燃料的发展是人类赖以生存的基础和经济发展的动力.人类社会的巨大发展与进步,都与燃料消费的增长密切相关.燃料利用和消费的每一次重大突破,都伴随着科学技术的重大进步,促进社会生产力的大幅度提高,加速了经济的发展,使人类社会的面貌发生根本的变化.人类从远古的钻木取火之后,薪柴燃料作为主要燃料维持日常生活,并使用天然气、化学燃料等燃料促进生产方式的变化. 燃料先后经历了以薪柴为主、以煤为主和以石油为主的时代,现在正在向以天然气为主转变,同时,化石燃料、生物燃料、核能也正得到更广泛的利用.可持续发展、环境保护、燃料供应成本和可供应燃料的形态结构变化决定了全球能源多样化发展的格局.天然气消费量将稳步增加,在某些地区,燃气电站有取代燃煤电站的趋势.未来,在发展常规燃料的同时,新燃料将受到重视. 燃料的发展 柴是最早使用的燃料,透过燃烧成为加热的能源.烧柴在煮食和提供热力很重要,它可让人们在寒冷的环境下仍可生存. 煤是即柴以后的燃料,透过燃烧成为加热的能源.煮食和提供热力很重要. 石油是工业的主要燃料,提炼出来的煤气用于家庭和工业燃料. 天然气是现在大部分使用的燃料,在煮食和提供热力很重要. 煤、石油、天然气是重要的燃料 核能是核发电站的动力 燃烧按形态可以分成 固体燃料（如煤、炭、木材）； 液体燃料（如汽油、煤油、石油）； 气体燃料（如天然气、煤气、沼气）； 按类型可以分成 化石燃料（如石油、煤、油页岩、甲烷、油砂等）； 生物燃料（如乙醇【酒精】、生物柴油等）； 核燃料（如铀235、铀233、铀238、钚239、钍232等） 指能产生核能的物质,如铀、钚等. 一、固体燃料 柴是最早使用的燃料,透过燃烧成为加热的能源.烧柴在煮食和提供热力很重要,它可让人们在寒冷的环境下仍可生存. 二、液体燃料 石油提炼出来的煤气用于家庭和工业燃料 三、气体燃料 沼气是农村主要燃料 四、生物质能 生物质能是指能够当做燃料或者工业原料,活着或刚死去的有机物.生物质能最常见于种植植物所制造的生质燃料,或者用来生产纤维、化学制品和热能的动物或植物.许多的植物都被用来生产生物质能,包括了芒草、柳枝稷、麻、玉米、杨属、柳树、甘蔗和棕榈树等. 燃料的发展史直接影响人类的发展史. 燃料利用的重大突破出现在18世纪后半叶,1785年蒸气机的问世,把热能转换为机械能,推动了产业革命.机械化大工业生产的迅猛发展,促使能源由薪材燃料转向了化石燃料,首先是煤炭消耗量的迅速增加.19世纪中叶以后,内燃机的发明和火力发电厂的发展,以及钻探技术的提高,石油和天然气得到广泛应用.目前,人类社会生产和生活进入了气体燃料时代,对气体燃料的需求量日益增长.由于产生气体燃料的一次能源主要是煤和石油,都是非再生能源,长期强行开采势必使之日渐枯竭,燃料的开发利用必须走多样化的道路.本世纪50年代,继原子能技术在军事上应用后,实现了核裂变技术在工业中的应用.核电站的建立和核燃料的使用是能源利用发展史上一次重大的技术革命,为人类社会稳定发展打下坚实的物质基础.随着科学技术水平的提高,天然气、化石燃料、生物燃料等新燃料必将得到充分的合理开发和利用,尤其是受控核聚变若能实现的话,将为人类提供无穷无尽的能量.人类离不开燃料.燃料是人类生存、生活与发展的主要基础.燃料的发展在人类社会进步中一直扮演着及其重要的角色.燃料的发展都伴随着人类生存与社会进步的巨大飞跃.几千年来,在人类的燃料利用史上,大致经历了这样四个里程碑式的发展阶段：原始社会火的使用,先祖们在火的照耀下迎来了文明社会的曙光进； 未来对燃料发展的要求 有足够满足人类生存和发展所需要的储量,并且不会造成影响人类生存的环境污染问题. 未来对燃料的需求 未来的人类社会依然要依赖于燃料,依赖于燃料的可持续发展.因此,我们须现在就很清楚地了解地球上的燃料储量,发展必须开发的新燃料利用技术,才能使人类的生存得于永久维持. 世界能源结构先后经历了以薪柴为主、以煤为主和以石油为主的时代,现在正在向以天然气为主转变,同时,核能也正得到更广泛的利用. 随着世界燃料新技术的进步及环保标准的日益严格,未来世界燃料将进一步向清洁化的方向发展,不仅燃料的生产过程要实现清洁化,而且燃料工业要不断生产出更多、更好的清洁燃料,清洁燃料在燃料总消费中的比例也将逐步增大. 世界燃料加工和消费的效率差别较大,燃料利用效率提高的潜力巨大.随着世界燃料新技术的进步,未来世界燃料利用效率将日趋提高,燃料强度将逐步降低.
燃料的合理利用与开发：
1、要有充分的氧气。因为氧气是助燃剂，从而减少一氧化碳的产生，使燃烧充分利用；
2、要达到足够的燃烧温度。升温能加快化学反应速率；
3、燃料与空气要有足够大的接触面积。接触面积越大，单位时间内燃烧的数量越多；
4、充分的燃烧时间和空间，可将固体燃料变成粉末状固体；
5、改善内燃发动机的结构和材质以适应燃烧。使结构能更加符合燃烧的要求。
合理利用措施分析：
1、保证良好的润滑，减少因摩擦而损失的能量；
2、使用合适的燃料，提高燃料的利用率；
3、不可避免损失的热量，可用于加热水等其他用途；
4、改进热机的结构和性能，减小热量的损失。作为石油等能源物质的严重匮乏而又必须面临的严峻事实，提高燃料的利用率的问题就显得尤为重要。
1. 木质生物能源利用技术研究 刘守新,李海潮,张世润 文献来自: 中国林副特产 2001年 第03期 caj下载 pdf下载 木材是生物能源的主体,开展木质生物能源利用技术研究工作具有非常重要的理论及现实意义。 1木质生物能源 木材是生物能源的主体,它是最古老的能源物质。 20世纪 70年代以来,世界上很多国家都对木质生物能源的利用给予 ... 被引用次数: 7 文献引用-相似文献-同类文献 2. 我国未来可再生能源开发利用的战略思考 李俊峰,王仲颖,梁志鹏,时景丽 文献来自: 中国能源 2004年 第03期 caj下载 pdf下载 我国也应加大可再生能源的开发利用量。4.4开拓新的经济增长领域的良好机遇可再生能源的开发利用主要是使用当地资源和人力物力,对促进地区经济发展具有重要意义,同时快速发展的可再生能源和新能源也是一个新的经济增长领域。我国太阳能热水器 ... 被引用次数: 7 文献引用-相似文献-同类文献 3. 一种新型生物塑料(phb)的研究进展和开发前景 郭秀君,于昕 文献来自: 生物工程进展 1997年 第05期 caj下载 pdf下载 一种新型生物塑料(phb)的研究进展和开发前景郭秀君于昕(山东大学微生物学系塑料作为高分子聚合物成为现代社会不可缺少的重要材料。塑料制品在国民经济各部门发挥着重要作用。但这类化学合成的高分子不能被生物降解。所以一旦 ... 被引用次数: 25 文献引用-相似文献-同类文献 4. 21世纪的新能源及其开发和利用 韩志萍,霍文兰 文献来自: 榆林学院学报 2003年 第01期 caj下载 pdf下载 包括氢能、太阳能、生物质能、风能、地热能、海洋能等,了解其在世界范围内的开发和利用的现状和前景,对我国的能源开发与建设是很有借鉴意义的。[1]中国科学院化学学部展望21世纪的化学[m ] ... 被引用次数: 3 文献引用-相似文献-同类文献 5. 能源的开发利用与节能 梁荣光,简弃非,翁仪璧,许石嵩 文献来自: 内燃机 2001年 第06期 caj下载 pdf下载 今后应加大开发力度。核能是一种量大、洁净而廉价的能源。一些工业发达的国家都把它作为一种主要能源来开发利用 ,如日本占 2 5 %。价格以日本为例 ,利用核能、煤、天然气、重油发电 1 k w? h的价格依次为 1 2 , ... 能源的开发利用与节能@梁荣光$华南理工大学交通学院!广东广州510640 @简弃非$华南理工大学交通学院 ... 被引用次数: 2 文献引用-相似文献-同类文献 6. 细菌磁的生物技术开发和利用 任修海 文献来自: 生物学杂志 1995年 第01期 caj下载 pdf下载 这样即有可能将有关的基因或基因组转移到其它细菌或高等动植物以进行更大规模的生物磁生产,从而促进进一步的开发和利用细菌磁的生物技术开发和利用@任修海$上海大学生物工程系 ... 被引用次数: 2 文献引用-相似文献-同类文献 7. 国内外能源植物资源及其开发利用现状 能源是人类活动的物质基础。在某种意义上讲，人类社会的发展离不开优质能源的出现和先进能源技术的使用。在当今世界，能源的发展，能源和环境，是全世界、全人类共同关心的问题，也是我国社会经济发展的重要问题。 “能源”这一术语，过去人们谈论得很少，正是两次石油危机使它成了人们议论的热点。能源是整个世界发展和经济增长的最基本的驱动力，是人类赖以生存的基础。自工业革命以来，能源安全问题就开始出现。在全球经济高速发展的今天，国际能源安全已上升到了国家的高度，各国都制定了以能源供应安全为核心的能源政策。在此后的二十多年里，在稳定能源供应的支持下，世界经济规模取得了较大增长。但是，人类在享受能源带来的经济发展、科技进步等利益的同时，也遇到一系列无法避免的能源安全挑战，能源短缺、资源争夺以及过度使用能源造成的环境污染等问题威胁着人类的生存与发展。 那么，究竟什么是“能源”呢？关于能源的定义，目前约有20种。