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汽车车身新材料的应用及发展趋势

汽车车身新材料的应用及发展趋势
汽车车身新材料的应用及发展趋势

汽车车身新材料的应用及发展趋势

现代汽车车身除满足强度和使用寿命的要求外,还应满足性能、外观、安全、价格、环保、节能等方面的需要。在上世纪八十年代,轿车的整车质量中,钢铁占80%,铝占3%,树脂为4%。自1978年世界爆发石油危机以来,作为轻量化材料的高强度钢板、表面处理钢板逐年上升,有色金属材料总体有所增加,其中,铝的增加明显;非金属材料也逐步增长,近年来开发的高性能工程塑料,不仅替代了普通塑料,而且品种繁多,在汽车上的应用范围广泛。本文着重介绍国内外在新型材料应用方面的情况及发展趋势。

高强度钢板

从前的高强度钢板,拉延强度虽高于低碳钢板,但延伸率只有后者的50%,故只适用于形状简单、延伸深度不大的零件。现在的高强度钢板是在低碳钢内加入适当的微量元素,经各种处理轧制而成,其抗拉强度高达420N/mm2,是普通低碳钢板的2~3倍,深拉延性能极好,可轧制成很薄的钢板,是车身轻量化的重要材料。到2000年,其用量已上升到50%左右。中国奇瑞汽车公司与宝钢合作,2001年在试制样车上使用的高强度钢用量为262kg,占车身钢板用量的46%,对减重和改进车身性能起到了良好的作用。低合金高强度钢板的品种主要有含磷冷轧钢板、烘烤硬化冷轧钢板、冷轧双相钢板和高强度1F冷轧钢板等,车身设计师可根据板制零件受力情况和形状复杂程度来选择钢板品种。含磷高强度冷轧钢板:含磷高强度冷轧钢板主要用于轿车外板、车门、顶盖和行李箱盖升板,也可用于载货汽车驾驶室的冲压件。主要特点为:具有较高强度,比普通冷轧钢板高15%~25%;良好的强度和塑性平衡,即随着强度的增加,伸长率和应变硬化指数下降甚微;具有良好的耐腐蚀性,比普通冷轧钢板提高20%;具有良好的点焊性能;烘烤硬化冷轧钢板:经过冲压、拉延变形及烤漆高温时效处理,屈服强度得以提高。这种简称为BH钢板的烘烤硬化钢板既薄又有足够的强度,是车身外板轻量化设计首选材料之一;冷轧双向钢板:具有连续屈服、屈强比低和加工硬化高、兼备高强度及高塑性的特点,如经烤漆后其强度可进一步提高。适用于形状复杂且要求强度高的车身零件。主要用于要求拉伸性能好的承力零

部件,如车门加强板、保险杠等;超低碳高强度冷轧钢板:在超低碳钢(C≤0.005%)中加入适量的钛或铌,以保证钢板的深冲性能,再添加适量的磷以提高钢板的强度。实现了深冲性与高强度的结合,特别适用于一些形状复杂而强度要求高的冲压零件。

轻量化迭层钢板

迭层钢板是在两层超薄钢板之间压入塑料的复合材料,表层钢板厚度为0.2~0.3mm,塑料层的厚度占总厚度的25%~65%。与具有同样刚度的单层钢板相比,质量只有57%。

隔热防振性能良好,主要用于发动机罩、行李箱盖、车身底板等部件。铝合金

与汽车钢板相比,铝合金具有密度小(2.7g/cm3)、比强度高、耐锈蚀、热稳定性好、易成形、可回收再生等优点,技术成熟。德国大众公司的新型奥迪A2型轿车,由于采用了全铝车身骨架和外板结构,使其总质量减少了135kg,比传统钢材料车身减轻了43%,使平均油耗降至每百公里3升的水平。全新奥迪A8通过使用性能更好的大型铝铸件和液压成型部件,车身零件数量从50个减至29个,车身框架完全闭合。这种结构不仅使车身的扭转刚度提高了60%,还比同类车型的钢制车身车重减少50%。由于所有的铝合金都可以回收再生利用,深受环保人士的欢迎。根据车身结构设计的需要,采用激光束压合成型工艺,将不同厚度的铝板或者用铝板与钢板复合成型,再在表面涂覆防具有良好的耐腐蚀性。

镁合金

镁的密度为1.8g/cm3,仅为钢材密度的35%,铝材密度的66%。此外它的比强度、比刚度高,阻尼性、导热性好,电磁屏蔽能力强,尺寸稳定性好,因此在航空工业和汽车工业中得到了广泛的应用。镁的储藏量十分丰富,镁可从石棉、白云石、滑石中提取,特别是海水的盐分中含3.7%的镁。近年来镁合金在世界范围内的增长率高达20%。铸造镁合金的车门由成型铝材制成的门框和耐碰撞的镁合金骨架、内板组成。另一种镁合金制成的车门,它由内外车门板和中间蜂窝状加强筋构成,每扇门的净质量比传统的钢制车门轻10kg,且刚度极高。随着压铸技术的进步,已可以制造出形状复杂的薄壁镁合金车身零件,

泡沫合金板

泡沫合金板由粉末合金制成,其特点是密度小,仅为0.4~0.7g/cm3,弹性好,当受力

压缩变形后,可凭自身的弹性恢复原料形状。泡沫合金板种类繁多,除了泡沫铝合金板外,还有泡沫锌合金、泡沫锡合金、泡沫钢等,可根据不同的需要进行选择。由于泡沫合金板的特殊性能,特别是出众的低密度、良好的隔热吸振性能,深受汽车制造商的青睐。目前,用泡沫铝合金制成的零部件有发动机罩、行李箱盖等。

蜂窝夹芯复合板

蜂窝夹芯复合板是两层薄面板中间夹一层厚而极轻的蜂窝组成。根据夹芯材料的不同,可分为纸蜂窝、玻璃布蜂窝、玻璃纤维增强树脂蜂窝、铝蜂窝等;面板可以采用玻璃钢、塑料、铝板和钢板等材料。由于蜂窝夹芯复合板具有轻质、比强度和比刚度高、抗振、隔热、隔音和阻燃等特点,故在汽车车身上获得较多应用,如车身外板、车门、车架、保险杠、座椅框架等。英国发明了一种以聚丙烯作芯,钢板为面板的薄夹层板用以替代钢制车身外板,使零件质量减轻了50%~60%,且易于冲压成型。

工程塑料

与通用塑料相比,工程塑料具有优良的机械性能、电性能、耐化学性、耐热性、耐磨性、尺寸稳定性等特点,且比要取代的金属材料轻、成型时能耗少。二十世纪七十年代起,以软质聚氯乙烯、聚氨酯为主的泡沫类、衬垫类、缓冲材料等塑料在汽车工业中被广泛采用。福特公司开发的LTD试验车,塑料化后的车身取得了轻量化方面的明显成果(见表2)。中国工程塑料工业普遍存在工艺落后、设备陈旧、规模小、品种少、质量不稳定的状况,而且价格高,缺乏市场竞争力。工程塑料在汽车上的应用仅相当于国外上世纪八十年代的水平。如上海桑塔纳轿车塑料用量仅为2.86kg/辆,红旗CA7228型轿车为2.4kg/辆,而日本轿车平均为14kg/辆,宝马则更高,为35.64kg/辆。但这种局面将很快被打破,由上海普利特复合材料有限公司投资新建、国内最大的汽车用高性能ABS工程塑料生产基地日前在上海建成投产。此项目引进了世界先进的工程塑料生成线和试验检测仪器等设备,形成了年产15,000吨高性能ABS工程塑料的能力。

