摘要：纤维增强混凝土是一种新型的工程材料，一直受到专家的关注。本文综述了纤维增强混凝土的发展、力学性能及工程应用。参阅了大量国内外研究资料，对当前纤维增强混凝土的研究状况和存在的问题进行了认真分析，并指出复合化将是提高纤维增强混凝土性能的重要手段，而局部增强将能很大程度的降低成本、节约资源，实现优质、低耗、与环境相容的可持续发展，具有很好的应用前景。 关键词：纤维增强混凝土；钢纤维；合成纤维；复合化；高性能混凝土；可持续发展 0. 前言 从1824 年水泥诞生以来不到200 年的时间里，混凝土材料本身经历了一个不断发展的过程，从强度低、品种单一逐步发展为高强度、轻质等多品种的混凝土家族。但普通混凝土材料本身存在抗拉强度较低、延性差、在拉应力或冲击荷载作用下易发生脆性破坏等缺陷，而且其抗冻融循环、抗收缩、耐磨等耐久性能也较差，这些缺点在很大程度上影响和阻碍了混凝土的进一步应用。20 世纪初，有人开始在混凝土中掺入短切纤维，做成纤维增强混凝土，使混凝土的抗拉能力得到了提高，脆性得到改善。因此纤维增强混凝土在此后的几十年中得到了广泛的发展和应用。90 年代之前,混凝土的发展单纯追求强度,而纤维增强混凝土的出现说明向高性能化发展，成为21 世纪的“绿色”混凝土。资源、能源与环境的问题一直是中国面临的问题，纤维增强混凝土性能优越，但需要的水泥用量更大，需要耗费很多的资源能源，如何使纤维增强混凝土走上可持续发展[2]道路有待解决。 1. 纤维增强混凝土的发展 水泥基材料是当今宗的人造建筑材料，发展至今已有170 多年的历史。强度一直是混凝土作为重要结构材料的主要性能指标，混凝土高强化是混凝土研究与发展多年来的努力方向。但是混凝土固有的弱点[3]—抗拉、抗弯、抗冲击、抗爆以及韧性差等却仍限制着其优势的充分发挥，并且随着混凝土强度的不断提高，这一弱点也愈益突出。通常认为，混凝土强度越高，其韧性越差，脆性越高，结构延性和抗裂能力越不足，给结构抗震性能带来的安全隐患。因此，长期以来许多学者不断探索改善混凝土上述性能的方法和途径。纤维增强混凝土，就是近年来研究和应用最广的重要途径之一。目前纤维增强混凝土主要有两种：一是高弹模量短纤维增强混凝土，其代表纤维是钢纤维；二是低弹模量短纤维增强混凝土，其代表纤维是聚丙烯和尼龙纤维。 纤维增强混凝土，是以水泥浆、砂浆、粗骨料为基材，以金属材料、无机材料或有机纤维为增强材料组成的一种水泥基复合材料，它是将短而细的，具有高抗拉强度、高极限延伸率、高抗碱性等良好性能的纤维均匀地分散在混凝土基体中形成的一种新型建筑材料。纤维增强混凝土的发展始于二十世纪初，尤其以钢纤维混凝土的研究和应用开展得最早和最广泛。早在1910 年，美国的H. F. Porter [7]，就提出过将短钢纤维掺入水泥和混凝土中以提高其抗拉力，发表了关于钢纤维混凝土的第一篇论文。1911 年美国的Graham 正式将钢纤维掺合到混凝土中,并初步验证了它的优越性。1963 年美国学者Romuldi 从理论上阐明了钢纤维的增强作用和机理,从而为钢纤维混凝土的进一步研究、开发奠定了理论基础,使它从小规模探索实验阶段跃进到大面积开发的新阶段。美国在1990 年和1991 年举行了纤维增强混凝土的专题报告会,正式拉开了纤维增强混凝土研究与应用的序幕;1995 年韩国举行了纤维增强水泥混凝土的专题报告会,1996 年在中国北京举行了第三届国际水泥混凝土报告会,表明纤维增强混凝土的研究与应用已经国际化。