设了《材料导论》双语课和《材料科学基础》双语课。而《功能材料》双语课这门课程一般是材料科学与工程有关专业研究生阶段开设的一门课程，该课程涉及的知识面较广，包含了各种功能材料的制备与合成、结构与性能、应用特点等，因此对学生知识面的广度和专业英语的要求都比较高。在本科教学中，很多学校也都开设了《功能材料》汉语课程，甚至作为专业主干课程介绍各种功能材料。然而《功能材料》双语课目前在国内材料科学与工程有关学科本科教学中开设的比较少。桂林电子科技大学的王江探讨了功能材料课程应用双语教学的可行性、双语教学过程中需要注意的一些问题并推荐了英文教材，指出这门课程引入双语教学，更能起到良好的教学效果。
本文探讨了《功能材料》双语选修课的几种教学方法，分析了各种教学方法的作用和实施手段，就如何提高《功能材料》双语选修课教学效果做了一些思考和探讨。
1案例教学法在《功能材料》双语教学中的应用
案例教学法是一种以案例为基础的教学方法，近年来广泛为广大教师采用到教学中去。《功能材料》双语课的教材虽然国外出版过几本很相关的功能材料教材，但是这些教材价格比较贵，学生负担不起，而且知识深度也跟本科生所掌握的知识体系不符。同时，《功能材料》双语课作为选修课开设，学校设置的学时数有限，一般为32个学时，国外的教材多数长达300多页，远远不能完成整本教材的教学内容。因此《功能材料》双语选修课可以采用自编教材，以各方面功能材料的英文综述作为该功能材料的基本知识和基本理论，通过学习顶级期刊杂志的文章来了解该功能材料的制备与合成、结构与性能以及应用特点，从而全面了解了该材料的发展动态，使学生既学习到了科学前沿，又能在同步翻译的过程中学习专业英语。因此英文综述和英文期刊作为案例开展《功能材料》双语选修课教学，既符合《功能材料》选修课的性质，又满足《功能材料》双语课的特点，同时解决了英文教材的问题，而且案例体系是可以实时更新的，使学生能够了解功能材料最前沿的科学研究，甚至可以学习《science》和《Nature》上相关材料的研究进展，用最权威的期刊杂志来向学生灌输知识是可以引起学生学习兴趣的。
2互动式启发教学法在《功能材料》双语教学中的应用
《功能材料》双语教学中以各方面功能材料的英文综述作为该功能材料的基本知识和基本理论，通过学习顶级期刊杂志的文章来了解该功能材料的制备与合成、结构与性能以及应用特点，因此在专业英语的学习任务很重，需要课前提前布置教学内容，让学生提前预习。如果可以充分调动学生的积极性，让学生自己通过查阅文献，翻译文献，了解该领域功能材料的发展动态，教师可以通过分组的方式让学生在课堂上通过课堂展示的方式，让学生自己讲述通过翻译和学习掌握的知识，一方面加深学生对知识的理解和掌握，另一方面可以充分调动学生学习的积极性，而且可以提高专业英语的学习效率。学生在自主学习和与组员的互动学习过程中，会产生疑问、提出疑问，最后通过与组员和老师的互动过程中解决疑问，这样可以提高学习效率。
3对比式启发教学法在《功能材料》双语教学中的应用
以各方面功能材料的英文综述作为该功能材料的基本知识和基本理论，往往存在一个问题，英文综述一般都比较长，教师同步翻译讲解的过程中会很枯燥，使学生丧失听课兴趣，而且功能材料种类繁多，涉及到声光电磁热等各方面功能，同时每一种性能的功能材料都有很多种具体的相关材料可以实现改性能，因此，在学习的过程中，教师如果能多采用对比式启发教学法能够使学生充分认识到不同材料的区别和关系，可以加深记忆，并提高学习效率。采用对比的方法往往会使学生记住材料间的差别，提高教学效果。
4总结
《功能材料》双语课程的教学还处于探索阶段，教学方法的选择和实施尤为重要，初步探索了案例教学法、互动式启发教学法和对比式启发教学法在《功能材料》双语教学中的应用，还需要在今后的教学过程中进一步完善和实践。希望本文能够为其他材料类课程的双语教学提供参考。
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论文关键词：各向异性材料，功能梯度材料，共线裂纹，奇异积分方程
引言
由于功能梯度材料 (FGMs)的广泛运用，已经有很多学者对功能梯度材料断裂力学进行了研究[1-4]。Choi[5]和Choi 等[6]研究了功能梯度界面裂纹和界面共线裂纹在机械载荷作用下的断裂问题。但实际制备工艺的特点决定了功能梯度材料将很少是各向同性的，由于问题的复杂性,研究各向异性功能梯度材料断裂行为的文献不多。 Ozturk 和 Erdogan研究了无限大正交各向异性功能梯度材料受静态机械载荷作用下的裂纹方向平行于材料属性梯度方向的I型[7]断裂问题和裂纹方向垂直于材料属性梯度方向的混合型[8]断裂问题。Chen等[9]研究了非均匀正交各向异性功能梯度材料瞬时内部裂纹问题核心期刊。 假设裂纹方向和材料的梯度方向平行,Guo等[10-11]研究了正交各向异性功能梯度条的内嵌裂纹和边裂纹问题。Dag等[12]分别用积分变换—奇异积分技术和有限元方法研究了有限厚度正交各向异性功能梯度涂层—均匀正交各向异性基底间界面裂纹问题。
以上研究的都是单裂纹，对非均匀正交各向异性功能梯度材料共线裂纹问题都很少研究，然而这种模型对工程结构裂纹止裂具有理论意义和实用价值。同时，以前的研究假设正交各向异性功能梯度材料的剪切模量为单参数指数形式物理论文，事实上单参数指数形式只能模拟一些特殊的材料性质，为了更符合实际情况，假设非均匀正交各向异性功能梯度材料的梯度参数成双指数参数变化，本文研究了正交各向异性功能梯度材料的共线裂纹问题，分别对非均匀材料内含裂纹以及均匀材料内含裂纹等情况进行了研究。运用 Fourier 变换将混合边值问题转化为求解一组奇异积分方程，并得到应力强度因子的表达式。
1、 问题的提法
如图 1 所示，一正交各向异性功能梯度材料和一正交各向异性均匀基底理想粘结，厚度分别记为和 ，在两种材料里有长度为 的裂纹。两种材料在方向是无限大，分别是裂纹在轴的裂纹尖端。在研究功能梯度材料的断裂时，很多文章假设材料性质的变化为单参数指数形式[7-11]。 为了更符合实际情况，正交各向异性带的材料性质假设为以下双指数参数形式
(1)
其中 是正或负的非均匀参数， 是另一个非均匀参数。
本构方程可以写为
(2)
对图1 中的混合边值问题物理论文，边界和连续性条件为
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
(8)
(9)
(10)
(11)
2、 问题求解
图1 非均匀正交各向异性功能梯度材料共线裂纹示意图
Fig.1 Geometry ofcollinear cracks in orthotropic inhomogeneous functionally graded material
由于结构对称，我们只考虑上半平面，即 ， 运用Fourier变换，位
移可以表示为
(12)
这里 在附录里给出核心期刊。 不失一般性，取是未知函数，k=1,2分别代表材料为非均匀正交各向异性功能梯度材料和正交各向异性均匀基底。
我们引入两个新的函数
(13)
表1 正交各向异性功能梯度材料的力学性质
Table 1 Mechanicalproperties of orthotropic FGMs
由均匀边界条件 (3-11)， 经过很长的推导，有
(14)
其中
（15）
裂纹的应力强度因子 (SIFs)定义为
（16）
3、结果和讨论
在常应力载荷和 下，内部裂纹取，首先考虑单参数指数模型，我们假设。为了证明求解过程的正确性， 我们首先将所得的结果和文献[10]的结果进行对比。
图2 对中心内部裂纹应力强度因子的影响
Fig.2 Influences of on SIFs for acentral internal crack
图3 正交各向异性功能梯度材料的力学性质对应力强度因子的影响
()
Fig.3 Influences of mechanicalproperties of orthotropic FGMs on SIFs
()
图4 裂纹长对单裂纹和共线裂纹应力强度因子的影响
Fig.4 The effect of cracklength on SIFs for a single crack and two collinear cracks
图5 对共线裂纹应力强度因子的影响（)
Fig.5 Influences of for collinearcracks on SIFs ()
图6 对共线裂纹应力强度因子的影响()
Fig.6 Influences of for collinearcracks on SIFs ()
从图2 中可以看出物理论文，文中的计算结果与文献[10]吻合的很好。
图3-6给出了材料力学性质和非均匀参数对应力强度因子的影响，材料的力学性质见表1。结果表明：材料的力学性质对应力强度因子的影响不大，对三种材料而言，材料III给出的应力强度因子最小；相比单裂纹，共线裂纹总是给出最大的应力强度因子；随着的增加而变小， 随着 的增加而变大， 随着 的增加而变大， 随着的增加而变小，通过适当的参数调节可以延缓裂纹的扩展。
参考文献
[1]黄干云,汪越胜,余寿文.功能梯度材料的平面断裂力学分析[J]. 力学学报, 2005, 37: 1-8.(Huang G.Y.,Wang Y.S., Yu S.W. A new multi-layerer model for in-plane fracture analysis offunctionally graded materials(FGMS)[J]. Chinese Journal of Theoretical andApplied Mechanics, 2005, 37: 1-8.(in Chinese))
[2]L, C.F., Chen,W.Q., Zhong, Z. Two-dimensional thermoelasticity solution forfunctionally graded thick beams[J]. Science in China Series G-Physics,Mechanics & Astronomy, 2006, 49: 451-460.
