生物医用高分子材料摘要:简述了对功能高分子材料的认识,功能高分子材料的特征和功能高分子材料的分类,接着重点写生物医用高分子的发展前景和趋势,对生物医用功能高分子的认识和其重要性的认识。关键词:功能高分子材料,生物医用高分子材料。功能高分子材料功能高分子材料一般指具有传递、转换或贮存物质、能量和信息作用的高分子及其复合材料,或具体地指在原有力学性能的基础上,还具有化学反应活性、光敏性、导电性、催化性、生物相容性、药理性、选择分离性、能量转换性、磁性等功能的高分子及其复合材料。功能高分子材料是上世纪60年代发展起来的新兴领域,是高分子材料渗透到电子、生物、能源等领域后开发涌现出的新材料。近年来,功能高分子材料的年增长率一般都在10%以上,其中高分子分离膜和生物医用高分子的增长率高达50%所谓功能性高分子材料,一般是指具有某种特别的功能或者是能在某种特殊环境下使用的高分子材料,但这是相对于一般用途的通用高分子材料而言。这一定义只是一个概括,不一定很确切,较多的人认为所谓功能性高分子材料是指具有物质能量和信息的传递、转换和贮存作用的高分子材料及其复合材料。如有光电、热电、压电、声电、化学转换等功能的一些高分子化合物。可以看出,这是一类范围相当大、用途相当广、品种相当多,而又是在生活、生产活动中经常遇见的一类高分子材料。 功能高分子材料按照功能特性通常可分成以下几类:(1)分离材料和化学功能材料;(2)电磁功能高分子材料;(3)光功能高分子材料;(4)生物医用高分子材料。 功能高分子材料是高分子学科中的一个重要分支,它的重要性在于所包含的每一类高分子都具有特殊的功能。随着时代的发展,在医学领域中越来越迫切地需要开发出能应用于医疗的各种新型材料,经多年的研究已发现有多种高分子化合物可以符合医用要求,我们也把它归属于功能性高分子材料。 一般归纳起来医用高分子材料应符合下列要求: 1、化学稳定性好,在人体接触部分不能发生影响而变化; 2、组织相容性好,在人体内不发生炎症和排异反应; 3、不会致癌变; 4、耐生物老化,在人体内材料长期性能无变化; 5、耐煮沸,灭菌、药液消毒等处理方法; 6、材料来源广、易于加工成型。 经多年研究,能较好符合上述要求的高分子化合物主要有两大类,一类是有机硅化合物,第二类是有机氟化物,最主要的两种产品是硅橡胶和聚四氟乙烯,例如美国GE公司开发了一批主要是有机硅方面的用于医学领域的功能高分子化合物。 生物医用高分子材料的现状和发展趋势生物医用高分子材料是以医用为目的,用于和活体组织接触,具有诊断、治疗或替换机体中组织、器官或增进其功能的高分子材料,即biomedical polymeric materials ,生物医用高分子材料是在高分子材料科学不断向医学和生命科学渗透,高分子材料广泛应用于医学领域的过程中,逐渐发展起来的一类生物材料,它已形成一门介于现代医学和高分子科学之间的边缘科学。在功能高分子材料领域, 生物医用高分子材料可谓异军突起, 目前已成为发展最快的一个重要分支。生物医用高分子材料的发展经历了三个阶段,第一阶段始于1937 年,其特点是所用高分子材料都是已有的现成材料, 如用丙烯酸甲酯制造义齿的牙床。第二阶段始于1953 年, 其标志是医用级有机硅橡胶的出现, 随后又发展了聚羟基乙酸酯缝合线以及四种聚(醚- 氨) 酯心血管材料, 从此进入了以分子工程研究为基础的发展时期。该阶段的特点是在分子水平上对合成高分子的组成、配方和工艺进行优化设计, 有目的地开发所需要的高分子材料。目前的研究焦点已经从寻找替代生物组织的合成材料转向研究一类具有主动诱导、激发人体组织器官再生修复的新材料,这标志着生物医用高分子材料的发展进入了第三个阶段。其特点是这种材料一般由活体组织和人工材料有机结合而成, 在分子设计上以促进周围组织细胞生长为预想功能, 其关键在于诱使配合基和组织细胞表面的特殊位点发生作用以提高组织细胞的分裂和生长速度在国外,生物医用高分子材料研究已有50多年的历史,早在1947 年美国已发表了展望性论文。 随后,美国、日本、欧洲等工业发达国家不断有文章报道,有些并已在临床上得到应用。 我国研究历史较短,上世纪70年代开始进行人工器官的研制,并有部分器官进入临床应用。1980 年成立了中国生物医疗工程学会,并于1982 年又成立了中国医学工程学会人工脏器及生物材料专业委员会,使得生物医学器材获得进一步发展. 生物医用高分子材料作为一门边缘科学,融合了高分子化学和物理、高分子材料工艺学、药理学、病理学、解剖学和临床医学等方面的知识,还涉及许多工程学问题。生物医用高分子材料的发展,对于战胜危害人类的疾病,保障人民身体健康,探索人类生命奥秘具有重大意义。1 生物医用高分子材料的基本要求及生物相容性对于生物医用高分子材料来说,除了要有医疗功能外,还必须强调安全性,即不仅要治病,而且对人体健康无害。 当然,对生物医用高分子材料的要求也不是一律不变的,可因其使用环境或功能的不同而异,如外用医疗材料与肌体接触时间短,要求可稍低,而与血液直接接触,或体内使用的材料则要求较高。2 生物医用高分子材料的种类及发展生物医用高分子材料按性质可分为非降解和可生物降解两大类。非生物降解的生物医用高分子包括:聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯酸酯、芳香聚酯、聚硅氧烷、聚甲醛等,其在生理环境中能长期保持稳定,不发生降解、交联或物理磨损等,并具有良好的力学性能。可生物降解的生物医用高分子材料则包括胶原、脂肪族聚酯、聚氨基酸、聚己内酯等,这些材料能在生理环境中发生结构性破坏,且降解产物能通过正常的新陈代谢被基体吸收或排出体外。非降解和可生物降解生物医用高分子材料在生物医学领域各具有自己独特的发展地位,然而,随着生物医学和材料科学的发展,人们对生物医用高分子材料提出了更高的要求,可生物降解生物医用高分子材料越来越得到人们的亲睐。因此,在这里主要讨论可生物降解医用高分子材料的种类。根据来源来划分,可生物降解医用高分子材料可分为天然可生物降解和合成可生物降解两大类。3 生物医用高分子材料的应用及展望生物技术将是21世纪最有前途的技术, 生物医用高分子材料将在其中扮演重要角色, 其性能将不断提高, 应用领域也将进一步拓宽。生物医用高分子材料应用主要有以下几个方面:(1)与血液接触的高分子材料。与血液接触的高分子材料是指用来制造人工血管、人工心脏血囊、人工心瓣膜、人工肺等的生物医用材料, 要求这种材料要有良好的抗凝血性、抗细菌粘附性, 即在材料表面不产生血栓、不引起血小板变形, 不发生以生物材料为中心的感染。此外, 还要求它具有与人体血管相似的弹性和延展性以及良好的耐疲劳性等。(2)组织工程用高分子材料。组织工程学是近十年来新兴的一门交叉学科,它是应用工程学和生命科学的原理和方法来了解正常和病理的哺乳类组织的结构- 功能关系, 以及研制生物代用品以恢复、维持或改善其功能的一门科学。细胞大规模培养技术的日臻成熟和生物相容性材料的开发与研究, 使得创造由活细胞和生物相容性材料组成的人造生物组织或器官成为可能。(3)药用高分子材料。与低分子药物相比,药用高分子具有低毒、高效、缓释、长效、可定点释放等优点。根据药用高分子结构与制剂的形式, 药用高分子可分为三类: a. 具有药理活性的高分子药物,它们本身具有药理作用,断链后即失去药性, 是真正意义上的高分子药物。b.低分子药物的高分子化。低分子药物在体内新陈代谢速度快, 半衰期短, 体内浓度降低快, 从而影响疗效, 故需大剂量频繁进药, 而过高的药剂浓度又会加重副作用, 此外, 低分子药物也缺乏进入人体部位的选择性。将低分子药物与高分子结合的方法有吸附、共聚、嵌段和接枝等。C.药用高分子微胶囊,即将细微的药粒用高分子膜包覆起来形成微小的胶囊,其作用有:延缓、控制释放药物, 提高疗效; 掩蔽药物的毒性、刺激性和苦味等不良性质, 减小对人体的刺激; 使药物与空气隔离, 防止药物在存放过程中的氧化、吸潮等不良反应, 增加贮存的稳定性。(4)医药包装用高分子材料。用于药物包装的高分子材料正逐年增加,包装药物的高分子材料大体上可分为软、硬两种类型。硬型材料如聚酯、聚苯乙烯、聚碳酸酯等, 由于其强度高、透明性好、尺寸稳定、气密性好,常用来代替玻璃容器和金属容器, 制造饮片和胶囊等固体制剂的包装。新型聚酯聚萘二甲酸乙二醇酯除具有优异的力学性能及阻隔性能外, 还有较强的耐紫外线性, 可用于口服液、糖浆等的热封装。软型材料如聚乙烯、聚丙烯、聚偏氯乙烯及乙烯- 醋酸乙烯共聚物等, 常加工成复合薄膜, 主要用来包装固体冲剂、片剂等药物。而半硬质聚氯乙烯片材则被用作片剂、胶囊的铝塑泡罩包装的泡罩材料。至于药膏、洗剂、酊剂等外用药液的包装, 则用耐腐蚀性极强且综合性能优良的聚四氟乙烯来担任。(5)隐形眼镜是最常见的眼科用高分子材料制品。对这类材料的基本要求是: ①具有优良的光学性质, 折光率与角膜相接近;②良好的润湿性和透氧性; ③生物惰性, 即耐降解且不与接触面发生化学反应; ④有一定的力学强度, 易于精加工及抗污渍沉淀等。常用的隐形眼镜材料有聚甲基丙烯酸β-羟乙酯, 聚甲基丙烯酸β- 羟乙酯- N - 乙烯吡咯烷酮, 聚甲基丙烯酸β- 羟乙酯- 甲基丙烯酸戊酯, 聚甲基丙烯酸甘油酯- N - 乙烯吡咯烷酮等。浙江工业大学的邬润德等研究的聚钛硅氧烷化合物, 由于在聚合体系中加入了钛烷氧化物交联剂,使材料的致密性增加, 减少了固化收缩, 制备了一种优良的隐形眼镜材料。此外, 发生病变的角膜和晶状体也可用人工角膜和人工晶状体替代。人工角膜可用硅橡胶、聚甲基丙烯酸酯类或聚酯等薄膜制备。人工晶状体的主体材料可用聚甲基丙烯酸酯类, 其起固定作用的附加爪状细枝可用甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸丁酯的共聚物或甲基丙烯酸环己酯和甲基丙烯酸丁酯的共聚物等。(6)医用粘合剂与缝合线。生物医用粘合剂是指将组织粘合起来的组织粘合剂, 它们除了应具备一般软组织植入物所应有的条件外, 还应满足下列要求: ①在活体能承受的条件下固化, 使组织粘合; ②能迅速聚合而没有过量的热和毒副产物产生; ③在创伤愈合时粘合剂可被吸收而不干扰正常的愈合过程。常用的粘合剂有α- 氰基丙烯酸烷基酯类, 甲基丙烯酸甲酯- 苯乙烯共聚物及亚甲基丙二酸甲基烯丙基酯等。手术用缝合线可分为非吸收型和可吸收型两大类。非吸收类包括天然纤维(如蚕丝、木棉、麻及马毛等) 和合成纤维(如PET、PA、PP、PE 单丝、PTFE 及PU 等) 。可吸收类包括天然高分子材料(如羊肠线、骨胶原、纤维蛋白等) 和合成高分子材料(如聚乙烯醇、聚羟乙基丁酸酯、聚乳酸、聚氨基酸及聚羟基乙酸等) 。其中, 由聚乳酸和聚羟基乙酸或两者的共聚物制成的缝合线因性能优越而倍受关注。这种缝合线强度可靠, 对创口缝合能力强, 又可生物降解而被肌体吸收, 是一种理想的医用缝合线。(7)医疗器件用高分子材料。高分子材料制的医疗器件有一次性医疗用品 (注射器、输液器、检查器具、护理用具、麻醉及手术室用具等) 、血袋、尿袋及矫形材料等。一次性医疗用品多采用常见高分子材料如聚丙烯和聚4-甲基- 1 - 戊烯制造。血袋一般由软PVC 或LDPE 制成。由PU 制的绷带固化速度快, 质轻层薄, 不易使皮肤发炎, 可取代传统的固定材料———石膏用于骨折固定。硅橡胶、聚酯、聚四氟乙烯、聚酸酐及聚乙烯醇等都是性能良好的矫形材料,已广泛用于假肢制造及整形外科等领域。医用高分子材料的发展方向主要包括:(1)可生物降解医用高分子材料因其具有良好的生物降解性和生物相容性而受到高度重视, 无论是作为缓释药物还是作为促进组织生长的骨架材料, 都将得到巨大的发展。(2)1906 年En rililich 首次提出药物选择性地分布于病变部位以降低其对正常组织的毒副作用, 使病变组织的药物浓度增大, 从而提高药物利用率这一靶向给药的概念。此后一个世纪以来, 靶向药物的载体材料一直吸引了医药工作者的兴趣。其中高分子纳米粒子以其特有的优点是近年来国内外一个极为重要的研究热点。(3)任何一种材料都是通过其表面与环境介质相接触的, 因此材料的开发与应用必然涉及其表面问题的研究。一般高分子材料的表面对外界响应性较弱, 但有些高分子表面的结构形态会因外界条件(如pH、温度、应力、光及电场等) 的改变在极短时间内发生相应的变化, 从而造成表面性质的改变, 此乃智能高分子表面。因此设计这类智能表面将是生物医用高分子材料发展的一个重要方面。(4)随着科学的发展,由高分子材料制成的人工脏器正在从体外使用型向内植型发展,为满足医用功能性、生物相容性的要求,把酶和生物细胞固定在合成高分子材料上,从而制成各种脏器,将使生物医用高分子材料发展前景越来越广阔。(5)通常,在组织工程的应用中,高分子材料支架要负载上生长因子,以促进组织在生物体内的再生,另一方面,把特殊的粘附因子,如粘连蛋白结合到支架上,可使聚合物表面能够促进对某种细胞的粘附,而排斥其它种类的细胞,即支架对细胞进行有选择的粘附。为了使生长因子和粘附因子能够结合到可降解高分子材料上,就需要对材料进行表面改性,而有时表面改性很困难, 因此,可利用与天然聚合物杂化的方法来达到上述目的, 同时由于这些材料有良好的机械性能,又可以弥补天然聚合物强度不高、稳定性差的缺点。可见,生物杂化材料在这方面的表现是相当突出的, 必将成为医用生物高分子材料发展的一个主要趋势。 给我分吧,我找得苦。