在国外,纤维增强水泥混凝土复合材料已经广泛应用于非承重构件中。国内的研究起步较晚,最初上海合成纤维研究所研究了锦纶短纤维对水泥混凝土的增强效果,安徽皖维公司将维纶用于增强混凝土。 现在不少发展中国家开始研究用植物纤维做增强材制造价格低廉的纤维水泥制品[8]，一系列高性能纤维增强水泥基复合材料相继问世，并且初步应用于试点工程[9]。中国工程院院士吴中伟[1]指出：复合化是材料发展的主要途径之一，复合化的技术思路为超叠加效应，即1+2>3，纤维增强在复合化中起着突出作用。21 世纪，纤维增强混凝土应该朝着环保、经济、高性能的发向发展，使纤维增强混凝土的突出性能给人类带来更大的社会效益和经济效益。 2. 纤维增强混凝土的力学性能 纤维在水泥基材中的作用主要体现在三个方面：增强、阻裂和增韧作用。 增强作用 混凝土的抗拉能力只有抗压能力的十分之一左右，在外荷载的作用下往往呈现脆性破坏，从混凝土劈裂试验中可以很明显的看出，普通混凝土试块在达到其极限荷载时突然断裂成两半，是一种脆性破坏（图1）。纤维的掺入,可以有效的提高混凝土的抗拉强度,当基体混凝土出现裂缝时,一部分荷载转移到纤维上,从而提高了混凝土的抗拉能力。掺有纤维的混凝土试块，其劈裂抗拉强度试验的破坏过程呈现出很好的假延性，在达到极限抗拉强度值时并没有突然断裂成两半，而是在中线附近延主裂缝延伸出去很多条微裂缝，但整个试块始终被纤维约束在一起（图2）。 阻裂作用 当水泥基材处于塑性状态时,就很容易产生微细裂缝，在硬化过程中则因水分的散失导致干缩裂缝的扩大并产生新的裂缝，纤维加入到水泥基材中可以阻止基材中原有裂缝的扩展并延缓裂缝的产生，从而使复合材料的抗渗、抗冻等性能比基材有显著的提高。普通的水泥基材在硬化以后，当荷载达到基体的开裂荷载时，基体迅速开裂，并沿着主裂缝迅速扩展开导致贯通这个梁截面的脆性断裂。而纤维混凝土由于大量短切纤维的存在，当基体开裂后仍然可以由纤维来继续承担荷载，使纤维增强混凝土呈现出较高的延性，破坏前具有一定的征兆。 张佚伦，邓宗才分别对聚丙烯纤维和聚丙烯腈纤维的早期抗裂性能进行了试验研究，试验结果表明：纤维对混凝土和砂浆的抗裂效果显著，并且在一定范围内随着纤维掺量的增加效果更显著。高性能混凝土，由于水灰比低，自收缩主要发生在早期，会导致混凝土表面形成大量的微裂缝。巴恒静[12]通过试验发现：1 天内自收缩占28 天自收缩值的50%-60%，是高性能混凝土早期开裂的主要原因，在高性能混凝土中掺入一定量的纤维是解决早期开裂的理想途径。清华大学庞新锋[14]采用平板试验[13]的方法，研究了改性聚丙烯腈纤维对高性能混凝土的早期抗裂性能的影响，发现这种改性的聚丙烯腈纤维和砂浆能够很好的粘结在一起，掺入的纤维可以明显地抑制混凝土的早期裂缝。 提高混凝土的变形能力（增韧作用） 纤维增强混凝土在受拉（弯）时，即使基材中已经出现大量的裂缝，仍可以继续承受一定的荷载并具有假延性（pseudoductility），从而使复合材料的韧性与抗冲击性得以明显提高。纤维混凝土的这种假延性使得其变形能力比普通混凝土高很多。韩嵘等人[15]采用对比试验的方法，研究了钢纤维混凝土的抗拉应变。试验结果显示出钢纤维混凝土的应力-应变曲线具有明显的下降段，具有很好的假延性。 混凝土材料的韧性，即混凝土材料的变形性能和能量吸收能力，对混凝土结构是非常重要的，尤其是提高结构的抗震能力，有着非常重要的意义。