这类论文还是比较好写的，去淘宝的“翰林书店”找几篇想管论文，移花接木下应该就可以应付啦哈
摘要：关于刚体平面平行运动的解题方法可以从多方面去考虑，从而求得所需求的物理量。关键词：无滑滚动、质量、半径、粗糙斜面下面让我们来看一道例题。一质量为m，半径为r的均匀圆柱体，沿倾角为α的粗糙斜面自静止无滑滚（如图），求质心，加速度ac法一：用平面平行运动动力学方程考虑斜面方向的运动，用f代表静摩擦力，据质心运动定理，有mgsinα-f=mac对于质心重力的力矩等于0，只有摩擦力的力矩，从而fr=icβ=1/2mr2刚体上的p点同时参与两种运动：随圆柱体以质心速度vc平动，和以线速度rω绕质心转动。无滑动意味着圆柱体与斜面的接触点p的瞬时速度为0，由此得vc=rω上式两边分别为对时间求导得d/dt·vc=rd/dtω所以有ac=rβ③由①②③推出法二：如图，通过该圆柱体对定点a的角动量定理，因为静摩擦力f对定点a的力矩为零，所以有la=3/2mvcr=3/2r2ω只有重力沿斜面的分力的力矩，设为τaτa=msinα*r据角动量定理有dla/dt=τa即(3/2)mr2β=(3/2)mrac=mgsinα*r所以有ac=(2/3)gsinα法三：用动能定理解题设圆柱体沿斜面滚过的距离为s时的速度为vc由于是无滑滚动，既是纯滚动vc=rω所以有ω=vc/r圆柱体的滚动后获得的总动能为t则t=tc+trc=(1/2)mvc2+(1/2)icω2=（1/2）mvc2+(1/4)m(rω)2=（3/4）mvc又由于初动能为0据动能定理有t-0=mgsinα*s(3/4)mvc2=mgs*sinα上式两边分别为时间t求导，得3mvc2/4dt=mgsinα*ds/dt所以有(3/2)ac=gsinα所以ac=(2/3)gsinα通过对上题的解答，我们运用到了力学中的刚体力学，角动量定理，动能定理等。所以要想学好力学就得善于发散思维！参考文献：①赵凯华、罗茵新概念物理教程高等教育出版社03.7②卢新平简明普通物理学2006.8.30
都会使测量结果偏大,因为1:塔轮和定滑轮之间的拉线不是水平状态时,作用在塔轮上的拉线的力就不是砝码的重力,而是比重力小,如果拉线与水平方向的夹角为a,那么使塔伦转动的力就是砝码重力乘以cosa.当你仍然用原重力计算时,当然得到的转动惯量会变大2:定滑轮与所选用的塔轮半径不垂直的情况与上面说的很类似,你稍一分析就应该能得到结论了
一、参照物和质点 为了研究物体的运动而假定为不动的那个物体，叫做参照物。 在研究物体的运动时，不考虑物体的大小和形状，而把物体看作一个有质量的点，这个用来代替物体的有质量的点就叫做质点。 1、选择参照物的必要性一个物体相对于别的物体的位置的改变，叫做机械运动，简称运动。机械运动是最普遍的自然现象，宇宙中的一切物体，都在不停的运动着。因此，我们在研究物体的运动时，就必须假定某个物体是不动的，参照这个物体来确定其它物体的运动。 2、怎样选择参照物同一个运动，由于选择的参照物不同，观察的结果常常是不同的。例如，坐在运动着的火车里的乘客，若选车厢做参照物，则乘客相对于车厢是静止的；若选铁路旁边的树为参照物，则乘客是和火车一起运动的。参照物的选取往往是为了研究问题的方便。在研究的地面上的物体运动时，常取地球为参照物；在研究太阳系中行星的运动时，太阳就是最恰当的参照物，即假定太阳是静止不动的。 3、质点是一种科学的抽象物理学对实际问题的简化，叫做科学抽象。科学抽象不是随心所欲的，必须从实际问题出发。例如我们研究地球公转时，由于地球的直径（约1.3×10^4千米）比地球和太阳之间的距离（1.5×10^8千米）要小的多，这时我们可以把地球的大小和形状忽略不计，即把地球当做质点。可是在研究地球的自转时，地球的大小和形状不能忽略，不能把地球当作质点。 一般来讲，在研究地球上的物体运动时，除非设计到物体的转动，都可以把物体看作质点。 【例题】在下列运动中，可以当作质点的有（）。 A、做花样溜冰的运动员 B、远洋航行中的巨轮 C、转动着的砂轮 D、从斜面上滑下来的木块 【解答】质点是力学中的一个科学抽象概念，是一个理想化的模型。在研究某些问题时，如果物体的大小和形状在所研究的现象中起的作用很小，可以忽略不计，就可以把物体当作质点。 做花样溜冰的运动员，有着不可忽略的旋转等动作，身体各部分的运动情况不全相同，故不能当作质点。砂轮在转动过程中，大小和形状对运动起主要作用，更不可忽略，故不能当作质点。远洋航行中的巨轮和有关距离相比极小，从斜面上滑下的木块各点的运动情况相同，故都可以当作质点。 故选B、D
在推导三线摆测刚体转动惯量公式的过程中，转动惯量的误差主要来源于扭动的最大角位移过大以及操作中测量周数、晃动和长度测量失误。
注意事项：
1、游标卡尺要强调测量杆与钻台相碰时才读数。
2、圆盘上下要平行。
3、过平衡位置是才记时。
扩展资料：
一、实验内容
1、测定仪器常数
恰当选择测量仪器和用具，减小测量不确定度。自拟实验步骤，确保三线摆的上、下圆盘的水平，使仪器达到最佳测量状态。
2、测量下圆盘的转动惯量 ，并计算其不确定度
转动三线摆上方的小圆盘，使其绕自身轴转一角度α，借助线的张力使下圆盘作扭摆运动，而避免产生左右晃动。自己拟定测 的方法，使周期的测量不确定度小于其它测量量的不确定度。利用式，求出 ，并推导出不确定度传递公式，计算的不确定度。
二、实验测定
实际情况下，不规则刚体的转动惯量往往难以精确计算，需要通过实验测定。测定刚体转动惯量的方法很多，常用的有三线摆、扭摆、复摆等。
三线摆是通过扭转运动测定物体的转动惯量，其特点是物理图像清楚、操作简便易行、适合各种形状的物体，如机械零件、电机转子、枪炮弹丸、电风扇的风叶等的转动惯量都可用三线摆测定。这种实验方法在理论和技术上有一定的实际意义。
参考资料来源：百度百科－转动惯量
扭摆法测量刚体的转动惯量时，产生误差的主要因素有：扭摆法测量刚体的转动惯量时，误差主要来自测量时间时的人为误差，测量所用仪器的系统误差，和测量时空气阻力对摆线造成的影响，刚体的质量对摆线长度造成的影响等等。
刚体转动惯量的测定产生误差的原因有：使用游标卡尺读数产生的误差。由于人为原因，在使用游标卡尺时，读数不准确，造成测定结果不准确。使用天平读数产生的偏差。转动惯量只决定于刚体的形状、质量分布和转轴的位置，而同刚体绕轴的转动状态（如角速度的大小）无关。
形状规则的匀质刚体，其转动惯量可直接用公式计算得到。而对于不规则刚体或非均质刚体的转动惯量，一般通过实验的方法来进行测定，因而实验方法就显得十分重要。转动惯量应用于刚体各种运动的动力学计算中。
其量值取决于物体的形状、质量分布及转轴的位置。刚体的转动惯量有着重要的物理意义，在科学实验、工程技术、航天、电力、机械、仪表等工业领域也是一个重要参量。
电磁系仪表的指示系统，因线圈的转动惯量不同，可分别用于测量微小电流（检流计）或电量（冲击电流计）。在发动机叶片、飞轮、陀螺以及人造卫星的外形设计上，精确地测定转动惯量，都是十分必要的。
扭摆法测物体转动惯量
论文的题目思路的问题，我们最常用的解决办法就是多找资料，看别人的题目能给自己什么灵感，（现_代物_理、应_用物_理、生_物物理_学）这些资料你自己百度下都可以找到，
篮球教会我的不只是篮球NBA教会我的不只是篮球阐述篮球带来的快乐。。最主要的是篮球的某种精神例如：有个镜头我永远都忘不了2001年总决赛第三场球完了后，小艾和科比在快进更衣室门口相遇，当时小艾的眼神足以杀死人，科比抬着高傲的头颅看都不看小艾一眼，小艾主动上去和科比握手，科比装作没看见，头也不回地走了，那一刻小艾显得多么无奈。—— 从那一刻起，科比已经输了，不是输在球技上，而是输在做人上. 。科比可以拿着三枚总冠军戒指 81分记录向小艾炫耀， 但是，小艾的精神境界是科比一世都无法企及的。他教会我一件事：“只要认为是对的，即便是对抗全世界，不要被那些舆论所影响、击倒，要有勇气战斗下去。他教会我只要坚持做自己，即便是被人认为是「叛逆」，也要战斗下去。你说他是我的神也好，佛也好，我服膺的是他这种精神，这是一种信仰。有个人站在你面前，他就是这麼做著，他始终忠於他的信念。所谓「武士精神」，亦不过如此，而这正是我所信奉的。我看NBA十多年，不曾带给我这种感动。这种「我要打十个」的气魄，不是只有「英雄主义」而已，而是战斗到底的决心。那些酸AI的人们，他们不懂，因为他们不会、也不敢有这种体验，他们更不会了解，许许多多喜欢A.I.的人，到底为什麼喜欢他？这不是靠长得帅就可以得到的拥护。”2004年 一个18岁的男孩（凯文 约翰逊）在街上被一群16-20岁的人围住 抢劫 他们抢走凯文身上财务 然后命令凯文脱掉身上穿的艾弗森3号球衣 凯文誓死不从紧紧保护着球衣不让他们抢走 那群歹徒拿出手枪 凯文依旧不让他们把艾的球衣从身上抢走 一声枪响 凯文被后面一个歹徒击中脖子 球衣还是让那伙歹徒抢走 两年过去 一天报纸披露 一个孩子的妈妈让医院使用安乐死 结束她孩子的生命 那个孩子就凯文约翰逊 就这样 这件事被媒体报道出来 艾弗森也知道这件事 他很震惊 他亲自去那座医院 随后艾给凯文安排葬礼 后来凯文母亲说 凯文下葬的时候是穿着艾弗森送的崭新球衣入土的 别人问 你儿子这样做不值得 凯文妈妈说 这是我儿子的选择 你们不知道凯文多么爱艾弗森 我不反对我儿子去追艾弗森 在艾弗森身上 我儿子学到的比我们教的更多
机械专业粗略分为机械制造及自动化、机电一体化工程、工业工程、机电系统智能控制等四大类。那么机械专业的论文题目怎么选呢?下面我给大家带来2021机械机电类专业论文题目有哪些，希望能帮助到大家!