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[5]Choi,H.J. Bonded dissimlar strips with a crack perpendicular to the functionallygraded interface[J]. International Journal of Solids and Structures,1996, 33: 4101-4117.
[6]Choi,H.J., Lee K.Y., Jin T.E. Collinear cracks in a layered half-plane with agraded nonhomogeneous interfacial zone – Part I: Mechanical response[J].International Journal of Fracture, 1998, 94: 103-122.
[7]Ozturk,M. and Erdogan, F. Mode I Crack Problem in an Inhomogeneous Orthotropic
Medium[J].International Journal of Engineering and Science, 1997, 35: 869-883.
绪论是引导学生快速进入材料化学主体内容比较关键的部分，在绪论这章应该让学生尽快对材料化学这门课程的一些基本概念、材料化学的主体内容范围及其地位和作用以及一些学习方法，包括思维方式的转化和训练方面有一些了解，同时由于是双语教学，不断渗透英语教学内容仍是主体，所以在绪论内容设计上，逐步导入英文教材内容，用英语表述一些概念，对概念的理解上，采取中英文表述，主要是照顾英文理解较差的学生，同时给学生一个适应的过程。在“以学生为本”的教学理念下，对材料化学绪论内容进行设计和实践，以下是教学实践中的尝试和总结，以其今后更好地进行材料化学课程双语教学，教学方法上“重视学”，“以学生为本”，提高教学质量，实施以培养能力为中心的素质教育。
材料概念的导入
1材料的定义有关材料的定义有以下几种：材料是具有结构、光、磁、电的用途的物质(Matterisamaterialwhenthatformofmatterhasstructural,optical,magnetic,orelectricuse)。材料是能为人类社会经济地制造有用器材(或物品)的物质(Matterisamaterialwhenthatformofmattercanbemanufacturedintousefulobjectseconomicallyforthehumansociety)[13]。材料是人类用来制作物件，如用具、工具、元器件、设备设施、系统等的物质。《辞海》给材料下的定义是：经过人类劳动所取得的劳动对象称为原料，而经过工业加工的原料如钢材、水泥等则称为材料[14]。这是以往对材料的定义，随着时代的发展，材料基本含义没有太大变化，内容上丰富许多。与时俱进，现在采用英文教材的最新定义，是需要学生理解和掌握的。英文教材的定义为：材料可广泛定义为可用于解决当前或未来社会需要的任何固态组件和设备(Thetermmaterialmaybebroadlydefinedasanysolid-statecomponentordevicethatmaybeusedtoaddressacurrentorfuturesocietalneed)[15-16]。例如，钉子、木材、涂料等解决我们住房需求的简单建筑材料(Forinstance,simplebuildingmaterialssuchasnails,wood,coatings,etc.addressourneedofshelter)。
2材料的分类材料分类有很多种，现代材料一般分为金属(metals)材料，高分子(polymer)材料如塑料、橡胶、纤维等，无机材料如陶瓷(ceramics)、玻璃、水泥、砖瓦等和复合(composites)材料四大类[17]。英文教材将材料分为天然的(natural)和合成的(synthetic)两大类材料。天然的材料分为无机(inorganic)和有机(organic)材料。无机天然材料包括矿物(minerals)、黏土(clays)、砂(sand)、骨(bone)和牙(teeth)。有机天然材料包括木材(wood)、皮革(leather)、糖(sugars)和蛋白质(proteins)。合成的材料包括大块(bulk)、微米(microscale)、纳米(nanoscale)材料。大块(bulk)材料包括非晶态(amorphous)和结晶(crystalline)材料[15-16]，这种材料分类更贴近材料化学的定位。
3复合材料复合材料广义上是指由两个或多个物理相(以微观或宏观的形式)所组成的固体材料。狭义上是指用高性能玻璃纤维、碳纤维、陶瓷纤维、晶须、芳香族聚酰胺纤维等增强的塑料，金属和陶瓷材料等。国际标准化组织把复合材料定义为由两种以上物理和化学上不同的物质组合起来而得到的一种多相固体材料[18-19]。
4新材料与功能材料为适应国民经济、科学技术与国防建设的发展，满足生产力发展与社会进步的要求新近出现或研发出来的、或正在发展中、具有传统材料无法比拟或更为优异的性能之各种新型材料，均称为新材料。新材料一般具备表征性、先导性、依托性、时间性、优能性和新颖性6个特征[14]。材料通常可分为结构材料与功能材料两大类。结构材料是以强度、刚度、韧性、塑性、耐磨性、硬度等力学性能为其基本特征，用于制造以承受重力或传递应力为主要服役方式之结构构件的材料。功能材料则是具有特殊物理性能、化学性能或生物学性能等，主要用于制造各种功能元、器件的材料[14,20-21]。1965年，美国贝尔实验室Morton博士提出功能材料的概念，20世纪70年代日本材料科技界完善确立，20世纪80年代在我国逐渐被人们接受。功能材料的定义，国内外尚无统一定论，国内比较一致的定义，功能材料是指那些具有优良的电学、磁学、光学、热学、声学、力学、化学、生物医学功能，特殊的物理学、化学、生物学效应，能完成功能相互转化、并被用于非结构用途的高技术材料。这些材料在元件、器件、整机或系统中，可实现对信息与能源的感知、采集、计测、传输、屏蔽、绝缘、吸收、贮存、记忆、处理、控制发射和转换等目的[14]。
5纳米材料20世纪70年代，日本科学家最早认识到纳米性能并引用纳米概念。20世纪80年代中期，人们正式把这种材料命名为纳米材料。纳米材料是指物质的粒径至少有一维在1~100nm之间，具有特殊物理化学性质的材料[22-27]。组成纳米材料的基本单元在维数上可分为三类：(1)零维。指在空间三维尺寸均在纳米尺度内。如原子簇等。(2)一维。指在空间有两维处于纳米尺度。如纳米丝、纳米棒、纳米管等。(3)二维。指在三维空间中有一维处于纳米尺度。如超薄膜、多层膜等[24]。在实际应用中，以一个材料的10%质量分数作为阈值来确定其是否为纳米材料，作为化妆品纳米材料的判断指标[28]。材料及其分类的介绍，主要侧重英文教材的定义，让学生记住其英文表达，同时强调材料的应用及最新材料介绍。
材料科学与材料工程的界定
材料科学是研究材料结构与性能间的关系，而材料工程是在这些结构与性能间的关系基础上，对材料结构进行设计和工程化以生产预期性质的系列产品(Thedisciplineofmaterialsscienceinvolvesinvestigatingtherelationshipsthatexistbetweenthestructuresandpropertiesofmaterials.Incontrast,materialsengineeringis,onthebasisofthesestructure-propertycorrelations,designingorengineeringthestructureofamaterialtoproduceapredeterminedsetofproperties)[29]。
材料化学的定义
广义上材料化学学科的定义致力于研究组成材料的原子、离子或分子排列之间的相互关系和它的整体宏观结构/物理性质(Thebroadlydefineddisciplineofmaterialschemistryisfocusedonunderstandingtherelationshipsbetweenthearrangementofatoms,ions,ormoleculescomprisingamaterial,anditsoverallbulkstructural/physicalproperties)。依据这个定义，普通学科如高分子、固体和表面化学都包括在材料化学的研究范围内(Bythisdesignation,commondisciplinessuchaspolymer,solid-state,andsurfacechemistrywouldallbeplacedwithinthescopeofmaterialschemistry)。这个广泛的领域是由研究现有材料的结构/性质，新材料的合成和表征以及利用先进的计算法来预测未知材料的结构和性质组成的(Thisbroadfieldconsistsofstudyingthestructures/propertiesofexistingmaterials,synthesizingandcharacterizingnewmaterials,andusingadvancedcomputationaltechniquestopredictstructuresandpropertiesofmaterialsthathavenotyetbeenrealized)[15-16]。#p#分页标题#e#
