发布时间：2023-03-22 17:38:37
序言：写作是分享个人见解和探索未知领域的桥梁，我们为您精选了8篇的功能材料论文样本，期待这些样本能够为您提供丰富的参考和启发，请尽情阅读。
关键词:梯度功能材料,复合材料,研究进展
Abstract:Thispaperintroducestheconcept，types，capability，preparationmethodsoffunctionallygradedmaterials.Baseduponanalysisofthepresentapplicationsituationsandprospectofthiskindofmaterialssomeproblemsexistedarepresented.ThecurrentstatusoftheresearchofFGMarediscussedandananticipationofitsfuturedevelopmentisalsopresent.
Keywords:FGM；composite；theAdvance
0引言
信息、能源、材料是现代科学技术和社会发展的三大支柱。现代高科技的竞争在很大程度上依赖于材料科学的发展。对材料,特别是对高性能材料的认识水平、掌握和应用能力,直接体现国家的科学技术水平和经济实力,也是一个国家综合国力和社会文明进步速度的标志。因此,新材料的开发与研究是材料科学发展的先导,是21世纪高科技领域的基石。
近年来,材料科学获得了突飞猛进的发展[1]。究其原因,一方面是各个学科的交叉渗透引入了新理论、新方法及新的实验技术;另一方面是实际应用的迫切需要对材料提出了新的要求。而FGM即是为解决实际生产应用问题而产生的一种新型复合材料，这种材料对新一代航天飞行器突破“小型化”，“轻质化”，“高性能化”和“多功能化”具有举足轻重的作用[2]，并且它也可广泛用于其它领域，所以它是近年来在材料科学中涌现出的研究热点之一。
1FGM概念的提出
当代航天飞机等高新技术的发展，对材料性能的要求越来越苛刻。例如：当航天飞机往返大气层，飞行速度超过25个马赫数，其表面温度高达2000℃。而其燃烧室内燃烧气体温度可超过2000℃，燃烧室的热流量大于5MW/m2,其空气入口的前端热通量达5MW/m2.对于如此大的热量必须采取冷却措施，一般将用作燃料的液氢作为强制冷却的冷却剂，此时燃烧室内外要承受高达1000K以上的温差,传统的单相均匀材料已无能为力[1]。若采用多相复合材料,如金属基陶瓷涂层材料,由于各相的热胀系数和热应力的差别较大,很容易在相界处出现涂层剥落[3]或龟裂[1]现象，其关键在于基底和涂层间存在有一个物理性能突变的界面。为解决此类极端条件下常规耐热材料的不足，日本学者新野正之、平井敏雄和渡边龙三人于1987年首次提出了梯度功能材料的概念[1]，即以连续变化的组分梯度来代替突变界面,消除物理性能的突变,使热应力降至最小[3]。
随着研究的不断深入，梯度功能材料的概念也得到了发展。目前梯度功能材料(FGM)是指以计算机辅助材料设计为基础，采用先进复合技术，使构成材料的要素（组成、结构）沿厚度方向有一侧向另一侧成连续变化，从而使材料的性质和功能呈梯度变化的新型材料[4]。
2FGM的特性和分类
2.1FGM的特殊性能
由于FGM的材料组分是在一定的空间方向上连续变化的特点如图2,因此它能有效地克服传统复合材料的不足[5]。正如Erdogan在其论文[6]中指出的与传统复合材料相比FGM有如下优势:
1)将FGM用作界面层来连接不相容的两种材料,可以大大地提高粘结强度;
2)将FGM用作涂层和界面层可以减小残余应力和热应力;
3)将FGM用作涂层和界面层可以消除连接材料中界面交叉点以及应力自由端点的应力奇异性;
4)用FGM代替传统的均匀材料涂层,既可以增强连接强度也可以减小裂纹驱动力。
2.2FGM的分类
根据不同的分类标准FGM有多种分类方式。根据材料的组合方式，FGM分为金属/陶瓷，陶瓷/陶瓷，陶瓷/塑料等多种组合方式的材料[1]；根据其组成变化FGM分为梯度功能整体型（组成从一侧到另一侧呈梯度渐变的结构材料），梯度功能涂敷型（在基体材料上形成组成渐变的涂层），梯度功能连接型（连接两个基体间的界面层呈梯度变化）[1]；根据不同的梯度性质变化分为密度FGM，成分FGM，光学FGM，精细FGM等[4]；根据不同的应用领域有可分为耐热FGM，生物、化学工程FGM，电子工程FGM等[7]。
3FGM的应用
FGM最初是从航天领域发展起来的。随着FGM研究的不断深入,人们发现利用组分、结构、性能梯度的变化,可制备出具有声、光、电、磁等特性的FGM,并可望应用于许多领域。
功能
应用领域材料组合
缓和热应
力功能及
结合功能
航天飞机的超耐热材料
陶瓷引擎
耐磨耗损性机械部件
耐热性机械部件
耐蚀性机械部件
加工工具
运动用具:建材陶瓷金属
陶瓷金属
塑料金属
异种金属
异种陶瓷
金刚石金属
碳纤维金属塑料
核功能
原子炉构造材料
核融合炉内壁材料
放射性遮避材料轻元素高强度材料
耐热材料遮避材料
耐热材料遮避材料
生物相溶性
及医学功能
人工牙齿牙根
人工骨
人工关节
人工内脏器官:人工血管
补助感觉器官
生命科学磷灰石氧化铝
磷灰石金属
磷灰石塑料
异种塑料
硅芯片塑料
电磁功能
电磁功能陶瓷过滤器
超声波振动子
IC
磁盘
磁头
电磁铁
长寿命加热器
超导材料
电磁屏避材料
高密度封装基板压电陶瓷塑料
压电陶瓷塑料
硅化合物半导体
多层磁性薄膜
金属铁磁体
金属铁磁体
金属陶瓷
金属超导陶瓷
塑料导电性材料
陶瓷陶瓷
光学功能防反射膜
光纤;透镜;波选择器
多色发光元件
玻璃激光透明材料玻璃
折射率不同的材料
不同的化合物半导体
稀土类元素玻璃
能源转化功能
MHD发电
电极;池内壁
热电变换发电
燃料电池
地热发电
太阳电池陶瓷高熔点金属
金属陶瓷
金属硅化物
陶瓷固体电解质
金属陶瓷
电池硅、锗及其化合物
4FGM的研究
FGM研究内容包括材料设计、材料制备和材料性能评价。
4.1FGM设计
FGM设计是一个逆向设计过程[7]。
首先确定材料的最终结构和应用条件,然后从FGM设计数据库中选择满足使用条件的材料组合、过渡组份的性能及微观结构,以及制备和评价方法,最后基于上述结构和材料组合选择,根据假定的组成成份分布函数,计算出体系的温度分布和热应力分布。如果调整假定的组成成份分布函数,就有可能计算出FGM体系中最佳的温度分布和热应力分布,此时的组成分布函数即最佳设计参数。
FGM设计主要构成要素有三:
1)确定结构形状,热—力学边界条件和成分分布函数;
2)确定各种物性数据和复合材料热物性参数模型;
3)采用适当的数学—力学计算方法,包括有限元方法计算FGM的应力分布,采用通用的和自行开发的软件进行计算机辅助设计。
FGM设计的特点是与材料的制备工艺紧密结合,借助于计算机辅助设计系统,得出最优的设计方案。
4.2FGM的制备
FGM制备研究的主要目标是通过合适的手段,实现FGM组成成份、微观结构能够按设计分布,从而实现FGM的设计性能。可分为粉末致密法:如粉末冶金法(PM),自蔓延高温合成法(SHS);涂层法:如等离子喷涂法,激光熔覆法,电沉积法,气相沉积包含物理气相沉积(PVD)和化学相沉积(CVD);形变与马氏体相变[10、14]。
4.2.1粉末冶金法(PM)
PM法是先将原料粉末按设计的梯度成分成形,然后烧结。通过控制和调节原料粉末的粒度分布和烧结收缩的均匀性,可获得热应力缓和的FGM。粉末冶金法可靠性高,适用于制造形状比较简单的FGM部件,但工艺比较复杂,制备的FGM有一定的孔隙率,尺寸受模具限制[7]。常用的烧结法有常压烧结、热压烧结、热等静压烧结及反应烧结等。这种工艺比较适合制备大体积的材料。PM法具有设备简单、易于操作和成本低等优点,但要对保温温度、保温时间和冷却速度进行严格控制。国内外利用粉末冶金方法已制备出的FGM有:MgC/Ni、ZrO2/W、Al2O3/ZrO2[8]、Al2O3-W-Ni-Cr、WC-Co、WC-Ni等[7]。
