电化学加工论文

电化学加工论文

　　特种加工技术论文篇二
　　特种加工技术的研究与应用

　　摘要：本文论述了特种加工技术的产生和发展，并就快速成型加工、超声加工、电子束和离子束加工以及激光加工进行展开阐述，讨论了各个加工方法的工艺原理和在生产实践中的具体应用。最后，对特种加工技术的发展方向进行了展望。

　　关键词：特种加工;快速成型技术;超声加工;电子束和离子束加工;激光加工

　　1.特种加工技术的产生和发展

　　机械加工作为一种有着悠久历史的加工方法，对人类的物质文明和生产活动起到了极大的推动作用。对于工业部门而言，设计出来的零件或者机器必须依赖于加工方法来实现，如果没有行之有效的加工方法，再好的设计思路也无法转化为产品。例如18世纪70年代就有人发明了蒸汽机，但是由于当时的生产设备制造不出有着较高精度和配合要求的蒸汽机气缸，所以一直无法生产出可以正常工作的蒸汽机[1]。直到气缸镗床的出现，才解决了这一生产上的难题，使得蒸汽机获得了广泛的应用，引起了第一次工业革命。因此，我们可以发现，加工方法对于设计思想的实现和社会经济的发展起着多么重大的作用。

　　随着生产的发展和科学实验的需要，对于产品的要求越来越高，未来的技术产品向着高精度、高速度、重载、高温高压、小型化和高可靠性等方向发展，为了实现这些新的要求，就需要使用新材料和新结构，因此，对机械制造部门也提出了很多新的要求。特种加工正是在这种强烈的社会需求下产生和发展起来的，而它所具有的优于传统机械加工的特点又进一步促使人们对它进行研究和应用，因此，到目前为止，特种加工技术已经有了很多种类，所能达到的加工精度和生产效率也越来越高。可以说，特种加工技术已经成为现代机械制造行业必不可少的一种加工方法。

　　传统的机械加工利用机械能和切削力对金属进行加工，而特种加工主要利用电能、化学能、光能、声能和热能等能量来去除金属，因此特种加工技术可以用来加工各种高硬度、高强度、高脆性和高韧性的金属或者非金属材料。由于特种加工采用广义上的刀具，例如激光、超声波、电子束和离子束等，所以易于实现加工过程的全自动化，这对于现代化生产的组织和管理有着很重要的意义。

　　从1943年前苏联鲍﹒洛﹒拉扎林柯夫妇开始研究火花放电腐蚀开关触点的现象开始，特种加工技术已经经历了六十多年的发展。目前，很多特种加工方法都已经发展成熟，例如电火花加工、电火花线切割加工、电化学加工和激光加工等。现在，人们也研究了将特种加工的理论应用于传统的机械加工方法中去的复合加工方法，如振动切削和振动铣削。由于特种加工技术尤其适用于对难加工材料、复杂型面和精密微细表面的加工，所以特种加工有很大的适用性和发展潜力，在刀具、模具、量具、仪器仪表、航天器和微电子元器件等制造中得到越来越广泛的应用。在未来，特种加工将向着提高加工精度和表面质量、提高生产效率和自动化程度、发展复合加工和超精密加工等方向发展。

　　2.快速成型技术

　　快速成型技术(RP)是一种增材加工方法，主要用来制造样件，从而可以对新产品的设计进行快速评估、修改和功能实验，能够较大地缩短产品的研制周期。快速成型技术集机械工程、CAD、数控技术、激光技术和材料科学技术于一体，易于实现生产过程的自动化，且高效便捷，因此这种样件制造工艺日益在生产实践中获得应用。按照快速成型技术使用的材料和工艺原理，可以分为四种类型：光敏树脂液相固化成型法(SL)、选择性激光粉末烧结成型(SLS)、薄片分层叠加成型(LOM)、熔丝堆积成型(FDM)。

　　3.超声加工技术

　　频率超过16000Hz的声波称为超声波，它是一种纵波，能够传递很强的能量，且当它经过液体介质传播时，会产生液压冲击现象。超声加工技术(USM)利用工具端面作超声频振动，通过磨料悬浮液使得磨粒在超声振动的作用下产生机械撞击、抛磨作用以及超声空化作用来加工脆硬材料。由于超声加工技术的工艺原理和特点，超声加工有很多特殊的应用。例如加工深小孔、拉丝模及型腔模具研磨抛光、对难加工材料的加工、超声振动切削、超声电解复合加工、超声电火花复合加工、超声清洗、超声切割等。超声加工技术与新材料的发展是相辅相成的，在未来，超声加工一定会有更多的应用和发展。

　　4.电子束和离子束加工

　　电子束加工(EBM)利用能量密度极高的电子束，以极高的速度冲击工件表面，使动能大部分转化为热能，使得被冲击的工件材料局部熔化和气化，从而达到改变被加工工件材料表面物理化学性质和形状尺寸位置的目的。电子束加工装置包括电子枪、真空系统、控制系统和电源，电子束是由钨或钽制成的发射阴极在加热状态下得到的。由于电子束加工的工艺原理和特点，EBM技术可以用来加工型孔和特殊表面、刻蚀、焊接、热处理以及电子束光刻等。

　　离子束加工(IBM)利用具有较高能量的离子束射到材料表面时所发生的撞击效应、溅射效应和注入效应来进行不同的加工。由于离子束轰击材料是逐层去除原子，所以可以达到纳米级的加工精度。离子束加工按其工艺原理和目的的不同可以分为三种：用于从工件上去除材料的刻蚀加工、用于给工件表面涂覆的镀层加工以及用于表面改性的离子注入加工。由于电子束和离子束易于实现精确的控制，所以可以实现加工过程的全自动化，但是电子束和离子束的聚焦、偏转等方面还有许多技术问题尚待解决。

