新工科背景下焊接学科的《材料测试分析方法》课程改革与实践--以天津大学材料成型及控制工程专业为例

文章以新工科背景下天津大学材料成型及控制工程专业(焊接方向)的本科生课程《材料测试分析方法》为研究对象,以培养具有家国情怀、全球视野、创新精神和实践能力的高层次焊接专业人才为目标,提出课程的改革与实践。针对高校开展同类课程出现的问题进行调研分析,结合多年教学经验,开展了一系列教学改革:探索教学新模式,开展项目链条式实验模式,设计多元化考核方式,强化全过程评价。课程实践后,提高了学生学习的主动性和积极性,提升了学生的科技创新能力,取得了良好的教学效果反馈。

“无机材料科学基础”课程思政探究与实践

材料、能源、信息共同构成生产制造系统的三大基础要素,材料工业是制造业的物质基础和保障。培养爱岗敬业、德才兼备的材料科研人员是发展我国材料产业的根本。以“无机材料科学基础”课程为例,从在无机材料科学基础学习中培养家国情怀、加强科学素养、提高个人素养和认识未来发展四个方面全面探讨了“无机材料科学基础”课程思政的具体实践思路,进而在提高学生专业技能的同时从多个维度来全面提高学生的政治素养和道德品质。

基于大学生创新项目培养焊接专业学生创新实践能力的实践探索

创新精神和实践能力是培养卓越工程专业人才的重要指标,创新项目训练是补充大学课程体系教学实践环节的重要内容。文中基于12项天津大学焊接专业大学生创新项目指导过程的经历和经验,分析了开展大学生创新项目对学生能力培养的作用,总结指导大学生开展创新项目的策略,探索如何通过创新项目来有效训练学生的创新实践能力,对提高毕业学生的素质和质量有重要意义。

1,5-萘二酚改性环氧树脂及其氮化硼复合材料的制备与导热性能

环氧树脂是导热复合材料领域必不可少的,但是由于其本征导热系数较低限制了应用,因此提高环氧树脂本征导热系数对于高性能导热复合材料的开发具有重要意义。环氧树脂本征热导率的提高通常可采用引入刚性基团的方式实现,而实际操作中往往受限于含刚性基团分子与环氧树脂分子之间存在极性差异、相容性不一致等问题,导致环氧树脂及其复合材料结构设计与合成具有复杂性,限制了其实际应用。采用含较强刚性萘环的1,5-萘二酚(Naphthalenediol)改性环氧树脂(EP)制备萘改性环氧树脂(NEP),改善环氧树脂分子链的“有序性”,减少导热过程中声子的散射,提高材料的导热性。研究结果表明,NEP的导热系数为0.32 W/(m·K),是EP导热系数0.19 W/(m·K)的1.68倍。氮化硼(BN)填料的加入使NEP/BN复合材料的热导率提升至1.25 W/(m·K),为EP/BN复合材料热导率1.01 W/(m·K)的1.24倍,EP的6.58倍。NEP及NEP/BN复合材料导热性能的提升,归因于萘环的刚性引起分子链的排列更加有序,以及改性过程中形成氢键的协同作用。向环氧树脂中引入萘环结构,采用简单的试验操作,明显提高了环氧树脂的本征热导率,可以为具有良好导热性能的树脂材料的开发提供思路。

高导电高耐热铜合金及铜基复合材料的研究现状与展望

高导耐热铜基材料作为现代高新技术用关键材料之一,已被广泛应用于轨道交通、电子通信和航空航天等领域。本文从铜合金和铜基复合材料两大领域入手,介绍了常见高导耐热铜材料的设计思路、制备方法、微观组织结构、力学性能和物理性能,并对其导电机制和高温强化机理进行了归纳和阐释,最后对高导耐热铜基材料的研究现状和未来发展进行了总结与展望。

高介电常数La_(2)O_(3)材料的制备方法及其介电性能研究进展

在众多高介电常数栅介质材料中氧化镧(La_(2)O_(3))因带隙大、热稳定性良好等特点而具有代替传统SiO_(2)栅介质材料的潜力。介绍了La_(2)O_(3)薄膜的制备方法,综述了目前改善La_(2)O_(3)薄膜介电性能的方法并展望了其未来发展前景。

反应烧结Si_(3)N_(4)陶瓷材料的力学性能及微观组织

用静态气压与流动氮气气氛进行对比实验,探究了反应烧结Si_(3)N_(4)陶瓷中硅粉质量分数对Si_(3)N_(4)陶瓷材料氮化率及力学性能的影响.研究结果表明,当使用静态2 MPa氮气气压对硅粉进行氮化时,氮化率达到97%,明显高于流动氮气气氛下硅粉的氮化率(91%).这说明在使用静态氮气时,较高的气压更有利于氮气的扩散和氮化反应.同时,利用SEM等手段观察静态气压反应烧结Si_(3)N_(4)陶瓷材料,发现当硅粉质量分数大于10%时,Si_(3)N_(4)陶瓷材料表面出现气孔.这是因为随着硅粉质量分数的增加,硅粉在熔融状态下发生团聚现象,这造成了坯体内部再生空隙增加,从而导致Si_(3)N_(4)陶瓷材料的维氏硬度和抗折强度降低.