高强度纤维复合材料

高强度纤维复合材料,特别是碳纤维复合材料(CFRP),因其质量小,而且具有高强度、

高刚性,有良好的耐蠕变与耐腐蚀性,因而是很有前途的汽车用轻量化材料。碳纤维复合材料在汽车上的应用,美国开展的最好。二十世纪八十年代后期,复合材料车身外覆件得到大量的应用和推广,如发动机罩、翼子板、车门、车顶板、导流罩、车厢后挡板等,甚至出现了全复合材料的卡车驾驶室和轿车车身。据统计,在欧美等国汽车复合材料的用量约占本国复合材料总产量的33%左右,并继续呈增长态势,复合材料作为汽车车身的外覆件来说,无论从设计还是生产制造、应用都已成熟,并已从车身外覆件的使用向汽车的内饰件和结构件方向发展。图2为法国SORA公司为雷诺汽车公司开发的全复合材料轿车车身和重型卡车驾驶室。上海通用柳州汽车公司和东风公司计划推出全复合材料车身的家庭

用小轿车。

车身新材料应用的现状

目前,国内外车身轻量化的研究方向是开发具有较高强度的轻质高性能新材料及设计新的轻量化结构。通过多年的探索,已取得了新的进展。德国大众九十年代末开发的路波TDI 车型就是采用新设计、新材料、新工艺的综合成果。TDI所有车身部件都是轻质金属制成的,包括前挡泥板、车门、发动机罩和尾门,其中尾门的金属外层是铝质,内板是镁制成的。汽车的内部设备许多也是轻质金属制成的,如,座椅的框架由铝制成,方向盘的内骨架是镁制成。乘客舱和发动机室之间组合隔板是铝质的。支撑结构通常也是由高强度的薄板金属制成的。为解决新材料的防腐蚀保护和连接,大众采用创新的冲孔铆接法、迭边压接、激光钎焊等技术。路波TDI的自重为830kg,包括417kg(50.5%)的钢、136kg 轻质金属(16.4%,包括3.7kg的镁)、116kg塑料(14.0%)。在保证车身抗扭刚度、使用寿命和安全性的前提下,车身的重量减轻了50kg,汽车的总重减轻了154kg。由于汽车自重大幅度减轻,使得百公里油耗降至2.99升,总能量消耗只是传统汽车的一半。这意味着二氧化碳的排放量也将减少一半,碳氢化合物的排放量降到四分之一.

新材料回收再用性的研究

研究汽车新材料的最终处置问题至关重要,从某种程度上讲,关系到它的生存与发展。目前,汽车上约占自重25%的材料无法回收再用,其中三分之一为各种塑料,三分之一为橡

胶,还有三分之一为玻璃、纤维。鉴于这种情况,世界各国都花费大量的人力、物力进行材料的回收再生问题的研究。现在可以通过三种途径进行回收:颗粒回收,重新碾磨;化学回收,高温分解;能源回收,将废弃物作为燃料。德国在回收塑料等材料的法规是世界上最为完善的,其管理方式非常明确,即首先是避免产生,然后才是“循环使用”和“最终处理”。1991年规定回收塑料中的60%必须是机械性回收,另有40%可以机械回收,也可以采用填埋或能量回收的方式。通过十年的努力,现在的回收率已高达87%。日本是循环经济立法最全面的国家,其目的是建立一个资源“循环型社会”。为此,日本对废旧塑料的回收利用一直保持积极态度。此外,日本还大力支持以废塑料为主的工业垃圾发电事业。计划到2010年在全国建立150个废塑料发电设备。

减少材料的品种

未来汽车在工程塑料类型的选择上将会发生巨大的变化。目前汽车使用的塑料由几十种高分子材料组成,当前世界各大汽车公司致力于减少车用塑料的种类,并尽量使其通用化。

这将有利于材料的回收再生和生态环境的保护。

降低成本

制约汽车车身新材料应用的重要因素是价格。作为主要新材料的高强度钢、玻璃纤维增强材料、铝和石墨增强,其成本分别为普通碳钢的1.1倍、3倍、4倍和20倍。所以只有大幅度降低这些新材料的制造成本,才可能使诸多新材料进入批量生产。如玻璃纤维增强材料将在成本上成为钢材的有力竞争者,虽然它的重量减轻有限,但价格却能为用户接受。石墨合成材料尽管性能良好,但因其成本居高不下,目前它在汽车工业上很难有所作为。

先进的制造工艺的研发

采用新材料与先进的制造工艺是相辅相成的,汽车工业正在努力开发新的制造方法,对传统的工艺进行更新。例如:适用于轻量化设计的连接工艺今年来有所发展,如德国某汽车公司在大批生产的轿车上采用CO2激光束焊接,与传统的焊接工艺相比,焊接成的高强度钢板车身的强度提高了50%。又如,一些复合材料的SMC壳体的材料较厚,大约为2.5~3mm,限制了轻量化的幅度。法国雷诺公司采用新的A级表面精度的SMC模压技术和低

密度填料,减薄了零件厚度,使轿车壳体重量比普通SMC工艺下降了30%。

车身设计方法的革命

据欧洲汽车界人士预测,在今后十年中,轿车自身质量还将减轻20%,除了大量采用复合材料和轻质合金外,车身设计方法也将发生重大变化。由于大量采用新型材料,传统的车身结构及其设计方法可能不再适用,取而代之的是一种基于生物学增长规律的形状优化设计法,这种设计方法即能减少零件质量,又延长了零件的使用寿命。此外,采用新的设计方法还能使车身零件数大幅度减少。如某车型的零件数已由400个减少到75个,质量减轻30%。美国克莱斯勒汽车公司尚未投放市场的概念车由于采用了创新的优化设计法,使整车自重降至544kg。这说明轻量化设计具有极大的潜力。

汽车应用材料的发展

系别:机械工程系

班级:汽修三班

姓名:段志豪

学号:200913138

新材料在汽车行业的应用

新材料在汽车发展的应用 学号:****** 姓名:***** 【摘要】:现代对汽车性能要求越来越高,轻量化、节能降耗和 降低排放污染是现在汽车发展的趋势,而轻量化必须从改进汽车的 材料出发,研制性能更好更轻的汽车材料从而带来能源消耗的减少,进而排放污染随之降低,汽车材料的发展是汽车技术发展的重要方面,新材料对于汽车工业的发展是至关重要的。 【关键词】:新材料(合金,新型塑料,纳米材料等);汽车 对于汽车工程材料来说,其总的发展趋势是:结构材料中钢铁 材料所占比例将逐步下降,有色金属、陶瓷材料、复合材料、高分 子材料等新型材料的用量将有所上升。在性能可靠的条件下,尽可 能多地采用铝合金、复合材料等轻型、新型材料取代钢铁材料。随 着大量新材料,如高分子材料、复合材料等的迅速发展,为现代汽 车的发展提供了必要的条件。复合材料、陶瓷材料、特殊用途材料 的用量呈增长趋势。新材料对于汽车工业的发展是至关重要的,下 面就分几个方面介绍一下最新汽车材料的应用,车身新材料的种类: 镀锌钢板 随着汽车工业发展,为了提高车体使用寿命和增强车体材料的 抗腐性能,镀锌钢板得到广泛使用。由于在目前汽车车身制造中, 主要采用电阻点焊方法,与无镀层钢板相比,镀锌钢板的点焊过程 中还存在一些问题:先于钢板熔化的锌层形成锌环而分流,致使焊 接电流密度减小;锌层表面烧损、污染电极而使电极寿命降低;锌 层电阻率低,接触电阻小;容易产生焊接飞溅、裂纹及气孔等缺陷。 高强度钢板 从前的高强度钢板,拉延强度虽高于低碳钢板,但延伸率只有 后者的50%,故只适用于形状简单、延伸深度不大的零件。现在的 高强度钢板是在低碳钢内加入适当的微量元素,经各种处理轧制而成,其抗拉强度大幅度提高,是普通低碳钢板的2~3倍,深拉延性 能极好,可轧制成很薄的钢板,是车身轻量化的重要材料。 含磷高强度冷轧钢板 含磷高强度冷轧钢板主要用于轿车外板、车门、顶盖和行李箱 盖升板,也可用于载货汽车驾驶室的冲压件。主要特点为:具有较 高强度,比普通冷轧钢板高15%~25%;良好的强度和塑性平衡, 即随着强度的增加,伸长率和应变硬化指数下降甚微;具有良好的 耐腐蚀性,比普通冷轧钢板提高20%;具有良好的点焊性能。 烘烤硬化冷轧钢板 经过冲压拉延变形及烤漆高温时效处理,屈服强度得以提高。