　　5.激光加工

　　激光技术起始于20世纪60年代，可用于打孔、切割、焊接、热处理以及激光存储等方面。激光的产生源自物质的受激辐射，即某些具有亚稳态能级结构的物质，在一定外来光子能量的激发下，产生所谓的粒子束反转现象，在粒子束反转的状态下，如果有一束能量等于基态与亚稳态能量之差的光子照射该物质，就会产生受激辐射，输出大量的光能。由于激光具有强度高、单色性好、相干性好和方向性好等特点，因此几乎可以用来加工任何材料。目前常用的激光器有固体激光器(红宝石激光器、铷玻璃激光器和掺铷钇铝石榴石激光器)和气体激光器(二氧化碳激光器和氩离子激光器)，在生产实践中，对影响激光加工的各个因素还需要进行更加深入的研究，以便更加充分地利用激光加工技术。

　　6.结束语

　　近年来，随着新材料、新结构、复杂型面零件、特殊要求零件的需求越来越大，特种加工技术得到了越来越广泛的应用，在未来，随着机电控制技术的进一步提高，特种加工技术将会更加趋于自动化，充分利用计算机技术，可以使得特种加工向着自动化和柔性化方向发展[2]。而在未来，特种加工技术将越来越多的应用于精密微细加工、复合加工和绿色加工。

　　参考文献

　　[1]刘晋春，白基成，郭永丰.特种加工[M]，北京：机械工业出版社，2011：1～6.

　　[2]王杰，樊军，等.特种加工技术的新进展[J]，轻工机械，2008，26(4)：5～7.

　　
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关于电子技术论文300字

现代电力电子技术浅探
电力电子技术是研究采用电力电子器件实现对电能的控制和变换的科学，是介于电气工程三大主要领域--电力、电子和控制之间的交叉学科，在电力、工业、交通、航空航天等领域具有广泛的应用。电力电子技术的应用已经深入到工业生产和社会生活的各个方面，成为传统产业和高新技术领域不可缺少的关键技术，可以有效地节约能源。
一、电力电子技术的发展
现代电力电子技术的发展方向,是从以低频技术处理问题为主的传统电力电子学,向以高频技术处理问题为主的现代电力电子学方向转变。电力电子技术起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代,并促进了电力电子技术在许多新领域的应用。八十年代末期和九十年代初期发展起来的、以功率MOSFET和IGBT为代表的、集高频、高压和大电流于一身的功率半导体复合器件,表明传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代。
1、整流器时代
大功率的工业用电由工频(50Hz)交流发电机提供,但是大约20%的电能是以直流形式消费的,其中最典型的是电解(有色金属和化工原料需要直流电解)、牵引(电气机车、电传动的内燃机车、地铁机车、城市无轨电车等)和直流传动(轧钢、造纸等)三大领域。大功率硅整流器能够高效率地把工频交流电转变为直流电,因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶闸管的开发与应用得以很大发展。当时国内曾经掀起了-股各地大办硅整流器厂的热潮,目前全国大大小小的制造硅整流器的半导体厂家就是那时的产物。
2、逆变器时代
七十年代出现了世界范围的能源危机,交流电机变频惆速因节能效果显著而迅速发展。变频调速的关键技术是将直流电逆变为0~100Hz的交流电。在七十年代到八十年代,随着变频调速装置的普及,大功率逆变用的晶闸管、巨型功率晶体管(GTR)和门极可关断晶闸管(GT0)成为当时电力电子器件的主角。类似的应用还包括高压直流输出,静止式无功功率动态补偿等。这时的电力电子技术已经能够实现整流和逆变,但工作频率较低,仅局限在中低频范围内。
3、变频器时代
进入八十年代,大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展,为现代电力电子技术的发展奠定了基础。将集成电路技术的精细加工技术和高压大电流技术有机结合,出现了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的问世,导致了中小功率电源向高频化发展,而后绝缘门极双极晶体管(IGBT)的出现,又为大中型功率电源向高频发展带来机遇。MOSFET和IGBT的相继问世,是传统的电力电子向现代电力电子转化的标志。据统计,到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半导体器件市场上已达到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在电力电子领域巳成定论。新型器件的发展不仅为交流电机变频调速提供了较高的频率,使其性能更加完善可靠,而且使现代电子技术不断向高频化发展,为用电设备的高效节材节能,实现小型轻量化,机电一体化和智能化提供了重要的技术基础。
二、电力电子技术的应用
1、一般工业
工业中大量应用各种交直流电动机。直流电动机有良好的调速性能，给其供电的可控整流电源或直流斩波电源都是电力电子装置。近年来，由于电力电子变频技术的迅速发展，使得交流电机的调速性能可与直流电机相媲美，交流调速技术大量应用并占据主导地位。大至数千kW的各种轧钢机，小到几百W的数控机床的伺服电机，以及矿山牵引等场合都广泛采用电力电子交直流调速技术。一些对调速性能要求不高的大型鼓风机等近年来也采用了变频装置，以达到节能的目的。还有些不调速的电机为了避免起动时的电流冲击而采用了软起动装置，这种软起动装置也是电力电子装置。电化学工业大量使用直流电源，电解铝、电解食盐水等都需要大容量整流电源。电镀装置也需要整流电源。电力电子技术还大量用于冶金工业中的高频、中频感应加热电源、淬火电源及直流电弧炉电源等场合。
2、交通运输
电气化铁道中广泛采用电力电子技术。电气机车中的直流机车中采用整流装置，交流机车采用变频装置。直流斩波器也广泛用于铁道车辆。在未来的磁悬浮列车中，电力电子技术更是一项关键技术。除牵引电机传动外，车辆中的各种辅助电源也都离不开电力电子技术。电动汽车的电机靠电力电子装置进行电力变换和驱动控制，其蓄电池的充电也离不开电力电子装置。一台高级汽车中需要许多控制电机，它们也要靠变频器和斩波器驱动并控制。飞机、船舶需要很多不同要求的电源，因此航空和航海都离不开电力电子技术。如果把电梯也算做交通运输，那么它也需要电力电子技术。以前的电梯大都采用直流调速系统，而近年来交流变频调速已成为主流。

