有關材料學的碩士論文

　　材料學專業(yè)的學生要求能運用材料學科的知識與研究手段進行功能納米材料的可控制備、表面修飾以及在生物醫(yī)學應用研究，能在材料科學、納米科學以及相關學科領域獨立開展科學研究工作并能從事高等學校教學工作。下文是學習啦小編為大家搜集整理的有關材料學的碩士論文的內容，歡迎大家閱讀參考!

　　有關材料學的碩士論文篇1

　　淺析稀土原材料市場價格波動的成因

　　一、稀土材料價格波動狀況

　　稀土元素一共17種，是工業(yè)生產必需原材料，又叫“工業(yè)味精”。中國是稀土材料出口大國，全球80%以上的稀土原材料都是由中國出口。根據2012年國務院《中國的稀土狀況與政策》報告，中國已探明稀土儲量大約占全球儲量23%，目前全球稀土市場價格完全是由中國國內市場主導。但是，國內稀土市場價格波動幅度較大，以稀土鐠釹磁性材料來說，鐠釹磁性材料占據稀土市場產量與需求量的一半，其價格波動高峰與低谷相差5倍，2008年譜釹合金價格大致在20萬元/噸，而到了2011年高峰期上漲到80萬元/噸以上，2015年市場價格回落到40萬元/噸，上演著過山車行情。稀土行情的波動在一年之中也比較明顯，參考瑞道金屬網，2015年2月份譜釹材料平均價格在40萬元/噸，但12月份價格下跌到35萬元/噸。原材料市場價格的大幅度波動必然導致下游制造業(yè)生產活動的不穩(wěn)定，在稀土材料價格大幅上漲時期，下游企業(yè)都不同程度受到影響，停產或轉產情況都有發(fā)生。同時，價格上漲過快也刺激了材料供應企業(yè)擴大產能，而價格一旦反轉，又造成了企業(yè)產能閑置，經營陷入困境。例如，目前鐠釹磁性材料全行業(yè)閑置產能已達到50%以上。因此，分析稀土市場價格波動的成因有利于保持下游生產的穩(wěn)定，確保市場向健康方向發(fā)展，也能為未來稀土產業(yè)的發(fā)展提供有利借鑒。

　　二、稀土材料價格波動成因

　　(一)現狀分析

　　研究稀土材料市場價格波動的成因首先要看到中國稀土產業(yè)的發(fā)展狀況，中國是稀土生產大國，同時中國也基本壟斷了國際稀土出口市場，但中國的壟斷優(yōu)勢并不來源于先進技術，更多的來源于價格與成本優(yōu)勢。實際上，日本、美國在稀土方面的專利數量遠超中國，中國出口的稀土材料主要集中于原材料和中低端加工材料，在高端制造領域如納米稀土等，日本、美國仍占據領先地位。發(fā)達國家從中國進口原材料與工業(yè)原料，進行高端加工以獲取更高利潤。

　　從各國已探明稀土儲量來看，除重稀土個別品種，主要稀土品種在全球的分布都較為廣泛，中國、美國、俄羅斯、澳大利亞儲量都比較豐富，而美國僅次于中國位居世界第二。但2000年前美國稀土礦就全部停產，改由從中國進口。日本缺乏稀土礦，但據統計，日本長期從中國進口的稀土儲備已夠其使用30年。發(fā)達國家目前均不開采本國稀土礦，改由中國進口的主要原因在于，中國的稀土價格低于其他國家。以美國鉬業(yè)公司芒廷帕斯山稀土的開采為例，其稀土開采與制造成本與中國實際基本相當，但環(huán)境保護成本遠超中國，國外大多通過收取資源稅來保護礦產資源和自然環(huán)境，而資源稅率普遍采用從價計算，國內的資源稅2014前仍采用從量計價，同時征收的稅費也較低，這樣就造成國外企業(yè)無法與國內競爭，因此中國在2000年后逐步壟斷了國際稀土原材料出口市場。