例如：《科学技术百科全书》说：“能源是可从其获得热、光和动力之类能量的资源”；《大英百科全书》说：“能源是一个包括着所有燃料、流水、阳光和风的术语，人类用适当的转换手段便可让它为自己提供所需的能量”；《日本大百科全书》说：“在各种生产活动中，我们利用热能、机械能、光能、电能等来作功，可利用来作为这些能量源泉的自然界中的各种载体，称为能源”；我国的《能源百科全书》说：“能源是可以直接或经转换提供人类所需的光、热、动力等任一形式能量的载能体资源。”可见，能源是一种呈多种形式的，且可以相互转换的能量的源泉。 确切而简单地说，能源是自然界中能为人类提供某种形式能量的物质资源。 通常凡是能被人类加以利用以获得有用能量的各种来源都可以称为能源。 能源亦称能量资源或能源资源。是指可产生各种能量（如热量、电能、光能和机械能等）或可作功的物质的统称。是指能够直接取得或者通过加工、转换而取得有用能的各种资源，包括煤炭、原油、天然气、煤层气、水能、核能、风能、太阳能、地热能、生物质能等一次能源和电力、热力、成品油等二次能源，以及其他新能源和可再生能源。 分类 能源种类繁多，而且经过人类不断的开发与研究，更多新型能源已经开始能够满足人类需求。根据不同的划分方式，能源也可分为不同的类型。 1、按来源分为3类：地球本身蕴藏的能量 通常指与地球内部的热能有关的能源和与原子核反应有关的能源。 ①来自地球外部天体的能源（主要是太阳能）。除直接辐射外，并为风能、水能、生物能和矿物能源等的产生提供基础。人类所需能量的绝大部分都直接或间接地来自太阳。正是各种植物通过光合作用把太阳能转变成化学能在植物体内贮存下来。煤炭、石油、天然气等化石燃料也是由古代埋在地下的动植物经过漫长的地质年代形成的。它们实质上是由古代生物固定下来的太阳能。此外，水能、风能、波浪能、海流能等也都是由太阳能转换来的。 ②地球本身蕴藏的能量。如原子核能、地热能等。 ③地球和其他天体相互作用而产生的能量。如潮汐能。温泉和火山爆发喷出的岩浆就是地热的表现。地球可分为地壳、地幔和地核三层，它是一个大热库。地壳就是地球表面的一层，一般厚度为几公里至70公里不等。地壳下面是地幔，它大部分是熔融状的岩浆，厚度为2900公里。火山爆发一般是这部分岩浆喷出。地球内部为地核，地核中心温度为2000度。可见，地球上的地热资源贮量也很大。 2、按能源的基本形态分类，有一次能源和二次能源。前者即天然能源，指在自然界现成存在的能源，， 文秘杂烩网
在当今能源越来越缺少的社会上，能源与节能技术是不可缺少的。下面我给大家分享一些能源与节能技术论文，大家快来跟我一起欣赏吧。
新能源汽车节能技术的应用
摘 要 伴随着第二次工业革命发展，汽车行业如雨后春笋迅速的成长，但汽车在给人们出行带来方便的同时资源和环境也付出了巨大的代价。汽车的生产和使用需要大量的钢材和石油，而制成钢材的原材料和石油是不可再生资源，因此面对汽车的大量生产这些不可再生的能源将会逐步的枯竭。所以对新能源汽车的开发与节能技术的研究对减少使用不可再生资源有重大的意义。
关键词 新能源车;节能技术;应用
中图分类号TU5 文献标识码A 文章 编号 1674-6708(2013)95-0191-02
0引言
当今社会经济和科技在不断的快速发展的同时能源消耗太大造成能源不断的枯竭与环境污染严重等问题日益明显。如今全世界各个地方都在提倡节能、减排。绿色环保则成了当今社会上的主体。如今汽车行业已经成为世界上最大的能源消耗和污染行业之一。而要解决能源消耗与环境污染问题就应该先从汽车行业抓起，减少能源消耗和污染。
1汽车的节能技术
1.1混合动力技术
混合动力一般指由汽油、柴油与电能混合在仪器所形成的动力。这项技术的关键是混合动力系统。混合动力系统关系着整个车的性能。再经过多年混合动力研究的基础上，将原来的点火装置转变为由电动马达作为发动机的辅助动力来驱动汽车。由原来的离散结构向着一体化结构发展。也就是将发动机和电机与变速箱结合在一起。在启动的时候辅助发动机的电动马达可以产生很强的动力，也可以在汽车高速平稳的行驶时间段内减少发动机的出力减少油耗。而且混合动力技术能够对能量进行回收。在制动的时候，能够对热量进行转变吸收。
混合动力技术的分类可分为两类一是联结方式二是混合度;联结式分类是根据混合动力的驱动方式进行分的，其中联结式分类又分为了3种：1)串联式混合动力系统是由电能转化为动能从而驱动车轮转动，其中的电力是由内燃机带动发电机来引起的;2)并联式的混合动力系统区中的驱动系统内有两套，并且两套的驱动系统能够可以相互协调来共同完成驱动车辆，当然也可以使用单独的驱动系统来驱动车辆。这样的并联式混合驱动系统能够使车辆适用于更为复杂的路况;3)混联式混合驱动系统可以根据不同的路况来临时调节内部机器的输出功率的原因是因为它的内部中的内燃机和电机有自己的一套机械变速箱而且混合动力系统还可以分为以下4类：1)微混合动力系统该系统可以有效的防止电动机的不运转从而增加油耗和对环境的污染。对发动机的启动和停止进行控制;2)轻混合动力系统，而这种系统的主要代表是皮卡车;3)中混合动力系统动力系统采用的是高压机比低混合动力系统更加的灵敏;4)完全混合动力系统的混合度达到50%是未来逐步发展的方向。
1.2高效汽油机、柴油机技术
汽车节能的关键是内燃机的技术。在内燃机节能技术方面，应该从这几个方面讨论， 第一是汽油机直喷技术，稀薄和分层燃烧技术;第二是柴油机的高压喷射技术;第三是柴油机的多次喷射技术;第四是可变气门技术;第五是废气涡轮增压技术。
1.3高效载重汽车的发动机技术
目前我国载重汽车品种少，技术还很落后。发展高效的载重汽车，是在现代物欲横流的形势下，提高运输的效率，降低汽车用能源消耗的重要一步。因此，国家应重点支持这种高效载重汽车的开发和产业化发展。
1.4轿车、轻型车的柴油化技术
实现节能的重要途径是柴油化，随着汽车以很快的速度进入家庭，我们应该十分注重这项技术。不断的开发而且要有质量的保证。这样的话就减少了对能源的开发。实现了节能减排。
2新能源汽车节能技术的应用
2.1混合动力汽车
混合动力一般指由汽油、柴油与电能混合在仪器所形成的动力车型。这样能有效的改善燃油和功率输出低的车型。根据其不同，主要又可以分为汽油混合动力和柴油混合动力两种。他的优点是：1)采用混合动力后可以增加汽车内部机器功率的输出和减少耗油量。当大功率内燃机功率不足时，可由电池来补充，同时电池也可以得到充电，所以其行程和普通汽车是一样的;2)因为使用电池，可以方便地回收以便循环使用;3)在市中心人流量大的地方，完全用电池单独驱动，实现“零”排放;4)可以在现有的加油站加油，不必再投资建设新的加油站;5)用户可以让电池在延长寿命和降低成本的基础上保持良好的工作状态。
2.2纯电动汽车
纯电动汽车是直接采用电机作为驱动器，是全部以电力作为汽车的驱动力这种车的难点在于电力的储存技术。传统汽车消耗石油等不可再生能源造成能源消耗和环境污染，而电能可以从核能、水力和风力等可再生能源中获得且无污染。电动汽车还可以利用在其空余的时间进行充电，使发电设备日夜都能充分使用，大大提高它的行驶效率。由于这些优点，电动汽车的应用成为汽车工业的一个非常关心的问题。对于电动车而言由于建设成本高且基础设施不是一个独立的企业就能够完成的，需要各个企业联合起来与当地政府部门一起努力，才可能大规模的推广。这使得电动汽车的价格非常的高昂，但是与混合动力汽车相比较来说电动汽车的技术简单而且成熟且操作方便，且只要有足够的电力就能驱动汽车且充电方便。但是不足就是电动车所使用的蓄电池的蓄电能力不足存储的电量少，且构建电池的原材料成本高还没有形成一定的经济规模，所以购买价格高。
2.3燃料电池汽车
燃料电池汽车是以液化石油气(LPG)和压缩天然气为燃料，采用先进的电子控制技术和高性能的污染净化装置来减少污染。而且经过有机材料的化学反应产生的电流作为汽车的驱动力。
近年来燃料电池技术已经取得了重大的突破。燃料电池汽车，零排放，而且减少了机油泄漏带来的水污染和温室气体的排放等问题，还提高了燃油经济和发动机燃烧效率，运行平稳，没有噪声。
2.4氢动力汽车
氢动力汽车是真正实现零排放的，排放出来的是纯净水，没有任何污染。
但是氢燃料电池成本高，而且发展氢燃料的存储和运输按照技术条件很难实现，还有就是氢气的提取需要通过电解水，否则就不能从根本上降低二氧化碳排放。
这项技术虽然实施起来困难，但是随着新能源技术的不断发展，一定会得以解决实现。
3发展前景
随着国家政府部门的不断指引，各项政策的不断支持，新能源汽车的应用有很大的发展前景，新能源汽车节能技术的应用也会越来越广泛，并且应用在人们的日常生活中，给人们的生活带来很大的便利。通过不断的发展新的技术，以最低的成
本换取最大的经济效益，也将会引领新能源汽车走上一个更新，更广阔的台阶。
4结论
科学技术永远是第一生产力。汽车的迅猛发展，人们素养的不断提高，在大力提倡生态文明建设，打造美丽中国的时代背景下，人们对环境的要求会越来越高。
更加环保的的汽车会越来越受到人们的欢迎。而新能源的开发会越来越重要，那么新能源汽车节能技术的应用会越来越广阔，越来越受到人们的重视。
时代总是在不断的发展，科技也不断在进步。新能源汽车节能技术的应用将会备受重视。
参考文献
[1]史永基，高雅利，王宇炎.新能源节能技术研究进展，2011(7).
[2]__达，望义熙，周世权.汽车电器的研究，2010(11).
[3]李大胜，吕明，石怀荣.湖南工程学院学报，2011(2).
[4]邵毅明.汽车新能源与节能技术，2008-3-1.