机电专业 毕业 论文题目
1、机电一体化与电子技术的发展研究
2、变频技术在锅炉机电一体化节能系统中应用
3、煤矿高效掘进技术现状与发展趋势研究
4、电气自动化在煤矿生产中的应用探讨
5、产品设计与腐蚀防护的程序与内容
6、机械制造中数控技术应用分析
7、智能制造中机电一体化技术的应用
8、水利水电工程的图形信息模型研究
9、矿山地面变电站智能化改造研究
10、浅析电气控制与PLC一体化教学体系的构建
11、中国机电产品出口面临的障碍及优化对策
12、我国真空包装机械未来的发展趋势
13、煤矿皮带运输变频器电气节能技术的分析
14、钢铁企业中机电一体化技术的应用和发展
15、我国机械设计制造及其自动化发展方向研究
16、机械设计制造及其自动化发展方向的研究
17、基于BIM技术的施工方案优化研究
18、电力自动化技术在电力工程中的应用
19、电气自动化技术在火力发电中的创新应用
20、农机机械设计优化方案探究
21、区域轨道交通档案信息化建设
22、环保过滤剂自动化包装系统设计
23、元动作装配单元的故障维修决策
24、关于机械设计制造及其自动化的设计原则与趋势分析
25、试析机电一体化中的接口问题
26、汽车安全技术的研究现状和展望
27、太阳能相变蓄热系统在温室加温中的应用
28、关于在机电领域自动控制技术应用的研究
29、浅析生物制药公司物流成本核算
30、锡矿高效采矿设备的故障排除与维护管理
31、铸钢用水玻璃型砂创新技术与装备
32、空客飞行模拟机引进关键环节与技术研究
33、汽车座椅保持架滚珠自动装配系统设计
34、液压挖掘机工作装置机液仿真研究
35、基于新常态视角下的辽宁高校毕业生就业工作对策研究
36、石油机电事故影响因素与技术管理要点略述
37、基于铝屏蔽的铁磁性构件缺陷脉冲涡流检测研究
38、数控加工中心的可靠性分析与增长研究
39、数控机床机械加工效率的改进 方法 研究
40、浅析熔铸设备与机电一体化
41、冶金电气自动化控制技术探析
42、中职机电专业理实一体化教学模式探究
43、高职机电一体化技术专业课程体系现状分析和改革策略
44、高速公路机电工程施工质量及控制策略研究
45、对现代汽车维修技术 措施 的若干研究
46、建筑工程机电一体化设备的安装技术及电动机调试技术分析
47、智能家居电话控制系统的设计
48、电力系统继电保护课程建设与改革
49、PLC技术在变电站电容器控制中的应用分析
50、机电一体化技术在地质勘探工程中的应用
机械类cad毕业论文题目
1、CAD技术在机械工艺设计中的应用研究
2、Auto CAD二次开发及在机械工程中的应用
3、基于特征的机械设计CAD系统研究
4、CAD在机械工程设计中的应用分析
5、机械制造中机械CAD与机械制图结合应用研究
6、浅谈CAD在机械制造业中起到的作用
7、智能CAD技术在机械制造中的应用
8、CAD/CAM技术在机械设计与制造中的应用研究
9、CAD制图技术在机械工程中的开发和应用
10、基于CAD/CAE的机械结构设计模式研究
11、基于机械制图与机械CAD应用环节协调分析
12、浅谈CAD技术在机械工程设计中的应用
13、三维CAD技术在机械设计中的应用
14、基于CAD的偏置曲柄滑块机构的设计与研究
15、应用CAD软件绘制机械零件图的创新方法
16、应用CAD图解法设计凸轮轮廓曲线的新方法
17、浅谈CAD外部参照在机械设计中的使用
18、五杆机构的CAD系统研究与开发
19、国内双圆弧齿轮CAD/CAE研究进展
20、连杆式少齿差减速机的CAD参数化设计
21、CAD实体模型直接分层软件设计
22、基于MBD的三维CAD模型信息标注研究
23、对提高CAD绘图速度的几点建议
24、Auto CAD在机械制图中的应用
25、机械传动系统方案设计CAD专家系统的研究
26、基于数值图谱法的连杆机构尺度综合CAD系统
27、浅谈Auto CAD在机械制图中的应用
28、基于CAD的液压传动技术综合性实验研究
29、圆柱凸轮CAD/CAM研究开发及在一次性卫生用品自动生产线中的应用
30、基于Creo的轴类零件CAD/CAPP集成系统开发
31、航空齿轮泵NX/CAD系统的界面实现
32、实现滚珠丝杠副AutoCAD/CAPP一体化
33、三维CAD技术在机械设计中的应用探讨
34、基于VB的弧面分度凸轮机构CAD系统设计
35、三维CAD技术对机械设计的影响管窥
36、液压系统原理图CAD开发研究
37、基于许用压力角要求的共轭凸轮计算机辅助设计系统开发
38、关于CAD技术在机械可靠性优化设计中的应用分析
39、弧面凸轮的CAD系统研究与开发
40、本体驱动的跨CAD平台开放式零件资源库构建
41、机械制图与CAD一体化探讨
42、论机械CAD技术及发展趋势
43、行星齿轮传动CAD系统开发
44、基于CAXA的盘类凸轮CAD/CAM应用
45、基于CAD技术的法兰26963工艺工装设计
46、鼓形齿联轴器参数化CAD系统开发
47、基于改进CAD技术的机械工艺设计探析
48、基于Pro/E的剪叉式液压升降台CAD系统的研究与开发
49、基于CAD/CAE集成的起重性能计算及方案优化
50、论CAD技术的发展及其对机械制图的影响
机床夹具类毕业论文题目
1、可重构车身底盘焊装夹具设计
2、随行夹具针对柔性自动加工线适应性技术
3、智能柔性可重构焊装随行夹具系统应用研究
4、组合夹具在零件加工中的应用
5、一种电机轴承卧式安装自动化生产设备
6、拨叉零件加工工艺浅析及其铣槽夹具设计
7、盾构机法兰密封圆环件圆柱面径向孔加工钻模设计
8、角度可调式线切割机床夹具设计及有限元分析
9、数控机床及工艺装备的创新
10、机床夹具制造中组合加工法的应用
11、拨叉零件加工工艺浅析及其铣槽夹具设计
12、中职机械专业 教育 中的机床夹具问题
13、快速判断夹具过定位的方法
14、夹具设计方案的分析与优化
15、机床夹具设计改进思路分析
16、机床夹具中定位与夹紧的研究
17、试论机械加工工艺装备设计研究杨兴旺
18、基于UG的机床夹具应用研究
19、机床夹具中定位与夹紧的研究
20、油泵轴加工自动生产线方案
21、浅谈机床夹具的发展趋势
22、浅析机械加工中工装夹具的定位设计
23、基于坐标系转换的工装夹具调装技术研究孔
24、零件加工中的机床夹具设计作用
25、机床夹具设计改进思路分析
26、专用机床夹具设计的方法与技巧
27、基于DVIA Composer D动画在机床夹具CAI中的应用研究
28、机床夹具的设计探讨
29、谈机械加工工艺装备设计
30、电永磁技术在金属加工中的应用
31、柔性组合夹具在汽车零部件制造中的应用研究
32、汽车扭杆力臂尾部平面铣削新型组合夹具
33、采矿装备制造中的先进焊接工装夹具应用研究
34、基于水泵机械制造工艺的设计探究
35、可调整夹持力的多功能夹具设计卜祥正
36、中小批量偏心凸轮的数控车削加工
37、光栅尺支架夹具设计的探讨
38、零件加工中的机床夹具设计作用
39、基于ANSYS的机床夹具的静动态特性分析
40、大直径圆周均布孔加工方法的研究
41、人机操作分析在底座生产线改进中的应用
42、液压阀体主阀孔车削成组夹具的设计与应用
43、法兰盘车床组合夹具设计
44、操纵杆支架Φ孔工艺及组合夹具设计
45、基于UG参数化设计的钻模设计
46、便携式高压隔离开关触头拆卸组合夹具的设计与研究
47、旋转式磁力片自动化装配系统及关键工位设计
48、机床夹具设计方法的应用
49、数控模具零件的铣夹具设计方法研究
50、一种小型叉形接头的精密加工技术
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首先，题目不能太大。其实，题目太大以后，往往会因力不从心，容易失败。这里的"太大"是指：研究的问题"外延"太大，几乎是无所不在其中--不是概论、就是原理、不是数学、就是物理！这种文章表面上看起来很大气，可往往给人言之无物、华而不实之感。同样地，如果选择的题目太小了，则显得轻而易举，不费力气，也不利提高。当然 ，题目的大小，当然也不是绝对的，大题可以小作，小题可以大作。关键还在于如何确定具体的论证角度。一般来说，大题目写起来容易空泛，这往往是由于学力不足，无法深入，写少了象蜻蜒点水，如浮光掠影；写多了则显得又臭又长。相反，如果抓住一个重要的小题，能够深入本质，切中要害，从各个方面把它说深说透，有独到的新见解，那论文就一定有份量。在选题时一般要注意：它的实用性、互异性、准确性、突破性等等三、 材料要充分选材是否合理是文章成败的关键。写论文从整体构思，到题目确定，到论证过程等等，都不能离开选材--客观的资料。选材的目的，是采众家之长，成一已之见。因而，必须注意以下几个方面问题：如何确立论点 即通过资料的收集、汇总、整理，把与自己的想法吻合的论点、论据、论证方法等挑选出来，并且从新的视角，予以新的观察。如何独树一帜同类资料中，不同作者自有其不同的阐述与见解，我们可以把其中富有个性的典型论据、体现各自特点的合理论证，摘录出来，从而为自己独树一帜提供保证。如何表现自我不少文章大同小异，因而，有关资料内容的交叉争议之点，往往也是文章的价值所在，关键之处。如果我们注意把这方面的资料整理出来，对于形成自己的主见，确定文章的论证角度和发展方向，则大有裨益。如何精耕细作不少文章由于种种原因，原作者只是提出了问题。并未作详细而中肯回答。如将文中略写部分归拢在一起，加以扩充分析，我们会从中受到启发，从而修正原有的选题方向，对问题作出定向、定度的思考和研究。总而言之，选材时，一定要注意不去作大而无当的联系和比较。必须有选择、有重点地找一些与我们的论点有关的东西来作对比研究，以便从中提炼出自己的见解。四、 思路要清晰在写论文之前，我们不妨先拟好一个写作提纲，如有可能最好是来一个初稿，然后再动手。提纲可以帮助我们树立全局观，从整体出发，去检验每一个细节所占的地位，所起的作用，展现相互间的逻辑联系是否得当，各个部分之间的比例是否和谐，每一个部分、每一环节是否都是为全局所需要，是否丝丝入扣，配合默契，是否都能为主题服务……初稿提纲只是论文的大致轮廓，不可能对每一细节都考虑周密完善，因而可以先写一个初稿。有了它，很可能发现原来提纲中某些设想有不恰当之处，这时就应加以调整或修改；对于有错误的论点、论据，或发现新的论点、论据，还应及时抽掉与增补，使之逐步完善。初稿的写作通常有两种写法：（一）、按提纲的顺序分段进行，它可以便文章的格调、风格前后保持一致，前后衔接紧凑、自然，避免旁逸斜出，防止语言、文字上的重复；（二）、按内容的熟悉程度分段进行，这种写法有利于作者积极思考，便于捕捉创作的灵感。五、 表达要准确修改--论文的后期制作。反复推敲出佳句，精心修改得华章。只有反复推敲和字斟句酌，文章才会显得具体、准确、生动，才能恰如其分地表述自己的教育、教研成果。修改的范围可大可小，既可以来一个"亡羊补牢"--是发现什么问题，修改什么问题，通过材料的增删，使文章血肉丰满，使观点立之牢固，并与材料达到和统一；又可以"彻头彻尾"--发现问题，该舍就舍、该去则去，决不估息。在内容上包括修改观点，修改材料，在形式上包括修改结构，修改语言等。修改观点在初稿形成后，要再看一看全文的基本观点是否正确，说明它的若干个从属论点，是否有失偏颇、带有片面性或表述得欠准确；同时还要关注一下自己的观点是否与别人类似或雷同，有无创意与新意等等。修改结构从结构上来看，不仅要求论点、论据、论证三者关系处置得当、层次分明、脉络清楚，能使主题内容得到顺畅合理的表达，还要求文章的开头、结尾、段落、层次、过渡、照应、主次、详细等各个环节合理紧凑。修改语言 要在语言的准确性、学术性、可读性等方面下功夫，文字力求准确、精炼、简洁、专业，努力做到字字珠玑、句句充实。文章的最后衷心祝愿：每一位读者都成为锦绣文章的主人！ ——发表吧
1.发动机悬置支架的设计应考虑发动机装配和拆除的要求，要求悬置系统足够灵活，能够方便及时的安装和拆卸发动机；2.发动机悬置支架的设计应考虑其结构的稳定性，要求其具有足够的刚度和稳定性，以保证发动机的正常运行；3.发动机悬置支架的设计应考虑其表面的光滑度，要求其表面的光滑度足够，以防止发动机的损坏；4.发动机悬置支架的设计应考虑发动机重量的变化，要求悬置系统具有足够的弹性，以保证发动机在重量变化时仍能正常运行；5.发动机悬置支架的设计应考虑其承受的动态载荷，要求悬置系统能够承受发动机在运行过程中产生的动态载荷；6.发动机悬置支架的设计应考虑振动的影响，悬置系统的设计应具有良好的消震性能，以减小发动机振动对其他系统的影响；7.发动机悬置支架的设计应考虑其材料的耐久性，要求悬置系统使用的材料具有良好的耐久性，以保证发动机的正常运行；8.发动机悬置支架的设计应考虑其安全性，要求悬置系统具有良好的安全性，以确保发动机在运行过程中不会造成人身伤害。