4.2.2自蔓延燃烧高温合成法(Self-propagatingHigh-temperatureSynthesis简称SHS或CombustionSynthesis)
SHS法是前苏联科学家Merzhanov等在1967年研究Ti和B的燃烧反应时,发现的一种合成材料的新技术。其原理是利用外部能量加热局部粉体引燃化学反应,此后化学反应在自身放热的支持下,自动持续地蔓延下去,利用反应热将粉末烧结成材，最后合成新的化合物。其反应示意图如图6所示[16]：
SHS法具有产物纯度高、效率高、成本低、工艺相对简单的特点。并且适合制造大尺寸和形状复杂的FGM。但SHS法仅适合存在高放热反应的材料体系,金属与陶瓷的发热量差异大,烧结程度不同,较难控制,因而影响材料的致密度,孔隙率较大,机械强度较低。目前利用SHS法己制备出Al/TiB2,Cu/TiB2、Ni/TiC[8]、Nb-N、Ti-Al等系功能梯度材料[7、11]。
4.2.3喷涂法
喷涂法主要是指等离子体喷涂工艺,适用于形状复杂的材料和部件的制备。通常,将金属和陶瓷的原料粉末分别通过不同的管道输送到等离子喷枪内,并在熔化的状态下将它喷镀在基体的表面上形成梯度功能材料涂层。可以通过计算机程序控制粉料的输送速度和流量来得到设计所要求的梯度分布函数。这种工艺已经被广泛地用来制备耐热合金发动机叶片的热障涂层上,其成分是部分稳定氧化锆(PSZ)陶瓷和NiCrAlY合金[9]。
4.2.3.1等离子喷涂法(PS)
PS法的原理是等离子气体被电子加热离解成电子和离子的平衡混合物,形成等离子体,其温度高达1500K,同时处于高度压缩状态,所具有的能量极大。等离子体通过喷嘴时急剧膨胀形成亚音速或超音速的等离子流,速度可高达1.5km/s。原料粉末送至等离子射流中,粉末颗粒被加热熔化,有时还会与等离子体发生复杂的冶金化学反应,随后被雾化成细小的熔滴,喷射在基底上,快速冷却固结,形成沉积层。喷涂过程中改变陶瓷与金属的送粉比例,调节等离子射流的温度及流速,即可调整成分与组织,获得梯度涂层[8、11]。该法的优点是可以方便的控制粉末成分的组成,沉积效率高,无需烧结,不受基体面积大小的限制,比较容易得到大面积的块材[10],但梯度涂层与基体间的结合强度不高,并存在涂层组织不均匀,空洞疏松,表面粗糙等缺陷。采用此法己制备出TiB2-Ni、TiC-Ni、TiB2-Cu、Ti-Al[7]、NiCrAl/MgO-ZrO2、NiCrAl/Al2O3/ZrO2、NiCrAlY/ZrO2[10]系功能梯度材料
4.2.3.2激光熔覆法
激光熔覆法是将预先设计好组分配比的混合粉末A放置在基底B上,然后以高功率的激光入射至A并使之熔化,便会产生用B合金化的A薄涂层,并焊接到B基底表面上,形成第一包覆层。改变注入粉末的组成配比,在上述覆层熔覆的同时注入,在垂直覆层方向上形成组分的变化。重复以上过程,就可以获得任意多层的FGM。用Ti-A1合金熔覆Ti用颗粒陶瓷增强剂熔覆金属获得了梯度多层结构。梯度的变化可以通过控制初始涂层A的数量和厚度,以及熔区的深度来获得,熔区的深度本身由激光的功率和移动速度来控制。该工艺可以显著改善基体材料表面的耐磨、耐蚀、耐热及电气特性和生物活性等性能,但由于激光温度过高,涂层表面有时会出现裂纹或孔洞,并且陶瓷颗粒与金属往往发生化学反应[10]。采用此法可制备Ti-Al、WC-Ni、Al-SiC系梯度功能材料[7]。
4.2.3.3热喷射沉积[10]
与等离子喷涂有些相关的一种工艺是热喷涂。用这种工艺把先前熔化的金属射流雾化,并喷涂到基底上凝固,因此,建立起一层快速凝固的材料。通过将增强粒子注射到金属流束中,这种工艺已被推广到制造复合材料中。陶瓷增强颗粒,典型的如SiC或Al2O3,一般保持固态,混入金属液滴而被涂覆在基底,形成近致密的复合材料。在喷涂沉积过程中,通过连续地改变增强颗粒的馈送速率,热喷涂沉积已被推广产生梯度6061铝合金/SiC复合材料。可以使用热等静压工序以消除梯度复合材料中的孔隙。
4.2.3.4电沉积法
电沉积法是一种低温下制备FGM的化学方法。该法利用电镀的原理,将所选材料的悬浮液置于两电极间的外场中,通过注入另一相的悬浮液使之混合,并通过控制镀液流速、电流密度或粒子浓度,在电场作用下电荷的悬浮颗粒在电极上沉积下来,最后得到FGM膜或材料[8]。所用的基体材料可以是金属、塑料、陶瓷或玻璃,涂层的主要材料为TiO2-Ni,Cu-Ni,SiC-Cu,Cu-Al2O3等。此法可以在固体基体材料的表面获得金属、合金或陶瓷的沉积层,以改变固体材料的表面特性,提高材料表面的耐磨损性、耐腐蚀性或使材料表面具有特殊的电磁功能、光学功能、热物理性能,该工艺由于对镀层材料的物理力学性能破坏小、设备简单、操作方便、成型压力和温度低,精度易控制,生产成本低廉等显著优点而备受材料研究者的关注。但该法只适合于制造薄箔型功能梯度材料。[8、10]
4.2.3.5气相沉积法
气相沉积是利用具有活性的气态物质在基体表面成膜的技术。通过控制弥散相浓度,在厚度方向上实现组分的梯度化,适合于制备薄膜型及平板型FGM[8]。该法可以制备大尺寸的功能梯度材料,但合成速度低,一般不能制备出大厚度的梯度膜,与基体结合强度低、设备比较复杂。采用此法己制备出Si-C、Ti-C、Cr-CrN、Si-C-TiC、Ti-TiN、Ti-TiC、Cr-CrN系功能梯度材料。气相沉积按机理的不同分为物理气相沉积(PVD)和化学气相沉积(CVD)两类。
化学气相沉积法(CVD)是将两相气相均质源输送到反应器中进行均匀混合,在热基板上发生化学反应并使反映产物沉积在基板上。通过控制反应气体的压力、组成及反应温度,精确地控制材料的组成、结构和形态,并能使其组成、结构和形态从一种组分到另一种组分连续变化,可得到按设计要求的FGM。另外,该法无须烧结即可制备出致密而性能优异的FGM,因而受到人们的重视。主要使用的材料是C-C、C-SiC、Ti-C等系[8、10]。CVD的制备过程包括：气相反应物的形成；气相反应物传输到沉积区域；固体产物从气相中沉积与衬底[12]。
物理气相沉积法(PVD)是通过加热固相源物质,使其蒸发为气相,然后沉积于基材上,形成约100μm厚度的致密薄膜。加热金属的方法有电阻加热、电子束轰击、离子溅射等。PVD法的特点是沉积温度低,对基体热影响小,但沉积速度慢。日本科技厅金属材料研究所用该法制备出Ti/TiN、Ti/TiC、Cr/CrN系的FGM[7~8、10~11]
4.2.4形变与马氏体相变[8]
通过伴随的应变变化,马氏体相变能在所选择的材料中提供一个附加的被称作“相变塑性”的变形机制。借助这种机制在恒温下形成的马氏体量随材料中的应力和变形量的增加而增加。因此,在合适的温度范围内,可以通过施加应变(或等价应力)梯度,在这种材料中产生应力诱发马氏体体积分数梯度。这一方法在顺磁奥氏体18-8不锈钢(Fe-18%,Cr-8%Ni)试样内部获得了铁磁马氏体α体积分数的连续变化。这种工艺虽然明显局限于一定的材料范围,但能提供一个简单的方法,可以一步生产含有饱和磁化强度连续变化的材料,这种材料对于位置测量装置的制造有潜在的应用前景。
4.3FGM的特性评价
功能梯度材料的特征评价是为了进一步优化成分设计,为成分设计数据库提供实验数据,目前已开发出局部热应力试验评价、热屏蔽性能评价和热性能测定、机械强度测定等四个方面。这些评价技术还停留在功能梯度材料物性值试验测定等基础性的工作上[7]。目前,对热压力缓和型的FGM主要就其隔热性能、热疲劳功能、耐热冲击特性、热压力缓和性能以及机械性能进行评价[8]。目前,日本、美国正致力于建立统一的标准特征评价体系[7~8]。
