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1、xx大学专业: 班 级：学 号：姓 名： 指导老师：完成时间：材料数据库在材料中的应用 材料数据库在材料中的应用 摘要：材料数据库作为材料技术与信息技术发展、结合的必然产物，在现代材料的生产、科研、流通和应用中正获得越来越广泛的应用。综述了材料数据库的发展历史及国内外的现状，展望了材料数据库的网络化、标准化、智能化和商业化的发展趋势，并浅谈了各个发展阶段的特点以及在无机非金属材料中的应用。关键词：材料；数据库；发展；应用Application of materials database in material ScienceXu XiaofengCollege of Science and M
2、etallurgicl Engineering, Wuhan University of Sciencc and Technology, Wuhan 430081, ChinaAbstract: as the development of materials database inevitable product, materials technology and information technology, modern material production, scientific research, circulation and application is more and mor
3、e widely used.The development history and the current situation at home and abroad are reviewed material database, the prospect of development trend in the network, database standardization, intelligent and commercialization, and briefly discusses the characteristics of each stage of development and
4、 application in inorganic non-metallic materials.Key words：material；database；development；application引言材料是提高人类生产和生活水平的物质基础，是人类文明和进步的重要支柱。在材料的开发、生产、流通和应用过程中涉及到物和信息的大量流动。作为信息流通的载体和重要环节，材料数据库技术在现代材料生产、科研、流通和应用中正获得越来越广泛的应用，数据库相关技术已成为材料科学的一个重要分支。因此，世界发达国家都十分重视材料数据库的开发和运用工作。一数据库的发展现状及进展 11材料数据库类别 材料数据库种类较多
5、，按数据存储形式可分为数值型、文献型和文献数值综合型，按数据服务模式则可分为离线型、局域网络型和互联网络型。 早期材料数据库以数值型居多，多以离线或局域网络的方式使用，传播媒体主要是光盘、磁带、磁盘手册等。离线型材料数据库系统，因其成本低和可在PC机上运行则曾占领了广大的市场，如Granta开发的“剑桥选材系统CMS”，ASM International开发的“MatDB”均是20世纪7080年代较流行的离线型选材系统引。随网络技术的普及，新型材料数据库以文献型或综合型居多，数据库多以在线方式服务，信息传播媒体以局域网络或互联网络为主，服务范围包括文献、实验数据、标准、商业信息、用于CADCA
6、E的各种数据信息等。目前，较著名的商业和专业材料网络数据库有美国的MatWeb、日本NIMS材料数据库等。 12 数据库发展阶段及各阶段特点 数据库发展阶段大致划分为如下几个阶段：人工管理阶段、文件系统阶段、数据库系统阶段、高级数据库阶段。A. 人工管理阶段50年代中期之前，计算机的软硬件均不完善。硬件存储设备只有磁带、卡片和纸带，软件方面还没有操作系统，当时的计算机主要用于科学计算。这个阶段由于还没有软件系统对数据进行管理，程序员在程序中不仅要规定数据的逻辑结构，还要设计其物理结构，包括存储结构、存取方法、输入输出方式等。当数据的物理组织或存储设备改变时，用户程序就必须重新编制。由于数据的组
7、织面向应用，不同的计算程序之间不能共享数据，使得不同的应用之间存在大量的重复数据，很难维护应用程序之间数据的一致性。这一阶段的主要特征可归纳为如下几点：*计算机中没有支持数据管理的软件。*数据组织面向应用，数据不能共享，数据重复。*在程序中要规定数据的逻辑结构和物理结构，数据与程序不独立。*数据处理方式批处理。 B. 文件系统阶段 这一阶段的主要标志是计算机中有了专门管理数据库的软件操作系统(文件管理)上世纪50年代中期到60年代中期，由于计算机大容量存储设备(如硬盘)的出现，推动了软件技术的发展，而操作系统的出现标志着数据管理步入一个新的阶段。在文件系统阶段，数据以文件为单位存储在外存，且由
8、操作系统统一管理。操作系统为用户使用文件提供了友好界面。文件的逻辑结构与物理结构脱钩，程序和数据分离，使数据与程序有了一定的独立性。用户的程序与数据可分别存放在外存储器上，各个应用程序可以共享一组数据，实现了以文件为单位的数据共享。但由于数据的组织仍然是面向程序，所以存在大量的数据冗余。而且数据的逻辑结构不能方便地修改和扩充，数据逻辑结构的每一点微小改变都会影响到应用程序。由于文件之间互相独立，因而它们不能反映现实世界中事物之间的联系，操作系统不负责维护文件之间的联系信息。如果文件之间有内容上的联系，那也只能由应用程序去处理。C. 数据库系统阶段60年代后，随着计算机在数据管理领域的普遍应用，