3、电力系统
电力电子技术在电力系统中有着非常广泛的应用。据估计，发达国家在用户最终使用的电能中，有60%以上的电能至少经过一次以上电力电子变流装置的处理。电力系统在通向现代化的进程中，电力电子技术是关键技术之一。可以毫不夸张地说，如果离开电力电子技术，电力系统的现代化就是不可想象的。直流输电在长距离、大容量输电时有很大的优势，其送电端的整流阀和受电端的逆变阀都采用晶闸管变流装置。近年发展起来的柔性交流输电(FACTS)也是依靠电力电子装置才得以实现的。无功补偿和谐波抑制对电力系统有重要的意义。晶闸管控制电抗器(TCR)、晶闸管投切电容器(TSC)都是重要的无功补偿装置。近年来出现的静止无功发生器(SVG)、有源电力滤波器(APF)等新型电力电子装置具有更为优越的无功功率和谐波补偿的性能。在配电网系统，电力电子装置还可用于防止电网瞬时停电、瞬时电压跌落、闪变等，以进行电能质量控制，改善供电质量。
在变电所中，给操作系统提供可靠的交直流操作电源，给蓄电池充电等都需要电力电子装置。
4、电子装置用电源
各种电子装置一般都需要不同电压等级的直流电源供电。通信设备中的程控交换机所用的直流电源以前用晶闸管整流电源，现在已改为采用全控型器件的高频开关电源。大型计算机所需的工作电源、微型计算机内部的电源现在也都采用高频开关电源。在各种电子装置中，以前大量采用线性稳压电源供电，由于高频开关电源体积小、重量轻、效率高，现在已逐渐取代了线性电源。因为各种信息技术装置都需要电力电子装置提供电源，所以可以说信息电子技术离不开电力电子技术。
5、家用电器
照明在家用电器中占有十分突出的地位。由于电力电子照明电源体积小、发光效率高、可节省大量能源，通常被称为“节能灯”，它正在逐步取代传统的白炽灯和日光灯。变频空调器是家用电器中应用电力电子技术的典型例子。电视机、音响设备、家用计算机等电子设备的电源部分也都需要电力电子技术。此外，有些洗衣机、电冰箱、微波炉等电器也应用了电力电子技术。电力电子技术广泛用于家用电器使得它和我们的生活变得十分贴近。
6、其他
不间断电源(UPS)在现代社会中的作用越来越重要，用量也越来越大，在电力电子产品中已占有相当大的份额。航天飞行器中的各种电子仪器需要电源，载人航天器中为了人的生存和工作，也离不开各种电源，这些都必需采用电力电子技术。传统的发电方式是火力发电、水力发电以及后来兴起的核能发电。能源危机后，各种新能源、可再生能源及新型发电方式越来越受到重视。其中太阳能发电、风力发电的发展较快，燃料电池更是备受关注。太阳能发电和风力发电受环境的制约，发出的电力质量较差，常需要储能装置缓冲，需要改善电能质量，这就需要电力电子技术。当需要和电力系统联网时，也离不开电力电子技术。为了合理地利用水力发电资源，近年来抽水储能发电站受到重视。其中的大型电动机的起动和调速都需要电力电子技术。超导储能是未来的一种储能方式，它需要强大的直流电源供电，这也离不开电力电子技术。核聚变反应堆在产生强大磁场和注入能量时，需要大容量的脉冲电源，这种电源就是电力电子装置。科学实验或某些特殊场合，常常需要一些特种电源，这也是电力电子技术的用武之地。以前电力电子技术的应用偏重于中、大功率。现在，在1kW以下，甚至几十W以下的功率范围内，电力电子技术的应用也越来越广，其地位也越来越重要。这已成为一个重要的发展趋势，值得引起人们的注意。
总之，电力电子技术的应用范围十分广泛。从人类对宇宙和大自然的探索，到国民经济的各个领域，再到我们的衣食住行，到处都能感受到电力电子技术的存在和巨大魅力。这也激发了一代又一代的学者和工程技术人员学习、研究电力电子技术并使其飞速发展。电力电子装置提供给负载的是各种不同的直流电源、恒频交流电源和变频交流电源，因此也可以说，电力电子技术研究的也就是电源技术。电力电子技术对节省电能有重要意义。特别在大型风机、水泵采用变频调速方面，在使用量十分庞大的照明电源等方面，电力电子技术的节能效果十分显著，因此它也被称为是节能技术。

化学工程建设毕业论文论文

化学工程技术是支持各类有关化学工程的理论性基础,是一项十分复杂的科学研究。下面是我为大家整理的化学工程建设 毕业 论文论文，供大家参考。

《 能源化学工程专业建设研究 》

摘要:2010年 教育 部批准设置能源化学工程等首批战略性新兴产业专业。国内能源化学工程专业建设刚刚起步，课程体系建构、人才培养模式尚不完善。本文结合安徽理工大学能源化学工程专业建设中专业课程体系尤其是专业实践模块，以及能源化学工程专业建设中存在的一系列问题作一些探讨。以期为能源化学工程专业的发展提供一些借鉴。