5FGM的研究发展方向
5.1存在的问题
作为一种新型功能材料,梯度功能材料范围广泛,性能特殊,用途各异。尚存在一些问题需要进一步的研究和解决,主要表现在以下一些方面[5、13]:
1）梯度材料设计的数据库（包括材料体系、物性参数、材料制备和性能评价等）还需要补充、收集、归纳、整理和完善；
2）尚需要进一步研究和探索统一的、准确的材料物理性质模型，揭示出梯度材料物理性能与成分分布，微观结构以及制备条件的定量关系，为准确、可靠地预测梯度材料物理性能奠定基础；
3）随着梯度材料除热应力缓和以外用途的日益增加，必须研究更多的物性模型和设计体系，为梯度材料在多方面研究和应用开辟道路；
4）尚需完善连续介质理论、量子（离散）理论、渗流理论及微观结构模型，并借助计算机模拟对材料性能进行理论预测，尤其需要研究材料的晶面（或界面）。
5)已制备的梯度功能材料样品的体积小、结构简单,还不具有较多的实用价值;
6)成本高。
5.2FGM制备技术总的研究趋势[13、15、19-20]
1）开发的低成本、自动化程度高、操作简便的制备技术；
2）开发大尺寸和复杂形状的FGM制备技术；
3）开发更精确控制梯度组成的制备技术（高性能材料复合技术）；
4）深入研究各种先进的制备工艺机理，特别是其中的光、电、磁特性。
5.3对FGM的性能评价进行研究[2、13]
有必要从以下5个方面进行研究：
1）热稳定性，即在温度梯度下成分分布随时间变化关系问题；
2）热绝缘性能；
3）热疲劳、热冲击和抗震性；
4）抗极端环境变化能力；
5）其他性能评价，如热电性能、压电性能、光学性能和磁学性能等
阴极过程试验结果显示，当镀液中加入SiC微粒和稀土后，复合材料的阴极沉积电流密度增加，有利于Ni-W-P合金在阴极沉积，并形成Ni-W-P-SiC或RE-Ni-W-P-SiC复合材料。而在镀液中加入PTFE后，却降低复合材料镀层的阴极沉积电流密度。当稀土的添加量为7~9g/l时，复合材料镀层的阴极沉积电流密度增加并不明显；随着稀土添加量的增加，复合材料镀层的阴极沉积电流密度增加较明显，当添加量达到11~13g/l时，镀层的阴极沉积电流密度增加达到最大值；若进一步增加稀土用量，则阴极沉积电流密度有所下降。SiC微粒与Ni-W-P合金共沉积的机理是：SiC微粒本身带负电荷，当加入到镀液中，它会吸附周围的正电荷，在流体动力学和电场力的作用下，迁移到阴极表面形成弱吸附；其次，到达阴极表面的SiC微粒在静电场力的作用下脱去水化膜与阴极直接接触而形成强吸附；第三，吸附到阴极表面的SiC微粒被Ni-W-P合金捕获一起沉积到镀层中。
RE-Ni-W-P-SiC复合镀层在不同浓度的硫酸、盐酸、磷酸和氯化铁等溶液中的腐蚀试验结果表明，以Ni-W-P合金为基体的复合材料镀层在镀态或热处理条件下在硫酸,磷酸,盐酸和氯化铁溶液中具有较好的耐蚀性,其耐蚀性优于316L不锈钢;Ni-W-P-SiC复合镀层在盐酸、硫酸和氯化铁溶液中的耐蚀性优于Ni-W-P合金镀层和RE-Ni-W-P-SiC复合镀层，而RE-Ni-W-P-SiC复合镀层在磷酸溶液中的耐蚀性又优于Ni-W->:请记住我站域名/
复合材料镀层的硬度和耐磨性试验结果表明，随着加热温度的提高，复合材料镀层的硬度增加，在400℃时达峰值，加热温度继续升高，镀层硬度呈下降趋势；此外，阴阳极相互垂直所得复合镀层的硬度高于阴阳极相互平行的硬度；镀态时复合镀层的磨损率均最高，随着热处理温度的提高，磨损率呈下降趋势，在400℃时磨损率最低，耐磨性最好。继续升高温度，磨损率有所上升。另外，随着镀层中磷含量的增加，其耐磨性改善。在400℃热处理条件下，随着热处理时间的延长，复合镀层的硬度和耐磨性增加，当热处理时间达到3小时时，镀层硬度和耐磨性达到最佳值；若继续延长时间，镀层的硬度和耐磨性将降低。随着镀液中SiC浓度的增加，RE-Ni-W-P-SiC复合材料镀层的硬度增加，同时镀层的耐磨性能也增强。镀液中钨酸钠浓度对RE-Ni-W-P-SiC多功能复合材料硬度及耐磨性的影响规律与镀液中SiC浓度对RE-Ni-W-P-SiC复合材料硬度及耐磨性的影响规律基本一致，即随着钨酸钠浓度的升高，RE-Ni-W-P-SiC复合镀层的硬度和耐磨性均提高。随着镀液中次亚磷酸钠浓度的升高，镀层的硬度和耐磨性均降低。
RE-Ni-W-P-SiC复合材料镀层的组织与结构分析表明，复合镀层在镀态下为非晶态，当热处理温度升到200℃时，镀层开始晶化并析出Ni3P相；当温度达到500℃时，镀层晶化完毕，产生新相g-(FeNi)。因此，整个镀层的显微结构随温度的变化过程是：非晶态混晶态晶态；稀土元素对复合镀层的显微组织无影响，但可以提高复合镀层中SiC微的含量；镀液中钨酸钠和柠檬酸的浓度对复合材料镀层的结构影响不大，复合材料中的磷含量是镀层非晶化的主要决定因素；镀液中钨酸钠和柠檬酸的浓度对复合材料镀层的表面形貌影响较大，当钨酸钠的浓度为90—150g/L和柠檬酸的浓度为150—170g/L时，复合材料镀层表面颗粒细小，而且平整光滑。
复合材料镀层的抗高温氧化试验结果表明，在高温氧化过程中,纯镍镀层、Ni-W-P、Ni-W-P-SiC和RE-Ni-W-P-SiC复合镀层的氧化膜重量和氧化时间的关系,在氧化时间小于60min时，氧化膜的增长规律近似于直线方程；而在氧化时间大于60min后,它的增长规律可以用幂函数方程表示。四种镀层氧化速率的大小顺序是Ni>Ni-W-P>Ni-W-P-SiC>RE-Ni-W-P-SiC。在高温氧化过程中,Ni-W-P、Ni-W-P-SiC和RE-Ni-W-P-三种镀层的氧化膜重量随着氧化温度的升高而呈指数型增加。RE-Ni-W-P-SiC复合镀层与Ni-W-P合金层相比,它的高温抗氧化性能可以提高2-3倍。镀层的截面形貌表明,经500℃下氧化，Ni-W-P合金已向基体扩散,与基体之间没有明显的分界线；Ni-W-P-SiC复合镀层与基体之间有分界线,但不明显；而RE-Ni-W-P-SiC复合镀层在此温度下有明显的分界线。经800℃下氧化后,除RE-Ni-W-P-SiC复合镀层与基体有明显分界线外,其它两种镀层均无分界线。Ni-W-P、Ni-W-P-SiC和RE-Ni-W-P-SiC三种镀层经800℃下氧化后的X-射线衍射图同样显示,RE-Ni-W-P-SiC复合镀层具有更好的抗高温氧化能力。
对电沉积RE-Ni-W-P-SiC多功能复合材料进行了日处理5平方米的中试试验，结果表明，用该工艺处理的多种零部件在磷化工、制糖和卷烟等工业中应用，其寿命明显高于国产零部件，接近或超过进口件的水平，并取得了一定的经济效益。
关键词：电沉积，RE-Ni-W-P-SiC复合材料镀层，硬度与耐磨性，耐蚀性，抗高温氧化性，组织与结构，应用。
Atract
ProceandbasictheoryofelectrodepositedRE-Ni-W-P-SiCmultifunctionalcompositecompositecoatinghavebeenstudied，includingsomecontentsasfollows：
E-pHpatterofNi-P-H2OandNi-C-H2Osystemsweredrownoutonthebasisofthermodynamicanalysis，andresultsshowthatNiandPcanco-depositonthecathodeintheformofNi3P；therearesomeNi3Cphasesinthecoating，andCcomesfromorganiccompoundwhichwasaddedinthebathandCO2intheairthatwasdiolvedinwater.