生物材料学作为生命科学和材料科学的前沿性交叉学科,更是优先发展的重点。生物功能材料专业正是根据社会发展的需要,特别是生物医学工程、组织工程和药物释放等交叉学科技术的迅速发展对专业人才的迫切需求而设立的 。生物医用材料的分类生物材料应用广泛,品种很多,有不同的分类方法。通常是按材料属性分为:合成高分子材料(聚氨醋、聚醋、聚乳酸、聚乙醇酸、乳酸乙醇酸共聚物及其他医用合成塑料和橡胶等)、天然高分子材料(如胶原、丝蛋白、纤维素、壳聚糖等)、金属与合金材料(如钦金属及其合金等)、无机材料(生物活性陶瓷,羟基磷灰石等)、复合材料(碳纤维/聚合物、玻璃纤维/聚合物等)。根据材料的用途,这些材料又可以分为生物惰性(bioinert)、生物活性(bioactive)或生物降解(biodegradable)材料。这些材料通过长期植入、短期植入、表面修复分别用于硬组织和软组织修复与替换。生物医用材料由于直接用于人体或与人体健康密切相关,对其使用有严格要求。首先,生物医用材料应具有良好的血液相容性和组织相容性。其次,要求耐生物老化。即对长期植入的材料,其生物稳定性要好;对于暂时植入的材料,耍求在确定时间内降解为可被人体吸收或代谢的无毒单体或片断。还要求物理和力学性质稳定、易于加工成型、价格适当。便于消毒灭茵、无毒无热源、不致癌不致畸也是必须考虑的。对于不同用途的材料,其要求各有侧重。 常用的医学生物材料 一、医用硅橡胶 医用硅橡胶(silicone rubber)是美容外科中应用较广的生物材料(组织代用品).它是高分子有机化合物聚硅酮的一种橡胶样固体形态,又称二甲基硅氧烷。 二、人工骨 随着生物医学和材料的发展,各种人工制备的生物材料植入骨内替代骨移植,临床应用效果好.这些人工合成或提取的植入材料生物相容性好,对骨形成具有明显的诱导作用,被泛称为人工骨(artificial bone)。 一般而言,临床医学对生物医学材料有以下基本的要求:无毒性,不致癌,不致畸,不引起人体细胞的突变和组织细胞的反应;与人体组织相容性好,不引起中毒、溶血凝血、发热和过敏等现象;化学性质稳定,抗体液、血液及酶的作用;具有与天然组织相适应的物理机械特性;针对不同的使用目的具有特定的功能。物质属性分类根据物质属性,生物医学材料大致可以分为以下几种: 1、生物医学金属材料(biomedical metallic materials)医用金属材料是作为生物医学材料的金属或合金,具有很高的机械强度和抗疲劳特性,是临床应用最广泛的承力植入材料,主要有钻合金(co-cr-ni)、钛合金(ti-6a1-4v)和不锈钢的人工关节和人工骨。镍钛形状记忆合金具有形状记忆的智能特性,能够用于矫形外科、心血管外科。 2、生物医学高分子材料(biomedical polymer)生物医学高分子材料有天然的和合成的两种,发展得最快的是合成高分子医用材料。通过分子设计,可以获得很多具有良好物理机械性和生物相容性的生物材料。其中软性材料常用来作为人体软组织如血管、食道和指关节等的代用品;合成的硬材料可以用来作人工硬脑膜、笼架球形的人工心脏瓣膜的球形阀等;液态的合成材料如室温硫化硅橡胶可以用来作注入式组织修补材料。 3、生物医学无机非金属材料或生物陶瓷(biomedical ceramics)生物陶瓷这类医用材料化学性质稳定,具有良好的生物相容性。生物陶瓷主要包括两类。(1)惰性生物陶瓷(如氧化铝、医用碳素材料等)。这类材料具有较高的强度,耐磨性能良好,分子中的键力较强。(2)生物活性陶瓷(如羟基磷灰石和生物活性玻璃等),这类材料具有能在生理环境中逐步降解和吸收,或与生物机体形成稳定的化学键结合的特性,因而具有极为广阔的发展前景。 4、生物医学复合材料(biomedical composites)生物医学复合材料是由两种或两种以上不同材料复合而成的生物医学材料,主要用于修复或替换人体组织、器官或增进其功能以及人工器官的制造。其中钻合金和聚乙烯组织的假体常用作关节材料;碳-钛合成材料是临床应用良好的人工股骨头;高分子材料与生物高分子(如酶、抗源、抗体和激素等)结合可以作为生物传感器。 5、生物医学衍生材料(biomedical derived materials)生物衍生材料是经过特殊处理的天然生物组织形成的生物医学材料,经过处理的生物衍生材料是无生物活力的材料,但是由于具有类似天然组织的构型和功能,在人体组织的修复和替换中具有重要作用,主要用作皮肤掩膜、血液透析膜、人工心脏瓣膜等。编辑本段应用广泛,增长迅速生物医学材料应用广泛,仅高分子材料,全世界在医学上应用的就有90多个品种、1800余种制品,西方国家在医学上消耗的高分子材料每年以10%~20%的速度增长。随着现代科学技术的发展尤其是生物技术的重大突破,生物材料的应用将更加广泛。表1列举了生物医用材料的一些典型应用,其应用之广泛可见一斑。编辑本段生物医学材料发展的主要动力生物医学材料得以迅猛发展的主要动力来自人口老龄化、中青年创伤的增多、疑难疾病患者的增加和高新技术的发展。人口老龄化进程的加速和人类对健康与长寿的追求,激发了对生物材料的需求。作为世界人口最多的国家,中国已进入老龄化国家行列,生物材料的市场潜力将更加巨大。 生活节奏的加快、活动空间的扩展和饮食结构的变化等因素,使创伤成为一个严重的社会问题。我国创伤住院年增长率达7.2%,高居住院人数第2位。美国1998年用于骨骼-肌肉系统损伤患者的治疗费高达1280亿美元,仅骨缺损患者就达123万,其中80%需用生物医学材料治疗。在全球,心脑血管疾病、各种癌症、艾滋病、糖尿病、老年痴呆症等发病率逐年增加,急需用于诊断、治疗和修复的生物材料。 随着生物技术的发展,不同学科的科学家进行了广泛合作,从而使制造具有完全生物功能的人工器官展示出美好的前景。人体组织和器宫的修复,将从简单的利用器械机械固定发展到再生和重建有生命的人体组织和器宫;从短寿命的组织和器官的修复发展至永久性的修复和替换。这一医学革命(特别是外科学),对生命利学和材料等相关学科的发展提出了诸多需求,对生物医学材料的发展产生了重要的促进作用。发展我国生物医学材料的建议生物医用材料学生物医用材料是材料科学与工程的重要分支,其最大特点是学科交叉广泛、应用潜力巨大、挑战性强。随着新材料、新技术、新应用的不断涌现,吸引了许多科学家投人这一领域的研究,成为当今材料学研究最活跃的领域之一。在我国,生物医学材料的研究虽然取得一些令人瞩目的成果,但整体水平不高,跟踪研究多,源头创新少。在产业化方面,生物医学材料及其制品占世界市场的份额不足2%,主要依靠进口,产品技术结构和水平基本上处于初级阶段。结合我国国情和学科发展趋势,按照"有所为,有所不为,重点突破"的原则,我们建议,应在五个方面开展重点研究。 一是生物结构和生物功能的设计和构建原理研究。着重研究具有诱导组织再生的骨、软骨及肌腱等基底材料和框架结构的设计及其仿生装配; 二是表面/界面过程-材料与机体之间的相互作用机制研究。从细胞和分子水平深入研究材料与特定细胞、组织之间的表面/界面作用,揭示影响生物相容性的因素及本质。 三是生物导向性及生物活性物质的控释机理研究。研究可自控或靶向释放蛋白、基因等特异性生物活性物质的材料的设计以及生物导向性原理;用于组织细胞和基因治疗的半渗透聚合物膜的设计、自装配及特异性细胞密封技术; 四是生物降解/吸收的调控机制研究。研究生物降解/吸收材料的分子结构和生物环境对其降解的影响、降解/吸收速度的调控、降解/吸收及代谢机制,以及降解产物对机体的影响。其目标是为组织工程化人工器官生物材料及药物控释材料的自成、改性方法提供理论基础,实现材料参与生命过程和构建生命组织的目的。 五是材料的制备方法学和质量控制体系研究。主要研究生物医用材料及修复体的计算机辅助设计; 通过上述研究的开展,将使我国生物材料的研究水平有较大提高,为我国生物医用材料科学及其产业的发展奠定坚实的基础。编辑本段意义生物医用材料为挽救生命和提高人民健康水平做出了重大贡献,当前正面临重大突破。我国加入 WTO后,生物医用材料产业将面临更大的挑战和更多的机遇,生物材料科学工作者任重而道远。我们相信,在国家的大力支持下,跨部门、跨学科通力合作,通过走自力更生与技术引进相结合的发展之路,在生物材料组织工程化、分子设计、仿生模拟、智能化药物控释等方面重点投人,生物医用材料必将为全面提高人们的生活水乎,造福人类做出更大的贡献。
主要是依靠生物体细胞壁表面的一些具有金属络合、配位能力的基团起作用,如巯基、羧基、羟基等基团。这些基团通过与吸附的金属离子形成离子键或共价键达到吸附金属离子的目的,其吸附金属的能力有时甚于合成的化学吸附剂。如在适宜的条件下,...www.wsdxs.cn/html/huanjing/20090321/62641.html
生态系统指由生物群落与无机环境构成的统一整体。生态系统的范围可大可小,相互交错,最大的生态系统是生物圈;最为复杂的生态系统是热带雨林生态系统,人类主要生活在以城市和农田为主的人工生态系统中。生态系统是开放系统,为了维系自身的稳定,生态系统需要不断输入能量,否则就有崩溃的危险;许多基础物质在生态系统中不断循环,其中碳循环与全球温室效应密切相关,生态系统是生态学领域的一个主要结构和功能单位,属于生态学研究的最高层次。随着生产力水平的提高,人类活动对生态系统的干扰日益增大,在破坏与保护、生命与金钱的痛苦交织中,人类逐渐意识到了生态系统的真正价值,人类开始关注生态系统的现状,并将其纳入伦理道德体系中,形成了全新的生态伦理道德,这一切深刻影响着庞大的工业帝国,与人类的终极命运。生物多样性指的是一定范围内动物、植物、微生物有规律地结合所构成稳定的生态综合体。 这种多样包括:物种多样性、遗传与变异多样性、生态系统多样性。生态系统多样性是指不同生境、生物群体以及生物圈生态过程的总和。它表现为生态系统结构多样性以及生态过程的复杂性和多变性。保护生态系统多样性尤为重要,因为无论是物种多样栓还是遗传多样性.都是寓于作为一个独立运转的开放系统,生态系统有一定的稳定性,生态系统的稳定性指的是生态系统所具有的保持或恢复自身结构和功能相对稳定的能力,生态系统稳定性的内在原因是生态系统的自我调节(参,稳态与环境[3],第109页)。生态系统处于稳定状态时就被称为达到了生态平衡。生态系统多样性之中,生态系统多样性保护直接影响物种多样性及其基因多样牲。生态系统保持自身稳定的能力被称为生态系统的自我调节能力。生态系统自我调节能力的强弱是多方因素共同作用体现的。一般地:成分多样、能量流动和物质循环途径复杂的生态系统自我调节能力强;反之,结构与成分单一的生态系统自我调节能力就相对更弱。