第35卷第3期 上海交通大学学报 Vol.35 No.3 2001年3月 JO URNAL OF SHANGHAI JIAO TONG UIV ERSITY Mar.2001 文章编号：1006-2467(2001)03-0331-04 材料科学的一个新生长点一一生态材料学 周尧和，孙宝德，李天晓，许振明 (上海交通大学材料科学与工程学院，上海，200030) 摘要针对材料产业的现状和发展趋势，提出了生态材料学的概念，即生态材料学是关于材料及 材料循环过程与生态环境相互作用的科学，其目的在于使材料在满足所需性能的前提下，具有优良 的生态环境协调性.分析了生态材料学的基本思想和主要研究内容，给出了环境负荷表达式和材料 科学与工程的新判据.以铝合金熔体纯净化生态处理工艺为例，指出了材料科学与工程的发展方 向 关键词材科生态学；环境负荷；生态材料；生态工艺 中图分类号TF111.1&TF114.12 文献标识符：A New Developing Branch of Material Science--Ecomaterialogy ZHOU Yao he,SUN Bao-de,LI Tianxiao,XU Zhen-ming (School of Materials Sci.and Eng.,Shanghai Jiaotong Univ.Shanghai 200030,China) Abstract:A new concept of ecomaterialogy was put forward in terms of the current situation and the trends in materialsindustry.It is a branch of materials science dealing with the interaction betw een ecolog- ical environment and materials as well as material cyclic process.The aims of ecomaterialogy are to develop the science and tech nology so as to meet the demands of ecological materials and their process techniques based on the premise of necessary properties.Basic principles and research contents of ecomaterialogy were analy zed and discussed.Equation of environment load and new criterion of materials science and engineer- ing were advanced.Ecological techniques of aluminum melt purification were considered as an example to point out the dev elopment direction of materials science and engineering. Key words:ecomaterialoty;environmental load;ecological materials;ecological technology 1生态材料学产生的背景 用金属的生产在21世纪即将面临严峻的形势. 另一方面，材料产业排放的“三废”也是造成环 进入到21世纪，人们终于认识到社会和经济的 境污染的一大根源仅以我国熔化铸铁的冲天炉而 发展再也不能不顾及生态环境了·人类进行生产活 论1，全国每年排放到大气中的废气近1500万t, 动的物资基础是材料，而后者从采掘、冶炼、合成、加 废气中C02约290万t,C0约150万t,灰尘约10 工以至使用、废弃和再生等各个环节无不与资源、环 万t.如果将全世界材料产业对环境造成的危害加 境息息相关.由于长期低效率的开发和利用，地球上 以统计，其数字将是怵目惊心的 的有限资源己逐渐短缺，有些甚至趋于枯竭.已有的 生态材料学就是在这一背景下兴起的. 关于金属矿藏的资料表明，根据探明的储量和近 年的开采速度估算，如无新的重大矿源发现，许多常 2 生态材料学的内涵 生态材料学是关于材料及材料循环过程与生态 20SC品Academic Jou Electronic Publish环境相惠作用的科学基月的在王使材料在满足所 收稿日期：2000-06-25