关键词：功能材料专业实验；双语教学；国际化
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）32-0167-02
英语教学在我国教育体系中的地位日益突出。为贯彻落实教育部关于“本科教育要创造条件使用英语等外语进行公共课和专业课教学”的指示精神，同时为了适应社会的需求和科技创新的需要，大力培养具有国际视野和国际竞争能力的科研与技术开发的后备人才，深入开展中英双语教学逐渐成为工科高等院校实现这一培养目标的重要途径之一。在科技信息的交流传播过程中，英语是最广泛使用的语言，特别是在化学、物理、生物、材料等前沿学科，英语在科学研究中的地位日渐突出，因此在本科生的专业课中融入双语教学势在必行。材料的研究、发展与生产具有国际性强，应用范围广，发展前景好等特点，其研发水平及产业化规模已成为衡量一个国家经济，社会发展，科技进步和国防实力的重要标志，世界各国特别是发达国家都十分重视新材料产业的发展。目前功能材料专业的本科毕业生选择进一步考研深造，或进入外资企业就业的比例越来越大，这也就要求现在的材料类教育要与世界接轨，因此实施双语教学势在必行。特别是实验课的教学，只有通过实验教学才能使学生把理论知识真正地转化为实际知识，这也将为今后研究工作、研究生实验、科研工作等奠定基础。
一、功能材料专业实验课融入双语教学的必要性
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。世界各国均十分重视功能材料的研发与应用，它已成为世界各国新材料研究发展的热点和重点，也是世界各国高技术发展中战略竞争的热点。为适应功能材料的全球化发展，功能材料专业学生有必要在专业实验学习中逐步地接触、熟悉、掌握一些常见材料、表征设备的专业英文术语。另一方面，由于实验课一般小班授课，人数较少，理论内容也较少，重点比较突出，相对于理论学习来说学生更容易掌握英文词汇。因此，将双语教学模式融入功能材料专业实验课中，在相对简单的氛围下，更有利于学生对知识的掌握。将双语教学模式融入功能材料专业实验课中的必要性如下：其一，为准备考取研究生的学生奠定科研学习基础。研究生阶段的英语学习十分重要，日常设备的专业术语，专业英文文献阅读，以及英文类专业文章的写作，都需要学生具有扎实的专业英语基础。因此在本科生阶段，特别是在功能材料专业实验课的学习中，通过实际动手操作过程融入双语教学，会加深学生对专业英文词汇的理解，可使学生更早地接触到材料类相关词汇，为进一步的深造学习奠定基础。其二，提高毕业生的就业竞争力。功能材料专业本身就是一个实践性很强的专业，实践教学工作的质量高低直接影响到能否培养出具有创新实践能力和适用社会发展的人才。新材料的全球化发展，要求我们掌握一定的专业英文术语，在毕业生找工作面试阶段，才能够对相关企业，特别是外资企业的研究领域和内容及时把握，顺利通过面试。其三，提高学生在职场中的优势。根据毕业生的反馈信息，材料类的大型企业均走国际化路线，与世界接轨，因此，在本科学习阶段接触一些专业的词汇，会增加与企业沟通交流的信心。
二、如何开展功能材料专业实验的双语教学
1.实验指导书的选择和编写。功能材料专业实验课的特点在于专业性、应用性和现展性。随着材料学的快速发展，专业实验的指导书也应具备动态性和开放性。首先在专业实验课的教材选择上，应选择国内外比较受认可的，具有权威性、实用性和先进性的教材。同时，还需结合课程的教学实际和材料学的快速发展进行实时改编。功能材料专业实验讲义的编写应采用中英文结合的形式，以中文为主，英文为辅，避免学生产生厌烦的心理。在中文版讲义中适当加入重点的英文专业术语和词汇，实验题目和关键词应采用中英文对照表示。双语教学需循序渐进地开展，逐步地加大实验教材中的英文比例。
2.学生应逐步撰写英文版实验报告。在实验课程进行前，应鼓励学生通过翻译软件，自主将中文讲义改写成英文的预习报告。在翻译和书写的过程中，学生会对讲义中反复出现的专业术语有所熟悉，在课堂教学过程中，会进一步加深对这些词汇的掌握，起到举一反三的目的。教师应当严格要求学生，仔细阅读学生所提交的英文预习报告，检查是否按照实验目的、实验原理、实验仪器、实验步骤等认真书写，是否有偷工减料、抄袭、乱写等行为，并对预习报告中出现的错误语法加以修改。
3.在实验教学过程中融入双语教学。首先，教学手段的改变。传统的实验课程教学过程包括学生预习、教师讲解、教师演示、学生操作、教师检查这五个环节。教师的讲解和操作会占用大部分的时间，这样会减少学生的动手实践机会。通过采用多媒体教学，将动态的课件演示和英汉双语的课件背景图文并茂地传输给学生，可强化学生对专业英文术语的记忆，难点问题和重点知识的理解，增加趣味性，提高学生主动学习的意识。其次，教学过程的改变。在功能材料专业实验的教学过程中，运用多媒体和板书将实验目的、实验仪器、实验原理及实验过程采用中文中穿插英文的方式进行讲解，要考虑到学生的整体英文水平和差异。随着实验课程的逐步开展，逐渐加大中英文的比例，每次实验时强化讲解过的重点词汇，加深学生的记忆。在教学过程中，教师应对实验中会出现的问题或已讲解的内容对学生进行提问，在教师与学生进行讨论时，教师应尽量与学生双语沟通，引导并鼓励学生用英文或专业词汇阐述问题，为学生营造一种轻松的英语交流环境。同时，教师应在课堂上融入一些新材料的发展，让学生与时俱进，掌握热点材料的英文名称。课上对实验数据的处理，教师应引导学生采用英文记法，比如实验材料、实验结论、单位、坐标等，陌生的词汇引导学生自主查阅，起到举一反三的目的，加强学生记忆。
4.英文报告的批改及考核方式。教师对英文版实验报告应进行认真的批改，并将批改后的英文实验报告及时反馈给学生，学生按要求修改后再返回给任课教师，教师总结出学生常出现的问题并及时在实验课中进行纠正。实验课成绩的考核不同于传统的试卷考试，实验成绩更注重平时的成绩，包括预习报告、实验操作、实验数据的记录和处理等。通过课上的师生交流以及对学生的辅导，教师可基本掌握学生英文“听”、“说”、“读”、“写”的综合能力，再结合其实验报告的情况，基本可以比较客观地反映学生的真实水平，相对于理论课的考核方式更合理，可以更好地反映学生的专业知识和双语教学效果。学校应定期对所有学生的英文实验报告进行汇总，由专业的教师组成评定小组，对优秀的英文实验报告进行等级评价，并设定一定的奖项鼓励，增加学生英文学习的动力。
三、功能材料专业实验双语教学中可能出现的困难
首先，学生对双语学习缺乏信心。大部分学生认为自己的专业英语不过关，主要是对专业英文学习存在畏惧心理。因此，教师在教学过程中对学生的引导十分重要，要树立学生的学习信心，使他们认识到专业英文学习对未来发展的重要性，特别是功能材料的发展迅速且全球性强，缺乏专业词汇，会导致学生在职场上碰壁。其次，对于理工类学生而言，学生的英语总体水平不够高且存在差异，为双语教学的开展增加了难度。这就要求教师在整个功能材料专业实验课中，逐步地增加英文的比例。初始阶段，增加学生的材料类专业英文词汇量，课堂上反复地重复专业词汇；随着词汇量的增加，不断地在实验中增加难度。功能材料专业实验双语讲义需要找到合适的教材，教师也要根据内容适当的增加英文比例。这就要求教师克服困难，编写适合的功能材料专业双语教材，内容也要与时俱进，把握材料类的快速发展，掌握全球化特点。双语教学所需要的教师既要了解专业知识，把握世界材料的最新发展，又要掌握熟练的英文。这就对教师的选择带来了一定难度，学校应尽可能地为具有潜质的教师提供英文进修的机会，提高教师双语水平，树立教师在学生中的威信。
四、结语
功能材料专业实验实施双语教学不仅是培养复合型人才的需要，也是实验教学改革的一项重要内容。它对学生的学科知识的深入理解和实验动手能力的培养，有着积极的意义。在全球经济一体化发展的大环境下，为了应对国际化的人才竞争，我们也必须走向国际化。功能材料专业实验主要针对于基础材料或新材料的功能进行测定，新材料的发展与时俱进，又具有全球化和国际性的特点。因此在功能材料专业实验中，通过在实际操作过程中融入双语教学，可活跃课堂气氛、加深学生对专业英文术语的记忆，增强学生的主动学习意识，为进一步深造学习打下坚实的基础，提高学生在职场中的竞争力。
双语教学既要使学生掌握专业知识，同时又要提高英语的应用能力；在不降低专业知识的前提下，又要不过多地加重学生的负担。在这双重使命下就要求广大高校教师不断地对教学手段、教学方法，以及教学模式进行实践和探索。旨在培养学生英语的思维模式以及利用英语掌握和获取专业知识的能力。如何将国外先进的教学模式和方法融入双语教学的各个环节中，还有待于我们在实践中获取答案。
