基础物理实验课程教学的现状及提升策略——以西安理工大学材料物理专业为例

文章以西安理工大学材料物理专业为例,首先分析了基础物理实验课程教学现状,然后从重建课程体系、更新实验内容、改进教学方法、创新考核方式四个方面论述了基础物理实验课程教学策略。

新工科背景下材料成型及控制工程专业实验课程的改革和实践

为适应新工科对高水平人才培养的要求,提高材料成型及控制工程专业的实验教学质量,分析了该专业实验教学现状,并以金属液态成型方向为例,通过改革实验课程设置和实验教学方式、完善实验考核体系等措施对金属液态成型实验进行了改革探索。改革后的实验教学激发了学生的实验兴趣,提高了学生的实践动手能力,达到了实验教学的预期效果。

材料科学与工程学科专业课程思政的思考

为了实现材料科学与工程学科的专业课程思政,本文针对性地从明确材料类专业课程思政的育人育德目标,以及实现专业课程思政的具体途径等多方面展开思考和分析,以期为今后的材料类专业课程思政教学实践打下良好基础。

增材制造硼化钛增强钛基复合材料的研究进展

增材制造(AM)技术以其可设计性强、近净成型等优点,在非连续增强钛基复合材料(DRTMCs)等金属基复合材料领域引起了广泛关注。AM技术通过快速凝固的成型方式,能有效拓宽对DRTMCs微观组织和力学性能的调控窗口。金属AM技术主要分为粉床熔融法(PBF)和定向能量沉积法(DED)。粉床熔融法包括选区激光融化(SLM)技术和电子束熔融(EBM)技术,定向能量沉积法主要包括激光熔化沉积(LMD)技术和电弧增材制造(WAAM)技术。本文综述了近年来利用以上技术制备硼化钛(TiBw)增强DRTMCs的研究现状。从粉末状态出发,讨论了混合粉末和预合金化复合粉末对DRTMCs中TiBw的尺度特征参数、基体组织以及力学性能的影响规律。在此基础上,对目前存在的关键问题和未来的发展趋势进行了展望。

去枝强干、注重实践、以人为本——谈材料科学与工程专业的教学改革

针对材料专业的快速发展,从课程体系的设置、实用型材料人的培养、如何激发学生学习兴趣等三个方面进行分析和阐述,提出改进思路和办法,占领材料类人才竞争的制高点。

粉末冶金制备碳纳米管增强铜基复合材料研究进展

碳纳米管具有优异的力学性能和导电、导热性能,作为增强体引入铜基体中有望开发出新一代高强、结构功能一体化的复合材料。然而,碳纳米管在铜基体中的分散性较差及其与铜的润湿性问题,成为制备碳纳米管增强铜基(CNTs/Cu)复合材料的主要挑战,并显著影响了复合材料的性能。本文对目前有关制备碳纳米管增强铜基复合材料的主要方法包括碳纳米管前期预处理方法、碳纳米管在铜粉末中分散的方法、复合材料的烧结方法进行总结,概述复合材料的力学性能、摩擦磨损性能以及导电导热性能的研究进展,并提出思考和展望,以便为制备CNTs/Cu复合材料研究提供参考。

泡沫炭基电磁屏蔽复合材料制备综合实验设计

该文聚焦电磁屏蔽材料和纳米材料的热点研究方向,设计了泡沫炭材料与银纳米颗粒(Ag NPs)复合材料的制备及电磁屏蔽性能分析综合实验。该实验通过直接炭化三聚氰胺泡沫及水热还原原位生长法制备了Ag NPs/泡沫炭复合材料。通过测量AgNPs/泡沫炭复合材料的电磁屏蔽参数,优化了电磁屏蔽效能。实验通过材料合成、物性表征、理论参数测试、性能应用等四个环节,拓宽了学生的知识面,锻炼了他们的实践动手能力和分析解决实际问题的能力。