第 35卷 第 3期 2001年 3月 上 海 交 通 大 学 学 报 JO URNAL OF SHANGHAI JIAO TONG UIV ERSITY Vol. 35 No. 3 Mar. 2001 收稿日期: 2000-06-25 文章编号: 1006-2467( 2001) 03-0331-04 材料科学的一个新生长点—— 生态材料学 周尧和 , 孙宝德 , 李天晓 , 许振明 (上海交通大学 材料科学与工程学院 ,上海 , 200030) 摘 要 针对材料产业的现状和发展趋势 ,提出了生态材料学的概念 ,即生态材料学是关于材料及 材料循环过程与生态环境相互作用的科学 ,其目的在于使材料在满足所需性能的前提下 ,具有优良 的生态环境协调性 .分析了生态材料学的基本思想和主要研究内容 ,给出了环境负荷表达式和材料 科学与工程的新判据 .以铝合金熔体纯净化生态处理工艺为例 ,指出了材料科学与工程的发展方 向. 关键词 材料生态学; 环境负荷; 生态材料; 生态工艺 中图分类号 T F111. 18; TF114. 12 文献标识符: A New Developing Branch of Material Science— — Ecomaterialogy Z HOU Yao-he , SUN Bao-de , LI Tian -x iao, X U Zhen-ming ( Schoo l of Materials Sci. and Eng. , Shang hai Jiaotong Univ. Shang hai 200030, China) Abstract: A new concept of ecomaterialog y w as put fo rw ard in terms of the current situa tion a nd the trends in materialsindustry. It is a bra nch of materials science dealing with the interaction betw een ecological environment and materials as w ell as ma teria l cyclic process. The aims o f ecomaterialog y are to dev elop the science and tech nolog y so as to meet the dema nds of ecological ma terials and their process techniques based on the premise o f necessa ry pro perties. Basic principles and research co ntents o f ecomaterialog y w ere analy zed and discussed. Equatio n o f enviro nment load and new criterion of materials science and engineering w ere adv anced. Eco logica l techniques of aluminum melt purificatio n were considered as an example to point out the dev elopment direction of ma terials science a nd engineering. Key words: ecoma terialoty; enviro nmental load; ecological materials; eco logical techno logy 1 生态材料学产生的背景 进入到 21世纪 ,人们终于认识到社会和经济的 发展再也不能不顾及生态环境了.