材料過程工程學

概念的提出

最早提出概念

大連理工大學建築材料研究所王立久教授經歷了十餘年的理論實驗研究，於2001年最早提出“材料過程工程學”概念。

定義

建築材料與生物類似，從地球獲得原材料，經過一個特殊的工藝過程，最終獲得一個產品，進而投入套用，最後還要廢棄，這整個過程也是一個生命周期的過程。如何能作到這一過程的低碳、低能耗、少污染，並能充分減量化利用資源，是這一過程關鍵所在。這就是王立久結合材料學、系統工程學和生態學，提出的“材料過程工程學”（Process　Engineering of Materials）的概念。因此材料過程工程學可定義為：基於材料學、系統工程學和生態學有關理論，對材料由原生到被廢棄的生命全過程進行集成最佳化，以期對自然環境低能耗、少污染和充分利用可再生資源的工藝和各種工程問題進行研究的科學。這樣就使產品更具有市場競爭力；使資源更能經濟合理地綜合利用；實現對環境保護的可持續發展。

學科資料

簡介

材料過程工程學涵蓋了巨觀過程或稱系統過程、若干子過程或稱單元過程和若干逆過程。而這些過程工程是通過若干駐點的連線形成“過程鏈”或稱“循環鏈”。每個駐點就是一類產品。巨觀過程工程中最主要的駐點是地球和人居環境。每個駐點之間都是一個子過程或單元過程，也可能是一個逆過程。多個單元過程的集合就是巨觀過程。單元過程由單元元素組成。單元過程就象一條"管線"，從“上游”（Upstream）過程中得到輸入，並向“下游”(Downstream)過程產生輸出。單元之間通過中間產品流或待處理的廢物相聯繫，與其它產品系統之間通過產品流相聯繫，與環境之間通過基本流相聯繫。駐點由駐點要素組成，如人居環境的駐點要素就是人居環境要素。以不同原材料取不同“過程”將獲得不同“產品”，即使同類產品也會因不同過程對環境有不同的“ 效果 ”。因此，21世紀的人們將重新審視以往的“過程”、以期在充分且減量化利用資源基礎上做到‘零污染’、‘零排放’和‘少能耗’。材料過程工程學將引領這一研究使其為我國國民經濟做出貢獻。

如水泥生產，目前主要採用機立窯和迴轉窯生產，二者差別就在於生料在窯內運動狀態。機立窯中球狀生料是上下平移，由於爐內火焰偏燃造成熟料質量的不穩定，還浪費大量能源。而新型乾法的水泥迴轉窯工藝由於生料通過爐外預分解，在窯內粉狀生料與火焰交匯充分焙燒得到質量上乘的水泥熟料，並可節省大量能源。但也因新型乾法投資大和占地多，使其投資成本較高。利用材料過程工程學思想將二者結合起來,就是現在水泥生產企業廣泛採用“窯外預分解”技術。傳統的“迴轉窯”生產工藝是利用窯體旋轉，使窯內合成的水泥熟料顆粒旋轉燒成的技術。如果讓窯體固定，而讓生料旋轉，這就誕生一項全新的水泥生產工藝——"旋轉立窯"生產技術，這也是“材料過程工程學”在水泥生產中的具體套用。

再拿新型建築材料來說，其定義眾說紛紜。但從材料過程工程學觀點，它是材料過程的產物。從地球獲得原材料——工藝加工——產品——套用——廢棄，整個過程是材料的全生命過程。如這一全過程甚至其任意鏈節或駐點發生改變都會有新的材料誕生。例如廢棄物作為新的原材料、工藝過程的改變、甚至套用場合的不同，都會成為一種新材料。既會是生產出同一種產品，也會因原材料或工藝過程的變化，可被看作是一種新材料，因為它的資源和能源都已完全不同，其資源減量化和能耗的降低使其成本大為降低。因此新型建築材料可定義為在建築材料生命全過程中，其任意駐點如原材料、加工工藝、產品或套用場合的改變而得到的材料，都可稱為新型建築材料。其分類應該分為礦物新材料、工藝新材料、產品新材料和套用新材料，總計四大類。

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基本介紹

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