第一篇：航空材料技術進展

2.2航空材料技術進展

陳亞莉

（中國航空工業發展研究中心）

益小蘇

（北京骯空材料研究院）

航空材料泛指用于制造航空飛行器的材料。一架軍用飛機包括機體、發動機、幾載電子和火力控制四大部分，一架民用客機包括機體、發動機、機載電子和機艙四大部分。機體材料和發動機材料是航空材料中最重耍的結構材料，而電子信息材料是航空機載裝置中最重要的功能性材料，但它一般不直接算作航空材料。出于航室飛行及其安全性的考慮，航空結構材料的特點是輕質、高強、高可靠。飛行器作白一個整體，還用到少量非結構性材料，如阻尼、減振、降噪、密封材料等。

在現代材料科學與技術的發展歷程中，航空材料一直扮演著先導和基礎作用，幾體材料的進步不僅推動飛行器本身的發展，而且帶動了地面交通工具及空間飛行器的進步，發動機材料的發展則推動著動力產業和能源行業的推陳出新。“一代材料，一代飛行器”是航空工業發展的生動寫照，也是航空材料帶動相關領域發展的真實描述。可以說，航空材料反映結構材料發展的前沿，航空材料代表了一個國家結構材料技術的最高水平。

－、航空材料的研究與發展

1.機體材料

機體材料主要包括鋁合金、鈦合金和樹脂基復合材料等，發展重點集中在低成本、高性能的樹脂基復合材料技術。圖1是歐洲空中客車飛機的主要用材示例，其中最顯著的先進材料包括鋁合金-玻璃纖維混雜復合材料GLARE，碳纖維復合材料GFRP，芳綸纖維復合材料AFRP，玻璃纖維復合材料GFRP以及韌性環氧樹脂、雙馬來醚亞胺樹脂和聚酚亞胺樹脂基復合材料等，它們覆蓋了航空飛行器機體的主要面積。

國際上航空先進樹脂基復合材料的主要性能要求是，較高的耐溫度使用性、盡可能高的抗損傷容限和盡可能低的濕熱環境效應。就民用飛機上用量最大的碳纖維環氧樹脂復合材料而言，近年的趨勢是發展液態成型紡織復合材料和非熱壓罐成型技術如電子束輻照交聯技術等，即“用得起”的制造技術（Affordable Proccessing））。而對更高的溫度要求，雙馬來酚亞胺、特別是可以液態成型的聚酚亞胺樹脂基復合材料（如PETI系列）的前景看好。

由于制造成本在復合材料構件總成本中所占份額最大，因此低成本成型制造工藝

技術是目前發展的重點，主要包括紡織復合材料和樹脂傳遞模塑（RTM或近似的RFI）液態成型技術等。通過編織、經編、針織、機織、縫紉等制造頂成型體，以及液態成型如樹脂浸滲（RI）和樹脂轉移模塑（RTM，使整體制造的成本降低，層間增強，并達到減重目標（圖2）。其中，RTM技術在美國軍用戰斗機Ｆ-35垂尾及Ｆ/A18-E/F襟翼整流罩上的應用是使用該項技術制造的最大尺寸的零部件，前者長3.6ｍ，重約90ｋｇ。我國在液態成型復合材料技術正在取得進展，圖3為北京航空材料研究院制備的中機身液態成型樹脂基復合材料剪切梁。

為了進一步迎接先進復合材料更高性能－價格比的挑戰，歐洲空中客車公司提出的目標是更多地應用碳纖維復合材料CFRP以減重至30％，從而降低整個飛行成本40％。但是，CFRP技術在減重的同時，制造成本比金屬焊接結構高。應用目前空中客車公司已儲備的技術水平，可以達到減重15％、降低成本15％的目標；而采用新型金屬焊接結構制作機身，減重10％卻降低成本20％，可見在發展低成本、高性能復合材料方面還大有潛力。圖４是空中客車公司正在研制的全碳纖維復合材料機翼的靜力實驗。美國也有“高速民航機研究計劃”，其中心任務是開發聚醚亞胺復合材料和鈦／石墨纖維混雜復合材料等。

各國都非常重視擴展先進復合材料應用的技術平臺建設。目前，美國正在執行“汽車復合材料技術向航空轉移計劃”和“復合材料用得起計劃”。

2.發動機材料

目前最先進的軍用航空發動機主要材料有鈦合金、高溫合金以及各類高溫和超高溫復合材料等。在21世紀前10年的葉片材料中，單晶葉片材料仍占主導地位。葉片材料經歷了鑄造合金、定向凝固合金和單晶合金的發展歷程，國外現役發動機葉片材料主要采用第二代和第三代單晶合金。這些單晶合金由于富錸易產生脆性相，近年來研究加入釕或銥以減少脆性傾向，開發出第四代單晶。葉片技術發展的趨勢是將結構一材料－工藝統一考慮，即開發lamiloy技術，采用鑄造及激光打孔工藝直按制造發散冷卻孔道。

除提高葉片材料的耐溫等級外，將金屬間化合物與韌性金屬組成的微疊層復合材料作為葉片的“熱障涂層”受到重視。該技術依靠耐高溫金屬間化合物提供高溫強度和蠕變抗力，利用高溫金屬作韌化元素，從而很好地克服了金屬間化合物的脆性。目前采用真空熱壓箔、物理氣相沉積、鑄造和固態反應等方法已研制出幾種微米層次的微疊層復合材料，包括Nb-Cr2Nb、NB-Nb5Si3以及Nb-MoSi2等。微疊層納米熱障涂層可望將葉片的耐溫能力提高260℃。除用于葉片外，微疊層復合材料在無疲勞合金涂層、抗砂蝕樹脂基復合材料風扇葉片涂層等方面也有應用機遇。

我國發動機葉片材料發展態勢良好，僅鑄造渦輪葉片材料就超過20種，并開展了單晶鎳基高溫合金、金屬間化合物、陶瓷和C/C復合材料的研制。我國低密變、低成本的第一代單晶合金DD3性能與國外同代合金相當，已用于直升機小發動凱渦輪葉片；第二代單晶高溫合金DD6正在推廣應用于先進的渦輪發動機葉片，其承溫能力相當于國外同代合金，而成本更低。就渦輪盤材料而論，除廣泛使用的粉末盤及其發展型的雙性能粉末盤、三性指粉末盤外，細晶變形盤由于成本低也被看好。俄羅斯就堅恃認為采用傳統熔鑄變形盤，完全可滿足第四、五代發動機的需要。作為一種新的渦輪盤方案，近年丕開發了無夾雜的噴射盤。該技術與粉末冶金工藝相比具有工序簡化、成本降低的優勢，其快凝組織特性又奠定了其性能優勢，包括遠優于鑄鍛工藝、相當或高Ｆ粉末冶金工藝的強度與持久壽命，優于粉末冶金工藝的塑性、韌性及低周疲勞壽命，因晶粒細化而改善的熱加工性能等。由于傳統變形盤的工藝設備均能使藹用，且材料利用率高，成本明顯低于粉末盤，因此，噴射盤有可能成為粉末盤的強勁對手。

二、航空材料發展趨勢

航空材料的發展趨勢是種類增多，成本降低，性能提高。具體體現為：傳統材料大有可為，新型材料亟待應用，新興材料層出不窮；材料的通用化、標準化勢在必行，可靠性、可維修性、低成本和環保性要求日趨嚴格。

1.傳統材料大有可為

傳統航空材料凝結了大量的研究成果，也積累了可貢的使用經驗，輕易放棄這些傳統材料劃不來。正如美國“先進民用飛機新材料專業委員會”、“國家材料咨詢局”、“航空航天工程局”、“工程和技術系統專業委員會”和“國家研究委員會”等五大單位在《用于下一代民用運輸機的新材料》的聯合研究報告中所指出的，即“目前影響民航業、制造商和材料工業的動蕩不定的經濟氣候，己經使先進材料的應用準則發生了重大的變化，從而使材料性能不再是選材的首要標準。飛機制造商對民航業降低總成本（包括采購和維修成本）的耍求也正在做出反應，要求材料的變化方式是逐步改善，即漸進演化式的，而不是革命性的”。

這種漸進演化式發展反映為，在復合材料改進、傳統金屬材料超純熔煉，以及鑄、鍛件的研制、試驗和生產過程中，拋棄了試湊的傳統方法，代之以材料性能和產品制造一體化的可設計和可預測的全新概念，廣泛引人仿真及人工智能技術，特別是在制蚤制造技術方面不斷取得進展和開拓創新。這種高技術含量、高附加值的航空材料的發展以信息技術、自動化技術和先進制造技術的高速發展為依托，將對航空材料的發展產生著深遠的影響。

2.新型材料亟待應用

冷戰時期的積累和長期的超前研究儲備了相當數量的新材料，但它們至今仍在候選名單上等待應用，典型例子有高性能的雙馬來醚亞胺樹脂基復合材料、熱塑性樹脂基復合材料和各種金屬基復合材料等。暫時不應用這些材料的原因很復雜，其中之一是新材料過高的成本-效益比，包括采購、制造、取證和全壽命等。對先進的高性能復合材料及其結構而言，至今仍對其基本的失效機理及其相互間的作用缺乏深刻而本質的認識，因此，工業界出于技術和安全風險的考慮，缺乏了解先進材料的熱情，也沒有使用先進材料的經驗，更沒有等待先進材料發展成熟的耐心。世界范圍內的激烈競爭使材料主管部門很難為中長期的發展計劃做出長期的財務承諾，結果是很難建立起精干而專業性的材料研究、發展和供應基地。

3.新興材料層出不窮

新技術特別是納米技術為航空材料的發展開拓了新的思路，人們充滿熱情地研究由片狀納米黏土改性的環氧樹脂、雙馬來醚亞胺樹脂和聚醚亞胺樹脂芯磕擅贅男緣穆梁轄穡諭諦閱萇匣竦孟災岣摺Ｓⅰ⒌碌裙雜商寄擅墜茉鑾康氖髦春喜牧峽沽誦磯嘌芯抗ぷ鰨峁礱鰨蘼哿ρ閱芑故塹绱判閱芫懈慕Ｄ擅準際醯姆⒄夠褂辛Φ卮撕嬌詹牧系姆⒄梗繢狀镎幟擅追烙暉坎鬩約耙聿牧系哪擅諄取?