人类进行生产活 动的物资基础是材料 ,而后者从采掘、冶炼、合成、加 工以至使用、废弃和再生等各个环节无不与资源、环 境息息相关.由于长期低效率的开发和利用 ,地球上 的有限资源已逐渐短缺 ,有些甚至趋于枯竭 .已有的 关于金属矿藏的资料 [1 ]表明 ,根据探明的储量和近 年的开采速度估算 ,如无新的重大矿源发现 ,许多常 用金属的生产在 21世纪即将面临严峻的形势 . 另一方面 ,材料产业排放的“三废”也是造成环 境污染的一大根源 .仅以我国熔化铸铁的冲天炉而 论 [2 ] ,全国每年排放到大气中的废气近 1 500万 t, 废气中 CO2 约 290万 t, CO 约 150万 t,灰尘约 10 万 t.如果将全世界材料产业对环境造成的危害加 以统计 ,其数字将是怵目惊心的. 生态材料学就是在这一背景下兴起的. 2 生态材料学的内涵 生态材料学是关于材料及材料循环过程与生态 环境相互作用的科学 ,其目的在于使材料在满足所
332 上海交通大学学报 第35卷 需性能的前提下，具有优良的生态环境协调性，亦即 负荷：即使生产中达到了理想状态的零污染排放，如 使材料在其整个寿命周期中对环境施加的负荷最 果是低效地利用原材料和能源，仍会对环境施加很 小.从这一定义可以看出生态材料学的研究对象包 大的负荷 括两部分：①材料本身与生态环境的相互作用：② 式(3)展示了减轻材料环境负荷的途径和生态 材料循环过程的每一个阶段（采掘制备、使用、废弃 材料学的使命，即： 和再生等)与生态环境的相互作用 (1)减少从环境中的资源输入，使∑(M+E) 生态材料学是一门多学科交叉的学科其研究 >min. 内容涉及自然经济、技术等各个方面，它在继承材 (2)减少向环境的排放物，并对排放物进行无 料科学原有的理论体系与技术手段的基础上，研究 其特有的理论与技术，如生态材料、生态工艺、材料 害化处理，使∑ Did min. 环境负荷的定量评价等. (3)提高排放物的再生率和利用率，使 生态材料学还可以分为宏观、微观生态材料学. (Rmr+Ra→max. 前者由材料学家环境学家、经济学家、法学家企业 主管政府有关部门及宏观政策制定者，从宏观角度 (4)提高材料的使用寿命，使上max. 研究材料循环过程中的环境负荷评价与改善途径 (5)建立材料的生态循环体系，在体系内部，一 材料生态循环体系的构成及相关企业群的组织与实 个企业的排放物为另一企业的原料和能源，使 施、材料生态经济学和法学的研究以及保护生态环 ∑〔D:-(R+R.)min 境的相关法律、法规的建立与实施等.后者则由相关 开展生态材料学的研究是材料产业实现可持续 专家及工程技术人员根据材料性能与生态环境协调 发展的基础.无论是基于与大自然协调发展的观点， 性的平衡原则，从微观角度研究生态材料生态工艺 还是基于加入WT0后我国材料产业面临的机遇与 以建立材料生态循环体系的理论与方法，为宏观生 挑战，都有必要重新审视材料科学与工程的研究思 态材料学奠定技术基础. 路与总体布局.作为生态材料加工工艺的一个实例， 在生态材料学的研究过程中，始终贯穿着性能 下面将介绍作者在铝熔体净化方面的一项研究. -环境协调性的原则，即在追求材料高性能的同时， 对环境施加尽可能小的负荷，在性能和环境负荷之 3铝合金熔体净化的生态工艺 间达到合理可行的平衡.以往常用性能价格比K 高品质再生铝合金生产过程中有两个难点：① 来衡量材料的优劣，即 高效、无污染地去除熔体中的夹杂和气体②去除有 K=PIC (1) 害合金元素，如Fe Si Na等，调整合金成分，使再 式中：P为材料的使用性能：C为获取具有该使用性 生铝合金直接做为牌号铝使用.目前铝合金熔体纯 能的材料而付出的成本. 净化主要采用沉降气泡浮选、熔剂吸附、过滤等方 通过以上分析，引入一个新判据，即性能环境 法.这些方法存在效率低污染环境等问题.随着对 负荷成本比 材料高纯净度的要求以及对环境低污染、能源低消 P K'=C EL （2) 耗资源低浪费生产技术的需求不断增长迫切需要 研究开发新型高效无污染的熔体净化技术， 式中：EL为环境负荷，可用下式表达： 利用铝熔体与夹杂物和富铁相导电性的差异， ∑I(M-R=)+(E-R)]+∑ Didi 通过施加电磁场实现熔体与夹杂物和富铁相分离， EL= 可以达到去除熔体中非金属夹杂物和降低铁含量的 (3) 目的.