层厚比对Cu-TiB2/Cu层状复合材料微观组织和力学性能的影响

铜基复合材料由于优异的综合性能在电子封装、电接触等领域具有重要应用价值。然而,克服材料的强-塑性倒置关系一直面临着极大的挑战,层状构型设计被认为是解决该倒置难题的有效策略。本文采用粉末冶金并结合原位反应法,通过控制铺粉工艺,制备出Cu层与TiB2/Cu复合层交叠分布的Cu-TiB2/Cu层状复合材料。研究了Cu-TiB2/Cu层状复合材料的力学性能及断裂特征,并讨论了层状结构参数对材料综合性能的影响。当Cu层与TiB2/Cu复合层的层厚比为1∶3时,Cu-TiB2/Cu层状复合材料的极限抗拉强度(UTS)为315 MPa,断裂伸长率为18%,实现了良好的强塑性匹配。基于复合材料裂纹扩展路径表征与分析,揭示了层状构型设计在抑制裂纹扩展、促使裂纹偏转等方面的作用机制,为高强韧铜基复合材料的构型设计和性能优化提供新思路。

BN/Cu复合材料摩擦磨损性能与磨损机制研究

通过直流辅助热压烧结制备了氮化硼(BN)颗粒添加量为0.4%~1.2%(质量分数)的BN/Cu复合材料,采用立式销盘摩擦磨损试验机对其进行耐磨性检测,使用扫描电子显微镜(SEM)表征材料磨损前后的表面形貌,同时分析了BN颗粒添加量对复合材料物理性能和摩擦磨损性能的影响。研究结果表明:直流辅助热压烧结制备的复合材料致密度均可达到96%以上,导电率可达80%IACS以上。添加适量的BN颗粒,可以极大提升复合材料的摩擦磨损性能。当BN颗粒的添加量为0.8%时,由于摩擦过程中有润滑膜产生,复合材料的摩擦系数最为稳定,且摩擦磨损性能较为优异,主要由磨粒磨损和轻微的黏着磨损共同作用。

腔体材料对氧化铜箔衬底上制备石墨烯的影响

传统的化学气相沉积法制备的石墨烯普遍存在晶畴面积小、晶界缺陷多的问题,严重制约了大面积石墨烯的性能及应用。本文采用低压化学气相沉积技术在受限生长腔中的氧化铜箔衬底上制备石墨烯,对比研究了石英和刚玉两种材质的受限生长腔中,不同甲烷流量和生长时间条件下氧化铜箔衬底上石墨烯的形核生长状况。结果表明,相同生长条件下,相较于石英受限生长腔,虽然刚玉受限生长腔中石墨烯的晶畴尺寸较小,但是氧化铜箔衬底表面沉积的杂质颗粒较少,因而石墨烯的形核密度较低,晶体质量较高,更有利于大尺寸、高质量石墨烯的制备。

基于机器学习的高强高导Cu基复合材料力-电性能统一预测模型研究

颗粒增强铜基复合材料具有良好的力学、电学性能,但增强体特征参量与材料性能之间的定量关系难以量化确定。为建立Ti B和Ti B2陶瓷增强相与铜基复合材料力学与电学综合性能之间的映射关系,以求大幅提高铜基复合材料强度的同时,将其导电率降低在可接受范围内,提出了一种基于蚁群算法优化的BP神经网络铜基复合材料力-电性能统一预测模型(ACO-BP-Cu)。通过BP神经网络建立铜基复合材料性能与特征参数间关系,通过蚁群算法全局寻优确定BP神经网络模型结构。实验表明,ACO-BP-Cu模型能够根据Ti B和Ti B2陶瓷增强相特征参数有效预测铜基复合材料各项性能,且相对决策树、线性回归、K邻近法等9种回归算法准确率更高,稳定性更强。

计算机在材料科学中的应用

阐述了计算机在材料科学领域中几个主要方面的应用,旨在推动计算机在材料科学中的应用和发展。

基于J-Q双参数准则的材料裂纹体失效评定曲线工程化研究

针对应力三轴性对裂纹尖端应力应变场的影响,讨论了均匀材料裂纹体的断裂准则,建立了基于J^Q双参数准则的失效评定曲线。利用有限元数值解的结果,得到了失效评定曲线中各参量的工程估算方法。通过实例,对本文所建立失效评定曲线的计算方法和现有的计算途径进行了比较。