ExperimentalresultsofproceparametersindicatethataseriesofRE-Ni-W-P-SiCcompositecoatingswithdifferentcontentswereobtainedbymeaofaropriateparameters，andcomponentscopesofthecoatingsareSiC5~30wt，Ni50~60wt，W10~25wt，P5~15wtandRE5~10wt.ThecontentsofW，PandSiCi nthecompositecoatingswereincreasedwhenchloride，oxideandsulfaterareearthwasaddedinthebathreectivelyortogether.Theadditionofsodiumhypophohatemustbearopriate，ifaddedmuch，WandSiCcontentsinthecoatingsweredecreased，Sotheadditionofsodiumhypophohatemustbecontrolled10~15g/l.Currentdeity，temperatureandpHvaluehavecoiderableeffectsonthecontentsofW，PandSiCinthecompositecoatings.Generally，currentdeity（Dk）mustbecontrolled5~10A/dm2，pH6.0~6.5andtemperature55~65oC.Besides，DkandpHhaveagreateffectonthesurfacemorphologiesofthecoatings，andthecompositecoatingsgetcoarsewhenDkandpHwerehigh，onthecontrary，thecompositesgainfinecrystalwhenDkandpHwerelow.TheagitatingintervaltimehaslittleeffectonNi，WandPcontents，whileithascoiderableeffectonSiCcontentinthedeposits.ExteionofagitationandintervaltimewilldecreaseSiCcontentinthecomposites，sointervalandagitatingtimemustbecontrolled3miand4~5mireectively.
CurvesofcathodicpolarizationdilaythatwhenSiCparticlesandrareearth（RE）wereaddedinthebath，cathodicdepositingcurrentdeityofthecompositesincreases，anditisprofitableforNi-W-Pcoatingtodepositinthecathode，formingNi-W-P-SiCandRE-Ni-W-P-SiCcomposites.Onthecontrary，theadditionofPTFEinthebathdecreasescathodicdepositingcurrentdeityofthecoatings.Thecurrentdeityincreasesalittlewhentheamountofrareearth（RE）is7~9g/l；however，thedeityincreasesgreatlywithincreasingamountofRE，anditreachespeakvaluewhentheamountofREis11~13g/l.ButiftheamountofREisraisedfurther，thecurrentdeitydecreases.MechanismofSiCparticlesandNi-W-Pcoatingco-depositionis:SiCparticlescarryaboutnegativeelectricchargeitself,andtheymayadsorbpositiveelectricchargearoundwhenSiCparticlesareaddedinthebath.Theymovetothesurfaceofcathodeandformweakadsorptionundertheeffectsoffluiddynamicsandelectricfieldforce;secondly,SiCparticlesonthecathodicsurfacedehydrateundertheeffectoftheelectrostaticfieldforceandformstrongadsorptiothirdly,SiCparticlesadsorbedonthecathodicsurfacearecapturedbyNi-W-Pcoatinganddepositedinthecomposite.
CorrosionexperimentsofRE-Ni-W-P-SiCcompositecoatinginH2SO4，HCl，H3PO4andFeCl3solutioshowthatthecompositecoatingsonthebaseofNi-W-PcoatingshavebettercorrosionresistanceinH2SO4，HCl，H3PO4andFeCl3solutioatas-depositedorheattreatment，andtheircorrosionresistanceissuperiortothatof316Lstainlesteel；thecorrosionresistanceofNi-W-P-SiCcoatinginHCl，H2SO4andFeCl3solutioismuchbetterthanthatofNi-W-PandRE-Ni-W-P-SiCcoatings；however，thecorrosionresistanceoftheRE-Ni-W-P-SiCcompositeinH3PO4solutionissuperiortothatofNi-W-P-SiCandNi-W-Pcoatings.ThecorrosionmechanismofRE-Ni-W-P-SiCcompositecoatinginH2SO4andH3PO4solutioisgapandintergranularcorrosion，andinHClandFeCl3solutioispointandintergranularcorrosion.
Resultsofhardneandwearresistanceofthecompositecoatingsshowthatthehardneofthecoatingsincreaseswithincreasingheattreatmenttemperature，anditreachespeakvalueat400oC.Butitdecreaseswithincreasingheattreatmenttemperaturecontinually.Besides，thehardneofthecoatingbyverticalhangingbetweencathodeandanodeismuchhigherthanthatofonebyparallelhangingbetweencathodeandanode.Theabrasionrateofthecompositesishighestatas-deposited，whileitdecreaseswiththeriseoftemperature，itcutsdownlowestat400oC.Buttheabrasionrateincreaseswithcontinuingraisingheattreatmenttemperature.Thewearresistanceofthecoatingisraisedwithincreasingthephohoruscontentinthedeposit.Thehardneandwearresistanceofthecompositeincreasewithexteionofheattreatedtimeat400oC，andtheyreachtheirpeakvaluesat3hoursreectively.However，thehardneandwearresistanceofthecoatingdecreasewiththeriseoftheheattreatedtime.ThehardneandwearresistanceoftheRE-Ni-W-P-SiCcompositecoatingincreasewiththeriseofSiCandsodiumtungst ateconcentratiointhebathreectively，whilethehardneandwearresistanceoftheRE-Ni-W-P-SiCcoatingdecreasewithincreasingsodiumhypophohateconcentrationinthebath.
MicrostructureofelectrodepositedRE-Ni-W-P-SiCcompositecoatingwasstudied，andresultsshowthattheRE-Ni-W-P-SiCcompositecoatingisamorphousas-deposited.WhilethecoatingchangesintothecrystalandNi3Pphasesprecipitatewhenheattreatedtemperatureisraisedto200oC；Thecrystalproceofthecoatingisfinishedandnewγ-（FeNi）phaseisproducedwhentemperaturerisesto500oC.Therefore，themicrostructurechangingproceofthecoatingisamorphousmixturecrystal；therareearthhasnoeffectonthemicrostructureofthecoating，whileitcanincreasetheSiCcontentinthedeposits.Sodiumtungstateandcitricacidconcentratiointhebathhavenoeffectsonthemicrostructureofthecomposite，howevertheyhavecoiderableeffectsonthesurfacemorphologiesofthecoatings.Thecoatingswithfinecrystalandsmoothsurfacewillbeobtainedwhensodiumtungstateconcentrationis90~150g/landcitricacidconcentrationis150~170g/l.Thephohoruscontentinthecompositeisadecisivefactorthatenablesthecoatingtochangeintoamorphousstate.