新材料行业发展趋势

新材料行业发展趋势 与传统材料相比,新材料产业具有技术高度密集,研究与开发投入高,产品的附加值高,生产与市场的国际性强,以及应用范围广,发展前景好等特点,其研发水平及产业化规模已成为衡量一个国家经济,社会发展,科技进步和国防实力的重要标志,世界各国特别是发达国家都十分重视新材料产业的发展。下面是有关于新材料行业发展趋势的分析,一起来看看。 中国新材料产业发展前景分析新材料作为二十一世纪三大关键技术之一,是高新技术发展的基础和先导,已成为全球经济迅猛增长的源动力。 随着科学技术发展,人们在传统材料的基础上,根据现代科技的研究成果,开发出新材料。新材料按组分为金属材料、无机非金属材料(如陶瓷、砷化镓半导体等)、有机高分子材料、先进复合材料四大类。按材料性能分为结构材料和功能材料。结构材料主要是利用材料的力学和理化性能,以满足高强度、高刚度、高硬度、耐高温、耐磨、耐蚀、抗辐照等性能要求;功能材料主要是利用材料具有的电、磁、声、光热等效应,以实现某种功能,如半导体材料、磁性材料、光敏材料、热敏材料、隐身材料和制造原子弹、氢弹的核材料等。新材料在国防建设上作用重大。例如,超纯硅、砷化镓研制成功,导致大规模和超大规模集成电路的诞生,使计

算机运算速度从每秒几十万次提高到每秒百亿次以上;航空发动机材料的工作温度每提高100℃,推力可增大24%;隐身材料能吸收电磁波或降低武器装备的红外辐射,使敌方探测系统难以发现等等。 在新材料产业中分布情况 21世纪科技发展的主要方向之一是新材料的研制和应用。新材料的研究,是人类对物质性质认识和应用向更深层次的进军。 信息材料是最活跃的新材料领域,微电子材料在未来10~15年仍是最基本的信息材料,集成电路及半导体材料将以硅材料为主体,化合物半导体材料及新一代高温半导体材料共同发展。光电子材料将成为发展最快和最有前途的信息材料,主要集中在激光材料、高亮度发光二极管材料、红外探测器材料、液晶显示材料、光纤材料等领域。 XX年,在“国家半导体照明工程”计划的推动下,我国半导体照明产业发展加速,关键技术取得突破,蓝光功率型LED芯片发光效率达到90mW,处于国际先进水平;封装的功率型白光LED发光效率超过30lm/W,达到国际先进水平。建立了上海、大连、厦门、南昌4个国家半导体照明产业化基地,民营资本投资近37亿元人民币,我国LED产业迎来了快速发展的时期。 XX年我国推出了激光电视样机,技术水平达到国际先进。

汽车车身新材料及其发展新趋势

泡沫合金板 泡沫合金板由粉末合金制成,其特点是密度小,仅为0.4~0.7g/cm3,弹性好,当受力压 缩变形后,可凭自身的弹性恢复原料形状。泡沫合金板种类繁多,除了泡沫铝合金板外,还 有泡沫锌合金、泡沫锡合金、泡沫钢等,可根据不同的需要进行选择。由于泡沫合金板的特 殊性能,特别是出众的低密度、良好的隔热吸振性能,深受汽车制造商的青睐。目前,用泡 沫铝合金制成的零部件有发动机罩、行李箱盖等。 蜂窝夹芯复合板 蜂窝夹芯复合板是两层薄面板中间夹一层厚而极轻的蜂窝组成。根据夹芯材料的不同,可分为纸蜂窝、玻璃布蜂窝、玻璃纤维增强树脂蜂窝、铝蜂窝等;面板可以采用玻璃钢、塑料、铝板和钢板等材料。由于蜂窝夹芯复合板具有轻质、比强度和比刚度高、抗振、隔热、隔音和阻燃等特点,故在汽车车身上获得较多应用,如车身外板、车门、车架、保险杠、座椅框架等。英国发明了一种以聚丙烯作芯,钢板为面板的薄夹层板用以替换钢制车身外板,使零件质量减轻了50%~60%,且易于冲压成型。 工程塑料 与通用塑料相比,工程塑料具有优良的机械性能、电性能、耐化学性、耐热性、耐磨性、尺寸稳定性等特点,且比要取代的金属材料轻、成型时能耗少。二十世纪七十年代起,以软质聚氯乙烯、聚氨酯为主的泡沫类、衬垫类、缓冲材料等塑料在汽车产业中被广泛采用。福特公司开发的LTD试验车,塑料化后的车身取得了轻量化方面的明显成果(见表2)。 中国工程塑料产业普遍存在工艺落后、设备陈旧、规模小、品种少、质量不稳定的状况,而且价格高,缺乏市场竞争力。工程塑料在汽车上的应用仅相当于国外上世纪八十年代的水平。如上海桑塔纳轿车塑料用量仅为2.86kg/辆,红旗CA7228型轿车为2.4kg/辆,而日本轿车均匀为14kg/辆,宝马则更高,为35.64kg/辆。但这种局面将很快被打破,由上海普利特复合材料有限公司投资新建、国内最大的汽车用高性能ABS工程塑料生产基地日前在上海建成投产。此项目引进了世界先进的工程塑料天生线和试验检测仪器等设备,形成了年产15,000吨高性能ABS工程塑料的能力。 高强度纤维复合材料 高强度纤维复合材料,特别是碳纤维复合材料(CFRP),因其质量小,而且具有高强度、高刚性,有良好的耐蠕变与耐腐蚀性,因而是很有前途的汽车用轻量化材料。碳纤维复合材料在汽车上的应用,美国开展的最好。 二十世纪八十年代后期,复合材料车身外覆件得到大量的应用和推广,如发动机罩、翼子板、车门、车顶板、导流罩、车厢后挡板等,甚至出现了全复合材料的卡车驾驶室和轿车车身。据统计,在欧美等国汽车复合材料的用量约占本国复合材料总产量的33%左右,并继续呈增长态势,复合材料作为汽车车身的外覆件来说,无论从设计还是生产制造、应用都已成熟,并已从车身外覆件的使用向汽车的内饰件和结构件方向发展。图2为法国SORA公司为雷诺汽车公司开发的全复合材料轿车车身和重型卡车驾驶室。上海通用柳州汽车公司和东风公司计划推出全复合材料车身的家庭用小轿车。

轻量化在汽车上的应用

轻量化在汽车上的应用 轻量化在汽车上的应用一、轻量化”是新能源汽车发展方向之一■ 轻量化是新能源汽车发展方向汽车轻量化设计,不仅带来油耗降低,更能促进综合性能的全面提升。科技部部长万钢强调了“轻量化”是中国电动汽车的发展方向之一。德国联邦经济与能源部委托德国工程师协会编制的2015年《德国轻量化现状盘点》研究报告中指出,轻量化对汽车制造业等许多行业意义深远,它决定了德国工业在未来的全球市场中是否能以创新、高能效和资源节约型的产品取得统治地位。研究表明,在市区的运行工况下,平均车重1600kg的电动车如果减重20%,能量消耗可以减少15%。如果采用增加电池来增加行驶里程,成本往往会非常高。有关专家认为,在电池技术短期内难有重大突破的情况下,电动汽车迫切需要