４.材料標準化、通用化勢在必行

隨著國際經濟的一體化，航空材料在國際材料市場上的流通以標準化、通用化為前提。目前，國際航空材料的發展趨勢是在國內取消軍用標準，而代之以軍民兩用標準。在國際范圍內實施國際化標準，有利于國際合作與交流及市場開拓，如俄羅斯在鋁鋰合金和欽合金的出口問題上，以往因未與國際標準接軌，使上述材料出口受阻。為擴大出口，俄羅斯己逐步改用國際標準。中國已經進人ＷＴＯ，但我國航空材料的體系建設以及航空材料的通用化、標準化現狀卻很落后。原因主要在于我國航空材料多是在跟蹤和引進的基礎上發展而來，形成了各國航空材料在我國并存的混亂局面。國防工業科學技術委員會和中國航空工業正著手開展中國航空材料體系的建設工作，這將為我國航空材料的健康發展創造更好的發展前提。

5.低成本和可維修性成為趨勢

航空材料的高技術特征必然帶來高成本。目前環氧樹脂的價格大約是每磅７美元，鈦為每磅10美元，先進復合材料為每磅60美元。降低航空產品采購成本的主要途徑是改變設計概念、采用低成本材料和成形加工技術等，降低航空產品使用成本或全壽本成本的主耍途徑是提高材料的可靠性和壽命。航空產品在選材時不僅要考慮使用性能，而且還必須考慮可維修性。如果航空產品的全壽命成本及維修費用為采購成本的兩倍時，就需重新考慮選材問題，發展高可靠性、維修性能好的航空材料，以延長結構使命壽命和簡化維修越來越受到重視。

三、發展我國航空材料的建議

我國航空材料工業存在的主要問題可以總結為“五多五少”∶仿制材料多而創斤材料少，低水乎材料多而高水乎材料少，立項研制的材料多而改進改型的材料少，獲獎勵的材料多而真正用上的材料少，和單一用途的材料多而一材多用的材料少。此外，部門之間的協調機制也不夠健全，低水乎重復、各自為政和無序競爭嚴重困擾著我國航空材料科研和生產的健康發展。根據“有限目標，突出重點”的原則，我國航空材料界對關鍵技術的篩選進輛〔深人討論，普遍認同的三大關鍵技術是復合材料技術、渦輪盤材料技術和渦輪叫≠材料技術。目前正在實施的“十五”科技發展汁劃將針對這些問題，集中力量攻關，以開創我國航空材料發展的嶄新局面。

鋁、鎂、鈦等金屬的密度小，分別為2.7g/cm3、1.7g/cm3、和4.5g/cm3、，因此，這幾種金屬通常被稱為輕金屬，其相應的鋁合金、鎂合金、鈦合金則稱為輕合金[1,2]。鋁合金具有比重小、導熱性好、易于成形、價格低廉等優點，已廣泛應用于航空航天、交通運輸、輕工建材等部門，是輕合金中應用最廣、用量最多的合金[3~5]。鎂合金具有比重小，比強度、比剛度高，阻尼性、切削加工性、導熱性好，電磁屏蔽能力強，尺寸穩定，資源豐富，易回收，無污染等優點，因此，在汽車工業、通信電子工業和航空航天工業等領域正得到日益廣泛的應用，近年來全世界鎂合金產量的年增長率高達20％，顯示出了極為廣泛的應用前景[1,15]。鈦合金比重小、耐蝕性好、耐熱性高、比剛度和比強度高，是航天航空、石油化工、生物醫學等領域的理想材料；同時，鈦的無磁性、鈦鈮合金的超導性、鈦鐵合金的儲氫能力等特性，使得鈦合金在尖端科學和高技術方面發揮著重要作用[1,32]。

本文簡要綜述目前國內外在輕合金方面的研究開發、應用現狀及最新進展，分析了我國在輕合金材料發展及其應用方面存在的問題，提出了今后一段時間我國在輕合金材料研究、開發

與應用方面的對策。

－、鋁合金

1.鋁合金的發展

鋁合金是一種較年輕的金屬材料，在20世紀初才開始工業應用。第二次世界大戰期間，鋁材主要用于制造軍用飛機。戰后，由于軍事工業對鋁材的需求量驟減，鋁工業界便著手開發民用鋁合金，使其應用范圍由航空工業擴展到建筑業、容器包裝業、交通運輸業、電力和電子工業、機械制造業和石油化工等國民經濟各部門，應用到人們的日常生活當中。現在，鋁材的用量之多，范圍之廣，僅次于鋼鐵，成為第二大金屬材料。鋁材應用的迅速發展是世界鋁工業界不斷開發新的鋁合金材料的結果[3~5]。表1列出了鋁合金的特性及主要應用領域[2]。

鋁合金的發展可追溯到1906年時效強化現象在柏林被Alfred Wilm偶然發現，硬鋁Duralumin、隨之研制成功并用于飛機結構件上[7]。在此基礎上隨后開發出的Al-Cu-Mg系合金，如2014和2024，其抗拉強度為350~480MPa'，至今仍在使用。第二次世界大戰期間，由于軍用航空材料的需要，抗拉強度超過500ＭＰ'的Al-Zn_Mg_Cu.合金發展起來，其中最著名的合金是7075[6]。第二次世界大戰后，－系列新合金（尤其是7000系），如7050、7010、7475和7055等研制成功。這些鋁合金的研制，在不斷提高強度的同時，更加注重改善其抗應力腐蝕性能和斷裂韌性，以提高構件的工作可靠性[1]。目前，高強、高韌是鋁合金發展的主要方向。

2.鋁合金的新進展

（1）Al-Cu-Mg合金系（2000）。

為提高2024的斷裂韌性，通過控制合金中的Fe、Si雜質量并調整溶質元素的量，美國研制出了2124、2048和2524等合金[1,10]。其中新合金2524已廣泛用于B777機身，在強度相當的條件下，其斷裂韌性和抗疲勞能力明顯優于2024[7]。

2000系合金的高溫蠕變強度很高，典型合金有2618和2219。其中2219合金是一種焊接性、耐熱性、韌性都很好的合金，主要用作航空油箱材料。進一步降低2219合金中的Fe、Si雜質量，提高Cu含量使之超過固溶極限以上，開發了韌性更高的2419、2021及2004合金，而且2004合金超塑性能良好[10]。

研究發現，微量Ag(~0.1at.%)可促進所有含Mg鋁合金的時效強化。由此開發出的典型合金有Al-4Cu-0.3Mg-0.4Ag和Al-6.3Cu-0.4Mg-0.4Ag-0.3Mn-0.2Zr。與其他2000系合金相比，前者具有優良的蠕變性能；后者既具有較高的室溫強度，又提高了高溫和蠕變性能[1]。最近，法國也發明了一種高蠕變強度的含Ag鋁合金（芙國專利No.5738735）[12]。

（2）Al-Zn-Mg-(Cu)合金系（7000）。

對于7000系合金，長期困擾的問題是7079-T6和7075-T6等合金抗應力腐蝕開裂性差，為此開發了T73熱處理工藝。T73熱處理對防止應力腐蝕很有效，但與T6處理相比，材料強度降低了15％[1]。

因此，很多研究都圍繞著如何既獲得T6的強度又具有T73的抗應力腐蝕性能。通過調整成分和工藝，出現了7049、7050、7150和7033等合金；添加Zr代替Cr，開發了7010和7012合金；在T73之前對合金進行熱變形；采用T77處理工藝的合金，如7055-T7751，用于B-777客機以承受壓縮載荷為主的上機翼翼面，使其重量減少了635kg[1,6,10]；英國開發、1999年6月在美國注冊的7034合金，則具有優秀的損傷容限[13]。

（3）Al-Li合金系。

鋁鋰合金作為一種低密度、高彈性模量、高比強度和高比剛度的鋁合金，在航空航天領域顯示出了廣闊的應用前景。例如，美國1998年用2195鋁鋰合金代替2219合金，制造奮進號航天飛機的液氫液氧外推進劑貯箱，減輕重量約3500ｋｇ，獲得巨大效益[6~8]。