TheresistancetooxidationathightemperatureofthemultifunctionalelectrodepositedRE-Ni-W-P-SiCcompositesisinvestigated.TheresultsshowthatduringhightemperatureoxidationtherelatiohipbetweentheoxidizedfilmweightofpureNi,Ni-W-P,Ni-W-P-SiCorRE-Ni-W-P-SiCcoatingandtheoxidationtimeisamixedcurve,i.e.itisaroximatelyalinearrelatiohipwhentheoxidationtimeislethan60miwhileitisapowerfunctionrelatiohipwhentheoxidationtimeisover60mi.TheoxidationrateorderofthefourcoatingsisNi>Ni-W-P>Ni-W-P-SiC>RE-Ni-W-P-SiC.TheoxidizedfilmweightofNi-W-P,Ni-W-P-SiCorRE-Ni-W-P-SiCcoatingincreasesexponentiallywithariseinoxidationtemperature.Thehightemperature-oxidationresistanceofRE-Ni-W-P-SiCcompositecoatingis3~4timesthatofNi-W-Palloycoating.Thecrosectionmorphologiesshowthatafterheat-treatmentat500oCtheNi-W-Pcoatingdiffusesintothematrix,andthereisnoobviousboundarybetweenNi-W-Pcoatingandmatrix;thereisaboundarybetweentheNi-W-P-SiCandmatrix,butitisnotclear;thereisanobviousboundarybetweenRE-Ni-W-P-SiCcoatingandmatrix.Afterheattreatmentat800oCthereisnoboundarybetweenNi-W-PorNi-W-P-SiCcoatingandmatrixwhilethereisaboundarybetweenRE-Ni-W-P-SiCcoatingandmatrix.X-raydiffractionpatterofNi-W-P，Ni-W-P-SiCandRE-Ni-W-P-SiCcoatingsshowclearlythatRE-Ni-W-P-SiCcoatinghasbetterresistancetohightemperatureoxidation.
关键词：全英语教学；功能材料学；教学改革
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）03-0061-02
高等教育国际化成为当代世界高等教育的重要理念。培养既有扎实专业知识，又有国际交流、合作、竞争能力的国际化人才，已成为我国高等教育的最重要任务之一。《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010―2020年）》和《上海市中长期教育改革和发展规划纲要（2010―2020年）》都将教育国际化列于突出地位。因此，上海市教委从2009年起开展了上海高校示范性全英语教学课程建设，鼓励高校教师开展全英语教学，发挥课程示范辐射作用，提高国际化教学质量[1]。上海理工大学材料科学与工程专业自2010年起开始了本科生课程的全英语教学探索，目前正在建设包括材料结构与性能、材料分析与设计和专门材料与应用三个全英语教学课程群[2，3]。《功能材料学》课程主要针对材料科学与工程专业三年级学生，是专门材料与应用课程群的核心课程之一。《功能材料学》课程主要向学生讲授各类功能材料的结构、性能及应用的基本理论和相互关系等，并介绍当今各类功能材料的最新研究成果，加强学生对专业知识的理解和掌握，并了解功能材料领域的发展趋势，为今后在相关领域学习和工作打下坚实基础；同时，深化培养学生的专业英语运用能力以及国际化视野，提升其综合素质。为更好地实现上述教学目标，提高课程教学效果，本文结合《功能材料学》全英语教学课程近几年的教学实践，对课程的教学内容、教学方法与手段以及评价体系等方面进行了初步探索。
一、教学内容的优化
功能材料是指具有优异的物理、化学、生物、光电性质并能在其之间相互转化的材料。根据材料的功能分类，功能材料包括电子材料、磁性材料、光学材料、生物材料、各种功能转换材料等，涵盖电子学、光学、生物医学、电磁学等领域，是一门多学科交叉融合的学科。目前，高校的材料科学与工程专业基本都开设功能材料学及相关的专业课程。功能材料学涵盖面广、信息量大，但是一般课程的教学时数相对较少，所以多数高校都是选取几类功能材料作为教学内容。例如华中科技大学开设的《先进功能材料》课程主要介绍光功能材料、电功能材料、磁功能材料和能源材料。本校的《功能材料学》课程实施全英语教学，虽然学生在前期已学习了全英语授课的《材料科学基础》、《现代材料分析方法》、《材料结构与性能》等专业基础课，能够较好适应全英语授课的节奏和方式，但是很多学生以英语思维方式理解和掌握专业知识仍然面临困难和挑战，所以在教学时数有限的情况下，教学内容的优化至关重要。
1.为实现课程教学与国外接轨，同时结合功能材料领域的发展状况和本校材料学院以能源、环境、生物材料为主的研究特色，本课程教学中选用了Deborah D.L.Chung主编的原版英文教材《Functional Materials：Electrical，Dielectric，Electromagnetic，Optical and Magnetic Applications》作为主要参考教材，同时补充Buddy D. Ratner等人编写的原版英文教材《Biomaterial Science：An Introduction to Materials in Medicine》作为生物功能材料的参考教材，并将发表的经典论文与最新研究成果等作为补充教材。
2.由于本课程的学生已学习了大量的材料学基础理论课程，所以教学内容以功能材料的应用为主，兼顾理论知识的巩固。以材料设计中的“结构-性能-应用”基本思路为主线，在介绍某种功能材料的结构与性能之间关系的基础上，着重讲授功能材料的性能与应用之间的相互关系，突出实际应用案例。这样，课程教学内容既保证学生可以巩固功能材料学的基础知识，又引导学生将基础知识和实际应用结合起来，提高解决实际问题的能力。
3.为了教学内容能够有效激发学生的学习兴趣，引导学生把握功能材料领域的发展趋势，本课程以专题形式只在压电材料、磁性材料、光电材料、电池能源材料、生物材料等范围内选择几种经典的和最新发展的功能材料及其制备新技术作为讲授内容，同时引入新材料、新技术等方面的课堂讨论内容。例如在讲授太阳能电池材料及新技术时，除了介绍太阳能电池的工作原理、目前研究的太阳能电池材料外，结合本院开展太阳能电池材料研究的老师的科研成果，课堂讨论太阳能电池材料的研究现状和发展趋势。
二、多元化教学方法与手段的运用
全英语教学是指用英语全程授课，让学生在全英语环境中学习专业知识，这对学生提出了更高要求。复旦大学蔡基刚教授研究认为，具有大学英语四级水平以上的学生，具备上全英语课程的能力，关键在于坚持和信心[4]。目前，本专业学生在上海市及全国范围内均为一本招生，英语整体水平较高，而且学生在前期已经学习了多门全英语授课的专业基础课。但是，部分学生仍然对全英语课程产生畏难情绪。因此，在全英语教学中，如何提高学生对课程的兴趣以帮助学生克服畏难情趣，是影响教学效果的重要因素。在近几年的全英语教学实践中，我们对多种教学方法和手段进行了融合运用。
1.多媒体教学，精心准备课件及教学细节。在课前精心组织教学内容，注重最新研究成果和经典功能材料的实际应用案例，力求课程内容的前沿性、实用性和趣味性。多媒体课件尽量通过图片、表格、动画以及视频等资料，以直观的方式体现教学内容，避免在幻灯片上出现大段文字，以此吸引学生的注意力，帮助其克服语言障碍。通过讲授过程中放慢语速或者重点内容重复多次的方式，争取绝大多数同学在课堂上能够听懂、理解，并且设置提问环节以增强学生对知识点的掌握。
