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摘要：

材料是人類(lèi)文明的基礎(chǔ)，材料的多樣化發(fā)展更是社會(huì)經(jīng)濟(jì)高效發(fā)展的動(dòng)力。壓力容器的合理選材關(guān)乎安全、經(jīng)濟(jì)等諸多因素，通過(guò)對(duì)壓力容器鋼制選材與復(fù)合材料的優(yōu)劣對(duì)比，指出了復(fù)合材料更大的發(fā)展空間。

關(guān)鍵詞：

材料；壓力容器；復(fù)合材料

一、材料分類(lèi)及發(fā)展

材料是人類(lèi)生存和生活的重要組成部分，是人類(lèi)文明發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)和先導(dǎo)，是推動(dòng)社會(huì)發(fā)展的動(dòng)力。材料發(fā)展的歷史從生產(chǎn)力的側(cè)面反映了人類(lèi)社會(huì)發(fā)展的文明史[1]。歷史上有石器時(shí)代、銅器時(shí)代、鐵器時(shí)代，即人類(lèi)往往用某種材料命名一個(gè)時(shí)代，由此可見(jiàn)材料對(duì)人類(lèi)文明與進(jìn)步的重要性[2]。材料是指經(jīng)過(guò)某種加工，具有一定結(jié)構(gòu)、組分和性能，并可應(yīng)用于一定用途的物質(zhì)[1]。廣義的材料包括對(duì)人類(lèi)有用的各種物質(zhì)，而材料科學(xué)所探討的材料一般是指固體材料。目前各國(guó)注冊(cè)的各種材料已有幾十萬(wàn)種，而且還在不斷增加中[1]?，F(xiàn)在的材料種類(lèi)繁多：按材料本身的性質(zhì)，有金屬材料、陶瓷材料、高分子材料、復(fù)合材料、液晶材料等。金屬材料又分為黑色金屬材料和有色金屬材料[3]。按作用分，有結(jié)構(gòu)材料和功能材料[3]。結(jié)構(gòu)材料主要是利用材料的力學(xué)和物理化學(xué)性質(zhì)，廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、工程建設(shè)、交通運(yùn)輸和能源等各個(gè)工業(yè)部門(mén)。功能材料則利用材料的熱、光、電、磁等性能，用于電子、激光、通訊、能源和生物工程等許多高新技術(shù)領(lǐng)域。功能材料的最新發(fā)展是智能材料，具有環(huán)境判斷功能、自我修復(fù)功能和時(shí)間軸功能，人們稱(chēng)智能材料是21世紀(jì)的材料[1]。我國(guó)于20世紀(jì)80年代末開(kāi)始進(jìn)行研究的納米材料，在電子、光學(xué)、傳感、生物、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域中都有著廣闊的應(yīng)用前景[4]。

二、壓力容器用材的發(fā)展現(xiàn)狀

現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展將以生物技術(shù)、信息技術(shù)和新材料的發(fā)展為三大支柱，其中新材料的發(fā)展是當(dāng)代高新技術(shù)的基礎(chǔ)，也是現(xiàn)代工業(yè)的基石。我國(guó)的機(jī)械制造業(yè)在工業(yè)化進(jìn)程中有著舉足輕重的作用，是創(chuàng)造人類(lèi)財(cái)富的支柱產(chǎn)業(yè)。機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇和應(yīng)用作為機(jī)械行業(yè)對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支撐，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中有非常重要的作用，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展作出了重要的貢求，材料的需求與時(shí)代密切相關(guān)，鋼制壓力容器的材料選擇是壓力容器設(shè)計(jì)過(guò)程中的重要部分。如果壓力容器在設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中材料選擇不當(dāng)，則為壓力容器的安全性能帶來(lái)隱患[5]。如大型浮頂油罐，對(duì)油罐使用的材料要求很高，合理選材是防止油罐脆性斷裂的必要條件[6]。以往壓力容器材料多為金屬板材，容器內(nèi)襯采用耐腐蝕的合金鋼材料，外層進(jìn)行金屬層板包扎以提高機(jī)械強(qiáng)度，但金屬材料密度大造價(jià)高，尤其是在腐蝕嚴(yán)重的場(chǎng)合選用合金鋼材料，給工業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)許多不便[7]。

（1）壓力容器用低合金鋼，雖然機(jī)械性能指標(biāo)優(yōu)于碳素鋼，但其可焊性、冷加工性能卻不如碳素鋼好

(2)鎮(zhèn)靜鋼在許多方面的性能都優(yōu)于沸騰鋼，但是當(dāng)用于制造搪玻璃容器時(shí)，沸騰鋼的搪瓷效果反而比鎮(zhèn)靜鋼好[8]。

（3）奧氏體不銹鋼耐通常介質(zhì)腐蝕效果優(yōu)于碳鋼及低合金鋼，但其耐含cl-介質(zhì)腐蝕性能不如碳素鋼和低合金鋼[9]。

(4)超低碳不銹鋼的價(jià)格和耐腐蝕性能雖然優(yōu)于普通不銹鋼但其，高溫?zé)釓?qiáng)性卻不如普通不銹鋼，碳在奧氏體不銹鋼中具有兩重性。

從耐腐蝕性來(lái)說(shuō)，需要降低含碳量；而從耐高溫性能來(lái)說(shuō)則需要適當(dāng)提高含碳量[8]。如奧氏體不銹鋼、鎳基合金、鋁合金和9Ni鋼，對(duì)于奧氏體不銹鋼和鎳基合金，9Ni鋼具有合金含量少、經(jīng)濟(jì)性高的優(yōu)點(diǎn)。相對(duì)于鋁合金，9Ni鋼有強(qiáng)度高，熱膨脹率小的優(yōu)點(diǎn)[6]。由此可見(jiàn)材料的設(shè)計(jì)創(chuàng)新還具有更大的發(fā)展空間。20世紀(jì)40年代，復(fù)合材料得到迅速發(fā)展。顆粒、纖維或薄膜材料往往不能單獨(dú)使用，常常與金屬或非金屬基體材料結(jié)合在一起使用，這種材料稱(chēng)為復(fù)合材料[10]。復(fù)合材料壓力容器具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)制成的容器重量比較輕、剛性好、強(qiáng)度高；

(2)金屬材料的疲勞破壞常常是沒(méi)有任何明顯預(yù)兆的突發(fā)性破壞。而復(fù)合材料中增強(qiáng)物與基體的結(jié)合面，不僅能有效地傳遞載荷，還能阻止裂紋的擴(kuò)展，提高材料的斷裂韌性；

(3)復(fù)合材料中的有大量增強(qiáng)纖維，當(dāng)材料過(guò)載而少數(shù)纖維斷裂時(shí)，載荷會(huì)迅速重新分配到未破壞的纖維上，這樣整個(gè)構(gòu)件在短期內(nèi)不至于失去承載能力；

(4)無(wú)需特殊處理即能滿(mǎn)足耐腐蝕要求[11]。但是復(fù)合材料壓力容器的發(fā)展仍處于初步階段，還沒(méi)有成套的理論分析，對(duì)復(fù)合材料壓力容器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化尚不能做明確分析，隨著科技的發(fā)展，復(fù)合材料壓力容器仍具有很大的研發(fā)價(jià)值空間[7]。

參考文獻(xiàn)：

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作者:華媛 單位:陜西電子科技職業(yè)學(xué)院