热带雨林生态系统有着最为多样的成分和生态途径,因而也是最为稳定和复杂的生态系统,北极苔原生态系统由于仅地衣一种生产者,因而十分脆弱,被破坏后想要恢复便需花费很大代价。所以我们要行动起来,保护生态环境,热爱我们的地球!!!对于保护环境,需要做的事情实在太多了。许多事情当然必须由国家和政府来做,比如控制二氧化碳的排放量、禁止使用氟利昂等等。但是,有些事情却与我们每一个人有关。我们如何做到从我做起,保护环境呢?下面几条是我们每个人应该做到的: 首先,必须遵守有关禁止乱扔各种废弃物的规定,把废弃物扔到指定的地点或者容器内,特别是不要乱扔废电池,因为一节废电池中所含的重金属,如果流到清洁的水中,它造成的污染是非常厉害的。 其次,在学习中,要尽量节省文具用品,杜绝浪费,比如,铅笔是用木材制造的,浪费了铅笔就等于毁灭了森林。 第三,应该尽量避免使用一次性饮料杯、泡沫饭盒、塑料袋和一次性筷子,用陶瓷杯、纸饭盒、布袋和普通竹筷子来替代,这样就可以大大减少垃圾的产生。 第四,虽然泡泡糖是小朋友们十分喜爱的糖果,是一种有益于人体健康的食品,但是,千万不要乱扔咀嚼后的胶基,因为它会到处乱黏。在吃的时候,可以先将它的包装纸收好,用来包裹吐出来的胶基,然后,再将它扔到废物箱内。 第五,不要随意捕杀野生动物,尤其不要吃人类的益友——青蛙,因为1只青蛙1年内大约能吃掉1.5万只昆虫,其中主要是害虫。 第六,要爱护花草树木,不破坏城市绿化,并且积极参加绿化植树活动。 第七,离开房间时,关上电灯并且拔掉电视机、音响、计算机等的电器插头。 第八,即使在最寒冷的地方,也没有必要使室温超过18℃,如果你觉得冷,可以多穿一点衣服。 第九,尽可能用节能灯代替普通灯泡,尽管它的价格相对贵一些,但它的耗电量只及普通灯泡的一小部分。 第十,用密闭容器代替塑料包装物来储藏食物。 第十一,购买饮料尽可能选择可回收再利用的罐装饮料。 第十二,请携带自己的购物袋去购物,以避免使用不可回收利用、不可分解的塑料袋。 第十三,节约用水,在刷牙时,请关闭水龙头。 第十四,园丁应施用有机 肥料,如混合肥和粪肥,避免 使用杀虫剂和除草剂,因为它们会渗入泥土,危害水源。 第十五,开车时减速行驶,这样耗油量小,还可降低二氧化碳的排放量。 第十六,尽量以步代车或骑自行车。 无论是过去、现在,还是未来,也无论是家庭、国家,还是世界,环境永远是我们的朋友,善待朋友,就是善待我们自己。
我国生物制造领域的研究自改革开放已经逐渐成为人们关注的焦点,但是对于我国生命科学领域和制造技术领域的研究相对国外而言依旧相对较少,特别是对两个方面结合的有关研究,我国的学术领域和实践领域尚且处于初步的水平。因此,笔者以我国生物制造领域的研究现状为例,分析当前我国所存在的诸多问题。
刘晓丹1,2 陶兴华1 牛新明1
(1.中国石化石油工程技术研究院,北京 100101;2.中国石油大学,北京 102249)
摘 要 本文旨在研究如何提高膨胀管抗挤强度,分别从材料和强度影响外部因素入手进行分析。首先,提出高性能膨胀管材料选择的主要依据,基于此研究了膨胀管抗挤强度的外部影响因素,采用实验分析、微观理论剖析、模拟计算相结合的手段,诠释了其对抗挤强度的影响及敏感性。其次,研究了不同膨胀工艺对膨胀后管体性能的影响规律,给出了选择工艺的基本依据。另外,本文在充分吸收国内外该领域先前研究的基础上,尝试性提出了新型膨胀管材料,探索了膨胀管技术未来发展的方向,旨在获得综合性能良好的膨胀管,为拓展其应用领域做好前瞻性准备。
关键词 膨胀管 材料 力学性能 抗挤强度 影响因素
Expandable Tubular Materials and StudyingProgress on Improving Collapse Strength
LIU Xiaodan1,2,TAO Xinghua1,NIU Xinming1
(1.SINOPEC Research Institute of Petroleum Engineering,Beijing 100101 ,China;2.China University of Petroleum,Beijing 1 02249,China)
Abstract The purpose of this article is to improve the collapse strength of expandable tubular.The analysis is beginning from how to choose expandable tubular materials and how the external factors affecting the collapse strength.First,it gives out the principle on which the materials are selected.Based on this the main relative factors of collapse strength are studied.In the process the methods as test,micro-theory analysis,simulation are used.Thus the effects on collapse strength of all the factors and their sensitivity are analyzed.Then the laws of the how the expandable technology effected collapse strength are also studied.It gives out how to choose the proper method under some circumstance.In the other hand,the paper learns from the former and gives out the new expandable tubular materials,explores the future development of expandable tubular technology.The main purpose is to obtain the expandable tubular of good comprehensive performance in order to enlarge the operating fields.
Key words Expandable tubular;materials;mechanical properties;collapse strength;effective factors
膨胀管技术是在钻井施工过程中,将小于上层套管内径的特殊管下入井内,在井下通过液压式或机械式方式推动膨胀锥头,使管柱径向发生永久变形,内径增大,从而达到封固复杂地层、修补破损套管等目的。国外膨胀管技术研究开始于20世纪70~80年代。随后发展迅速,早在1993年已经进行了膨胀管技术概念性试验。1998年Shell公司在Gasmer Test Well井进行了型号为J55、尺寸为133/8套管的原型试验,膨胀和密封获得成功[1]。1999年便达到了商业化的水平,2004年6月,Enventure公司已在世界20个国家为58家用户完成了247次技术服务,累计胀管长度达到258755ft,可靠性超过95%。国内研究起步较晚,基础薄弱。2000年开始引入膨胀管概念,跟踪研究发现国内需求市场较大。因此,西南、大港等机构科研院所进行了相关课题研究和试验。2004年,中国石化胜利石油管理局钻采工艺研究所首次进行实体可膨胀管试验并取得成功[2]。之后,因其应用规模不断拓展,受到越来越多科研机构的青睐。该技术优势核心:一是可以节约井眼尺寸;二是可用于套管修补、完井以及采油等作业的全过程;三是具灵活的作业程序、广泛的适用性、显著的经济性。因此,被业界赞誉为 “21世纪石油钻采行业的核心技术之一”[3]。
膨胀管必须具备良好的力学性能,即较高的强度、良好的塑形等。大量试验和力学模拟结果表明,套管膨胀后抗挤强度会有较大程度降低,降幅一般为30%~50%。为提高作业安全性,拓展其使用范围,需要更高抗挤强度的膨胀管。鉴于此,本文围绕提高膨胀管抗挤强度的核心,首先提出了从内因着手,分析并提出高性能膨胀管材料选择的主要依据。其次剖析影响膨胀管抗挤强度的外部主要因素,采用实验分析、微观理论剖析、模拟计算相结合的手段,诠释了主要外部影响因素对抗挤强度的敏感性。本文吸收了国内外该领域前辈研究的精华,提出了新型膨胀管材料,尝试性探索了膨胀管技术未来发展的方向。旨在改善和提高膨胀管的性能,拓展其应用领域。
1 膨胀管材料性能要求
回顾关于膨胀管材料方面的研究,国外花费了大约6年的时间,系统地研究了管体材料、膨胀方式、膨胀后热处理等对膨胀管机械性能、残余应力和抗外挤性能的影响[4~7]。通常使用的膨胀管材料包括普通低碳合金钢、高压锅炉钢以及专门用于膨胀管的材料,如目前常用的N80、L80、K55等。部分资料显示高强度管线钢X-95和套管材料P110也可以作为膨胀管材料使用。为了模拟和预测钢管膨胀后抗外挤性能,根据ASTM E9-89标准,进行了膨胀管的压缩试验,图1反映了膨胀对不同材料钢管压缩屈服强度和硬度的影响。由图1a可见,P110和X95膨胀后屈服强度降低最为明显,降低大约30%,其原因是由于加工硬化作用不明显(图1b),无法弥补由于Bauschinger效应引起的屈服强度的降低。K55、L80、N80膨胀前后屈服强度变化不大,推断其原因是由于加工硬化作用与Bauschinger效应相抵消。图2为膨胀前后钢管冲击韧性变化曲线,膨胀后不同钢级钢管冲击韧性都出现了一定程度的降低,但都能够满足API标准的要求。
综上所述,国外科研机构对膨胀管材料硬度、屈服强度、抗拉强度、屈强比和伸长率等进行了详细研究,总结出了膨胀管材料具备的基本性能。为满足膨胀管使用时较大的塑性变形要求,膨胀管管体材料应满足以下几点要求:(1)良好的塑性变形能力;(2)较高的抗拉强度;(3)较低的屈服强度;(4)较高的加工硬化指数;(5)膨胀后管材(膨胀率一般为10%~25%)力学性能应满足API的要求。这为膨胀管在不同膨胀工艺下、不同作业环境中的使用提出了材料选择的基本原则,对进一步改善膨胀管材料性能和提高管体强度具有重要的借鉴作用。
图1 膨胀对不同钢级管材屈服强度和硬度的影响
2 膨胀管膨胀工艺适应性研究
为研究膨胀工艺对管材性能和强度的影响,国外某研究机构开展了专题研究。本文着重分析研究膨胀加载方式对管体抗挤强度的影响。试验采用专有成分C-Mn钢50钢管,外径193.7mm,壁厚9.5mm,膨胀率15%。
不同方式膨胀后管体尺寸变化、残余应力和抗挤强度结果见表1。
试验结果表明:膨胀后管体抗挤强度下降47%~55%。膨胀方式对膨胀后管体残余应力、径厚比、抗挤强度影响显著。方式d,膨胀后径厚比和残余应力在几种膨胀方式中处于中间水平,膨胀后抗挤强度最高。方式e,残余应力较低,径厚比较高,抗挤强度最低。方式f,膨胀后径厚比最高,残余应力较低,抗挤强度较高。该试验为有条件使用膨胀管提供了切实可行的膨胀工艺。为确保膨胀管具有良好的性能,在膨胀过程中要增加膨胀管润滑措施,尽量居中,膨胀速度适宜(最佳膨胀速度为7.6~18m/min)。
图2 膨胀对不同钢级管材冲击韧性的影响
表1 膨胀和加载方式对膨胀后管体尺寸、残余应力及抗挤强度的影响
注:a为膨胀前;b为单独在膨胀锥前施加压缩载荷;c为在膨胀锥后水力膨胀,在膨胀锥前施加压缩载荷;d为固定膨胀锥后面的管端,拉拔膨胀锥膨胀;e为在膨胀锥后水力膨胀;f为固定管子两端,在膨胀锥后水力膨胀。
3 膨胀管抗挤强度关键影响因素分析
因膨胀管自身工艺具特殊性,使抗挤强度的不利影响因素变得更为复杂。现就管体结构、屈服强度、应变时效、Bauschinger效应等对膨胀后管体抗挤强度的影响进行研究,并对各因素的敏感性进行分析。