研究表明[16]，纤维的加入可显著改善混凝土的弯曲韧性，且随着纤维掺量的增大，混凝土的弯曲韧性指标和剩余强度指标都在增加。在此次中国汶川大地震中，很多房子都呈现出脆性破坏，并没有留给人们足够的逃生时间，纤维增强混凝土的应用将是提高结构抗震的一个重要手段。 3. 纤维增强混凝土的应用 纤维增强混凝土从出现至今100 多年的时间里，得到了飞速发展，在工程领域得到了广泛的应用。主要是钢纤维混凝土、碳纤维混凝土、合成纤维混凝土的应用研究。 钢纤维混凝土 钢纤维混凝土最早出现于20 世纪初，1907 年俄国开始用金属纤维增强混凝土；1910年美国的 发表了短钢纤维混凝土的研究报告，1911 年美国的Grhama 曾把钢纤维掺入普通混凝土中。经过几十年的发展，钢纤维混凝土的理论[17]已经基本成熟。大量的试验研究表明，钢纤维混凝土混凝土具有普通更为优异的力学性能被广泛的应用到工程中。目前，钢纤维混凝土应用较多的几个领域：（1）建筑工程[19-20] ：主要应用于屋面的防水；框架结构的节点，高层建筑的框架柱子，提高结构的抗震能力；哈尔滨工业大学邵逸夫体育馆的屋面就是采用钢纤维混凝土。（2）道路桥梁[21]：竣工于1997 年的南昆线家竹箐隧道，由于选择了钢纤维混凝土结构，成功通过了大断裂、大变形地段。（3）水工工程：钢纤维在大渡河支流南亚河石棉二级电站中得到了应用，钢纤维混凝土的耐冲击、耐磨性得到了很好的体现。 但是钢纤维体积率超过一定范围容易结团，并且钢纤维的价格比较贵，增加了工程的造价，限制钢纤维混凝土的应用。 碳纤维混凝土 碳纤维是20 世纪60 年代开发研制的，具有较高的弹性模量和抗拉能力，一般被应用于结构的加固[22][23]。碳纤维具有胜过钢材的刚度和强度的优良性能，碳纤维体积掺量为3%的水泥基复合材料与基准水泥基复合材料相比，弹性模量增加2 倍，拉伸强度增加5 倍[24]。但是碳纤维由于价格比较昂贵，一直限制了短切纤维在混凝土中的应用，一般以片材形式广泛应用于桥梁、房屋的加固中。 合成纤维混凝土 合成纤维种类很多，包括聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维、聚丙烯醇纤维等。因为其价格比较便宜，化学性能比较稳定，且具有优异的抗拉性能，20 世纪80 年代以来，在国外已得到了广泛的研究和应用，尤其是聚丙烯纤维。90 年代在广州至佛山的高速公路工程，武汉长江二桥桥面工程及宁波市白溪水库面板堆石坝工程相继试用了聚丙烯纤维。国内外对合成纤维混凝土的力学性能已经有很多相关的研究[26][27][28]，为合成纤维混凝土的应用提高了很多数据资料。合成纤维的性价比高，因此在国内得到了迅速发展，主要应用在房屋建筑工程、桥梁工程路面、泳池等工程，效果很好。 混杂纤维混凝土 混杂纤维增强混凝土是两种或多种纤维合理组合加入到水泥基材中，产生一种既能发挥不同种纤维的优势，又能体现它们的协同效应的新型复合材料。国外早在20 世纪70 年代Walton[29]与Majumdar 就开始展开混杂纤维土的研究，其后更多的研究者开展了这方面的研究。 国内对混杂纤维的研究比较晚，直到上世纪70 年代才逐渐有相关的报道。目前，混杂纤维增强混凝土是个研究热点，并且已经取得了相关成果。既想提高混凝土的强度又想提高混凝土的延性仅通过一种纤维是不够的，因为纤维的体积率越大，其分散性越差，反而起不到增强、增韧的作用。