　　(二)經濟學因素分析

　　由于中國基本壟斷了國際稀土原材料出口市場，國外稀土礦多數處于停產狀態(tài)，因此國內市場價格就決定了國際市場價格，同時國內市場價格波動也直接導致國際市場價格波動。稀土開采過程中的成本構成主要包括企業(yè)開采成本、銷售環(huán)節(jié)增值稅、地方資源稅和產業(yè)相關的地方性收費。企業(yè)在生產階段從經濟學角度考慮，當價格高于成本線時，也就是邊際收益在邊際成本之上才可以維持生產，在低于成本線時將停止生產，這樣就可以解釋國外稀土礦停產而國內稀土礦大量開采的原因。實際上在2011年，國際稀土價格上漲到高峰期時，美國的稀土礦又重啟開采，而日本卻在東南亞與非洲等地投資建設稀土礦，但到了2013年稀土價格又跌回上漲之初，國外稀土礦又全部處于停產和關閉狀態(tài)。2015年美國鉬業(yè)公司因債務問題陷入破產境地，該債務是由于芒廷帕斯稀土擴產項目引起的，正是稀土價格的持續(xù)疲弱、無法長期實現盈利，就導致其無法按期償還利息。與此同時，國內的稀土礦仍能持續(xù)生產，這說明國內企業(yè)的開采成本線遠低于國外企業(yè)。

　　因此，當國內企業(yè)的開采成本線遠低于國外企業(yè)時，也就把國外企業(yè)擠出了稀土原材料生產。不過要指出的是，這種擠出效果并不是由于開采的技術水平高于國外，更多的是因為國內企業(yè)的環(huán)境保護壓力遠低于國外。實際開采方面，國內的盜采、偷采、濫采現象嚴重，地方政府由于監(jiān)管力度不夠，稀土開采對環(huán)境的破壞程度也高于國外。這樣就造成國內開采的成本線低于國外。更為重要的是造成了國內稀土市場價格低于國際市場的正常價格，從而破壞了市場自身的均衡價格。

　　具體來說，當開采成本特別是環(huán)境保護成本國內外持平時，國外稀土礦也會處于正常開采狀態(tài)，市場就會處于供需平衡狀態(tài)同時形成均衡價格，均衡價格在多渠道競爭狀況下其波動較為平穩(wěn)，減少了大幅度波動的可能。但當國內開采成本遠低于國外時，均衡價格將被打破，同時造成國外廠商被擠出該市場，形成中國對稀土原材料出口的壟斷局面，而這種壟斷也造成了市場化的價格形成機制被打破。但是，由于國內低成本的開采優(yōu)勢不可持續(xù)，受環(huán)境保護壓力、政策調控、市場炒作等因素的共同影響，成本的大幅波動不可避免，這種非市場化的價格形成機制是稀土價格大幅波動的主要經濟原因。

　　2015年后，中國抬高了稀土資源稅，改為從價計征，對環(huán)境和礦產資源的保護措施逐步與國際靠攏，減少了與國外的差距，這樣國際市場的多渠道供給局面將在未來實現，稀土材料的價格必將轉由市場供需關系決定。中國承擔全球80%以上稀土原材料供應的局面必然不可持續(xù)，國外供給渠道必將打開，市場新的供需態(tài)勢必將重新建立起來。

　　(三)政策因素分析

　　在政策方面，中國長期靠下達指令性計劃控制稀土開采量，同時依靠戰(zhàn)略性的國家收儲控制稀土價格，這兩種手段屬于行政性調控。由于稀土是工業(yè)原材料，下游企業(yè)多為剛性需求，因此行政性調控對稀土的價格影響也較為顯著，歷年來國家收儲計劃或經濟刺激政策一經推出必然會推動稀土價格上揚，也就產生了市場的炒作空間，這也是稀土價格波動的重要政策因素。但中國在2014年WTO稀土貿易仲裁敗訴后，根據WTO裁決中國政府將做出讓步，行政性調控手段將更多被市場調節(jié)所取代，稀土價格將更多由市場供需雙方決定。同時，國內資源稅的征收與國際逐步接軌，造成稀土價格長期上漲，國外的稀土資源在利潤驅動下也將逐步進入市場，隨著新的供應局面產生，多種渠道供應也將使稀土的國際價格趨于平穩(wěn)。