电磁分离对合金熔体不造成污染，可以高效率 式中：M:E:分别为材料循环中第i个工序的原料 的去除微米级的夹杂物，因此，电磁分离被认为是能 输入和能源输入；Rm,R为第i个工序排放物中，可 满足铝熔体高洁净度要求，且对熔体无污染的很有 再生或再利用的材料和能源：D:为i工序的排放物： 前景的去除夹杂物新方法· d为第i个工序排放物对生态环境的污染度：L为 3.1实验方法 材料的使用寿命 根据数值模拟和物理模拟的结果：，采用电磁 由式(3)可知，通常所说的环境污染与式中表述 铁产生稳恒磁场，磁极截面积为130mX130mm, 的环境兔荷并不等园，零污染（仍怎0不代表零环境bis气隙大小为40，mm:磁通案度为，用真流电源在
需性能的前提下 ,具有优良的生态环境协调性 ,亦即 使材料在其整个寿命周期中对环境施加的负荷最 小.从这一定义可以看出 ,生态材料学的研究对象包 括两部分: ① 材料本身与生态环境的相互作用;② 材料循环过程的每一个阶段 (采掘、制备、使用、废弃 和再生等 )与生态环境的相互作用. 生态材料学是一门多学科交叉的学科 ,其研究 内容涉及自然、经济、技术等各个方面 ,它在继承材 料科学原有的理论体系与技术手段的基础上 ,研究 其特有的理论与技术 ,如生态材料、生态工艺、材料 环境负荷的定量评价等 . 生态材料学还可以分为宏观、微观生态材料学. 前者由材料学家、环境学家、经济学家、法学家、企业 主管、政府有关部门及宏观政策制定者 ,从宏观角度 研究材料循环过程中的环境负荷评价与改善途径、 材料生态循环体系的构成及相关企业群的组织与实 施、材料生态经济学和法学的研究、以及保护生态环 境的相关法律、法规的建立与实施等.后者则由相关 专家及工程技术人员根据材料性能与生态环境协调 性的平衡原则 ,从微观角度研究生态材料、生态工艺 以建立材料生态循环体系的理论与方法 ,为宏观生 态材料学奠定技术基础 . 在生态材料学的研究过程中 ,始终贯穿着性能 - 环境协调性的原则 ,即在追求材料高性能的同时 , 对环境施加尽可能小的负荷 ,在性能和环境负荷之 间达到合理可行的平衡.以往常用性能 -价格比 K 来衡量材料的优劣 ,即 K = P /C ( 1) 式中: P为材料的使用性能; C 为获取具有该使用性 能的材料而付出的成本 . 通过以上分析 ,引入一个新判据 ,即性能-环境 负荷-成本比 K′= P C EL ( 2) 式中: EL 为环境负荷 ,可用下式表达: EL = ∑i [( Mi - Rmi ) + ( Ei - Rei ) ]+ ∑i Di di L ( 3) 式中: Mi、 Ei 分别为材料循环中第 i 个工序的原料 输入和能源输入; Rmi , Rei为第 i 个工序排放物中 ,可 再生或再利用的材料和能源; Di 为 i 工序的排放物; di 为第 i 个工序排放物对生态环境的污染度; L 为 材料的使用寿命. 由式 ( 3)可知 ,通常所说的环境污染与式中表述 的环境负荷并不等同 ,零污染 (Di= 0)不代表零环境 负荷;即使生产中达到了理想状态的零污染排放 ,如 果是低效地利用原材料和能源 ,仍会对环境施加很 大的负荷. 式 ( 3)展示了减轻材料环境负荷的途径和生态 材料学的使命 ,即: ( 1) 减少从环境中的资源输入 ,使∑i ( Mi+ Ei ) →min. ( 2) 减少向环境的排放物 ,并对排放物进行无 害化处理 ,使∑i Di di→min. ( 3 ) 提 高 排 放 物 的 再 生 率 和 利 用 率 , 使 ∑i ( Rmi+ Rei )→max . ( 4) 提高材料的使用寿命 ,使 L→ max. ( 5) 建立材料的生态循环体系 ,在体系内部 ,一 个企业的排放物为另一企业的原料和能源 ,使 ∑i 〔Di - ( Rmi+ Rei )〕→ min. 开展生态材料学的研究是材料产业实现可持续 发展的基础.无论是基于与大自然协调发展的观点 , 还是基于加入 W TO后我国材料产业面临的机遇与 挑战 ,都有必要重新审视材料科学与工程的研究思 路与总体布局.