在混凝土中掺入不同性质的纤维，就能发挥各种纤维的性能，在不同的受荷阶段和不同的结构层次发挥增强增韧作用，体现了两者的混杂效应。混杂纤维混凝土是个多相的复合材料，界面多，其设计理论还不是很完善，近年来Stroeven[32]和Nandakumar[33]应用断裂力学对增强理论进行了研究，但仍需要进一步深入的研究。有关混杂纤维增强混凝土的工程应用还不多，这跟目前的研究进展有很大关系，随着研究的不断深入，混杂纤维混凝土的应用前景非常好。 纤维增强混凝土局部增强构件的研究 在普通混凝土中掺入纤维可以明显改善混凝土的力学性能，但是混凝土的成本也被提高。为了程度的改善混凝土的力学性能，同时把工程的成本降到最低，提出了局部增强的概念，即将纤维增强混凝土用于构件的受力的部位，提高构件的工作性能。本着“好钢用在刀刃上”的思想，纤维增强混凝土构件正在进一步深入研究，并已经初步取得了一些研究成果。研究表明：利用纤维局部增强构件弯距很大的特殊部位，能提高构件的承载能力，减轻钢筋过密的压力，同时可以增加构件的跨度，并且可以降低工程造价，这无疑具有很大的工程意义。 国内外对纤维增强混凝土的局部增强构件的研究还不多，并且研究对象都是钢纤维。早在上世纪80 年代，国外就在这方面有一定的研究，并且取得一定的成果[39][40]，主要是针对梁和柱的研究。在梁柱的节点采用钢纤维混凝土不仅省去了剪力钢筋，同时还可以增大接口的抗剪与抗弯能力，提高其抗疲劳性，并在破坏时呈现很好的延性。此后，Naaman[38]等人进行了预应力混凝土结构的抗震接点研究，结果表明：这种钢纤维局部增强节点的延性与能量吸收能力显著高于混凝土接点，在地震时可以起到很好的塑性铰链作用。Swamy[18]曾经做过梁的纤维增强混凝土局部增强试验，在受压区、受拉区、受拉区混凝土表面进行钢纤维混凝土的局部增强，试验结果表明，钢纤维混凝土局部增强效果非常明显，其初裂荷载提高了10%，裂缝宽度减小，数量增多，挠度也大幅度降低，说明钢纤维的局部增强很大的提高了梁的刚度。但他的研究考察的情况比较局限，其结论有待进一步完善和补充，我国学者高丹盁、赵军[35-37]等继续从事了这方面的研究，得出了钢纤维增强混凝土部分增强梁的规律：在构件 内加入钢纤维即可提高构件的抗裂弯矩, 且增强效果与全截面加入钢纤维一致。对于钢筋钢纤维局部增强混凝土梁,当钢纤维混凝土层厚hf ≥ h 时,可按钢筋全截 面钢纤维混凝土梁的计算方法来计算抗裂弯矩Mfcr。这种纤维局部增强混凝土梁在增强效果上和纤维的增体增强效果一致，但是纤维的用量上却大大的降低，成本也大大降低。 在国内，钢纤维增强混凝土局部增强构件已经在工程得到了应用，一般被应用在框架的节点、桩尖、轨枕的关键部位等，取得了一定的经济效益。 4. 存在的问题 纤维增强混凝土虽然可以很大程度的改善混凝土的力学性能，但是由于纤维的比表面积大，在混凝土中会降低混凝土的流动性，需要更多的水泥浆包裹纤维，使单方混凝土水泥用量增加。中国是个发展中国家，根据吴中伟的估算，2010 年中国需要水泥达8 亿t，接近该时世界产量的1/2,这样大的水泥工业，不论在能耗、料耗，尤其在环境负担上均是无法承受的。另外，生产如此大量的水泥将给环境带来很大的压力。纤维与高性能混凝土的复合将是今后混凝土的发展趋势：一方面可以解决高性能混凝土的早期开裂问题，另一方面纤维增强混凝土的工作性能由于多种细矿物掺合料可以得到提高。