　　三、結論

　　稀土是工業(yè)制造重要的原材料，是電子、機械、化工、高科技產業(yè)的戰(zhàn)略性資源，同時也是不可再生資源。雖然中國長期作為全球稀土原材料的主要供應者，但產業(yè)發(fā)展卻仍處于中低端制造階段，價格的不穩(wěn)定對下游制造業(yè)向高端升級帶來負面影響。另一方面，稀土的開采對環(huán)境的壓力較大，在開采、萃取、分離與加工階段屬于高污染、高耗能產業(yè)，不計環(huán)境壓力過度開采必然不可持續(xù)。目前國外已探明的稀土礦產儲量相當豐富，但多處于閑置、停產階段。伴隨著高科技制造業(yè)的快速增長，電動汽車、風電、環(huán)保凈化、綠色照明等行業(yè)應用都將顯著拉動稀土材料的需求。從長遠發(fā)展方面考慮，穩(wěn)定稀土價格、保持產業(yè)可持續(xù)發(fā)展必將成為產業(yè)發(fā)展的核心目標。實踐證明，穩(wěn)定市場價格不能僅靠行政管制，發(fā)揮市場自身的調控作用、建立市場價格形成機制才是有力手段。通過資源稅與國際逐步接軌，維持正常的市場競爭機制，通過多渠道的供應實現市場供需平衡，才是避免價格出現大幅波動的切實保障。

　　有關材料學的碩士論文篇2

　　談納米CaCO3對水泥基材料性能與結構的影響及機理

　　納米技術是在20世紀末逐漸發(fā)展起來的前沿交叉性的新興學科.如今，該技術已經滲透到諸多領域，建筑材料領域就是其中之一.通過對傳統建筑材料的改性表明該技術具有很大的應用潛力和前景[1-3].納米顆粒因其尺度在納米范圍，從而具有小尺寸效應、表面效應、量子尺寸效應及宏觀量子隧道效應[4]，具有傳統材料所不具備的一些新特性.

　　納米CaCO3是目前最大宗也是最廉價的納米材料之一，其價格約只有納米SiO2的十分之一[5].目前國內外學者對納米SiO2在水泥基材料中的應用有較多研究，而對納米CaCO3的研究相對較少.王沖等[6]研究了納米顆粒在水泥基材料中應用的可行性.黃政宇等[7]研究了納米CaCO3對超高性能混凝土的性能影響，研究表明摻入納米CaCO3能促進水化反應，使超高性能混凝土的流動性下降，能提高超高性能混凝土的抗壓強度及抗折強度.Sato等[8]采用傳導量熱法發(fā)現，納米CaCO3的摻入可以顯著加快早期的水化反應，且摻量越多加快效果越明顯.Detwiler和Tennis[9]發(fā)現，在水泥水化過程中，石灰石粉顆粒會成為成核的場所，增加了水化產物C-S-H凝膠沉淀在石灰石粉顆粒上的概率，加快了水泥石中C3S的水化.本文通過超聲波分散方式將納米CaCO3摻入水泥基材料中，研究其對水泥基材料性能和結構的影響，并進一步通過XRD和SEM分析納米CaCO3對水泥基材料的影響作用機理，以期為納米CaCO3在水泥基材料的工程應用提供理論基礎.

　　1原材料與方法

　　1.1原材料

　　水泥為P?O42.5R普通硅酸鹽水泥，由重慶天助水泥有限公司生產，化學成分見表1;細集料為岳陽產中砂，細度模數為2.48;高效減水劑為重慶三圣特種建材股份有限公司生產的聚羧酸系高效減水劑，固含量為33%;納米CaCO3由北京博宇高科新材料技術有限公司生產，表現為親水性，部分技術指標列于表2，掃描電鏡圖見圖1，X射線衍射結果見圖2.