3.1 复杂几何形状膨胀管管体结构影响
膨胀管在制造、运输或者作业过程中,比厚壁套管更容易受到外界划拉、磕碰,作业中不可避免地受到钻柱等磨损。计算表明:膨胀管内壁磨损缺陷的存在,一方面降低了膨胀管本身的抗外挤强度,另外,如果外部地层为岩盐地层,因磨损改变了膨胀管管体径向不同方向的刚度,造成膨胀管外壁应力分布的不均匀性更加严重,非均匀载荷和内壁磨损缺陷的存在共同加剧了对膨胀管本体抗外挤强度的损伤。对型号为P110、壁厚12.7mm的套管,假设内壁缺陷的最大厚度为0、0.5、1、1.5、2、2.5mm,分别计算磨损后套管的抗挤强度表明,在磨损半径一定的情况下,磨损量达到2.5mm时,套管抗外挤强度下降约45%(图3)。另外,椭圆度也是影响膨胀管抗挤强度的重要因素之一,膨胀过程中椭圆度和壁厚不均度会继续保持甚至增强,膨胀后径厚比的增大也是导致膨胀后管体抗挤强度降低的原因。
图3 磨损对膨胀管抗挤强度的影响
3.2 膨胀管材料屈服强度的影响
如前所述,P110和X95材料膨胀后屈服强度降低较为明显,约30%,尤其是膨胀前期(膨胀率在10%之内)对管体影响显著。究其原因,是由于加工硬化作用不明显,无法弥补由于Bauschinger效应引起的屈服强度的降低。由于加工硬化作用与 Bauschinger 效应相抵消,K55、L80、N80膨胀前、后屈服强度变化不大。因此,材料的加工硬化率越高,膨胀后压缩屈服强度降低得越少。同时,根据Hall-Petch方程,即
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式中:σy为屈服应力;σ0为晶格摩擦力;K为常数;d为晶粒直径。
结合试验得到的低碳钢加工硬化指数n与晶粒直径之间的经验关系式,即
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得到屈服应力与加工硬化指数之间存在如下关系:
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由式(3)可见,材料加工硬化指数越高,屈服强度越低。因此在保持抗拉强度基本不变的前提下,尽量降低膨胀管材料的屈服强度、提高材料加工硬化指数对提高膨胀管抗外挤强度具有积极意义。国外研究认为在考虑材料非线性、加载历史、椭圆度、壁厚不均匀度条件下,在径厚比大于20时,材料的屈服强度并不是影响膨胀管抗挤强度的关键因素。
3.3 应变时效的影响
应变时效主要发生在低碳钢和低合金钢中,是指在塑性变形时或变形后,固溶状态的间隙溶质(C、N)与位错交互作用,钉扎位错阻止变形,导致强度提高、韧性下降的力学冶金现象。应变时效对膨胀管抗挤强度有重要影响,下面以L80膨胀管为例定量分析。表2为膨胀及应变时效对L80套管压缩屈服强度的影响。由于膨胀管是在温度环境为50 ~350℃井下进行膨胀施工,因此试验考察了在一定温度下的膨胀管应变时效作用。由表2可见,当管体膨胀20%后,压缩屈服强度由原来的632MPa降低为505MPa,降低约20%,出现所谓反载软化现象。在150℃温度下时效1.5h,屈服强度损伤恢复约14%,在该温度下时效作用5h,压缩屈服强度提高到639MPa,与膨胀前管体屈服强度相近。保持时效时间为5h,温度升高至175℃,屈服强度不再继续提高。这种现象说明膨胀管在井下使用过程中,膨胀初期抗外压强度会出现较大程度的降低。但经过一段时间时效后,抗外挤强度又会在一定范围内提高。
表2 膨胀和应变时效对L80套管屈服强度的影响
3.4 膨胀过程中的Bauschinger效应
膨胀管服役期间,它将受到内压力、外挤力以及拉力的作用。管子承受内压的方向和膨胀方向相同,而承受外挤力的方向和初始膨胀方向相反,所以Bauschinger效应会导致膨胀后的管体抗内压能力增强,抗外挤能力下降。影响机理如下:
Bauschinger效应大小与金属材料塑性变形量密切相关,在一定范围内,Bauschinger效应随塑性变形量增加而增大。但当塑性变形量超过易滑移区时,因位错增殖和难于重分布,则在随后反向加载时,Bauschinger效应可迅速降低甚至消失。因此,研究Bauschinger效应值与金属材料塑性变形量之间的关系对提高膨胀管抗挤毁强度有重要的意义。
3.5 膨胀后管体内产生的残余应力
管体膨胀过程中,环向、轴向均产生塑性变形,这种塑性变形一般是不均匀的,不均匀变形在管体内产生附加应力,膨胀后残留在管体内形成残余应力。张建兵等对35CrMo钢管和J55套管膨胀后残余应力的测量和分析结果表明[8],膨胀后管体存在显著的环向残余压缩应力(其值约为200MPa),其效应相当于直接降低了管体的横向压缩屈服强度,它是导致膨胀后管体抗挤强度下降的一个重要因素。
3.6 膨胀管抗挤强度影响因素敏感性分析
力学模拟分析和和室内试验均表明,由于膨胀产生的残余应力和 Bauschinger 效应共同作用,膨胀后管体抗外挤强度有较大程度降低。膨胀后因管壁有不同程度的减薄。因此,原有的损伤或后续作业可能造成的磨损等缺陷都更加严重地影响膨胀后管体的抗挤强度。对于径厚比大于20的膨胀管,磨损深度比磨损半径影响程度更大;材料的屈服强度对膨胀管抗外挤强度的影响并不大。其他因素如Bauschinger效应、残余应力等相互影响,以及其对套管抗外挤强度的影响,有待于进一步的定量分析研究。
4 提高膨胀管抗挤强度新思路的探索
为了提高膨胀管作业的安全性,获得良好的膨胀管综合性能,现从材料热处理、管体结构优化、管体膨胀整形等角度提出增强抗外挤强度的新思路。
4.1 膨胀管材料热处理工艺优化
一般情况下,随着钢级的提高,加工硬化率降低,屈服强度比提高,这会导致膨胀后抗挤强度大幅度降低。可以通过对普通套管制定合适的热处理改善其力学性能。例如,可以对显微组织为铁素体+珠光体的低碳钢或低合金钢套管进行亚温淬火,即将材料加热到奥氏体与铁素体之间两相区(Ac1—Ac3之间),保温后淬火以获得铁素体和马氏体两相组织[9,10]。这种组织状态的钢具有强度高、屈服点低、连续屈服、加工硬化率高和延伸率高等特点[11]。研究表明,铁素体+马氏体双相组织钢与普通铁素体+珠光体组织钢相比膨胀后具有更高的抗挤强度[12]。
4.2 膨胀前后管体结构优化
如前所述,膨胀管缺陷的存在使其抗挤强度大大降低,在膨胀后相应缺陷的不利影响更加恶劣。因此,在膨胀管选择前应设定更加严格的标准,加大整形力度,力求获得近似理想圆形膨胀管。在膨胀管服役期间,要优化工艺措施,防止钻柱或其他作业管串磨损膨胀管内壁。
4.3 膨胀管膨胀后消除残余应力
膨胀管因为加工和作业过程的影响,导致存在一定的残余应力,这对于膨胀管的抗挤强度会造成不可忽视的不利影响。因此,应采取主动措施将残余应力降至最低。下井前残余应力消除工艺及方法比较成熟。井下膨胀后残余应力消除是目前较新的认识。其中,超声冲击是相对有效的方法。膨胀芯下面连接超声波装置,随膨胀工艺自下而上移动并旋转,采用20kHz以上的高频大功率超声波,使膨胀管表层发生较大的压缩塑性变形,能够有效降低残余应力,提高膨胀管的综合性能。
5 膨胀管新材料研究展望
如前所述,膨胀管材料需要良好的强度和塑性匹配以及优良的加工硬化能力,可以采用强塑积(抗拉强度与延伸率的乘积)作为衡量膨胀管材料性能的指标。国际上Shell公司最先推出的膨胀管用钢LSX80,其强塑积达到30GPa%。先进的汽车用钢与膨胀管材料性能要求相似,可以引入到新型的膨胀管材料开发中。第二代汽车用钢材料中的TWIP钢和奥氏体不锈钢属于高合金钢的范畴,它的组织结构主要是软相奥氏体。通过利用奥氏体的TWIP效应将钢的强度提高800~1000MPa,塑性达到50%~80%,因而其强塑积达到50~70GPa%的水平[13]。目前我国自主研发的第三代汽车用钢,通过中锰碳钢的合金化设计及奥氏体逆相变等措施,制备出含30%左右的亚稳奥氏体与超细晶基体的双相复合组织钢。其室温抗拉强度在0.8~1.6GPa级,断后延伸率为30%~45%的水平,而其强塑积为30~48GPa%[14]。将这些先进材料引入石油行业,作为未来高性能膨胀管材料具有广阔的前景。
6 结 论
1)通过分析膨胀前后P110、X95、K55钢管的硬度、屈服强度、Bauschinger效应及其相互影响对管体抗外挤性能的影响,给出了膨胀管材料具备的基本性能,为高性能膨胀管材料开发提供了主要依据。
2)结合5种不同膨胀试验加载方式,分析了膨胀工艺对膨胀管结构和综合性能的影响。据此,结合实际工况能够为选择合适的膨胀工艺提供重要参考依据,从而获得具有良好综合性能的膨胀管。
3)膨胀工艺不同造成膨胀后残余应力的分布和大小变化较大,不仅严重影响膨胀管抗外挤强度,而且直接影响其他后续工艺的效率。本文提及的井下消除残余应力的方法提供了改善管体强度的新思路。
4)膨胀管制造和加工都可能不同程度地造成管体的变形,即使入井后后续作业也可能造成膨胀管内壁的磨损,这都将严重影响膨胀波纹管抗外挤强度,而且这种缺陷对强度的影响将在膨胀后恶化。
5)如果不考虑其他影响因素,膨胀管材料屈服强度比越低,加工硬化率越高,膨胀后抗挤强度损失越小。可以通过对普通套管制定合适的热处理工艺(如亚温淬火)来提高其抗挤强度。
6)将第二代汽车用钢和新型第三代汽车用钢引入石油行业膨胀管技术领域,创新了该方面的理论研究思路,补充和扩展了原有膨胀管选材范围,具有重要的启发意义和导向作用。
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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] 赫尔(Hull, D).复合材料导论[M].北京:中国建设工业出版社,1989.[6] 尹洪峰,任耘,罗发.复合材料及其应用[M].陕西:陕西科学技术出版社,2003.[7] 汤佩钊.复合材料及其应用技术[M].重庆:重庆大学出版社,1998.[8] 张守魁,王丹虹.搅拌铸造制备颗粒增强复合材料[J].兵器材料科学与工程,1997,20(6):35-391.[9] 韩桂泉,胡喜兰,李京伟.无压浸渗制备结构/ 功能一体化铝基复合材料的性能及应用[J].航空制造技术,2006(01):95.[10] 李昊,桂满昌,周彼德.搅拌铸造金属基复合材料的热力学和动力学机制[J].中国空间科学技术,1997,2(1):9-161.[11] 桂满昌,吴洁君,王殿斌,等.铸造ZL101A/SiCp复合材料的研究[J].铸造,2001,50(6):332-3361.[12] 任德亮,丁占来,齐海波,等.SiCp /Al 复合材料显微结构与性能的研究[J].航空制造技术,1999,(5):53-551.[13] Clyne T W,Withers P J.An Introduction to Metal MatrixComposites [M].London:Cambridge University Press,1993.[14] Lee Konbae.Interfacial reaction in SiCp /Al composite fabricatedby pressureless infiltration [J].Scripta. 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在连铸坯 的凝固收缩的数值模拟中。铸坯的凝固收缩 行为是通过热膨胀系数来实现的。为此、本 论文针对碳钢的热膨胀系数。对比研究了不 同的热膨胀系数的取值方法对铸坯温度场和 初生坯壳的影响。结果表明,所建立的碳钢 瞬时线性热膨胀系数模型,应用于连铸结晶 器内热和力学状态有限元模拟中将具有重要 的意义。
快,接受相同的热量不易变形和膨胀,能在温差较大的条件下保持物体原来的形状
随着建筑工程的发展,建筑工程材料也变得越来越重要,建筑项目的完成质量往往取决于建筑材料质量的好坏。下文是我为大家搜集整理的关于建筑材料论文2000字的内容,欢迎大家阅读参考!