关键词:能源化学工程;培养目标;课程体系;人才培养模式

1能源化学工程专业的产生

随着世界经济的不断发展，人类社会对能源的需求越来越多。能源问题成为21世纪人类面临的最基本问题。长远来看，在全世界范围内，一次能源仍将占主要地位。但随着时间的推移，一次能源逐渐消耗殆尽，煤、石油和天然气等含碳能源的洁净、高效利用，太阳能、风能、地热能、生物质能、潮汐能等具有清洁、低碳、可再生等优势的新能源的开发利用将成为未来世界经济可持续发展的关键[1]。能源化学工程(EnergyChemicalEngineering)作为一个全新的专业应运而生。安徽理工大学化学工程学院化学工程系根据自身化学工程与工艺(煤化工方向)专业优势，仅仅依托煤化工，但又不局限于煤化工，涵盖燃料电池、生物质能、电化学、生物柴油、环境化工等丰富内容，于2011年新增加能源化学工程专业。关于能源化学工程专业本科生课程体系建构、人才培养模式正处于不断探索和完善中。

2能源化学工程专业的培养目标

能源化学作为化学的一门重要分支学科，是掌握煤炭综合利用，了解非煤矿物能源，普及新能源和可再生能源知识、实现能源科学利用和可持续发展的重要科学技术基础。它利用化学与化工的理论与技术来解决能量转换、能量储存及能量传输问题，以更好地为人类经济和社会生活服务。化学变化都伴随着能量的变化，而能源的使用实质就是能量形式发生转化的过程。能源化学因其化学反应直接或者通过化学制备材料技术间接实现能量的转换与储存[2-8]。能源化学工程属于一个全新的专业，之前仅在化学工程与工艺专业里涵盖过一点，主要关注怎么利用能源、对大自然造成较少的伤害。主要研究方向:能源清洁转化、煤化工、环境催化、绿色合成、新能源利用与化学转化环境化工。

如今上升到一个全新的专业独立出来，可见其重要程度。专业人才培养目标的制定应建立在对专业深入分析和了解的基础上并结合国情、校情，能源化学工程专业人才培养目标也不例外[9-10]。考虑到安徽省淮南市是历史悠久的煤炭城市，再结合安徽理工大学化学工程学院化学工程系专业的办学特色，考虑专业发展与社会进步对人才的客观、合理的要求。我们在制定本专业的培养目标时，强调“厚基础、宽专业、高素质”，力求培养出具有良好科学素养、基础扎实、知识面宽，同时具有创新精神和国际视野的高级专门应用型人才[11-12]。

学生具有了扎实的化学化工基础知识和能源化学工程专业知识就能够快速适应涉及化学、化工、传统和新能源加工等领域的相关工作。具备在煤炭行业、电力行业、石油石化行业、生物质转化利用行业从事低碳能源清洁化、可再生能源利用以及能源高效转化、化工用能评价等领域进行科学研究、生产设计和技术管理等工作。我们培养的毕业生工作领域包括:煤化工行业、天然气化工行业、电厂化工综合利用行业、生物质能源化工行业、固体废物综合处理行业、石油加工行业、石油化工行业、催化剂生产和研发行业。可以在这些行业从事设计、科学研究、技术管理等工作或继续深造[13-16]。

3能源化学工程专业课程体系

除了公共基础课程、学科专业必修课程，立足能源城淮南市，依托安徽理工大学化学工程学院化学工程系的特色开设特色专业核心课程(如，能源化工导论、化学反应工程、化工热力学、化工分离工程、煤化学、工业催化I、能源化工工艺学、化工过程分析与合成、化工过程控制、化工设计基础)以及特色专业任选课(如，煤气化工艺学、煤基合成燃料、生物质能源及化工、燃烧工程、燃料电池、现代仪器分析、电化学工程、膜科学技术过程与原理、基本有机化工工艺、废弃物处理与资源化、环境化工、化工 专业英语 )。此外专业实践模块本系能源化学工程专业开设的专业基础实验-《煤化学及工艺学实验》，包含实验项目:煤样的制备、煤样的粒度分析、煤样堆积密度的测定;煤中水分、灰分、挥发分产率的测定及固定碳的计算;煤中硫元素的测定;煤的发热量测定;煤中碳氢元素的分析;煤气成分分析;烟煤坩埚膨胀序数的测定;烟煤奥亚膨胀度的测定;煤的粘结性指数的测定;煤灰熔融性的测定。这些实验项目以煤化工为特色，厚基础理论，意在培养学生扎实的理论基础。开设的专业实验-《能源化工专业实验》，包含实验项目:煤样的XRD分析;煤的热重分析;水煤浆的制备和性能评价;油品的常压蒸馏;生物柴油制备及性能评价;石油产品的性能测定1;石油产品的性能测定2;电化学-燃料电池电化学性质的测定;电化学-质子交换膜电化学性质的测定。这些实验项目不限于煤化工，设计生物柴油，电化学，燃料电池等，重在拓展知识面，培养宽专业，高素质人才。

4能源化学工程专业建设中存在的问题

安徽理工大学化学工程学院化学工程系根据自身化学工程与工艺(煤化工方向)专业优势，开设能源化学工程专业，经过这些年的不断摸索，至今已有一届毕业生，通过学生反馈，在专业建设上仍有一些不足:

(1)专业实践教学条件有待改善。就当前现状来看，本专业实验条件还相对落后，缺少大型分析仪器和设备，实验室建设相对滞后，现有实验器材台数还不能很好满足学生分组实验要求。

(2)师资队伍建设还需进一步加强。由于本专业办学历史较短，师资力量相对不足，专业结构也不近合理，一批青年教师还需逐渐成长，缺乏高水平科研项目和教学研究成果。

(3)部分课程设置不尽合理，同时，专业基础课、专业课开课的先后顺序还需进一步调整和完善。对于新开设的课程，有的授课教师对内容不太熟练，有必要加强教师的授课水平，有条件的话可以走出去，加强与兄弟院校和科研院所的交流合作。