作为生态材料加工工艺的一个实例 , 下面将介绍作者在铝熔体净化方面的一项研究. 3 铝合金熔体净化的生态工艺 高品质再生铝合金生产过程中有两个难点: ① 高效、无污染地去除熔体中的夹杂和气体;②去除有 害合金元素 ,如 Fe、 Si、 Na等 ,调整合金成分 ,使再 生铝合金直接做为牌号铝使用 .目前铝合金熔体纯 净化主要采用沉降、气泡浮选、熔剂吸附、过滤等方 法.这些方法存在效率低、污染环境等问题.随着对 材料高纯净度的要求以及对环境低污染、能源低消 耗、资源低浪费生产技术的需求不断增长 ,迫切需要 研究开发新型高效、无污染的熔体净化技术. 利用铝熔体与夹杂物和富铁相导电性的差异 , 通过施加电磁场实现熔体与夹杂物和富铁相分离 , 可以达到去除熔体中非金属夹杂物和降低铁含量的 目的.电磁分离对合金熔体不造成污染 ,可以高效率 的去除微米级的夹杂物 ,因此 ,电磁分离被认为是能 满足铝熔体高洁净度要求 ,且对熔体无污染的很有 前景的去除夹杂物新方法 . 3. 1 实验方法 根据数值模拟和物理模拟的结果 [ 3, 4] ,采用电磁 铁产生稳恒磁场 ,磁极截面积为 130 mm× 130 mm, 气隙大小为 40 mm,磁通密度为 1T,用直流电源在 332 上 海 交 通 大 学 学 报 第 35卷
第3期 周尧和，等：材料科学的一惭生长点一一生态材料学 333 铝熔体内部通电，通过改变直流电流和分离器截面 织（图中黑色相为夹杂物）.由图可见经除气后仍有 积可改变熔体内电流密度大小.图1所示为电磁分 较多的夹杂物在电磁分离过程中被分离器捕获，夹 离实验装置示意图，分离器用耐火材料制作，在磁场 杂物与最后凝固时形成的呈网状分布在α-A1晶间 内部的分离器截面为矩形. 的CuA相混合在一起.用LECO图像分析仪对图 铝熔体 直流电源 中夹杂物大小进行分析表明，被截获的夹杂物平均 粒径为7.4μm,对夹杂物进行化学分析表明被捕获 电极 的夹杂物主要为Ak03. 铝熔体 290 ++ 280 270F4 电磁场 + refining + Average of refining + 240 ■Filtration 图1实验装置示意图 230 ---Average of filtration Electromagnetic separation Fig.I Schematic of experimental equipment 220 Average of electromagnetic ■ separation 熔体中非金属夹杂物的电磁分离实验用合金为 210L 0 2 10121416 A-9.Cu合金.分别进行单除气、除气后过滤和 468 除气后再经过电磁分离3种工艺处理铝合金，浇铸 (a) 1.8 Electromagnetic separation 试棒后进行拉伸实验，测试断裂强度和延伸率，以比 1.6 -Average of electromagnetic separalion 较3种工艺对去除夹杂物的不同效果.熔体处理工 Filtration 1.4 -Average of filtration 艺见文献[5,6] 1.2 of refining ■■ 电磁分离铝熔体中富铁相的实验用合金为含锰 1.0 铁的铝硅合金，电磁分离方法与铝熔体中非金属夹 0.8 杂物的电磁分离相同.具体工艺为：熔体的处理温度 +++++ 0.6 ◆ 为640°C,平均流速为51.7mm/s,电磁力为0995 ++ 0.4L MNm3,分离器截面积为5mX17mm. 2 6 8 10121416 3.2实验结果 (b) 图2所示为经3种工艺处理后合金的抗拉强度 图2不同工艺对合金强度和合金延伸率的影响 o和延伸率W图中n为样品号).由图2(a)可见，仅 Fig.2 Influcnce of different tech niques on tensile strength 经过除气处理的合金熔体浇注出的试棒平均强度最 and percentage of elongation of Al-Cu alloy 低，且数据分散性大，有些试棒强度很低：除气后用 46plcm(30ppi)泡沫陶瓷过滤器过滤后的试棒强 度平均值有所增加，数据分散性减小：除气后用电磁 净化方法处理的试棒强度最高，且数值大小很接近 从图2(b)中可见，除气后电磁分离的合金强度比只 除气的合金高708%，比除气后用泡沫陶瓷过滤器 过滤的合金提高4.9%.