福建工程学院 材料科学与工程学科

本学科始建于1983年。经过近三十年的发展,成为福建省级重点学科,新增硕士学位授权建设学科。学科带头人陈文哲教授是教育部材料科学与冶金工程教学指导委员会委员。本学科的主要研究方向包括:材料成形制造、功能材料制备与测试、高端装备制造等,拥有福建省模具技术开发基地、福建省模具技术工程研究中心、福建省高等学校材料制备及成形技术重点实验室等省级科研创新平台。

材料热处理卓越工程师培养模式的探索

福州大学依托教育部"材料科学与工程专业卓越工程师培养计划"项目,借鉴欧美高等工程教育模式,将卓越工程师培养计划与材料热处理工程师的培训认证相结合,从培养计划、教学大纲、实训基地和教师队伍等方面构建了完善的材料科热处理卓越工程师培养体系。通过一系列教学改革和实践探索,使得材料热处理工程师培养工作富有成效,为进一步推动我国卓越工程师培养计划的实施具有积极的参考意义。

基于逆向工程技术的汽车后挡玻璃曲面重构技术研究

以某车后挡玻璃为研究对象,通过三坐标测量仪非接触式测量获取零件曲面的点云数据,并利用UG软件进行点云数据处理,且基于NURBS曲面重构理论进行零件曲面造型,同时对曲面进行光顺性检查。与传统的设计方法相比,提高了工作效率,缩短了新产品的研发周期。

新工科背景下化学工程专业人才核心竞争力的培养模式创新——评《化工设计实训指导书》

以互联网技术、信息技术为代表的科技揭开了第四次工业革命的序章,新的科技很快与社会发展各行各业融合,促进产业升级与技术创新。在世界工业高速变革的时代背景下,现代化工企业对相关人才的需求随之提升,“新工科”教育背景被提出来,并逐步成为高等教育工程学科的重要先导教育理论与发展目标。“新工科”的教育内涵通过五个教育维度的创新来体现:教育理念、专业结构、教学质量、人才培养模式及分类发展目标。“新工科”背景人才培养的重要目标在于培养出有核心竞争力、符合社会产业发展现状的优秀人才。高校化学工程创新人才培养模式,必须要把握好社会的实际需求。

新工科建设背景下卓越工程师创新能力的培养

创新能力的培养是造就卓越工程师的核心环节和重要保障。本文以培养新工科背景下卓越工程师的创新能力为主线,从卓越工程师项目的初衷和建设发展目的出发,提纲挈领地介绍新工科背景下卓越工程师的定位、挖掘卓越工程师创新能力层次化的新要求,面向创新意识形成、创新思维训练和创新素质养成三个不同层次能力培养,建立渐进式的创新能力培育模式,培养应对未来变化参与能力的卓越工程师人才;探索了一条研究性学习、探索性实验和综合性实践的创新人才能力塑造的培养模式,为应用型大学特色卓越工程师人才创新能力的培养提供了一条可复制的路径。

一维/二维混合碳纳米相增强铝基复合材料的微观组织与力学性能

碳纳米管(CNT)和石墨烯(Graphene)拥有优秀的力学和物理性能,是金属基复合材料中理想的增强体。本文采用球磨工艺+氢热还原法将碳纳米管(CNT)和还原氧化石墨烯(RGO)引入到铝粉表面构建CNTRGO混合增强体,然后利用放电等离子烧结系统(SPS)和轧制工艺,制备CNT-RGO/Al复合材料。通过EBSD、SEM、TEM以及拉伸等方法分析研究了CNT-RGO/Al复合材料内CNT和RGO增强相分布、界面结构、晶粒形貌和力学性能,探索了复合材料内CNT和RGO的协同强化机制。结果表明:CNT-RGO/Al复合材料表现出优异的力学性能,屈服强度和抗拉强度分别为228 MPa和268 MPa,比纯铝的屈服强度和抗拉强度分别增大了153%和143%,伸长率仍保持在8.5%。复合材料内还原氧化石墨烯的添加不仅促使一维的CNT和二维的RGO形成桥连结构,有益于载荷的传递,而且能够调控C与Al基体间的界面反应,有利于复合材料的C-Al界面结合。CNT-RGO混合增强体协同强化效果优于单纯的一维CNT增强体。