(4)校外实习基地建设有待加强。现有实习基地以煤化工企业为主，与能源化学工程专业培养目标中强调的“宽专业”背景还有一定差距[17]。以煤化工行业为背景的院校能源化学工程专业建设是一个不断发展的过程。在开设该专业时仍需明确方向，吸收、借鉴相关院校办学 经验 ，不断摸索、改进、完善专业建设。不仅要办出自身专业特色，还要进一步解放思想，紧跟经济社会发展需要，培养出适应经济社会发展的高素质应用型人才。截止到目前为止，安徽理工大学能源化学工程专业建设经费陆续到位，新进大型设备招投标已完成，等待供货、安装调试。专业教师也正忙于实验室和实训基地的规划设计。结合应用型人才培养目标，学院领导带领专业教师通过广泛调研，集众家之长，具有专业特色的实践教学基地也逐步落实到位。相信安徽理工大学能源化学工程专业的明天会更加光辉灿烂。

参考文献

[1]刘淑芝，王宝辉，陈彦广，等.能源化学工程专业建设探索与实践[J].教育教学论坛，2014(06):209-210.

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[3]龚启迪.浅析我国能源化学发展模式[J].化工管理，2015(24):4.

[4]2013年贵州大学新增专业介绍及就业方向[OL].高中频道-中国教育在线，，2013.

[5]2013年东北电力大学新增专业介绍及就业方向[OL].高中频道-中国教育在线，，2013.

[6]《能源化学》[OL].重庆创业资讯共享平台-重庆高技术创业中心，.

[7]能源化学工程专业-百度文库[OL]..c，2012.

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[9]孟广波，毕孝国，付洪亮.能源化学工程专业优化实践教学体系研究[J].中国电力教育，2014(03):145-146.

[10]钟国清.无机及分析化学课程改革的实践与思考[J].化工高等教育，2007(05):11-14.

《 能源化学工程人才培养模式改革思考 》

摘要:沈阳化工大学能源化学工程专业依据社会和行业的发展需求，确定了该专业的培养目标，专业建设紧密围绕培养目标进行。通过工程实践能力、实习实训、大学生科技创新等方面的培养，满足了培养具有较强创新意识与工程实践能力的工程技术应用型人才的培养要求，体现了科研促进教学的办学理念。

关键词:应用型人才;研究型教学模式;能源化学工程专业

依据沈阳化工大学"面向地方，服务辽宁，面向行业，服务全国，化工特色，应用特色，培养品德高尚、专业过硬、情商出众、强于实践、勇于创新的高素质应用型人才"的基本定位。能源化学工程专业的定位确定为满足国家战略性新兴产业发展和辽宁省老工业基地经济发展的需求，依据学校以OBE成果导向为目标和CDIO为人才培养的教育理念，突出化工特色和应用特色，培养具备能源化学工程相关专业知识，具有较强工程实践能力和创新意识的工程技术应用型人才。本文针对能源化学工程专业人才培养模式进行了改革创新与实践。

1注重学生综合素质培养

面向全体学生，坚持德育为先、坚持能力为重、坚持全面发展。把社会主义核心价值观融入教育教学全过程，全面加强和改进德育、智育、体育、美育，促进四育有机融合，着力提高学生综合素质，培养德智体美全面发展的社会主义建设者和接班人。

2完善能源化学工程专业应用型人才培养方案及培养模式，加强学生工程实践能力

培养方案的完善主要涉及到培养目标及要求、课程体系及课程修读要求、所含专业方向及特色、学时学分调整、专业课程体系设置等方面，每4年一次，由学校统一安排。人才培养方案体现了工程知识、工程素质和工程能力培养的综合特征。特别在实践教学环节的设计上，应与工程实际紧密结合。

3以工程能力培养为主线，构建课程体系，形成特色鲜明的专业核心课程群

(1)加强通识基础课教育，拓宽学生的学识基础，强化学生的素质教育。融合各门基础课、专业基础课以及专业课的授课内容，注重各门课程之间知识点的衔接，避免授课内容的重复，减少授课的理论学时数，确定简要但不失去知识点的授课方案;专业理论课授课提前，让学生尽早接触专业知识，增加对专业的认识;增加选修课的学时数，扩大选修课的内容、门类，使学生了解与化工相关学科的知识，拓宽知识面，适应社会的需求;采用案例教学的方式传授政治、人文素质等人文素质课程，激发学生的学习兴趣，在案例教学中培养学生的政治素质、人文素质、道德素质;改革狭窄的专业教育思想，强调对学生进行综合性和整体性的素质教育，增强学生对社会的适应能力。

(2)随着社会的发展，借鉴国内外先进课程的教学经验，及时调整课程体系，构建特色鲜明的专业核心课程群。根据社会的需求及时调整、补充授课内容;优化教学资源，增加专业选修课的开设的门数;按照课程内容的内在联系，将化工基础课中相关课程的教学内容重新进行整合、归并，形成若干新的课程体系，以优化智育结构，提高总体教学效率。

(3)充分发挥省级精品课的带头作用，健全课程管理制度，加大网络教育资源建设。以精品课程建设的经验和模式，全面、大力推进其他课程的改革，使各门课程适应学生能力的培养;进一步加强课程小组的建设，完善课程负责制的管理制度;加强网络教育资源开发和共享平台建设，加快专业课程的网络资源建设，为广大教师和学生提供免费享用的优质教育资源，完善服务终身学习的支持服务体系。

(4)选编结合，加快教材建设。根据新的课程体系内容，与企业的密切合作，以提高化工类专业自编教材的质量和水平为重点，大刀阔斧地摒弃陈旧的、脱离实际的课程和教材，开发、修订和编写出适应我校专业教育事业发展与改革需要的具有综合性、实践性、创新性和先进性的系列配套教材;同时要大力提高省部级以上优秀教材与重点教材的选用率，保证高质量教材进入课堂，建成具有鲜明特色的教材新体系;积极编写相应的专业教材。