　　1.2試驗方法

　　1.2.1納米CaCO3分散方式

　　根據前期試驗驗證，超聲波分散方式對納米CaCO3有更好的分散效果.制備水泥砂漿試件時，將減水劑和納米CaCO3加入水中，超聲波分散10 min，再手工攪拌2 min，以待測試.

　　1.2.2表觀密度

　　水泥漿體表觀密度試驗采用水泥凈漿，水膠比為0.29，減水劑摻量為膠凝材料質量的0.15%，納米CaCO3摻量分別為膠凝材料質量的0.5%，1.5%，2.5%.試驗所采用容器為1 L的廣口瓶，采用水泥凈漿攪拌機制樣，放在振動臺上振搗密實.

　　1.2.3流動性測試及成型

　　流動度試驗按照GB/T2419-2005《水泥膠砂流動度測定方法》進行;力學性能試驗按照GB/T17671-1999《水泥膠砂強度檢驗方法》進行.將水泥和砂在攪拌機中攪拌90 s，再將分散有納米CaCO3和減水劑的溶液倒入干料中攪拌90 s.采用40 mm×40 mm×160 mm三聯鋼模成型，1 d后脫模，在溫度為(20±2) ℃的飽和石灰水中養(yǎng)護至相應齡期.水泥砂漿試件的配合比見表3，其中納米CaCO3和聚羧酸減水劑以膠凝材料的質量百分比摻入.

　　1.2.4微觀測試試驗

　　XRD分析測試采用日本Rigaku公司D/MAX2500PC型X射線衍射儀.測試條件：Cu靶，管壓40 kV，電流100 mA，掃描步長0.02°，掃描速度4 °/min，掃描范圍5°～70°.樣品采用與表3相同膠凝材料組成與水膠比的水泥凈漿，養(yǎng)護至規(guī)定齡期破碎取樣，放入無水乙醇中浸泡3 d以終止水化，置于50 ℃干燥箱中干燥24 h，取出樣品用研缽研磨過0.08 mm方孔篩，將過篩的粉末樣品置于干燥器中以待測試.

　　掃描電鏡測試采用捷克TESCAN公司生產的Tescan VEGA Ⅱ LMU型掃描電子顯微鏡(Scanning electron microscope，SEM)，測試樣品取自強度測試破壞后的砂漿試塊，放入無水乙醇中浸泡3 d終止水化，裝入50 ℃干燥箱中干燥24 h，將樣品真空鍍金，在20 kV高壓鎢燈下分析其微觀形貌.

　　2結果與分析

　　2.1納米CaCO3對水泥基材料表觀密度的影響

　　對新拌的水泥凈漿漿體進行表觀密度測試，試驗結果如圖3所示.

　　結果表明，隨著納米CaCO3摻量的提高，水泥漿體的表觀密度隨之增大.摻量從0%增加到2.5%時，表觀密度由1.98 g/cm3提高到2.10 g/cm3.表明納米CaCO3可填充水泥漿體中熟料顆粒之間空隙，使?jié){體的結構更加密實.

　　2.2納米CaCO3對水泥基材料流動性的影響

　　按表3拌制水泥砂漿測試流動度，結果如圖4所示.隨著納米CaCO3摻量的增大，砂漿的流動度逐漸減小.這是因為納米CaCO3比表面積大，其顆粒表面吸附更多的水導致需水量增大[10]，納米CaCO3同其它超細粉料一樣可以填充熟料顆粒之間的空隙，將熟料顆粒之間的填充水置換出來，起到減水作用，但納米CaCO3顆粒比表面積過大，其增加需水量的作用遠遠大于減水作用，宏觀表現為水泥砂漿的流動度減小. 　　2.3納米CaCO3對水泥基材料力學性能的影響

　　按表3拌制水泥砂漿，分別測試3 d和28 d的抗壓和抗折強度，結果如圖5和圖6所示.