电磁分离后合金的延伸率 比只除气的合金高2498就，比除气后用泡沫陶瓷 20 um 过滤器过滤的合金高7.9%.说明仅经过除气处理 图3分离器捕获的夹杂物 的合金中含有夹杂物，导致有些试棒的强度和延伸 Fig.3 Inclusions captured by the separator 率很低，用4.6p/cm(30ppi)的泡沫陶瓷过滤器能 去除部分夹杂物，但效果不好，使得个别试棒的强度 图4为含铁Al-S合金电磁分离前后组织(70 仍很低.电磁分离能有效去除合金熔体中的夹杂物， °C2G%hS04中腐蚀30s,黑色相为富铁相).由图 提高合金的强度和延伸率， 可见，电磁分离前合金中含有大量块状初生富铁相， ?夙为电聪分离后分离器内来杂物富集区的组s分离后食金中不含初生富铁相，仅有柴呈鱼骨状
铝熔体内部通电 ,通过改变直流电流和分离器截面 积可改变熔体内电流密度大小.图 1所示为电磁分 离实验装置示意图 ,分离器用耐火材料制作 ,在磁场 内部的分离器截面为矩形. 图 1 实验装置示意图 Fig . 1 Schematic o f experimental equipment 熔体中非金属夹杂物的电磁分离实验用合金为 Al-9. 6% Cu合金.分别进行单除气、除气后过滤和 除气后再经过电磁分离 3种工艺处理铝合金 ,浇铸 试棒后进行拉伸实验 ,测试断裂强度和延伸率 ,以比 较 3种工艺对去除夹杂物的不同效果.熔体处理工 艺见文献 [5, 6 ]. 电磁分离铝熔体中富铁相的实验用合金为含锰 铁的铝硅合金 ,电磁分离方法与铝熔体中非金属夹 杂物的电磁分离相同.具体工艺为: 熔体的处理温度 为 640°C,平均流速为 51. 7 mm /s,电磁力为 0. 995 MNm 3 ,分离器截面积为 5 mm× 17 mm. 3. 2 实验结果 图 2所示为经 3种工艺处理后合金的抗拉强度 σb 和延伸率 W(图中 n为样品号 ).由图 2( a)可见 ,仅 经过除气处理的合金熔体浇注出的试棒平均强度最 低 ,且数据分散性大 ,有些试棒强度很低;除气后用 4. 6 p /cm 2 ( 30 ppi)泡沫陶瓷过滤器过滤后的试棒强 度平均值有所增加 ,数据分散性减小;除气后用电磁 净化方法处理的试棒强度最高 ,且数值大小很接近. 从图 2( b)中可见 ,除气后电磁分离的合金强度比只 除气的合金高 7. 08% ,比除气后用泡沫陶瓷过滤器 过滤的合金提高 4. 95% .电磁分离后合金的延伸率 比只除气的合金高 24. 98% ,比除气后用泡沫陶瓷 过滤器过滤的合金高 7. 91% .说明仅经过除气处理 的合金中含有夹杂物 ,导致有些试棒的强度和延伸 率很低 ,用 4. 6 p /cm 2 ( 30 ppi)的泡沫陶瓷过滤器能 去除部分夹杂物 ,但效果不好 ,使得个别试棒的强度 仍很低.电磁分离能有效去除合金熔体中的夹杂物 , 提高合金的强度和延伸率. 图 3为电磁分离后分离器内夹杂物富集区的组 织 (图中黑色相为夹杂物 ) .由图可见 ,经除气后仍有 较多的夹杂物在电磁分离过程中被分离器捕获 ,夹 杂物与最后凝固时形成的呈网状分布在 α-Al晶间 的 Cu Al2 相混合在一起 .用 LECO 图像分析仪对图 中夹杂物大小进行分析表明 ,被截获的夹杂物平均 粒径为 7. 4μm,对夹杂物进行化学分析表明被捕获 的夹杂物主要为 Al2O3 . 图 2 不同工艺对合金强度和合金延伸率的影响 Fig . 2 Influcnce o f differ ent tech niques on te nsile str eng th a nd percentage o f elo nga tio n o f Al-Cu allo y 图 3 分离器捕获的夹杂物 Fig . 3 Inclusio ns captur ed by the separa tor 图 4为含铁 Al-Si合金电磁分离前后组织 ( 70 °C 20% H2 SO4中腐蚀 30 s,黑色相为富铁相 ) .由图 可见 ,电磁分离前合金中含有大量块状初生富铁相 , 分离后合金中不含初生富铁相 ,仅有一些呈鱼骨状 第 3期 周尧和 ,等: 材料科学的一个新生长点— — 生态材料学 333