采用轻量化技术来降低重量,以减轻电池增重的压力。■ 新能源汽车轻量化设计有多种趋势新能源汽车企业正在做轻量化设计,北汽、长安走在前列,奇瑞、江淮、吉利等也都非常重视。目前正在探讨新能源汽车轻量化的路线,比如,整车包括车身轻量化、全新架构底盘轻量化、电池系统轻量化以及车身内外饰与电子电器等;材料方面包括复合材料及成形工艺、轻质铝合金及成形工艺、高强度钢及成形工艺、轻质镁合金及成形工艺等。未来新能源汽车轻量化将车身高强钢化和全铝车身两条路线并行,2020年先进高强钢比例达到国际先进水平和应用全铝车身。汽车车身轻量化的发展趋势是混合多材料设计。碳纤维混合材料车身不仅能够承重,而且更安全。至于目前存在的成本高问题,碳纤维成本居高不下,主要是工艺成本高,未来批量生产,成本有望下降。汽车对材料的成本要求很高,因此碳纤维在汽车轻量化中的应

汽车车身新材料种类以及当前应用状况

车身新材料种类以及当前应用状况 随着汽车技术的发展,汽车的功能日益完善,汽车的结构越来越复杂,传统的汽车通常由几千个零件组成,现代高级轿车由几万个零部件组成。为满足汽车节能、环保、安全、舒适的要求,实现轻量化、高强度、高性能的目标,构成汽车的材料也发生了巨大的变化。 通常按照材料的成分,将汽车材料分为金属材料和非金属材料两大类。随着汽车技术的发展,未来汽车材料除金属材料、非金属材料外,复合材料和纳米材料也将获得广泛应用。 一.车身新材料的种类 ■ 新型结构材料 1.高强度钢板 从前的高强度钢板,拉延强度虽高于低碳钢板,但延伸率只有后者的50%,故只适用于形状简单、延伸深度不大的零件。现在的高强度钢板是在低碳钢内加入适当的微量元素,经各种处理轧制而成,其抗拉强度高达420N/mm2,是普通低碳钢板的2~3倍,深拉延性能极好,可轧制成很薄的钢板,是车身轻量化的重要材料。到2000年,其用量已上升到50%左右。中国奇瑞汽车公司与宝钢合作,2001年在试制样车上使用的高强度钢用量为262kg,占车身钢板用量的46%,对减重和改进车身性能起到了良好的作用。 美国轿车材料构成 要有含磷冷轧钢板、烘烤硬化冷轧钢板、冷轧双相钢板和高强度1F冷轧钢等,车身设计师可根据板制零件受力情况和形状复杂程度来选择钢板品种。 含磷高强度冷轧钢板:含磷高强度冷轧钢板主要用于轿车外板、车门、顶盖和行李箱盖升板,也可用于载货汽车驾驶室的冲压件。主要特点为:具有较高强度,比普通冷轧钢板高15%~25%;良好的强度和塑性平衡,即随着强度的增加,伸长率和应变硬化指数下降甚微;具有良好的耐腐蚀性,比普通冷轧钢板提高20%;具有良好的点焊性能; 烘烤硬化冷轧钢板:经过冲压、拉延变形及烤漆高温时效处理,屈服强度得以提高。这种简称为BH钢板的烘烤硬化钢板既薄又有足够的强度,是车身外板轻量化设计首选材料之一; 冷轧双向钢板:具有连续屈服、屈强比低和加工硬化高、兼备高强度及高塑性的特点,经烤漆后强度可进一步提高。适用于形状复杂且要求强度高的车身零件。主要用于要求拉伸性能好的承力零部件,如车门加强板、保险杠等; 超低碳高强度冷轧钢板:在超低碳钢(C≤0.005%)中加入适量钛或铌,以保证钢板的深冲性

(汽车行业)汽车车身新材料的应用及发展方向

(汽车行业)汽车车身新材料的应用及发展方向

汽车车身新材料的应用及发展趋势 现代汽车车身除满足强度和使用寿命的要求外,仍应满足性能、外观、安全、价格、环保、节能等方面的需要。在上世纪八十年代,轿车的整车质量中,钢铁占80%,铝占3%,树脂为4%。自1978年世界爆发石油危机以来,作为轻量化材料的高强度钢板、表面处理钢板逐年上升,有色金属材料总体有所增加,其中,铝的增加明显;非金属材料也逐步增长,近年来开发的高性能工程塑料,不仅替代了普通塑料,而且品种繁多,在汽车上的应用范围广泛。本文着重介绍国内外在新型材料应用方面的情况及发展趋势。 高强度钢板 从前的高强度钢板,拉延强度虽高于低碳钢板,但延伸率只有后者的50%,故只适用于形状简单、延伸深度不大的零件。当下的高强度钢板是在低碳钢内加入适当的微量元素,经各种处理轧制而成,其抗拉强度高达420N/mm2,是普通低碳钢板的2~3倍,深拉延性能极好,可轧制成很薄的钢板,是车身轻量化的重要材料。到2000年,其用量已上升到50%左右。中国奇瑞汽车X公司和宝钢合作,2001年在试制样车上使用的高强度钢用量为262kg,占车身钢板用量的46%,对减重和改进车身性能起到了良好的作用。低合金高强度钢板的品种主要有含磷冷轧钢板、烘烤硬化冷轧钢板、冷轧双相钢板和高强度1F冷轧钢板等,车身设计师可根据板制零件受力情况和形状复杂程度来选择钢板品种。含磷高强度冷轧钢板:含磷高强度冷轧钢板主要用于轿车外板、车门、顶盖和行李箱盖升板,也可用于载货汽车驾驶室的冲压件。主要特点为:具有较高强度,比普通冷轧钢板高15%~25%;良好的强度和塑性平衡,即随着强度的增加,伸长率和应变硬化指数下降甚微;具有良好的耐腐蚀性,比普通冷轧钢板提高20%;具有良好的点焊性能;烘烤硬化冷轧钢板:经过冲压、拉延变形及烤漆高温时效处理,屈服强度得以提高。这种简称为BH钢板的烘烤硬化钢板既薄又有足够的强度,是车身外板轻量化设计首选材料之壹;冷轧双向钢板:具有连续屈服、屈强比低和加工硬化高、兼备高强度及高塑性的特点,如经烤漆后其强度可进壹步提高。适用于形状复杂且要求强度高的车身零件。主要用于要求拉伸性能好的承力零部件,如车门加强板、保险杠等;超低碳高强度冷轧钢板:在超低碳钢(C≤0.005%)中加入适量的钛或铌,以保证钢板的深冲性能,再添加适量的磷以提高钢板的强度。实现了深冲性和高强度的结合,特别适用于壹些形状复杂而强度要求高的冲压零件。 轻量化迭层钢板 迭层钢板是在俩层超薄钢板之间压入塑料的复合材料,表层钢板厚度为0.2~0.3mm,塑料层的厚度占总厚度的25%~65%。和具有同样刚度的单层钢板相比,质量只有57%。隔热防振性能良好,主要用于发动机罩、行李箱盖、车身底板等部件。铝合金 和汽车钢板相比,铝合金具有密度小(2.7g/cm3)、比强度高、耐锈蚀、热稳定性好、易成形、可回收再生等优点,技术成熟。德国大众X公司的新型奥迪A2型轿车,由于采用了全铝车身骨架和外板结构,使其总质量减少了135kg,比传统钢材料车身减轻了43%,使平均油耗降至每百公里3升的水平。全新奥迪A8通过使用性能更好的大型铝铸件和液压成型部件,车身零件数量从50个减至29个,车身框架完全闭合。这种结构不仅使车身的扭转刚度提高了60%,仍比同类车型的钢制车身车重减少50%。由于所有的铝合金都能够回收再生利用,深受环保人士的欢迎。根据车身结构设计的需要,采用激光束压合成型工艺,将不同厚度的铝板或者用铝板和钢板复合成型,再在表面涂覆防具有良好的耐腐蚀性。 镁合金 镁的密度为1.8g/cm3,仅为钢材密度的35%,铝材密度的66%。此外它的比强度、比刚度高,阻尼性、导热性好,电磁屏蔽能力强,尺寸稳定性好,因此在航空工业和汽车工业中得到了广泛的应用。镁的储藏量十分丰富,镁可从石棉、白云石、滑石中提取,特别是海水的