　　由圖可知，納米CaCO3提高了水泥砂漿的3 d及28 d強度.1.5%的納米CaCO3摻量效果最好，其3 d的抗壓和抗折強度較基準組分別提高20.6%和17.7%，28 d的抗壓和抗折強度較基準組分別提高22.9%和11.1%.然而摻量增加到2.5%時，砂漿強度相較于1.5%摻量明顯下降.由試驗結果可知納米CaCO3的摻量不宜過多，存在一個最佳摻量[11-12]，在本研究中這個最佳摻量為1.5%.

　　納米CaCO3可以提高水泥基材料早期強度有以下幾方面原因：納米CaCO3可以起到超細微集料的作用，填充熟料顆粒周圍的空隙，使結構變得更加密實從而提高強度，這與圖3結果一致;納米CaCO3可以明顯降低Ca(OH)2在界面處的密集分布和定向排列，有助于改善界面的綜合性能[13];納米CaCO3可促進C3A與石膏反應生成鈣礬石，鈣礬石與納米CaCO3反應生成碳鋁酸鈣也是早期強度提高的原因之一[13].而文獻[14]也指出，納米顆粒摻量過多容易產生團聚，并包裹水泥顆粒，因而阻礙水化反應，使得強度下降.納米CaCO3摻量過多所造成的團聚也會影響納米CaCO3在水泥基材料中的分散，使新拌水泥砂漿產生過多的微小氣泡，增加硬化后的水泥漿體有害孔的數量，導致強度下降.

　　2.4納米CaCO3對水泥基材料性能與結構的影響

　　機理

　　2.4.1XRD分析

　　按表3配合比制備水泥凈漿，其3 d和28 d的XRD圖譜見圖7和圖8.由圖7可知，在3 d齡期內，納米CaCO3并沒有改變水泥的水化產物組成.2組試樣的水化產物基本相同，均含有Ca(OH)2，鈣礬石(AFt)相，未水化的硅酸三鈣(C3S)和硅酸二鈣(C2S)，以及摻入的和因碳化而生成的CaCO3.分析2組試樣的C3S和C2S的特征衍射峰(2θ=32.3°)可以發(fā)現，對照組中C3S和C2S的特征衍射峰比基準組中低;而對照組中鈣礬石的特征衍射峰(2θ=23.1°)比基準組中高;對照組中Ca(OH)2的特征峰(2θ=34.2°)略比基準組強，說明前者Ca(OH)2含量略高于后者，這是由納米CaCO3加速硅酸三鈣的水化所致，使其水化產生更多的Ca(OH)2.上述分析說明納米CaCO3可以促進水泥的早期水化.

　　由圖8可見，在28 d齡期內水泥的水化產物中出現了水化碳鋁酸鈣(C3A?CaCO3?11H2O)，這與李固華等[12]的試驗結果類似，即表明納米CaCO3參與了水泥的水化反應，與水及鋁酸三鈣反應生成了水化碳鋁酸鈣.對比2個樣品的C3S，C2S的特征衍射峰發(fā)現，對照組中C3S，C2S的特征衍射峰要比基準組中低;而對照組中Ca(OH)2的特征峰略比基準組低，根據前人的研究[15]，這是由于Ca(OH)2和CaCO3作用生成了堿式碳酸鈣，這種堿式碳酸鈣可以增強界面區(qū)的粘結.納米CaCO3的這種效應使得水化產物Ca(OH)2在更大程度上被消耗，因此其衍射峰強度低于基準組.上述分析表明在3 d到28 d的齡期內，納米CaCO3仍促進水泥的水化，產生新的水化產物相并從宏觀上導致水泥基材料強度提高，內部界面區(qū)增強粘結能力更好，XRD圖譜從微觀方面解釋了28 d摻入納米CaCO3其力學性能優(yōu)于基準組的原因.