2.将研究和探索的氛围带到课程教学中。本课程的教学内容结合了学院的研究特色，教学团队由多名从事不同功能材料研究的科研一线教师组成，分别在其擅长的研究领域讲授教学内容，同时将各自的科研成果引入教学，丰富教学内容，使教学与科研有机结合起来。增加教师本人的科研成果展示、科研故事等内容，使课程充满研究和探索的气氛，激发学生对课程内容和功能材料研究的兴趣。
3.开展当前研究热点和最新研究成果的课堂讨论。通常学生对研究热点和最新研究成果都比较感兴趣。例如在讲授目前非常热门的石墨烯材料时，教师提前给学生布置讨论题目：石墨烯材料具有非常优异的电导、机械强度、韧性等性能，那么这类材料的应用领域在哪里？在课堂上，教师在讲授完石墨烯材料的结构与性能关系后，在轻松的氛围下开始课堂讨论。这样的教学方式不仅有利于调动学生主动参与的积极性，而且可以培养学生独立思考和分析判断问题的能力以及交流、讨论、合作的热情和能力。
4.注重学生课前预习和课后知识巩固。全英语教学实践中，学生的课前预习对提高课堂教学效果非常重要。为了让学生的课前预习有的放矢，教师在课程开始前将课件放在课程网站上，让学生根据课程进度表提前下载课件并配合英语参考教材预习，避免了英语参考教材信息量大、学生预习无从下手的情况。通过预习，学生可以熟悉课堂的教学内容以及专业词汇，尽量避免因为课程内容和词汇生疏带来对知识点的理解困难，有助于学生跟上教师授课节奏，提高课堂教学效果。而对学生课前预习要求的检查和督促则通过教师课堂随机测验、点名提问等方式进行，并且将结果计入平时成绩。另外，为了进一步巩固课堂所学知识，每个专题授课结束后都会通过布置作业来引导学生对所学内容和知识点进行回顾。对学生课后作业完成情况的检查则通过作业批改、在课堂上问答的互动方式进行，标准解答定期上传至课程网站，以便学生加深对课程内容和知识点的理解和掌握。同时，本课程还设置课后辅导答疑环节，学生在每周的固定时间可到教师办公室接受答疑辅导。
三、课程教学评价体系的建立
好的课程教学评价体系也可以有效激发学生的学习兴趣，提高教学质量。传统的以期末考试为主的评价方式，容易导致学生考试前突击死记硬背知识点，而忽视平时对所学知识的运用以及综合素质的培养。本课程采用教学过程中的课堂参与度等作为过程性评价和学期末综合考试作为总结性评价。过程性评价包括了全英语课后作业、课堂问答互动、小组课堂专题演讲以及查阅英语文献与资料能力等构成，占总成绩的50%～60%；而期末综合考试则主要考查学生对重点知识点的理解以及解决实际问题的能力，占40%～50%。采用这样的评价方式，鼓励学生参与课程教学，激励学生的学习热情。既让学生重视对知识点的理解和灵活运用，而不是死记硬背基本知识点和基本概念，也加强了学生综合素质的培养。
全英语课程教学已成为高校培养国际化人才的重要举措。《功能材料学》课程是材料科学与工程专业非常重要的专业课，要达到提高学生专业知识水平，培养学生解决实际问题的能力以及国际化视野，提升综合素质的教学目标，在全英语教学中，必须要在教学内容、教学方法与手段、教学评价体系等方面下功夫，激发学生对全英语教学课程的学习兴趣，使学生克服畏难情绪，能够在教学过程中成为教学主体。全英语教学还是一种新的教学模式，在引导学生成为教学主体的同时，教师也要不断学习、提高教学理念和教学水平。只有教师和学生教学相长，才能真正提高全英语教学质量。
参考文献：
关键词：材料科学基础 功能材料专业 教学改革
Teaching experience of material science foundation course for functional materials major
Bai Jing， Teng Fei， Huang Mingli， Luo Shaohua， Qi Jianquan
Northeastern university at Qinhuangdao branch， Qinhuangdao， 066004， China
Abstract： The materials science of the metallic materials， the inorganic non-metallic materials and the polymer materials has been combined for the functional materials major in our university， and added the latest research results to the traditional knowledge of fundamentals materials science to gain better teaching effect. In this paper， based on the idea of teaching reform， several important reforming measures have been discussed in detail for the teaching reform of the materials science foundation course， aimed at improving the teaching quality and teaching efficiency； enhance students' analytical ability and innovative ability.
Key words： material science foundation； functional materials major； teaching reform
21世纪，材料科学与工程技术是国家经济建设的重要基础和支撑之一。材料科学基础是材料科学与工程类学科的一门专业基础课程，这门课程既要密切联系理论，又要为其他专业课程打下扎实的基础[1]。通过材料科学基础课程教学，学生能较好地了解材料的成分与组织结构，合成与制备，材料的性能及应用的基本知识，相互关系及其影响规律；对培养学生科学的思维方法、创新能力及运用基础理论知识解决实际问题的能力作用巨大。高等教育专业设置变化和课程体系的改革以及材料科学技术的迅猛发展，对材料科学与工程类人才素质提出了新的要求，已从原来较单一的技术人才转变为高素质、宽口径的复合型人才，材料科学基础课程教学中存在的问题也日益显现。研究和探讨课程体系的优化，兼顾金属材料、无机非金属材料和高分子材料的共性和个性，对提高该课程教学效果，培养复合型人才具有十分重要的意义。
1 材料科学基础教学改革的基本思路
材料科学基础教学改革的基本思路是：以厚基础、宽口径、面向现代工程为前提，根据本校实际情况进行。2011年，我校应教育部要求开设功能材料新学科，而功能材料以所需知识领域宽、学科发展迅速区别于常规的结构材料学科。
（1）我校集合常年工作在金属材料、无机非金属材料和高分子材料教学和科研一线的教师编写了一本《材料科学基础》（功能材料用）新教材，融入金属材料、无机非金属材料和高分子材料的共性和个性知识，并结合经济与科技的发展以及本校学科建设的进展，突出《材料科学基础》理论的共性，书中尤其注意了不同种类材料之间知识的交叉和渗透。
（2）着重培养学生科学的思维方法和创新能力以及运用基础理论解决实际问题的能力，即注重培养学生获取知识、运用知识、创新知识的能力。功能材料领域材料科学发展非常迅速，课本的知识永远落后于最新的科研成果，因而，能力的发展重于知识的传授。
①我校对大学二年级的学生采用导师制培养方式，每位导师都有自己的专攻学术领域，而学生根据自己的兴趣爱好可以自主选择导师。在导师带领下，学生开始进入实验室，学习使用相关的实验仪器设备以及最新的学科动态。学校方面，给予大学二年级和三年级的学生一定的实验经费，通过创新实践培养学生的科研兴趣和自学能力。很多学生在教师的带领下参加各种国家级、省级科技竞赛，如全国大学生节能减排大赛和全国大学生挑战杯科技竞赛等，并多次获得奖项。2013年我院81002班本科生张溪溪等人“利用提钒弃渣制备锂离子电池正极材料LiFePO4及其电化学性能研究”，81002班侯瑞等人的“基于废弃锌锰干电池制备ZnMn2O4及其电化学性能研究”获得2013年“力诺瑞特”杯第六届全国大学生节能减排社会实践与科技竞赛三等奖。