按時間順序和性能特點可將鋁錘合金劃分為三代。第一代以1957年美國Alcoa公司研究成功的2020合金為代表，但其塑韌性水乎太低。第二代為20世紀70~80年代發展起來的鋁鋰合金，其中具有代表性的合金有.蘇聯的1420，美國的2090，英國的8090和8091，法國的2091等，這些合金具有密度低、彈性模量高等優點，都已獲得了一定的應用，其中1420是目前最為成熟的鋁鋰合金[8,11]。進入20世紀90年代以后，人們針對第二代鋁鋰合金本身存在的各向異性、不可焊、塑韌性及強度水平較低等問題，開發出了一些具有特殊優勢的第三代新型鋁鋰合金。如高強可焊的1460和Weldalite系列合金，低各向異性的AF/C489和AF/C458臺金，高韌的2097和2197合金，高抗疲勞裂紋的C-155合金，及經特殊真空的XT系列合金，超輕的8024Al-Li_zr合金（1999年注冊）等[10,13]。其中對高強可焊合金和低各向異性合金的研究最多，是第三代鋁鋰合金的發展方向。表2為第三代主要鋁鋰合金的典型性能[8,13]。

（４）鑄造鋁合金。

開發能夠替代部分變形鋁合金的高強韌鑄造鋁合金可以縮短制造周期，降低成本。國外最著名的高強韌鑄造鋁合金有法國的A-U5GT，美國的201.0，這些合金都具有很好的力學性能。我國的ZL205A，抗拉強度為510MPa，延伸率可達13％。最近；北京航空材料研究院研制出一種與ZL205A成分相近、韌性特別好的鑄造鋁合金，其延伸率達19％～23％，沖擊韌性為ak181~304kJ/m2[9]。

近年來，鑄造鋁基復合材料發展較為迅速，例如，鑄造Al-Si基SiC顆粒增強復合材料，提高了合金的性能，尤其是剛性和耐磨性，并已應用到航空、航天、汽車等領域。此外，一些新型的具有特種功能的鑄造鋁合金材料也處于研究應用階段。

(5)快速凝固／粉末冶金鋁合金和噴射沉積鋁合金。

在快速凝固／粉末冶金（RS／PM）鋁合金方面，國內外已出現了幾種典型的合金，如高強耐蝕的Al-Zn_Mg_Cu（7090、7091和X7093）系鋁合金，耐熱的Al-Fe（8009、X8019和LG5）、Al-Cr.和Al-Ti系鋁合金，低密度高模量的Al-Li-Cu-Mg-Zr鋁合金，高硅耐磨鋁合金等[3]。

近幾年來，噴射沉積鋁合金工藝受到英國、法國、瑞士和日本等國家的高度重已用于生產2000系、7000系、AL-Li系、AL-Si系等合金，碳化硅顆粒增強鋁合金復合材料[3]。（6）其他新型鋁合金及技術。其他近年來發展成功或正在研制的具有發展前景的新型鋁合金及技術如表3所示[13].二、鎂合金

1.鎂合金的發展

鎂合金是實際應用中最輕的金屬結構材料，但與鋁合金相比，鎂合金的研究和發展還很不充分，鎂合金的應用也還很有限。目前，鎂合金的產量只有鋁合金的1％。鎂合金作為結構應用的最大用途是鑄件，其中90％以上是壓鑄件[14]。

限制鎂合金廣泛應用的主要問題是：由于鎂元素極為活潑，鎂合金在熔煉和加工過程中極容易氧化燃燒，因此，鎂合金的生產難度很大；鎂合金的生產技術還不成熟和完善，特別是鎂合金成形技術有待進一步發展；鎂合金的耐蝕性較差；現有工業鎂合金的高溫強度、蠕變性能較低，限制了鎂合金在高溫（150～350℃）場合的應用；鎂合金的常溫力學性能，特別是強度和塑韌性有待進一步提高；鎂合金的合金系列相對很少，變形鎂合金的研究開發嚴重滯后，不能適應不同應用場合的要求[14~19]。

鎂合金可分為鑄造鎂合金和變形鎂合金。鎂合金按合金組元不同主要有Mg-Al-Zn-Mn系（Az）、Mg-Al-Mn系（AM）和Mg-Al-Si-Mn系（As）、Mg-Al-RE系（AE）、Mg-Zn-Zr n（ZK）、Mg-Zn-RE系（ｚＥ）等合金。常用鑄造鎂合金的牌號及性能見表４[2,14]。表5為常見變形鎂合金的化學成分及基本特性[2,20]。

我國具有豐富的鎂資源，原鎂產能、產量和出口均居世界首位。在鎂和鎂合金的研究和應用領域，我國與歐美等發達國家之間的差距還相當大'一方面，我國的原鎂質量差，鎂合金錠的質量也不盡如人意，出口缺乏競爭力，作為結構材料應用 的鎂在國內的消耗量又很少，只能作為初級原料低價出口，屬典型的資源出口型工業，目前，國內的鎂冶金企業大都處于虧損或面臨倒閉；另一方面，我國對鎂合金的研究和應用更顯薄弱。因此，如何利用我國的鎂資源優勢，將鎂的資源優勢轉變為技術、經濟優勢，促進國民經濟發展、增強我國鎂衍業的國際競爭力，是擺在我們面前的迫切任務[24]。

2.鎂合金的新進展

（1）耐熱鎂合金。

耐熱性差是阻礙鎂合金廣泛應用的主要原因之一，當溫度升高時，它的強度和抗蠕變性能大幅度下降，使它難以作為關鍵零件（如發動機零件）材料在汽車等工業中得到更廣泛的應用。

己開發的耐熱鎂合金中所采用的合金元素主要有稀土元素（RE）和硅（Si）。稀土是用來提高鎂合金耐熱性能的重要元素。含稀土的鎂合金QE22和WE54具有與鋁合金相當的高溫強度，但是稀土合金的高成本是其被廣泛應用的一大阻礙[18]。

Mg-Al-Si（AS）系合金是德國大眾汽車公司開發的壓鑄鎂合金。175℃時，AS41合金的蠕變強度明顯高于AZ91和AM60合金。但是，AS系鎂合金由于在凝固過程中會形成粗大的漢字狀Mg2Si相，損害了鑄造性能和機械性能。研究發現，微量Ca的添加能夠改善漢字狀Mg2si相的形態，細化Mg2si顆粒，握高AS系列鎂合金的組織和性能[18]。

從20世紀80年代以來，國外致力于利用Ｃ·來提高鎂合金的高溫抗拉強度和蠕變性能。最近美國開發的ZAC8506（Mg-8Zn-5Al-0.6Ca），以及加拿大研究的Mg-5Al-0.8Ca等鎂合金，其抗拉強度和蠕變性能都較好。

2001年，日本東北大學井上明久等采用快速凝固法制成的具有100~200nm晶粒尺寸的高強鎂合金Mg-2at% Y-1at% Zn，其強度為超級鋁合金的3倍，還具有超塑性、高耐熱性和高耐蝕性。

（2）耐蝕鎂合金。

鎂合金的耐蝕性問題可通過兩個方面來解決：①嚴格限制鎂合金中的Fe、Cu、Ｎi等雜質元素的含量。例如，高純AZ91HP鎂合金在鹽霧試驗中的耐蝕性大約是AZ91C的100倍，超過了壓鑄鋁合金A380，比低碳鋼還好得多。②對鎂合金進行表面處理。根據不同的耐蝕性要求，可選擇化學表面處理、陽極氧化處理、有機物涂覆、電鍍、化學鍍、熱噴涂等方法處理。例如，經化學鍍的鎂合金，其耐蝕性超過了不銹鋼[2]。

（3）阻燃鎂合金。

鎂合金在熔煉澆鑄過程中容易發生劇烈的氧化燃烷。實踐證明，熔劑保護法和SF6、SO2、CO2、Ar等氣體保護法是行之有效的阻燃方法，但它們在應用中會產生嚴重的環境污染，并使得合金性能降低，設備投資增大。

純鎂中加鈣能夠大大提高鎂液的抗氧化燃燒能力，但是由于添加大量鈣會嚴重惡化鎂合金的機械性能，使這一方法無法應用于生產實踐。鉸可以阻止鎂合金進一步氧化，但是鉸含量過高時，會引起晶粒粗化和增大熱裂傾向。

最近，上海交通大學輕合金精密成型國家工程研究中心通過同時加人幾種元素，開發了一種阻燃性能和力學性能均良好的轎車用阻燃鎂合金，成功地進行了轎車變速箱殼蓋的工業試驗，并生產出了手機殼體、ＭＰ3殼體等電子產品外殼[15]。

（４）高強高韌鎂合金。

現有鎂合金的常溫強度和塑韌性均有待進一步提高。在Ｍg-Ｚn和Ｍg-Ｙ合金中加人Ca、Zr可顯著細化晶粒，提高其抗拉強度和屈服強度[1]；加人Ag和Th能夠提高Mg-RE-Zr合金的力學性能，如含Ag的QE22A合金具有高室溫拉伸性能和抗蠕變性能，已廣泛用作飛機、導彈的優質鑄件；通過快速凝固粉末冶金、高擠壓比及等通道角擠（ECAE）等方法，可使鎂合金的晶粒處理得很細，從而獲得高強度、高塑性甚至超塑性[16,19]。

（5）變形鎂合金。

雖然目前鑄造鎂合金產品用量大于變形鎂合金，但經變形的鎂合金材料可獲得更高的強度，更好的延展性及更多樣化的力學性能，可以滿足不同場合結構件的使用要求。因此，開發變形合金，是其未來更長遠的發展趨勢[20]。