　　2.4.2SEM分析

　　按表3成型的水泥砂漿試樣的3 d和28 d SEM圖片見圖9和圖10.圖9顯示了4組試樣水化3 d的微觀形貌結構.分析發(fā)現：試樣(a)已有一定程度的水化，發(fā)現有針狀的AFt晶體和水化硅酸鈣凝膠，但整體結構不太密實，存在較多的空隙，在過渡區(qū)處水泥石與集料的結合不太緊密.摻入納米CaCO3后對于界面過渡區(qū)來說有明顯的改善，水泥石更加密實.試樣(b)和(c)已有明顯的水化，水化產物水化硅酸鈣凝膠增多，形成網絡狀和絮凝狀的凝膠填充未水化顆粒之間的空隙，使整體結構更加致密[16].由圖可知，隨著摻量的提高，當納米CaCO3摻量為膠凝材料質量的1.5%(試樣c)時，其對界面的改善效果最好，水泥石結構也更加致密，在界面過渡區(qū)幾乎看不到水泥石與集料之間的間隙，說明連接很緊密，與上述力學性能試驗結果相符.

　　但未明顯發(fā)現有Ca(OH)2晶體，這可能是因為Ca(OH)2晶體被大量的水化硅酸鈣凝膠所覆蓋.隨著摻量的繼續(xù)提高，從試樣(d)中可看出，水泥石的孔隙變多，結構變得不密實.在界面過渡區(qū)處水泥石與集料之間存在間隙并發(fā)現了針狀鈣礬石晶體和六方片狀的Ca(OH)2晶體，水化產物水化硅酸鈣凝膠也隨之減少.這是由于納米CaCO3摻量過多，分散不均勻形成團聚引起的.水泥石結構的致密程度以及水泥石和集料的界面過渡區(qū)的結合緊密程度都會影響水泥基材料的強度，上述分析從微觀角度解釋了水泥基材料力學性能變化的原因.

　　圖10顯示了4種試樣水化28 d后的微觀形貌結構.分析發(fā)現：隨著水化的進行，在28 d齡期內各組試樣中的水化產物都較3 d增多，水泥石結構也更加致密，水泥石與集料的在界面過渡區(qū)處的結合也更加緊密.但在試樣(a)和試樣(d)中集料與水泥石的界面過渡區(qū)處的結合仍不是很緊密，且存在一定的縫隙，水泥石自身結構也存在一定的空隙，不是十分致密，而在試樣(b)和試樣(c)中則發(fā)現集料與水泥石的界面過渡區(qū)處的結合更為緊密，水泥石中存在大量的凝膠狀的水化產物，結構密實.

　　尤其在試樣(c)中，界面過渡區(qū)處找不到連接的間隙，水泥石中都是凝膠狀水化產物幾乎沒有孔隙，這些水化產物并不獨立分散，而是呈現整體化結構.上述現象說明適宜摻量的納米CaCO3可以促進水泥基材料早期的水化，使水泥熟料顆粒水化產生更多的水化硅酸鈣凝膠.同時，納米CaCO3可以增加水化硅酸鈣凝膠在界面處的含量，可以改善Ca(OH)2晶體的定向排列性能，使得界面位置的水化結構由平面排列向空間結構過渡，所以適宜的摻量可以改善界面的綜合性能.
　　3結論

　　1)納米CaCO3的摻入增加了水泥漿體的表觀密度，降低了水泥基材料的流動度，摻入適量的納米CaCO3有助于水泥砂漿3 d和28 d齡期強度的提高，但摻量不宜過大.

　　2)摻入適量的納米CaCO3可以促進水泥水化反應的進行，增加水化產物的生成量.在3 d的齡期內，納米CaCO3并沒有改變水泥的水化產物組成;在28 d的齡期內，在水泥的水化產物中發(fā)現了新的水化產物――水化碳鋁酸鈣.摻入適量的納米CaCO3還可以改善水泥基材料的界面結構和水泥石的結構，使集料與基體結合的更加緊密，水泥石更加密實.