浅析建筑材料检测的相关技术
1、建筑材料的分类与检验项目
房屋建筑材料根据其在建筑物中的部位或使用性能,大体上分为三大类,即建筑结构材料(建筑物受力构件和结构所用的材料)、墙体材料(建筑物内、外及隔墙所用的材料)、建筑功能材料(承担某建筑功能的非承重用的材料)。施工现场所用的建筑材料品种繁多,进场检测、试验材料项目要服从国家、行业及当地建设主管部门(或所属有关部门)的规定,并服从《省建筑工程竣工技术档案编制办法》。
例如配制混凝土用的水泥,需按批检验其安定性、 强度、凝结时间和细度;混凝土用粗骨料按常规进行颗粒级配、密度、含泥量及泥块含量、针片状颗粒含量等检验项目,如若用于≥C35的混凝土须做压碎指标,新采用的质地疏松的骨料还应做坚固性试验,活性骨料做活性试验等。对于合成高分子防水材料,按GB18173.1―2000《高分子防水材料――第一部分片材》,应按批检验其物理性能,例如断裂拉伸强度、胶断伸长率、不透水性和低温弯折。材料检测试验项目的确定应以确保工程质量为前提,只检验其原始合格证明而不按规定抽样试验,或虽抽样试验但检测项目不全,都是不符合要求的。
2、取样的数量和方法
取样要有代表性,一般是以一批材料不同部位随机抽取规定数量的样品(钢材是从规定部位截取),即不仅取样数量要正确,而且取样部位及方法也要按规定进行。试样的数量关系到试验结果的准确性,数量过少、取样部位及方法的偏差,都会使试验误差增大,甚至会得出相反的结果。但是,在实际检测中经常会出现取样不具有代表性、取样的数量不够、取样方法不正确等问题。例如袋装水泥要从该批不少于20袋水泥中任取等量样品,总质量至少12kg。
在实际工作中,多次遇到送检人员一次性提取半袋或整袋水泥作为样品,经检测水泥强度值不符合标准要求的情况,后经现场按标准要求取样后复试,试验结果则完全符合国家标准;又如送检钢筋焊接试件时,有的是用工地的废钢筋头作为模拟试件或者取样方法不正确;再如钢筋气压焊焊件按标准应送检6根,3根做拉伸试验,3根做弯曲试验,而有的只送检3根试件,这样即使3根试件的拉伸试验结果全部合格,仍无法判定该批试件是否合格。
3、常用建筑材料检测技术要点分析
在建筑材料质量控制的实践中,我们深刻地体会到,工程材料的质量监控要采取施工单位自检和监理单位平行检测、跟踪检测、见证取样相结合的办法,检测和试验相结合,完善“企业自检、社会监理、政府监督” 的质量保证体系,牢固树立“百年大计、质量第一” 的方针。 现总结几种建筑材料的检测取样试验方法。
3.1 钢筋的检测
钢筋进场时,应按照现行国家标准《钢筋砼用热轧带肋钢筋》GB1499等的规定抽取试件作力学性能检验,其质量必须符合有关标准规定。1)取样时,从任一钢筋端头,截取500mm2~1000mm的钢筋,再进行取样。2)冷拉钢筋:应进行分批验收,每批重量不大于20t的同等级、 同直径的冷拉钢筋为一个检验批。3)钢筋焊接。钢筋焊接在建筑施工中一般分为:闪光对焊、电阻点焊、电弧焊、电渣压力焊、预埋件T型接头埋弧压力焊、钢筋气压焊。
(1)闪光对焊:其机械性能试验包括拉伸试验和弯曲试验,拉伸试件长度一般≥500mm(500mm~650mm),冷弯试件长度一般250mm(250mm~350mm)。
(2)电阻点焊:热轧钢筋点焊做抗剪试验,试件长度一般≥600mm;拔低碳钢丝焊点,除作抗剪试验外,还应对较小钢丝做拉伸试验,试件长度一般≥500mm(500mm~650mm)。
(3)电弧焊与电渣压力焊:在现场安装条件下都做拉伸试验,试件长度一般≥500mm(500mm~650mm)。
3.2 水泥、砂石的检测
砂石、水泥、外加剂是建筑工程中最基本的、也是用量最大的建筑材料,以往建筑工程在对这些产品检验时,只是检验产品的强度和一些与强度有关的常规性技术指标。而如今对砂、石和水泥甚至包括回填上都要进行放射性的检测。
水泥进场验收:水泥进场时应对其品种、级别、包装或散装仓号、出厂日期等进行检查,并应对其强度、安定性及其他必要的性能指标进行复验,其质量必须符合现行国家标准《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》GB175等的规定。当在使用中对水泥质量有怀疑或水泥出厂日期超过3个月(快硬硅酸盐水泥超过1个月)时,应进行复验,并按复验结果使用。?
砂石取样方法:在料堆水取样时,取样部位应均匀分布。在料堆的顶部、中部、底部各均匀分布的5个不同部位取得,组成一组样品,砂子在各部位抽取大致相等的8份,石子在各部位抽取大致相等的15份。砂石、水泥送检的同时,进行砼配合比、砂浆配比的检验工作,一般是与砂石、水泥检验报告同期出示。在第一次使用配合比搅拌砼或砌筑砂浆时,应至少留置一组标准标养试件(标养条件:温度为20±30℃,相对湿度为90%,试件间距为10mm~20mm)作为验证配合比的依据。同时,根据砂浆配比,对所搅拌的砌筑砂浆用砂的粒径、水泥用量、搅拌时间、砂浆和易性等进行检验试验。
3.3 砼工程
结构混凝土的强度等级必须符合设计要求,用于检查结构构件混凝土强度的试件,应在混凝土的浇筑地点随机抽取,应及时检查施工记录及试件强度实验报告。对有抗渗要求的混凝土结构,其混凝土试件应在浇筑地点随机取样 ,抗渗试验报告也应随时检查以保障施工质量。
检测时环境温度与湿度的控制温度和湿度对一些建筑材料的性能有很大的影响,故在标准中对材料养护、测试时的环境条件有明确的规定,必须严格遵守。如GB/T17671―1999《水泥胶砂强度检验方法》规定,试体成型时的环境温度应稳定保持在20℃±2℃,相对湿度应>50%;试体拆模前的养护温度为20℃±1℃,相对湿度应>90%;试体在水中养护的温度控制在200C±10C。又如弹性体改性沥青防水卷材(SBS)等防水材料,其性能对环境温度较为敏感,进行拉伸试验时要求室温控制在23℃±2℃。
4、结束语
随着我国建筑行业的发展飞速,人们越来越关注建筑材料的质量。建筑材料作为构建建筑工程的基础,其质量好坏对建筑工程的安全性造成直接的影响。在施工之前,一定要高度重视建筑材料的检测工作,严格执行质量标准,并不断地总结经验教训,不断提高实际操作水平,保证检测结果的准确性,从中确保建筑材料的质量和工程的使用安全。
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建筑材料对工程造价的影响1.引言建设项目的造价控制贯穿于项目的全过程,即项目决策阶段、项目设计阶段、项目招标阶段、项目实施阶段和竣工阶段都关系到建设项目的造价控制。统计资料显示,在项目决策阶段及设计阶段,影响建设项目造价的可能性为30%~75%,而在实施阶段影响建设项目造价的可能性仅为5%~25%。控制工程造价的关键就在于项目实施之前的项目决策和设计阶段,项目决策是决定因素,而设计则是关键因素。使人力、物力、财力有限的资源得到充分的利用,取得最佳的经济效益和社会效益。在建筑工程中,材料费约占工程总造价的60~70%左右,是整个费用的主体。所以从材料所占比重来看,其成本是对工程造价影响最大的因素。随着市场经济的发展,构成工程成本比重最大的材料价格不断波动起伏,人工费、机械费也在不断变化,工程成本不断增加,一方面是由材料价格的不断上涨,施工费用不断增加造成的;另一方面是由于工程图纸来考虑经济实用的方法或设计不合理及施工中管理不善造成的。材料使用成本高低对有限的投资获取最大的经济效益,是工程技术人员和造价人员的一项重要课题。从工程造价定额的构成来看,材料价格是相对较灵活的因素。工程造价主要是由人工费、材料费、机械费等构成的,其中人工费和机械费的计取和调整都是由定额价格主管部门统一规定的,比较稳定;而材料费是相对较灵活也是对工程造价影响较大的一个重要因素,特别是可调整差价的材料和未计价的材料,如果控制管理不到位,即便是工程量计算和定额套用再准确,费用计取再合理,也会使工程造价失真,严重影响工程造价的有效控制。因此搞好材料的管理工作对于有效控制工程造价具有重要意义。2.当前建筑材料的发展概况及趋势2.1 建筑材料的概念及分类 建筑材料是构成建筑工程结构物的各种材料之总称。建筑工程材料的品种繁多,性质各异,用途也不同,为了便于应用,工程中常从不同角度对其做出分类。2.1.1 按基本成分分类(1)有机材料以有机物构成的材料,包括:天然有机材料(如木材等),人工合成有机材料(如塑料等)。(2)无机材料以无机物构成的材料,包括:金属材料(如钢材等),非金属材料(如水泥等)。(3)复合材料有机一无机复合材料(如玻璃钢等),金属一非金属复合材料(如钢纤维混凝土)。复合材料得以发展及大量应用,其原因在于它能够克服单一材料的弱点,发挥复合后材料的综合优点,满足了当代土木建筑工程对材料的要求。2.1.2 按功能分类(1)结构材料:承受荷载作用的材料,如构筑物的基础、柱、梁所用的材料(2)功能材料具有其他功能的材料,如起围护作用的材料;起防水作用的材料;起装饰作用的材料;起保温隔热作用的材料等。2.1.3 按用途分类包括:建筑结构材料;桥梁结构材料;建筑装饰材料;建筑防水材料,建筑保温材料等2.2 建筑材料的地位 建筑材料是建筑事业不可缺少的物质基础。建筑工程关系到非常广泛的人类活动的领域,涉及生活、生产、教育、医疗、宗教等诸多方面。而所有建筑物或构筑物都是由建筑材料构成,建筑材料的数量、质量、品种、规格、性能、经济性以及纹理、色彩等,都在很大程度上直接影响甚至决定着建筑物的结构形式、功能、适用性、坚固性、耐久性、经济性和艺术性,并在一定程度上影响着建筑材料的运输、存放及使用方式和施工方法。 建筑材料与建筑、结构、施工之间存在着相互促进、相互依存的密切关系。建筑工程中许多技术问题的突破和创新,往往依赖于建筑材料性能的改进与提高。而新的建筑材料的出现,又促进了建筑设计、结构设计和施工技术的发展,也使建筑物的功能、适用性、艺术性、坚固性和耐久性等得到进一步的改善。 为了使建筑物满足适用、坚固、美观等基本要求,材料在建筑的各个部位,充分发挥着各自的功能作用,分别满足各种不同的要求。如钢材和混凝土的出现产生了钢结构和钢筋混凝土结构,使得高层建筑和大跨度建筑成为可能;轻质材料和保温材料的出现对减轻建筑物的自重、提高建筑物的抗震能力、改善工作与居住环境条件等起到了十分有益的作用,并推动了建筑节能的发展;新型环保装饰材料的出现使得建筑物的造型与建筑物的内外装饰焕然一新,生机勃勃。因此,建筑材料是加速建筑革新的一个重要因素。 2.3 建筑材料的发展概况 从建筑材料发展史可以看出,建筑材料的发展是随着人类社会生产力和科技水平的提高而逐步发展起来的。建筑材料的发展经历了一个很长的历史时期。建筑材料的发展是随着人类社会生产力的发展而发展的。在当今的社会,建筑材料犹如那令人目不暇接的商品一般,款款色色,不胜枚举。随着人类文明的进步,生产工具得到极大改善, 又由于长期的自然生活以及石材本身给人的坚实安全感,人类开始利用大块石材建造房屋或构筑物。石材具有坚硬耐用等性质,在相当的一段时间里成就可观。如被称为世界七奇观之一的埃及吉萨金字塔,历经了5000余年沧桑仍然挺立,其结构就是石材结构,由250万重达2.5吨的石料砌成。公元前400-前500年古希腊雅典卫城主要建筑材料也是石料。中国万里长城有些残段构筑材料是石块。这段时间内的石材应用,给人类留下了宝贵而丰富的文化遗产。在今天砌体结构发展成熟,各类砖体层出不穷,功能各异。砖瓦一直以来颜色形状各异的砖瓦构建成视觉美感强烈的建筑,典雅非凡,因而直到今天砖瓦依然是重要的建筑材料。伴随漫漫发展过程,建筑材料日益丰富。在这个过程中除了石材外还有一种建筑材料贯穿历史,堪称经典——木材。例如一千多年前建成的杭州六合塔,始建于1056年的山西应县木塔,最大木结构建筑群北京故宫等。经历了漫长的石材砖瓦的砌体建筑史以及木结构建筑史,到18世纪工业革命之后,建材的发展成果更是令人瞩目,材料的多样性更令人眼花缭乱。其中里程碑式的发展是水泥的出现。它与传统胶凝材料石灰胶相比,具有高强度以及硬行等特点,如果与砂石等骨料水拌形成混凝土,可使墙体更加坚固。混凝土自此后广泛应用,使土木工程活动范围和规模都得到了进一步发展。工业革命以后,钢材的建筑用途被世界重视,建筑材料家庭里于是加入了重要角色——钢材。从此钢筋混凝土地建筑主导地位被确立。此时,高层建筑如雨后春笋纷纷拔地而起。