9、人们对数据管理技术提出了更高的要求：希望面向企业或部门，以数据为中心组织数据，减少数据的冗余，提供更高的数据共享能力，同时要求程序和数据具有较高的独立性，当数据的逻辑结构改变时，不涉及数据的物理结构，也不影响应用程序，以降低应用程序研制与维护的费用。数据库技术正是在这样一个应用需求的基础上发展起来的。数据库技术有如下特点：* 面向企业或部门，以数据为中心组织数据，形成综合性的数据库，为各应用共享。* 采用一定的数据模型。数据模型不仅要描述数据本身的特点，而且要描述数据之间的联系。* 数据冗余小，易修改、易扩充。不同的应用程序根据处理要求，从数据库中获取需要的数据，这样就减少了数据的重复存储，也
10、便于增加新的数据结构，便于维护数据的一致性。* 程序和数据有较高的独立性。* 具有良好的用户接口，用户可方便地开发和使用数据库。* 对数据进行统一管理和控制，提供了数据的安全性、完整性、以及并发控制。 A B C13国内材料数据库从80年代后期至今，我国材料数据库有了很大的发展，各行业的科研、高校和工厂等单位建立了大量不同规模、不同领域的材料数据库。已建并较完善的数据库有航空航天工业部材料数据中心和北京航空材料研究所联合建立了航空材料数据库和国家863复合材料数据库，数据库存人8000个牌号的400万个数据值，除航空材料外还有大量通用材料、特种材料和外国材料数据。武汉材料保护研究所和北京科技大
11、学共建了腐蚀数据库中科院长春应用化学研究所建立的稀土数据库收集了稀土的物理、化学性能和稀土提取等数据库。清华大学材料研究所等单位根据中国高科技研究发展计划对新材料领域的要求，联合建成了新材料数据库，包括新型金属和合金、精细陶瓷、新型高分子材料、先进复合材料和非晶态材料5个子库。 为对这些分散各地的数据库实施整合，充分利用现有数据资源建立起国家数据共享体系，从2004年开始科技部在“国家科技基础条件平台建设”计划的6个重点领域中，引入了“科学数据共享平台”这样一个国家级的大型科学数据库专题，计划建立10余个科学数据共享中心和11个科学数据共享网。随着这一计划的实施，国内材料数据库的建设将进一步向
12、规范化、网络化和商业化方向发展。二材料数据库在无机非金属材料中的应用 21 用PC一PDF检索系统分析PVD表面涂层PDF(Powder Diffraction File)卡事先在一定的规范条件下对所有已知的晶体物质进行X射线衍射，获得一套各种晶体物质的标准X射线衍射花样图谱，建成卡片形式的数据库。 1938年由Hanawalt等人提出，公布了上千种物质的X射线衍射花样，并将其分类，给出每种物质三条最强线的面间距索引。从美国材料实验学会（ASTM）在1941年出版第一卷PDF到2001年11月止，X衍射PDF卡片已多达47卷、87500张，而且PDF卡片的数量每年还在不断地更新和增加。 196
13、9年起，由ASTM和英、法、加拿大等国家的有关协会组成国际机构的“粉末衍射标准联合委员会”，负责卡片的搜集、校订和编辑工作，所以，以后的卡片成为粉末衍射卡，简称PDF卡，目前PDF卡片已成为X衍射相分析必不可少的、最权威的工具。 X射线衍射仪及衍射花样图谱PC一PDF检索系统通常人工检索PDF卡片效率低，漏检率高。早在1962年，人们就开始采用计算机处理PDF卡片。现在使用的PDF计算机检索系统由美、英、法和加拿大等国参加的粉末衍射标准联合委员会组织开发，采用WINDOWS界面，使用极为方便快捷。 分析对象工艺过程沉积工艺为：预抽真空20min，预轰击清洗15min， TiN离子镀沉积30mi
14、n后冷却出炉。为研究不同镀覆工艺参数的影响，实验中分别改变了负偏压（100300V）、靶电流（3580A）和氮分压（0.51.5Pa)。分析W6Mo5Cr4V2高速钢TiN多弧离子PVD涂层相组成根据涂层厚度在23m范围，可以初步判断X射线衍射图谱为基体的衍射峰和涂层的衍射峰的叠加。根据Fe-Ti相图，Ti在Fe中溶解度小，稳定化合物只有TiFe和TiFe2两种，分析得出优先形成TiFe。根据Ti-N相图，在PVD的温度下可能形成的稳定相有-Ti、Ti2N及TiN，除此外，还可能出现非平衡相。用PC-PDF系统检索采用布尔（Boolean）检索法对仅形成Ti-N和Fe-Ti化合物进行检索，检索
15、出12张PDF卡片，再通过选择编号就可得到相应的PDF卡片。在每个记录中存入的主要内容有：序号、PDF卡片号、物相名、该物相所含的元素名、晶体结构参数、衍射靶参数。晶面间距值、相对强度值、晶面指数等。此外，该系统还可采用三强峰等其他检索方式检索。TiN涂层试样X射线衍射图谱及物相分析 结合该PVD工艺条件和PDF卡片对试样的X衍射图谱进行分析，得出该TiN涂层表面主要有TiN、Ti2N、TiN0.26、FeTi相采用计算机PDF检索系统，大大提高了检索效率。 22 材料数据库在选材中的应用材料型号繁多，品种各异，每一种材料都有其不同的化学成分和性能，而且材料的结构、性能还随制备方式与处理工艺不同而不同，可见材料是一个复杂的多因素系统，所以选材过程是一个十分复杂的过程。在选材过程中，为了得到最佳的选择，一方面要采用比较科学的材料选择方法；另一方面要借助于计算机的强大功能，使选材过程程序化、定量化。这样，再结合工程技术人员的判断和经验，才能达