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洁净新能源有绿色能源之称，它的最大特点是燃烧或使用后不造成环境污染，有利于维持生态平衡。发展洁净新能源是未来能源业建设的发展方向。这里着重介绍生物技术特别是微生物技术在开发洁净新能源方面的应用研究所取得的成果。一、发展新型燃料电池燃料电池使用气体燃料（如氢、甲烷等）与氧气直接反应产生电能，其效率高、污染低，是一种很有前途的能源利用方式。传统燃料电池使用氢为燃料，而氢气不易制取又难以储存，致使燃料电池成本居高不下，美国宾夕法尼亚大学研究人员设计出以甲烷等碳氢化合物为燃料的新型电池，其成本大大低于以氢为燃料的传统燃料电池。研究人员曾尝试用便宜的有关碳氢化合物为燃料，但化学反应的“残渣”很容易积聚在镍制的电池正极上导致断路，而使用铜和陶瓷的混合物制造电池正极，解决了“残渣”积聚问题。新研制的燃料电池可用甲烷、乙烷、甲苯、丁烯、丁烷等5种碳氢化合物做燃料源，可以通过微生物发酵途径生产甲烷等碳氢化合物，成为研制新型燃料电池较为丰富而广泛的原料来源。目前这种新型燃料电池的能量转换效率还较低，有待进一步研究改进提高。二、开发军民两用的生物能源不论军用的兵器如机动装备大部分，或是民用的汽车等交通工具均以汽油、柴油为燃料、若用氢气作燃料更为理想，其特点：（1）洁净，不污染环境；（2）热效率高，约是汽油的3倍；（3）生物制取氢气有潜力。正因为如此，充分利用生物技术生产氢气将大有可为。如用一种红假单胞菌（Rhodopseudomonassp）为生产菌，以淀粉为原料生产氢气取得良好效果，每消耗1克淀粉可产氢气1毫升。用氢和其他少量燃料混合可替代汽油、柴油。乙醇也是一种洁净生物燃料，用途广泛，可用来替代汽油和柴油。日本、加拿大等国家用基因技术建构的“工程酵母”以其高产酶的活力，酶解纤维素制取乙醇；也有建构的“工程大肠杆菌”能将葡萄糖有效地转化成乙醇；这类乙醇均可替代汽油或柴油使用，随时为机动装备提供大量生物燃料。其实，产氢、产乙醇的生物不仅有细菌或“工程菌”，而且某些藻类或其他微生物均有生产氢或乙醇的能力。美国加州大学等研究人员发现一种叫莱因哈德衣藻（Chlamydomonasreinhadtii）的绿藻（真核生物）具有持续大量产氢能力。关键在于控制其生长环境，从生长营养液中去除硫素，在此情况下藻体停止了光合作用、不产氧；在无氧条件下藻体必须以其它途径产生腺茸三磷酸酯维所需要的能量，利用所贮存的能源以实现其最终产氢的目的。一般说，这种天然藻产氢量很低，为此，一方面控制其生长所必需的或障碍生长的关键因素；另一方面，采用分子遗传技术改造藻的特性，以提高其产氢能力。由此可见，充分利用各种生物开发军民两用的洁净生物能源是有潜力的。三、微型绿藻是索取氢能的最廉价途径上面已提到绿藻和微生物产氢途径，这里强调微型绿藻制取氢气的前景，科学家预测，当石油和天然气耗尽时，氢气也许是一种较为理想的能源。关键在于找到一种廉价产氢的方法。有专家认为，利用普通池塘绿藻的产氢能力或许是个最实际的选择---经济实用，分布广。绿藻这种微型低等植物繁殖快，全世界到处都有它的分布，它在有水、阳光的条件下具有制造氢气的能力。在人工控制下可迫使绿藻按要求生产氢气，有实验研究报告指出，一升绿藻培养液每小时可产氢3毫升，还需进一步提高产氢效率。注意两点：（1）运用基因工程技术改进这种产氢系统，有可能使氢气产量增加10倍或更高些；（2）细胞固定化技术的应用，有可能提高微型绿藻持续产氢能力。在德国、加拿大、日本等国家为实现“洁净氢能源”的开发计划，积极建立“产氢藻类农场”，为实现氢能源规模生产做出巨大努力。加拿大已建成每天生产液态氢10吨的工厂；日本把产氢藻和光合细菌的高效产氢列为研究重点，将研制用于火箭发动机使用的冰糕状“脂膏氢”，以提高火箭发射推力。美国期望到2030年把氢能源作为美国一种主要能源。看来，微型绿藻和光合微生物生产氢能源将大有开发之势。四、充分利用有机垃圾或有机废水为原料生产氢能源日本北里大学研究人员用生活垃圾制取氢气取得良好效果，产率颇高，可将氢气不仅直接作洁净能源使用，而且为燃料电池的开发提供优质原料，更为经济实用，具有潜在的开发优势。研究人员选用一种厌氧性细菌即一种“梭菌”AM21B菌株，与加水研碎的剩菜、鱼骨等生活垃圾混合在一起，于37℃下发酵生产氢气，所得实验结果表明，每1公斤生活垃圾可获49升氢气；制氢后所余下的生活垃圾呈糊状，无臭味，可进一步实现资源化，使之成为农田有机肥料如堆肥。据称，日本研究人员为制取氢气的生活垃圾可循环利用，还研制新型“发酵设备”更有利于提高生活垃圾制氢效力。我国哈尔滨建筑大学研究人员已建立以厌气活性污泥为原料的有机废水经微生物发酵法生产氢的技术。有几个特点：（1）发酵法未采用纯菌种；（2）未用细胞固定化技术可持续产氢；（3）制氢系统工艺运行稳定；（4）所获氢的纯度高；（5）制取氢的产率比国外同类小试验高几十倍。目前已进入中试规模的连续产氢，其量可达每立方米产氢5.7立方米，纯度达到99％。有望进入工业化生产，为氢能源的开发提供一条可行的生物途径。五、以CO2废气为原料开发新能源来源广泛的CO2既是重要温室气体之一，也是化工原料，当CO2的释放与吸收未达到动态平衡时必然给生态环境产生不良后果。为此，CO2作为一类废气如何进一步转化，实现资源化的研究有着重要意义。其中将其实现能源化是值得注意的研究课题。至少可采用化学方法和生物方法使CO2转化能源。（一）、化学方法利用催化剂：用高效催化剂沸石，约99%的活性铝颗粒表面吸附铑、锰，按CO2与氧的比例为1∶4,300℃、1个大气压条件下，至少90%的CO2可转化为甲烷，若10个大气压时，其转化率可达100%。当然也有一个降低氢、铑的成本问题。所获得的甲烷不仅提供能源和化工原料，同时包括CO2在内减轻温室效应发生带来好处。（二）、生物方法利用藻类：前面已提到藻类特别是那些微型单胞藻不论是原核的或是真核的，它们是吸收CO2进行光合作用生产绿色新能源最有效途径。大量微型藻增殖过程中充分利用CO2，在光照条件下合成有机物将太阳能储存起来，其藻体生物量称得上是个巨大的“储能库”，因此，将其制作固体燃料或者说干燥燃料是可行的，英国将它用于发电；也可用各类藻体包括海藻在内的生物量为原料，通过发酵途径制取甲烷及其它能源；微型藻细胞固定化连续产氢能也是可取的。正因为各种藻类所表现特定功能，既是“储能库”，又是“供能库”，从中可获取所需要的洁净能源。因此有专家预计，利用CO2制造生物能源特别是氢能将是本世纪大有希望而较为理想的能源供应。六、微生物发酵生产乙醇大有可为乙醇俗称酒精，既用于医药、化工，又是未来要发展的一类无污染的洁净能源，也是重要再生能源之一，具有燃料完全、效率高、无污染等特点。用它稀释汽油所配制成“乙醇汽油”，替代含铅汽油，功效可提高15％左右。据报道，巴西已改装“乙醇汽油”或酒精为燃料的汽车达几十万辆，大大减少大气污染。既然乙醇用于汽车燃料显示其优越性，那么如何采用最佳途径来生产乙醇呢？其中采用最经济而实用的办法制取乙醇有两方面值得认真考虑：一是利用废弃的农业秸秆为原料生产燃料乙醇；二是培植绿藻生产乙醇。就前者而言，秸秆在全球是一类量大面广的作物废弃物，我国每年有6.5亿吨秸秆的产出，直接燃烧污染环境，如果利用这些秸秆哪怕是一部分生产燃料乙醇的话，那是一件利国利民的事，有利于保护生态环境。如果利用乙醇作为汽油添加剂来代替现用的含铅汽油添加剂---甲基叔丁基醚（MTBE）的话，那么不论是改造汽油提高效率或是保护生态环境是非常有益的，很有商业潜力。2年前在美国燃料用乙醇达413万--586万吨，约占美国乙醇消费量的83％-87％；目前我国燃料乙醇生产及市场都是空白。然而，乙醇作为一种有效的汽油含氧添加成分是有其优越性的，在美国，有8％的含氧物汽油中所添加的含氧物是乙醇，而现在MTBE的替代物只有乙醇。有报道指出，美国加州至少有1万处地下水受到渗漏的MTBE污染，全美国则有14％的饮水井被污染，而MTBE是动物的致癌物，对人体健康也有潜在的危害。政府一方面禁止汽油中使用MTBE添加剂；另一方面积极发展乙醇作为其替代物的生产。美国加州一个州今后2年每天需要乙醇达3.5万桶（注：美制1桶＝31．5加仑），5年后需求量将为9.5万桶。为此，美国的乙醇生产商已在扩大乙醇的生产能力；无疑，MTBE的禁用给乙醇工业带来无限商机。从此也可以看出，把握开发燃料乙醇的商机正是发展绿色新能源的必需。在我国，有条件，有能力，也有技术充分利用废弃的各类秸秆实现资源化或能源化是完全可能的。每年只要从6.5亿吨秸秆中利用1亿吨来生产燃料乙醇的话，那么乙醇产量可达2000万吨。据有关专家对其经济评估，认为以秸秆为原料生产乙醇的成本低于用粮食发酵生产乙醇的成本；而高于炼油厂生产汽油的成本，但与汽油添加剂MTBE相比更显示其竞争力。尽管秸秆生产燃料乙醇有它一定特色和优越性，但对其生产工艺和效力尚需作进一步探究。至于绿藻制取乙醇与传统微生物发醇途径生产乙醇是大不相同的。绿藻是一类自养型真核生物，其中如单细胞小球藻用来开发新能源很有潜力。日本一家公司的研究小组从表层海水中获得一种叫Tit－1的海藻新品种，类似小球藻（直径约10μm），白天它与普通植物一样在光照条件下将CO2转化为淀粉贮藏起来，还能在弱光或厌氧条件下将淀粉转化为乙醇，有其特点：不会造成环境污染，能吸收大气中CO2，大大减轻温室效应，并获得乙醇产品。这种自养型与异养型的有机结合生产乙醇是个典型实例，具有独特的优越性。总之，上面提到的六个方面不论以何种形式获得各种不同的燃料或能源，作为一类不污染环境的一代洁净生物燃料或生物能源均有“绿色能源”之称，是未来能源建设的发展方向。现代文明进步，人类的生存与发展，迫切需要洁净新能源和无污染的生态环境，它们彼此之间是紧紧联系在一起的。可以预料，21世纪随着各项建设的需要和科技进步，绿色能源必将得到进一步发展。