新材料 新兴产业发展的基础和先导新材料产业概况新材料的分

新材料:新兴产业发展的基础和先导1.新材料产业概况 新材料的分类 新材料,是指新近发展的或正在研发中的、在性能上优于传统材料或者有特殊功能的一些材料;或者通过新技术的处理,在传统材料的基础上获得的性能显着提高或产生了新功能的材料;一般情况下,能够满足高技术产业发展需要的一些关键材料也被纳入新材料的范畴。 作为新兴产业的基础和先导,新材料的应用范围极其广泛,它同信息技术、生物技术一样一起成为二十一世纪最重要和最具发展潜力的领域。跟传统材料一样,新材料可以按性能特征、材质和应用领域三个不同角度进行分类。 从材料性能来看,新材料可以分为功能材料和结构材料两类。功能材料是指通过利用材料所具有的电、磁、声、光热等效应及其相互转化功能,以实现某种功能,如半导体材料、磁性材料、光敏材料、热敏材料、隐身材料和制造原子弹、氢弹的核材料等。结构材料主要是利用材料的力学性能,从而研发出具有高比强度、高比刚度、耐高温、耐磨损、耐腐蚀等性能的材料。新型结构材料主要包括新型金属工程结构材料、先进陶瓷材料、高分子合成材料和复合材料。 新型材料按材质可分为金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料和先进复合材料四大类。 从应用领域和当前新材料的研究热点出发,我们可以将新材料分为:电子信息材料、新能源材料、纳米材料、先进复合材料、先进陶瓷材料、生态环境材料、新型功能材料(含高温超导材料、磁性材料、金刚石薄膜、功能高分子材料等)、生物医用材料、高性能结构材料、智能材料、新型建筑及化工新材料等。 新材料:新兴产业发展的基础和先导

2009年11月,温总理发表《让科技引领中国可持续发展》,报告中将新材料产业列为国家新兴战略性产业之一,要求尽快形成具有世界先进水平的新材料与绿色制造产业体系。 新能源、新材料、生物制药、网络信息、海洋空间、生命科学及地质勘探等七大战略性新兴产业规划正在加速成形中。作为七大新兴产业之一的新材料犹为瞩目。不难发现,新材料涵盖了其它六大新兴产业的大部分内容,是新兴产业发展的根基和先导。加快新材料产业的发展将是国家顺利发展新兴产业的前提和重要组成部分。 从需求看,包括大飞机、高铁、新能源汽车等重点工程,以及三网融合、物联网、节能环保等重要产业,都需要应用各种新材料,其市场需求正在不断扩大,新材料产品进出口额也逐年攀升。 政策方面,政府通过国家自然科学基金、973计划、863计划、火炬计划等7个专项计划来支持新材料产业的发展,材料领域的项目数和投资金额在各项科技计划中都占到15%~30%。市场需求的日益扩大,加之政策的支持,新材料将在新兴产业中得到优先发展。 近年来,随着我国在能源、生物、电子以及建筑等众多领域的飞速发展,新材料产业正进入一个充满机遇的黄金发展阶段。统计显示,近10年以来世界材料产业的产值以每年约30%的速度增长。在经济强劲复苏和高新技术产业迅猛发展的拉动下,未来我国新材料市场将继续保持高速增长。 2.重点行业分析 按照应用领域,我们把新材料分为信息材料、能源材料、建筑材料、化工材料、环境材料和生物医用材料六大类。

汽车轻量化论文

摘要:汽车轻量化对于降低汽车燃油消耗和减少排放污染起着举足轻重的作用,采用轻质材料是实现汽车轻量化的重要途径。文章详细分析了轻量化技术 在现在汽车种的应用,包括铝合金镁合金钛合金3种轻合金的特点。轻量化 设计技术以及金属成型方法和连接技术,说明了汽车轻量化的意义,对汽车的 轻量化技术发展有一定的指导作用。 关键词:汽车;轻量化;车身 1轻量化技术在汽车上的应用 目前,国内外应用于汽车的请炼化技术主要有:1)轻质材料技术的应用,如铝合金镁合金钛合金高强度钢塑料粉末冶金生态复合材料及陶瓷等的应用越来越多;2)结构优化及计算机辅助设计和分析技术的应用;3)汽车制造中新的成型方法和连接技术的不断应用。 1.1.1基于材料的轻量化技术的应用 1.11高强度钢在汽车上的应用 高强度刚已成为颇具竞争力的汽车轻量化材料,它在抗碰撞性能,加工工艺和成本方面与其他材料相比具有较大的优势。采用高强度钢板,首先能改善汽车的安全和碰撞性能,传统的碳素钢虽然可以吸收碰撞能量,但其缺点是质量大,影响燃油经济性;高强度钢板用于汽车车身,除了能减薄车身部件厚度降低自重之外还可以提高汽车表面件的抗凹陷性及抗破坏能力,在降低燃油消耗率的同时又可以提高汽车的安全性。 国外高强度钢在汽车上的应用以日本最为典型。在日本,车身零件实际应用高强度钢始于20世纪70年代,最早应用于车身外表件,然后应用到内部零件和结构件。目前,日本悬架结构和支撑件的强度已达到800-1000MPa。 抗拉强度410 MPa的高强度钢多用于内部件,即将采用590 MPa高强度钢用于内部件,有望进一步减薄零件厚度。

1.12铝合金在汽车上的应用 铝具有高的导电性和导热性,密度小,塑性好,易成型,易回收利用。 可通过铸锻冲压工艺制造各类汽车零件。自1991年使用高强度铝合金以来,北美汽车上铝的用量已增加2倍,运动多用途车皮卡和微型厢式车上的铝的用量呈3倍增长。 目前,铝合金已经广泛应用于汽车车身底盘零部件以及发动机的某些部件上。现代轿车发动机活塞几乎都采用铸铝合金,这是因为活塞作为主要的往复运动件要靠减重来减小惯性,减轻曲轴配重,提高效率,并需要材料有良好的导热性,较小的热膨胀系数,以及在350度左右有良好的力学性能,而铸铝合金符合这些要求。同时由于活塞连杆采用了铸铝合金件,减轻了质量,从而降低了发动机的振动,降低了噪声,使发动机的油耗下降,这也符合汽车的发展趋势。 近年来,一些新型铝合金材料也开始在汽车上应用,如快速凝固铝合金TiAi金属间化合物泡沫铝材铝复合材料铝基粉末冶金材料和铝拼焊冲压坯材料。 1.13 镁合金在汽车上的应用 镁合金的基本特性如下: 1)质量轻。镁合金比铝合金轻33%,比钢轻77%,为常用结构金属材料中最轻的材料。同时,镁能制造出与铝同样复杂的零件而质量则较后者轻 1/3.镁合金用于车辆,将显著地降低其起动惯性,降低燃油消耗,减少 环境污染。 2)比强度高,刚性强。同等形状下,镁合金制品的刚性为塑料的10倍以上。 如用镁合金代替ABS塑料,则制品的质量可以减少36%,厚度可以降低 64%。