参考文献：
[关键词] 北京航空航天大学；材料专业研究生；创新型实验；特色实验课程；功能材料
[中图分类号] G643 [文献标识码] A [文章编号] 1674-893X(2012)03?0073?02
创新有三层含义：一是更新；二是创造新事物；三是改变。创新性人才指掌握一定专业知识技能，在社会实践中能推陈出新，以自己的创新性意识和行动，在利用自然改造自然，推动社会进步中做出贡献的人。随着知识经济时代的到来，在世界各国的综合国力竞争中，创新人才被越来越多的国家视为战略性资源和决定性因素。培养具有创新能力的高素质人才，顺应了时代的呼唤和国家发展的要求。研究生教育是培养高层次专业人才的主要途径。我国的研究生数量已跨入世界大国行列，研究生成为目前参与和推动我国科学技术发展的重要力量，其知识创新能力与科研实践能力的培养对于提高我国的科技竞争力至关重要。而大量研究表明，当前我国研究生的创新实践能力严重不足，主要表现在科研实践参与度低、国际性的学术论文数量偏少、学术成果质量不高、原创性成果稀少等等。
北京航空航天大学作为我们国家自己创建的第一所航空航天大学，学校面向国家重大战略需求、面向世界航空航天发展的前沿，为国家经济事业的发展、特别是为航空航天事业做出了不可替代的贡献。北京航空航天大学培养了11万学生，这些高素质人才大部分在我国的航空航天领域担当重任，为我国的航空航天事业提供了人才支持。北京航空航天大学多年来服务大局、特色兴校、培育人才、不断创新，突出航空航天特色和工程技术优势，形成了独具特色的高水平研究型大学建设模式。
北京航空航天大学提出了新时期“重基础、强交叉、拓视野、推创新”的研究生教育思路，对调整研究生教育结构，提高生源质量，改革招生指标分配办法，修订培养方案，促进研究生课程国际化，推广试点班教育模式，建设专业学位研究生实践基地，创新学科交叉机制体制等，提出了明确要求。
一、研究生培养模式和实验教学体系
北京航空航天大学在研究生培养模式上分为理论教学、实验教学和学位论文研究三个阶段。在强化研究生理论教学和学位论文研究的同时，采取了重大举措来培养研究生的实践能力：针对不同学科专业的特点增加了研究生教学的实验环节；通过“211”和“985”条件建设逐步构建了开放适用的研究生实验教学设备条件，并构筑人性化的实验环境；打破了传统实验教学模式，确立了开放式的多元化的研究生公共实验和研究生专业实验课体系；最大限度地挖掘出研究生的知识潜能，养成创造性品格，掌握创造性技能，最后在研究生学位论文的写作中得到深入和升华，使得研究生培养的三个阶段构成了一个由浅入深、循序渐进、具有内在联系的有机体。
在实验教学体系的构建方面，在一级学科层面，将关联密切的研究生理论课程的实验整合成数门独立设置的综合性实验课。结合专业培养目标和其他相关课程，建立一个包括基础验证实验、综合设计实验和创新型实验3个层次的课程体系。
北京航空航天大学还构建了整体性的开放式创新实践基地。例如自2004年以来，先后建设了“先进计算机网络技术研究生创新基地”“复杂产品现代设计与先进制造技术研究生创新基地”和“先进航空航天飞行器创新基地” 等开放性的创新实践基地。基地以航空航天与信息类优势学科群为中心，以重点实验室为依托，在创新人才培养和研究生教育改革的创新方面进行了积极的探索。
二、材料专业研究生特种功能材料特色试验课程设计
北京航空航天大学材料学院多年来一直非常重视研究生教育，研究生的课程设置及内容为研究生从事科学研究打下了坚实的理论基础。但材料学院研究生的实验设备主要来自各科研课题组，设备种类、台套数、完好率受限制，特别是使用时间无法保证，影响研究生试验运行。课时数虚，授课内容待充实。
随着多年来对实验室建设的不断投入，北京航空航天大学材料学院实验室建设遵循“以软带硬”的原则，即以教学改革为前提，投入的实验设备要服务于所开设的实验项目，硬件建设服从软件建设。目前材料学院用于研究生实验教学的设备已经初具规模，拥有多套透射电子显微镜、扫描电子显微镜、电子探针显微镜、原子力显微镜、磁力显微镜、X射线衍射仪、ICP分析仪、拉曼光谱分析仪等先进的分析检测设备，并对各学科实验室进行了优化整合和重组资源配置，发挥了实验室的复合功能和规模效益。材料学院还承担着大量部级和省部级的重大科研项目，取得了一系列令人瞩目的研究成果，具有良好的培养研究生的客观条件。材料学院将逐步彻底改造研究生实验课内容和实验条件，建立具有航空航天特色、涵盖材料学科重要研究方向的材料制备、测试及评价方法的研究生公共实验平台，以国家建设和经济发展对材料科学与工程学科复合型人才的重大需求为导向，确定材料科学与工程学科实验课程的具体设置方案。
北京航空航天大学材料学院以教育部“空天材料及其服役性能实验室”为依托，开设了“先进结构材料”和“特种功能材料”研究生创新型实验课。该实验室多年来立足于航空航天材料前沿研究，旨在将先进的和学科交叉性强的科研成果高质量地融入到研究生实验教学上，取得了多项重大科研成果。下面以“特种功能材料”的设置为例，从创新型实验课和综合实验课的区别、创新型实验课和研究生毕业论文研究实践的区别、创新型实验课与研究生创新基地三个方面来进行分析。
1. 创新型实验课和综合实验课的区别
创新型实验课和综合实验课在内容上都涉及到培养学生多学科知识综合应用的能力。差别在于综合实验课相对而言内容更为固定，比如“材料电镜分析实验”是侧重于使学生理解各种电子显微分析方法的基本概念和原理，熟悉仪器结构，掌握样品制备方法及实验参数选择，并学会对各种电镜图像及信息进行识别、计算和分析处理等。而创新型实验课是在课程内容、形式和目的上存在更多的创新元素。这类实验是学生在教师的指导下独立自主完成 ，或者在指导教师的研究领域和学科方向上进行有目的有意识的探索研究，其教学目的在于激发学生的创新意识，培养学生的科研兴趣和研究创新能力。培养学生的创新精神和创新能力，关键在于教师是否有创造性的实践活动的经验和体会，如大的创新团队（课题组）和实验室就是培育创新精神的沃土。以“特种功能材料”为例，北京航空航天大学“空天材料及其服役性能实验室” 针对智能机翼、机载设备和航空发动机等的应用，在航空航天特种功能材料上积累了大量研究成果。其科研设备齐全，在“特种功能材料”实验课中设立了相变材料、磁性材料等相对宽的方向，在实验中指导教师演示其中课题组“成熟”材料从设计-制备-功能特性研究的完整的实践过程，然后在大方向内自由选题，运用理论课程中的基础知识，综合设计实验方案和内容，在任课教师的指导下自主探索研究。如果说综合实验课是学生从理论到实践的第一步，那么创新型实验则是学生开展创新科研工作的第一步。
2. 创新型实验课和研究生毕业论文研究实践的区别
这两者同为科研训练。创新型实验课是“常做常新”的实验课，指导教师要不断开发新的实验方法，搭建不同的新架构。学生则应该不断丰富自主实验的新内容，成为填充架构的新单元。从时间尺度上来说，创新型实验课比研究生毕业论文研究短的多，创新型实验课会对科研的过程有完整的体验，为了保障进度，增强协作沟通能力，学生可以自由结合成小项目组，分工共同完成实验内容。实验课的考核以小组答辩的形式，根据选题的创新性、综合性、协作情况等打分。研究生毕业论文研究一般都是学生在其导师的指导下单独完成的。限于不同实验条件、经费保障条件、课题组的创新实践成果积累等的不同，毕业论文研究的创新实践程度会有很大差异，研究生也往往得不到自主选题和自主研究的机会。
3. 创新型实验课与研究生创新基地的区别
两者的教学资源开放程度和范围不同。研究生创新实践基地是一个面向全校开放的，融教学、科研为一体的实践活动平台。研究生创新基地在学科综合性和交叉性上，可以面向更大范围的不同学科、不同年级的研究生，实现教育资源的整体优化。学科的集中交叉得资源能更集中整合，如“复杂产品现代设计与先进制造技术研究生创新基地”和“先进航空航天飞行器创新基地”等开放性的创新实践基地就是如此。目前，“特种功能材料”研究生创新型实验课还是材料学院研究生实验课程体系的一部分，“特种功能材料”与物理、化学、航空、航天、电子、机械等领域有广泛的学科交叉，可以成为培养研究生的综合设计和研究探索创新能力的有效平台。随着教学实践成果的积累、教学改革的深化和实践教学条件建设的增强，材料学院可以向学校申报加入研究生创新基地的实践活动内容，最大限度地为学生提供更多的科技创新实践机会。
三、结语
北京航空航天大学材料学院“特种功能材料”研究生创新型实验课的教学实践才刚刚起步，深厚的科研成果积累和良好实验课程的资源配置，以及是否能高质量地转化到研究生实验教学上，这些都还需要在实践中不断探索。指导教师团队成员如何利用崭新的实验内容引导学生主动参与科研训练，培养学生的创新思维和探索未知的能力，还需要不断创新教学，与时俱进地转变教育思想，更新教育观念，才能真正在教学改革中收到实效。
参考文献：
[1] 郑冬梅，王悦.构建研究生实验教学体系，培养研究生创新能力[J].实验技术与管理，2010，27（5）：146-148.