利用废陶瓷辊棒制备多孔轻质莫来石材料

利用废陶瓷辊棒作为主要原料,采用固相反应法制备多孔轻质莫来石材料,研究了配方组成对莫来石材料的晶相、显微结构和性能的影响。利用X射线衍射仪表征试样的晶相结构;采用排水法测试试样的显气孔率和体积密度;采用万能试验机检测试样的抗弯强度;采用扫描电子显微镜观察试样的显微结构。研究结果表明:试样经煅烧后形成多孔的莫来石材料,当SiO2含量增大到6%和8%时,得到单相的莫来石材料。试样中具有一定量的玻璃相,试样中均匀地分布着微米级的微孔,随着SiO2含量从0%增加到8%,微孔数量增加,孔径增大,显气孔率从2%增大到35%,体积密度从3.10 g/cm3减小到2.07 g/cm3,在莫来石含量提高和气孔率增大的影响下,试样的抗弯强度先增加后下降。

三聚氰胺氰尿酸盐/氧化锑/石墨烯复合阻燃玻璃纤维增强聚酰胺6复合材料

研究了阻燃剂三聚氰胺氰尿酸盐(MCA)/氧化锑(Sb_2O_3)和石墨烯(GP)对玻璃纤维(GF)增强聚酰胺6(PA6)复合材料性能的影响。结果表明,MCA/Sb_2O_3(质量比为70/30)的加入改善了PA6和GF的相容性,与不添加阻燃剂的PA6/GF相比,当MCA/Sb_2O_3含量为30份时,复合材料的强度、刚性和阻燃性能显著提高;GP的加入对PA6/GF的力学性能影响不大,但阻燃性能明显提高,当GP的含量为0.3份时,复合材料的极限氧指数达到30.1%,阻燃等级达到UL 94 V-0级;GP在PA6/GF的燃烧过程中具有促进炭化和发泡双重作用。

利用废陶瓷辊棒制备堇青石陶瓷材料

利用废陶瓷辊棒作为主要原料采用高温煅烧法制备堇青石陶瓷材料,研究了烧成工艺对堇青石材料的晶相、显微结构和性能的影响。利用X射线衍射仪表征试样的晶相结构;利用扫描电子显微镜观察试样的显微结构;利用排水法测试试样的显气孔率和体积密度;通过万能试验机检测试样的抗弯强度。研究结果表明:试样经煅烧后形成堇青石陶瓷材料,主晶相为堇青石相,次晶相为镁铝尖晶石相。堇青石呈粒状分布,试样中具有一定量的玻璃相,均匀地分布着微米级的微孔。随着煅烧温度和保温时间的增加,显气孔率先减小后增大,体积密度先增大后减小,抗弯强度先增大后减小,最佳烧结工艺为煅烧温度1 350℃保温时间3 h时,显气孔率最小为21%,体积密度为1.96 g/cm3,抗弯强度最大为58 MPa。

碱激活镍渣胶凝材料的制备及力学性能探究

以碱激活镍渣胶凝材料为研究对象,考察了养护龄期及混合碱中氢氧化钾含量对镍渣胶凝材料抗弯强度、抗压强度及微观结构的影响。实验结果表明,镍渣胶凝材料的抗弯强度和抗压强度随养护龄期的延长总体呈增大趋势。混合碱中氢氧化钾含量对镍渣胶凝材料强度的影响较为复杂,在养护龄期较短(小于7d)时,镍渣胶凝材料的抗弯强度和抗压强度均随着氢氧化钾含量的增加而增加;在养护龄期为28d时,抗弯强度随氢氧化钾含量的增加先缓慢增加后小幅降低,而抗压强度则随氢氧化钾含量的减少而明显增大,最大可达23.3MPa。