燃料电池的演化及发展探析摘要：对燃料电池的工作原理进行了详细的分析；对其演化过程进行了简述；对其最新技术进行了详细的研究；对国内燃料电池技术的发展提供了参考意见。关键词：燃料电池；碱性燃料电池；磷酸型燃料电池；熔融碳酸型燃料电池；固体氧化物燃料电池；直接醇类燃料电池；固体高分子膜燃料电池随着工业化过程的进一步加强，大气中二氧化碳的排放量和污染程度加剧，导致了温室效应越来越明显，因此环保问题引起了各国政府的重视。为此，绿色能源技术引起了各国的普遍关注，并且正在逐步成为一种趋势。经过了各方的互相协作和努力，燃料电池技术正日趋成熟。作为一项重要技术，从本质上讲，它是一种电化学的发电装置，等温地按电化学方式，直接将化学能转化为电能而不必经过热机过程，不受卡诺循环限制，因而能量转化效率高，且无噪音，无污染，因此正在成为理想的替代能源。1 燃料电池的演化过程1．1 燃料电池的演化过程燃料电池是一种新型的无污染、高效率汽车、游艇动力和发电设备，在本质上是一种能量转化装置。1839年，格罗夫发表了第一篇有关燃料电池研究的报告。1889年，蒙德和朗格尔采用了浸有电解质的多孔非传导材料为电池隔膜，一铂黑为电催化剂，以钻孔的铂或金片为电流收集器组装出燃料电池。但此后的一段时间里，奥斯卡尔德等人在探索燃料电池发电过程的实验都因为反映速度太慢而使实验没有成功。与此同时，热机研究却取得了突破性进展并成功运用而迅速发展。因此燃料电池技术在数十年内没能取得大的进展。直到1923年，由施密特提出了多孔气体扩散电极的概念，在此基础上，培根提出了双孔结构电池概念，并成功开发出中温度培根型碱性燃料电池。以此为基础，经过一系列发展，这项燃料电池技术得到了突飞猛进的发展。在20世纪60年代由普拉特一惠特尼公司研制出的燃料电池系统，并成功应用于宇航飞行，使得燃料电池进入了应用阶段。1．2 燃料电池的基本工作原理燃料电池是一种能量转化装置，它就是按电化学原理，即原电池工作原理，等温地把贮存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能，因而实际过程是氧化还原反应。从本质上说是水电解的一个“逆”装置。电解水过程中，通过外加电源将水电解，产生氢和氧；而在燃料电池中，则是氢和氧通过电化学反应生成水，并释放出电能。因此，燃料电池的基本结构与电解水装置是相类似的，它主要由4部分组成，即阳极、阴极、电解质和外部电路。其阳极为氢电极，阴极为氧电极。通常，阳极和阴极上都含有一定量的催化剂，目的是用来加速电极上发生的电化学反应。两极之间是电解质，电解质可分为碱性型、磷酸型、固体氧化物型、熔融碳酸盐型和质子交换膜型等类型。燃料电池的工作原理如下(以磷酸型或质子交换膜型为例)：(1)氢气通过管道或导气板到达阳极；(2)在阳极催化剂的作用下，1个氢分子解离为2个氢离子，即质子，并释放出2个电子；(3)在电池的另一端，氧气(或空气)通过管道或导气板到达阴极，同时，氢离子穿过电解质到达阴极，电子通过外电路也到达阴极；(4)在阴极催化剂的作用下，氧与氢离子和电子发生反应生成水；与此同时，电子在外电路的连接下形成电流，通过适当连接可以向负载输出电能。1．3 燃料电池的特点由上所述可知，燃料电池在本质上是电化学转化装置，它能够通过电化学过程直接将化学能转化为电能和热能，因而具有如下优点：1)干净清洁。利于环保，可减少二氧化碳的排放；无噪音，并自给供水；2)高效。由于其转化过程没有经过热机过程，因此效率高。3)适用性。由于污染小，无噪音，可靠，可使用于终端用户，因而可减少各种损失，并节省设备投资。4)可调制性。由于它是组合的结构，因而可以调节，以满足需求。5)燃料多样性。由于燃料可以是氢气、天然气、煤气、沼气的功能碳氢化合物燃料。基于以上特点。燃料电池成为绿色能源技术发展的重点。成为本世纪最有发展前途的技术之一。2 国内外燃料电池的最新进展2．1 碱性燃料电池（AFC）AFC技术是第一代燃料电池技术，已经在20世纪60年代就成功地应用于航天飞行领域。它是最早开发的燃料电池技术。目前德国一家公司开发的AFC在潜艇动力实验上获得了成功。国内对AFC的研究工作是从20世纪60年代开始的，主要是集中在中科院的下属研究机构。武汉大学和中科院长春应化所在上世纪60年代中期即开始对AFC进行基础研究。上世纪70年代，由于航天工业的需求，天津电源研究所研制出lkW AFX2系统。与此同时，A型号(即以纯氢、纯氧为燃料和氧化剂)、B型号(即以N2H4分解气、空气氧为燃料和氧化剂)燃料电池系统也在中科院大连化物所研制成功。此外，其它的研究机构也都展开了对AFC的研究。2．2 磷酸型燃料电池（PAFC）PAFC也是第一代燃料电池技术，也是目前最为成熟的应用技术。已经进入了商业化应用和批量生产。目前美国、日本、欧洲各国已有100多台200KW 发电机组投入使用或在安装中，最长的已经运行了37000小时。因此已经证实了PAFC是高度可靠的电源。只是由于其成本太高，目前只能作为区域性电站来现场供电、供热。国内对PAFC的研究工作相对较少。尽管如此，在对PAFC的研究过程中仍进行了卓有成效的工作，取得了不俗成绩。如国内学者魏子栋等人在对氧化还原发应的电催化剂研究过程中发现了Fe、Co对Pt的锚定效应。2．3 熔融碳酸型燃料电池(MCF℃)MCFC是属于第二代燃料电池技术。目前对MCF℃ 的研究国家有美国、日本和西欧，主要是应用于设备发电，目前还处于试验阶段。美国对MCFC的研究单位有国际燃料电池公司和能源研究公司及M—C动力公司。而日本对MCFC的主要是NEIX)公司、电力公司、煤气公司和机电设备厂商组成的MCFC研究开发组。大坂工业技术研究所从1991年开始10kW的MCFC单电池的长期运行试验，到1995年l1月止，累计运行了4万小时，确证了MCFC实用化的可能。德国MTU宣布在MCFC技术方面取得了突破。由该公司开发出来的世界上最大的280kW 的单电池还在运行。国内对MCFC的研究是中科院大连化物所从1993年开始的。现在正处于组合电池的研究阶段。而经过多年的艰苦努力与创新突破，上海交通大学科研人员率先在国内成功进行了1～1．5l 的熔融碳酸型燃料电池(M ℃)发电实验，取得了在国外一些国家至少需要6年甚至10年左右时间才能获得的成果。参加项目评审的专家认为，它整体水平达到了当前国内领先水平、国际20世纪90年代初同类技术的先进水平。2．4 质子交换膜型燃料电池系统(PEMF℃)PEMFC是属于第三代燃料电池技术。20世纪60年代，美国就已将PEMFC应用于宇航飞行，但由于技术问题，使得在其发展过程中受到了影响。直到20世纪80年代，加拿大Ballad公司才展开对PEMFC的研究工作。并取得了突破性进展。目前开发出来的电池组合功率达到了1000W／L、700W／kg的指标，因此这一技术引起了各国的广泛关注。目前Ballad公司在这一技术领域处于领先地位。国内对PEMFC的研究是从20世纪70年代天津电源研究所展开一聚苯乙烯蟥酸膜为电解质的PEM—FC基础研究。但进展缓慢。而国外在这一领域发展较快。因此在90年代开展了PEMFC的跟踪研究。目前，在PEM 方面，国内技术在多个方面取得了突破，北京富原新技术开发总公司已出现了50W、75W、150W、5KW 等样机。而上海神力科技有限公司已研制出5KW，10KW 的大功率型质子交换墨燃料电池系统，这大大缩小了与世界先进水平的距离。
节能发电调度下电厂的经营思路与策略探析论文
摘要：节能发电调度可以最大限度地减少能源、资源消耗和污染物排放，因此，应对调度方式的变化创新管理机制，通过大力推进全过程节能管理来提高电厂的市场竞争力，使电厂利益与社会效益有机统一。
关键词：节能发电调度;电厂;经营
随着电力体制改革不断深化，提高效率，降低成本，实现电力工业可持续发展已是亟待解决的重要问题。按照我国“十三五”规划，2030年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降60%-65%，在这样的大背景下，把节能发电调度改革工作提到了议事日程。实施节能发电调度改革，可以有效地改变传统的发电调度方式，提高电力工业能源使用效率，使电厂利益与社会效益更好地得到了统一。
1 节能发电调度概述
节能发电调度是指在保障电力可靠供应的前提下，按照经济、节能的原则，优先调度其中的可再生发电资源。其核心理念是，按机组的能耗(煤耗为主)和污染物排放水平由低到高排序，依次调用化石发电资源，最大限度地减少能源、资源消耗和污染物排放。
节能发电调度以节能、环保为目标，以确保电力系统安全稳定运行和连续供电为前提，在分区调度中，以分省排序、区域内优化、区域间协调的方式，实施优化调度，并可以与电力市场的相关工作结合，充分发挥电力市场的调节作用，努力做到单位电能生产中能耗和污染物排放最少。
节能调度的总目标是在满足全社会用电需求的情况下，选择全系统能耗最低的方式;而发电企业追求利润最大化的目标没有改变。由此为发电企业生产经营管理方式和思路带来新变化，必须创新管理机制，将单纯降低生产成本转变为将降低成本与降低机组综合能耗统一起来综合考虑。
2 应对调度方式的变化创新管理机制
首先，创新燃料管理机制。面向节能调度后，燃料采购由过去单纯考虑价格转变为机组能耗与燃料成本的综合协调考虑，既要保证机组燃料成本在一定承受范围内又要保证机组不因燃料质量下降而升高煤耗。
其次，创新生产管理机制。电厂燃料是统一采购，但具体到机组各自特性不同，设计煤种及燃烧系统略有差异。随着节能管理的精细化，要求燃料系统混配煤也要“量身定做”，根据机组负荷情况，制定更为精细的混配煤方案，在保证机组安全运行的情况下，降低运行成本。这就要求生产管理部门延伸工作范围，为燃料系统运行制定方案。充分利用燃煤在线分析系统，做好燃烧调整，适应调度变化。
第三，创新经营管理机制。节能调度是对电厂经营管理工作的挑战。为今后上网竞价报价策略的制定增加了难度。机组的运行数据变化都要反映在收入、成本和利润上。经营管理部门应量化相关数据，做好应对措施。
如煤质变化对机组维修费用的影响的研究，需要协调燃料与生产管理部门，共同制定方案。在节能技术改造上，要量化投资回收，统筹协调。
机组间能耗与成本差异，为发电权转移提供了可操作空间，要研究合理的补偿机制与可操作的管理办法，追求总体经营效益最大。
要利用实时在线技术，采用科学的方法，深化节能降耗分析系统的功能，实现微增煤耗率的实时计算，进行实时成本分析和实时微增成本的计算，优化机组间的负荷分配，实现节能调度下的发电成本最低的经济调度。
第四，应对节能调度改变经营策略。节能调度对于电厂既是挑战又是机遇，是调整产业结构、转变发展模式的契机。一些电厂继续扩大生产规模的可能性较小，要在市场竞争中获得优势，要研究政策，转变经营策略。可以通过设备节能改造，使机组能耗在本区域同一等级机组中具有竞争优势，先于其他机组发电上网，后于其他机组停机下线，从而增加发电机会。
3 大力推进全过程节能管理来提高市场竞争力
首先，树立全员全过程的节能意识。建立健全岗位责任制，设立厂、车间和班组三级节能网络，设置专职节能工程师，充分发挥节能管理网的作用，开展全面的.、全员的、全过程的节能管理，广泛运用现代科学管理技术，合理使用能源，严格控制非生产用能，不断提高能源综合利用效率。开展丰富多样的节能宣传和劳动竞赛活动，将节能意识深深地印在员工的思想意识中。
其次，严格燃料管理。燃料成本占发电成本75%左右，燃料的计划、采购要根据机组特性进行比质比价，优化采购方案;燃料到货验收要科学采样，严格按照规程规定进行采样化验;燃料进厂过衡率要求达到100%，翻车卸煤后要人工清扫车底，特别是冬季车厢冻底煤数量不容忽视;发现亏吨、亏卡现象要及时索赔;燃料储存过程中，注意烧旧存新，避免热量损耗;设置挡煤墙及苫盖措施，防止数量损耗;按煤质情况分类存放，科学混配，保证入炉煤质量达到锅炉燃烧要求;采取措施防止煤中四块(大块、石块、铁块、木块)进入原煤斗;做好煤质监督工作，安装煤质在线分析设备，进行煤质实时分析，使运行人员能够及时进行燃烧调整，提高燃烧的安全性和经济性。
第三，提高检修质量。严格执行检修计划、制定合理的技术措施、提高设备的检修质量，是提高机组整体经济性的重要因素。利用现代技术和检测手段，对设备进行在线检测诊断，将过去以时间为基准的预防性检修方式改为以设备状态为基准的预知性检修，建立设备状态检修制度。利用大小修、调停、临修等机会，认真清理检查各类换热设备，提高其换热效率。通过检修和维护及时消除七漏(漏汽、漏水、漏油、漏粉、漏风、漏烟、漏灰)，建立差漏、堵漏制度，保持热力设备、管道及阀门的保温完好。及时消除设备缺陷，保持设备在最佳状态运行。