[2] 王悦，冯秀娟.高水平研究生创新实践基地的建设与探索[J].北京航空航天大学学报(社会科学版)，2011，24（3）：113-115.
[3] 陈建中，赵剑曦，黄长沧，等.以科研训练为主线培养研究型人才[J].中国大学教学，2005(5)：30-32.
一、精心组织教学内容
《功能材料》涵盖的内容相当广泛，从材料物质性分类，它包括无机非金属材料、金属材料、高分子材料和复合材料；从材料功能性分类，它包括电子材料、磁性材料、光学材料、生物材料、各种功能转换材料，如光电转换材料、热电材料等等。从材料的应用领域分类，可分为信息材料、生物医用材料、能源材料、生态环境材料、航空航天材料等等。我们不能在有限的课时内将如此庞大的材料系统一一讲解给学生，因此需要精心组织教学内容。
由于材料科学是一个不断发展的科学领域，随着现代信息技术及纳米科学的飞速发展，促使材料科学以前所未有的速度向前发展，新的理论、新的发现层出不穷。作为当代材料专业大学生，理应掌握材料科学的最新发展状况。在组织教学内容时，多收集最新资料，将热点问题带进课堂，以激发学生学习兴趣。这就对教师要求较高，要实时跟踪材料领域世界先进水平，并且还要将这些热点进行剖析，从理论和实践两个方面，帮助学生去理解、分析其原理和意义。这些热点内容所涉及的原理一定要跟该课程的教学大纲相适应，让学生在兴趣中积极、主动地学习。比如近年来网络通信领域得到飞速发展，大学生对计算机、通信和网络等都有着浓厚的兴趣，同时对这些领域所要用到的材料也有着特别的感情，鉴于此，该教学内容中专门安排一节为光导纤维。内容包括光导纤维的光导原理、光纤的种类、制备方法以及未来光纤的发展趋势。另外还专门组织学生到相关企业参观学习，由企业的工程技术人员专门针对光纤的具体应用现状进行讲解，跟实际紧密结合起来。这样，学生对所学内容产生的兴趣促使他们自觉地学习该课程内容，并自发地组织课外小组进行专题讨论。通过学习该小节，学生发现自己学习的专业对社会、对人们的生活竟有如此重要的作用，这是以前没有想到的。因此组织这种教学内容，不仅促进了学生学习的积极性，而且端正了部分同学的专业思想，达到一举两得的效果。
当然并非《功能材料》教学大纲的内容都是当前热点问题，还有很多是非热点知识，这些内容往往研究得比较成熟，并且已经系统化。有的材料已形成产品，并且有一定的经济效益。这些材料我们大学生也要掌握，将来很有可能分配到相关厂家负责材料的开发和工艺等工作岗位。针对这些内容，教师要搜集大量关于材料生产厂家和公司的信息，结合教学大纲组织教学内容。
功能陶瓷是功能材料这门课程中主要的教学内容。功能陶瓷是在传统陶瓷的研究基础上发展起来的，现已形成很多分支，如电介质陶瓷、铁电陶瓷、压电陶瓷、热释电陶瓷、半导体陶瓷等等。其中有很多类型的陶瓷制备工艺相当成熟，已有大量的生产厂家，学生将来可能会到这些单位工作。因此在组织教学内容时，要涵盖这些材料。然而功能陶瓷章节的课时有限，不可能讲解众多的功能陶瓷分支，只能有选择性地讲解，其余内容要采取适当的教学方法让学生自觉地学习，将在下一节专门探讨教学方法。
二、基于问题学习法的教学方法
基于问题的学习是1969年由美国神经病学教授Barrows在加拿大的首创，先后在60多所医科学校中推广、修正。现在，很多院校采用这种方法进行教学或教学改革，包括教育学院、商学院、工程学院等以及一些高级中学，目前已成为国际上较流行的一种教学方法。基于问题的学习是以信息加工心理学和认知心理学为基础的，属于建构主义学习理论的范畴，是建构主义教学改革设想当中的“一条被广泛采用的核心思路”。此方法与传统以学科为基础的教学法有很大的不同，首先，它强调以学生的主动学习为主，而不是传统教学中强调的以教师讲授为主，同时学生必须要有对他们自己学习任务的责任性，学习者要全身心投入于问题中；其次，教师要为学生设计真实性任务和问题，基于问题学习法中的问题情景必须是结构不良的、能够自由探索的，是现实世界中有一定价值的；第三，鼓励自主探究，在自主学习中学生所学到的知识必须能够用来分析和解决问题；第四，激发和支持学习者的高水平思维，鼓励争论以及让学生对学习内容和过程进行反思等。与“做中学”及发现学习相比，基于问题学习法在强调以问题解决为中心，认为学习应该是广泛学科或主题的整合，强调社会性交流合作的作用，强调支持与引导等［1~3］。
《功能材料》这门课，涵盖了大量的理论知识，且应用性较强。教师不可能在有限的课时内将所有的功能材料知识讲授给学生，有必要合理地组织教学内容，采用基于问题学习法进行教学，培养学生自学的能力和方法，让学生在课外主动学习，自觉获取新知识。具体可采取下列步骤实施教学：
1、按班级人数将学生分组，同一时期，布置给学生具有相同新知识点的问题，如同属于功能陶瓷类材料，或同属于信息材料类材料。可以事先告诉学生，或者让学生自己形成学习需要，分析出新知识要点。
2、由教师对学生的分析提出质疑、引导的方法，来帮助学生分析需要获取的新知识。因为可能学生提出的新知识要点只是对旧知识的综合应用，这不是真正意义上的新知识。
3、帮助学生找到各种可利用的资源，如图书馆，相关网站，甚至咨询有关专家，要求小组内学生尽可能多交流。自主学习新的知识，并将新学到的知识运用到问题解决中，并评价自己是否实现了学习目标和问题解决的目标。在此期间，教师需要对学生进行监控，鼓励，引导他们进行高水平的思维。
4、评价各小组的总结报告，并分析比较不同小组的结果。对他们获取的新知识要点进行比较，在全班展开讨论，以精练知识。
5、为比较不同教学方法的教学效果，部分知识点，教师仍然采用传统的教学方法，以教师为主导，学生被动接受知识的方式，并且先讲知识点，然后再讲知识点的运用，调查学生，评价不同的学习效果。
通过比较，明显感到学生在基于问题学习的教学方法下，可以学到更全面的知识，并提高了解决问题的能力，团队合作的能力，应对变化的能力，自学的能力，自我评价的能力和良好的沟通能力，学生受益匪浅。
参考文献
辽宁东科电力有限公司，辽宁沈阳110179摘要 本文首先阐述了什么是远红外辐射及其工作机理，对国内近几年在远红外功能材在各个行业当中的应用，未来远红外功能材料的发展空间还很大，应用也将更加广泛，可以为各个领域在材料应用方面开辟一片新天地。 关键词 远红外；发展；应用 中图分类号TH14 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2014）111-0000-00 1远红外的概念及其功能 我们通常将远程红外线简称为远红外，远红外是在太阳所发出的众多光线当中我们肉眼无法看见的光线之一。我们的肉眼所能看见的光就是我们所说的经过三棱镜折射出的红橙黄绿青蓝紫。位于红光之外，波长范围在0.76μm~400μm之间的那段光我们就可以称作红外光（红外线）。 它是一种放射线属于电磁波，它的功能是强热作用。通过数据我们可以知道，红外线具有非常宽的波长范围，因此我们按照波长的不同可以将红外线所产生的电磁波分为近红外线、中红外线和远红外线。本文我们只针对远红外进行论述，着重对远红外功能的发展和应用加以阐述，远红外的功能非常强大，首先是医疗保健方面的、其次是同我们生活息息相关的生活方面，而在生活方面又包括了我们的工作生活和日常生活，可以说其功能涵盖是非常广泛的。 2远红外的产生方法 对于材料的选择，首先我们要找到就有很强的热交换能力，同时可以放射出我们所想要范围波长的远红外线的材料。由于任何的物体如何符合高于开氏零度时，其电子就会产生振动，而且振动同温度的变化是成正比的，之后大量的粒子就会相互碰撞，外层电子会跳到其它的轨道上。