1940年以后,钢材、钢筋混凝土、预应力混凝土、钢骨钢筋混凝土令建筑物的规模产生飞跃性发展。与此同时,玻璃等采光材料也得以广泛应用,出现了玻璃墙体。合成工艺的发展又促使了根据功能需要而生产合成建筑材料,如木纤维水泥板、集成木材、化学塑胶材料等。传统建筑材料也大为改善,空(实)心砌替、配筋砌体、木材、石材应用多样化。一时间性能更加多样化的建筑材料纷纷出现。形成了百花齐放的局面。20世纪以后,人们要求建筑物功能多样化,对建筑物安全性要求也增高,高分子有机材料、新型金属材料、智能化材料和各种复合材料迎来了建筑物的功能外观根本性的变革。例如纤维材料与混凝土混合弥补了混凝土材料的脆性缺陷。建筑材料的发展适应着社会发展以及社会要求,自此之后新型材料不断产生。现代世界人口急剧增长,建筑用地日益紧张,高耸入云的摩天大楼不再是幻想,而是实实在在的要求,而仍不断要求建筑物向更高更深方向发展。人类渴望的不仅仅是舒适美观,更有渴望居住环境能和谐自然。质轻高强材料、高耐久材料等的产生以及性能深化已经刻不容缓,“绿色环保建材”的要求也应运而生。树立可持续发展的生态建材观,研究环保美观材料、耐火防火材料以及材料智能化,将材料的优良性能与环境协调,构建和谐自然的居住环境,是现代建筑工程工作者的努力方向和责任,也是建材发展的必然趋势。4. 工程设计中材料选择对工程造价的影响设计阶段是建设项目工程造价控制的龙头。在投资计划得以合理确定以后,进入设计阶段,它是把技术与经济有机结合在一起的过程。有效控制工程造价要求在施工图设计中严密、全面。当前我国的工程设计也实行招投标制、公平竞争,把对设计阶段有效控制工程造价作为选择中标单位的主要标准之一,对全过程造价进行控制的管理。但目前我国大部分设计单位对工程项目的技术与经济进行深入分析不够、在设计中大多重技术轻经济,设计人员似乎只对设计工程的质量负责,对工程造价的高低不太关心。以致无法通过优化设计方案,编制初步设计、概算起到控制总造价的作用。工程设计图的质量和深度等也不够,工程量清单中的工程量错算、漏算,也引起暂估项目的增多,使招投标工作的质量难以保证,因而也无法有效控制工程造价。设计阶段是建设项目成本控制的关键与重点。尽管设计费在建设工程全过程费用中比例不大,一般只占建设成本的1.5%~2%,但材料对工程造价的影响可达75%以上,由此可见,设计中材料选择的价格直接影响建设费用的多少,直接决定人力、物力和财力投入的多少。合理科学的设计选材,可降低工程造价10%。但在工程设计中,不少设计人员重技术、轻经济,任意提高安全系数或设计标准,而对经济上的合理性考虑得较少,从根本上影响了项目成本的有效控制。掌握各种工程材料的特性,正确地选择和使用材料是对从事工程设计人员的基本要求,因为建筑工程的设计不只是结构设计,还应该包括材料的选用。因此,材料选择是工程设计必不可少的重要环节,其对工程质量及工程造价有着至关重要的影响。选材工作影响整个设计过程。但是就目前国内的状况而言,不少设计人员有一种倾向,只重视结构设计与计算,而把选材看成是一种简单而不太重要的任务,认为只要翻翻手头材料手册,找出一种通用材料,便可万无一失。材料选择与应用直接关系到工程的质量与造价。所谓选材,就是在众多材料中,寻找既能满足工程上的要求,又能降低工程成本获得最大经济利益,同时还能符合使用环境条件和环保与资源供应情况的材料。选材不是一件容易的事情,困难之一是如何正确地选用材料,使其既满足工程的设计功能(如强度和耐久性要求),又符合技术、经济和美观的要求,以达到产品结构耐久与价廉物美的完美统一;困难之二是材料的类型和品种繁多,如何去确定可供选择的范围以及最终选定某一种最佳或最合适的材料;困难之三是材料选择与科学研究不同,科学研究对于所有的问题一般都具有惟一正确的答案,而材料选择则要求考虑候选材料各自的优点和缺点,再做必要的折衷和判断,因此,材料选择可能有不同的解决办法,每一种选材对造价都采生很大的因响。例采用大面积玻璃门窗(幕墙)是现代建筑的一种潮流。目前采用的几种节能玻璃材料主要有镀膜玻璃、中空玻璃和带薄膜型热反射材料玻璃。玻璃材料在建筑设计中具有重要的作用,除了满足建筑结构设计如强度,刚度,风压,抗震和温度变形等要求外,在节能设计时应满足节能围护结构功能要求。在建筑设计上要求建筑师能根据建筑的使用功能以及我国不同地区的气候特点,正确选用各种节能玻璃材料,创造出新型建筑节能技术和设计方法。做到减少能耗又控制造价,是建筑师注意的问题。严格控制设计变更,以保证投资限额不轻易突破。建设单位的工程造价管理人员应与设计部门积极配合,及时提供可靠的工程基础资料。优化选择设计方案,认真会审图纸,积极提出修改意见设计方案的优化选择,对工程造价起着举足轻重的作用。7.结语 建筑工程造价预算管理是集专门性、知识性、政策性于一体的工作,是一门多学科、综合性的工作。建筑工程造价预算管理对造价预算管理人员提出了较高的要求,它要求造价预算管理人员不但要掌握工程预算的专业知识及其相关的法律、法规和政策,还要了解设计、材料设备采购、施工工艺、工程基本结构、投资控制等相关的基础知识。同时,建筑工程造价预算管理又是一项艰苦、细致的工作,工程造价预算管理人员经常要深入工程第一线,从事资料收集(特别是构成实体的建筑材料的市场价格))工作,因此,工程造价预算管理人员不但要有过硬的专业基本功,还要具备良好的职业道德,要养成实事求是的工作作风,具有爱岗敬业、无私奉献的精神。
二、发展新型建材及制品是可持续发展战略的要求对于能源和耕地等资源人均占有量只有世界平均水平1/4的中国来说,国民经济和社会与资源、生态环境协调发展显得更为重要和迫切。目前我国粘土实心砖仍占墙体材料总产量的近80,能耗高、毁田、污染等问题十分严重,每个消耗22亿吨的粘土资源,制砖毁田约12万亩,耗能8200万吨标煤,同时排放大量的粉尘和二氧化碳。因此,发展机关报型建筑材料及制品关系到我国可持续发展战略的实施,同时也关系到建材工业的健康发展。随着国民经济的发展和人民生活水平的逐步提高,人们对居住和工作场扬要求也不断提高。许多国家的经验证实,它是经济发展和社会进步的必然趋势。建筑业的进步不令要求建筑物的质量、功能要完善,而且要求其美观且无害人体健康等。这就要求发展多功能和高效的新型建材及制品,只有这样才能适应社会进步的要求。使用新型建筑材料及制品,可以显著改善建筑物的功能,增加建筑物的使用面积,提高抗震能力,便于机械化施工和提高施工效率,而且同等情况下可以降低建筑造价。天津、成都等城市的实践证实,在同等条件下,采用新型建筑材料及制品可增加有效使用面积近10,减轻建筑自重40以上,有效提高抗震能力。按目前年竣工城镇住宅2.4亿平方米的10采用新材料计,每年可增加有效使用面积约2000万平方米,综合造价可降低约4-7。此外,发展新型建材对于环境保护和资源综合利用也有显著效果,以"八五"期间为例,仅发展新型墙体材料就累计节约生产能耗和建筑采暖能耗2200多万吨标煤,减少毁田约15万亩,利用工业废渣9500万吨,减少三氧化碳排放量2300万吨。作为与建筑业关联性最强,70的产品应用于建筑业的建材工业来说,发展新型建材及制品纳入到建筑设计、施工规程规范中,以推广应用新型那样工促进新型建材的发展。推广应用新型建材不仅社会效益可观,而且经济效益显著。如建筑上应用新型保温材料节能一项的费用,就远大于用新型建材顶替粘土实心砖所增加的费用。因此,发展新型建材及制品是社会进步和提高社会经济效益的重要一环。三、新型建材及制品发展展望按照建材工业"由大变强,靠新出强"跨世纪发展战略的要求,发展新型建材将着重在新字上做文章,促进产业结构的调整。新型建筑材料及制品产值"九五"期间以20-25左右的速度发展,到2000年产值接近1300亿元。其中乡以上独立核算企业产值800-900亿元,占建材工业总产值的20。工艺技术装备和产品质量达到国际70年代水平,骨干企业达到国际80年代初水平,先进企业达到国际同期先进水平。.1、部分新型建材产品2000年及2010年猜测(1)防水密封材料。预计到2000年,全国新型防水卷材产量达到8300万平方米,市场占有率达到20,全国城镇永久性建筑采用新型防水材料达到60。到2010年,全国新型防水卷材产量将达到2.5亿平方米,市场占有率达到50,城镇永久性建筑采用新型防水材料将达到80。(2)保温隔热材料。预计到2000年,全国保温材料需求量为,岩(矿)棉40万吨,玻璃棉5万吨,膨胀珍珠岩30万吨,硅酸铝纤维4万吨。预计到2010年,全国保温材料需求量为:岩(矿)棉60万吨,玻璃棉10万吨,膨胀珍珠岩40万吨,硅酸铝纤维8万吨。(3)矿棉吸声板。预计到2000年,全国矿棉吸声板需求量为2000-2500万平方米。预计到2010年全国矿棉吸声板需求量为4000-5000万平方米,产品品种、质量和数量不但可以满足国内市场需要,而且将有部分产品出口。(4)装饰石膏板。预计到2000年,全国装饰石膏板需求量为700万平方米。预计到2010年,全国装饰石膏板需求量为1400万平方米。石膏板2000年需求量约8000万平方米左右。(5)建筑涂料。预计到2000年,全国建筑涂料需求量为100万吨,中、高档建筑涂料将占较大比例。预计到2010年,全国建筑涂料需求量将达到160万吨。(6)塑料异型材和门窗。预计到2000年,全国塑料异型材需求量为20万吨,可组成1000万平方米塑料门窗。预计到2010年,全国塑料异型需求量为50-60万吨,可组成塑料门窗2500-3000万平方米。(7)塑料地板。预计到2000年,全国塑料地板需求量为8000万平方米。预计到2010年,全国塑料地板需求量将达到1.5-2亿平方米。届时,各种塑料地板(包括弹性卷材地板、半硬质塑料地板、柔性卷材地板)和各种功能地板)抗静电、防腐蚀、防火、保健)的品种、档次将有显著的提高,可基本满足不同层次的需求。(8)塑料管道。预计到2000年,全国塑料管道需求量为40万吨(其中33万吨为排水管、7万吨为给水管),塑料管材与管件不配套问题基本可解决。预计到2010年,全国塑料管道需求量将达到100万吨,其品种包括塑料给水管、电线导管、冷热水管、燃气管等。(9)壁纸、墙布。预计到2000年,全国壁纸、墙布的需求量为2.5-3亿平方米。胶印壁纸、全天然壁布、水墨印崦及其他功能的壁纸将进一步发展,可基本满足高级宾馆、饭店的需要。预计到2010年,全国壁纸壁布需求量将达到4亿平方米以上,并有部分出口。(10)化纤地毯。预计到2000年,全国化纤地毯需求量为1200万平方米,预计到2010年,全国化纤地毯需求量将达到5000-8000万平方米,品种基本可配套,可满足不同要求的建筑物对抗静电、阴燃、防毒、防沾污、耐磨等功能的要求。2、"十五"期间新型建材行业发展重点新型建材将成为中国第十个五个计划期间(2001-2005年重点发展行业。新型墙体材料占墙材总量的比例将由"九五"末期的28增长至35。重点是建设上档次、不水平、规模的主导产品生产线。空心砖重点发展利用废渣的掺加量、高空洞率、高保温性能、高强度的承重多孔砖、外墙饰面的清水墙砖;混凝土砌块重点发展双排孔或多排孔的保温承重砌块、外墙饰面砌块,重点发展机械化(挤压式)生产的轻质多孔条板、外墙复合保温或带饰面的装配式板材,并配合建设部门推广应用轻钢结构体系,发展各种装配式条板。积极推广UPVC塑料管及其它新型塑料管。全国新建住宅室内排水管80、穿线管90。外墙雨水管50采用塑料管,基本淘汰铸铁管,约需各种管材管件16万吨左右;室内上水管和供暖管分别有30和20采用柔性塑料管;城市供水管道50;村镇供水管道80采用塑料管,下水管道15使用塑料管,共需UPVC管道20万吨左右。新型防水材料重点发展SRS、APP、APO改性沥青油毡,工程应用量将达到防水材料市场的55以上,用量约7000万平方米,逐步淘汰纸胎油毡防水材料。高分子防水卷材工程应用量将达到20,用量约5000万平方米,防水涂料工程应用量达7,年用量约6万吨,特种机关报型防水材料应用量将占防水材料应用量的80以上。新型保温材料产量将达到70-80万吨(不包括膨胀珍珠岩)。重点是加强各咱保温材料在建筑上的应用,使新型保温隔热材料在建筑中应用量占当年应用量比例达到35。