第四，做好运行调整。运行人员要树立整体节能意识，不断总结操作经验，针对不同的运行方式，精心操作，合理调整;积极开展技术交流和竞赛活动，加强机组参数控制，使各项运行参数达到额定值;充分利用机组性能在线检测分析系统，使机组始终处于最佳工况运行。合理调度辅机在机组启停过程中的启停时间和方式，减少无效运行时间。改善操作技术，努力节约点火用油和助燃用油。重视热力试验工作，有针对性地开展优化调整方面的专题试验，用于指导经济运行。
参考文献：
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电工就是指电力、电气等工程等专业的简称，评定高级电工技师的职称都要写作技术论文。我整理了电工高级技师技术论文，希望能对大家有所帮助!电工高级技师技术论文篇一：《试谈电工技术实验装置常见故障维修》摘 要文章 总结 了电工技术实验装置常见的故障现象、故障原因及维修 方法 ，包括可调直流稳压电源、三相电源、IGBT元器件等常见故障，总结了诊断故障和处理故障问题的一般步骤和方法。并分析了设备维护的若干原则，对日常电工设备的日常维护有较好的借鉴意义。【关键词】电工技术实验装置 故障分析 维修方法1 常用的故障排除方法1.1 常见故障在进行电工技术实验时，经常会碰到一些故障情况。如果对这些故障形式及原因不熟悉，就无法判定故障原因顺利解决故障，从而影响实验的进行和实验结果的准确性。通过对大量的电工技术实验中出现的故障情况进行分析总结，我们发现了以下一些常见的、典型的故障形式：① 电源故障 。这主要表现为电源给电工技术实验装置提供的电压不稳定，偏高或偏低，同时交流电源电流相位不符合要求。②线路故障。在电工技术实验中线路故障比较常见，主要表现在导线连接错误造成的短路和线路接触点接触不良造成的断路。此外，线路故障还有可能形成局部漏电等不良影响。③元器件故障。元器件本身的故障也是造成电工技术实验失败的一个主要原因。有些比较敏感、对实验条件要求比较严格的元器件，一旦其试验方式不符合要求或实验环境达不到标准，就有可能造成元器件出现故障，影响实验进程。1.2 故障的排除步骤通过长期对实验故障形式的分析和研究，并结合实际故障维修中的 经验 ，我们总结出了以下分析、判断和处理电工技术实验中常见故障的方式和步骤：1.2.1 调查研究当我们在电工技术实验中遇到故障时，首先就是要仔细观察出现故障的部位、故障的形式及相应的异常现象状况。例如，如实验装置出现发热、散发刺鼻气味、振动异常剧烈、噪音较大等异常现象时，我们就可以通过自身的感觉器官对故障现象、位置及性质做个大致的分析判定，为后续的分析处理提供参考。1.2.2 故障分析判断在以上对实验故障的情况做了初步判断后，我们就要根据已有的知识和经验对故障原因、位置进行进一步的分析和判断。为此，我们可以运用故障排除法来进行。例如在切断或短接故障电路的某一回路或元器件时，测量该回路或元器件的电流、电压值是否符合理论值，进而一步步分析确定回路故障位置。同时，为了判定某一元器件是否出现故障或异常，可以将其用正常元件代替检测，比较前后回路电压、电流参数是否一致来判断。1.2.3 故障维修通过上述步骤探明故障原因及位置后，就要对故障进行维修处理。如果是由于实验元器件出现故障，必要时就要更换正常元件代替实验。如果是回路短路或断路故障，就要重新连接电路并测试正常后才能继续实验。为了不影响实验的进程和结果，在对实验故障进行维修时要尽量采取直接有效、方便快捷的方式进行。必要时要重新设计电路结构和使用可靠度高的元器件，并在排除的所有故障后才可以重新开始实验。
碳化硅颗粒增强铝基复合材料的研究现状及发展趋势摘要：综述了铝基复合材料的发展历史及国内外研究现状，重点阐述了碳化硅颗粒增强铝基复合材料制备工艺的发展现状。同时说明了碳化硅颗粒增强铝基复合材料研究中仍存在的问题，在此基础上展望了该复合材料的发展前景。关键词：SiCp /Al 复合材料； 制备方法中图分类号：TB333 文献标识码：A 文章编号：1001-3814(2011)12-0092-05Research Status and Development Trend of SiCP/Al CompositeZHENG Xijun, MI Guofa(College of Material Science and Engineer, Henan Polytechnic University, Jiaozuo 454000, China)Abstract：The development history, domestic and foreign research present situation of SiCP /Al composite wasintroduced, the research progress of preparation process for SiCP /Al composite were elaborated, the research on SiCP /Alcomposite was analyzed and the development prospect of the composite was put forward.Key words：SiCp /Al composite; preparation methods收稿日期:2010-11-20作者简介:郑喜军(1982- ),男,河南西平人,硕士研究生,研究方向为材料加工工程;电话:;E-mail:《热加工工艺》2011 年第40 卷第12 期下半月出版Material & Heat Treatment 材料热处理技术应用进行了广泛的关注和研究，从材料的制备工艺、组织结构、力学行为及断裂韧性等方面做了许多基础性的工作， 取得了显著的成绩。在美国和日本等国，该类材料的制备工艺和性能研究已日趋成熟，在电子、军事领域开始得到实际应用。SiC 来源于工业磨料，可成百吨的生产，价格便宜，SiC 颗粒强化铝基复合材料被美国视为有突破性进展的材料， 其性能可与钛合金媲美，而价格还不到钛合金的1/10。碳化硅颗粒增强铝基复合材料是最近20 年来在世界范围内发展最快、应用前景最广的一类不连续增强金属基复合材料，被认为是一种理想的轻质结构材料，尤其在机动车辆发动机活塞、缸头(缸盖)、缸体等关键产品和航空工业中具有广阔的应用前景[5-7]。在1986 年，美国DuralAluminumComposites 公司发明了碳化硅颗粒增强铝硅合金的新技术， 实现了铸造铝基复合材料的大规模生产， 以铸锭的形式供给多家铸造厂制造各种零件[8-9]。美国Duralcan 公司在加拿大己建成年产11340 t 的SiC/Al 复合材料型材、棒材、铸锭以及复合材料零件的专业工厂。目前，Duralcan 公司生产的20%SiCp /A356Al 复合材料的屈服强度比基体铝合金提高75%、弹性模量提高30%、热膨胀系数减小29%、耐磨性提高3～4倍。美国DWA 公司生产的碳化硅增强复合材料随碳化硅含量的增加，只有伸长率下降的，其他性能都得到了很大提高。到目前为止，SiCp/Al 复合材料被成功用于航空航天、电子工业、先进武器系统、光学精密仪器、汽车工业和体育用品等领域，并取得巨大经济效益。表1 列举了一些SiCp/Al 复合材料的力学性能。目前国内从事研制与开发碳化硅颗粒增强铝复合材料工作的科研院所与高校主要有北京航空材料研究院、上海交通大学、哈尔滨工业大学、西北工业大学、国防科技大学等。哈尔滨工业大学研制的SiCw/Al 用于某卫星天线丝杆，北京航空材料研究院研制的SiCp/Al 用于某卫星遥感器定标装置[10-11]。国内到目前为止还没有出现高质量高性能的碳化硅颗粒增强铝基复合材料， 虽然部分性能已达到国外产品的指标， 但在产品的尺寸精度上还存在不小的差距，另外制造成本太高，离工业化生产还有一段距离要走。2 铝基复合材料的性能特征(1)高比强度、比模量由于在金属基体中加入了适量的高强度、高模量、低密度的增强物，明显提高了复合材料的比强度和比模量， 特别是高性能连续纤维，如硼纤维、碳(石墨)纤维、碳化硅纤维等增强物，他们具有很高的强度和模量[1]。(2)良好的高温性能，使用温度范围大增强纤维、晶须、颗粒主要是无机物，在高温下具有很好的高温强度和模量， 因此金属基复合材料比基体金属有更高的高温性能。特别是连续纤维增强金属基基复合材料，其高温性能可保持到接近金属熔点，并比金属基体的高温性能高许多。(3)良好的导热、导电性能金属基复合材料中金属基体占有很高的体积百分数， 一般在60%以上，因此仍保持金属的良好的导热、导电性能。(4)良好的耐磨性金属基复合材料，特别是陶瓷纤维、晶须、颗粒增强金属基复合材料具有很好的耐磨性。这是由于在基体中加入了大量细小的陶瓷颗粒增强物，陶瓷颗粒硬度高、耐磨、化学性能稳定，用它们来增强金属不仅提高了材料的强度和刚度，也提高了复合材料的硬度和耐磨性。(5)热膨胀系数小，尺寸稳定性好金属基复合材料中所用的增强相碳纤维、碳化硅纤维、晶须、颗粒、硼纤维等均具有很小的热膨胀系数，特别是超高模量的石墨纤维具有负热膨胀系数， 加入相当含量的此类增强物可降低材料膨胀系数， 从而得到热膨胀系数小于基体金属、尺寸稳定性好的金属基复合材料。(6)良好的抗疲劳性和断裂韧性影响金属基复合材料抗疲劳性和断裂韧性的因素主要有增强物与复合体系制备工艺增强体含量(vol,%)拉伸强度/MPa弹性模量/GPa伸长率(%)SiCP /2009Al 粉末冶金20 572 109 5.3SiCP/2124Al 粉末冶金20 552 103 7.0SiCP/6061Al 粉末冶金20 496 103 5.5SiCP/7090Al 粉末冶金20 724 103 2.5SiCP/6061Al 粉末冶金40 441 125 0.7SiCP/7091Al 粉末冶金15 689 97 5.0SiCP/A356Al 搅拌铸造20 350 98 0.5SiCP/A359Al 无压浸渗30 382 125 0.4表1 碳化硅颗粒增强铝基复合材料的力学性能[1]Tab.1 Mechanical properties of aluminum matrixcomposite reinforced by SiC particle93Hot Working Technology 2011, Vol.40, No.12材料热处理技术Material & Heat Treatment 2011 年6 月金属基体的界面结合状态、金属基体与增强物本身的特性以及增强物在基体中的分布等。特别是界面结合强度适中，可以有效传递载荷，又能阻止裂纹扩展，从而提高材料的断裂韧性。(7)不吸潮、不老化、气密性好与聚合物相比，金属性质稳定、组织致密，不存在老化、分解、吸潮等问题，也不会发生性能的自然退化，在空间使用不会分解出低分子物质而污染仪器和环境，有明显的优势。(8)较好的二次加工性能可利用传统的热挤压、锻压等加工工艺及设备实现金属基复合材料的二次加工。由于铝基复合材料不但具有金属的塑性和韧性，而且还具有高比强度、比模量、对疲劳和蠕变的抗力大、耐热性好等优异的综合性能。