非金属材料在汽车上的应用及发展

目录 一、中国汽车工业发展概况 二、非金属材料在汽车上的应用现状 三、非金属材料在汽车上的发展趋势 2

19981999200020012002200320042005200620072008200920102011201220132014201520162017201820192020销量164 187210 238333446509577722879938136518061850193121982300250027173019335537284142 百分比 14%14%13%40%34%14%13%25%22%7%46%32%2% 4%14%5% 8% 8%10%10%10%10% 0% 5% 10%15%20%25%30%35%40%45%50%01000 20003000400050006000一、中国汽车工业发展概况 最近二十年,中国汽车经历着飞速增长的时期,年销量从1998年的164万辆,跃居至2013年的2198万辆,增长了13倍,是当前全球最大的汽车市场,也是全球最具有活力的汽车市场。 预计在未来的10年,中国汽车产业仍将保持高速的增长。 汽车工业的蓬勃发展,有力的促进了新材料在汽车领域的应用与发展。 中国汽车市场需求及未来趋势分析 中国汽车工业发展概况

目录 一、中国汽车工业发展概况 二、非金属材料在汽车上的应用现状 三、非金属材料在汽车上的发展趋势 4

大量高性能新材料的成功开发,出现了高性能、大规模工业化的应用产品,结合汽车工业的规模化生产需求,使得新材料的发展和汽车工业的发展紧密的结合在一起。 汽车的“小型化”和“轻量化”是未来汽车发展的主流之一,和新能源汽车一样的重要,新材料的创新性开发以及大范围推广使用是轿车轻量化和环保的一个重要手段。 汽车耗油量的改善程度(%)汽车轻量化

新材料产业发展规划纲要经典

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江苏省新材料产业发展规划纲要 (2009-2012年) 为应对全球高技术产业发展的变化和挑战,全面落实省委、省政府发展创新型经济的要求,发挥我省新材料产业优势,抢占新材料技术制高点,推动新材料产业健康快速发展,特制定本规划纲要。规划期为2009-2012年。 一、发展背景和现状 (一)产业界定与特点 新材料指满足下列条件之一的材料:一是新出现或正在发展中的具有传统材料所不具备的优异性能的材料;二是高技术发展所需要的具有特殊性能的材料;三是由于采用新技术(工艺、装备),使新材料性能比原有性能有明显提高,或出现新功能的材料。新材料具有应用领域宽广,知识与技术密集度高,与其他产业关联度强等特点。鉴于新材料种类纷繁,涉及面广,结合我省新材料产业发展实际,本纲要针对我省具有特色的微电子材料、光电子材料、新型显示材料、纳米材料、高性能纤维复合材料、新型化工材料、新能源材料、功能陶瓷材料、新型金属材料和新型建筑材料等10类材料产业作出规划。 (二)发展背景与趋势 新材料产业是国民经济和国防现代化的重要支撑,是现代高新技术产业的基础。20世纪90年代以来,纳米材料、生物医用材料、环境友好材料、光电子材料、微电子材料和新型平板显示材料等蓬勃发展,各类新型化工新材料等层出不穷,为经济发展和社会文明进步提供了不竭动力。世界各国均把大力研究和开发新材料作为21世纪的重大战略决策。美国提出在纳米材料、生物材料、光电子材料、微电子材料、极端环境材料及材料科学等新材料产业保持全球领先地位,日本、欧盟、韩国等也制订了

促进新材料产业快速发展的战略计划。我国新材料产业正处于强劲发展的阶段,有关资料表明,未来我国新材料产业市场年增长速度将保持在20%以上。随着新能源、光电子、微电子、航空、汽车等产业的发展,纳米材料、光电子材料、微电子材料、新型平板显示材料、新型化工材料等新材料产业将迎来高速发展阶段。 (三)发展现状 1.产业规模不断壮大 2008年,全省新材料产业销售收入达4881亿元,占全省高新技术产业比重由2004年的15.09%提高到2008年的24.03%,其中,10类重点发展的新材料产业销售收入达2000亿元,拥有国家级新材料特色产业基地18个,销售收入过亿元的企业近80家。 2.产业结构不断优化 目前,我省已在金属材料、纺织材料、化工材料等传统材料产业方面形成了较好的产业基础,新型电子信息材料、新能源材料、高性能纤维复合材料、功能陶瓷材料和纳米材料等新材料产业迅猛发展。苏州南大光电是国内唯一一家实现金属有机源(MO 源)产业化的企业,市场占有率达70%。我省纳米技术研究和应用总体发展已达全国先进水平,骨干企业近20家。东海县是我国最大的石英材料集散中心,已初步形成具有鲜明区域特色的硅材料产业集群。中复神鹰是国内最大的碳纤维生产企业。2008年,我省已形成年产4000吨原丝和1320吨T300碳纤维的生产能力,实现了碳纤维生产的完全国产化。我省玻璃纤维总量居全国第4位,年收入超亿元的玻璃纤维企业有8家,江苏九鼎是全国最大的纺织型玻璃纤维企业。特纤、电子布、增强基材、织物等产品全国领先,全国玻璃纤维名牌产品中我省占38%。 3.企业支撑不断增强

功能材料发展趋势

材料】功能材料发展趋势 功能材料发展趋势 功能材料是一大类具有特殊电、磁、光、声、热、力、化学以及生物功能的新型材料,是信息技术、生物技术、能源技术等高技术领域和国防建设的重要基础材料,同时也对改造某些传统产业,如农业、化工、建材等起着重要作用。功能材料种类繁多,用途广泛,正在形成一个规模宏大的高技术产业群,有着十分广阔的市场前景和极为重要的战略意义。功能材料按使用性能分,可分为微电子材料、光电子材料、传感器材料、信息材料、生物医用材料、生态环境材料、能源材料和机敏(智能)材料。由于我们已把电子信息材料单独作为一类新材料领域,所以这里所指的新型功能材料是除电子信息材料以外的主要功能材料。 功能材料是新材料领域的核心,对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用,在全球新材料研究领域中,功能材料约占85%。随着信息社会的到来,特种功能材料对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用,是二十一世纪信息、生物、能源、环保、空间等高技术领域的关键材料,成为世界各国新材料领域研究发展的重点,也是世界各国高技术发展中战略竞争的热点。 鉴于功能材料的重要地位,世界各国均十分重视功能材料技术的研究。1989年美国200多位科学家撰写了《90年代的材料科学与材料工程》报告,建议政府支持的6类材料中有5类属于功能材料。从1995年至2001年每两年更新一次的《美国国家关键技术》报告中,特种功能材料和制品技术占了很大的比例。2001年日本文部省科学技术政策研究所发布的第七次技术预测研究报告中列出了影响未来的100项重要课题,一半以上的课题为新材料或依赖于新材料发展的课题,而其中绝大部分均为功能材料。欧盟的第六框架计划和韩国的国家计划等在他们的最新科技发展计划中,都把功能材料技术列为关键技术之一加以重点支持。各国都非常强调功能材料对发展本国国民经济、保卫国家安全、增进人民健康和提高人民生活质量等方面的突出作用。 1、新型功能材料国外发展现状 当前国际功能材料及其应用技术正面临新的突破,诸如超导材料、微电子材料、光子材料、信息材料、能源转换及储能材料、生态环境材料、生物医用材料及材料的分子、原子设计等