壳聚糖/SiO_2复合材料制备及质子传导性能研究

采用浸渍法在二氧化硅多孔材料中负载壳聚糖制备壳聚糖/SiO_2复合材料,通过X射线衍射、扫描电子显微镜、傅立叶变换红外光谱等方法对所制备材料的组成与结构进行了表征,采用热重-差示扫描量热法研究了复合材料的热稳定性,采用电流中断法测定所制备材料的电导率来衡量其质子传导性能,并考察了壳聚糖溶液浓度对壳聚糖/SiO_2复合材料导电性能的影响。结果表明,壳聚糖/SiO_2复合材料具有较高的热稳定性,复合材料的电导率随着壳聚糖乙酸溶液浓度的增加而增加,当壳聚糖乙酸溶液质量百分比浓度为2.5%时,电导率可达1.82 S/cm。

La掺杂Ti/SnO_2-RuO_2电极材料的制备和电化学性能

采用热分解法制备了掺杂稀土La的Ti/SnO_2-RuO_2电极。对涂层材料作粉末衍射,分析涂层的组成及结构;对电极作强化寿命试验,测定其使用寿命;分别在硫酸、氯化钠溶液及两者混合溶液中作循环伏安曲线,研究电极的电化学性能。结果发现两种电极的合成颗粒结晶度低并且都主要由金红石结构TiO_2、RuO_2和SnO_2组成,掺杂稀土La能够提高电极的电化学性能和电极使用寿命。

活塞挤压铸造用高性能铝合金材料的制备研究

针对现有铝合金材料不能满足动力机械用的薄壁高强韧铝合金零件的要求,通过改进材料配方和制备方法,得到符合铝合金挤压铸造工艺要求的高强韧新材料。实验结果表明,利用该材料生产的铸件平均抗拉强度达到300MPa,高温抗拉强度268MPa,伸长率超过1.73%,硬度超过HB95,微观组织晶粒致密,基本无缩松缩孔等缺陷,达到了高性能要求。

一步增容法制备尼龙6/全硫化丁腈橡胶复合材料

以尼龙6(PA6)、全硫化丁腈橡胶(UFNBRP)、马来酸酐(MAH)和过氧化物为主要原料,采用一步增容法制备尼龙6/全硫化丁腈橡胶复合材料,研究MAH含量对复合材料性能的影响。复合材料的形态分析表明,一步增容能降低和均化分散相UFNBRP的粒径,当MAH含量为1.0份时,分散相的粒径最小,粒径分布最窄。从力学性能分析可以看出,加入1.0份MAH时,复合材料的缺口冲击强度最大,与纯PA6相比提高了158%,而拉伸性能仅少量下降。动态机械性能进一步证实一步增容法能有效改善PA6和UFNBRP两相的界面结合。

活性炭负载金纳米颗粒复合材料的制备及吸附性能研究

通过改变反先驱体中氯金酸含量,用水热法实现不同数量金纳米颗粒在活性炭表面的负载。采用透射电子显微镜(TEM)、红外光谱分析仪(IR)、同步热分析仪(TG)、比表面及孔径分析仪以及紫外可见吸收光谱(UV/Vis)对所得材料的形貌、组成和结构进行表征,并对其吸附性能进行研究。结果表明:采用水热法可实现不同数量金纳米颗粒在活性炭表面的均匀负载。负载金纳米颗粒在对活性炭组成影响不大的情况下能有效提升活性炭的热稳定性。随着负载量的增加,金纳米颗粒附着在活性炭的孔洞上引起比表面积和孔隙率逐渐减小。将活性炭负载金纳米颗粒的复合物对苯酚进行吸附处理,通过调整负载金纳米颗粒的数量可对活性炭吸附性能进行有效调控。

聚酰胺6/双向经编玻璃纤维复合材料的制备及其界面改性研究

采用3-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)和甲苯二异氰酸酯(TDI)对双向经编玻璃纤维(BWKGF)进行表面改性处理,制备KH550改性BWKGF(k-BWKGF)和TDI改性BWKGF(t-BWKGF),并采用热塑性树脂传递模塑成型(T-RTM)工艺制备了聚酰胺6(PA6)/BWKGF、PA6/k-BWKGF和PA6/t-BWKGF复合材料;通过红外光谱仪(FTIR)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)和万能试验机对改性前后BWKGF结构、复合材料的微观形貌及力学性能进行了表征。结果表明,k-BWKGF和t-BWKGF表面接枝了活性基团;改性处理增大了BWKGF表面的粗糙度,改善了其和PA6间的界面结合效果;改性处理提升了复合材料的力学性能,PA6/t-BWKGF和PA6/k-BWKGF的拉伸强度分别达到了130 MPa和140 MPa,比PA6/BWKGF分别提高了44.5%和55.5%。