尤其在最近20 年以来， 铝基复合材料获得了惊人的发展速度，表2 列举了一些铝基复合材料的力学性能。3 主要应用领域3.1 在航空航天及军事领域的应用美国ACMC 公司和亚利桑那大学光学研究中心合作，研制成超轻量化空间望远镜和反射镜，该望远镜的主镜直径为0.3m，仅重4.54kg。ACMC 公司用粉末冶金法制造的碳化硅颗粒增强铝基复合材料还用于激光反射镜、卫星太阳反射镜、空间遥感器中扫描用高速摆镜等；美国用高体积分数的SiCp/Al代替铍材，用于惯性环形激光陀螺仪制导系统、三叉戟导弹的惯性导向球及管型测量单元的检查口盖，成本比铍材降低2/3；20 世纪80 年代美国洛克希德.马丁公司将DWA 公司生产的25%SiCp /6061Al 用作飞机上承载电子设备的支架，其比刚度比7075 铝合金约高65%；美国将SiCp/6092Al 用于F-16 战斗机的腹鳍， 代替原有的2214 铝合金蒙皮， 刚度提高50%，寿命从几百小时提高到8000 小时左右，寿命提高17 倍，可大幅度降低检修次数，提高飞机的机动性，还可用于F-16 的导弹发射轨道；英国航天金属及复合材料公司(AMC)采用高能球磨粉末冶金法研制出高刚度﹑ 耐疲劳的SiCp/2009Al， 成功用于Eurocopter 公司生产的N4 及EC-120 新型直升机[12]；采用无压浸渗法制备的高体积分数SiCp/Al 作为印刷电路板芯板用于F-22“猛禽”战斗机的遥控自动驾驶仪、发电元件、飞行员头部上方显示器、电子计数测量阵列等关键电子系统上， 以代替包铜的钼及包铜的锻钢，可使质量减轻70%，同时降低了电子模板的工作温度；SiCp/Al 印刷电路板芯板已用于地轨道全球移动卫星通信系统； 作为电子封装材料，还可用于火星“探路者”和“卡西尼”土星探测器等航天器上。美国采用高体积分数SiCp /Al 代替Cu-W 封装合金作为电源模块散热器，已用于EV1 型电动轿车和S10 轻型卡车上；美国将氧化反应浸渗法制备的SiC-Al2O3/Al 作为附加装甲，用于“沙漠风暴”地面进攻的装甲车；美国GardenGrove 光学器材公司用SiCp/Al 制备Leopardl 坦克火控系统瞄准镜。3.2 在汽车工业中的应用由山东大学与曲阜金皇活塞有限公司联合研制的SiCp /Al 活塞已用于摩托车及小型汽车发动机；自20 世纪90 年代以来， 福特和丰田汽车公司开始采用Alcan 公司的20%SiC/Al-Si 来制作刹车盘；美国Lanxide 公司生产的SiCp/Al 汽车刹车片于1996年投入批量生产[13]；德国已将该材料制作的刹车盘成功应用于时速为160km/h 的高速列车上。整体采用锻造的SiCp/Al 活塞已成功用于法拉利生产的一级方程式赛车。3.3 在运动器械上的应用BP 公司研制的20%SiCp/2124Al 自行车框架已在Raleigh 赛车上使用；SiCp /Al 复合材料可应用于自行车链轮、高尔夫球头和网球拍等高级体育用品；在医疗上用于假体的制造。4 制备及成型方法一般来说， 根据铝基体状态的不同，SiCp/Al 的制备方法大致可分为固态法和液态法两类。目前主要有粉末冶金法、喷射沉积法、搅拌铸造法和挤压铸造法。4.1 粉末冶金法粉末冶金法又称固态金属扩散法，该方法由于克增强相/ 基体增强相含量拉伸强度/MPa弹性模量/GPa伸长率(%)SiC/Al-4Cu 15 476 92 2.3SiCp /ZL101 20 375 101 1.64SiCp /ZL101A 20 330 100 0.5SiCp /6061 25 517 114 4.5SiCp /2124 25 565 114 5.6Al2O3 /Al-1.5Mg 20 226 95 5.9Cf /Al 26 387 112 -表2 金属基复合材料的力学性能[1]Tab.2 Mechanical properties of metal matrix composite[1]94《热加工工艺》2011 年第40 卷第12 期下半月出版Material & Heat Treatment 材料热处理技术服了碳化硅颗粒与铝合金熔液润湿困难的缺点，因而是最先得到发展并用于SiCp/Al 的制备方法之一。具体制备SiCp/Al 的粉末冶金工艺路线有多种，目前最为流行和典型的工艺流程为：碳化硅粉末与铝合金粉末混合一冷模压(或冷等静压)一真空除气一热压烧结(或热等静压)一热机械加工(热挤、轧、锻)。粉末冶金法的优点在于碳化硅粉末和铝合金粉末可以按任何比例混合，而且配比控制准确、方便。粉末冶金法工艺成熟，成型温度较低，基本上不存在界面反应、质量稳定，增强体体积分数可较高，可选用细小增强体颗粒。缺点是设备成本高，颗粒不容易均匀混合，容易出现较多孔隙，要进行二次加工，以提高机械性能，但往往在后续处理过程中不易消除；所制零件的结构、形状和尺寸都受到一定的限制，粉末冶金技术工艺程序复杂，烧结须在在密封、真空或保护气氛下进行， 制备周期长， 降低成本的可能性小，因此制约了粉末冶金法的大规模应用。4.2 喷射沉积法喷射沉积法是1969 年由Swansea 大学Singer教授首先提出[14]，并由Ospray 金属有限公司发展成工业生产规模的制造技术。该方法的基本原理是：对铝合金基体进行雾化的同时，加入SiC 增强体颗粒，使二者共同沉积在水冷衬板上， 凝固得到铝基复合材料。该工艺的优点是增强体与基体熔液接触时间短，二者反应易于控制；对界面的润湿性要求不高，可消除颗粒偏析等不良组织， 组织具有快速凝固特征；工艺流程短、工序简单、效率高，有利于实现工业化生产。缺点是设备昂贵，所制备的材料由于孔隙率高而质量差必须进行二次加工， 一般仅能制成铸锭或平板； 大量增强颗粒在喷射过程中未能与雾化的合金液滴复合， 造成原材料损失大， 工艺控制较复杂，增强体颗粒利用率低、沉积速度较慢、成本较高。4.3 搅拌铸造法搅拌铸造法的基本原理[15-17]：依靠强烈搅拌在合金液中形成涡漩的负压抽吸作用， 将增强体颗粒吸入基体合金液体中。具体工艺路线：将颗粒增强体加入到基体金属熔液中， 通过一定方式的搅拌与一定的搅拌速度使增强体颗粒均匀地分散在金属熔体中，以达到相互混合均匀与浸润的目的，复合成颗粒增强金属基复合材料熔体。然后可浇铸成锭坯、铸件等使用。该方法的优点是：工艺简单、设备投资少、生产效率高、制造成本低、可规模化生产。缺点是：加入的增强体颗粒粒度不能太小， 否则与基体金属液的浸润性差， 不易进入金属液或在金属液中容易团聚和聚集；普遍存在界面反应，强烈的搅拌容易造成金属液氧化，大量吸气及夹杂物混入，颗粒加入量也受到一定限制，只能制成铸锭，需要二次加工。4.4 挤压铸造法挤压铸造法是首先把SiC 颗粒用适当的粘结剂粘结，制成预制块放入浇注模型中，预热到一定的温度，然后浇入基体金属液，立即加压，使熔融的金属熔液浸渗到预制块中，最后去压、冷却凝固形成SiCp/Al。该方法的优点是：设备较简单且投资少，工艺简单且稳定性较好，生产周期短，易于工业化生产，能实现近无余量成型，增强体体积分数较高，基本无界面反应。缺点是容易出现气体或夹杂物，缺陷比较多，需增强颗粒需预先制成预成型体， 预成型体对产品质量影响大，模具造价高，而且复杂零件的生产比较困难。5 SiCp /Al 复合材料发展的建议与对策SiCp /Al 复合材料作为一种新的结构材料有着广阔的发展前景, 但要实现产业化还需做大量的研究工作。除了要对SiCp/Al 复合材料的制备工艺、界面结合状态、增强机制等方面的内容做进一步研究，其相关领域的研究及发展也应给予重视。5.1 现有制备工艺进一步完善和新工艺的开发现有工艺制备方法虽然已经成功制造了复合材料，但很难用于工业化生产且尚处于实验室研究阶段[18]。SiC 颗粒存在于铝液中，使金属液粘度提高，流动性降低，铸造时充填性变差，当颗粒含量增加至20%或在较低温度(<730℃)时，流动性急剧降低以致于无法正常浇注。另外，SiC颗粒具有较大的表面积， 表面能较大，易吸附气体并带入金属液中，而金属液粘度大也易卷入气体并难以排出，产生气孔缺陷。因此，对现有工艺的进一步完善和新工艺的开发成为下一步研究工作的主要任务。5.2 后续加工工艺的研究金属基复合材料的切削加工、焊接、热处理等后续加工工艺的研究较少，成为限制其应用的瓶颈。高强度、高硬度增强体的加入使金属基复合材料成为难加工材料[18-19]，而由于增强体与基体合金的热膨胀系数差异大引起位错密度的提高， 也使金属基复合95Hot Working Technology 2011, Vol.40, No.12材料热处理技术Material & Heat Treatment 2011 年6 月材料的时效行为与基体合金有所不同[20]。另外，增强体影响焊接熔池的粘度和流动性， 并与基体金属发生化学反应限制了焊接速度， 给金属基复合材料的焊接造成了极大困难。因此， 解决可焊性差的问题也成为进一步研究的主要方向。5.4 环境性能方面的改善金属基复合材料的环境性能方面的研究， 即如何解决金属基复合材料与环境的适应性， 实现其废料的再生循环利用也引起了一些学者的重视， 这个问题关系到有效利用资源，实现社会可持续发展，因此， 关于环境性能方面的研究将是该领域今后研究的热点。由于铝基复合材料是由两种或两种以上组织结构、物理及化学性质不同的物质结合在一起形成一类新的多相材料， 其回收再利用的技术难度要比传统的单一材料大得多。随着铝基复合材料的批量应用，必然面临废料回收的问题，通过对复合材料的回收再利用， 不但可减少废料对环境的污染还可减低铝基复合材料的制备成本、降低价格，增加与其他材料的竞争力，有利于促进自身的发展。文献[21]配制了混合盐溶剂， 采用熔融盐法成功地分离出颗粒增强铝基复合材料中的增强材料，研究结果表明，利用该技术处理颗粒增强铝基复合材料， 其回收利用率可达85%。6 结语与铝合金基体相比， 铝基复合材料具有更高的使用温度、模量和强度，热稳定性增加及更好的耐磨损性能，它的应用将越来越广泛。然而，在目前的研究中仍然存在许多疑问和有待解决的问题， 例如怎样去克服铝基复合材料突出的界面问题， 并且力求研究结果有助于改善生产应用问题； 在制备过程前后， 怎样通过热处理手段来改善成品的各方面性能；如何利用由于热失配造成的内、外应力使材料服役于各种环境。此外，原位反应中仍不免其他副反应夹杂物存在， 同时对增强体的体积分数也难以精确控制，这些都是亟待研究解决的问题。参考文献：[1] 于化顺．金属基复合材料及其制备技术[M]．北京：化学工业出版社，2006．241．[2] 吴人洁．复合材料[M]．天津：天津大学出版社，2000．[3] 沃丁柱．复合材料大全[M]．北京：化学工业出版社，2000．[4] 毛天祥．复合材料的现状与发展[M]．合肥：中国科学技术大学出版社，2000．[5] 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文关键词：金属基复合材料有效性能结构拓扑优化论文摘要：金属基复合材料综合了作为基体的金属结构材料和增强物两者的优点，具有高的强度性能和弹性模量、良好的疲劳性能等特点。由于制作工艺相对容易，和价格低廉，颗粒增强金属基复合材料体现出了广泛的商业价值，金属基复合材料首先在航天和航空上得到应用，随着其价格的不断降低，它们在汽车、电子、机械等工业部门的应用也越来越广。