新型變形鎂合金及其成型工藝的開發，已受到國內外材料工作者的高度重視。美國成功研制了各種系列的變形鎂合金產品，如通過擠壓＋熱處理后的ZK60高強變形鎂合金，其強度及斷裂韌性可相當于時效狀態的Al7075或Al7475合金，而采用快速凝固（RS）＋粉末冶金（PM）＋熱擠壓工藝開發的Mg-Al-Zn系EA55RS變形鎂合金，成為迄今報道的性能最佳的鎂合金，其性能不但大大超過常規鎂合金，比強度甚至超過7075鋁合金，且具有超塑性（300℃，436％），腐蝕速率與2024-T6鋁合金相當，還可同時加人SiCp等增強相，成為先進鎂合金材料的典范。日本1999年開發出超高強度的IM Mg-Y系變形鎂合金材料，以及可以冷壓加工的鎂合金板材。英國開發出Mg-Al-B擠壓鎂合金，用于Magnox核反應堆燃料罐。以色列最近也研制出用于航天飛行器上的兼具優良力學性能和耐蝕性能的變形鎂合金，法國和俄羅斯開發了魚雷動力源變形鎂合金陽極薄板材料。

（6）鎂合金成形技術。

鎂合金成形分為變形和鑄造兩種方法[21,22]，當前主要使用鑄造成形工藝。壓鑄是應用最廣的鎂合金成形方法。近年來發展起來的鎂合金壓鑄新技術有真空壓鑄和充氧壓鑄，前者已成功生產出AM60B鎂合金汽車輪毅和方向盤，后者也己開始用于生產汽車上的鎂合金零件。

鎂合金半固態觸變鑄造（Thixo-Molding）成形新技術，近年來受到美國、日本和加拿大等國家的重視。與傳統的壓鑄相比，觸變鑄造法無需熔煉、澆注及氣體保護，生產過程更加清潔、安全和節能。目前已研制出鎂合金半固態觸變鑄造用壓鑄機，到1998年底，全世界已有超過100臺機器投人運行，約有40種標準鎂合金半固態產品用于汽車、電子和其他消費品。但相對來說，半固態鑄造鎂合金材料的選擇性小，目前應用的只有AZ91D合金，需要進一步發展適用于半固態鑄造的鎂合金系。

其他正在發展的鎂合金鑄造成形新技術有鎂合金消失模鑄造、擠壓鑄造－低壓鑄造結合法、擠壓鑄造-流變鑄造結合法和真空傾轉法差壓鑄造等。

三、鈦合金

1.鈦合金的發展

鈦是20世紀50年代發展起來的一種重要的結構金屬，鈦合金因具有比強度高、耐蝕性好、耐熱性高等特點而被廣泛用于各個領域。世界上許多國家都認識到锨合金材料的重要性，相繼對其進行研究開發，并得到了實際應用。

第一個實用的鈦合金是1954年美國研制成功的Ti-6Al-4V合金，由于它的耐熱性、強度、塑性、韌性、成形性、可焊性、耐蝕性和生物相容性均較好，而成為鈦合金工業中的王牌合金，該合金使用量已占全部鈦合金的75％～85％。其他許多鈦合金都可以看做是Ti-6Al-4V合金的改型。

20世紀50～60年代，主要是發展航空發動機用的高溫鈦合金和機體用的結構鈦合金，70年代開發出一批耐蝕鈦合金，80年代以來，耐蝕鈦合金和高強鈦合金得到進一步發展。耐熱鈦合金的使用溫度已從50年代的400℃提高到90年代的600～650℃。A2(Ti3Al)和r（TiAl）基合金的出現，使鈦在發動機的使用部位正由發動機的冷端（風扇和壓氣機）向發動機的熱端（渦輪）方向推進。結構鈦合金向高強、高塑、高強高韌、高模量和高損傷容限方向發展。

另外，20世紀70年代以來，還出現了Ti-Ni、Ti-Ni-Fe、Ti-Ni-Nb等形狀記憶合金，并在工程上獲得日益廣泛的應用。

目前，世界上已研制出的鈦合金有數百種，最著名的合金有20～30種，如Ti-6Al-4V、Ti-5Al-2.5Sn、Ti-2Al-2.5Zr、Ti-32Mo、Ti-Mo-Ni、Ti-Pd、SP-700、Ti-6242、Ti-1023、Ti-10-5-

3、Ti-1023、BT9、BT20、IMI829、IMI834等[2,4]。

鈦合金可以分為α、α+β、β型合金及鈦鋁金屬間化合物（TixAl，此處x=1）四類。表6列出了四類典型鈦合金及特點[2,4]。

2.鈦合金的新進展

近年來，各國正在開發低成本和高性能的新型鈦合金，努力使鈦合金進入具有巨大市場潛力的民用工業領域陽。國內外鈦合金材料的研究新進展主要體現在以下幾方面。（1）高溫鈦合金。

世界上第一個研制成功的高溫鈦合金是Ti-6Al-4V，使用溫度為300-350℃。隨后相繼研制出使用溫度達400℃的IMI550、BT3-1等合金，以及使用溫度為450~500℃的IMI679、IMI685、Ti-6246、Ti-6242等合金。目前已成功地應用在軍用和民用飛機發動機中的新型高溫鈦合金有.英國的ＩＭＩ８

29、ＩＭＩ83４合金；美國的Ti-1100合金；俄羅斯的BT18Y、BT36合金等。表７為部分國家新型高溫鈦合金的最高使用溫度[26]。

近幾年國外把采用快速凝固／粉末冶金技術、纖維或顆粒增強復合材料研制鈦合金作為高溫鈦合金的發展方向，使鈦合金的使用溫度可提高到650℃以上[1,27,29,31]。美國麥道公司采用快速凝固／粉末冶金技術戚功地研制出一種高純度、高致密性鈦合金，在７60℃下其強度相當于目前室溫下使用的鈦合金強度[26]。

（2）鈦鋁化合物為基的鈦合金。

與一般鈦合金相比，鈦鋁化合物為基鈉Ti3Al（α2）和TiAl（γ）金屬間化合物的最大優點是高溫性能好（最高使用溫度分別為816和982℃）、抗氧化能力強、抗蠕變性能好和重量輕（密度僅為鎳基高溫合金的1/2），這些優點使其成為未來航空發動機及飛機結構件最具競爭力的材料[26]。

目前，已有兩個Ti3Al為基的鈦合金Ti-21Nb-14Al和Ti-24Al-14Nb-#v-0.5Mo在美國開始批量生產。其他近年來發展的Ti3Al為基的鈦合金有Ti-24Al-11Nb、Ti25Al-17Nb-1Mo和Ti-25Al-10Nb-3V-1Mo等[29]。TiAl（γ）為基的鈦合金受關注的成分范圍為Ti-（46-52）Al-（1-10）M（at.％），此處Ｍ為ｖ、Cr、Mn、Nb、Mn、Mo和Ｗ中的至少一種元素。最近，TiAl3為基的鈦合金開始引起注意，如Ti-65Al-10Ni合金[1]。

（3）高強高韌β型鈦合金。

β型鈦合金最早是20世紀50年代中期由美國Crucible公司研制出的B120VCA合金（Ti-13v-11Cr-3Al）。β型鈦合金具有良好的冷熱加工性能，易鍛造，可軋制、焊接，可通過固溶-時效處理獲得較高的機械性能、良好的環境抗力及強度與斷裂韌性的很好配合。新型高強高韌β型鈦合金最具代表性的有以下幾種[26,30]:

Ti1023（Ti-10v-2Fe-#al），該合金與飛機結構件中常用的30CrMnSiA高強度結構鋼性能相當，具有優異的鍛造性能；

Ti153（Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn），該合金冷加工性能比工業純鈦還好，時效后的室溫抗拉強度可達1000MPa以上；

β21S（Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.2Si），該合金是由美國鈦金屬公司Timet分部研制的一種新型抗氧化、超高強鈦合金，具有良好的抗氧化性能，冷熱加工性能優良，可制成厚度為0.064mm的箔材；

日本鋼管公司（NKK）研制成功的SP-700（Ti-4.5Al-3V-2Mo-2Fe）鈦合金，該合金強度高，超塑性延伸率高達2000％，且超塑成形溫度比Ti-6Al-4V低140℃，可取代Ti-6Al-4V合金用超塑成型-擴散連接（SPF/DB）技術制造各種航空航天構件；

俄羅斯研制出的BT-22（TI-5v-5Mo-1Cr-5Al），其抗拉強度可達1105MPA以上

（４）阻燃鈦合金。常規鈦合金在特定的條件下有燃烷的傾向，這在很大程度上限制了其應用。針對這種情況，各國都展開了對阻燃鈦合金的研究并取得一定突破。羌國研制出的Alloy c（也稱為Ti-1720），名義成分為50Ti-35v-15Cr（質量分數），是一種對持續燃燒不敏感的阻燃鈦合金，己用于F119發動機。BTT-1和BTT-3為俄羅斯研制的阻燃鈦合金，均為Ti-Cu-Al系合金，具有相當好的熱變形工藝性能，可用其制成復雜的零件[26]。

