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材料制备机械设计理论中的新趋势和新问题 摘 要:在全面综述材料制备机械技术及设备发展动态的基础上,提出了研究领域的几个新问题和发展方向,如通过集成和融合现代相关前沿科学和技术，生产具有超常和特殊性能的新概念材料等,并进行了简要分析和讨论。 关键词:界面；超常物理场；制备机械；功能材料 1.机械材料加工的时代背景 在人类进步的一段长时间范围内，许多工具、机械和方法被提出来；不同的原料用不同的工具来加工。原料及其处理过程已经变成了推动人类进步不可缺的一部份。在当前世界中日益激烈的竞争和人们追求幸福生活的今天，物质的功能已经远远超出了人类现有的并不断增长的知识及想象。例如：神秘原料功能，半导体材料，原料能量有吸力的材料，在航空领域中占有70%份额的强力铝合金4~5um的薄金属片，用各向异性深冲压金属板在1%以下；电子铝箔与强耐热铝合金已经被应用到航空、宇宙及深海领域中，等等；在原料加工加工领域中不同的时间段里，材料重要发展趋势就这样形成了： （1）在特殊的物理领域里制造原料加工机械，是为了能有特殊的质地结构和辅助性的加工功能。例如：运用热能和机械能能够突破科学技术的极限，将一些不常用的能量，例如：微波、化学能、生物能等等，一个接一个的被引入到材料加工中来，因此一些加工特殊能量原材料的加工设备就被制造出来了。 （2）突破传统的物质限制，将溶化、凝固、造型一体化，然后加热得到具有特殊功能的原料，这样就可以降低加工费用。例如：材料加工整形技术，比如像快速翻滚，喷雾处理、塑胶成型、喷射造型法、高能量射束等等被应用。 （3）原料加工处理正在向高速、重载和高精度在线控制方向上迈进。例如：轧制速度达到130m/s，压力变形已达到300MPa，尺寸精度达到了0.1um，成型精度已达到0.1i；浓度精度已达到0.1MPa。由于这些原因，原料加工机械设备设计理论将科学与技术相关联的领域有机的结合起来设计生产一中新概念材料加工设备是可能的。 2.对于新概念材料加工设备的期望功能 （1）要有能力生产具有特殊物质的领域；能传送那些对于新概念材料加工在特定的物质环境下是非常必要的特殊能流。例如：在高温环境下能使那些高温波或者脉冲以超过104~106K/s的速度冷却下来；将外表面的凝固、变形合成一体，然后在将超强接触面应力重新组合成新的分界面；融化的大金属薄片的湍流；随机的低频率磁场用于金属末加热的微波、用于大量凝固的超声波等等都已经被应用了。 （2）有能力在临界状态下工作，因此高稳定性和理想性能的处理设备是在加强技术条件和室外操作的保证。例如：禁止在润滑状态下边界上的摇晃；在特有的摩擦状态下的抗震能力；有韧性的连接管的合力稳定性和干扰稳定性与轴相比更易驱动系统。 （3）有能力精确的控制原料加工而获得低损耗、高功率、高性能的原料加工。例如：精确的在线监测产品成型；在线监测和在线调整产品品质和器具还有在线控制金属、塑胶成型的程序。产品的精确度指数可以列举如下：宏观上精确度可达到0.1um，微观上的晶状体结构非常均匀，浓度误差在0.1MPa 。简而言之，拥有特别功能的新概念原料加工设备应该被设计和生产出来。这样的话，那些特别性能的原料就能被处理加工了。 3．在特殊的物理领域和环境下金属材料加工设备的问题和需要学习的内容 由于这些原因和以上提到的背景，如下的一些新的研究主题应该被改进： 3.1 连接传热装置和温度应力场的相界面 当融化金属处于液体和固体的临界状态时通过连续的变形和快速凝固，一种全新的微观结构可以被获得。在这个非常时刻，高浓度的热流和动态的热阻力在材料加工处理中成了主要事项。关于设计这个设备的基本理论问题是要学习核心传动系统合能量转化和建立数学模型。 3.2 材料加工设备表面粘流摩擦力的抑制 操作装置和工件的连接是相当复杂的因为粘流阻挡了加工表面界面态由周转速度、热力学处理工作量、操作装置的弹性、工件的可塑性、滑性界面的动态行为、局部水力的润滑油等等来决定。它们影响着材料加工设备抗摩擦装置的成型。因为它们会会强制其产生很大的非线性，这种强制会在瞬间被损坏或者是失谐，最后会导致动态不稳定性。因此提出了以下的问题：机械装置的噪声可能在晃动的界面引起滑动摩擦、不稳定状态；在高速、重载和边界润滑状态下在光滑表面和旋转式喷灌器之间的装置抑制。润滑油薄膜吸收装置和不断再生的表面的物理化学行为；流变学的特征和操作参数之间的关系。 3.3 在高压场条件下非线性接触式机械装置 在大范围内组建一个超强力压力场是材料加工设备的一个基本功能。当然形成一个大结构的元素也是可能的（例如太空船、大陆洲际间的交通工具、汽车、飞机）。组建一个超强压力场是最重要的特征之一，也是保卫国家独立最基本的装备。在强压力场环境下，接触式和非线性摩擦将会产生；因此将会导致局部的