为此全球各大公司和研究机构对它的研究和应用开发正多层次大面积地展开。笔者阅读了大量相关文献，进而综述了近些年来国内外学者对金属基复合材料的研究，具有一定的现实意义。一、颗粒随机分布金属基复合材料有效性能研究九十年代中期Povirk, Gusev等人就研究证明了可以用一个有限体积的代表体元来代替整体复合材料，模拟其细观结构，从而建立复合材料的宏观性能同其组分材料性能及细观结构之间的定量关系。随着计算机技术的高速发展，数值分析方法在复合材料力学分析中成为不可缺少的工具，在做计算数值模拟时，建立合适的数学模型，是进行数值模拟计算复合材料等效性能的基础。基于有限元法的多尺度等效性能计算是目前一种行之有效的研究复合材料细观结构与宏观力学行为之间关系的重要方法。采用这种方法的前提是建立复合材料的有限元模型，包括随机颗粒分布区域的几何建模和网格剖分，然后才能进行多尺度计算。对于复合材料等效性能计算的数值方法，国内外已经发展了名目繁多的各种数值方法。一般来说，可以分为反分析法、直接分析法。其中反分析法实质就是根据现场观测结果，来反演复合材料力学参数。反分析法主要依赖于材料程的实测位移、本构模型以及材料参数的假定。由于现场观测资料的获取受客观条件影响和对复合材料认识上的不足，往往造成模型和材料参数假定与实际差异很大，因而该方法在实际应用中遇到了一些困难。为此，人们试图选择另一种途径---直接分析法来预测复合材料的力学参数。由于离散元元方法没有很好解决对复合材料离散后的计算结果的误差，因此基于离散单元法计算宏观力学参数的研究较少目前主要是基于有限元法的数值分析法，其计算过程是首先建立颗粒材料的统计模型，然后模拟出不同尺度的复合材料"试件";这样得到的复合材料"试件"，可以视为由基体和增强颗粒两部分组成，其力学参数可以在实验室分别确定，然后应用有限元方法进行分析，进而得到颗粒统计力学参数即。这一方法计算结果的正确性取决于颗粒统计模型的正确性以及有限元算法的合理性，这一过程虽然有误差，但是误差不会比原位实测更大。该方法的不足之处在于为避免尺寸效应，模拟不同尺度"试件"时，增加了计算成木，并且当计算尺度增大时，"试件"内的颗粒数目明显增加，给有限元的剖分和计算带来了困难。还有学者基于有限元方法，基于等效观点，对颗粒增强复合材料的等效性能进行了研究，即根据一定的等效原则，宏观地考虑颗粒对材料力学特性的影响，将整个颗粒增强复合材料均匀化、连续化，然后用有限元计算得到等效力学特性.按等效方式来分，主要有材料参数等效法、能量等效法等，这些等效方法有其适用的一面，但仍有一定局限性，例如等效体的尺寸效应问题等.关于材料参数的均匀化理论.作为一种研究复合材料宏观性质的新方法，数学家们已进行了大量的研究，例如A.Bensousson,J.L.Lion、等针对小周期结构问题的渐进分析，给出了均匀化材料系数的概念；O.A.Oleinik等对具有小周期结构的均匀化理论和一阶渐进分析理论进行了深入研究；T.Hou和陈志明等在此基础上给出了一阶渐进展开有限元的理论估计；崔俊芝等针对小周期结构提出了双尺度祸合算法。针对具有对称性的基本胞体给出了高阶渐进展式和有限元估计，并把此方法运用到工程计算中，从而使的均匀化从理论分析进入了数值计算。阶段和实际应用阶段，使得微观构造十分复杂的非均质材料的宏观力学参数计算成为现实，并且给出了计算周期性编制复合材料的等效力学参数的双尺度方法。在进行等效计算时，首先需建立材料的单胞模型，如二维单胞模型、二维多颗粒单胞模型、三维单胞模型、三维多颗粒单胞模型及代表体单元模型。武汉理工大学的瞿鹏程教授等，根据扫描电镜试样截面细观图，建立了有限元模型，并且成功预测出了SiC颗粒增强Al基复合材料等效弹塑性力学性能特征曲线。Soppa根据体积含量10%Al2O3,增强6061Al基复合材料的实验细观图，构件有限元分析模型，观察残余热应力对PRMMCs变形和破坏的影响。Han等人采用三维多颗粒单胞模型研究PRMMCs的力学性能和裂纹的产生。二、复合材料微结构拓扑优化研究结构拓扑优化是结构形状优化的发展，是布局优化的一个方面。当形状优化逐渐成熟后，结构拓扑优化这一新的概念就开始发展，现在拓扑优化正成为国际结构优化领域一个最新的热点。以Roderick Lakes（1987，1993）提出的具有负泊松比系数的泡沫材料以及对通过不同组分材料的复合可以获得任何单相材料无法比拟的极端材料特性(如零膨胀系数、零剪切性能)新发现的阐述为标志，材料微结构的优化设计被纳入拓扑优化领域。特别是由Sigmund于九十年代中期提出来的，现在己经成为材料研究领域的前沿课题之一。而在2002年的第9届AIAA年会上Kalidindi等人提出了"微结构灵敏设计(MSD-Microstructure Sensitive Design)"概念，进一步完善与发展了微结构构型与组分优化设计的思想与体系。这些开创性的工作为复合材料与结构的拓扑优化设计奠定了坚实的基础，进一步促进了材料微结构的优化设计。复合材料的宏观性能可由微结构单胞使用均匀化技术得到，通过对微结构单胞进行拓扑优化设计可获得具有良好特性的复合材料，例如负的泊松比、负的热膨胀系数、零剪切性能以及良好压电特性的压电材料。对单胞的拓扑优化设计，问题可分为两类:一是满足本构模量等于给定值的最小体积百分含量问题;二是满足一系列体积约束和对称条件的极值材料常数问题。Silva基于均匀化方法展开了具有极端性能的二维和三维压电材料的优化设计;国内袁振、吴长春进行了极端性能的弹性材料优化设计，杨卫等采用优化准则法进行具有特定性能的微结构设计，实现了具有负泊松比的材料设计。基于传热性能的微结构优化设计目前还处于初期阶段，张卫红等基于均匀化方法进行材料的热传导性能预测，在给定材料用量下进行复合材料的设计，得到具有极端热传导性能的复合材料。拓扑优化兼有尺寸优化和形状优化的复杂性，微结构最终拓扑形式是未知的。以最小柔度作为目标函数的微结构拓扑优化而得到的蜂窝状结构，为标准的规则正六边行蜂窝结构。三、小结金属基复合材料是近年来迅速发展起来的一种高技术新型工程材料，以其优越的性能受到国内外的高度重视。SiC颗粒增强铝基复合材料是目前复合材料中最引人注目的体系之一，不论是在理论上还是在实验上均是理想的复合材料研究对象。本文综述了国内外对金属基复合材料的有效性能研究和复合材料微结构拓扑优化，对金属基复合材料研究具有一定的知道意义。
2.5D编织复合材料采用机织或编织成型, 通过纬纱和经纱之间缠绕形成互锁, 纤维束在厚度方向上以一定角度进行交织, 使材料具有更好的整体性, 因而具有良好的剪切性能及很强的可设计性。2.5D编织复合材料避免了2D编织复合材料层间性能差和3D编织复合材料工艺复杂的缺点, 降低了制造成本、缩短了生产周期, 且易于制备回转构件, 如头锥、壳体等复杂结构件。近年来, 陶瓷基2.5D编织复合材料因具有优异的耐烧蚀性和透波特性, 在航空、航天领域受到越来越多研究者的关注[ 1 ～ 6] 。在国外, Dalmaz等[ 2] 采用超声技术测量了2.5DC/SiC编织复合材料的9个独立弹性常数, 还基于Eshelby模型预测了材料的等效弹性模量, 并与实验相吻合。Boitier等[ 3 ～ 5]针对2.5DC/SiC编织复合材料进行了拉伸蠕变实验, 并通过TEM和高分辨率扫描电镜(HREM)对材料的微观结构及其演化规律进行了观察。在国内,Ma等[ 6]针对CVI工艺制备的2.5DC/SiC复合材料的微观结构进行了表征, 并沿经纱和纬纱方向对材料进行了拉伸实验, 结果显示其应力—应变曲线具有明显的非线性特征。郑君等[ 7] 基于经纱矩形截面及纬纱双凸透镜截面假设, 分析了2.5D机织复合材料的细观结构, 考虑了经密和纬密的变化, 建立了该复合材料的单胞几何模型。董伟锋等[ 8 ～ 9] 分别通过刚度平均法和有限元法预测了2.5D层与层浅交弯联编织复合材料的弹性性能随编织参数的变化规律。目前, 关于2.5D编织复合材料细观结构的研究大多认为纬纱沿厚度方向整齐排列, 没有考虑复合材料成型后的结构变化。而实际成型后的2.5D编织复合材料结构与预制件有较大的差异, 由于纤维束之间的挤压使得编织结构通过纤维之间的滑动达到较稳定的构型, 因此对成型后的2.5D编织复合材料细观结构的研究对于正确认识材料的力学性能具有重要的意义。一篇文章上看到的名字叫“2 .5D编织复合材料细观结构及弹性性能”
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25万吨/年二甲醚精馏系统及二甲醚精馏塔设计
一、课题的目的与意义
二甲醚又称甲醚，简称DME，分 子 式：CH3OCH3 ，结 构 式：CH3—O—CH3 。二甲醚在常温常压下是一种无色气体或压缩液体，具有轻微醚香味。相对密度(20℃)0.666，熔点-141.5℃，沸点-24.9℃，室温下蒸气压约为0.5MPa，与石油液化气(LPG)相似。溶于水及醇、乙醚、丙酮、氯仿等多种有机溶剂。易燃，在燃烧时火焰略带光亮，燃烧热(气态)为 1455kJ/mol。常温下DME具有惰性，不易自动氧化，无腐蚀、无致癌性，但在辐射或加热条件下可分解成甲烷、乙烷、甲醛等。
二甲醚是醚的同系物，但与用作麻醉剂的乙醚不一样，却具有神经毒性;能溶解各种化学物质;由于其具有易压缩、冷凝、气化及与许多极性或非极性溶剂互溶特性，广泛用于气雾制品喷射剂、氟利昂替代制冷剂、溶剂等，另外也可用于化学品合成，用途比较广泛。
二甲醚作为一种基本化工原料，由于其良好的易压缩、冷凝、汽化特性，使得二甲醚在制药、燃料、农药等化学工业中有许多独特的用途。如高纯度的二甲醚可代替氟里昂用作气溶胶喷射剂和致冷剂，减少对大气环境的污染和臭氧层的破坏。由于其良好的水溶性、油溶性，使得其应用范围大大优于丙烷、丁烷等石油化学品。代替甲醇用作甲醛生产的新原料，可以明显降低甲醛生产成本，在大型甲醛装置中更显示出其优越性。作为民用燃料气其储运、燃烧安全性，预混气热值和理论燃烧温度等性能指标均优于石油液化气，可作为城市管道煤气的调峰气、液化气掺混气。也是柴油发动机的理想燃料，与甲醇燃料汽车相比，不存在汽车冷启动问题。它还是未来制取低碳烯烃的主要原料之一。由于石油资源短缺 、煤炭资源丰富及人们环保意识的增强，二甲醚作为从煤转化成的清洁燃料而日益受到重视，成为2010年来国内外竞相开发的性能优越的碳一化工产品。作为 LPG和石油类的替代燃料，二甲醚是具有与LPG的物理性质相类似的化学品，在燃烧时不会产生破坏环境的气体，能便宜而大量地生产。与甲烷一样，被期望成为21世纪的能源之一。
二、研究现状和前景展望
1.研究现状
目前DME的制取工艺有合成气一步法以及甲醇两步法，其中两步法包括甲醇液相法以及气相法。甲醇液相硫酸催化法和甲醇气相法制取二甲醚的生产技术较为成熟，两种方法均有工业装置运转。
甲醇脱水法以精甲醇为原料，脱水反应副产物少，二甲醚纯度高达99%，使用于有较高要求的气雾产品，也可以用作制冷剂或医用气雾剂的抛射剂5，且三废排放少。该工艺比较成熟，可以依托老企业建设新装置，也可单独建厂生产。但该方法要经过甲醇合成、甲醇精馏、甲醇脱水和二甲醚精馏等工艺，流程较长，因而设备投资大，产品成本高，受甲醇市场波动的影响也比较大。