4转变教学理念，改革教学方式，深化改革 教学 方法

(1)转变教学理念，增强“育才”的教学观念。把单纯传授知识、传授技能的思想转为“育才”的观念，因材施教，提供多种教育形式与机会;采用灵活的教学方式传授政治、人文素质等人文素质课程，减少课内学时，加强实践环节，在 社会实践 中培养学生的政治素质、人文素质、道德素质。

(2)以学生为中心，推行研究性学习。采用启发式、研讨式教学方式，教师根据确定的教学目标和教学要求，基于项目、课题或主题，通过问题探究形式，使学生在研究过程中主动地获取知识、运用知识解决问题的能力;减少课内授课学时，充分调动和发挥学生的主动性和积极性，引导学生自学，使学生具备创造思维、自我开拓、获取知识与技能的能力;完善各类课程的网络教学平台资源建设，为学生自主学习提供保障;充分利用多媒体教学的直观性，鼓励教师开发高质量的多媒体课件;提倡和鼓励教师采用双语教学，将专业课程的教学与专业英语的教学结合起来。

(3)进一步加强课内实践环节教育，全面提升学生的工程能力、动手能力、沟通能力。通过举办校内化工技能竞赛、化工设计竞赛、演讲、外语大赛等多种形式，增强学生的工程实践能力、表达能力、沟通能力;激励教师将科研内容转化为教学内容，鼓励教师指导大学生科技创新、 创业计划 等科技活动;在第7学期安排学生毕业论文、毕业设计的内容，使学生早进课题、早进实验室、早进团队。

5强化实践教学改革与实践基地建设

稳定和拓展基于企业的学生实践基地，拓宽学生的校外实践 渠道 。完善并实践适合应用型人才培养的实习与实践计划，积极与企业合作，建立良好的合作机制，以产学研互促共赢为目标，共同建设体现行业发展的实践教学环境，共同培养工程型教师，共同搭建人才培养平台，并建立明确的责任分担和成果共享制度。

6以各类大学生创新/创业竞赛活动为契机，大力开展大学生创新能力培养

以课外教学环节为突破口，充分利用国家、省市的各类大学生创新/创业竞赛，不断推进课外素质教育专项活动，将课内教学与课外教学相结合、创业教育与专业教育相融合，促进学生自主学习，锻炼学生综合能力。特别是近几年，我们针对高年级的学生具备一定专业知识基础的情况下，积极鼓励学生参加辽宁省、国家挑战杯大学生创新/创业竞赛、辽宁省化工设计大赛等活动，将大学生创业活动作为课外专业实践的延伸，逐步渗透创新教育理念，探索创新教育的有效形式，研究创新教育与专业教育融合的最佳模式，全面提升学生综合能力，实现应用型、创新型人才培养目标。综上，能源化工专业开展"教学理念教学改革"，转变教育观念，改革现有的教学模式，培养适应社会需求的合格毕业生，是能源化工专业发展的关键。

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电解TiO2提取钛的研究进展

摘 要：自剑桥大学D J Fray等人发表以TiO2直接电解提取钛（即FFC法）的论文后，研究由氧化物直接电解制取钛成为热潮。根据国内外已发表的相关研究论文，结合相关的研究成果，对电解法制取钛的研究进展进行简要总结。

关键词：FFC法；OS法；USTB法；EMR/MSE法；PRP工艺

引言

钛具有密度小、比强度大（强度与密度之比）、耐腐蚀、无毒、温度适应范围广的优良性质，而且钛矿藏储量丰富，地壳中钛的含量约为0.46%，在结构金属中居第四位，仅次于铝、铁、镁，它是当代最具技术魅力的金属材料。但钛与氧的亲和力较强，两者之间不仅会生成化合物，而且还能形成多种固溶体。当钛中的氧、氮的含量只为百分之几时，即足以使钛合金变脆，所以工业中对钛的纯度要求很高，导致制备钛的工艺比较复杂，如何在现有技术的基础上发展一种提取钛的经济有效的方法成了国内外专家关注的焦点

1 FFC 法的研究进展

1.1 FFC法简介

英国剑桥大学科学家Fray等人提出了熔融盐电解TiO2制备金属钛的FFC法[1]。方法一经提出便引起世界钛冶金科研工作者的广泛关注[2]。FFC 方法采用直接电化学还原，在无水CaCl2融盐中电解TiO2得到海绵钛，此方法已在实验室取得成功。FFC法有着成本低、产品质量高、周期短应用范围广等特点，是一种清洁的绿色生产工艺。

1.2 FFC法工艺过程

FFC法具体工艺过程是：将TiO2粉末压制成形，烧结后作为融盐电解槽阴极，石墨作阳极，以CaCl2融盐作为电解质，置于钛或石墨坩埚中，在800℃～1000℃下进行电解，所加电压为2.8V～3.2V，当电流通过时，阴极TiO2电离出氧离子，发生还原反应；而在阳极上，发生氧化反应，氧元素与碳结合生成CO2在阳极区放出，金属钛则留在阴极，从而得到的金属钛，其组织结构与镁热法生产的粒状、多孔的海绵钛一样，整个工艺过程中不存在液态钛或离子态钛。

电解反应如下：

阴极还原反应：TiO2＋4e＝Ti＋2O2-

阳极氧化反应：2O2-－4e＝O2

总反应：TiO2＝Ti＋O2

电解简图如图1 所示：

1.3 FFC法的优点：

（1）工艺过程简单。原料和设备不需要什么特殊要求，流程短易操作。传统方法生产Ti时需要进行真空精练才能得到纯Ti；而采用FFC法生产，可以直接得到纯净的Ti，甚至用它可以直接生产出半成品的Ti产品[3]，缩短了生产周期。