（5）醫用鈦合金。

鈦無毒、質輕、強度高且具有優良的生物相容性，是非常理想的醫用金屬材料，可用作植人人體的植人物等。目前，在醫學領域中廣泛使用的仍是Ti-6Al-4v ELI合金。但后者會析出極微量的釩和鋁離子，降低了其細胞適應性且有可能對人體造成危害，這一問題早已引起醫學界的廣泛關注。羌國早在20世紀80年代中期便開始研制無鋁、無釩、具有生物相容性的鈦合金，將其用于矯形術。日本、英國等也在該方面做了大量的研究工作，并取得一些新的進展。例如，日本已開發出一系列具有優良生物相容性的α+β鈦合金，包括Ti-15Zr-4Nb_4ta-0.2Pd、Ti-15Zr-4Nb-aTa-0.2Pd-0.20~0.05N、Ti-15Sn-4Nb-2Ta-0.2Pd和Ti-15Sn-4nb-2Ta-0.2Pd-0.20，這些合金的腐蝕強度、疲勞強度和抗腐蝕性能均優于Ti-6Al-4v ELI。與α+β鈦合金相比，β鈦合金具有更高的強度水乎，以及更好的切口性能和韌性，更適于作為植入物植入人體。在美國，已有5種β鈦合金被推薦至醫學領域，即TMZFTM（TI-12Mo-^Zr-2Fe）、Ti-13Nb-13Zr、Timetal 21SRx（TI-15Mo-2.5Nb-0.2Si）、Tiadyne 1610（Ti-16Nb-9.5Hf）和Ti-15Mo。估計在不久的將來，此類具有高強度、低彈性模量以及優異成形性和抗腐蝕性能的廬鈦合金很有可能取代目前醫學領域中廣泛使用的Ti-6Al-4V ELI合金[28,32]。

四、我國的對策

與先進國家相比，我國在輕合金研究、開發和應用等方面還存在很大差距，主要表現在：

（1）原材料質量低，冶金質量不穩定；合金品種少，規格不全。

（2）材料水平較低，實際應用量少，應用范圍較窄。例如，雖然我國是鎂資源大國，但高附加值終端產品開發應用遠遠落后于發達國家，目前只有上海桑塔納變速箱殼體使用鎂壓鑄件，年用量不足400t[24]；國外600℃高溫鈦合金，強度級別為1300MPa的超高強度鈦合金及阻燃鈦合金等已進人應用階段，而我國仍處在研究階劇[27]。

（3）產業化水平低，與輕合金應用相關配套的技術研究進展緩慢，進人工程化尤其困難。往往研制期間的質量可以達到國外同類材料的水平，但轉人批量生產的質量就不穩定。很多研制項目在實驗條件下研究成功后，就束之高閣，而不再進行中試及工業應用試驗。

（４）企業的規模經濟效益低，不良品損失高，能耗物耗高，產品成本居高不下，缺乏競爭能力。

全世界輕合金材料的發展態勢表明，21世紀初輕合金材料的發展及其產業化，將在更廣泛、更高層次上取得新的重大突破，并將對一個國家的經濟實力和綜合國力產生日益深刻的影響［33，3４］。為使我國的輕合金研究、開發和應用等方面的水平盡快趕上世界先進水平，努力使輕合金材料服務于國防和民用領域，迎接中國加入WTO帶來的機遇和挑戰，特此建議：

（1）盡快將“輕合金研究、開發和應用”作為國家重大科技攻關項目列人計劃，加大投入力度，給予重點支持。

（2）在項目的目標和內容設置上，要突出重點，提倡基礎研究與科技開發相結合，以產業化發展為主耍目標，同時開展相關的配套技術研究，重點突破或完善有關工藝技術，使基礎研究的成果能真正轉化為生產力。例如，對鎂合金，可以選擇鎂行業最為活躍的壓鑄領域，以汽車、電子、通信等領域典型產品為切人點，突破鎂合金產品開發與生產過程中的熔鑄、成型、表面處理和廢品回收等關鍵技術。

（3）建設規模較大、現代化的原材料生產基地，整頓國內小煉廠、小加工廠，以提高資源利用率，減少環境污染，保證產品質量，并消除無序競爭。

（４）充分發揮傳統材料的應用潛力；完善、改進已經研制的新材料；探索和研究綜合性能更好的新型材料，提倡獨創性和自主性，努力形成適合我國國情的輕合金材料體系。

（5）充分利用現有優勢力量與設施（如國家重點實驗室、工程研究中心等），促進國內高校、研究機構開展跨部門、跨地區、跨學科的聯合。開展深人的研究與應用前誑⒐ぷ鰨嘌⒍土兌恢Ц咚驕啥游欏Ｕ攵運杷＝餼齙奈侍猓蛉斜輳允棺齔鼉哂兇災髦恫ǖ拇蔥魯曬！?br>

（6）在組織管理與實施過程中，要采取靈活有效的運行機制與措施，建議組建高效的協凋指導小組，配合決策機構實施項目管理。

（７）廣泛開展國際合作，提高產品應用的起步水平，實現跨越式發展目標。例如，德國在汽車壓鑄件的理論研究和應用方面、日本在表面處理與涂裝技術方面、美國在軍事領域和汽車行業均具有世界一流水平的先進技術，可以組織國內對口單位開展多種形式的合作，縮短差距.

第二篇：口腔醫學技術進展

口腔醫學技術前景分析

口腔醫學技術專業是培養掌握口腔醫學的基本理論和口腔治療技術與工藝技術的基本操作技能，從事口腔疾病的治療以及牙齒整復和整形技術工作的高級技術應用性專門人才的專業。此類人才畢業后一部分于義齒加工廠中從事義齒加工；另一部分則于醫院從事口腔助手等工作。

隨著經濟的發展，人們日益重視口腔的健康和美觀，對齒科的需求也越來越高，因此也帶動了齒科行業的發展。技工士和牙醫是口腔行業的兩大支柱，技工士從事的是嚴謹和精密的修復工作，作出一顆或一付成型而且有益于健康的牙齒，因此義齒加工廠和技工士在齒科行業中是極其重要的一個環節。

現在國內已有些義齒加工廠技術水準和其他綜合指標已能得到國外口腔界的認可，已能承接國外的義齒加工件。在宏觀的大環境下，隨著中國加入WTO以及全球經濟一體化進程的加速，同時自身的行業規范程度不斷提高，有理由相信中國能成為世界的烤瓷義齒加工中心。

隨著加工行業在中國的不斷發展，這個行業對技工的需求不斷加大。隨著人們對口腔健康和美觀的日益重視，對義齒質量的要求不斷提高，這就對技工的制作水平及整體素質提出了更高的要求。中國早期的技工一般以“師傅帶徒弟”的傳統帶教方式成長，所以總體技術水平也普遍偏低。所以，高等院校畢業的專科人才無論是在技術上還是整體素質上要普遍比沒有系統學習過口腔知識的技工的競爭力強。

國內義齒加工的市場化運作從九十代初的華南率先開始，至今已發展了十多年。目前沿海的義齒加工行業較內地的義齒加工發達，技術熟練程度也相對較高，所以國內的義齒加工廠主要密集的集中在華東和華南。在中國東部沿海地區，醫院一般已不承接義齒加工了，而是轉而將其外包給專門的義齒加工廠制作，這是義齒加工行業發展的必然趨勢。因此，義齒加工行業的發展前景廣闊，也可說這是一個發展迅速的新興行業。隨著，材料和技術的不斷發展更新加上義齒加工行業的整體發展，誰又能否認口腔醫學技術專業人才不會成為下一個搶手的“香餑餑”呢？

每年口腔醫學技術專業的畢業生中有很大一部分人選擇在醫院工作，充當醫生助理或口腔護士的角色。按照衛生部要求，我國醫院的醫生和護士的比例是1：2，重要科室醫生和護士的比例應是1：4。而目前全國1:0.61的醫護比例遠遠達不到衛生部的要求，與1:2.7的國際水平相差很大，與發達國家1：8.5的比例相差更遠。因此，口腔助理和護士的需求量是很大的。

口腔醫療服務效益狀況 隨著農村經濟的發展和鄉村城鎮化，城市口腔診所、綜合醫院口腔科、專業口腔醫院這幾年發展快，分布廣。隨著人們對口腔健康的重視程度日益提高，口腔醫院接診的病人數量的不斷增加，接診的病患的病情分類得日趨多樣化，這對醫院運行的效率提出了更高的要求。結合目前口腔科護理人才的短缺情況分析，這一行業的發展前景是樂觀的。

口腔科的助手和護士都必須具備熟練的專業技能和良好的溝通能力。現代的醫患關系是復雜的，我們充當病人與醫生之間溝通的橋梁，這是我們的職責之一。口腔科與其他科室的區別之一就是口腔科每天接診病人多且復雜，病人流通性強。這就在無意中加強了我們的工作量，這另一方面也反映了溝通工作的重要性。

做一個合格的口腔科助手（護士）還要具備一定的專業技能；

口腔科護士（助手）職責

一、在門診護士長的領導下進行工作。

二、負責口腔科開診治療前后的準備工作。

三、協助醫生進行口腔手術、洗牙、處置等。

四、負責口腔科整潔、安靜，維持就診秩序，在診療期間，做好口腔科的衛生宣教。

五、按要求做好口腔科消毒隔離工作，防止院內感染的發生。

六、認真執行各項規章制度和技術操作常規，嚴格查對制度，做好交接班，嚴防差錯事故。

七、負責領取、保管科內藥物，器械保養口腔治療椅及其他物品。

經常觀察口腔科內就診病人，發現異常要立即報告當班醫生，配合處理。

當然其中最重要的是要能配合醫生完成四手操作，準備器械等。

現在，口腔技術的發展日新月異，無論是設備還是材料、藥品的更新換代的速度都是很快的，這就要求我們必須保持信息的高度暢通，及時查漏補漏，俗話說的好，活到老，學到老。例如，納米技術在口腔領域的應用：麻醉劑給藥方式的改變、納米技術與人工牙、納米技術與充填材料、納米DNA探針等。總之，納米生物技術的興起，提高了人們對“納米醫學”、“納米牙醫學”等新理念的理解和認知，也為口腔疾病的診斷、治療及材料選用逐步實現納米化展現了廣闊的美好前景。又如，種植牙技術的不斷發展與應用。