原位TiB/凹凸棒石矿物双相增强Ti基复合材料的制备及其摩擦学性能

以Ti、Al、B和凹凸棒石矿物粉体为原料,利用放电等离子烧结(SPS)工艺制备了原位TiB/凹凸棒石矿物双相增强Ti基复合材料,借助扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪、显微硬度计和纳米压痕仪等研究了凹凸棒石矿物对原位Ti基复合材料微观组织、物相结构、增强体形态与分布以及微纳力学性能的影响,采用SRV滑动磨损试验机考察了其在油润滑条件下的摩擦学性能,探讨了凹凸棒石改善原位Ti基复合材料力学及摩擦学性能的作用机制.结果表明,SPS工艺制备的原位TiB/凹凸棒石矿物双相增强Ti基复合材料组织致密,原位自生TiB增强体分布均匀,凹凸棒石矿物对复合材料基质相具有明显的细晶强化作用.在摩擦过程中复杂的物理和化学作用下,凹凸棒石矿物与复合材料中的Ti、Al以及对偶钢球的Fe等元素发生摩擦化学反应,在摩擦表面形成了由金属氧化物、二氧化硅、石墨和凹凸棒石矿物等构成的减摩自修复层,从而使钛基复合材料表现出优异的摩擦学性能.

纳米结构组织工程支架材料

组织工程支架材料表面的微观和亚微观结构对细胞的粘附与生长有很重要的影响,表层具有纳米结构的支架材料可以改善细胞对材料的粘附性和生物相容性。本文主要介绍了纳米生物材料对组织工程发展的影响及纳米生物材料的一些制备方法,如自组装技术和模板技术。

5A06铝合金材料高温热物理参数的工程估算方法

5A06(LF6)铝合金是一种基本的焊接结构材料,但该合金的热物理参数,尤其是在较高温度范围内的材料属性在一般工程条件下很难确定,对工程计算的准确性有很大影响。基于工程试验结果确定了5A06铝合金结构的最佳退火温度,根据该结构在不同温度退火消应力处理后的变形回弹量,建立有限元模型,应用ANSYS中的灵敏度与概率设计(PDS)系统对该材料的热物理性能进行估算。结果表明,估算所得的热物理参数值基本符合工程实际,所采用的概率分析方法为估算材料的高温热物理参数提供了一种唯象的有效工程手段。

材料成型及控制工程专业引入计算机模拟方法教学的研究

基于材料成型及控制工程专业的特点和面临的问题,阐述了计算机模拟方法已成为现代材料成型研究的必备手段之一。通过对材料成型及控制工程专业相关课程中加入计算机模拟方法的介绍,举办计算机模拟相关的软件培训,针对企业实践有机结合计算机模拟完成毕业论文(设计)等多种教学活动,指导学生学习计算机模拟方法,取得了较好的教学效果。

卓越工程师培养模式下基于CDIO理念的“材料成型原理”课程的教学改革

“材料成型原理”是材料成型及控制专业的实践性很强的专业基础课。文章认为教学改革应从“卓越工程师教育培养计划”对现代工程教育的要求出发，基于CDIO理念进行课程教学实践改革，在理论教育的基础上加入合理的工程实践内容，与行业的产品发展结合，更好地培养学生的综合素质，适应企业和社会的要求，从而实现培养具有家国情怀、全球视野、创新精神和实践能力的卓越人才培养目标。

组织工程相关生物材料与巨噬细胞相互作用研究进展

宿主的炎症反应是组织对损伤和异物的正常应答,炎症的强度和持久性影响生物材料在体内的生物相容性和稳定性。巨噬细胞是调控宿主免疫和炎症反应的重要细胞,因此它对生物材料的响应性在对认知材料-宿主反应中有重要作用。本文综述了组织工程相关生物材料与巨噬细胞相互作用的研究进展。通过设计材料的物理化学结构和表面特性,可以调控巨噬细胞在材料表面的黏附、激活、融合、凋亡等行为以及材料在动物体内引发的宿主反应,从而提高生物材料的生物相容性。

材料工程标准与实施课程教学改革浅谈

材料工程标准与实施作为材料工程(焊接)专业研究生的重要课程,与工程实际应用密切相关,但相关内容较多,涉及的概念抽象复杂,较难被学生所接受。为此,文章指出了当前材料工程标准与实施课程存在的不足,并提出了对授课内容、方法以及最终的考核形式的优化方案,以期加深学生对相关知识的理解,提高学生的专业素质。