（2）反应温度低，一般在800～1000℃。表1列出了一些金属单质和合金的传统制备方法[4]，这些方法大部分需要反应物在熔融态开始反应，其反应需要的温度较高。这不仅需要消耗很多的能量，而且高温对设备的要求也很严格，生产成本也会增加。

表1一些金属或合金的传统制备方法

合金应用传统制备方法

Nb3Sn，NbTi超导体熔融法，粉末冶金法

Nd-Fe-B，Sm-Co永磁体熔融法，粉末冶金法

Al，Mg，Be，Ni，Co结构合金熔融法

Ti，Ta，Co医学熔融法，粉末冶金法

Pt，Pd催化剂熔融法

（3）产物纯度高、杂质含量低，产品的形貌和粒度颗粒大小可以控制。如果能控制好电解时的工作电压以及电解时间，就可以使产物的氧含量降到很低，得到产品需要的形貌和颗粒大小。如FFC法制备的Ti产物氧含量仅为：200×10-6[5]。FFC法生产过程中可能污染产物的只有电解质熔盐CaCl2和NaCl，经过水洗可以将熔盐溶掉。

（4）生产成本低，原料易得，电解质廉价。电解所需要的CaCl2和NaCl熔盐廉价易得，而该工艺一般反应的温度低，也是降低成本的一个方面。而且该工艺可以省去铸造、机械加工等昂贵的加工工程，因此可以节省大量的生产成本。据报道，采用FFC法生产钛，其成本可以降低到仅为Kroll法的1 /2[3，6，7～9]。

（5）FFC法可以用于制备其它方法难以生产的金属或合金，如TiNi记忆形状合金。生产这种合金由于原料成分的配比和合金密度很难控制，不易生产。如果采用FFC法则简单多了，只要在制作阴极片时根据所需合金成分来配比原料中TiO2和NiO2的量，通过电解就可以获得事先要求成分的合金。又如W-Al合金，由于钨的熔点高于铝的沸点，所以采用传统方法制备极其困难，而利用FFC法制备这种合金就会变得很简单。

（6）FFC法被称为绿色环保工艺，而且可以实现连续化生产，不像Kroll法制备金属钛过程中出现的Cl2和TiCl4这些强腐蚀性的化学物质，是一种绿色环保工艺。

1.4 FFC法目前还存在一些需要解决的问题：

（1）FFC法的电解脱氧机理还不是非常清楚，而且电解过程中的热力学和动力学问题需要进一步研究。要探讨影响电解工艺条件，以及在电解过程中如何控制这些条件使产物达到设计的要求。

（2）FFC法的电解脱氧过程效率很低，如采用FFC法电解一个几克的Nb2O5阴极片需要48h才能使其残余氧含量降低到3000×10-6[10]。如果进行较大规模的电解生产，要使产品中的氧含量降至较低的值，可能就需要更长的时间。所以如何提高电解效率，缩短电解时间是一个关键技术。

（3）在合金制备过程中，还有许多问题需要解决，比如合金中不同金属的脱氧、金属合金化，以及合金成分的均匀化等问题还需要进一步的研究。

（4）最关键的一点就是解决扩大化生产中遇到的问题。虽然工艺比较简单，设备操作方便，但是针对大规模生产能否重现实验室中理想的结果，以及如何生产出合格的产品，还需要更多的资金和人力去研究探索。

2 OS法

2.1 OS法简介

针对FFC法，日本Kyoto大学的One和Suzuki在2002年钛协会年会上首次提出了OS法[11]。其实质仍为CaCl2熔盐电解，是一种在CaCl2熔盐中钙热还原TiO2的工艺。

2.2 OS法工艺过程

其主要反应过程如下：在900℃时，CaCl2可以分别溶解摩尔分数为3.9%和20%的Ca和CaO。当电解电压在CaO分解电压（CaO在CaCl2中的电解电压只有1.66 V ）以上并在CaCl2分解电压（CaCl2的电解电压为3.2 V）以下时，Ca2+在阴极被还原为金属Ca，阳极相应产生O2。如果阴极掺入了TiO2颗粒，将会得到含氧量很低的金属Ti。其电极反应为：

阴极反应：Ca2＋＋2e→Ca

阳极反应：C＋2O2－→CO2＋4e

总反应：TiO2＋2Ca→Ti＋2O2－＋2Ca2＋

据称，此方法可大幅度降低生产成本，并用来生产钛粉，与FFC工艺有相似的优缺点。其实验简图如图2 所示。

3 USTB工艺

3.1 USTB工艺介绍

由北京科技大学（USTB）研究团队提出的可溶阳极熔融盐电解的方式（USTB新型清洁钛提取技术）较好地解决了产品质量、稳定运行和规模扩大的问题（授权专利号：ZL200510011684.6）。这种新型清洁钛提取冶炼新工艺以二氧化钛和碳为原料在1500 ℃左右的温度下碳热还原制备出导电性良好的碳氧化钛（TiCxOy）[13]，并以此为阳极在400~1000℃的熔盐体系中电解，阴极上得到的碳和氧含量均低于5×10-4的金属钛（图3）

该方法主要分为TiC·TiO 固溶体的制备与TiC·TiO 固溶体的熔融盐电解制备金属钛两个过程。可溶性固溶体的制备TiO2与C粉或TiO2与TiC按摩尔质量比为1：2充分混合后，在2940~9800N/cm2的压力下压制成型，然后在1273~1673K 温度下真空烧结4h制得[14-15]。电解过程以烧结成型固溶体为阳极，碳钢棒为阴极，NaCl-KCl 共熔盐为电解质，在1073K温度下电解制取金属钛。其反应过程如下：