334 上海交通大学学报 第35卷 的共晶α富铁相，表明电磁分离能有效去除合金熔 (3)利用电磁分离技术净化铝合金熔体，是材 体中的初生富铁相，达到降低铁含量的目的.对分离 料加工中一种新的生态加工工艺，具有广阔的应用 前后的合金进行化学成分分析，结果如下①处理前 前景 FeLl.13%,S1233%,Mn1.2%,Al余量；②处理 参考文献： 后（质量分数）e0.4%,Si11.89%,Mn0.28%, A1余量.由此可见，合金中铁含量由1.13秘降低至 [1】长井寿.金属)资源·藏~刂廿亻ヶ儿[M1日本东京：化学 0.4% 工业日报社，1996 [2】李传爵可持续发展与铸造行业[，科技导报，1998，(9外19 21. [3]Li T X.Shu D.Xu ZM.et al.Physical simulation and theo- retical analysis of mig rating rate of inclusions in aluminum mdt in electromag netic field [J].Transactions of Nonfer mus Metals Society of China,2001,11(1)30-34 [4疏达，孙宝德，李天晓，等，铝熔体中夹杂物形状与取向对其 电磁分离的影响[M1金属学报，2000.36(9外956960 [5]Li.T X.Xu Z M.Sun B D,et al.Remove indlusions from aluminum melt in electromagnetic field [J.ACTA Metallur- gica Sinica(Eng ish Letters).2000 13(5):1068-1074. [6李天晓，许振明，孙宝德，等稳恒磁场交互直流电作用下铝熔 a分离前 体中非金属夹杂的电磁分离[A】.2000中国材料研讨会论文 摘要集（上）[C1北京：中国材料研究学会，2000372373 作者简介： 周尧和1927年生，中国科学 院院士.1950年毕业于清华大学机 械系，1957年在苏联莫斯科钢铁学 院获副博士学位.对铸件凝固过程 的传热、传质和动量传输进行了系 统研究，建立了强制性凝固组织形 成原理的新理论框架，在国际上首 12001m 次发现并定义了铸锭凝固过程中 分离后 的第三对流区，据此提出的钢锭头部正偏析理论得到公认. 图4电磁分离前后合金组织 在凝固前沿动力学液体金属深过冷和三维非晶合金制备等 Fig.4 Metallographs of Al-Si alloy before and 方面取得重要成果.主持建立了凝固技术国家重点实验室 现从事生态材料学研究.发表论文300余篇，专著1本. after electromagnetic separation 以上研究结果表明，电磁净化处理可以无污染 孙宝德1963年生，教授博 高效率地去除铝合金中的非金属夹杂和铁元素，使 士生导师.主要从事从保护生态环 废旧铝合金经过纯净化处理后性能得到较大幅度的 境的角度研究新材料和新材料加 提高，为高品质再生铝合金生产提供了一个新方法， 工工艺，包括合金熔体的纯净化原 是材料加工中的一种生态工艺. 理和废料再生，外场作用下的材料 结构与性能的计算机模拟和实验 4结论 研究，金属表面梯度陶瓷涂层的制 备与性能等.主持和参与多项包括“973和国家自然科学基 ()开展生态材料学研究是实现可持续发展战 金项目在内的国家和省部级及国际合作科研项目.已发表论 略的迫切任务， 文70余篇. (2)生态材料学的核心是使材料在满足所需性 李天晓男，1970年生.1995年毕业于哈尔滨工业大学 能的前提下，具有优良的生态环境协调性，即使材料 获博士学位，现在上海交大材料学院从事铝熔体电磁相分离 在其整个寿命周期中对环境施加的负荷最小. 研究.己发表论文10篇 ?1994-2015 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