我国氟化碳材料的基础研究现状及发展趋势

氟化碳(CFx)是一种由碳质材料(如石墨、石墨烯、碳纳米管等不同化学结构的炭材料)和氟化试剂在一定条件下发生氟化反应而形成的具有C―F键的碳衍生物,由于多样的碳骨架和可控的极性C―F键,使其具有化学稳定性、带隙可调性以及超疏水性等多种优异性能,是新型碳基材料研究热点之一。本文以氟化碳材料的结构和性质为基础,分别从化学能源、摩擦润滑和半导体等领域的应用综述了近年来我国氟化碳材料的基础研究现状和发展趋势。同时,还介绍了我国氟化碳材料的产业化进程,指出目前在民用领域受限的主要原因,提出了当前氟化碳在不同应用领域存在的问题和未来发展机遇,为氟化碳材料的进一步扩大生产和实际应用提供方向。

石墨烯增强铜基复合材料的界面调控及其性能研究进展

铜基复合材料有望全面提升铜及铜合金的力学性能和导电、导热等功能特性。石墨烯具有优异的力学和物理性能,是铜基复合材料的理想增强相。石墨烯/铜界面的性质决定了复合材料性能,进行界面调控以提高石墨烯/铜的界面结合性已成为研究人员关注的热点问题。总结了近几年开发的石墨烯缺陷设计法、碳-碳杂化增强相法、金属和陶瓷纳米颗粒修饰石墨烯法以及原位生长石墨烯和石墨烯复合增强相法等多种界面调控策略,讨论了多种界面调控策略对石墨烯增强铜基复合材料的力学、导电、导热性能的作用机理,展望了应用界面调控策略研发的高性能复合材料的应用前景和未来研发的发展方向。

基于兴趣驱动的大学一年级新生创新实践能力培养模式研究

随着“新工科”课程体系建设的不断完善,“始于新生、贯通四年”的新工科创新实践能力培养模式凸显重要。大学一年级是培养科学素养和创新意识的关键阶段,也是目前“新工科”课程体系建设中较为薄弱的环节之一。文中通过深入剖析大学一年级新生的学习特点,提出基于兴趣驱动的一年级新生创新实践能力培养模式,组建交叉学科背景下的导师团队,设计融合前沿科学技术的项目,建立学生创新实践培养平台,进一步完善考核模式与成绩评价标准,形成“基础层”“提高层”和“项目层”多环节课外创新实践体系,通过“唤起好奇”进而“激发潜能”,提升一年级新生的创新思维和能力。

聚氨酯IPN阻尼材料的研究进展

振动和噪声对工业生产、人类健康及国防安全等领域都会产生危害,阻尼材料可以吸收外部机械能,并将其转化为热能耗散掉,从而可以有效控制振动和噪声问题。目前应用最广泛的阻尼材料是高分子聚合物,常规聚氨酯(PU)材料由于具有阻尼温域窄、机械强度低及耐热性差等缺点,无法满足使用要求,因此可以通过制备互穿聚合物网络(IPNs)以及在IPNs中添加填料的方式来提高其阻尼性能、热稳定性能及机械性能等,以获得综合性能良好的结构阻尼材料。鉴于此,文章综述了PU基IPNs阻尼材料及添加填料的PU基IPNs阻尼材料的研究进展,并对其未来的研究方向提出了建议。

用于多孔质气体轴承的石墨烯/青铜复合材料的原位制备

多孔质材料相对于小孔节流形式的气体轴承材料有可发挥较大承载力和小加工误差等优势。为了满足气体轴承多孔质及高性能的需求,本工作通过粉末冶金和化学气相沉积相结合的方法在三维多孔青铜上原位生长石墨烯,制备出具备特定气体渗透率的耐磨性能优良的石墨烯/青铜基多孔复合材料。结果表明青铜表面原位生长获得了大面积连续石墨烯,这种二维平面结构实现了其与青铜基体良好的界面结合。相较于多孔青铜,石墨烯/青铜基多孔复合材料摩擦系数与磨损量分别降低了28%和30.4%,该复合材料的研究有望为高性能多孔质气体轴承的研制提供一种新方法。

铝基复合材料的高温蠕变性能研究进展

近年来,随着铝基复合材料(aluminum matrix composites, AMCs)常规力学性能研究不断深入与发展,室温力学性能已经取得突破性进展,并在航空航天装备等领域得到应用。然而,在高温环境下,AMCs长时间服役后以蠕变损伤的形式发生宏观失效,且微观组织对蠕变损伤的影响尚不明晰。因此,结合AMCs增强相具有设计多样性的优势,调控增强相种类、含量、尺寸、界面结合强度、构型设计等参数是优化其抗高温蠕变性能的关键策略。为了深入理解AMCs的蠕变机制并分析提高抗高温蠕变性能的未来发展趋势,本文重点综述了AMCs的蠕变变形行为和高温蠕变性能,讨论了具有潜力的材料制备策略,可为抗高温蠕变AMCs的设计与研发提供指导。