建筑装饰材料重点发展丙烯酸类乳胶、高档发内外墙涂料、复合仿木地板等一些适销对路产品,朝着功能化、高档化、无化害化方向发展,做到新奇、美观、实用、方便,使装饰装修材料产值达到2000亿元,其工程产值约4000亿元。四、对策与建议1、确定新型建材及制品发展的主导产品,加强结构调整的导向工作。新型墙体材料以节能、节地、利废和改善建筑功能为目的,大力发展各种轻质板材和砼砌块,开发承重复合墙体材料。防水材料重点发展改性沥青防水卷材、聚氨酯防水涂料和硅酮、聚氨酯密封材料;保温材料重点发展建筑用矿物棉、玻璃棉制品;装饰装修材料重点发展丙烯酸类乳胶内外墙涂料、复合仿木地板等一些适销对路的产品;门窗重点发展塑料门窗,并注重解决好款式新奇、功能各异的设计和高档五金件的开发配套;上下水管道重点发展UPVC塑料管材件,并解决好管材与管件的配套问题。无机非金属新材料重点发展建筑、石油化工、电子、汽车等支柱产业所需的各类玻璃钢和制品,以及农渔业等行业所需的玻璃钢渔船、风力发电叶片等产品,不断提高集约化程度和产业化水平。2、加大科研开发的力度,提高技术装备水平。结合不同地区、不同建筑类型,以新型墙体材料为重点,瞄准有市场前景的新产品、新技术,在引进、消化、吸收国外先进技术装备的基础上,研究开发适合我国国情的新工艺、新技术和新装备。重点围绕尽可能少用天然资源,降低能耗并大量使用总收入弃物作原料;尽量采用不污染环境的生产技术;尽量做到产品不仅不损害人体健康,而应有利人体健康;加强多功能、社会效益好的产品开发。力争在下世纪30年代从总体上赶上中等发达国家同时代水平,在2015年部分有条件的产业率先实现现代化。近期应加强中高档外墙涂料的研制和开发,注重承重的复合墙体材料、保温材料在建筑上的应用研究,促进厨房卫生间产品的系列化、配套化开发,另外还应加强功能建材和绿色建材的研究和开发,优化产品结构。3、加强产品在工程技术应用的研究,加快新型建材及制品的应用步伐。建材主管部门和建筑业主管部门,要加强合作,尽快制定、落实新型建材纳入建筑应用于的规程和治理办法,切实解决新型建筑材料发展过程中科研、生产、建筑设计、施工等各个环节的具体问题;研究适合新型建材及制品应用的设计规程和施工工艺;编制、修订有关新型建材及制品的市府、生产、施工规范、规程及施工通用图集;颁布比较成熟的机关报型建材及制品设计、应用、推广产品目录,部分产品可考虑实行生产许可证等。力争在工作到一定程度时以几个部门联合下文的方式予以法定化。4、统筹规划、合理布局,形成一批新型建材及制品的生产基地和在型企业集团,按十五大提出的"抓大放小"和组建"大企业集团"的精神,结合各地的实际情况,选择一批有基础的城市和有实力的新型建材及制品生产企业集团和基地进行重点发展,使之形成生产规模大、配套能力台的大型新型建材及制品企业集团和生产基地。结合住宅产业化试点工作,抓好北京、上海、天津等一批城市发展新型建材及制品,使之形成各具特色,具有自己的主导产品和合理的产品结构、有一定规模和配套能力的新材料基地,对全国其他大中城市起到示范作用。 结 束 语 随着我国科学技术的飞速发展,可持续发展战略思想深入人心,建筑节能技术发展空间广阔,对新的节能材料的开发与应用势必成为今后研究的焦点,通过建筑节能新材料应用研究最终达到节省消耗,节约能源的目的。
您想问的是口腔材料的研究方法是什么吗?复合树脂磨耗机理。口腔材料的研究方法如复合树脂磨耗机理、粘接机理、疲劳特性、聚合收缩、材料改性、材料与组织界面研究以及各类口腔材料性能评价方法和生物学评价方法的研究。口腔材料室在多年的科研工作中在国内国外杂志上发表科研论文50余篇,获得北京市科技成果奖5项,卫生部科学技术进步奖1项,国家教委科学进步奖1项,国家技术监督局科学技术进步奖1项。在科研开发中获得美国、德国、中国、欧洲专利共5项。
随着经济与社会的发展,以及人们生活层次和质量的提高,现代人在口腔健康与美的投入上越来越大,口腔医学美学应运而生。下面是我为大家整理的口腔医学美学论文,供大家参考。
【摘要】 目的 探讨口腔正畸学研究生进行口腔医学美学教育的必要性。 方法 结合当前国内口腔正畸学研究生的美学教育现状,分析口腔正畸学与口腔医学美学的关系,讨论口腔正畸学研究生口腔医学美学课程的教学内容和 教学方法 。结果 口腔医学美学教育有利于提高口腔正畸学研究生的综合素质。结论 口腔正畸学研究生应加强口腔医学美学教育。
【关键词】 口腔医学;正畸学;美学;教育,研究生
近年来,我国高等教育中美学教育工作日益受到重视。21世纪是审美的时代,美学教育要把培养“审美的人”作为自己的根本任务;与此同时,审美时代也给美学教育提出许多新的课题。口腔医学美学是口腔医学与美学交叉和结合的边缘学科,是医学美学中的一个应用分支,口腔正畸学作为口腔医学的一个分支,与美学关系十分密切,并与美学相互渗透。口腔正畸学在世界医学教育中属于 毕业 后教育,目前我国的临床口腔正畸医师的培养主要是通过研究生教育或进修生教育,其中研究生教育是较为理想的一种口腔正畸学医师教育方式。因此,在口腔正畸学研究生中普及和加强口腔医学美学教育就显得尤为重要。
1 口腔医学美学及口腔医学美学教育概念
口腔医学美学是医学美学中一门具有直接实践性的应用分支,是一门研究在维护、塑造口腔颌面部健美的创造性活动中体现出来的一系列医学美现象和医学审美规律的科学[1]。口腔医学美学教育即口腔医学审美教育,是指从口腔医学领域的特殊性出发,通过各种形式的审美活动和审美教育 措施 ,培养和发展口腔医师的专业审美意识和审美心理,提高他们在医学审美实践中感受美、鉴赏美、运用美和创造美的能力。
2 口腔正畸学研究生进行口腔医学美学教育必要性
2.1 口腔正畸学与美学的关系
美国著名牙医、美学牙医学创始人PINCUS指出,美学牙医学是继生物学、生理学、机械学之后的第四维临床牙医学。西方和日本均将美学作为牙医学院的必修课程。口腔正畸学是口腔医学中的一个专科,是研究各种错畸形的病因机制、诊断分析及其预防和治疗的科学。其研究的解剖范围是人类容貌的敏感区之一——口腔颌面部;其研究内容——错畸形是一类影响外貌和功能的畸形,世界卫生组织(WHO)将其定为“牙面异常”。口腔正畸学的基础理论、科学实验和临床实践中蕴含着许多美学的思想和原理,著名正畸学家GRABER曾指出,口腔正畸学是科学与艺术的统一,这高度概括了正畸学与美学两者密不可分的关系。
2.2 口腔医学美学在口腔正畸学中的作用
口腔医学美学作为一种方法手段对口腔正畸学临床具有实践和指导作用。利用美学手段可以处理正畸学中的一些单纯用医学手段难以解决的技术问题。牙齿与颜面审美的协调关系是口腔正畸治疗的目标[2],在临床正畸学的诊断,矫治方案的设计,临床矫治技术中,处处可见美学踪迹。如面部的对称性,前牙的中线,牙齿与面部以及病人的性别、年龄、身高等的协调性,个体弓形的设计,微笑的美学设计,严重骨性畸形病人术前术后的矫治等均离不开口腔医学美学理论的指导。
2.3 口腔正畸学研究生进行口腔医学美学教育的目的和意义
我国现代高等教育提倡的是素质教育。是以提高民族素质为宗旨的教育。为了适应当今的形势发展,我国口腔医学教学改革的主要目标是:面向现代化、面向世界、面向未来,培养高素质的、适应当代社会和科学技术飞速发展要求的口腔医学专门人才。
美学教育是一种高形态的素质教育,一个适应时代发展的高素质的正畸医师必须具备良好的审美意识和审美观,口腔正畸医师只有很好地掌握了口腔医学美学的知识和原理,才能对病人做出正确的诊断、设计并进行合理的治疗,从而最终取得令病人满意的既美观协调又具有良好功能的牙列和颜面。如果一个口腔正畸医师没有扎实的美学知识作指导,只会简单地排齐牙齿,而不顾牙齿的垂直向位置、近远中位置、唇齿关系、笑线的问题、微笑的问题,那这只能是一个牙匠而非合格的正畸医师。
口腔正畸学研究生是未来的口腔正畸医师,只有加强他们的口腔医学美学教育,才能使研究生的人才培养真正实现由“单一型”向“复合型”、 由“技能型”向“艺术型”、由“匠人型”向“ 文化 型”的转变。
3 目前我国口腔正畸学研究生口腔医学美学的教育现状
口腔医学美学是一门新兴的边缘学科,目前在我国各医学院校口腔正畸学研究生的课程设置中口腔医学美学课程的开设尚不统一,只有少数院校在本科教育阶段将其设为必修课,如安徽医科大学口腔医学系、大连医科大学口腔医学系等,是国内比较早将口腔医学美学作为必修课的医学院校[3,4],但大多数医学院校仍把医学美学或口腔医学美学作为选修课,而且教学力量薄弱,专职的美学老师很少,多由其他专业的教师兼职,尚无统一规范的口腔医学美学教材,教学内容和教学方法也在摸索之中。
4 加强口腔正畸学研究生口腔医学美学教育的方法和途径
4.1 普及口腔正畸学研究生的口腔医学美学教育
虽然有些医学院校已经在本科生教学中将医学美学或口腔医学美学作为选修课,但选修率并非100%,而且学时有限。口腔正畸学在世界医学教育中属于毕业后教育,因而口腔正畸学在整个口腔医学本科教育中的学时不多,主要介绍口腔正畸学的检查诊断以及各种错畸形的矫治原则,而对于临床各种矫治技术的讲解比较简单。本科期间也没有正畸专业的实习,学生对涉及口腔正畸临床方面的美学知识的学习和认识无法深入,所以有必要在研究生阶段进一步加强和普及口腔医学美学教育。 普及口腔正畸学研究生的医学美学教育,就应将口腔医学美学课程列为必修课,使每一名口腔正畸学研究生都能接受这方面的的教育,培养他们的审美能力,健全审美观,提升审美境界,为以后的临床和科研工作打下良好的基础。
4.2 加强师资队伍的建设
目前,我国各医学院校口腔医学美学的师资力量还不够均衡,大多数院校这方面的人才比较匮乏,是由其他专业的教师兼职,如美术老师、音乐老师、中文老师等,但是这些老师对口腔科学的知识了解较少,在讲解与口腔知识有关的美学知识时,不能和口腔正畸临床实践有机地结合起来,这样就不能保证讲解的针对性和生动性。所以有必要加强口腔医学美学的师资队伍的建设,应对美学教师进行口腔相关知识的培训,或对口腔正畸学教师进行医学美学知识的培训,使教师首先做到能将医学美学的理论和原理同口腔正畸实践融会贯通。
4.3 口腔医学美学的教学内容和教学方法
口腔医学美学教学内容应该包括以下三个方面[4]。①美学的理论:该部分是整个课程的基础,通过美学理论启迪建立积极有序的美学思维,健全学生的哲学审美观和艺术审美观,提高对美的感悟、认识、品鉴能力。②医学美学:指导学生探索口腔医学与美学的结合点及其内在联系、规律,熔铸医学审美能力的基础。③口腔医学临床审美的理论和应用:这是口腔医学美学的最终目标。这一部分内容要结合正畸临床讲解,针对与美学有关的正畸问题,如牙齿排列的美学问题:牙冠的长度和宽度,牙齿的垂直向位置,近远中向位置,唇舌向位置;并强化责任意识[3]。严格出科考试和毕业前的临床技能考试与评价。这样,不仅考核了学生的临床技能水平,也评估了临床教学质量,对规范教学管理、加强教学工作有积极意义。颜面软组织与牙齿的美学关系:唇齿关系、与微笑美学有关的笑线、切牙曲线、负性空间等进行讲解。
口腔医学美学的教学方法应采用理论与实践相结合的教学模式,利用多媒体教学手段,将一些与正畸美学有关的现象的照片和图片,以及矫治前后病例的牙齿和颜面改变的资料等直观地呈现出来,结合临床实践讲解,便于学生理解。
在学生当中组织一些病例讨论,选择典型的病例,先让学生利用课堂所学的口腔医学美学的理论知识,独立分析诊断病人所存在的美学问题,并提出相应的处理措施和矫治方法,然后由教师进行讲评,并给出实际临床矫治方案、矫治方法以及最后的矫治结果,最后让同学根据该病例的矫治前后的过程写出 总结 和体会,这种病例讨论可以提高学生的主观能动性。
经过这种理论与正畸临床实践相结合的学习过程,可以使学生真正将审美的理论应用到正畸临床中,达到学习口腔医学美学的最终目标。近年来,我科在口腔正畸学研究生的临床教学中采取了PBL教学法,即“以问题为基础”、自学讨论为主体的教学法,取得了较好的教学效果[5]。作者认为这种方法也可以尝试应用于口腔医学美学的教学中。
综上所述,加强口腔正畸学研究生的口腔医学美学教育是全面提升正畸学研究生审美素质,培养21世纪口腔正畸事业所需合格人才的需要,虽然这项工作在我国起步较晚,但是相信经过广大正畸学和美学教育工作者的共同努力,口腔医学美学教育会越来越成熟。
【参考文献】