②为切实做到“强专业、重实践”，我校采用3+1教学模式，即3年授课+1年毕业设计。在“3+1”模式的导向下，越来越多的学生在本科阶段有了更为清晰的专业成长目标。充足的毕业设计时间，使大四本科生充分参与到指导教师的科研课题中，对本专业的前沿领域和基础知识的实际应用有了深刻的了解，优秀大四学生能多次发表学术论文以及申请专利项目。例如，罗绍华（本校教师）、翟向乐（学生）、张雅倩（学生）、田勇（学生）、李辉（学生），申请的发明专利“硅酸锰锂/纳米氧化物复合正极材料及其制备方法”（专利号：ZL 2011 1 0109725.0）已获国家知识产权局授权。
在教学过程中，适当安排部分章节让学生自学。学生通过查找相关参考书籍，总结概括自学部分的知识要点，科研领域的名人轶事，材料领域发展中的重大里程碑进展等，然后分小组分析讨论，提高学生的自学能力和对材料专业课的学习兴趣。此外，在教学安排中，每年度安排两次参观。一次是参观本校太阳能电池和锂离子电池实验室，一次是参观磁性材料生产企业，让学生可以理论联系实际，运用理论知识解决实际问题。我们还通过加强实验教学，提高学生的动手能力[2]。
2 将最新科研成果融入材料科学基础课程讲授中
在材料科学基础课程备课过程中，注意融入最新的相关领域的科研成果。学生觉得所学知识非常新鲜和超前，能够及时了解本学科的前沿动态，从而提升学习兴趣，对传统知识的理解亦会更为深刻。这种教学方法抓住了“90后”学生喜欢新鲜事物的特性，获得了良好的教学效果。
图1 强磁场对Fe-C二元合金相图共析点的影响
例如：在讲授Fe-C二元相图时，加入了全国优秀百篇博士论文获得者张宇东博士（东北大学毕业）关于10特斯拉强磁场对Fe-C相图影响的内容[2]。强磁场的使用会使共析点向高温高碳的方向移动（如图1所示）。从而将课本中平衡相图的局限打破，引入了外场对平衡相图的影响。
另外，在讲述固态相变―马氏体转变章节时，讲授应用马氏体相变过程中的体积效应可以实现温控形状记忆效应。在该部分，融入了最新的研究成果，说明由马氏体相变引起的形状记忆效应不仅可以由温度场驱动，还可以由磁场驱动，由此产生一类新的智能材料被称为磁控形状记忆合金，它兼具大的磁场诱导应变（传统的温控形状记忆合金）以及快速的响应频率（压电陶瓷和磁致伸缩材料），现已成为国际范围内智能材料的研究热点，从而补充和扩展了原有的知识体系。
3 合理运用板书与多媒体教学方式
材料科学基础课程内容多且抽象性、理论性强，为了提高该课程的教学效果，应该采用有效的教学手段和教学方法。
传统的板书教学是课堂教学的一种重要手段[3，4]。板书这种教学手段数百年来在教学发展史上起到了重要的作用，即使在科技高度发达的今天，也始终没有退出历史舞台。但是单纯使用板书教学的局限性也是显而易见的，如信息容量小且板书内容不易保存，缺乏生动性和趣味性，学生很难保持持续的注意力，已不能完全满足课堂教学的需求。
随着社会的不断进步和科学技术的迅速发展，多媒体教学已经启动并迅速开展。与板书相比，多媒体教学有很多优点，能创造出一个有声有色、图文并茂的教学环境，把抽象的事物直观化，把复杂的问题简单化，为教师教学的顺利实施提供形象的表达工具，从而可以激发学生的学习兴趣。如将F-R位错源、位错扫过、位错的多滑移和交滑移、热聚合物拉伸变形、马氏体的表面浮凸现象等由书本的平面教学转为多媒体3D教学，使原来单调的课堂教学直观生动、新奇有趣，易于学生理解和接受，激起学生的学习兴趣。多媒体教学省去教师板书的时间，可以增加课堂信息量，提高课堂教学效率。
当然，也有教师指出过多使用多媒体手段的弊端，如教师备课不充分，多媒体教学要求教师制作课件，因而没有充足的时间备课；有的教师自己不制作课件，使用其他教师的课件，不能把课本知识充分消化理解，把讲课变成了“念课”，不利于学生学习能力、思维能力和创新能力的培养。而且一旦停电，讲课教师便束手无策，影响正常上课秩序。因此，授课教师必须充分备课、认真备课，将课本知识深刻理解，并且充分了解学生的知识水平，将学生难于理解的知识点用通俗易懂的语言流利地表达出来。课堂教学时使用恰当的教学方式，利用板书和多媒体课件相结合的方式来授课。将理论知识和一些不易使用板书的教学内容用多媒体课件呈现；对于一些学生应重点掌握的知识点则使用板书的形式着重强调。将每堂课的知识点精心组织，恰当地设置问题进行启发，并预见学生的回答。从而达到板书、多媒体与启发式教学完美地结合，保证教学按照预期效果顺利完成。
4 结束语
综上所述，材料科学基础是一门传统的基础课程，在建设创新型国家以及材料科学快速发展、本科教育向应用型方向转变的背景之下，该课程的教学要求、目标、重点、手段都已发生了根本性的变化。紧跟现代材料科学发展的步伐，及时更新和充实材料科学的最新理论及应用成果，使课堂教学与实践教学相结合，才能卓有成效地提高材料科学基础课程的教学质量。
参考文献
[1] 周细应，李培耀，童建华.《材料科学基础》教学改革的实践探讨[J].上海工程技术大学教育研究，2005（2）：1-3.
[2] 张宇东.强磁场下钢的扩散型相变的理论与实验研究[D].沈阳：东北大学，2007.
[3] 范群成，徐彤，席生岐.研究型教学在“材料科学基础”课程的实践与思考[J].中国大学教学，2012（8）：61-62.
[Abstract] With the progress of economics, cars in the city are more and more with the urbanization. What is the development trend of the future about the car is really needed to be studied and discussed.
关键字：汽车电器；组成；现状与发展
[Keywords] vehicle electrical ; composition ; status and development
中图分类号：F407.471 文献标识码： A
1、汽车电器的主要组成部分
1.1电源系统
电源系统包括蓄电池、发电机、调节器。其中发电机为主电源，发电机正常工作时，由发电机向全车用电设备供电，同时给蓄电池充电。调节器的作用是使发电机的输出电压保持恒定。蓄电池为可逆的直流电源。在汽车上使用最广泛的是起动用铅蓄电池，它与发动机并联，向用电设备供电。
发电机是汽车电系的主要电源，它在正常工作时，对除起动机以外的所有的用电设备供电，并向蓄电池充电，以补充蓄电池在使用中所消耗的电能。发电机可以说是历史上独一无二的最伟大的电学发明，现在汽车使用的发电机都是交流发电机。在汽车上，发电机既是用电器的电源，又是蓄电池的充电装置。为了满足用电器和蓄电池的要求对发电机的供电电压和电流变化范围也有一定的限制。直流发电机所匹配的调节器一般都是由电压调节器、电流限制器、截断继电器三部分组成。
1.2启动系统
美国物理学家亨利于1831年发现自感现象后，发表了介绍电动机的论文。根据发电机原理，做成与发电机原理相反的电动机（马达），这就是起动机。可以说，发电机技术进步的同时就有了起动机。起动机是用来起动发动机的，它主要由电机部分、传动机构（或称啮合机构）和起动开关三部分组成。
1.3照明系统
包括汽车内、外各种照明灯及其控制装置。用来保证夜间行车安全。主要有前照灯、雾灯、尾灯、制动灯、棚灯、电喇叭、转向灯闪光器等。1898年“哥伦比亚”号电动汽车首先把电用于前灯和尾灯。最初的前大灯不能调光，所以汽车在会车时有些晃眼，后来采用了附加光度调节器，并由美国异航灯具公司推广应用。这种前大灯可以在垂直方向上下移动，但驾驶员必须下车搬动夹具装置，非常不方便。1925年，导航灯具公司推广了双丝灯泡，远光和近光的调节通过开关来控制，才把这个问题彻底解决。
1.4仪表系统
包括各种电器仪表（电流表、充电指示灯或电压表、机油压力表、温度表、燃油表、车速及里程表、发动机转速表等）。用来显示发动机和汽车行驶中有关装置的工作状况。 最早的汽车仪表与信号是由一排外视器组成的，随后出现的仪表是精确计时仪。汽车仪表的作用是帮助驾驶员随时掌握汽车主要部分的工作情况，及时发现和排除可能出现的故障和不安全因素，以保证良好的行使状态。汽车常用仪表有电流表、水温表、发动机机油压力表、燃油油量表及车速里程表，有的汽车还有发动机转速表和制动系贮气筒气压表等。 目前，汽车仪表总的发展趋势正在向简洁明了的模拟式仪表和模仿模拟式仪表方向发展。