口腔科的設備也在不斷發展更新，例如：無線口腔內窺鏡，SD卡口腔內窺鏡等。近年來，隨著人們對美觀要求的提高，口腔牙體美容發展迅速。常見的口腔美容手術包括：牙齒正畸，牙齒矯正，潔牙洗牙，牙齒美白等。

總而言之，無論是技工方向還是臨床方向，最關鍵的是要提高自身的專業素養。口腔行業的發展前景是光明的，只要把握機遇，準確定位，那么就業不是問題，更好的發展只是時間問題。

09口腔1班 41號葉淑燕

第三篇：口腔醫學技術進展論文

新材料新技術帶著口腔往前沖

眾所周知，牙體、牙列缺損、牙列缺失和畸形是人類的常見病、多發病，其主要病因是由齲病、牙周病、外傷、腫瘤和先天畸形引起的。尤其齲病，是危害人類健康的三大疾病之一，也是形成牙體、牙列缺損和缺失的主要原因。據有關統計，我國患齲者齲均為2.47顆牙，總平均齲患率為37.3%。需要治療的人數甚多。因為各種原因引起的牙列缺損，需要義齒修復者眾多。尤其隨著我國人口老齡化，牙體、牙列缺損和缺失病人的比例將日趨增多。所以，口腔修復工作者面臨著越來越艱巨的任務，要盡快培養大批具有一定專業水平和業務能力的口腔修復工作人員，以滿足社會的需要。

口腔醫學技術是近年來發展迅速的學科，隨著現代科技的發展而迅速發展，涉及到眾多學科，與口腔組織學、解剖生理學、口腔生物力學、材料學等密切關聯，由此產生了新的修復方法和技術。二十一世紀的修復技術發生了很大的變化，許多新技術，新方法，新材料都逐步登臺。如計算機輔助設計與輔助制作完成修復體技術（CAD/CAM）；人工種植技術；激光在修復的應用；鑄鈦技術；精密鑄造技術；烤瓷在、鑄瓷技術、全瓷技術等。這些都深刻的影響到口腔醫學技術的發展。

隨著科技的進步，無論是塑料、不銹鋼的出現，還是鑄造技術、微波技術、激光技術及計算機科學的出現，不僅極大改變了人們的社會生活，也同樣促進了口腔醫學技術的發展。隨著人們物質文化水平的提高及科學技術的發展進一步，與信息科學、材料科學、計算機學、機械學及生物醫學緊密結合，口腔醫學技術的發展將更為迅速，高科技已廣泛促進了口腔醫學技術的發展，特別是人工種植牙技術的發展以及計算機輔助（CAD）與計算機輔助制作（CAM）及復合材料的出現與應用，從根本上改變了人們的常規的修復觀念與修復方法，從這些技術的進一步完善，還將進一步促進口腔醫學技術的發展。

口腔醫學技術的發展與高科技的發展緊密相關，鑄造支架及鑄造冠技術改變了鍛造絲及錘造冠的修復技術。其后各種技術的涌現，如金屬烤瓷技術以及延伸的全瓷技術使修復效果發生了很大的變革。精精密附著體技術，如套筒冠技術，栓道技術，球帽技術，磁附著體技術的應用，提高了修復質量，為口腔醫學技術向社會化，工業化發展創造了條件，而人工種植牙技術則從根本上改變了修復方式與觀念，又極大的促進了以各種修復技術的發展，使各種修復附著體技術的應用更加規范化，也更為普遍。

激光在口腔醫學技術領域中的應用，從最開始牙齦軟組織的手術，押題脫敏，發展到激光焊機的成功應用，并逐漸向口內直接焊接以及激光預備基牙及激光測量獲取共同就位道，在口腔醫學技術領域顯示了廣泛前景。隨著研究的進一步深入，激光在口腔醫學技術的廣泛應用也必將影響和促進口腔醫學技術的飛速發展。

當然口腔材料的發展也將極大地促進口腔醫學技術的發展。

材料學是對口腔醫學技術發展影響最大的學科之一，無論是從鈦材的應用時種植技術的成功及鈦支架義齒的應用，還是從甲基丙烯酸甲酯到復合樹脂的應用，以及從烤瓷材料的應用到可鑄造陶瓷材料及可切割陶瓷的應用，口腔應用材料學的發展對口腔醫學技術修復質量的提高起到過不可取代的作用。而納米陶瓷的發展，特別是納米材料在口腔修復的應用，將使材料的生物相容性、強度、韌性、以致重量、耐腐蝕性都極大的該善，必將極大的推動口腔修復的發展，有望

成為理想的口腔修復材料。而金屬材料表面氧化膜的生物改性則增強材料的生物相容性，能獲得更多的生物性修復材料，將使仿生修復成為可能。

鈦在口腔醫學技術中的應用①固定義齒：純鈦的力學性能接近Ⅲ型金合金，適合冠橋修復。鈦冠的加工方法可以用鑄造方法也可用鍛造的方法。有報道鑄造鈦冠的適合性高于鎳基合金全冠。鈦冠橋鍛造的方法是用電火花蝕刻機械加工。②可摘局部義齒:純鈦及鈦合金制作局部可摘義齒支架時鑄造后線性收縮率為

1.8%-2.0%，比鈷鉻合金小，因此具有更好的適應性。純鈦的力學性能較目前常用的鈷鉻合金低，因此在局部義齒支架時，其厚度要高于鈷鉻合金才能達到支架的性能要求，③鈦烤瓷修復：鈦底層冠加工方法有：機床加工、電火花蝕刻、CAD/CAM和鑄造加工。前三種屬于冷加工，對鈦及鈦合金的理化性能影響較小。④牙頜畸形矯治: 鈦合金正牙絲彈性模量低，強度適中，具有良好的回彈性，可多次產生溫和、持久的矯正力，這種矯正力適合生理要求。鈦合金是制作正牙絲較為理想的材料。另外還可用植入顱面骨中的純鈦種植體作頜外支抗，矯正頜骨錯位畸形。純鈦具有優良的生物學性能，由于其強度高，韌性好，比重僅是不銹鋼的一半等優點，優于金合金、鈷鉻合金，更適合制作支架。鈦支架義齒質輕而強度好，其生物相容性好，與口腔軟硬組織均無反應，支架在口內無味，不變色，不過敏，無毒。與采用傳統的鈷鉻合金比較，純鈦支架（托）義齒更加堅固、更薄，重量明顯減輕，金屬對粘膜組織無刺激，患者感覺更舒適，也更有利于咀嚼功能的恢復和口腔組織的保健。特別是全口義齒中應用更是優點突出，患者戴義齒后沒有沉重感。

鈦及鈦合金的鑄造傳統失蠟鑄造技術制作鈦修復體不易取得成功，因為鈦非常活潑，高溫下極易與大氣中或包埋料中的多種元素反應。所以，鈦的鑄造需要有特殊的熱源、專用的 模型材料以及防止鈦表面污染的儀器設備。牙科專用鑄鈦機的溶解氛圍有：真空方式和惰性氣體保護法。惰性氣體分別是氬氣和氦氣。熔解方式有：高頻感應方式和弧熔解法。鑄造方法有：差壓式鑄造法、加壓鑄造法及離心鑄造法。差壓式鑄造法是利用熔金室和鑄造室的壓差使鈦及鈦合金鑄入鑄型腔內的方法。加壓鑄造法是在較低壓力的惰性氣體的保護下熔解鈦料，當熔化的液體鈦及鈦合金流到鑄道口時，從液體鈦及鈦合金的表面加以較高的壓力，使液體鈦鑄入鑄型腔內。此外，鑄鈦使用的金屬坩堝、氧化鋁坩堝和高密度石墨坩堝。金屬坩堝多為銅制坩堝，且多用弧熔解方式。鑄鈦需鑄鈦用包埋料。在鑄鈦過程中還注意: 熔模的厚度不宜少于0.7cm，排氣道的設置、鑄道的設置、鑄型的形式、鑄型烘烤焙燒的溫度及鑄造時鑄型的溫度要求、鑄型的冷卻方式，鑄件的表面處理方法等也與鈷鉻、鎳基等合金相同。

從以上的一系列的新技術新材料中不難發現口腔醫學技術的前進離不開新的技術新的材料的不斷突破。所以有了新的技術，新的材料口腔醫學技術想不進步，想不發展都難啊。

第四篇：航空眼鍛煉技術

航空眼鍛煉技術簡介

航天員在高空長時間作業，視野內可謂空無一物，所看到的只有機艙內的環境。當完成作業著陸后，航天員的眼睛往往很難適應地面的景物，科學上稱為“高空空虛被動近視”。針對這一問題，國家航空視覺研究所發明了“航空眼鍛煉技術”。經航空實驗證明：該方法能消除空虛近視，提高航天員的目視距離。