电子的这种改变是不具有稳定性的，随时都有回归原位的可能，电子在回归原位的同时就会释放出辐射能。当接受电子振动或激发的材料是拥有高红外辐射能力的材料的时候，那么前面所说的辐射能输出形式就会是远红外线。 3远红外功能材料的发展 远红外线在被科学家们发现了差不多有两百年了，开始应用于医学和化工行业大概只有50年左右的历史。在医学方面，研究者们针对远红外线对人体具有的医学疗效，开发了大量的具有医疗保健的设备以及装置，无论是在我国还是国际上，随着生活水平的提高，人们越来越关注身体健康，因此具有远红外功能的制品需求在不断增加，所以说远红外材料是具有很大发展潜力的。因此我们可以说，远红外保健产品将会受到越来越多人欢迎，也就是说其发展的空间还很大，应用价值以及市场前景都是非常可观的。 远红外材料的种类，生物炭：例如有经过高温加工的竹炭、竹炭粉、竹炭纤维还有与其相关的制品等等。碳纤维相关的制品：碳纤维发热电缆、碳纤维暖气片等等都是这类的材料，电缆、暖气在接通电源之后碳分子会做“布朗运动”，这样不仅仅有热量产生，同时产生的还有远红外线来将热量辐射出来。电气石：同电气石相关的所有材料及其制品。远红外陶瓷：配比出来的用于不同行业的陶瓷，陶瓷中含有各种对人体有益的微量元素，加热之后会产生远红外线。金属氧化物及氧化硅：会在150摄氏度以上的高温下发射出远红外线。 4远红外材料的应用 4.1 远红外材料应用简介 随着对远红外材料研究的深入，远红外材料已经同我们的生活紧密的连接在一起了。在我们的日常生活中，特别常见的应用包括了食品的保鲜、水源的净化、水果以及肉类的干燥、生活取暖，同时还可以应用于细菌培养、杀菌等特殊方面的应用。在工业方面可应用于主要可以应用于电器、机械生产、电子部件、纺织业、陶瓷、医疗保健等各行各业。下面主要就目前应用和发展较快的几个方面做以介绍。 4.2 在保暖方面的应用 远红外材料在保暖方面的应用原理，我们都知道人体大部分都是由水组成的，而水是远红外一个非常好的吸收体，因此可以说远红外可以很好的辐射给人体，而且如果红外线符合一定的波长条件，人体将可以更好的吸收，也就是说红外线的波长同人体吸收波如果是相同的，人体就会吸收大量的红外线，那么组成人体细胞的化学键就会加剧的振动，这个时候热效应就会产生，人体就会感觉到热量。 4.3 在医学方面的应用 由于远红外线具有热作用，同神经体液之间相互反应，对炎症的病理过程进行消除，从而使发生病变的生理状态恢复到原来的平衡状态，自身的抗病能力提升了很多，免疫细胞被激活，增强了细胞的吞噬能力，最终实现了消灭炎症的目的；同时可以使水分子更加的活跃，使人体含氧量提升、使微循环系统得到改善、促进新陈代谢、使身体的酸碱度不断平衡。因此近几年远红外材料被广泛地应用于医学治疗和保健当中。在表1当中列举了一些加入红外线材料一些产品所具有的功效。表1 加入红外线材料产品功效 5对我国红外线功能材料发展的几点建议 目前在远红外材料所使用的材料大部分都是各类氧化物或者是稀土，这类材料的特点是成本较高，同时加工较困难、功能也不全面。针对这些问题给出几个建议，希望对目前远红外功能材料的现状有所改善。 第一，在材料的选择上，一方面我们要找到辐射率更高的材料，这样的材料所要满足的条件是光谱范围更为集中，这样可以使辐射的范围匹配；另一方面要积极寻找新材料。例如目前已经开发出出来的一种新材料，其红外发射率非常高，已经高出了传统的红外材料； 第二，改进目前现有的技术，纳米技术已经被大力的推广了，粉体的处理水平相对之前也有了很大的提高。现在还需要对聚合物的亲合性不断进行改善； 第三，开发多样化的产品，并且使其在功能上更加的全面，想要实现这一要就首先在材料的选择上需要多关注具有复合型功能的材料或某一种材料中加入其它的材料，来增加其功能； 第四，不断开发成本较低的材料，例如萤石、电气石、堇青石等等； 第五，不断推广远红外材料在各个领域的应用，从目前的远红外材料市场上来看，其应用范围主要集中在纺织材料、医用保健、还有一些应用于建筑材料，就远红外的功能上来看，我们可以将其应用在更多的领域上，为我们的工作、生活带来更多的便利。 6结论 总之，现在无论是加工行业还是医学行业的加工技术都在不断提升，生产加工工艺也在不断成熟，为了提升产品品质，国家也建立起了统一标准，随着人们对生活品质的要求越来越高，对功能性保健产品也会有越来越多的需求，相信远红外产品也将拥有更大的市场。 参考文献 [1]顾钰良，王震声.保暖内衣的过去，现在和将来[A].第六届功能性纺织品及纳米技术研讨会[C].2006. [2]张富丽.新雪丽保暖材料及其应用[J].产业用纺织品，2003(2)：38-41．
关键词：装饰材料；室内设计；创新
1引言
俗话说，＂三分靠装修，七分靠装饰”。随着我国人均消费水平的不断提升，人们对室内设计提出了更高的要求，不再满足于基本功能的体现和消费，提出了富含艺术性和享受性的新要求。人们的这种需求促使“创意”成为室内设计和装饰的一大主题。装饰材料是室内设计完美呈现的主体，他影响着人们对室内设计的认知，并会引起人类一系列的心理变化。因此室内设计的创新不仅仅是设计图案和形式的创新，在很大程度上也是装饰材料创新性运用的体现。
2室内设计中装饰材料的选用原则
装饰材料的应用是室内设计的重要组成部分，他将直接影响到设计的美观、奇特以及文化的体现。这就要求设计师在熟悉各种材料性能和特点的同时，还要因地制宜，创性性第使用和组合不同特点的装饰材料，起到合理利用、突出特点、提高品位的设计目的。总的来讲，室内设计中装饰材料的选用要遵循以下几个原则。首先，所用的装饰材料要能够适应室内空间的功能性，不同使用功能和行之的室内空间需要特定的装饰材料来体现特定的文化氛围，如办公彩塑需要严肃、安静的氛围，娱乐蔡所需要营造欢乐、轻松的气氛，这些都与所用装饰材料的质地、色彩、形状有紧密联系。其次，所选用的装饰材料要符合室内特定部位的使用需求。不同的装饰部位，对于材料的理化性质和形状都有特定要求，例如家具的脚容易碰撞而损坏，需要使用坚硬、牢固的材料，食品工厂的操作台面需要进行彻底清理，所以必须使用不锈钢等易于清理的材料。最后，选用的装饰材料要符合时尚发展的需要。如现代装饰需要向着环保型、节约资源型方向发展。
3装饰材料在室内设计中的创新应用
3．1突出装饰材料对室内文化的表现
不同的室内环境需要表现有特定的文化氛围，设计师在进行室内设计过程中需要通过特定室内环境进行设计和修饰，以彰显出室内的文化氛围。例如酒店文化和商场文化，他们都有实际使用和心理功能的双重作用，在进行室内设计时既要让消费者感受到酒店和商场独特的文化氛围，又要方便消费者使用和消费。例如，酒店在进行室内设计时可以因地制宜，利用当地特色的装饰材料，赋予酒店历史文化、民风民俗、地理地貌等特色人文氛围，位于拉萨的雅鲁藏布大酒店在酒店设计中充分利用体现藏文化的装饰材料，并通过博物馆展示了近万件体现历史、民风、文化特色的文物和艺术品。将藏族文化特色与酒店设计紧密的结合在一起。
3．2创新装饰材料的旧材新用
设计师利用废弃的材料创作出的作品不仅具有极高的审美价值，还能体现废物利用和环境保护这一世界主题。在室内设计如果能恰到好处地运用废弃材料，不仅能营造良好的视觉氛围，也能够极大地节省成本。例如酒吧将废旧的酒瓶作为一种装饰材料，对酒吧空间进行装饰，不仅彰显了酒吧的个性和时尚，突出酒吧的主题。
3．3提升室内设计品位，增加室内装饰趣味