湖南新材料产业发展前景分析

2010-2015年湖南新材料产业发展前景分析 一、发展现状 新材料是指新近发展或正在研发的、比传统材料性能更加优异的一类材料,是高技术产业发展的基础和先导,成为各国竞争的焦点。我国一直将新材料产业列为重点支持领域,新材料产业增长态势良好,虽离材料强国还有一定差距,但已成为一个材料大国。我省新材料产业在全国具有举足轻重的位置,新材料总量位居全国的第一方阵,2009年全省新材料产值1826亿元,实现增加值450亿元,同比分别增长29%和28%,占高新技术产业总产值的40.6%;其中,归属战略性新兴产业的总产值约1000亿元、增加值290亿元。全省高新技术企业中,新材料企业188家,占全省高新企业总量的20%,居第1位。 一是产业基础良好。形成了先进储能材料、先进复合材料、先进硬质材料、金属新材料、化工新材料五个在国内具有比较优势的产业领域。其中先进储能材料品种最齐全、产业规模和市场占有率全国第一,硬质合金产量全国第一、世界第二,炭/炭复合材料、高分子复合材料异军突起,名列全国前茅,以钢铁、有色、石油化工等为基础的新材料开发取得长足发展。拥有科力远新能源、时代新材、有色控股、华菱集团、巴陵石化等龙头企业,形成了长(沙)株(洲)(湘)潭“3+5”城市群为密集区的产业布局。 二是创新能力较强。形成了较为完善的新材料创新体系,拥有中南大学、国防科技大学、湖南大学、长沙矿冶研究院等重点高校和科研机构,19个国家和省(部)级研究中心,两院院士10多名,研发能力较强,近三年取得国家和省级科学技术奖励70多项,居全国前列。炭/炭复合材料、先进储能材料、高性能铝材制备技术及铝源高效利用技术等处于国际先进水平,超硬材料、树脂基复合材料制备技术居国内前列,硬质合金工具产品等新材料技术规范由我省株洲硬质合金集团参与制定。 三是市场空间广阔。近几年来,国家的汽车、工程机械、风电装备、大飞机、高速铁路、新能源与节能环保等产业的快速发展,使我省新材料产业年均增长20%以上,为产业的发展提供了巨大的市场空间。 我省新材料产业面临新的机遇,也面临严峻挑战:关键核心技术较少,技术集成度较低;具有核心竞争力的企业少且规模小。 二、发展思路和发展目标 (一)发展思路 深入贯彻落实科学发展观,加速推进我省新型工业化,以装备制造、交通运输、新能源、节能环保和信息等高技术领域对新材料的需求为牵引,以自主创新为动力,以重大工程为抓手,以量大面广和重大工程亟需的高性能材料为重点,巩固和提高我省优势新材料产业的地位和水平,大力培育新兴材料,培育具有领先全国、跻身世界先进行列的新生长点,促进新材料产业跨越式发展。 (二)发展目标 到2015年,累计投入500亿元,新材料产业实现增加值1000亿元,年均增长23%左右,对全省高新技术产业的贡献率保持在40%以上。先进储能材料、先进硬质材料保持现有领先地位,先进复合材料、金属新材料和化工新材料进入全国第一方阵;培育年销售收

新材料技术的发展趋势

1 新材料技术的发展趋势和特点 纵观国际新材料研究发展的现状,西方主要工业发达国家正集中人力、物力,寻求突破,美国、欧共体、日本和韩国等在他们的最新国家科技计划中,都把新材料及其制备技术列为国家关键技术之一加以重点支持,非常强调新材料对发展国民经济、保卫国家安全、增进人民健康和提高人民生活质量等方面的突出作用。 我国对新材料及其制备技术历来非常重视,一直作为一个重要的领域被列入我国自1956年以来的历次国家科技发展规划之中。在我国863高技术中,新技术材料又是七大重点领域之一。经过40余年的努力,已在许多方面取得显著进展,一大批新材料已成功地应用于国防和民用工业领域,有些新材料的研究居国际领先水平,为我国新材料及其制备技术在21世纪初的持续发展奠定了较好的基础。 新材料及其制备技术的研究将对世界经济发展产生重大影响,其发展趋主要体现在: (1)功能材料向多功能化、集成化、小型化和智能化方向发展; (2)结构材料向高性能化、复合化、功能化和低成本化方向发展; (3)薄膜和低维材料研帛发展迅速,生物医用材料异军突起;(4)新材料制品的精加工技术和近净形成形技术受到高度重视; (5)材料及其制品与生态环境的协调性倍受重视,以满足社会可持续发展的要求; (6)材料的制备及评价表征技术日受重视,材料制备与评价表征新技术、新装备不断涌现; (7)材料在不同层次(微观、介观和宏观)上的设计发展迅速,已成为发展新材料的重要基础。 材料是人类用以制成用于生活和生产的物品、器件、构件、机器及其它产品的物质,是人类赖以生存和发展的物质基础。所谓新材料,指的是那些新出现或正在发展中的具有传统材料所具备的优异性能的材料。从人类科技发展史中可以看到,近代世界已经历了两次工业革命都是以新材料的发现和应用为先导的。钢铁工业的发展,为18世纪以蒸汽机的发明和应用为代表的第一次世界革命奠定了物质基础。本世纪中叶以来,以电子技术,特别是微电子技术的发明和应用为代表的第二次世界革命,硅单晶材料则起着先导和核心作用,加之随后的激光材料和光导纤维的问世,使人类社会进入了“信息时代”,因此,可以预料,谁掌握了新材料,谁就掌握了21世纪高新技术竞争的主动权! 综上所述,当今新材料及其制备技术的发展趋势具有以下几个特点: (1)新材料技术是现代工业和高技术发展中的共性关键技术,材料科学技术已成为当代和下世纪初最重要的、发展最快的科学技术之一。信息、能源、农业和先进制造等技术领域的发展都离不开新材料及其制备技术的发展; (2)综合利用现代先进科学技术成就,多学科交*,知识密集,导臻新材料及其制备技术的投资强度大、更新换代快,经济效益和社会效益巨大; (3)新材料的制备和质量的提高更加依赖于新技术、新工艺的发展和精确的检测控制技术的应用。对制备技术的重视与投入直线上升,极大地加速了基础材料的发展和传统产业的改造。

汽车新材料的应用与发展

汽车新材料的应用与发展 摘要:随着汽车技术的迅速发展,汽车越来越多的采用新技术及新工艺,使得人们对汽车轻质化、低成化、智能化、高的经济性和可靠性的要求成为可能。因此,材料技术的发展对汽车的进步起着重要作用。由于材料技术的进步降低了车辆的重量,改善了燃油经济性,降低了车辆制造成本。本文介绍了近年来现代汽车所采用的碳纤维、纳米材料、有色金属等最新技术与发展。 关键词:汽车;材料;技术;应用;发展 Abstract: Along with the technology of the auto develops very rapidly, the auto put to use the new materials and new technology more than before. People required light weight of the auto, low cost, intellect, high economy and reliability is possible. The developed of material technology is very important auto industry progressive. The advancement of material technology reduces the weight of auto, promotes fuel economic effectiveness cut down the manufacturing cost. This paper introduces some new materials used of the modern auto in recent years, such as CF, nano-material and metal of auto and the develop of the new material. Key words: auto; material; technology; application; develop 1碳纤维在汽车中的应用与发展 碳纤维是(CF)是纤维状的碳素材料,含碳量在90%以上,它是利用各种有机纤维在惰性气体中、高温状态下碳化而制得,具有十分优异的力学性能。特别是在2000摄氏度以上高温惰性环境中,是强度唯一不下降的物质。碳纤维和碳纤维增强复合材料(CFRP)作为21世纪的新材料,因其高强度、高弹性模量和低比重性能,在汽车上迅速得到广泛的应用无论是在车辆外观件、发动机舱内、车内门板或是饰板等,皆可以看到碳纤维的应用。随着其在汽车上应用的增多,专家指出,在未来5年碳纤维将推动汽车工业的变革。 1.1在汽车车身、底盘上的应用发展 由于碳纤维增强聚合物基复合材料有足够的强度和刚度,其适于制造汽车车身、底盘等主要结构件的最轻材料。预计碳纤维复合材料的应用可使汽车车身、底盘减重40-60%;相当于钢结构重量的1/3-1/6。 英国材料系统实验室曾对碳纤维复合材料减重效果进行研究,结果表明碳纤维增强聚合物材料车身重172Kg,而同样车型的钢制车身重最为368Kg,减重约50%并且当生产量在2万辆以下时,采用树脂传递模塑(RTM)工艺生产复合材料车身成本要低于钢制车身。 但由于碳纤维成本过高,碳纤维增强复合材料在汽车中的应用有限,仅在一些赛车、高级轿车、小批皿车型上有所应用,如BMW 公司的Z-9、Z-22的车身,M3系列车顶篷和车身,GM公司的Ultralite车身,福特公司的GT40车身,保时捷911GT3承载式车身等。 1.2在制动摩擦片上的应用发展 碳纤维还因为其环保、耐磨的特点而应用在制动摩擦片上,但含有碳纤维复合材料的产品都格外贵,所以目前这种制动摩擦片还主要应用在高档轿车上。碳纤维制动盘被广泛用于赛车上。例如F1赛车上。它能够在50m的距离内将汽车的速度从300km/h降低到50km/h,此时制动盘的温度会升高到900℃以上,制动盘会因为吸收大量的热能而变红。碳纤维制动盘能够承受2500℃的高温,而且具有非常优秀的制动稳定性。虽然碳纤维制动盘具有卓越的减速性能,但是