航空眼鍛煉技術背景

航天員在高空作業，不管觀察視野中照明是強還是弱，是明還是暗，只要視野中沒有足以吸引視覺產生銳利集焦的目標細節存在，兩眼就會發生不自主性調節，即睫狀肌的痙攣緊張程度不自覺加重。處于這種狀態的兩眼，不但有輕度的調節障礙，還合并輕度內集，從而導致空虛被動近視的發生。眼睛在沒有參照物體存在的高空中可引起近視，如果在完全無目標的視野中進行觀察搜索，不但會產生輕度調節和集合，而且還會因失去了兩眼可視的參照物，引起負面的心理反應，嚴重者出現惡心、眩暈和酒醉的感覺。在航天員高空作業完畢后，為消除這種“空虛被動近視” 航天員需進行視覺訓練，以便恢復正常裸眼視力。基于裸眼視力訓練項目的必要性，航空眼鍛煉技術應運而生。

航空眼鍛煉技術原理

“調節”是指一個人轉眼注視不同距離的東西時，每只眼內調節焦點的過程。眼解剖學公認的事實是，這種調節是通過睫狀肌配合晶狀體改變形狀來完成的。睫狀肌的調節晶狀體的能力增加，眼睛的調節能力就會增強。航空眼鍛煉技術在糅合傳統裸眼視力訓練方法的基礎上，通過對睫狀肌運動規律、視網膜成像原理、以及雙眼裸眼視力不均衡的綜合考量，發掘出標準模擬成像距離、標準光標燈運動成像時間的裸眼視力訓練方法。

第五篇：化工技術進展論文

0.0 前言

一個學期的化工技術進展學完了，在這門課程里，各個研究室的老師以講座的形式像我們介紹了他們從事的研究，包括智能粘彈性膠體束及應用、氫能技術、超臨界流體技術應用進展、高性能碳纖維的研發與應用進展、單分子膜及其應用等。這門課程使我對最新的化工技術，以及這些新技術在實際生活生產中的應用有了一個全新的了解。比如方波老師做的智能粘彈性膠體，研究的就是膠體在特定作用下能夠反應出規律，在醫療方面有一定的應用。再比如說高性能的碳纖維，研究的就是新材料，這種材料比一般的碳纖維材料的韌性更強。總的來說這些化工新技術主要圍繞節約能源和提高能源利用率。近年來，隨著人們環保意識不斷增強，綠色化工技術得到了廣泛應用。目前保護環境是我國一項基本國策，化工業作為我國國民的經濟基礎和先導產業，首當其沖該投入環境保護中來，如今綠色化工產品隨處可見，開發綠色化工技術與生產的應用前景越來越廣闊。化學工業對環境的污染越來越引起人們的關注,人們已經深刻認識到,化工生產造成環境污染的根本原因在于人們的環境社會意識和化工工藝的落后。在這種形勢下,人類要求得自身的生存與可持續發展,就必須綜合考慮環保、經濟、社會以及化學工業本身發展的要求。

綠色化工技術的應用正在不斷增多，這些應用包括原料、溶劑、催化劑、多元醇等，及使用低能耗的工藝。發展環保型產品，采用先進技術，實現清潔生產，最大限度地降低三廢排放量。逐步淘汰落后的生產工業，降低原材料消耗，增加節水措施，提高水的重復利用率等。加快化工廢水處理設備、藥劑、廢氣處理設備、排煙設備的系列化、成套化，以提高化工環保產業技術和裝備水平。人類的自然資源是有限的，但智慧是無限，在生產化工產品時要考慮產品是否能夠具有可回收利用性、可處理性或可重新加工性能。例如近年來的有色涂料產品：傳統的涂料產品含有大量揮發性有機化合物（VOC），污染環境，危害人身健康。這些化工新技術的應用能夠使化學工業經濟效益更高，環境污染更少，為社會科技進步做出了貢獻。

碳酸二甲酯的合成工藝

摘要：本文簡要介紹了碳酸二甲酯的基本性質，綜述了碳酸二甲酯的最新合成方法及其應用進展，并概述了碳酸二甲酯的資源化利用空間。

關鍵詞：碳酸二甲酯、合成、應用

1碳酸二甲酯的基本性質

碳酸二甲酯Dimethyl carbonate或 DMC分子式CO(COCH3)相對分子量為90.08, 熔點4 ℃ 沸點90.11℃ 在常溫下是一種無色透明液體可燃微溶于水且能與水形成共沸物 可與醇 醚 酮等幾乎所有的有機溶劑混溶對金屬腐蝕很小由于ＤＭＣ分子結構中含有ＣＨ3Ｏ——、——ＣＯ——、——ＣＯＯＣＨ3等官能團，化學性質非常活潑具有較好的化學反應活性。ＤＭＣ毒性很低是一種符合現代清潔工藝要求的環保型有機化工原料，是重要的有機合成中間體。通常情況，在甲基化和羰基化這一化工生產過程中采用的是硫酸二甲脂，（ＤSＣ）和光氣（ＣＯＣl2）作為首選試劑在醫藥食品添加劑、農藥 聚氨酯以及有機化工等行業具有廣泛用途但這兩種產品都有一定的毒性。在這種情況下，碳酸二甲酯的產生及應用解決了這一問題。另外碳酸二甲酯曾在歐洲被登記為非毒性化學品，是近年來受到世界各國廣泛關注的綠色環保型化工產品，ＤＭＣ在涂料、醫藥、農藥、有機化工原料食品添加劑、抗氧化劑、汽油添加劑以及電子化學品等領域都有廣泛的應用。ＤＭＣ市場前景廣闊應用潛能巨大，是化工領域有機合成的又一新突破[2]。碳酸二甲酯的制備方法

碳酸二甲酯的制備方法通常有光氣甲醇法、甲醇氧化羰基化法、二氧化碳直接氧化法、電化學合成法、酯交換法以及尿素醇解法。目前合成碳酸二甲酯主要有酯交換法和甲醇氧化羰基合成法等。

2.1 酯交換法

酯交換法是采用環氧乙烷C2H4O或環氧丙烷C3H6O與CO2發生反應生成碳酸乙烯酯C3H4O或碳酸丙烯酯C4H6O3，后與甲醇發生酯交換,得ＤＭＣ與乙二醇或丙二醇。這種方法ＤＭＣ收率較高，而且反應條件溫和，腐蝕性較低，反應過程幾乎無毒，易于工業化。可是，這一反應為逆反應平衡趨向于環狀二醇酯一側，故反應轉化率低。并存在單位容積的生產能力低，設備費用高以及能耗高等問題。因此在國內應用生產規模較小。目前國內許多企業采用催化反應精餾來完成這樣工藝，發現單程轉化率顯著提高，酯交換法過程中一般采用固體催化劑，均相反應體系內采用的催化劑是可溶性堿金屬氫氧化物、醇鹽、草酸鹽和有機堿等,如氫氧化鈉、氫氧化鉀等。非均相反應體系內采用的催化劑主要有堿土金屬硅酸鹽、分子篩以及離子交換樹脂等。

此外，酯交換法在當前的研究是采用甲醇ＣＯ

2、環氧烷烴為原料，直接合成 ＤＭＣ，環氧烷烴在催化劑作用下開環生成中間產物，后經 ＣＯ2插入反應生成環狀碳酸酯，在催化劑作用下與甲醇酯交換生成 ＤＭＣ。反應一步完成 該過程中催化劑的選擇與分離精制塔構型和萃取劑的篩選也是一個重要的研究方向，旨在提高轉化率[7]。

2.2 光氣甲醇法

光氣甲醇法這一制備方法是ＤＭＣ最早的合成方法，分如下兩步反應：

→ＣｌＣＯＯＣＨ3 十 ＨＣｌ

ＣｌＣＯＯＣＨ3 十ＣＨ3ＯＨ →ＣＨ3ＯＣＯＯＣＨ3 十 ＨＣＩ ＣＯＣｌ2十ＣＨ3ＯＨ

光氣甲醇法是工業規模生產的主要方法，但原料光氣有劇毒，產品含有氯以及大量的氯化氫，工藝復雜，操作周期長，污染環境，因此限制發展及使用，除了一些生產光氣的企業，也需在安全措施保證條件下才可采用這一工藝[3]。

2.3 甲醇氧化羰基化法

該技術以甲醇、CO和O2為原料，原料價廉易得，理論上甲醇全部轉化為碳酸二甲酯(DMC)，無其他有機物生成,主要有液相、氣相和常壓非均相法三種。甲醇氧化羰基化法有液相法和氣相法兩種工藝路線，２０世紀時期開發的液相法是在銅催化劑體系，氯化亞銅 作用下，在液相甲醇中通入氧氣或空氣和ＣＯ氣，含有催化劑的液相甲醇生成。

ＣｕＯＣＨ3 Ｃ１，然后生成ＤＭＣ和ＣｕＣl。２ＣｕＣl＋２ＣＨ3ＯＨ＋

1Ｏ22→２ＣｕＯＣＨ3Ｃ１＋Ｈ2Ｏ2 ＣｕＯＣＨ3Ｃｌ＋ＣＯ

→（ＣＨ3Ｏ）2ＣＯ＋２ＣｕＣl 這一工藝成熟可靠，安全性較高，排出物不用嚴格的處理，且無劇毒化學品，設備簡單，投資較少，原料費用低。但缺點是設備腐蝕嚴重，產物催化劑分離困難 催化劑易失活等。