对于您这个问题解答1、发动机悬置支架的结构设计要求：（1）悬置支架的结构要足够结实，能够承受发动机重量以及运行、行驶和转向时产生的力。（2）悬置支架的材料要耐用，能够抵御外界环境的腐蚀和老化，并且要具备较高的抗弯承载能力。（3）悬置支架的连接件要精密，能够实现发动机的稳定运转，而且容易维护和更换。（4）悬置支架的尺寸设计要满足发动机的安装和悬置要求，且不能影响其他零部件的正常工作。2、发动机悬置支架的模态要求：（1）发动机悬置支架要具备足够的模态稳定性，能够保证结构的稳定性、抗震性、抗振性和抗惯性等。（2）发动机悬置支架的模态响应应小于一定的阈值，以保证发动机的正常运行。（3）发动机悬置支架的变形、挠度、振动、噪声等模态参数要在一定的范围内，以保证发动机的运行性能。（4）发动机悬置支架的模态响应受到负载、温度、振动和材料性能等多种因素的影响，需要充分考虑各种因素，以保证悬置支架的模态要求。
发动机悬挂模态要求是指发动机悬挂系统的性能要求。它要求发动机悬挂系统具有良好的抗震性能，能够满足发动机的运行要求，并且能够抵抗外界的振动和冲击。发动机悬挂系统的性能要求还包括抗拉强度、抗压强度、抗扭强度、抗疲劳强度、耐腐蚀性能、抗湿热性能、抗油污性能等。此外，发动机悬挂系统的性能要求还包括发动机悬挂系统的结构设计、材料选择、制造工艺等。发动机悬挂系统的性能要求是汽车发动机悬挂系统的基本要求，必须满足，才能保证发动机悬挂系统的正常运行。
机械工程技术作为工业领域中不可缺少的生产手段,其有着举足轻重的作用,而且其还是提升国家经济水平的重要工具。下文是我为大家蒐集整理的的内容，欢迎大家阅读参考! 篇1 浅谈机械装置自动化技术 摘要：机械装置在工业生产中占有很重要的地位，特别是难度高、危险、工作量大的工程都是需要机械装置的使用。文章首先对机械装置自动化技术进行了简单的概述，之后着重分析了其实践应用。 关键字：机械装置;自动化技术;实践运用 在工业经济的大背景下，自动化技术一直处于不断发展之中，自动化至今为止并没有一个准确的定义，因为其在相关技术的支援下不断革新，当前的自动化技术主要将计算机技术和人工智慧技术作为基础，通过计算机程式来模拟人的思维，用机械装置代替人类进行各项活动，当前机械装置自动化技术已经被广泛应用于各个领域中。 1机械装置自动化技术概述 总结来说机械装置自动化技术具备以下优点：首先，能够节省大量人力，机械装置自动化被应用以后，很多产业真正实现了批量生产，一个机床甚至一个车间只需要一个操控人员，生产效率大大提升;其次，机械装置在计算机系统的操控下能够精确完成各项动作指令，只要指挥没有失误，机械动作就不会出现失误，可以说装置技术水平比经验最丰富的生产师傅还要高，因此产品质量明显提升;最后，该项技术的应用能够排除一些不确定因素的干扰，大大提升生产速度，人们可以根据标准生产速度预计月、季度以及年生产量，而且随着技术的进一步发展，生产速度仍有上升空间[1]。 2机械装置自动化技术的实践运用 2.1各类刀具的自动化应用 工业生产过程中离不开各类刀具，尤其是与金属加工相关的行业，切削过程中都要将刀具作为主要工具，机械装置自动化技术还不发达的年代，使用这些刀具时对人的依赖程度比较高，换刀以及走刀过程需要浪费很多时间，切削时还容易出现失误，随着机械装置自动化技术的发展，刀具的使用向着自动化的方向发展，普通机床以及自动机床在使用刀具时对人的依赖程度大大降低，工人们不再需要亲自动手完成选刀、换刀以及走刀等一些列过程，这些刀具会根据计算机程式自动完成这些动作，不仅节省时间，且不容易出现失误，技术人员只需要在操控室里观察整个过程，如果出现偏差直接在电脑中调整引数即可，既便捷又安全。 2.2运用于机械加工中 机械装置自动化技术在机械加工中的应用非常普遍，比较典型的就是自动化加工装置，自动化加工装置主要有两种型别，一种是全自动化，其能够完全实现回圈自动化加工，同时装卸工件的过程也完全实现自动化，另一种是半自动化，只能做到前半部分，装卸工件过程需要依靠人工，加工过程自动化可以代替人们绝大多数的体力劳动，甚至可以代替一部分脑力劳动。例如当前大多数机械加工过程所使用的都是数控机床，对加工过程进行自动化控制，能够按照人们的要求批量加工出各类零件，实现流水作业。 2.3运用于计算机辅助设计与工艺中 计算机辅助制造包含很多内容，需要计算机辅助设计提供帮助，从广义的角度来说，设计内容包括所有与物流相关事项，从狭义的角度来说，是指生产装备间的活动，我们可以将其理解为数控程式设计，无论是广义的角度理解还是从狭义的角度理解，设计中都要将机械装置自动化技术作为根本依据。而在一些辅助工艺的设计中，人们可以根据实际需要对工艺流程进行优化，提升程式设计效率的同时，还能提升技术的精准度。而无论是设计过程还是在生产过程，都涉及到大量与生产过程有关的资料，将这些资料集中在一起进行统一管理，包括生产物料资讯、生产工艺流程、年度生产计划、成本控制计划以及产品订单资讯等，这些资讯共同构成了生产过程的资讯流，资讯流的自动化管理实际上就是对整个产品生产周期的管理。 2.4运用于物流供输中 机械制造中有一个非常重要的环节就是物流供输，只有物流供输过程顺利进行，生产过程所需要的物料才能被及时运送到装置处或者是仓储处，机械生产过程才能持续下去。物流供输过程的自动化，就是在生产系统中输入物料名称，系统就会根据流程判断出该物料应该输送到何处，并作出输送指令，输送机械就会根据指令完成输送动作。物流供输系统中包括以下几项内容：其一是单机供料装置，该装置中包括五种机器，分别用于存料、隔料、上料以及输料，另外其中还包括一组定位装置，用来判断物料输送的具 *** 置;其二为连续输送装置，其中包括带式、棍式以及链式输送系统，还包括很多传送带，除此之外还有一个特殊的装置叫做返回装置，如果由于输入错误或者是指令错误导致物料运输失误，就可以启动该装置将物料运回;其三为运输小车，对于一些特殊物料就需要使用运输小车运输，例如钢厂会使用有轨小车运煤，使用悬挂车运输钢卷等;其四是工业机器人，由于位置特殊其他装置无法将物料输送到时，工业机器人就能发挥作用;其五的储存装置，其中包括中央刀库以及自动化立体仓库。 2.5应用于装配过程中 工业生产除了加工以外还有一个重要的过程就是转配，就是将加工好的零件按照技术要求组合在一起，形成基础部件或套件，最终装配成完整的产品，机械装置自动化技术最初发展起来的时候人们都将重点放在加工环节，而装配环节主要依靠人工，大量技术工人由加工环节向装配环节转移，但是实践表明人工装配无论如何也满足不了实际需求，于是人们开始研究自动化装配。零件装配质量会对产品质量产生直接影响，从技术角度来说，装配过程要比加工过程更加复杂，因为其不属于完全的流水化生产过程，需要自动化装配系统具有一定的判断力，能够自动判断出连线处或者是接触处是否符合标准要求，连线的是否牢靠等，这就需要人工智慧技术提供支援，使自动装配系统能够模仿人脑思维。 2.6应用于检测过程中 检测是所有工业生产过程中必须可少的环节，能够及时发现零件或者成品中存在的问题，避免一些不合格产品流入市场，例如汽车制造业就会对每一个零件进行检测，确认尺寸、材料等所有特性都符合标准要求以后才可以进行装配，同样装配完成以后仍旧要对装配情况进行检测，随着加工和装配过程的自动化，人工检测已经不能满足生产要求，各类自动化识别技术应运而生，例如，在对切削刀具的磨损情况进行检查时，就可以将电流讯号作为依据，也可以根据人工神经网路做出判断，自动化技术的应用大大提升了检测效率，也提升了检测结果的准确性。 机械装置自动化技术具有悠久的历史，在工业经济的发展中具有不可替代的作用，到目前为止其仍旧处于进一步发展中，在计算机技术以及人工智慧技术越来越发达的今天，机械装置自动化技术仍旧有非常大的发展空间。 参考文献 [1]黄学俊.自动化技术在机械装置制造中的应用[J].中国高新技术企业,2015,111330:60-61. 篇2 浅析机械结构优化设计的应用与展望 一、机械结构优化设计的关键技术与理论 机械结构优化设计中有许多的关键技术与理论，它们对机械结构优化设计的发展和应用起著十分重要的作用。归结起来，其中的主要关键技术与理论有以下几个方面： 机械结构优化设计的思想和理论;优化方法;建模技术;结构分析技术;结构重分析技术;敏度分析技术;软体开发技术。机械结构优化设计的研究与开发主要集中在这几个方面，不断有新的理论、方法与技术出现，也有一些其他学科的相关知识和新理论被引入结构优化设计，并且大大拓宽了该方法的应用领域和范围，为机械结构优化设计的发展注入了新的活力。 二、机械结构优化设计的应用 1.航空航天 航空航天技术代表着一个国家科学技术的综合水平与实力，大量的先进科学技术首先在航空航天领域推广应用或发明、开发，而机械结构优化设计发展最快、应用最广和作用最大的领域也在航空航天。由于该领域的特殊地位，机械结构优化设计得到了广泛的应用和充分的重视。目前，结构优化设计的大量研究集中在航空航天领域，同时也发表了大量的研究论文和研究报告。国内进行了有关飞机机身、飞机翼面、飞机结构整体、火箭发动机壳体、航空发动机轮盘、机身承力框架等结构优化设计方面的研究，发表了许多论文。而在国外，有关结构优化设计在航空航天工业中应用的研究更是层出不穷，发表了大量的研究报告和论文，一些著名的结构优化设计专家学者都在从事该领域的研究等。我国的航空航天工业已经取得了巨大的成功，其中机械结构优化设计应用是其重要的因素之一，而且必将成为越来越大的角色之一，为我国航海空航天事业的发展做出很大的贡献。 2.船舶工业 船舶结构优化设计方法的研究相对起步较晚，我国开始研究船舶结构优化设计比国外晚了近十年。但是，我国的船舶结构优化设计也取得了较大的成果，在潜艇结构、中小型集装箱结构、油船剖面、潜艇外部液压舱等结构优化设计方面进行了研究，提高了相关研究物件的效能，为船舶设计提供了一种可靠、精确的设计方法。 3.通用机械和机床 通用机械和机床的结构优化设计也是一个机械结构优化设计成功应用的领域，把有限元技术与优化技术结合起来，机械结构优化设计对大型复杂机械结构件的设计是一种有效、精确的方法。由于一般的机械零部件都是连续体结构，结构分析非常复杂，进行结构优化设计比较困难。国内的相关研究比较突出，发表了大量的研究论文和报告，陈立周、孙焕纯等根据机械设计中离散设计变数较多的情况，提出了离散设计变数结构优化设计方法;孙靖民、米成秋对机床床身等部件进行了结构优化设计;赒济等研究了圆柱拉压弹簧动载下的结构优化设计;钟毅芳、唐增宝等进行了液力传动系和双级齿轮减速器的结构优化设计研究;方宗德等完成了斜齿轮三维修形的优化设计;秦东晨、方刚等完成了复杂箱形梁的结构优化设计研究等。通过这些研究工作的开展，通用机械和机床的设计有了一种快速、有效、可靠的设计方法，提高机械产品的设计水平。 4.汽车工业 汽车工业是一个不断创新、发展的重要行业，各个国家和地区都十分重视汽车工业的发展。因此，先进的机械结构优化设计方法也就在此行业得到推广和应用，国内外出现了大量的研究成果。冯振东等进行了万向节传动布局的支承动态结构优化设计;田振中研究了特种汽车车身的结构优化设计;冯国胜对汽车车架的结构优化设计进行了研究;章一鸣等研究了汽车悬挂系统的优化设计;上官文斌等进行了发动机悬置系统的优化设计;秦东晨等对汽车车身进行了结构优化设计等。汽车工业已经成为机械结构优化设计广泛应用的一个领域。 三、机械结构优化设计的展望 结构优化设计随着最优化方法的不断发展和改善，已逐渐得以发展。 拓扑优化、材料优化和形状优化的整合在机械结构和部件设计中具有重要的实用价值，是近年来出现的并行设计的重要组成部分，仍将是下一步研究工作的重点。拓扑优化能够为结构的方案设计提供科学的依据，使复杂结构和部件在概念设计阶段即可灵活地、理性地优选方案，有望用于大型实际结构优化设计求解。拓扑优化研究中提出的均匀化方法等，可以将材料选择，布局优化和形状优化整合一体，为并行地设计材料、工艺和结构提供科学的手段，有关方法的研究，实用化软体开发及应用是有意义的。但是要处理庞大的有限元和优化模型计算量增大，应力约束处理、对“多孔状”材料分布圆整化，单元消失可能会对计算模型造成病态等问题。 动态特性优化是机械系统和结构设计应用研究的一个重要方向。特征向量、动力响应量的灵敏度分析、高度密集频率的动力学问题的分析和优化设计，大型动力优化问题的建模和求解方法，非线性分析在优化中的应用，使优化技术的作用从对设计方案的优化延伸到加工工艺过程的优化，仍是极富有研究和应用价值。 结构优化技术在工程设计中的进一步推广应用仍具实用价值，要解决优化设计的有限元模型的庞大性，解决结构优化与多学科设计问题交叉问题。对于机构、结构和机械装置的可靠性与健壮性是大型工业装备设计时十分关心的问题，综合考虑可靠度，健壮性及成本的全效能优化设计理论、方法及其应用，将给出更为接近实际的结果，应予重视。在这类问题的研究中，对包括模糊性和随机性的不确定因素应予注意。为促进优化设计为工程实际服务，进一步开展实用性，通用性的结构化设计软体的开发和完善工作也是十分迫切的。