“材料科学基础”实验课教学改革与实践

以注重"知识体系"与"能力培养"为目的,对材料科学基础实验教学进行改革,打破原有"实验"范畴,扩充实验内容与类型,构建了基本技能实验、基础性实验以及综合性实验的多层次教学模式,促进创新能力培养。

工程材料多媒体教学软件的设计与实现

本文介绍作者设计的《工程材料》多媒体教学软件，将几何造型技术、数据库技术、计算机动画技术及多媒体技术应用到该课程的教学中，实现了在计算机上动态显示位错运动过程及金属组织结晶过程，应用几何造型技术实现三元相图的三维曲面模型的动态显示，利用多媒体技术，使其声图并茂，取得了很好的教学效果。

纳米晶化学太阳能电池的制备与检测——一个关于新能源材料的大学综合实验

光伏市场飞速发展的今天离不开光电材料,而光电材料的研究与表征有别于金属、陶瓷及高分子等传统材料专业,所涉及到的内容较为抽象,故仅仅依靠学生在课堂上所能完成的教学任务很难实现让学生对新能源材料的了解和认识。作为理论教学的补充和延伸,开展综合实验,培养学生实践能力的同时,增加他们对新能源材料的初步认识显得尤为重要。该实验选题较为新颖,学生参与积极性高,帮助学生深入了解光电材料的制备过程、工作原理、测量技术及数据处理方法等知识。

材料裂纹体J～Q断裂准则的工程化方法研究

结合现有材料裂纹体断裂参量的表达式,详细讨论了均匀材料裂纹体的J^Q 双参数准则,并对该准则中各参量的计算方法进行了简化。为了工程应用方便,进一步分析了Q 参量有限元数值解的分布规律,并曲线拟合得到了该参量的工程化计算方法,最后对工程化Q 参量计算方法在断裂参量计算中的有效性进行了讨论。

工程教育新理念下实验教学示范中心内涵建设

在工程教育新理念下,以“立德树人”为根本,发扬“传承与创新”精神,以培养材料类学生“科学文化素养+工程实践创新能力”为核心,按照“两性一度”的要求,构建了“多层次深度型、重能力综合型、探究式创新型”三位一体材料类本科实验教学新体系,并对课程、教材、教学模式、实验室管理与师资队伍进行了深层次的改革与建设,促进了学生工程实践创新能力培养。学科文化建设,培养了学生材料科学文化素养,扩大了示范中心的开放。

金属基复合材料构型化与界面特性的研究现状

以颗粒作为增强相的金属基复合材料既具有基体优良的塑韧性,又具有陶瓷颗粒的高强度与耐高温特性,当陶瓷颗粒体积分数不断增大,其强度、硬度以及耐磨性同时提升,塑性、韧性却大幅度降低。因此,设计并制备强韧匹配、高耐磨的金属基复合材料具有重要意义。随着增强相可控非均匀分布基本理论的突破,增强相非均匀构型成为一种解决强韧化矛盾的有效方法。本文从微观组织、构型设计及界面特性等方面综合阐述了层状复合结构、梯度结构、核壳结构、网络状结构和多尺度混杂结构增强金属基复合材料的研究进展,论述了构型化设计在金属基复合材料中的应用前景与发展方向。

X80天然气管道环焊缝复合缺陷应力强度因子的工程化计算方法研究

针对X80管道环焊缝中同时存在的“错边+裂纹”复合缺陷进行工况受力分析,结合弹性有限元方法分别对“错边+内表面裂纹”和“错边+埋藏裂纹”含复合缺陷管道进行三维有限元分析,总结裂纹尺寸、轴向应力、管道壁厚、焊缝错边量及裂纹的位置对应力强度因子的影响规律。在此基础上,引入裂纹尺寸修正系数,提出应力强度因子工程计算公式。将有限元分析与理论推导值对比,其误差在3%以内;应力强度因子计算公式结果与有限元结果的误差小于5%,表明了其准确性。