合成气法生产二甲醚的生产工艺在淤浆床中，反应温度分布均匀，热平衡较易控制，操作简单且稳定性好，生产成本低。合成气法所用的合成气可由煤、重油、渣油气化以及天然气转化制得，原料经济易得，因而该工艺可用于化肥厂和甲醇厂。这些工厂可将甲醇装置适当改造用于生产二甲醚，形成规模生产。目前一步法生产二甲醚面临的关键问题是：需要高效低价的煤制气工艺及设备;需要能满足大型化二甲醚生产的反应器;解决以煤为原料制二甲醚生产过程中CO2的利用问题; 相关催化剂的开发与生产;成熟而经济的二甲醚分离提纯技术。
2.前景展望
目前，尽管二甲醚产品供大于求，二甲醚在推广应用上遇到一定的困难，但从以下几方面分析，总体上对二甲醚行业来讲是机遇大于挑战。
( 1) 在2009 年5 月18 日国务院办公厅下发的石化行业调整和振兴规划中，已将煤制二甲醚列为重点抓好的五类示范工程之一，说明利用煤炭高效清洁转化生产二甲醚已引起国家的高度重视。国家发改委发布的《关于加强煤化工项目建设管理，促进产业健康发展的通知》中要求一般不应批准规模在1 000 kt /a 以下的二甲醚项目，这对于遏制盲目扩张二甲醚产能、引导二甲醚产业有序发展、保持二甲醚市场的相对稳定将起到积极的作用。
( 2) 2010 年9 月2 日，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局和中国国家标准化管理
委员会2010 年第4 号( 总第159 号) 文( 中华人民共和国国家标准批准发布公告) 联合批准发布了编号为GB 25035—2010 的《城镇燃气用二甲醚》国家标准，标准对二甲醚作为城镇燃气使用的质量要求、试验方法、检验规则、标志、包装、运输和储存提出了严格的规定，已于2011 年7 月1 日起实施。这使得二甲醚作为城镇燃气使用有法可循，二甲醚大规模进入民用燃气市场有了合法的身份。
( 3) 经国务院批准，财政部、税务总局联合发布通知，为支持和促进二甲醚的推广使用，自2008 年7 月1 日起，二甲醚按13% 的增值税税率征收增值税，税收上对二甲醚生产企业给予了一定的优惠。这意味着政府已加大对替代能源———二甲醚的扶持力度。
( 4) 随着二甲醚在城市公交车、出租车上的成功推广使用和相应配套设施的建立和完善，二甲醚需求量会大幅增加，将为二甲醚提供一个稳定的大市场。
( 5) 中国城市燃气协会二甲醚专业委员会的成立，对促进二甲醚作为城镇民用燃气的进程将发挥积极的作用。
( 6) 随着国际原油价格的疯涨，我国作为一个石油进口大国，无疑会带来较大的能源安全风险。在此情况下，国家发展和改革委办公厅[2006] 1404 号文已将发展二甲醚煤基醇醚燃料列为缓解石油供应短缺、高油价矛盾替代工作的重点，这无疑为二甲醚行业带来了良好的发展商机。
三、课题主要内容、拟解决的问题、研究特色和创新之处
1.主要内容
如图所示，甲醇经过处理后进入二甲醚合成塔中反应，得到的产物中主要含有二甲醚、甲醇以及水分，将产物送入二甲醚精馏塔中进行精馏分离。由于分离体系中的泡点的不同，二甲醚泡点最低，故得到的轻组分为二甲醚，从塔顶分离出来，而甲醇和水分则从塔底从来。重组分中含有大量的未被反应的甲醇，再送进甲醇回收塔中进行分离，得到较纯的甲醇再次循环利用。
本次毕业设计中应用的物料衡算是工艺设计的基础，根据所需设计项目的年产量，通过对全过程或单元过程的物料衡算，可以计算出原料的消耗量、副产品量及输出过程物料的损耗量等;并在此基础上作能量衡算，计算出蒸汽、水、电、煤或者其他燃料的消耗定额;最终可以根据这些计算确定所生成产品的技术经济指标。同时根据物料衡算所得的各单元设备的物流量及其组成、能量负荷及其等级，对生产设备和辅助设备进行选型或者设计，从而对过程所需设备的投资及其项目可行性进行估价。
2.需解决的问题
本次设计的流程有多种，根据对三废排放、节能节源的比较，选择工艺流程，并通过对精馏塔的比较以及对于经济效益的比较，选择本次精馏塔的类型，并且根据自己对整个流程的了解画出本设计的物料流程图，最后通过计算机绘制精馏工段的物料流程图、精馏设备的控制流程图、精馏塔的设备图、±0.00平面的设备布置图;用A2图纸手工绘制二甲醚精馏工段的物料流程图、预塔冷却器的控制流程图、预塔冷却器的设备图、±0.00平面的设备布置图。
3.特色和创新
本设计考虑到原料的充分利用，即将未被反应的甲醇通过回收循环利用，这样，既能减少原料的损耗，同时也符合经济效益。同时，被设计中二甲醚采用的是甲醇气相法，其优点：
生产二甲醚的原料可为精甲醇或粗甲醇， 蒸汽消耗和生产成本较低。
二甲醚反应器是列管式反应器，反应温度易控制，且催化剂在反应器中分布较均匀。
采用先进塔器内件和分离工艺， 回收效果好， 流程简化， 醇耗低。
四、研究方法、步骤和措施
查阅并收集与毕业设计内容相关的资料，认真总结，完成文献综述;同时根据文献综述的详细内容进行总结归纳，完成开题报告。
尝试通过ASPEN PLUS，对甲醇精馏流程进行全流程模拟;对单个设备预塔冷却器进行设计和模拟，并分析其操作影响因素从而得到一个较为可行性的优化方案。
对全流程进行物料衡算、能量衡算，并对所使用的换热器的设备尺寸进行计算，从而绘制工艺流程图。
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开题报告主要包括以下几个方面:(一)论文名称论文名称就是课题的名字第一，名称要准确、规范。准确就是论文的名称要把论文研究的问题是什么，研究的对象是什么交待清楚，论文的名称一定要和研究的内容相一致，不能太大，也不能太小，要准确地把你研究的对象、问题概括出来。第二，名称要简洁，不能太长。不管是论文或者课题，名称都不能太长，能不要的字就尽量不要，一般不要超过20个字。(二) 论文研究的目的、意义研究的目的、意义也就是为什么要研究、研究它有什么价值。这一般可以先从现实需要方面去论述，指出现实当中存在这个问题，需要去研究，去解决，本论文的研究有什么实际作用，然后，再写论文的理论和学术价值。这些都要写得具体一点，有针对性一点，不能漫无边际地空喊口号。主要内容包括:⑴ 研究的有关背景(课题的提出): 即根据什么、受什么启发而搞这项研究。 ⑵ 通过分析本地(校) 的教育教学实际，指出为什么要研究该课题，研究的价值，要解决的问题。(三) 本论文国内外研究的历史和现状(文献综述)。规范些应该有，如果是小课题可以省略。一般包括:掌握其研究的广度、深度、已取得的成果;寻找有待进一步研究的问题，从而确定本课题研究的平台(起点)、研究的特色或突破点。(四)论文研究的指导思想指导思想就是在宏观上应坚持什么方向，符合什么要求等，这个方向或要求可以是哲学、政治理论，也可以是政府的教育发展规划，也可以是有关研究问题的指导性意见等。(五) 论文写作的目标论文写作的目标也就是课题最后要达到的具体目的,要解决哪些具体问题，也就是本论文研究要达到的预定目标:即本论文写作的目标定位，确定目标时要紧扣课题,用词要准确、精练、明了。常见存在问题是:不写研究目标;目标扣题不紧;目标用词不准确; 目标定得过高, 对预定的目标没有进行研究或无法进行研究。确定论文写作目标时，一方面要考虑课题本身的要求，另一方面要考率实际的工作条件与工作水平。(六)论文的基本内容研究内容要更具体、明确。并且一个目标可能要通过几方面的研究内容来实现，他们不一定是一一对应的关系。大家在确定研究内容的时候，往往考虑的不是很具体，写出来的研究内容特别笼统、模糊，把写作的目的、意义当作研究内容。基本内容一般包括:⑴对论文名称的界说。应尽可能明确三点:研究的对象、研究的问题、研究的方法。⑵本论文写作有关的理论、名词、术语、概念的界说。(七)论文写作的方法具体的写作方法可从下面选定: 观察法、调查法、实验法、经验总结法、 个案法、比较研究法、文献资料法等。(八)论文写作的步骤论文写作的步骤，也就是论文写作在时间和顺序上的安排。论文写作的步骤要充分考虑研究内容的相互关系和难易程度，一般情况下，都是从基础问题开始，分阶段进行，每个阶段从什么时间开始，至什么时间结束都要有规定。课题研究的主要步骤和时间安排包括:整个研究拟分为哪几个阶段;各阶段的起止时间 希望我们可以帮你。1、论文题目:要求准确、简练、醒目、新颖。2、目录:目录是论文中主要段落的简表。(短篇论文不必列目录)3、提要:是文章主要内容的摘录，要求短、精、完整。字数少可几十字，多不超过三百字为宜。4、关键词或主题词:关键词是从论文的题名、提要和正文中选取出来的，是对表述论文的中心内容有实质意义的词汇。关键词是用作机系统标引论文内容特征的词语，便于信息系统汇集，以供读者检索。 每篇论文一般选取3-8个词汇作为关键词，另起一行，排在“提要”的左下方。主题词是经过规范化的词，在确定主题词时，要对论文进行主题，依照标引和组配规则转换成主题词表中的规范词语。5、论文正文:(1)引言:引言又称前言、序言和导言，用在论文的开头。 引言一般要概括地写出作者意图，说明选题的目的和意义, 并指出论文写作的范围。引言要短小精悍、紧扣主题。〈2)论文正文:正文是论文的主体，正文应包括论点、论据、 论证过程和结论。主体部分包括以下内容:a.提出-论点;b.分析问题-论据和论证;c.解决问题-论证与步骤;d.结论。6、一篇论文的参考文献是将论文在和写作中可参考或引证的主要文献资料，列于论文的末尾。参考文献应另起一页，标注方式按《GB7714-87文后参考文献著录规则》进行。中文:标题--作者--出版物信息(版地、版者、版期):作者--标题--出版物信息所列参考文献的要求是:(1)所列参考文献应是正式出版物，以便读者考证。(2)所列举的参考文献要标明序号、著作或文章的标题、作者、出版物信息。
怎么写开题报告呢？首先要把在准备工作当中搜集的资料整理出来，包括课题名称、课题内容、课题的理论依据、参加人员、组织安排和分工、大概需要的时间、经费的估算等等。第一是标题的拟定。课题在准备工作中已经确立了，所以开题报告的标题是不成问题的，把你研究的课题直接写上就行了。比如我曾指导过一组同学对伦教的文化诸如“伦教糕”、伦教木工机械、伦教文物等进行研究，拟定的标题就是“伦教文化研究”。第二就是内容的撰写。开题报告的主要内容包括以下几个部分：一、课题研究的背景。 所谓课题背景，主要指的是为什么要对这个课题进行研究，所以有的课题干脆把这一部分称为“问题的提出”，意思就是说为什么要提出这个问题，或者说提出这个课题。比如我曾指导的一个课题“伦教文化研究”，背景说明部分里就是说在改革开放的浪潮中，伦教作为珠江三角洲一角，在经济迅速发展的同时，她的文化发展怎么样，有哪些成就，对居民有什么影响，有哪些还要改进的。当然背景所叙述的内容还有很多，既可以是社会背景，也可以是自然背景。关键在于我们所确定的课题是什么。二、课题研究的内容。课题研究的内容，顾名思义，就是我们的课题要研究的是什么。比如我校黄姝老师的指导的课题“佛山新八景”，课题研究的内容就是：“以佛山新八景为重点，考察佛山历史文化沉淀的昨天、今天、明天，结合佛山经济发展的趋势，拟定开发具有新佛山、新八景、新气象的文化旅游的可行性报告及开发方案。”