多年来，国内外学者曾对三产地，特别是辽宁和山东的金刚石/钻石包裹体做过系统的矿物地球化学特征的研究，对金刚石/钻石形成物理化学条件进行过估算，获得过很多有价值的信息。
路凤香等（1991）和董振信等（1991）比较早就应用Mercier（1976）辉石温压计估算了山东和辽宁金刚石/钻石中辉石的平衡温度范围分别为1531℃和1115～1139℃，压力分别为4.5GPa和5.17～5.23GPa。池际尚等（1996）结合各种不同的地幔温压计计算出山东金刚石/钻石的包裹体矿物平衡温度为1100～1203℃，平均值为1184℃，压力变化在5.59～9.20GPa之间，而辽宁金刚石/钻石包裹体矿物的平衡温度为1115.1～1171.0℃，平均值为1123℃，压力为5.17～7.47GP，平均值为6.3GPa；苗青（1996）根据石榴子石与绿辉石的共生组合中钙、镁和铁之间的交换，计算辽宁金刚石/钻石中这一共生包裹体组合的平衡温度为1203℃，压力为5GPa；Wang Wuyi（1998，2001）利用橄榄石-石榴子石矿物对温度计和辉石温度计求取包裹体矿物的平衡温度，山东蒙阴的温度值变化于1050～1253℃之间，平均值为1170℃，辽宁瓦房店的温度值不高于1082～1367℃，压力为5.4～6.1GPa；Zhang等（1999）利用石榴子石微量元素温度计得出山东包裹体矿物的平衡温度主体接近1200℃，辽宁的包裹体矿物平衡温度为900～1250℃，主体温度为1100～1150℃；殷莉等（2008）应用适用于石榴子石橄榄岩相的单斜辉石温压计对金刚石/钻石包裹体中透辉石进行了计算，得出山东金刚石/钻石中包裹体指示的温压为1194℃和6.0GPa，辽宁相应的温压范围是1083～1176℃，5.3～6.1GPa。由于不同的温压计有不同的使用范围及误差来源，上述的数据可能无法比较，但不同研究者的数据总体上可以反映出山东和辽宁两地金刚石/钻石形成时岩石圈地幔的温压状况差别，山东金刚石/钻石中包裹体形成时岩石圈地幔温度范围为1050～1500℃，压力为4.50～9.20GPa；辽宁金刚石/钻石中包裹体形成时岩石圈地幔温度范围为1082～1367℃，压力为5.00～7.47GPa。华北克拉通金刚石/钻石形成时岩石圈地幔温度集中在1000～1200℃左右，压力集中在5～7GPa左右（路凤香等，1991；董振信等，1991；池际尚等，1996；苗青，1996；Wang，1998，2001；Zhang et al.，1999；殷莉等，2008）。
综合本文利用橄榄石拉曼压力计、石榴子石-橄榄石共生矿物对的Ni温度计以及前人的研究成果（郭九皋等，1989），获得的湖南金刚石/钻石形成时的地幔温度范围为1109～1327℃，压力为4～6GPa，形成深度为133～192km。Wang W Y（1998）认为由金刚石/钻石中共生包裹体矿物估算出来的结晶温度较低，范围是周围地幔温度的近似值。可见与山东和辽宁相比，湖南金刚石/钻石形成时地幔的温度较大，或者说钻石形成时扬子克拉通的岩石圈地幔温度可能略高于华北克拉通，但压力稍低，这一特点和钻石包裹体组合中扬子克拉通E型包裹体占较大比例，华北克拉通则以P型为主相一致。
将前人对湖南、山东和辽宁三产地金刚石/钻石中橄榄石、镁铝榴石和辉石包裹体的成分数据与本文研究数据进行对比，发现三地橄榄石包裹体总体都富镁、贫钙，Mg#为91～94，氧化镁含量为地球上各种产状组合的橄榄石中最高者，皆为镁橄榄石的变种（Fo为91.8%～100%）（董振信，1991，1994）；三产地金刚石/钻石中的镁铝榴石都属于铬镁铝榴石，Cr2O3总体介于8%～20%之间，CaO介于3%～15%之间。同时也存在一些差异：
不同产地的橄榄石包裹体的Mg#频数分布柱状图（图6.56）和Mg#—氧化物相关图（图6.58和图6.59）表明，与山东相比，辽宁和湖南金刚石/钻石中的包裹体橄榄石有稍低的Mg#、Cr2O3、Al2O3、TiO2、MnO和CaO；橄榄石中的NiO和和Mg#值通常有地幔难熔程度的良好指示作用，高CaO表明了高的温度状态（郑建平，1999），橄榄石包裹体的成分特征说明，华北克拉通和扬子克拉通在金刚石/钻石形成时存在难熔的岩石圈地幔，其中山东地区可能经历较高温的热事件。同时根据三产地金刚石/钻石中橄榄石包裹体Mg#—氧化物相关图，发现湖南金刚石/钻石中橄榄石包裹体的成分分布分散，可能表明该区金刚石/钻石形成时地幔具有明显的不均一性，金刚石/钻石的来源比较复杂。
图6.56 金刚石/钻石中橄榄石的Mg#频数分布柱状图
Figure 6.56 Bar chart of Mg#frequency distribution of olivines in diamonds
包裹体数据收集自文献（郭九皋等，1989；张安棣等，1991；董振信，1991；黄蕴慧等，1992；董振信，1994；池际尚，1996；苗青，1996；Wang Wuyi 等，1998；亓利剑等，1999；Wuyi Wang 等，2001），其中山东和湖南 1、2 号数据来自本文
金刚石/钻石中镁铝榴石包裹体的Mg#频数分布柱状图（图6.57）和Cr2O3、CaO含量变化图（图6.60）显示，相对于山东和湖南金刚石/钻石中的镁铝榴石，辽宁的镁铝榴石包裹体成分数据变化范围较大，Mg#为71～94，Cr2O3为0.08%～16.52%，CaO为0.03%～20.73%。
对三个产地的镁铝榴石包裹体成分进行Cr2O3-CaO成分图投点显示（图6.61），除辽宁个别点落入异剥橄榄岩区外，大多数点都落在二辉橄榄岩区（G9）和方辉橄榄岩-纯橄榄岩区（G10），其中又以落在方辉橄榄岩-纯橄榄岩区占大多数，而落入二辉橄榄岩型的又以亏损型为主。镁铝榴石包裹体主量元素的特征说明山东和辽宁产地金刚石/钻石主要形成于相对难熔的方辉橄榄岩-纯橄榄岩的环境中，并表现出高度难熔的特点，但辽宁部分样品可能来源于二辉橄榄岩为主的岩石圈地幔，结果和前人一致（郑建平等，1999；殷莉等；2008）。而湖南金刚石数据太少，无法评述。
湖南金刚石/钻石中顽火辉石的Na2O大多小于1%，Al2O3和TiO2都较低（0.79%～0.88%，0～0.02%）；单斜辉石的MgO、CaO、FeO的变化范围分别为12.07%～20.83%、16.34%～17.85%、2.00%～3.05%， w（Cr2O3）的变化范围为0.24%～1.11%，Mg#的变化范围为91.49～92.41，Cr#的变化范围为1.56～31.76。单斜辉石的Al2O3与SiO2呈消长关系，Al的原子数越高，通常代表了橄榄岩受熔融抽取的程度越低（Selyer和Bonatti，1994），三产地中山东金刚石/钻石中单斜辉石包裹体具有较高的Al2O3和较低的SiO2（图6.62），说明山东所在的的地幔岩石圈的熔融抽取程度最低，辽宁最高；这认识和前人根据金刚石/钻石中透辉石出现几率、石榴子石G10 与G9 的比例获得金刚石/钻石形成时山东蒙阴最古老岩石圈地幔以亏损程度较大的方辉橄榄岩为主，难熔程度大；而瓦房店以富集程度较高的二辉橄榄岩比例较大，难熔程度较小的特点一致（殷莉等，2008）；湖南金刚石/钻石中辉石包裹体显示该区金刚石/钻石来源具有中等的熔融抽取程度。
图6.57 金刚石/钻石中镁铝榴石包裹体的 Mg#频数分布柱状图
Figure 6.57 Bar chart of Mg#frequency distribution of pyropes in diamonds
包裹体数据收集自文献（郭九皋等，1989；赵秀英，1988；路凤香等，1991；董振信，1991；张安棣等，1991；黄蕴慧等，1992；董振信，1994；池际尚，1996；郑建平，1999；亓利剑等，1999；Wang W Y 等，2000），其中山东和湖南 1 号数据来自本文
对湖南、山东和辽宁三产地金刚石/钻石中橄榄石、石榴子石和辉石包裹体的成分数据综合对比显示，湖南金刚石/钻石中包裹体的成分分布具有比较分散的特点，表明该区金刚石/钻石形成时地幔物质环境具有高度不均一性。刘观亮（1995）对湖南宁乡钾镁煌斑岩中火山微球粒的成分和结构研究表明，该区钾镁煌斑岩岩浆侵位至地壳深部某一部位时，曾有一段停留时间，岩浆在岩浆房内发生液态分异熔离作用，形成岩浆不混溶；李子云（1993）、林玮鹏等（2009）对湖南钾镁煌斑岩及相关岩石重砂锆石的地球化学特征、U–Pb年龄和产出地质特征的研究也显示，宁乡地区与金刚石/钻石有关的火山物质的来源具有复杂性；刘观亮、李子云等（1997）分析了扬子克拉通钾镁火山岩Nd、Sr、Pb同位素组成，结果表明这些岩石起源于不同的古老地幔源区，测量出上百颗湖南金刚石/钻石的碳同位素组成的分布频带相当宽，不同类型的金刚石/钻石的碳同位素组成差异明显，反映了金刚石/钻石结晶源区碳同位素组成的不均一性。前人的这些研究工作都说明了湖南金刚石/钻石源区具有复杂性和不均一性，与本文对金刚石/钻石中包裹体成分研究获得的结论一致。
图6.58 金刚石 / 钻石中橄榄石包裹体 Mg#- 氧化物相关图
Figure 6.58 Correlation diagram of Mg#-oxides in olivine inclusions of diamonds
包裹体数据收集自文献（郭九皋等，1989；张安棣等，1991；董振信，1991；黄蕴慧等，1992；董振信，1994；池际尚，1996；苗青，1996；Wang Wuyi 等，1998；亓利剑等，1999；Wuyi Wang 等，2001），其中山东和湖南 1、2 号数据来自本文
图6.59 金刚石/钻石中橄榄石包裹体Mg#-氧化物相关图
Figure 6.59 Correlation diagram of Mg#-oxides in olivine inclusions of diamonds
包裹体数据收集自文献（郭九皋等，1989；张安棣等，1991；董振信，1991；黄蕴慧等，1992；董振信，1994；池际尚，1996；苗青，1996；Wang Wuyi 等，1998；亓利剑等，1999；Wuyi Wang 等，2001），其中山东和湖南 1、2 号数据来自本文
图6.60 金刚石/钻石中镁铝榴石包裹体的 Cr2O3、CaO 含量变化图
Figure 6.60 Variation diagram of Cr2O3content and CaO content in pyrope inclusions of diamonds
包裹体数据收集自文献（郭九皋等，1989；赵秀英，1988；路凤香等，1991；董振信，1991；张安棣等，1991；黄蕴慧等，1992；董振信，1994；池际尚，1996；郑建平，1999；亓利剑等，1999；Wang W Y 等，2000），其中山东和湖南 1 号数据来自本文
图6.61 金刚石/钻石中镁铝榴石包裹体w（CaO）-w（Cr2O3） 相关图
Figure 6.61 Correlation diagram of w（CaO）-w（Cr2O3） in pyrope inclusions of diamonds
包裹体数据收集自文献（郭九皋等，1989；赵秀英，1988；路凤香等，1991；董振信，1991；张安棣等，1991；黄蕴慧等，1992；董振信，1994；池际尚，1996；郑建平，1999；亓利剑等，1999；Wang W Y 等，2000），其中山东和湖南 1 号数据来自本文