目前装饰材料品种繁多，但在材质、形状等方面却趋于同一，无非就是色彩、纹理上有差异，这导致设计和装修出来的效果也是大同小异，无法突出设计特色和设计品味。运用创新规装饰材料，能够从形式上和视觉效果等多个方面做到与众不同，让平凡普通的室内空间立刻有了特色。因此，根据室内空间需要表达的不同主题，创新性地使用装饰材料，能够营造出不同特色氛围，极大地提升室内空间的品位，也在无形之中体现了人的品位。
3．4普通材料巧妙利用，创新材料的装饰效果
在室内设计中，还可以巧妙运用装饰材料，达到创新材料装饰效果的目的。创新并不是一味地追求怪异和与众不同，而是充分理解装饰材料和设计意图的基础上，对材料进行巧妙利用。这就需要创新性地运用装饰材料。设计师需要正确把握各种材料的特性，通过创新设计和装饰工艺体现室内装饰的与众不同。例如，如在卫生间的棚面装饰中，使用防水石膏板，既起到了防潮的作用，又能够体现室内设计的连贯性。类似的这些创新性的装饰材料的利用，通过赋予普通材料以感情和生命，使其表达力和感情熏染力先祖提升，起到超凡脱俗的作用。这也是装饰材料在室内设计创新。
3．5结合光、色结合，衬托装饰材料
装饰材料并不仅仅是孤立的呈现，还需要融合和塑造环境的，与光、色、影等结合，一起打造出不同寻财的视觉效果。在体现设计功能性的同时，还可以提升设计和装饰材料本身的审美和文化特性。
4结束语
总之，装饰材料在室内设计的创新性运用过程中，设计师在满足室内功能性设计要求的同时，还要结合装饰材料的特性，综合考虑环境等多方面的因素，对其进行必要的结合和创新，提升材料的特性和设计的表现力，已达到超越装饰材料和设计本身的神奇效果。这就要求设计师要充分了解各种装饰材料特性，还要求设计师有着奇特的思维和敢于打破常规的精神，不仅仅局限于装饰材料本身，要予以创新性地结合和运用，达到意想不到的效果。
参考文献
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关键词：冷脆转变，脆性断裂机理，低温脆断
1.前言
钢的低温脆性断裂是钢结构最危险的破坏形式之一，原因是断裂瞬间发生，断裂时无明显的塑性变形，而且构件破坏时其承载能力很低。实际工程中钢结构，如压力容器、船舶、桥梁等，由于低温脆性造成的脆断事故时有发生，造成巨大损失[1]。
2.低温冷脆特点及其影响因素
当温度降低到某一程度时，金属材料的冲击吸收能量明显下降并引起脆性破坏的现象称为冷脆。
金属的低温脆断具有以下特点[2]：
（1）断裂时所承受的工作应力低。
（2）脆性断裂时，裂纹的扩展速度极快，且脆断之前无任何预兆。
（3）材料脆断温度通常接近材料的韧脆转变温度。免费论文，脆性断裂机理。
(4)脆断常起源于构件自身存在缺陷处。
（5）脆性断裂的宏观断口平齐，断面收缩率小，外观上无明显的宏观变形特征。
影响金属冷脆的主要因素有以下几个方面。
（1）晶粒度 当晶粒尺寸大于冷机晶粒尺寸时，结构会产生脆性断裂。因此，晶粒细化有助于提高材料抗低温脆断的能力。
（2）晶粒结构 体心立方晶格金属及其合金或某些密排六方晶格金属及其合金，特别是工程上常用的中、低强度结构钢有明显的冷脆现象，而面心立方金属及其合金一般没有低温脆性现象。免费论文，脆性断裂机理。
（3）形变速率 提高形变速率使材料脆性增大韧脆转变温度升高。一般中、低强度钢的韧脆转变温度对形变速率比较敏感，而高强度钢、超高强度钢则较小。
（4）板厚 板厚的增加，脆性转变温度提高[3]。
（5）钢的化学成分及组织当C<0.25%热轧碳钢冲击脆性转变温度TC的经验方程[4]：
（1）
式中Nf为固溶的自由氮量（%）；P为珠光体的百分比；Si为硅的重量百分比；d为晶粒尺寸（mm）。
3.低温脆性断裂的过程及机理
钢具有强度高、塑性和韧性好等特点，这些特点保证了钢结构具有较好的工作可靠性。但是在低温的条件下，钢的塑性和韧性降低，提高了钢结构发生脆断的可能性。免费论文，脆性断裂机理。
3.1低温脆性断裂的过程
钢的脆性断裂过程大致分为三个阶段[5]：
（1）裂纹产生前的准备阶段――主要为钢晶格内部的初始塑性变形；
（2）裂纹的产生――通常为钢晶格间损伤的宏观集中表现；
（3）裂纹向整个构件界面的横向发展。
3.2材料脆性断裂理论
自二十世纪20年代开始，世界上很多学者致力于脆性破坏领域的研究，形成了很多理论流派。免费论文，脆性断裂机理。
（1）经典力学理论 该理论是建立在塑性剪切和脆性断裂的基础上，能解释几乎所有与脆性断裂现象有关的影响因素；主要通过试验研究金属等多晶体材料在不同应变状态下的破坏。
（2）脆性断裂的位错理论 晶体原无裂纹，在应力作用下，材料发生解理断裂的理论，即位错理论。位错理论解释了脆性裂纹的成核和长大问题。
（3）能量理论 该理论从能量储存和释放的观点来解释脆性破坏。不考虑裂纹的产生，而是在构件含有裂纹的前提下研究其发展，并认为裂纹的发展是由储存在其周围的势能促成的。虽然在金属结构设计中不容许裂纹的存在，但是能量理论及其最活跃的分支――线性破坏力学，能成功地解决脆性破坏的有关问题，并在工程中应用。
4. 低温脆性断裂的实验手段极其评定指标
世界各国对结构材料的低温脆性问题长期以来做了大量的研究工作，提出了不少低温脆性评定指标和试验方法。
4.1低温拉伸试验
低温拉伸试验需要一个低温环境，且在低温下材料的性能发生变化.因此，与常温拉伸试验相比，除需要设计低温箱外，其它仪器、设备及参数也需要重新设计选择[6]。
由于断面收缩率和延伸率对试样温度不敏感，国内外学术界普遍认为光滑试样低温拉伸的延性指标不能用于反映低温韧性 [7]。
4.2低温冲击实验
冲击实验的实验方法有很多，在低温时常使用夏比缺口冲击（Charpy notch impact）试验，特别是系列温度冲击实验来评定材料的低温脆性。
4.3韧脆转变温度
确定材料韧脆转变温度的标准较多，常用的有能量准则法、断口形貌准则法、侧膨胀值法等。免费论文，脆性断裂机理。
(1) 能量准则法（ETT）
以某一固定能量来确定韧脆转变温度，在冲击吸收能量一温度曲线上平台与下平台区间规定百分数(n)所对应的温度，用ETTn表示。一般取最大冲击值的一半所对应的温度，或取最大冲击功与最小冲击功的平均值所对应的冲击温度为韧脆冷脆转变温度，即ETT50。
(2) 断口形貌准则法（FATT） 一组在不同温度下的冲击试样冲断后，对断口进行评定，在脆性断面（放射区）率一温度曲线中规定脆性断面率(n)所对应的温度，称为断口面积转化温度，用FATTn表示。一般以冲击试样断口上出现50%纤维状断口时的温度FATT50作为冷脆转变温度。此种方法的误差较大，FATT主要反映冲击断裂时裂纹扩展过程中的断口形貌在韧脆程度上的差别。缺口试样冲击值包括裂纹萌生功、裂纹扩展功；冲击值对缺口尖锐度敏感，而FATT对缺口尖锐度并不敏感[9]。FATT不能对裂纹扩展抗力以定量的评价，不同材料，当FATT温度相同时，裂纹扩展功可能相差很大。
（3）侧膨胀值法（LETT）在冲击吸收能量一温度曲线上平台与下平台区间某规定侧膨胀值所对应的温度，用LETT表示。免费论文，脆性断裂机理。
4.4 评定钢材止裂韧性
日本焊接工程协会提出用Charpy-V实验来评定钢材止裂韧性问题。依据弹性断裂力学而采用的断裂力学实验；用于评定材料断裂韧性的指标有JIC、COD、KIc。J积分试验法测得的材料的延性断裂韧度，裂纹张开位移（COD）实验测得的δC,可以用于材料韧性的相对评价。
平面应变条件的断裂韧性指标KIc，可以直接用于设计计算。如果金属材料中存在一定形状、尺寸的缺陷，在外加应力作用下其应力场强度因子KI低于材料的KIc值，则是安全的。金属板材表面裂纹断裂韧度KIe值，则反映了金属板材在线弹性平面应变状态下阻止表面裂纹启裂的能力。
参考文献：