为了让中国混凝土的发展走上可持续发展道路，混凝土的发展应该从以下几个方面进行： （1）积极开发高性能混凝土，提高纤维增强混凝土的工作性能，减少水泥用量，合理的利用工业废渣来代替一部分水泥，减少环境污染。 （2）积极探索新型材料，复合化是提高混凝土性能的一个重要手段，从复合化理论研究来提高混凝土的科学水平，探索水泥、廉价纤维及矿物掺合料的复合，充分发挥叠加效应和技术经济效益。 （3）加强研究手段，试验和理论分析相结合。新型材料力学性能的研究往往通过试验的方法来研究，造成材料和结构力学分析的脱离。所以，应该将新型材料应用于结构模型中，进行软件模拟分析，验证试验结果的准确性，正确的推导出理论计算公式以便更好的指导工程应用。 （4）加强纤维混凝土的结构应用理论研究，纤维局部增强混凝土已经在工程中得到了应用，赵军等人已经在这方面做了一些研究，但是局限于钢纤维混凝土的研究，笔者目前正在研究混杂纤维增强混凝土的局部增强作用。纤维的局部增强混凝土构件可以在很大程度上减少纤维的用量，降低工程成本，并化的提高混凝土的性能，具有很大的经济效益。 我国的科研工作者在提高纤维混凝土的工作性能及力学性能的同时应该兼顾资源、能源和环境的关系，使纤维增强混凝土的发展走上可持续之路。
Xag0001 新型金属注射成形催化脱脂型粘结剂的催化快速分解研究脱脂是金属注射成形（MIM）工艺中最困难和最重要的因素，费时最多、最难控制。脱脂工艺对于保证产品质量极为重要，在脱脂过程中成形坯极易出现宏观和微观缺陷，至今粘结剂的脱脂仍是一个阻碍MIM发展的重要问题。Meta-mold法是德国BASF公司90年代初开发出来的一种催化脱脂方法，它综合了热脱脂和溶剂脱脂的优点，快速而不易产生缺陷和变形，是目前最先进的脱脂方法。笔者利用聚合物共混改性技术开发了一种能催化脱脂的新型粘结剂体系，本文研究了该粘结剂体系以HNO3为催化剂进行催化脱脂以及各种因素对催化脱脂效果的影响。AXag0002 金属零件激光快速成型技术研究详细介绍了金属零件激光快速成型的原理，技术特点、系统组成及国外最新研究成果。我们建成了金属零件激光快速成型的专用系统，研究了663锡青铜及316L不锈钢的激光快速成型工艺及零件的组织性能，成功制备出具有一定复杂外形的零件，所制零件组织致密，力学性能与铸造及锻造退火态相当，显示出广阔的发展前景。AXag0003 新型生物医用金属材料的研究和进展目前用于临床的生物医用材料主要包括生物医用金属材料、生物医用有机材料（主要指有机高分子材料）、生物医用无机非金属材料（主要指生物陶瓷、生物玻璃和碳素材料）以及生物医用复合材料等。 与生物陶瓷及生物高分子材料相比，生物医用金属材料，如不锈钢、钴基合金、钛和钛合金以及贵金属等具有高的强度、良好的韧性及抗弯曲疲劳强度、优异的加工性能等许多其它医用材料不可替代的优良性能。生物医用金属材料在应用中面临的主要问题，是由于生理环境的腐蚀而造成的金属离子向周围组织扩散以及植入材料自身性质的退变，前者可能导致毒副作用，后者可能导致植入失效。因此研究和开发性能更优、生物相容性更好的新型生物医用金属材料依然是材料工作者和医务工作者共同关心的课题。 AXag0004 电磁场作用下的金属凝固与成形综述了电磁场在金属凝固成形过程中的主要应用及其基本原理，指出了应用计算数值模拟方法求解材料电磁加工问题重要性及其今后的发展方向。对金属的凝固成形过程进行控制是获得高性能优质铸件的关键。