图6.62 金刚石/钻石中单斜辉石包裹体的Na2O-A12O3和 Na2O-SiO2相关图
Figure 6.62 Correlation diagram of Na2O–A12O3to Na2O–A12O3in clinopyroxence inclusions of diamonds
包裹体数据收集自文献（郭九皋等，1989；张安棣等，1991；黄蕴慧等，1992；董振信，1992；池际尚，1996；苗青，1996；Wang Wuyi等，1998；2001）
湖南金刚石/钻石中包裹体与山东、辽宁金刚石/钻石包裹体的类型组合及其地球化学特征的不同，可能显示出扬子克拉通和华北克拉通岩石圈组成及演化过程存在的差异，湖南砂矿金刚石/钻石与西澳和非洲榴辉岩型金刚石/钻石中包裹体类型组合类似，除了显示湖南砂矿金刚石/钻石的原生矿来源更大可能和钾镁煌斑岩有关（榴辉岩型金刚石/钻石具有更大的重要性）外，还可能暗示了湖南金刚石/钻石形成岩石圈地幔可能存在古老的地壳物质或者陆壳物质参与了地幔对流和再循环过程，湖南金刚石/钻石来源具有多样性对今后找矿方向的确定具有明显的重要性，但具体的证据尚需要进一步确定。
辽宁和山东金刚石/钻石矿物包裹体地球化学特征的差异也显示出两地金刚石/钻石形成时岩石圈地幔有各自的特点，有关成果和池际尚等（1996）、郑建平等（1999）、Zhang等（1999）对蒙阴和瓦房店金伯利岩中深源橄榄岩捕虏体的研究结果也是一致的，如果能对这种差异进行精细的测定，区分两地来源的金刚石/钻石应该也是可行的，但就目前的工作程度来说还存在困难。
第一，可以体现作者的总体思路。提纲是由序码和文字组成的一种逻辑图表，是帮助作者考虑文章全篇逻辑构成的写作设计图。其优点在于，使作者易于掌握论文结构的全局，层次清楚，重点明确，简明扼要，一目了然。第二，有利于论文前后呼应。有一个提纲，可以帮助我们树立全局观念，从整体出发，在检验每一个部分所占的地位、所起的作用，相互间是否有逻辑联系，每部分所占的篇幅与其在全局中的地位和作用是否相称，各个部分之间的比例是否恰当和谐，每一字、每一句、每一段、每一部分是否都为全局所需要，是否都丝丝入扣、相互配合，成为整体的有机组成部分，都能为展开论题服务。经过这样的考虑和编写，论文的结构才能统一而完整，很好地为表达论文的内容服务。第三，有利于及时调整，避免大返工。在毕业论文的研究和写作过程中，作者的思维活动是非常活跃的，一些不起眼的材料，从表面看来不相关的材料，经过熟悉和深思，常常会产生新的联想或新的观点，如果不认真编写提纲，动起笔来就会被这种现象所干扰，不得不停下笔来重新思考，甚至推翻已写的从头来过;这样，不仅增加了工作量，也会极大地影响写作情绪。毕业论文提纲犹如工程的蓝图，只要动笔前把提纲考虑得周到严谨，多花点时间和力气，搞得扎实一些，就能形成一个层次清楚、逻辑严密的论文框架，从而避免许多不必要的返工。另外，初写论文的学生，如果把自己的思路先写成提纲，再去请教他人，人家一看能懂，较易提出一些修改补充的意见，便于自己得到有效的指导。
化学发展史论文一、化学的前奏1．人类文明的起点——火的利用在几百万年以前，人类过着极其简单的原始生活，靠狩猎为生，吃的是生肉和野果。根据考古学家的考证，至少在距今50 万年以前，可以找到人类用火的证据，即北京周口店北京猿人生活过的地方发现了经火烧过的动物骨骼化石。有了火，原始人从此告别了茹毛饮血的生活。吃了熟食后人类增进了健康，智力也有所发展，提高了生存能力。后来，人们又学会了摩擦生火和钻木取火，这样，火就可以随身携带了。于是，人们不再是火种的看管者，而成了能够驾驭火的造火者。火是人类用来发明工具和创造财富的武器，利用火能够产生各种各样化学反应这个特点，人类开始了制陶、冶金、酿造等工艺，进入了广阔的生产、生活天地。2．历史悠久的工艺——制陶陶器是什么时候产生的，已很难考证。对陶器的由来，说法不一，有人推测：人类最原始的生活用容器是用树枝编成的，为了使它耐火和致密无缝，往往在容器的内外抹上一层粘土。这些容器在使用过程中，偶尔会被火烧着，其中的树枝都被烧掉了，但粘土不会着火，不但仍旧保留下来，而且变得更坚硬，比火烧前更好用。这一偶然事件却给人们很大启发。后来，人们干脆不再用树枝做骨架，开始有意识地将粘土捣碎，用水调和，揉捏到很软的程度，再塑造成各种形状，放在太阳光底下晒干，最后架在篝火上烧制成最初的陶器。大约距今1 万年以前，中国开始出现烧制陶器的窑，成为最早生产陶器的国家。陶器的发明，在制造技木上是一个重大的突破。制陶过程改变了粘土的性质，使粘土的成分二氧化硅、三氧化二铝、碳酸钙(gài)、氧化镁(měi)等在烧制过程中发生了一系列的化学变化，使陶器具备了防水耐用的优良性质。因此陶器不但有新的技术意义，而且有新的经济意又。它使人们处理食物时增添了蒸煮的办法，陶制的纺轮、陶刀、陶挫等工具也在生产中发挥了重要的作用，同时陶制储存器可以使谷物和水便于存放。因此，陶器很快成为人类生活和生产的必需品，特别是定居下来从事农业生产的人们更是离不开陶器。3．冶金化学的兴起在新石器时代后期，人类开始使用金属代替石器制造工具。使用得最多的是红铜。但这种天然资源毕竟有限，于是，产生了从矿石冶炼金属的冶金学。最先冶炼的是铜矿，约公元前3800 年，伊朗就开始将铜矿石(孔雀石)和木炭混合在一起加热，得到了金属铜。纯铜的质地比较软，用它制造的工具和兵器的质量都不够好。在此基础上改进后，便出现了青铜器。到了公元前3000～前2500 年，除了冶炼铜以外，又炼出了锡(xī) 和铅(qiān)两种金属。往纯铜中掺入锡，可使铜的熔点降低到800℃左右，这样一来，铸造起来就比较容易了。铜和锡的合金称为青铜(有时也含有铅)，它的硬度高，适合制造生产工具。青铜做的兵器，硬而锋利，青铜做的生产工具也远比红铜好，还出现了青铜铸造的铜币。中国在铸造青铜器上有过很大的成就，如殷朝前期的“司母戊”鼎。它是一种礼器，是世界上最大的出土青铜器。又如战国时的编钟，称得上古代在音乐上的伟大创造。因此，青铜器的出现，推动了当时农业、兵器、金融、艺术等方面的发展，把社会文明向前推进了一步。世界上最早炼铁和使用铁的国家是中国、埃及和印度，中国在春秋时代晚期(公元前6 世纪)已炼出可供浇铸的生铁。最早的时候用木炭炼铁，木炭不完全燃烧产生的一氧化碳把铁矿石中的氧化铁还原为金属铁。铁被广泛用于制造犁铧、铁■(一种锄草工具)、铁锛等农具以及铁鼎等器物，当然也用于制造兵器。到了公元前8～前7 世纪，欧洲等才相继进入了铁器时代。由于铁比青铜更坚硬，炼铁的原料也远比铜矿丰富，在绝大部分地方，铁器代替了青铜器。4．中国的重大贡献——火药和造纸黑火药是中国古代四大发明之一。为什么要把它叫做“黑火药”呢？这还要从它所用的原料谈起。火药的三种原料是硫磺、硝(xiāo)石和木炭。木炭是黑色的，因此，制成的火药也是黑色的，叫黑火药。火药的性质是容易着火，因此可以和火联系起来，但是这个“药”字又怎样理解呢？原来，硫磺和硝石在古代都是治病用的药，因此，黑火药便可理解为黑色的会着火的药。火药的发明与中国西汉时期的炼丹术有关，炼丹的目的是寻求长生不老的药，在炼丹的原料中，就有硫磺和硝石。炼丹的方法是把硫磺和硝石放在炼丹炉中，长时间地用火炼制。在许多次炼丹过程中，曾出现过一次又一次地着火和爆炸现象，经过这样多次试验终于找到了配制火药的方法。黑火药发明以后就与炼丹脱离了关系，一直被用在军事上。古代人打仗，近距离时用刀枪，远距离时用弓箭。有了黑火药以后，从宋朝开始，便出现了各种新式武器，例如用弓发射的火药包。火药包有火球和火蒺藜两种，用火将药线点着，把火药包抛出去，利用燃烧和爆炸杀伤对方。大约在公元8 世纪，中国的炼丹术传到了阿拉伯，火药的配制方法也传了过去，后来又传到了欧洲。这样，中国的火药成了现代炸药的“老祖宗”。这是中国的伟大发明之一。纸是人类保存知识和传播文化的工具，是中华民族对人类文明的重大贡献。在使用植物纤维制造的纸以前，中国古代传播文字的方法主要有：在甲骨(乌龟的腹甲和牛骨)上刻字，即所谓的甲骨文；甲骨数量有限，后来改在竹简或木简上刻字。可是，孔子写的《论语》所用的竹简之多，份量之重是可想而知的；另外，用丝织成帛(bó)，也可以用来写字，但大量生产帛却是难以做到的。最后才有了用植物纤维制造的纸，一直流传到今天。1957 年5 月，中国考古工作者在陕西省西安市灞(bà)桥的一座古代墓葬中发现一些米黄色的古纸。经鉴定这种纸主要由大麻纤维制造，其年代不会晚于汉武帝(公元前156～公元前87 年)，这是现存的世界上最早的植物纤维纸。提起纸的发明，人们都会想起蔡伦。他是汉和帝时的中常侍。他看到当时写字用的竹简太笨重，便总结了前人造纸的经验，带领工匠用树皮、麻头、破布、破鱼网等做原料，先把它们剪碎或切断，放在水里长时间浸泡，再捣烂成为浆状物，然后在席子上摊成薄片，放在太阳底下晒干，便制成了纸。它质薄体轻，适合写字，很受欢迎。造纸是一个极其复杂的化学工艺，它是广大劳动人民智慧的产物。实际上，蔡伦之前已经有纸了，因此，蔡伦只能算是造纸工艺的改良者。5．炼丹术与炼金术当封建社会发展到一定的阶段，生产力有了较大提高的时候，统治阶级对物质享受的要求也越来越高，皇帝和贵族自然而然地产生了两种奢望：第一是希望掌握更多的财富，供他们享乐；第二，当他们有了巨大的财富以后，总希望永远享用下去。于是，便有了长生不老的愿望。例如，秦始皇统一中国以后，便迫不及待地寻求长生不老药，不但让徐福等人出海寻找，还召集了一大帮方士(炼丹家)日日夜夜为他炼制丹砂——长生不老药。炼金家想要点石成金(即用人工方法制造金银)。他们认为，可以通过某种手段把铜、铅、锡、铁等贱金属转变为金、银等贵金属。像希腊的炼金家就把铜、铅、锡、铁熔化成一种合金，然后把它放入多硫化钙溶液中浸泡。于是，在合金表面便形成了一层硫化锡，它的颜色酷似黄金(现在，金黄色的硫化锡被称为金粉，可用作古建筑等的金色涂料)。这祥，炼金家主观地认为“黄金”已经炼成了。实际上，这种仅从表面颜色而不从本质来判断物质变化的方法，是自欺欺人。他们从未达到过“点石成金”的目的。虔诚的炼丹家和炼金家的目的虽然没有达到，但是他们辛勤的劳动并没有完全白费。他们长年累月置身在被毒气、烟尘笼罩的简陋的“化学实验室”中，应该说是第一批专心致志地探索化学科学奥秘的“化学家”。他们为化学学科的建立积累了相当丰富的经验和失败的教训，甚至总结出一些化学反应的规律。例如中国炼丹家葛洪从炼丹实践中提出：“丹砂(硫化汞)烧之成水银，积变(把硫和水银二者放在一起)又还成(交成)丹砂。”这是一种化学变化规律的总结，即“物质之间可以用人工的方法互相转变”。炼丹家和炼金家夜以继日地在做这些最原始的化学实验，必定需要大批实验器具，于是，他们发明了蒸馏器、熔化炉、加热锅、烧杯及过滤装置等。他们还根据当时的需要，制造出很多化学药剂、有用的合金或治病的药，其中很多都是今天常用的酸、碱和盐。为了把试验的方法和经过记录下来，他们还创造了许多技术名词，写下了许多著作。正是这些理论、化学实验方法、化学仪器以及炼丹、炼金著作，开挖了化学这门科学的先河。从这些史实可见，炼丹家和炼金家对化学的兴起和发展是有功绩的，后世之人决不能因为他们“追求长生不老和点石成金”而嘲弄他们，应该把他们敬为开拓化学科学的先驱。因此，在英语中化学家(chemist)与炼金家(alchemist)两个名词极为相近，其真正的含义是“化学源于炼金术”。二、创建近代化学理论——探索物质结构世界是由物质构成的，但是，物质又是由什么组成的呢？最早尝试解答这个问题的是我国商朝末年的西伯昌(约公元前1140 年)，他认为：“易有太极，易生两仪，两仪生四象，四象生八卦。”以阴阳八卦来解释物质的组成。约公元前1400 年，西方的自然哲学提出了物质结构的思想。希腊的泰立斯认为水是万物之母；黑拉克里特斯认为，万物是由火生成的；亚里士多德在《发生和消灭》一书中论证物质构造时，以四种“原性”作为自然界最原始的性质，它们是热、冷、干、湿，把它们成对地组合起来，便形成了四种“元素”，即火、气、水、土，然后构成了各种物质。上面这些论证都未能触及物质结构的本质。在化学发展的历史上，是英国的波义耳第一次给元素下了一个明确的定义。他指出：“元素是构成物质的基本，它可以与其他元素相结合，形成化合物。但是，如果把元素从化合物中分离出来以后，它便不能再被分解为任何比它更简单的东西了。”波义耳还主张，不应该单纯把化学看作是一种制造金属、药物等从事工艺的经验性技艺，而应把它看成一门科学。