的共晶 α富铁相 ,表明电磁分离能有效去除合金熔 体中的初生富铁相 ,达到降低铁含量的目的 .对分离 前后的合金进行化学成分分析 ,结果如下①处理前 Fe1. 13% , Si12. 33% , M n 1. 22% , Al余量; ②处理 后 (质量分数 ) Fe 0. 41% , Si 11. 89% , M n 0. 28% , Al余量.由此可见 ,合金中铁含量由 1. 13% 降低至 0. 41% . 图 4 电磁分离前后合金组织 Fig . 4 Me ta llog ra phs of Al-Si alloy befo re a nd afte r elec tromagnetic separa tio n 以上研究结果表明 ,电磁净化处理可以无污染、 高效率地去除铝合金中的非金属夹杂和铁元素 ,使 废旧铝合金经过纯净化处理后性能得到较大幅度的 提高 ,为高品质再生铝合金生产提供了一个新方法 , 是材料加工中的一种生态工艺. 4 结 论 ( 1) 开展生态材料学研究是实现可持续发展战 略的迫切任务 . ( 2) 生态材料学的核心是使材料在满足所需性 能的前提下 ,具有优良的生态环境协调性 ,即使材料 在其整个寿命周期中对环境施加的负荷最小. ( 3) 利用电磁分离技术净化铝合金熔体 ,是材 料加工中一种新的生态加工工艺 ,具有广阔的应用 前景. 参考文献: [1 ] 长井寿 .金属の资源· · リサイケル [M ].日本东京: 化学 工业日报社 , 1996. [2 ] 李传 .可持续发展与铸造行业 [ J],科技导报 , 1998, ( 9): 19～ 21. [ 3] Li T X, Shu D, Xu Z M, et al. Ph ysical simulati on and th eoretical anal ysis of mig rating rat e of inclusi ons in alumin um m elt in electromag netic field [ J], Transactions of Nonf er rous M et als Soci et y of China, 2001, 11( 1) 30～ 34. [ 4] 疏 达 ,孙宝德 ,李天晓 ,等 ,铝熔体中夹杂物形状与取向对其 电磁分离的影响 [M ].金属学报, 2000, 36( 9): 956～ 960. [5 ] Li, T X. Xu Z M , Sun B D, et al. Remove inclusions from alumin um melt in electromagnetic field [ J]. AC T A Metallurgica Sinica( Eng lish Lett ers) , 2000, 13( 5): 1068～ 1074. [ 6] 李天晓 ,许振明 ,孙宝德 ,等 .稳恒磁场交互直流电作用下铝熔 体中非金属夹杂的电磁分离 [ A]. 2000中国材料研讨会论文 摘要集 (上 ) [ C ].北京: 中国材料研究学会 , 2000. 372～ 373. 作者简介: 周尧和 1927年生 ,中国科学 院院士 . 1950年毕业于清华大学机 械系 , 1957年在苏联莫斯科钢铁学 院获副博士学位 .对铸件凝固过程 的传热、传质和动量传输进行了系 统研究 ,建立了强制性凝固组织形 成原理的新理论框架 .在国际上首 次发现并定义了铸锭凝固过程中 的第三对流区 ,据此提出的钢锭头部正偏析理论得到公认. 在凝固前沿动力学、液体金属深过冷和三维非晶合金制备等 方面取得重要成果 .主持建立了凝固技术国家重点实验室. 现从事生态材料学研究.发表论文 300余篇 ,专著 1本. 孙宝德 1963年生 ,教授、博 士生导师.主要从事从保护生态环 境的角度研究新材料和新材料加 工工艺 ,包括合金熔体的纯净化原 理和废料再生 ,外场作用下的材料 结构与性能的计算机模拟和实验 研究 ,金属表面梯度陶瓷涂层的制 备与性能等.主持和参与多项包括“ 973”和国家自然科学基 金项目在内的国家和省部级及国际合作科研项目 .已发表论 文 70余篇 . 李天晓 男 , 1970年生 . 1995年毕业于哈尔滨工业大学 获博士学位 ,现在上海交大材料学院从事铝熔体电磁相分离 研究.已发表论文 10篇. 334 上 海 交 通 大 学 学 报 第 35卷