对凝固过程进行控制，一方面是要获得晶粒细小、组织致密、性能优良的产品；另一方面是综合利用各种手段开发新的凝固成形工艺，改进金属的熔炼、凝固、成形过程，以满足不同情况下的特殊要求。AXag0005 自蔓延离子法研究在分析离心法、自蔓延高温合成技术的发展和优缺点的基础上，对自蔓延离心法在铸管业中的发展和应用进行了分析和论述。 离心铸造法具有设备简单，生产效率高，可指生产，能制备高致密度、高稳定性材料等特点。多年来一直为人们所采用，在生产过程中，由于合金元素密度不同，铸件易产生偏析现象，力学性能因此发生明显变化。洛和三雄研究含 ％Cu的铸钢发现，离心力使Cu偏 析增加％，力学性能比普通铸造提高15％。铃木章等也发现，离心铸造的铝青铜组织中铜产生1％偏析的同时，力学性能也发生明显变化。竹内宏昌等进下研究含％Cu的铝合金离民铸造组织，发现沿铸件内外径方向产生宏观偏析，且力学性能与普通铸件相比有了明显变化。显然，单一的离心铸造管很难满足冶金、化工和矿山的各种需要。随着自蔓延高温合成技术（Self-propagating High-tem-perature Synthesis,简称SHS，美、日又称燃烧合成，Com-bustion Synthesis,简称CS）的出现，在离心法的基础上，逐步发展成SHS-离心法，或称铝热-离心法铸造工艺。自蔓延离心法是制备复合的一种新方法，与传统的轧制复合、烧结复合、爆炸复合相比，具有简单、节能的特点；成本仅为传统方法的1/3。SHS---离心法根据需要可进行陶瓷---钢管、不锈钢---钢管、陶瓷----陶瓷管的复合，其中前两个已产业化或接近产业化。本文对SHS-离心法的发展、研究现状及应用进行扼要介绍与论述。AXag0006 电磁技术在冶金中的应用回顾了电磁冶金的发展，论述了电磁在冶金中的应用原理，着重说明了电磁在熔炼、铸造、制动和净化方面的应用，并对电磁冶金的前景作了展望。AXag0007 韧性双相材料研究进展韧性双相合金问题是近年来人们感兴趣的问题之一。回顾了有关韧性双相合金研究的情况，包括韧性双相合金的力学行为、细观力学模型及复相材料的组织设计，并对各种观点进行了初步的评述。AXag0008 MoSi2材料摩擦损特性的研究与发展 金属间化合物二硅化钼（MoSi2）兼具金属和陶瓷材料的双重特性，成为开发和研究的重点。从耐磨性角度出发，重点评述了MoSi2基复合材料以及MoSi2增强陶瓷材料的摩擦磨损性的研究现状，并展望了MoSi2材料作为耐磨材料的前景。AXag0009 喷射成形技术产品的研究现状喷射成形是一种快速凝固近终成形材料制坯技术，利用该技术制备的材料具有优异的性能，喷射成形技术产品在特定的领域中正在逐步取代一些传统材料，简要阐述了喷射成形技术和产品的研究发展现状。AXag0010 新型金属材料及其加工技术的研究进展论述了当前金属材料及其加工工艺的最新研究和应用进展。指出了目前需要进一步开展新型材料的基础研究和应用研究，不断完善其制备工艺，开发产品，使新型材料的性能得到充分、广泛的发挥和应用。 金属材料具有优越的性能价格比，且资源丰富，对国民经济发展起着极大的推动作用，因而受到世界各国的普通重视，应用非常广泛。同时，金属材料及其制备技术的发展也为现有的高技术产业开发了市场，因此世界各国都把金属材料的研究列入首要发展的对象。随着科学技术突飞猛进的发展，材料科学家们不断地研制开发了越来越多的新型金属材料及其制备和成形工艺。如复合材料、功能材料，以及半固态合金铸造技术和快速凝固技术，等等。