因此，波义耳被认为是将化学确立为科学的人。人类对物质结构的认识是永无止境的，物质是由元素构成的，那么，元素又是由什么构成的呢？1803 年，英国化学家道尔顿创立的原子学说进一步解答了这个问题。原子学说的主要内容有三点：1．一切元素都是由不能再分割和不能毁灭的微粒所组成，这种微粒称为原子；2．同一种元素的原子的性质和质量都相同，不同元素的原子的性质和质量不同；3．一定数目的两种不同元素化合以后，便形成化合物。原子学说成功地解释了不少化学现象。随后意大利化学家阿佛加德罗又于1811 年提出了分子学说，进一步补充和发展了道尔顿的原子学说。他认为，许多物质往往不是以原子的形式存在，而是以分子的形式存在，例如氧气是以两个氧原子组成的氧分子，而化合物实际上都是分子。从此以后，化学由宏观进入到微观的层次，使化学研究建立在原子和分子水平的基础上。三、现代化学的兴起19 世纪末，物理学上出现了三大发现，即X 射线、放射性和电子。这些新发现猛烈地冲击了道尔顿关于原子不可分割的观念，从而打开了原子和原子核内部结构的大门，揭露了微观世界中更深层次的奥秘。热力学等物理学理论引入化学以后，利用化学平衡和反应速度的概念，可以判断化学反应中物质转化的方向和条件，从而开始建立了物理化学，把化学从理论上提高到了一个新的水平。在量子力学建立的基础上发展起来的化学键(分子中原子之间的结合力)理论，使人类进一步了解了分子结构与性能的关系，大大地促进了化学与材料科学的联系，为发展材料科学提供了理论依据。化学与社会的关系也日益密切。化学家们运用化学的观点来观察和思考社会问题，用化学的知识来分析和解决社会问题，例如能源危机、粮食问题、环境污染等。化学与其他学科的相互交叉与渗透，产生了很多边缘学科，如生物化学、地球化学、宇宙化学、海洋化学、大气化学等等，使得生物、电子、航天、激光、地质、海洋等科学技术迅猛发展。化学也为人类的衣、食、住、行提供了数不清的物质保证，在改善人民生活，提高人类的健康水平方面作出了应有的贡献。现代化学的兴起使化学从无机化学和有机化学的基础上，发展成为多分支学科的科学，开始建立了以无机化学、有机化学、分析化学、物理化学和高分子化学为分支学科的化学学科。化学家这位“分子建筑师”将运用善变之手，为全人类创造今日之大厦、明日之环宇。2．元素发现史上的两次奇迹及科学方法研究陕西省渭南师范专科学校化学系张文根化学发展史上，从个人发现新元素的数量方面讲，出现过两次奇迹。值得研究的是，两次奇迹基本上都采用了类似的科学研究方法。1．戴维与新元素的发现英国化学家戴维(H·Davy，1778～1829)出生于木刻匠家庭，从小就喜爱化学实验。他曾用自己的身体试验氧化亚氮(笑气)气体的毒性，发现其麻醉性，使医学外科手术发生了重大改途；他还发明了安全矿灯，解决了因火焰引起的瓦斯爆炸，对19 世纪欧洲煤矿的安全开采做出了有益的贡献。但是，他一生最辉煌的成就莫过于新元素的发现。1799 年，意大利物理学家伏特(A·Volta)发现了金属活动顺序，并应用其发明了伏特电池。次年，英国化学家尼科尔森(W．Nicholson)和卡里斯尔(A·Carlisle)利用伏特电池成功地分解了水。从此，电在化学研究中的应用引起了科学家的广泛关注。1806 年，戴维对前人有关电的研究进行了总结，预言这种手段除可以把水分解为氢气和氧气外，还可能分解其他物质，这一科学思想使他把电与物质组成联系起来，从而导致了一系列新元素的发现。1777 年之前，对于碱类和碱土类物质的化学成分，人们普遍认为具有元素性质，是不能再分解的。法国化学家拉瓦锡(A·L·Lavoisier)创立氧化理论之后，则认为这两类物质都可能是氧化物。1807 年，戴维决心用实验来证实拉瓦锡的见解，同时也想验证一下自己预言的正确性。最初他用苛性钾或苛性钠的饱和溶液实验，发现碱没有变化，只和水电解结果一样。通过分析，他认为应该排除水这个干扰因素。于是改用熔融苛性钾，结果发现阴极白金丝周围出现了燃烧更旺的火焰，说明由于加热温度过高，分解出的产物立刻又被燃烧了。后来他换用碳酸钾并通以强电流，但阴极上出现的金属颗粒还是很快被烧掉了。最后，他总结教训，在密闭坩埚内电解熔融苛性钾，终于拿到了一种银白色金属，并进行性质实验，发现在水中能剧烈反应，出现淡紫色火焰，显然是该金属与水作用放出氢气的结果。山此，戴维判断这是一种新金属，取名为钾。不久，他又从苛性苏打中电解出了金属钠。次年，用同样方法，他从苦土(MgO)、石灰、菱锶矿(SrCO3)和重晶石(BaCO3)中分别又发现了新元素镁、钙、锶和钡。1807 年12 月，尽管当时英法两国正进行着战争，法国皇帝拿破仑仍然颁发勋章，以嘉奖戴维的卓越成就。但是，戴维并没有因此骄傲起来。金属钾被发现以后，他由该金属可从水中分解出氢气受到后发，认为钾也应该能够分解其他物质。于是在1808 年，他将钾与无水硼酸混合，在铜管中加热，得到了青灰色的非金属硼。这样，不到两年，戴维就发现了7 种新元素。如果加上他1810 年和1813 年确定的氯元素和碘元素，戴维一生发现和确认的元素就有9 种。这一成就在他去逝之前的52 个元素发现史上，无人能与其媲美。2．西博格与新元素的合成美国化学家西博格(G．T．Seeborg，1912～)的家庭境况和戴维差不多。依靠打工，他读完了高中和大学，并以出色的学习成绩，获得了著名科学家路易斯的赏识，随后便成为路易斯的得力助手和合作者，完成了许多重要研究。他热爱化学和物理学，决心在核化学领域做出非凡成绩。本世纪初，电子、X 射线和放射性的发现，打开了原子不可分的大门。1929 年，美国物理学家劳伦斯(E．O．Lawrence)在加利福尼亚大学发明■计出了回旋粒子加速器，从而取得了大大提高轰击粒子动能的手段，使新元素不断被发现和合成，仅1934 年至1937 年就有二百多种人工放射性同位素出现。到1939 年，在92 号铀元素之前，只剩下61 号和85号两个空位了。所以，人们已不在关心元素周期表中的空格补缺，而将精力转移到铀后面元素的发现和合成上。3．金刚石的老知识和新知识吴国庆(北京师范大学化学系100875)早在1879 年，SmithsonTennant 已经发现，金刚石燃烧的产物是碳的氧化物，故金刚石是碳的单质。1913 年，Bragg 父子用X-衍射实验测定了金刚石的晶体结构。证实通常的天然金刚石属于立方晶系，其晶胞为面心立方，一个晶胞里有8 个碳原子(一个点阵点为两个碳原子)。每个碳原子周围有四十呈四面体排列的碳原子，健长为154pm。然而应当指出，在殒石里发现的金刚石却是六方晶系的。两种晶体的差别不在于碳原子的杂化类型(sp3)，而在于排列方式不同引起晶体的对称性不同。金刚石被人类当作宝石而珍藏，据说已有3000 年的历史。经过琢磨的金刚石称为钻石，它密度大(3.51g·cm-3)，是已知物质中最坚硬的(莫氏硬度10)；它对光的透明度好，折射率高，琢磨适当的钻石能反射出更多的光而显得格外耀眼；高色散性还使钻石有‘光彩’，这是白光被钻石色散成单色光所致。金刚石的色散值是天然宝石里最高的。利用色散值的差别可以把金刚石跟很象它的锆石(ZrsiO4)区分开来。天然金刚石有的无色，有的则呈美而的蓝、黄、棕、绿等色，还有的呈黑色。理论研究证实，纯净的金刚石应当是无色的。它可以透过各种不同波长的光(包括红外和紫外)。这是因为把金刚石晶体里的电子从基恣激发到最低能量的激发恣需要5.4电子伏特的能量，远大于可见光的能量(1.7—3.10电子伏特)。当金刚石里掺杂氮，能量从原来的5.4 降到2.2 左右，随氮原子的含量的增高，由于热运动引起的氮能级的宽度的差别，吸收不同波长的可见光，呈现黄(C/N=105：1)、绿(C/N=103：1)色，氮原子继续增多，所有可见光都会被吸收掉，便得到黑色的金刚石。在好长一个时期里，人们认为蓝色的金刚石是由于其中掺杂铝引起的。后来经美国通用电气公司的实验室证实，金刚石的蓝色是由其中不到百万分之一的硼引起的。他们发现，蓝色的金刚石是有导电性的。这可以解释为：硼原子的存在可以使碳的价带电子进入硼(受主)能级而在价帝里留下空穴，引起空穴导电。而铝的掺杂不可能有这种性质。金刚石的颜色还可因掺杂原子引起所谓的“色心”(又称F 心)而引起。这类金刚石的颜色会因加热、辐照而改交，有的还有荧光。习惯上钻石的质量按克拉(1 克拉等于200 毫克)计算。一颗钻石，超过10 克拉，就已很稀罕很珍贵了。至今最大的一颗金刚石是1906 年开采出来的‘非洲之星’，3025 克拉。世界上最大的一颗钻石则是称为‘蒙兀儿大帝’的，加工前重780 克拉。人们梦想合成金刚石已经有很长的历史了。这种梦想的推动力一开始就是为了人工造出珍贵的钻石。因为天然的金刚石太少了。地球化学研究证实，自然界里的碳只有当熔化的岩百在3 万个大气压的高压下，才能以金刚石的方式结晶出来，有时生成金刚石的压力竟高到60000 个大气压。这样大的压力只有在地面下60—100 公里的深外才存在，从这样深的地方翻到地秃表层来的岩石太少了。开采金刚石需要很大的投资。那种从地表找到一颗金刚石的机会是极其稀少的。而开采出来的天然金刚12 石，只有很少就其质量而言可以加工成钻石，多数是灰色或黑色的。并不透明，有的内部夹杂有石墨，无法琢磨出钻石。最早尝试人工合成金刚石的报导在1880 年。而第一个宣称合成金刚石的是著名的法国实验化学家莫瓦桑(H·Moissan)。他以当时已有的化学知识预计，尚未制得的单质氟的化学性质极其活泼，若用它来及其迅猛地夺取碳氢化台物里的氢，就有可能把余留下的碳转变成金刚石。结果，他费了数年的光阴，克服了重重困难，真的制出了活泼的氟，取得了同的代人不可多得的巨大成就(他因此以及由此开拓的氟化学而得到诺贝尔奖金)。然而，当他实施氟和烃类的反应时，既使是在超低温下，也以猛烈的爆炸告终，一无所得。惨重的失败并未动摇过莫瓦桑人工制造金刚石的信念。后来，他从地球化学家那里得知了自然界石墨转化成金刚石的高温高压的条件，便设计了一种模拟天然过程的用石墨造金刚石的实验。他把石墨溶进熔融的铁，然后令铁急速地冷却。企图通过液恣的铁转化成固态的铁时产生的巨大内压，把石墨转化成金刚石。这种想法，粗想起来是蛮有道理的。因而莫瓦桑叫他的学生们，一次又一次地把这种实验得到的产品用无机酸把铁溶解掉，从黑乎乎的固恣残渣里寻找金刚石。后来，‘真的’从中发现了透明的“金刚石”。其中一颗被命名为法国卢浮宫里的著名钻石——摄政王同名的金刚石至今仍然在莫瓦桑的实验室里展览。莫瓦桑曾经两度在报上发表他已成功地制得金刚石。鉴于莫瓦桑的崇高威信，一时间引起了全球的轰动，穷人为之欢呼雀跃，富人为之垂头丧气。后来虽有著名氟化学家O·Ruff 在1915 年以及Parsons 在1920年宣称重复了莫瓦桑的实验制得了金刚石，却始终不能拿出足以令人信服的证据。到本世纪50 年代，有人从理论上论证了金刚石在高温高压下生成的临界条件，根本地否定了莫瓦桑设计的实验取得成功的可能性。据说，莫瓦桑的人造金刚石是他的学生被逼得无奈，投进酸洗后的黑色残渣里的天然金刚石。也有人报导，莫瓦桑得到的只是碳化硅或尖晶石(MgAl2O4)。首先在理论上计算合成金刚石的热力学条件的是R·Berman。简单地说，他的计算就是建立石墨转化为金刚石相图。计算的结果是：如果以温度为横坐标，压力为纵坐标，可以在图上划出一条由左下方向右上方延伸的近似的直线，在直线的下方是石墨的稳定区(对金刚石则是热力学的介稳区)，在直线的上方则是金刚石的稔定区(对石墨则力介稳区)。若温度和压力正好外于直线上则是金刚石和石墨的平衡转化点。这张图表明，例如在1200—1500K 的温度范围内，要使石墨转化为金刚石的压力需要达到4.3×109-5.2×109Pa(4—5 万大气压)。值得指出的是，在教学讨论中，我们常常发现有人误解高温对合成金刚石的作用。应当注意，根据上述的石墨转化为金刚石的相图，如前所述，相平衡线的斜率是正值。这就是说，反应温度越高，需要的压力也就越高。若单考虑温度，结论应当是：(就热力学而言)温度越高，石墨越不容易转化为金刚石。这也可以从只考虑温度不考虑压力的Gibbs—Helmholtz 方程(△G=△H-T△S)看出。标恣下石黑转化为金刚石是吸热反应(△H＞0)，熵变△S＜0(∴-T△S＞0)，因此温度越高，石墨转化为金刚石的自由能越大，即自发趋势越小。加压有利于转化是不难理解的。这是由于石墨的密度比金刚石的小，转化是体积减小的过程。因此，转化反应所需的高温只是为了提高速度。事实上，在高温高压下合成金刚石也是需要催化剂的。无催化剂时，石墨直接转化为金刚石的实验条件是2700℃，13GPa；利用Ni—Co—Fe 合金加入少量的硫、钛、铝等，可使转化温度降到950℃，压力降到4GPa。金属为什么能够催化石墨转化为金刚石的反应？这是一个引人入胜的问题。在已经提出的理论中有两种十分形象。一种是金属的表面作用的理论：金属镍属于面心立方晶体。镍原子的二维密置层的法线方向是立方晶胞的对角13 线方向，在晶体学上称为(111)方向，而每个镍原子周围有6 个镍原子的二维密置层则称为(111)面。面上的镍原子形成的正三角形的边长为249pm，跟石墨的二维面上的碳原子形成的三角形的边长(246pm)十分接近。当金属镍的表面正好是(111)面而又正好对着石墨的二维平面肘，镍原子便和碳原子之间一对一地形成化学键(石墨的碳原子的与二维平面垂直的2pz 轨道里的单电子进入镍原子的只有单电子的3d轨道)，结果把石墨的二维平面上的半数碳原子拉向镍的表面，在高压下，石墨的层间距从335pm 被压缩，从而使碳原子的杂化类型由sp2 转化为sp3(见图1)。铁、钴、镍及其合金的晶体结构相似，因此都是石墨转化为金刚石的催化剂。另一种理论认为石墨中的碳原子可以单个地进入金属原子之间的四面体空隙，并在金属原子的作用下使其原子轨道杂化成sp3，碳原子通过扩散遇到另一碳原子形成金刚石。图1 石墨在金属表面原子的作用下转化为金刚石50 年代初，在美国和瑞典成立了两个人造金刚石的研究小组，分别在1954 和1953 年合成了金 回答者