1.5辅助电器系统
包括电动刮水器、空调器、低温启动预热装置、收录机、点烟器、玻璃升降器等。 随着汽车辅助工业的发展和现代化技术在汽车方面的应用，现代汽车装用的辅助电气设备很多，除了汽车用音响设备，通讯器材和汽车电视等服务性装置外，都是一些与汽车本身使用性能有关的电气设备。如电动刮水器，电动洗窗器，电动玻璃升降器，暖风通风装置、电动座位移动机构，发动机冷却系电动风扇、电动燃料泵，冷气压缩机用电磁离合等等。
2、汽车电器系统的特点
①低压——汽油车多采用12V，柴油车多采用24V。②直流——主要从蓄电池的充电来考虑。③单线制——单线制即从电源到用电设备使用一根导线连接，而另一根导线则用汽车车体或发动机机体的金属部分代替。单线制可节省导线，使线路简化、清晰，便于安装与检修。④负极搭铁——将蓄电池的负极与车体相连接，称为负极搭铁。
3、汽车传感器的发展趋势
根据现代汽车的发展趋势，主要阐述一下传感器总的发展趋势，它
的趋势是向多功能化、集成化、智能化、微型化方向发展。
3.1发现新现象
利用物理现象、化学反应和生物效应等是各种传感器的基本原理，所以发现新现象与新效应是现代传感器发展的重要基础。
3.2开发新材料
功能材料是发展传感器技术的另一个重要基础。由于材料科学的进步，在制造各种材料时，人们可以任意控制他的成份，从而可以设计与制造出各种用于传感器的功能材料。例如控制半导体氧化物的成份，可以制造出各种气体传感器；光导纤维用于传感器是传感器功能材料的一个重大发现；有机材料作为功能材料，正引起国内外汽车电子化专家的极大关注。
3.3采用新工艺
传感器的敏感元件性能除了由其功能材料决定外，还与其加工工艺有关。随着半导体、陶瓷等新型材料用于传感器敏感元件，许多现代先进制造技术也引入汽车传感器制造技术，例如集成技术，微细加工技术，薄膜技术等，能制作出性能稳定、可靠性高、体积小、重量轻的微型化敏感元件。近年来从半导体集成电路技术发展而来的微电子机械系统（MEMS）技术日渐成熟，利用这一技术可以制作各种能敏感和检测力学量、磁学量、热学量、化学量和生物量的微型传感器，这些传感器的体积和能耗小，可实现许多全新的功能，这些特点使得他们非常适合于汽车方面的应用。
3.4研究智能式传感器
智能传感器是一种带微型计算机兼有检测、判断、信息处理等功能的传感器。与传统传感器相比，他具有很多特点。例如，他可以确定传感器工作状态，对测量资料进行修正，以便减少环境因素如温度引起的误差；用软件解决硬件难以解决的问题；世界各国都在车用传感器硬件的基础上，努力用软件来解决汽车电气干扰大、环境差（温度高、温度梯度大、污染厉害等）等问题造成的对汽车参数测量的影响。而且智能式传感器精度高、量程覆盖范围大、输出信号大、信噪比高、抗干扰性能好，有的还带有自检功能。不少汽车大公司在该方面进行研制与开发，并取得了成就和应用。
2013年新入选 CODE 期刊名称
H700 江苏农业科学
H199 江苏农业学报
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G397 江苏中医药
H283 江西农业大学学报
H701 江西农业学报
A112 江西师范大学学报自然科学版
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X672 交通运输工程学报
X685 交通运输系统工程与信息
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G316 解放军护理杂志
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G671 解放军医药杂志
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戈磊，1979年生，2006年9月毕业于天津大学，获得材料学博士学位。在那个有着悠久光荣历史的中国第一所现代大学(前身北洋大学)，学校“实事求是”的校训和“严谨治学，严格教学要求”的治学方针刻骨铭心地浸入他的为学和为人之魂，也奠定了他以后快速成长的基石。2006年10月他进入中国石油大学(北京)机电学院材料系工作：2007年7月被评为校青年拔尖人才，聘为岗位教授(4级岗)；2009年1月入选北京市人才项目――科技新星计划B类，得到了学校和北京市的重点培养，并取得了超乎想象的成绩。
在科研上，他主要从事新型光催化功能材料和腐蚀防护方面的研究，在短短三年时间，他不分昼夜，将自己完全投入到材料研究的广袤之地，以努力和智慧为双翅，目标就在那无际远方。
在光催化功能材料方向，他首次以过氧化氢络合法在低温下合成了具有可见光活性的纳米Tioz光催化剂，目前已获得两项国家发明专利授权。利用软化学一水热法合成了高性能的新型InV04光催化材料，并设计制备了新型可见光活性的InV04-Tioz复合半导体光催化薄膜体系，对该体系进行了贵金属修饰，从材料费米能级和光生载流子迁移的角度解释了复合体系可见光活性的机理。他采用软化学一水热、微乳液法制备了新型可见光催化剂BiV04。Bi2W06、CaBi04。ln203-caln204等，并对其可见光催化活性和改性机制进行了研究。采用软化学法成功在玻璃片上制备了金红石相Ti0：纳米线阵列，对其微观结构、生长机理和催化性能进行了研究，该方向已申请了国家发明5项，在光催化方面获得了教育部重点项目，教育部博士点基金、北京市科技新星计划等3个基金的支持，项目经费41.6万元。
在材料腐蚀与防护研究方向，他作为骨干参与了“中国石油大学(北京)加拿大哈斯基能源公司材料腐蚀与防护联合研究中心“的实验室建设工作；承担了中石化科技部重点项目”高含H2S／Co2介质对钻采设备材料性能的影响”，国家安全总局、国家重大专项国家“863”计划、国家自然科学基金，中石化西北局、中海油服等十多个项目的研究工作，个人承担项目经费100余万元。对普光气田钻采设备材料在高含H2S／C02环境中的腐蚀性能进行了评价，获得了耐蚀合金油套管的交货技术条件和腐蚀评价规范，研究了镍基合金钝化膜的结构和耐蚀机理，评价了钻杆、集输管线，井口装置，阀门等设备在Hts环境中的HIc和SSC性能。在防腐研究方面，主要从事缓蚀剂的开发与性能评价，制备了多种不同结构的新型H2S缓蚀剂，对其缓蚀性能进行了评价。
一、以团队培养模式推动校企人才协同培养
学校以校企联合培养基地为依托，探索建立了全日制专业学位硕士研究生“团队培养模式”：通过组建不同学科领域导师组成的导师团队，建立了团队培养的课程体系，构架了“平台+模块”的可趁体系；形成了学位论文撰写和答辩制度，进入团队培养的研究生在基地实践的时间不得少于12个月，学位论文选题必须来自于企业的项目，由导师团队组织论文答辩。经过在河北沙河市等相关行业企业的试点，这种培养模式的成效已初步显现，企业还将获得优秀的高层次专业人才；深入企业直接参与实践，专业学位研究生将专业理论与专业实践紧密结合，专业素养水平不断提升，学生及其开展的研究对企业也具有一定吸引力。“团队培养模式”促进了校企资源的有效对接，创新了校企人才培养的协同机制，形成了校企双赢的格局。
二、以产学研一体化模式推动校企协同研究与成果转化
学校与中国建筑材料集团有限公司和中国中材集团有限公司签署了共建“‘985工程’绿色建筑材料与新材料科技创新平台”协议，通过建设学校现有的材料复合新技术国家重点实验室、硅酸盐建筑材料国家重点实验室和材料研究与测试中心，支持学校材料科学开展原创性基础研究，提升学校材料学科基础研究创新能力；通过建设学校现有的光纤传感技术国家工程实验室、特种功能材料技术教育部国防科技重点实验室和绿色建筑材料及其制作教育部工程研究中心等国家和省部级重点实验室，支持学校材料科学应用关键技术研究，提升学校材料学科应用研究创新能力；通过建设中国建筑材料集团有限公司、中国中材集团有限公司与学校的联合研究中心，校企合作开展材料学科的产业化关键技术研究，提升材料学科的科技成果转化和产业化能力。这种以学校的三个国家及科研基地为依托开展原创研究、以学校的有关工程技术中心为基础开展应用技术研发、以企业的研发中心为骨干进行产品工程化研究并将三者结合的思路，得到了国家相关部门的认可和支持，得以获批建设“985”优势学科创新平台。
三、以行业协同创新中心建设推动校研企协同创新。