氣相法可分為甲醇間接氧化羰基化法和甲醇直接氧化羰基化法，其中間接法以鈀為催化劑，以亞硝酸甲酯為循環溶劑和中間體。1ＣＯ＋Ｏ2＋２ＣＨ3ＯＨ2→ ＤＭＣ＋Ｈ2Ｏ

這一方法成本低，產品質量好，流程簡單，設備腐蝕問題得到一定程度的解決，而且催化劑的再生也得到了解決，單位容積生產能力是液相法的３倍。整個過程無固體原料，容易大型化。再生過程中生成的水可排放，水分和氧不會進入反應器中，避免了一系列副反應的發生和催化劑的氧化，產品產品的收率高，但是亞硝酸甲酯有毒，副產物中的草酸二甲酯易堵塞管道[6]。2.3.1 液相氧化羰基化法

該技術由意大利Ugo Romano等人在長期研究羰基化基礎上于1979年開發成功。1983年，由意大利Enichem Synthesis公司首先在Ravenna實現工業化，初始裝置規模5000噸/年，1988年擴產到8000噸/年，1993年進一步擴大到12000噸/年。1988年日本Dacail公司也采用此技術建成了6000噸/年的工業化裝置。除意大利埃尼公司外，世界上其他幾大化學公司如ICI、Texaco和Dow化學公司等也在競相開發此技術。我國化工部西南化工研究院在上世紀80年代中期也進行了液相法甲醇氧化羰基化技術的開發，并取得階段性成果。液相工藝以意大利埃尼公司為代表，典型工藝包括甲醇氧化羰基化、DMC與甲醇的分離。該技術以氧化亞銅為催化劑，甲醇既為反應物又為溶劑，在淤漿反應器中反應，反應溫度100℃~130℃、壓力2.0~3.0MPa，甲醇、氧氣和氯化亞銅反應生成甲氧基氯 化亞銅，再與一氧化碳反應生成碳酸二甲酯(DMC)。其反應式如下： 2CH3OH＋CO＋1/2O2 ——→(CH3O)2CO＋H2O

該工藝是在一系列連續攪拌反應釜中進行的，氧氣和一氧化碳壓縮至反應壓力后進入反應釜，同時向反應釜送入甲醇和催化劑，進行催化反應得到粗碳酸二甲酯，再經過蒸餾可以得到工業級碳酸二甲酯。該方法甲醇的單程轉化率在32%左右，選擇性按甲醇計近100%，按CO計不穩定，最高達到92%，最低僅60%。然而，該法設備腐蝕性大，催化劑壽命短。液相反應采用的催化劑有氯化亞銅、硒和鈀催化體系，其中以氯化亞銅催化體系實現了工業化[5]。2.3.2 氣相氧化羰基化法

由于液相氧化羰基化法存在設備腐蝕，催化劑易失活等缺點，1986年美國Dow化學公司開發了甲醇氣相氧化羰基化法技術，其化學原理與液相法相同。該技術采用浸漬過甲氧基酮/吡啶絡合物的活性炭作催化劑，并加入KCl等助催化劑，含甲醇、CO和O2的氣態物流在通過裝填該催化劑的固定床反應器時合成碳酸二甲酯(DMC)。反應條件為100℃~150℃，壓力2.0MPa，氣相法避免了液相法的催化劑對設備腐蝕，而且具有催化劑易再生等優點。另外，由于采用固定床反應器，在大型裝置上采用該技術比其他羰基化法有一定的優勢[4]。2.4尿素和甲醇醇解法

采用尿素醇解法制備ＤＭＣ是最近幾年開發的，一種新的工藝路線，用來源廣泛、價格低廉的尿素和甲醇做基本原料，采取催化精餾工藝在尿素醇解制備ＤＭＣ的反應中，能夠有效地移去ＤＭＣ，減少ＤＭＣ在反應器中的聚集，副反應少，ＤＭＣ產率高。從尿素和甲醇出發合成碳酸二甲酯的尿素醇解法一般可以分為間接法和直接法兩種路線。總反應如下： ＮＨ2ＣＯＮＨ2＋２ＣＨ3ＯＨ→ＤＭＣ＋２ＮＨ3 尿素醇解法制備ＤＭＣ工藝生產過程中無水生成，避免了甲醇－水－ＤＭＣ共沸物的形成，后續分離提純更加簡單化。同時此生產過程為均相反應，所需催化劑活性高，選擇性高，壽命長，ＤＭＣ的選擇性幾乎可以達到１００％。反應后的催化劑可以再生，所得副產物氨氣，若和尿素聯產，亦可循環使用，易實現工業化，降低生產成本，是一種可持續發展的環境友好型綠色化工合成工藝。該合成路線反應原料價廉易得而且無三廢產生，整個過程不使用或產生劇毒或強腐蝕性物質。這種制備方法受到研究人士的廣泛關注并成為碳酸二甲酯合成技術新的研究焦點 是一種很有潛力的方法[15]。

2.5 二氧化碳和甲醇直接合成法

二氧化碳與甲醇直接合成制備ＤＭＣ這一方法雖研究廣泛，但并未達到工業化所要求的程度。主要是由于ＣＯ2的活化較困難，反應的熱力學難以控制，催化劑易中毒。ＣＯ2和甲醇直接合成ＤＭＣ反應中根據甲醇相態變化可以分為以下兩種：

２ＣＨ3ＯＨ(l)＋ＣＯ2(g)→ＤＭＣ(l)＋Ｈ2Ｏ(l)２ＣＨ3ＯＨ(g)＋ＣＯ2(g)→ＤＭＣ(g)＋Ｈ2Ｏ(g)在ＣＯ2和甲醇合成ＤＭＣ的反應中，平衡常數和ＣＯ2的平衡轉化率都很小，設計催化工藝技術就是為了打破反應的化學平衡限制，使反應得以順利進行從而提高ＤＭＣ收率。在近臨界或超臨界ＣＯ2壓力使得ＣＯ2既做溶劑，又直接參與反應。由ＣＯ2出發合成 ＤＭＣ，可為化工及石化行業提供綠色產品，在合成化學、碳資源循環利用和環境保護方面都具有重要意義；可使生產過程簡化，生產成本降低，將成為合成碳酸二甲酯的一條新的路徑。該路線尚處于實驗研究探索階段，主要集中在催化劑及工藝路線等方面，是一條經濟綠色的工藝路線[12]。

3.碳酸二甲酯的應用

ＤＭＣ作為一種重要的清潔有機化學試劑使用一方面可替代光氣、硫酸二甲酯、氯甲烷及氯甲酸甲酯等劇毒或致癌物進行羰基化、甲氧基化、甲酯化及酯交換等反應生成多種重要化工產品；一方面以ＤＭＣ為原料可以開發制備多種高附加值的精細化學品，在醫藥、農藥、合成材料、燃料、潤滑油、添加劑、食品增香劑、電子化學品等領域都有廣泛的應用；更為重要的是，由于氧含量高、相容性好，可用作低毒溶劑和燃油添加劑[7]。3.1 農藥產品的合成

國內農藥生產中，常用的甲基化試劑是硫酸二甲酯（ｄｉｍｅｔｈ ｙ ｌｓｕｌｆａｔｅ，ＤＭＳ）和鹵代甲烷；羰基化試劑是光氣。ＤＭＳ和光氣都是劇毒、致癌性的物質，嚴重威脅生存環境。磺草靈是以碳酸二甲酯為原料生產合成的重要農藥產品，它具有良好的殺蟲效果，也是我國農藥出口市場上的主要產品之一。以碳酸二甲酯為原料生產的具有廣泛殺蟲效應的低毒農藥產品－西維因，在我國已投資試驗生產，既安全又清潔，將逐步取代被淘汰的光氣法和異氰酸酯法。3.2 聚碳酸酯

聚碳酸酯是重要的工程塑料，其應用開發是向高復合、高功能、專用化、系列化方向發展，目前已推出了光盤、箱體、包裝、醫藥、汽車、辦公設備、照明、薄膜等多種產品。實現工程塑料的綠色合成，已成為大幅提升碳酸二甲酯產品鏈競爭力的關鍵。一般的方法是以甲基氯為溶劑，使丙二酚與光氣進行反應，改進后的工藝是碳酸二甲酯與苯酚生成碳酸二苯酯，再與丙二酚在熔融狀態下進行酯交換，經脫酚得到聚碳酸酯，避免了光氣的污染問題。3.3 提高汽油的辛烷值

近年來油價逐級攀升，急需開發增大辛烷值的添加劑，由于ＤＭＣ具有高辛烷值在汽油中有良好的可溶性及抗水性，且具有低蒸汽壓及混合分配系數，分子含氧量高達５３％ 是品質極好的汽油添加劑。此外，ＤＭＣ是更為有效的高含氧化合物，同摩爾的ＤＭＣ比甲基叔丁基醚的含氧量高３５％，且ＣＯ排放量較小。ＭＴＢＥ是用異丁烯為原料制造的，但是隨著 ＭＴＢＥ的大量使用，原料異丁烯將不能滿足供應。ＤＭＣ少量添加于汽油中可明顯提高汽車排氣中的氧濃度，而且綠色環保，是一種可持續發展的環境友好型的有機產品，作為汽油添加 劑而日益受到重視[8]。

參考文獻

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