化学发展史论文一、化学的前奏1．人类文明的起点——火的利用在几百万年以前，人类过着极其简单的原始生活，靠狩猎为生，吃的是生肉和野果。根据考古学家的考证，至少在距今50 万年以前，可以找到人类用火的证据，即北京周口店北京猿人生活过的地方发现了经火烧过的动物骨骼化石。有了火，原始人从此告别了茹毛饮血的生活。吃了熟食后人类增进了健康，智力也有所发展，提高了生存能力。后来，人们又学会了摩擦生火和钻木取火，这样，火就可以随身携带了。于是，人们不再是火种的看管者，而成了能够驾驭火的造火者。火是人类用来发明工具和创造财富的武器，利用火能够产生各种各样化学反应这个特点，人类开始了制陶、冶金、酿造等工艺，进入了广阔的生产、生活天地。2．历史悠久的工艺——制陶陶器是什么时候产生的，已很难考证。对陶器的由来，说法不一，有人推测：人类最原始的生活用容器是用树枝编成的，为了使它耐火和致密无缝，往往在容器的内外抹上一层粘土。这些容器在使用过程中，偶尔会被火烧着，其中的树枝都被烧掉了，但粘土不会着火，不但仍旧保留下来，而且变得更坚硬，比火烧前更好用。这一偶然事件却给人们很大启发。后来，人们干脆不再用树枝做骨架，开始有意识地将粘土捣碎，用水调和，揉捏到很软的程度，再塑造成各种形状，放在太阳光底下晒干，最后架在篝火上烧制成最初的陶器。大约距今1 万年以前，中国开始出现烧制陶器的窑，成为最早生产陶器的国家。陶器的发明，在制造技木上是一个重大的突破。制陶过程改变了粘土的性质，使粘土的成分二氧化硅、三氧化二铝、碳酸钙(gài)、氧化镁(měi)等在烧制过程中发生了一系列的化学变化，使陶器具备了防水耐用的优良性质。因此陶器不但有新的技术意义，而且有新的经济意又。它使人们处理食物时增添了蒸煮的办法，陶制的纺轮、陶刀、陶挫等工具也在生产中发挥了重要的作用，同时陶制储存器可以使谷物和水便于存放。因此，陶器很快成为人类生活和生产的必需品，特别是定居下来从事农业生产的人们更是离不开陶器。3．冶金化学的兴起在新石器时代后期，人类开始使用金属代替石器制造工具。使用得最多的是红铜。但这种天然资源毕竟有限，于是，产生了从矿石冶炼金属的冶金学。最先冶炼的是铜矿，约公元前3800 年，伊朗就开始将铜矿石(孔雀石)和木炭混合在一起加热，得到了金属铜。纯铜的质地比较软，用它制造的工具和兵器的质量都不够好。在此基础上改进后，便出现了青铜器。到了公元前3000～前2500 年，除了冶炼铜以外，又炼出了锡(xī) 和铅(qiān)两种金属。往纯铜中掺入锡，可使铜的熔点降低到800℃左右，这样一来，铸造起来就比较容易了。铜和锡的合金称为青铜(有时也含有铅)，它的硬度高，适合制造生产工具。青铜做的兵器，硬而锋利，青铜做的生产工具也远比红铜好，还出现了青铜铸造的铜币。中国在铸造青铜器上有过很大的成就，如殷朝前期的“司母戊”鼎。它是一种礼器，是世界上最大的出土青铜器。又如战国时的编钟，称得上古代在音乐上的伟大创造。因此，青铜器的出现，推动了当时农业、兵器、金融、艺术等方面的发展，把社会文明向前推进了一步。世界上最早炼铁和使用铁的国家是中国、埃及和印度，中国在春秋时代晚期(公元前6 世纪)已炼出可供浇铸的生铁。最早的时候用木炭炼铁，木炭不完全燃烧产生的一氧化碳把铁矿石中的氧化铁还原为金属铁。铁被广泛用于制造犁铧、铁■(一种锄草工具)、铁锛等农具以及铁鼎等器物，当然也用于制造兵器。到了公元前8～前7 世纪，欧洲等才相继进入了铁器时代。由于铁比青铜更坚硬，炼铁的原料也远比铜矿丰富，在绝大部分地方，铁器代替了青铜器。4．中国的重大贡献——火药和造纸黑火药是中国古代四大发明之一。为什么要把它叫做“黑火药”呢？这还要从它所用的原料谈起。火药的三种原料是硫磺、硝(xiāo)石和木炭。木炭是黑色的，因此，制成的火药也是黑色的，叫黑火药。火药的性质是容易着火，因此可以和火联系起来，但是这个“药”字又怎样理解呢？原来，硫磺和硝石在古代都是治病用的药，因此，黑火药便可理解为黑色的会着火的药。火药的发明与中国西汉时期的炼丹术有关，炼丹的目的是寻求长生不老的药，在炼丹的原料中，就有硫磺和硝石。炼丹的方法是把硫磺和硝石放在炼丹炉中，长时间地用火炼制。在许多次炼丹过程中，曾出现过一次又一次地着火和爆炸现象，经过这样多次试验终于找到了配制火药的方法。黑火药发明以后就与炼丹脱离了关系，一直被用在军事上。古代人打仗，近距离时用刀枪，远距离时用弓箭。有了黑火药以后，从宋朝开始，便出现了各种新式武器，例如用弓发射的火药包。火药包有火球和火蒺藜两种，用火将药线点着，把火药包抛出去，利用燃烧和爆炸杀伤对方。大约在公元8 世纪，中国的炼丹术传到了阿拉伯，火药的配制方法也传了过去，后来又传到了欧洲。这样，中国的火药成了现代炸药的“老祖宗”。这是中国的伟大发明之一。纸是人类保存知识和传播文化的工具，是中华民族对人类文明的重大贡献。在使用植物纤维制造的纸以前，中国古代传播文字的方法主要有：在甲骨(乌龟的腹甲和牛骨)上刻字，即所谓的甲骨文；甲骨数量有限，后来改在竹简或木简上刻字。可是，孔子写的《论语》所用的竹简之多，份量之重是可想而知的；另外，用丝织成帛(bó)，也可以用来写字，但大量生产帛却是难以做到的。最后才有了用植物纤维制造的纸，一直流传到今天。1957 年5 月，中国考古工作者在陕西省西安市灞(bà)桥的一座古代墓葬中发现一些米黄色的古纸。经鉴定这种纸主要由大麻纤维制造，其年代不会晚于汉武帝(公元前156～公元前87 年)，这是现存的世界上最早的植物纤维纸。提起纸的发明，人们都会想起蔡伦。他是汉和帝时的中常侍。他看到当时写字用的竹简太笨重，便总结了前人造纸的经验，带领工匠用树皮、麻头、破布、破鱼网等做原料，先把它们剪碎或切断，放在水里长时间浸泡，再捣烂成为浆状物，然后在席子上摊成薄片，放在太阳底下晒干，便制成了纸。它质薄体轻，适合写字，很受欢迎。造纸是一个极其复杂的化学工艺，它是广大劳动人民智慧的产物。实际上，蔡伦之前已经有纸了，因此，蔡伦只能算是造纸工艺的改良者。5．炼丹术与炼金术当封建社会发展到一定的阶段，生产力有了较大提高的时候，统治阶级对物质享受的要求也越来越高，皇帝和贵族自然而然地产生了两种奢望：第一是希望掌握更多的财富，供他们享乐；第二，当他们有了巨大的财富以后，总希望永远享用下去。于是，便有了长生不老的愿望。例如，秦始皇统一中国以后，便迫不及待地寻求长生不老药，不但让徐福等人出海寻找，还召集了一大帮方士(炼丹家)日日夜夜为他炼制丹砂——长生不老药。炼金家想要点石成金(即用人工方法制造金银)。他们认为，可以通过某种手段把铜、铅、锡、铁等贱金属转变为金、银等贵金属。像希腊的炼金家就把铜、铅、锡、铁熔化成一种合金，然后把它放入多硫化钙溶液中浸泡。于是，在合金表面便形成了一层硫化锡，它的颜色酷似黄金(现在，金黄色的硫化锡被称为金粉，可用作古建筑等的金色涂料)。这祥，炼金家主观地认为“黄金”已经炼成了。实际上，这种仅从表面颜色而不从本质来判断物质变化的方法，是自欺欺人。他们从未达到过“点石成金”的目的。虔诚的炼丹家和炼金家的目的虽然没有达到，但是他们辛勤的劳动并没有完全白费。他们长年累月置身在被毒气、烟尘笼罩的简陋的“化学实验室”中，应该说是第一批专心致志地探索化学科学奥秘的“化学家”。他们为化学学科的建立积累了相当丰富的经验和失败的教训，甚至总结出一些化学反应的规律。例如中国炼丹家葛洪从炼丹实践中提出：“丹砂(硫化汞)烧之成水银，积变(把硫和水银二者放在一起)又还成(交成)丹砂。”这是一种化学变化规律的总结，即“物质之间可以用人工的方法互相转变”。炼丹家和炼金家夜以继日地在做这些最原始的化学实验，必定需要大批实验器具，于是，他们发明了蒸馏器、熔化炉、加热锅、烧杯及过滤装置等。他们还根据当时的需要，制造出很多化学药剂、有用的合金或治病的药，其中很多都是今天常用的酸、碱和盐。为了把试验的方法和经过记录下来，他们还创造了许多技术名词，写下了许多著作。正是这些理论、化学实验方法、化学仪器以及炼丹、炼金著作，开挖了化学这门科学的先河。从这些史实可见，炼丹家和炼金家对化学的兴起和发展是有功绩的，后世之人决不能因为他们“追求长生不老和点石成金”而嘲弄他们，应该把他们敬为开拓化学科学的先驱。因此，在英语中化学家(chemist)与炼金家(alchemist)两个名词极为相近，其真正的含义是“化学源于炼金术”。二、创建近代化学理论——探索物质结构世界是由物质构成的，但是，物质又是由什么组成的呢？最早尝试解答这个问题的是我国商朝末年的西伯昌(约公元前1140 年)，他认为：“易有太极，易生两仪，两仪生四象，四象生八卦。”以阴阳八卦来解释物质的组成。约公元前1400 年，西方的自然哲学提出了物质结构的思想。希腊的泰立斯认为水是万物之母；黑拉克里特斯认为，万物是由火生成的；亚里士多德在《发生和消灭》一书中论证物质构造时，以四种“原性”作为自然界最原始的性质，它们是热、冷、干、湿，把它们成对地组合起来，便形成了四种“元素”，即火、气、水、土，然后构成了各种物质。上面这些论证都未能触及物质结构的本质。在化学发展的历史上，是英国的波义耳第一次给元素下了一个明确的定义。他指出：“元素是构成物质的基本，它可以与其他元素相结合，形成化合物。但是，如果把元素从化合物中分离出来以后，它便不能再被分解为任何比它更简单的东西了。”波义耳还主张，不应该单纯把化学看作是一种制造金属、药物等从事工艺的经验性技艺，而应把它看成一门科学。因此，波义耳被认为是将化学确立为科学的人。人类对物质结构的认识是永无止境的，物质是由元素构成的，那么，元素又是由什么构成的呢？1803 年，英国化学家道尔顿创立的原子学说进一步解答了这个问题。原子学说的主要内容有三点：1．一切元素都是由不能再分割和不能毁灭的微粒所组成，这种微粒称为原子；2．同一种元素的原子的性质和质量都相同，不同元素的原子的性质和质量不同；3．一定数目的两种不同元素化合以后，便形成化合物。原子学说成功地解释了不少化学现象。随后意大利化学家阿佛加德罗又于1811 年提出了分子学说，进一步补充和发展了道尔顿的原子学说。他认为，许多物质往往不是以原子的形式存在，而是以分子的形式存在，例如氧气是以两个氧原子组成的氧分子，而化合物实际上都是分子。从此以后，化学由宏观进入到微观的层次，使化学研究建立在原子和分子水平的基础上。三、现代化学的兴起19 世纪末，物理学上出现了三大发现，即X 射线、放射性和电子。这些新发现猛烈地冲击了道尔顿关于原子不可分割的观念，从而打开了原子和原子核内部结构的大门，揭露了微观世界中更深层次的奥秘。热力学等物理学理论引入化学以后，利用化学平衡和反应速度的概念，可以判断化学反应中物质转化的方向和条件，从而开始建立了物理化学，把化学从理论上提高到了一个新的水平。在量子力学建立的基础上发展起来的化学键(分子中原子之间的结合力)理论，使人类进一步了解了分子结构与性能的关系，大大地促进了化学与材料科学的联系，为发展材料科学提供了理论依据。