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[5]陈杰,刘君,徐宏. PBL教学法在口腔正畸研究生教学中的应用[J]. 青岛大学医学院学报, 2006,42(2):177
现代医疗服务对口腔医生的要求20世纪80年代后期, 随着医学美学与医学美容学在我国的兴起, 人们越来越意识到未来医学的口腔专业技术人员,要有精湛高超的医疗技术, 还要有扎实的人体审美以及美学基本知识。
目前,现代口腔医学, 要求把艺术和科学融合在一起, 对口腔医生的基本要求为:具有扎实的专业基础、 素描 能力、透视能力、审美能力、 雕刻 能力、美学以及艺术涵养。把口腔正畸学作为模板, 在整个错牙以及畸形矫正的临床工作中,应在整个矫正设计的理念、矫正过程以及临床效果评估中贯彻美学思维。这就需要不断对口腔科医生的思维进行开拓, 从牙齿的排列中具体体现患者的个性以及性别等要素, 使治疗后的牙列和面部外形既表现出良好的功能, 美观、稳定, 又具有动态美。
不仅要有高超,精湛的医疗技术,还必须有一个坚实的基础知识美学和人体美学的知识。现代口腔医学杂志,需要科学与艺术的融合,要求牙科医生不仅要有扎实的专业知识,还要有审美能力,能力的角度来看,绘图功能,雕刻能力和审美素养和艺术修养。还是正畸,例如,在整个咬合不正矫正畸形在临床工作中,美学应随身携带整个家电设计,创意,且治疗过程评价疗效。这就要求牙医继续发展思维,以反映性别,个性和特定患者的牙列的安排等元素,使处理后的牙列和面部外观既表现出良好的功能性,美观性,稳定性,又具有动态美。
人类对生命的要求不仅仅是寿命的延长, 还要求生活质量的提高, 对疾病不仅仅要求治疗,还要求符合美的原则, 要求医务工作者在临床实际中运用美学理念, 采取最优的医疗手段和护理方法, 使患者早日恢复健康美丽, 满足患者的审美需要。
口腔医学美学是一门研究口腔颌面部医学美学现象及其审美规律的科学,既是口腔医学的专业基础课,又是直接参与和塑造口腔系统健美的临床美容学科,由于口腔是人体容颜美最显露的部分,任何牙颌畸形、牙列缺损、错位牙和口腔颌面部的创伤都会影响功能协调,感情的表达,人物的形象,所以现在就诊的患者不仅要求疾病得到治疗,功能恢复,而且更注重对美的要求和完善。
1 浅谈口腔工作者的美学修养
口腔科是一门造型艺术,如牙体牙列缺损的修复,错颌畸形的矫治,颌面部外伤的手术缝合等,无不包含和浸透着美学的因素。口腔工作者是人体美的忠诚卫士,要履行自己的 岗位职责 ,自身必须具备心灵美和外在美的优良素质,提高自己容颜美的专业造诣。美学素质应包括仪表美、语言美、行为美、心灵美和环境美等几个方面。
①口腔工作者的自我形体风格要严格注意修养。上班时要服饰整齐,衣着严谨,仪表雅洁这是表现一个白衣天使形象美的关键,②为患者服务或谈话接触时要保持良好的心态,耐心倾听患者的要求,态度和蔼,举止文雅,语言文明,通过美好的语言使患者对你有一个亲切信任感,进而使患者产生康复有望的积极心理;然后再检查操作时动作要敏捷,技术娴熟,为患者磨牙或备洞时,操作要正规动作要轻巧,程序要规范,最后在医德、情操、品格方面还要表现出高尚,奉献精神使患者感到一种宽松、宁静、舒适感,进而产生对医生的信任和满意。
医疗环境的完美是保证医疗活动正常开展的一个缺少的硬件条件,口腔工作者应积极营造一个美的工作环境。患者一踏进医院的大门就应感觉赏心悦目,候诊室内应有导医小姐热情接诊,根据病情将患者分诊到应就诊的诊室,同时候诊室内应设有电话、饮水机科普宣传书等。这是口腔工作者在临床工作中应提倡和注意的美学修养。
2 探讨求美者的心理,提高医疗效果
探讨求美者的心理状态,了解患者的顾虑、愿望和要求,因人施治,有的放矢地采取相应的美学措施,尽量满足患者的合理要求,达到医患共同的目的。患者的心态分析如下。
2.1积极型 某些患者有残疾或前牙疾患的患者,他们往往因生理的缺陷和社会的偏见与歧视,或者受到同龄伙伴的讥笑,造成一定的心理障碍,有强烈的自卑感,这些人都迫切希望通过手术"辞旧迎新"。这一类型患者手术时都比较配合,要给患者充分参与的机会,了解他们的审美观,尽量满足其要求,以获得理想的效果。
2.2适应需要型 因为自我的容颜缺点,引起恋爱、升学、求职的失败,故而通过美容实现对方需要的美。这类型患者的愿望和不切实际的要求要及时疏导与患者达成一个美的共同认识。术者有义务和责任尽最大努力恢复其功能和协调,使之成为体态完美的人。
2.3参与型 自身要求美容的心理不强烈,但看到别人术后效果好,或者经别人劝告而参与的,这类患者应保证修复的成功,让患者满意。
2.4欲望过高型 客观上没有美容的必要,如有些人他本来已有一微黄,有光泽的健美牙齿,但他们却认为牙齿越白越好,要求做牙齿漂白等,对这类型患者应做好解释工作不应进行手术。
3 应用审美意识使口腔医学更加完美
3.1在口腔颌面外科的修复中,要根据颌面部的解剖和美学要求,合理地选择手术切口部位,精巧地切开与缝合,选择最佳的手术时机,使口腔颌面部的疾患得到很好的修复,维护患者的美和健康。口腔内科的修复既要治疗疾病的同时,还要使牙齿更完美,如注意不要因充填材料而使前牙变色,后牙的充填也要美观实用。在口腔修复中运用美学规律指导设计制作,使修复体既符合解剖形态,又能体现形态美和艺术美。
3.2口腔修复美学中应注意的几个问题
3.2.1义齿的选择以及形态的排列 选择义齿的重点在于区别义齿的形状和排列,能在年龄和性别方面体现患者的特点,要注意形美、应遵守法律。总结得出男性的特点是以毅力和力量为主的表现形式,是一种"阳刚之气", 女人的优雅和温柔,是"阴柔之美。"一般年轻女性选择圆钝、贝壳形人造牙冠,按照平均角度,圆弧状各个角度的平衡,对称布置,易与女性的特征和性格相联系。特别是年轻的成年人男性患者,人工牙齿需要明确的标准,尤其是在切牙中的平衡安排,把侧切牙转向内侧,尖牙向外转,覆盖范围较小的侧切牙,中切牙突出,突出男性的刚强性格。
而老年患者,应该体现其沧桑的形态,在排列人工牙和选择人工牙形态方面要注意以下几点:人工牙切端发生磨损,颈端是尖型的,暴露牙根部,邻面以面接触,需借助调磨以及修改等工序以达到美观的效果。
3.2.2人造牙的颜色 天然牙具有好的色泽,分为浅白、浅黄和淡黄色;选择完成制作假牙或牙烤瓷冠,应与天然牙色线、牙邻牙或皮肤的颜色搭配。医生认为环境周围颜色的口比色的影响应该如患者的口红、面妆、毛巾的颜色、医患服装、诊室墙壁的颜色以及有色光源等,均可能会影响比色精度,使修复身体失去真实的感受。烤瓷牙制作过程中,由于种种原因,特别是由于瓷的厚度不够做成的烤瓷冠,缺乏足够的水平,牙体冠、颈、活力切割边缘不容易区别,这些应在生产过程中避免,生产的烤瓷冠应该模仿同名牙齿表面的不规则性发育沟、窝和自然磨损,在灯光的照射下,形成漫反射入射光产生光泽,从视觉上更可能产生与天然齿的类似的感觉。
3.2.3牙齿修复的和谐之美 如何让牙修复前后达到和谐之美。和谐之美是指对称分布应包括平衡、对比色、协调的形态与和谐的比例。因此,前牙修复需求之间的关系,实现与邻牙色泽均匀的一致,并符合比例协调的要求。中切牙,侧切牙,在大小选择是有区别的,侧切牙最小,中切牙最大,下颌牙比上颌牙小,虽然他们,但整体布局和大小应该没有差异,混合整齐寻求和谐之美。排列应与上下颌弓关系相呼应,在牙弓弧线上进行排列,前牙具有合适的覆盖关系,无论从唇面观或面观,前牙的排列曲线不是处于呆板的直线状态。
一个美丽的微笑,上颌的4个切牙切缘构成的曲线应和下唇缘线基本吻合,而下唇缘线的弧度会因年龄的增长和面部表情肌肉张力的下降而逐渐减小,即年轻人的下唇缘线弯曲程度较老年人大,老年人的下唇缘线已经趋于平直状态,所以应使中切牙与侧切牙和平 面相 差的距离(一般为1mm)进行患者年龄特征的判断。Richarde EoLombardi等主张:中切牙凸显年龄,侧切牙凸显性别,尖牙凸显性格。
参考文献:
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一、审美教育对口腔医学生的重要性
(一)提高口腔医学生的审美和创造美的能力
口腔医学生需要具备丰富的色彩学、美学等相关知识,并能够将其运用到口腔治疗中。口腔医学生需要利用审美能力对口腔进行美的创造,从而治疗疾病,同时重塑患者容貌。口腔医学生的审美能力与专业技术决定了患者形象是否美观。通过对口腔医学生进行审美教育,使其具备美术造型能力,进而创造美。
(二)提高口腔医学生对容貌、空间的把握能力
对口腔医学生进行美术造型训练,提高学生对空间感和物体结构、质感的把握能力,通过大量训练,将手与眼统一并提升至一定高度。为提升口腔医学生对器官的空间把握能力,可对人物面部进行写生或是解剖,进而提高口腔医学生的动手和观察能力。
(三)提高口腔医学生的审美实践能力
1.色彩的重要性人们对于色彩有着天生的辨别能力,这种能力要强于对外形的辨别。色彩能够影响人们的情绪和感觉,进而引起不同的生理反应。因此,把握好色彩对口腔医学生来说,是十分重要的。例如修复义齿时需要对义齿进行比色,参考患者脸色、唇色以及光源,设计适当的义齿颜色。
2.义齿修复与个性化修饰医师对于色彩的把握很大程度上影响了义齿的美观程度。口腔医学生应了解色彩原理和相关基础知识,并对配色有一定了解。在进行色彩训练时,加强训练学生对于色彩的辨识和搭配,为了避免学习枯燥,可将色彩运用至绘画。
(四)提高口腔医学生的人文素质和专业修养
良好的审美教育可以提高口腔医学生的人文素质,并且以此提高学生的艺术思维,培养学生专业修养,将自身的美学理念融入专业知识,促进全面发展。
二、口腔医学生审美教育现状及内容
(一)口腔材料美学教育
以往选择口腔材料时,只是考虑材料的机械强度与相容性是否达标,但是,近些年,口腔材料是否符合美学标准已经成为了选择材料时必需考虑的因素,这是口腔美学的一大进步。过去常用的金属冠桥已经被树脂和陶瓷材料所取代,原因在于较强的金属色泽在口腔中过于突兀,远不如陶瓷材料美观,而且陶瓷、树脂的性能优于金属材料。
(二)口腔色彩美学教育
由于计算机光电测色技术的发展与进步,使得口腔色彩美学得到了更好的发展,利用计算机调色、配色,将色彩数值化,消除了人眼误差,提高了配色技术。另外,利用计算机测色,可研究出各种影响因素对口腔材料色泽的影响。
(三)颜面美学教育
正畸治疗是改善面部软组织的重要治疗方法,但是以往的治疗只是注重矫正错咬合,却少有人关注对面部容貌的影响。目前,研究人员对正畸治疗的作用进行改观,不仅要矫正牙列,还应矫正面部异常。
(四)牙周病审美治疗
我国对牙周病的审美治疗已经获得了一定的成效。牙周病包括牙龈增生、牙龈暴露过多、高笑线等,都会在一定程度上影响容貌,可通过切除牙龈、修复生理冠等手术治疗牙周病,从而有效改善面部美观程度。对于青年人的牙周炎,可配合正畸治疗、咬合调整,进行牙周手术,进而解决牙列不齐、咬合紊乱等问题,提高口腔美观性,同时治愈疾病。对于成年人的牙周炎,可配合牙周夹板进行常规治疗,从而固定牙齿,恢复牙列。
三、提高口腔医学生审美教育的具体措施
(一)充实教育内容
在进行课堂教育时,应选择丰富、优秀的教材,并以此为载体,制定相关教学计划,并充分利用网络资源丰富课程,使教师有所教,学生有所学。
(二)提高教师审美素质
教师在审美教育中发挥着重要作用,因此,只有提高教师自身的审美素质,才能提高口腔医学的审美教育。这就对进行审美教育的教师提出了更高的要求,教师必需具备丰富的专业知识,在此基础上还应具备一定的美学知识以及审美 经验 。将口腔学与美学相融合,提高自身的口腔审美素质,才能为学生带来更好的教育。
(三)加强学生审美兴趣
在对学生进行审美教育前,首先应激发学生对口腔美学的学习产生兴趣,然后鼓励学生 发散思维 ,使用美学理念去看待专业知识。在讲授专业知识时,应融合入美学知识,并同时讲解医学与美学的基础知识,有利于学生对知识的理解与掌握。另外,还应培训学生的审美技能,通过实践提高学生发现、创造美的能力。
四、小结
综上所述,审美教育在口腔医学教育中占据着重要地位,不仅可以提高学生的审美能力和空间把握能力,还能提高学生创造美的能力。因此,口腔美学在我国的口腔教育中得到了发展与重视,学校应改善教材、丰富内容,并且提高教师的审美素质,进而加强口腔医学生的审美教育。
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