梯度结构铜钨基碳化物复合材料的制备及其高温压缩性能

通过熔渗烧结法制备CuW80合金,然后在1 250℃下渗碳4h制备梯度结构铜钨基碳化物复合材料;利用材料试验机对渗碳前后合金进行了不同温度下的压缩试验,采用扫描电镜对其组织及压缩断口进行了观察,研究了温度对复合材料压缩性能的影响规律,并分析其失效机理。结果表明:复合材料的表面形成了约70μm厚的渗碳层,表面硬度较CuW80合金的提高了约95.1%;复合材料在室温压缩过程中存在明显的加工硬化现象,随温度升高,加工硬化作用逐渐减弱;抗压强度和压缩率随温度升高而降低,复合材料的压缩性能均优于CuW80合金的;随温度升高,复合材料断口形貌由以韧窝为主逐渐变成以塑性孔洞为主,压缩断裂方式是韧脆混合断裂。

Si_(3)N_(4)陶瓷材料晶界特征分布研究

晶界的结构对氮化硅陶瓷材料的物理和化学性能、特别是高温力学性能有重要影响.本文利用基于电子背散射衍射技术、体视学及统计学的五参数分析法研究了国产和国外产热等静压烧结的商用氮化硅轴承球样品的晶界特征分布.结果表明,两个样品的晶界取向差分布均在约180°处出现异常,相关晶界占总晶界的比例明显高于随机分布,其取向差主要包括[0 1-1 0]/180°和[-1 2-1 0]/180°,分别对应Σ2和Σ3晶界.两个样品中的Σ2晶界的界面匹配基本一致,均以{0 0 0 1}/{0 0 0 1}基面/基面匹配为主,但二者Σ3晶界的界面匹配存在很大差异,表现为国产样品以{-1 2-1 0}/{-1 2-1 0}柱面匹配为主,而国外产样品以{1 0-1 0}/{1 0-1 0}柱面匹配为主;具有{-1 2-1 0}/{-1 2-1 0},{0 0 0 1}/{0 0 0 1}和{1 0-1 0}/{1 0-1 0}三种界面匹配特征的晶界,其面重合点密度分别为2.45/nm^(2),7.95/nm^(2)和9.10/nm^(2),晶界的结构有序度依次升高.分析指出,具有{1 0-1 0}/{1 0-1 0}界面匹配特征的Σ3晶界以及具有{0 0 0 1}/{0 0 0 1}界面匹配特征的Σ2晶界是氮化硅陶瓷材料中的一类特殊晶界.

2D-C/SiC复合材料磨削加工表面形成机制

采用树脂结合剂金刚石砂轮对二维正交编织结构(2D-C/SiC)复合材料进行平面磨削实验,研究磨削加工参数对磨削后表面形貌的影响规律,并分析了磨削表面形成机制.结果表明:磨削参数对表面三维粗糙度(S_a)影响明显,S_a随着磨削深度和工件进给速度的增加而增大,但砂轮线速度的增加,其值反而会降低.0°纤维磨削区(纤维方向与磨削方向平行)的S_a大于90°纤维磨削区(纤维方向与磨削方向垂直)的S_a.在磨削过程中,碳纤维的层状脆性断裂是磨削表面形成的主要机制.0°纤维磨削区比90°纤维磨削区的纤维断裂尺度更加严重,且90°纤维磨削区域上的纤维容易出现拔出.

TRIZ方法区域推广应用模式与发展对策——以福建为例

在当今国际竞争日趋激烈情况下,创新方法的重要性日益凸显。在综述国内外有关TRIZ创新方法研究基础上,对比分析国内外创新方法推广应用实践情况;并以福建省为例,探讨福建创新方法推广应用取得的成效与存在的问题,最后给出了加强创新方法推广应用的对策。