化学与社会的关系也日益密切。化学家们运用化学的观点来观察和思考社会问题，用化学的知识来分析和解决社会问题，例如能源危机、粮食问题、环境污染等。化学与其他学科的相互交叉与渗透，产生了很多边缘学科，如生物化学、地球化学、宇宙化学、海洋化学、大气化学等等，使得生物、电子、航天、激光、地质、海洋等科学技术迅猛发展。化学也为人类的衣、食、住、行提供了数不清的物质保证，在改善人民生活，提高人类的健康水平方面作出了应有的贡献。现代化学的兴起使化学从无机化学和有机化学的基础上，发展成为多分支学科的科学，开始建立了以无机化学、有机化学、分析化学、物理化学和高分子化学为分支学科的化学学科。化学家这位“分子建筑师”将运用善变之手，为全人类创造今日之大厦、明日之环宇。2．元素发现史上的两次奇迹及科学方法研究陕西省渭南师范专科学校化学系张文根化学发展史上，从个人发现新元素的数量方面讲，出现过两次奇迹。值得研究的是，两次奇迹基本上都采用了类似的科学研究方法。1．戴维与新元素的发现英国化学家戴维(H·Davy，1778～1829)出生于木刻匠家庭，从小就喜爱化学实验。他曾用自己的身体试验氧化亚氮(笑气)气体的毒性，发现其麻醉性，使医学外科手术发生了重大改途；他还发明了安全矿灯，解决了因火焰引起的瓦斯爆炸，对19 世纪欧洲煤矿的安全开采做出了有益的贡献。但是，他一生最辉煌的成就莫过于新元素的发现。1799 年，意大利物理学家伏特(A·Volta)发现了金属活动顺序，并应用其发明了伏特电池。次年，英国化学家尼科尔森(W．Nicholson)和卡里斯尔(A·Carlisle)利用伏特电池成功地分解了水。从此，电在化学研究中的应用引起了科学家的广泛关注。1806 年，戴维对前人有关电的研究进行了总结，预言这种手段除可以把水分解为氢气和氧气外，还可能分解其他物质，这一科学思想使他把电与物质组成联系起来，从而导致了一系列新元素的发现。1777 年之前，对于碱类和碱土类物质的化学成分，人们普遍认为具有元素性质，是不能再分解的。法国化学家拉瓦锡(A·L·Lavoisier)创立氧化理论之后，则认为这两类物质都可能是氧化物。1807 年，戴维决心用实验来证实拉瓦锡的见解，同时也想验证一下自己预言的正确性。最初他用苛性钾或苛性钠的饱和溶液实验，发现碱没有变化，只和水电解结果一样。通过分析，他认为应该排除水这个干扰因素。于是改用熔融苛性钾，结果发现阴极白金丝周围出现了燃烧更旺的火焰，说明由于加热温度过高，分解出的产物立刻又被燃烧了。后来他换用碳酸钾并通以强电流，但阴极上出现的金属颗粒还是很快被烧掉了。最后，他总结教训，在密闭坩埚内电解熔融苛性钾，终于拿到了一种银白色金属，并进行性质实验，发现在水中能剧烈反应，出现淡紫色火焰，显然是该金属与水作用放出氢气的结果。山此，戴维判断这是一种新金属，取名为钾。不久，他又从苛性苏打中电解出了金属钠。次年，用同样方法，他从苦土(MgO)、石灰、菱锶矿(SrCO3)和重晶石(BaCO3)中分别又发现了新元素镁、钙、锶和钡。1807 年12 月，尽管当时英法两国正进行着战争，法国皇帝拿破仑仍然颁发勋章，以嘉奖戴维的卓越成就。但是，戴维并没有因此骄傲起来。金属钾被发现以后，他由该金属可从水中分解出氢气受到后发，认为钾也应该能够分解其他物质。于是在1808 年，他将钾与无水硼酸混合，在铜管中加热，得到了青灰色的非金属硼。这样，不到两年，戴维就发现了7 种新元素。如果加上他1810 年和1813 年确定的氯元素和碘元素，戴维一生发现和确认的元素就有9 种。这一成就在他去逝之前的52 个元素发现史上，无人能与其媲美。2．西博格与新元素的合成美国化学家西博格(G．T．Seeborg，1912～)的家庭境况和戴维差不多。依靠打工，他读完了高中和大学，并以出色的学习成绩，获得了著名科学家路易斯的赏识，随后便成为路易斯的得力助手和合作者，完成了许多重要研究。他热爱化学和物理学，决心在核化学领域做出非凡成绩。本世纪初，电子、X 射线和放射性的发现，打开了原子不可分的大门。1929 年，美国物理学家劳伦斯(E．O．Lawrence)在加利福尼亚大学发明■计出了回旋粒子加速器，从而取得了大大提高轰击粒子动能的手段，使新元素不断被发现和合成，仅1934 年至1937 年就有二百多种人工放射性同位素出现。到1939 年，在92 号铀元素之前，只剩下61 号和85号两个空位了。所以，人们已不在关心元素周期表中的空格补缺，而将精力转移到铀后面元素的发现和合成上。3．金刚石的老知识和新知识吴国庆(北京师范大学化学系100875)早在1879 年，SmithsonTennant 已经发现，金刚石燃烧的产物是碳的氧化物，故金刚石是碳的单质。1913 年，Bragg 父子用X-衍射实验测定了金刚石的晶体结构。证实通常的天然金刚石属于立方晶系，其晶胞为面心立方，一个晶胞里有8 个碳原子(一个点阵点为两个碳原子)。每个碳原子周围有四十呈四面体排列的碳原子，健长为154pm。然而应当指出，在殒石里发现的金刚石却是六方晶系的。两种晶体的差别不在于碳原子的杂化类型(sp3)，而在于排列方式不同引起晶体的对称性不同。金刚石被人类当作宝石而珍藏，据说已有3000 年的历史。经过琢磨的金刚石称为钻石，它密度大(3.51g·cm-3)，是已知物质中最坚硬的(莫氏硬度10)；它对光的透明度好，折射率高，琢磨适当的钻石能反射出更多的光而显得格外耀眼；高色散性还使钻石有‘光彩’，这是白光被钻石色散成单色光所致。金刚石的色散值是天然宝石里最高的。利用色散值的差别可以把金刚石跟很象它的锆石(ZrsiO4)区分开来。天然金刚石有的无色，有的则呈美而的蓝、黄、棕、绿等色，还有的呈黑色。理论研究证实，纯净的金刚石应当是无色的。它可以透过各种不同波长的光(包括红外和紫外)。这是因为把金刚石晶体里的电子从基恣激发到最低能量的激发恣需要5.4电子伏特的能量，远大于可见光的能量(1.7—3.10电子伏特)。当金刚石里掺杂氮，能量从原来的5.4 降到2.2 左右，随氮原子的含量的增高，由于热运动引起的氮能级的宽度的差别，吸收不同波长的可见光，呈现黄(C/N=105：1)、绿(C/N=103：1)色，氮原子继续增多，所有可见光都会被吸收掉，便得到黑色的金刚石。在好长一个时期里，人们认为蓝色的金刚石是由于其中掺杂铝引起的。后来经美国通用电气公司的实验室证实，金刚石的蓝色是由其中不到百万分之一的硼引起的。他们发现，蓝色的金刚石是有导电性的。这可以解释为：硼原子的存在可以使碳的价带电子进入硼(受主)能级而在价帝里留下空穴，引起空穴导电。而铝的掺杂不可能有这种性质。金刚石的颜色还可因掺杂原子引起所谓的“色心”(又称F 心)而引起。这类金刚石的颜色会因加热、辐照而改交，有的还有荧光。习惯上钻石的质量按克拉(1 克拉等于200 毫克)计算。一颗钻石，超过10 克拉，就已很稀罕很珍贵了。至今最大的一颗金刚石是1906 年开采出来的‘非洲之星’，3025 克拉。世界上最大的一颗钻石则是称为‘蒙兀儿大帝’的，加工前重780 克拉。人们梦想合成金刚石已经有很长的历史了。这种梦想的推动力一开始就是为了人工造出珍贵的钻石。因为天然的金刚石太少了。地球化学研究证实，自然界里的碳只有当熔化的岩百在3 万个大气压的高压下，才能以金刚石的方式结晶出来，有时生成金刚石的压力竟高到60000 个大气压。这样大的压力只有在地面下60—100 公里的深外才存在，从这样深的地方翻到地秃表层来的岩石太少了。开采金刚石需要很大的投资。那种从地表找到一颗金刚石的机会是极其稀少的。而开采出来的天然金刚12 石，只有很少就其质量而言可以加工成钻石，多数是灰色或黑色的。并不透明，有的内部夹杂有石墨，无法琢磨出钻石。最早尝试人工合成金刚石的报导在1880 年。而第一个宣称合成金刚石的是著名的法国实验化学家莫瓦桑(H·Moissan)。他以当时已有的化学知识预计，尚未制得的单质氟的化学性质极其活泼，若用它来及其迅猛地夺取碳氢化台物里的氢，就有可能把余留下的碳转变成金刚石。结果，他费了数年的光阴，克服了重重困难，真的制出了活泼的氟，取得了同的代人不可多得的巨大成就(他因此以及由此开拓的氟化学而得到诺贝尔奖金)。然而，当他实施氟和烃类的反应时，既使是在超低温下，也以猛烈的爆炸告终，一无所得。惨重的失败并未动摇过莫瓦桑人工制造金刚石的信念。后来，他从地球化学家那里得知了自然界石墨转化成金刚石的高温高压的条件，便设计了一种模拟天然过程的用石墨造金刚石的实验。他把石墨溶进熔融的铁，然后令铁急速地冷却。企图通过液恣的铁转化成固态的铁时产生的巨大内压，把石墨转化成金刚石。这种想法，粗想起来是蛮有道理的。因而莫瓦桑叫他的学生们，一次又一次地把这种实验得到的产品用无机酸把铁溶解掉，从黑乎乎的固恣残渣里寻找金刚石。后来，‘真的’从中发现了透明的“金刚石”。其中一颗被命名为法国卢浮宫里的著名钻石——摄政王同名的金刚石至今仍然在莫瓦桑的实验室里展览。莫瓦桑曾经两度在报上发表他已成功地制得金刚石。鉴于莫瓦桑的崇高威信，一时间引起了全球的轰动，穷人为之欢呼雀跃，富人为之垂头丧气。后来虽有著名氟化学家O·Ruff 在1915 年以及Parsons 在1920年宣称重复了莫瓦桑的实验制得了金刚石，却始终不能拿出足以令人信服的证据。到本世纪50 年代，有人从理论上论证了金刚石在高温高压下生成的临界条件，根本地否定了莫瓦桑设计的实验取得成功的可能性。据说，莫瓦桑的人造金刚石是他的学生被逼得无奈，投进酸洗后的黑色残渣里的天然金刚石。也有人报导，莫瓦桑得到的只是碳化硅或尖晶石(MgAl2O4)。首先在理论上计算合成金刚石的热力学条件的是R·Berman。简单地说，他的计算就是建立石墨转化为金刚石相图。计算的结果是：如果以温度为横坐标，压力为纵坐标，可以在图上划出一条由左下方向右上方延伸的近似的直线，在直线的下方是石墨的稳定区(对金刚石则是热力学的介稳区)，在直线的上方则是金刚石的稔定区(对石墨则力介稳区)。若温度和压力正好外于直线上则是金刚石和石墨的平衡转化点。这张图表明，例如在1200—1500K 的温度范围内，要使石墨转化为金刚石的压力需要达到4.3×109-5.2×109Pa(4—5 万大气压)。值得指出的是，在教学讨论中，我们常常发现有人误解高温对合成金刚石的作用。应当注意，根据上述的石墨转化为金刚石的相图，如前所述，相平衡线的斜率是正值。这就是说，反应温度越高，需要的压力也就越高。若单考虑温度，结论应当是：(就热力学而言)温度越高，石墨越不容易转化为金刚石。这也可以从只考虑温度不考虑压力的Gibbs—Helmholtz 方程(△G=△H-T△S)看出。标恣下石黑转化为金刚石是吸热反应(△H＞0)，熵变△S＜0(∴-T△S＞0)，因此温度越高，石墨转化为金刚石的自由能越大，即自发趋势越小。加压有利于转化是不难理解的。这是由于石墨的密度比金刚石的小，转化是体积减小的过程。因此，转化反应所需的高温只是为了提高速度。事实上，在高温高压下合成金刚石也是需要催化剂的。无催化剂时，石墨直接转化为金刚石的实验条件是2700℃，13GPa；利用Ni—Co—Fe 合金加入少量的硫、钛、铝等，可使转化温度降到950℃，压力降到4GPa。金属为什么能够催化石墨转化为金刚石的反应？这是一个引人入胜的问题。在已经提出的理论中有两种十分形象。一种是金属的表面作用的理论：金属镍属于面心立方晶体。镍原子的二维密置层的法线方向是立方晶胞的对角13 线方向，在晶体学上称为(111)方向，而每个镍原子周围有6 个镍原子的二维密置层则称为(111)面。面上的镍原子形成的正三角形的边长为249pm，跟石墨的二维面上的碳原子形成的三角形的边长(246pm)十分接近。当金属镍的表面正好是(111)面而又正好对着石墨的二维平面肘，镍原子便和碳原子之间一对一地形成化学键(石墨的碳原子的与二维平面垂直的2pz 轨道里的单电子进入镍原子的只有单电子的3d轨道)，结果把石墨的二维平面上的半数碳原子拉向镍的表面，在高压下，石墨的层间距从335pm 被压缩，从而使碳原子的杂化类型由sp2 转化为sp3(见图1)。铁、钴、镍及其合金的晶体结构相似，因此都是石墨转化为金刚石的催化剂。另一种理论认为石墨中的碳原子可以单个地进入金属原子之间的四面体空隙，并在金属原子的作用下使其原子轨道杂化成sp3，碳原子通过扩散遇到另一碳原子形成金刚石。图1 石墨在金属表面原子的作用下转化为金刚石50 年代初，在美国和瑞典成立了两个人造金刚石的研究小组，分别在1954 和1953 年合成了金