阳极反应：TiC·TiO→2Ti2++CO+4e

阴极反应：Ti2++2e→Ti

3.2 USTB新型钛提取技术优势

（1）碳热还原工艺简单，还原效率高，以钛物料和碳质还原剂为原料能够实现低成本制备TiCxOy；

（2）原料适应性好，钛物料可为各类氧化钛、富钛料及复合矿；

（3）TiCxOy为阳极材料，电解过程中碳、氧结合为气体从阳极界面释放，无阳极泥产生，残极回收率高；

（4）原料和产品分别在阳极和阴极，可以通过更换电极实现连续化生产。通过USTB新型清洁钛提取技术有望将金属钛的生产成本降低到现行工业化方法（Kroll法）的60%左右，被冶金业内研究者认为是最有希望实现工业化生产金属钛的新方法。

4 EMR/MSE法

4.1 EMR/MSE法简介

EMR/MSE 法是EMR 与MSE 法的联合方法[16]。IIPark 等人[17]为了降低还原产物中杂质的含量，研究出了EMR法；Suzuki在OS法基础上提出制取金属钙的MSE法。

4.2 EMR/MSE法工艺过程

EMR/MSE法是将盛有TiO2粉末或成型体的不锈钢容器沉浸在熔融CaCl2中，采用钙镍液态合金由EMR法制取金属钛，并通过MSE法电解溶解在熔盐中的副产物Ca2+再次合成钙镍合金，为后续反应提供还原剂。其中分别包括还原槽（EMR）反应和电解槽（MSE）反应，在还原槽（EMR）反应中二氧化钛与钙反应生成钛；在电解槽（MSE）反应中钙离子被电解还原成金属钙，还原槽生成的氧离子转移到阳极上与碳生成碳氧化合物。EMR 法工艺流程主要包括以下几步：

1）电解实验前将作为电解质的无水CaCl2在真空装置中干燥12 h（473K）；

2）1173K 时将TiO2在氩气保护气氛下电解，TiO2的还原过程主要是通过还原剂合金释放的电子来完成的；

3）还原结束后，将不锈钢容器从反应器中拿出，用蒸馏水浸泡24 h以便溶解CaCl2，实验结束后用用醋酸和盐酸过滤得到钛粉；

4）用蒸馏水、酒精和病酮漂洗，最后在真空容器中干燥，最终可得到金属钛。其电极反应为：

阴极还原反应：TiO2+4e→Ti+2O2-

阳极氧化反应：2Ca→2Ca2++4e

总反应：TiO2+2Ca→Ti+2Ca2++2O2

电解装置简图如图4 所示:

EMR/MSE 法的主要特点是TiO2不与还原剂直接进行物理接触，而是通过熔融CaCl2传导还原剂释放的电子给TiO2阴极。这不仅有效控制了杂质在产物中的积累，大大提高了能量利用率，而且还实现了金属钛还原过程与还原剂钙镍合金制备过程的独立进行。与Kroll法相比，EMR/MSE 法可以在保证较低产品杂质含量的情况下实现半连续化生产金属钛粉。但是，EMR/MSE法同样面临着产物与熔盐难以分离的问题。

5 PRP工艺

5.1 PRP工艺介绍

PRP工艺是Okabe在直接气相还原TiO2粉末的基础上提出的一种预成型气相钙热还原制备金属钛的改进方法[18-19]。

实验中，首先将TiO2粉末、助焊剂（CaCl2，CaO）、粘结剂（火胶棉）按适当比例混合充分后预制成一定的形状，在1073 K下烧结成型，然后置于密闭不锈钢容器中，在1073~1273 K温度下用钙蒸气进行还原，最后产品进行酸洗和真空干燥得到金属钛。反应过程钙蒸气渗入预制体中与TiO2反应生成海绵钛与CaO。反应过程见图5

为了更好地优化PRP工艺，科研工作者进行了广泛的研究。贾金刚等人[20]通过研究得出CaCl2对钙蒸气还原TiO2发挥着不可或缺的作用，预制品中的CaCl2在高温烧结过程中有水蒸气逸出并产生气孔，从而促进钙蒸汽进入预制品与TiO2充分接触，有利于还原反应的进行。万贺利等人[21-22]通过对实验影响因素分析得出，当TiO2与CaCl2质量比为4：1、钙蒸气还原时间6 h、反应温度在1273 K时，可得到平均纯度在99.55%的钛粉。PRP工艺的优点在于可有效地控制产物的纯度与形态生产规模可灵活控制，非常适合生产粒径均匀的钛粉。采用钙蒸气还原预制品，且预制品与反应容器无物理接触，使产品杂质沉积少而且更易于分离。但是，还原剂成本较高是PRP 工艺一直未实现工业生产的主要原因。

5 结语

金属钛凭借优异的性能，使其成为可取代铁、铝的21世纪金属，但由于目前世界上普遍采用的Kroll 法存在工艺流程复杂、生产周期长、成本高等缺点，使得钛的应用受到了极大的限制。FFC剑桥法，采用TiO2直接熔融盐电解法，缩短了工艺流程，但存在生产条件苛刻和电解电流效率低的不足，还有待进行深入研究。

EMR/MSE法较OS法提高了产物纯度与能量利用率，但产物与熔盐电解质的分离仍然非常困难。PRP工艺主要缺点是还原剂成本太高，一旦能够实现还原剂的低成本生产，PRP法无疑将成为最有可能实现规模化生产的金属钛制备新工艺。USTB工艺既克服了FFC剑桥法电流效率低的缺点，又充分保证了钛的纯度，仅通过更换电极便可完成产物与熔盐电解质的分离实现连续化生产，是目前最有望实现工业化生产的钛制备工艺。目前，工艺流程短、生产成本低、生产连续化是钛生产工艺的主要发展方向，USTB工艺和PRP工艺实现了实验室条件下低成本、短流程生产，经过工业化放大试验与研究后，很有可能取代传统的Kroll法，实现金属钛制备技术的跨越式发展。

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