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[5]王元清钢结构在低温下脆性破坏的研究
[6]张德勇、李光明DL-1低温拉伸试验装置的设计
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[8]金属力学及工艺性能试验方法国家标准汇编
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印刷电子产业是20世纪70年代开始兴起的信息产业技术，后来美国和日本的科学家发现聚合物材料掺杂碘可以导电，2000年因此获得诺贝尔奖，开启了印刷电子大门。目前印刷电子有些技术已经达到实用化水平，整个产业进入大规模生产前页，有人预言，未来3～5年全球印刷电子将进入高速成长期。
洞悉前沿资讯
2011年的印刷电子工业全球市场价值只有24亿美元，主要来自电子书和部分电子视频标签等的应用。但2021年印刷电子工业的市场值将达到千亿美元以上，和现在的3000亿美元的以硅为基础的微电子工业的全球市场值处于同一数量级之上。
中国是电子产品生产大国和消费大国，同时也是世界印刷大国，中国目前有18万家与印刷相关的企业，印刷业年产值占中国GDP的5%。到2015年，中国有机印刷电子产品与技术将集中在智能产品，有机传感器、显示器柔性0-TFT、柔性电池、印刷RFID、印刷存储和有机光伏等领域发展。主要产品涉及大面积游戏传感器、电位传感器、柔性彩色电子阅读器、柔性高容量连续应用电池以及自供电建筑等。
印刷企业如何结合当前产业发展新趋势，突破和寻求企业革新和升级，获取利润新蓝海？首届中国功能材料印刷技术发展论坛应时而生。该论坛将特别邀请来自欧美和中国在功能材料印刷设备和技术的著名企业以及行业研究专家，围绕世界和中国功能材料印刷的发展趋势和市场潜力以及功能印刷技术和材料深入探讨。
传达真知灼见
由中国印刷及设备器材工业协会和杜塞尔多夫展览（上海）有限公司联合主办的第一届中国功能材料印刷技术发展论坛，将于2013年5月16日在中国北京新国际展览中心隆重举行。
中国印刷及设备器材工业协会和杜塞尔多夫展览（上海）有限公司的此次强强合作，将倾注各自行业优势，将论坛定位于国际化、前沿化。杜塞尔多夫展览集团有限公司已经在其印刷、橡塑、包装、医疗器械、玻璃加工以及零售业等世界一流的展会中推广功能材料印刷设备、技术和材料，其举办的PEPSO Global成为了业界获取功能材料印刷技术和产品的重要平台。中国印刷及设备器材工业协会将引入其在中国丰富的行业资源、技术发展及科研等信息。此外同期论坛的第八届北京国际印刷展China Print 2013已有逾千名参展企业，预计观众达16万人次。
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为适应当今社会对人才能力的需求，2014年国务院做出“引导部分普通高校向应用技术型高校转型”的战略部署。应用技术型大学是以企业和产业的人才需求为培养目标，重点培养既具有一定的理论知识，又有较强的动手实践能力的专业型人才。另外，洛阳理工学院作为河南省首批应用技术型大学转型试点院校，对人才的培养目标、培养模式、课程体系等方面都进行了全面的改革。课程教学作为人才培养的最基本和最核心的单元，也必须进行全面的教学改革，以到达培养应用型人才的目的。
《功能材料》课程是材料物理专业的一门专业课程，以介绍光、电、磁、热等功能材料的组成、结构、性能、应用和发展动向以及隐身、梯度、纳米和智能等特种物理功能材料为主。在整个材料物理专业的本科教学过程中，《功能材料》起到承前启后的作用，复习加深学生对所学专业基础理论知识的理解，以及将所学理论知识运用到具体的功能材料上，对其结构和性能进行理论分析。另外，能够拓宽学生的知识面，开发学生的创新思维模式，对整个功能材料领域有一个较为全面的认识，为以后走向工作岗位和研究生学习提供方向指导。因此，本文以《功能材料》课程为研究对象，对转型高校课程教学改革的内容和方法进行初步探讨。
1教学内容改革
为适应应用型人才培养目标，加强学生的创新实践能力，需要对《功能材料》课程的教学内容作出相应的调整。教学内容应突出实用性，并且能够培养学生发现问题、思考和分析问题、解决问题的能力。因此，教学内容以材料的制备，以及“结构决定性能，性能决定应用”为主线对各类功能材料进行介绍。由于相关的理论知识已经在前期基础课程学习过程中进行了重点讲授，所以在本课程中对理论知识只是进行简单的复习，重点在于理论知识与实际生产生活相结合，注重培养学生理论知识的运用能力。另外，还要注重教学内容与学科发展前沿相结合，培养学生创新能力，使授课内容的具有先进性、趣味性和实用性，提高学生学习兴趣。同时，在课程内容的设置上，结合本地企业生产发展，使学生做到学以致用。例如：在学习《功能材料》课程的半导体材料章节时，可以结合洛阳光伏企业的生产发展现状，如粗硅的制备、提纯；单晶硅的拉制；多晶硅的铸锭；单晶硅和多晶硅片的生产过程，太阳能电池组件的生产；以及影响太阳能电池片效率的因素。通过分析整个太阳能电池的生产流程，学习了太阳能电池的原理，材料的合成过程，各项性能指标的测试，以及太阳能电池应用的实现。在通过分析生产过程的影响因素，利用所学知识，启发学生提出解决问题的方法。为以后在相关企业工作打下基础。
2教学方法改革
传统的填鸭式教学采用教师讲，学生听的教学方式，学生学习比较被动，缺乏学习兴趣和学习动力，参与度也不高。长此以往，毕业后学生在工作岗位上，不能进行独立思考，缺乏分析问题和解决问题的能力，甚至缺乏动手能力和创新能力。这样的毕业生无法满足工作岗位的能力需求，不能独立开展工作和解决实际问题，与应用技术型大学的培养目标不相符。因此，必须对传统的教学方法进行改革。首先，随着科技的发展，多媒体已经成为教学过程必不可少的辅助工具。它能将抽象的知识，直观的、形象的展现在学生的面前，更有利于激发学生的学习兴趣、主动性和积极性。但是，多媒体的运用并不是简单地将书本知识搬到多媒体上。而是要针对学生的具体情况对多媒体课件、音频和视频材料进行设计，这样就对任课教师提出了更高的要求，需要投入更多的时间和精力。第二，采用课堂小型报告会的形式，让学生参与到教学过程中，提高其学习知识的积极性和主动性。根据课程教学内容安排，通过让学生选取自己感兴趣的一种功能材料进行课外资料收集、整理，在课堂上给全班同学进行一次小型的报告会，听取报告的同学们可以自由的提出问题和讨论问题。这样的教学形式可以激发学生的兴趣，拓宽学生视野，使学生能够积极地参与到课堂教学中。另外，还锻炼了学生的胆量。第三，结合任课教师的科研进行讲解，一方面使学生对教师有更深入地了解，另一方面够激发学生学习兴趣，甚至参与科学研究的兴趣。
3考核方式改革
课程考核反映了学生的学习效果，为了实现应用型人才的培养目标，需要对课程考核方式进行相应的改革。将考核贯穿于整个课程教学过程中，采用平时成绩和期末成绩相结合的考核方式。提高平时成绩在综合成绩中所占的比重，包括课堂小报告的质量，出勤，平时作业，课堂表现等。增强学生平时学习的主动性和积极性，培养分析、解决实际问题的能力。
随着学校转型应用技术型大学，人才培养目标的重新制定，对课程改革的要求更加紧迫。对功能材料课程教学内容、教学方法和考核方式进行相对调整的同时，还应加强师资队伍的建设，积极开展教学方法及教学内容的交流和研究。不断探索功能材料课程教学的新思路、新模式。
作者：李继利 赵军伟 付芳 陈建 王晓琳 单位：洛阳理工学院材料科学与工程学院