半导体材料的发展现状与趋势

半导体材料的发展现状与趋势

半导体材料与器件发展趋势总结 材料是人类社会发展的物质基础与先导。每一种重大新材料的发现和应用都把人类支配自然的能力提高到一个全新的高度。材料已成为人类发晨的里程碑。本世纪中期单晶硅材料和半导体晶体管的发明及其硅集成电路的研究成功,导致了电子工业大革命。使微电子技术和计算机技术得到飞速发展。从20世纪70年代的初期,石英光纤材料和光学纤维的研制成功,以及GaAs 等Ⅲ-Ⅴ族化合物的材料的研制成功与半导体激光器的发明,使光纤通信成为可能,目前光纤已四通八达。我们知道,每一束光纤,可以传输成千上万甚至上百万路电话,这与激光器的发明以及石英光纤材料、光纤技术的发展是密不可分的。超晶格概念的提出MBE、MOCVD先进生长技术发展和完善以及超品格量子阱材料包括一维量子线、零维量子点材料的研制成功。彻底改变了光电器件的设计思想。使半导体器件的设计与制造从过去的杂质工程发展到能带工程。出现了以“电学特性和光学特性的剪裁”为特征的新范畴,使人类跨入到以量子效应为基础和低维结构

的制作过程中,它要发生沉淀,沉淀时的体积要增大,会导致缺陷产生,这将直接影响器件和电路的性能。因此,为了克服这个困难,满足超大规模集成电路的集成度的进一步提高,人们不得不采用硅外延片,就是说在硅的衬底上外延生长的硅薄膜。这样,可以有效地避免氧和碳等杂质的污染,同时也会提高材料的纯度以及掺杂的均匀性。利用外延方法,还可以获得界面非常陡、过渡区非常窄的结,这样对功率器件的研制和集成电路集成度进一步提高都是非常有好处的。这种材料现在的研究现状是6英寸的硅外延片已用于工业的生产,8英寸的硅外延片,也正在从实验室走向工业生产;更大直径的外延设备也正在研制过程中。 除此之外,还有一些大功率器件,一些抗辐照的器件和电路等,也需要高纯区熔硅单晶。区熔硅单晶与直拉硅单晶拉制条件是不一样的,它在生长时,不与石英容器接触,材料的纯度可以很高;利用这种材料,采用中子掺杂的办法,制成N或P型材料,用于大功率器件及电路的研制,特别是在空间用的抗辐照器件和电路方面,

现代汽车新材料技术应用

现代汽车新材料技术应用 摘要: 材料技术的进步,降低了车辆质量,改善了燃料经济性,并减少了车辆制造成本。近年来,现代汽车普遍采用碳纤维增强材料、陶瓷碳素复合材料以及纳米材料等最新技术,介绍纳米汽油、纳米润滑剂、纳米塑料、碳纳米管、纳米界面材料、新型汽车尾气检测装置等应用于汽车的纳米技术。 关键词: 汽车;新材料;技术;应用 汽车已从最初的简单代步工具演变成集当代科技精华于一身的高科技产物,越来越多新材料及新工艺的出现,使得人们对汽车轻质化、低成本、智能化、经济性和可靠性的要求成为可能。因此,材料技术的发展对汽车工业的进步有着巨大的作用。 1 碳纤维增强材料和陶瓷碳素复合材料 碳纤维增强材料和陶瓷碳素复合材料在汽车上的广泛应用,降低了整车质量,方便复杂形状的成型制造,提高了车辆性能,延长了车辆的使用寿命。 碳纤维增强材料形式多样,保时捷CARRERA GT 采用: ①用被浸透的树脂2 张碳片状材料(Carbon Sheet) (预成型材料) ,把碳蜂窝状材料与铝蜂窝状作为夹层,在高压力锅中进行加热加压部材,使用于主承载式车身等高负荷部位。 ②采用相同的预成型材料,形成蜂窝状结构,包覆数张碳素片状材料,并在压力锅中加以处理,用于后翼子板。③用铝制模具进行碳片状材料的成型加工,用于车身后保护板。④用 2 副模具夹紧碳素片状材料,在加热加压的同时,采用树脂浸透的树脂传输模制法(Resin Transfer Moulding ,RTM)成型工艺,使用于侧向面板等轻负荷的外覆盖件。 保时捷CARRERA GT陶瓷- 碳材料离合器( PCCC)将2片离合器盘夹紧的后挡板(共有 3 块后挡板,其中间一块的两面都设有衬垫)衬垫采用与PCCB(保时捷陶瓷复合材料制造的制动器)相同的材质,离合器直径仅为169 mm ,而911Turbo 为240 mm ,从而降低了发动机的搭载位置,而且质量降低为原来的1/ 10 ,其质量为315 kg ,而911 Turbo 为7 kg ,使用寿命是跑车用碳材料离合器的10 倍。PCCC 在23 000 r/ min转速下具有 1 000 N ·m 的转矩,耐热性高达1 400 ℃,能充分考虑到变速器等其他组件耐热性的安全系数等边界条件。 奔驰CL 55 AMG跑车的超高性能陶制制动系统,采用碳素纤维增强型陶制材料制成的新一代前制动盘比传统的由铸铁制成的制动盘片约轻60 % ,每个制动盘的质量减轻 6 kg ,有效地降低了非悬挂物的总质量,提高了车辆空气动力性,转向也更精确,响应性更好。 汽车制造商一直在研究质量更轻、强度更高的新材料,宝马的非金属材料应用技术在业内一直处于领先地位,1998 年,Z1 概念车采用了塑料车身,2002 年Z22 不仅有碳纤维增强塑料的车身,还包括电子操纵的制动和转向系统。其车身采用铝合金骨架,上面覆盖碳纤维增强塑料,整车质量只有1 100 kg ,比传统钢车身的528i 减轻了1/ 3 ,百公里油耗仅为5188 L。碳纤维增强塑料技术不仅减轻了车身自重,还将车身结构件的数量从80 个减少到20 个,从而大大减少了加工费用。 2 纳米材料 2.1 纳米技术将会带来一场技术革命,从而引起21 世纪又一场产业革命。纳米技术在未来的应用将远远超过计算机工业,并成为未来信息时代的核心。 纳米技术纳米是一种度量单位,1 nm为百万分之一毫米,即10 亿分之一

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