本文主要讨论近些年新型金属材料研究应用的现状及前景。 AXag0011 反向凝固连铸薄带技术及其若干基本问题探讨简述了反向凝固薄带连铸技术的工艺原理，了反向判罪技术的特点、竞争力，介绍了其研究现状，讨论了反向凝固技术所涉及的若干基本问题。近二十年来，钢铁工业最重要的进展之一是研究开发成功了更薄的鹿茸平材连铸技术----近终形连铸技术。最先在工业规模意义上获得成功的近终形连铸技术，是1989年6月美国Nucor Co.在其Crawforsville厂采用的CSP薄板坯连铸技术。如今作为成熟的先进工艺，薄板坯连铸技术已发展有CPS、ISP、FTSP、CONROLL等工艺形式。与薄板坯连铸相比，采用薄带连铸技术可以生产出更接近于最终产品形状的钢带，例如可以将钢水直接浇铸出1～10mm厚的钢带，不经热轧或销经热轧（1～2个机架），即可进入冷轧机轧成冷轧带钢。与其它扁平材连铸生产工艺技术相比，由于薄带连铸技术在投资、工艺流程的紧凑化、生产成本、高性能材料的开发以及环保等方面具有或可能具有更大的竞争潜力，所以几乎世界各主要钢铁强国都在薄带连铸技术研究领域中投入巨资，现已开发出多种实验室或半薄带连铸技术，如双辊法、单辊法、辊带法等。80年代末德国的大学、研究机构和钢铁企业开始从事实验室研究，联合开发反向凝固连铸薄带技术，目的在于以一种比目前已有的近终形连铸技术更短的流程、生产成本更低的工艺技术制造薄带。反向凝固连铸技术思想突破了传统的连铸和轧制模式，其原理简单，可实现性高，可望成为连续生产薄带的革命性工艺。 AXag0012 金属在液固两相流中的冲刷腐蚀液固两相流体的冲刷腐蚀行为较单相流体更为复杂、在相同液相介质的情况下，其冲刷腐蚀对材料的破坏程度更为严重。综述了国内外对液固两相流的冲刷腐蚀体系开展的研究，对冲刷腐蚀的过程有了进一步的认识，对冲刷腐蚀的影响规律和危害性进行了论述，从而为材料的选用提供了一定的参考依据。AXag0013 金属材料的开发及应用简要叙述了金属材料发展方向及应用，主要介绍了微合金钢、超高强度钢、不锈钢、空冷贝氏体钢、非晶态体钢、非晶态合金、粉末治金黄色材料及超塑性合金的开发及应用。AXag0014 PVC金属板贴塑技术及其应用AXag0015 影响黄铜化学转化膜质量的因素采用碱式碳酸铜－氨水溶液对黄铜制品进行化学氧化。介绍了氧化工艺参数，前、后处理工作，黄铜基体材质状况等对黄铜化学转化膜质量的影响。 AXag0016 液态金属双频电磁约束成形过程研究 利用高频-超音频和双高频的电磁场实现了液态金属双频电磁约束成形的工艺过程，达到了固态试样无接触加热熔化、初步约束成形和复杂无模壳电磁成形的目的。在双频电磁成形过程中发现：高频-超音频双频电磁成形控制不仅优于单频电磁成形，而且比双磁成形控制容易，2种频率的电磁不同加热熔化和电磁成形功能都能加以发挥，并可单独加以调节。在试验中利用高频-超音频双频电磁成形工艺过程成功获得了扁椭圆截面和弯月截面复杂开头的双频无模电磁盛开样件。 AXag0017 人工模拟体液中pH值对离子注N人体医用合金腐蚀行为的影响 采用电化学测试技术研究了在人工模拟体液中pH值变化对离子注N人体用SUS316L不锈钢，Co-Cr合金，工业纯Ti和Ti-6Al-4V合金腐蚀行为的影响。结果表明，随着pH值的降低，试样的腐蚀电位负移，SUS316L不锈钢和Co-Cr合金的点蚀电位与缝隙腐蚀电位降低，使材料发生局部腐蚀的提高；工业纯Ti和Ti-6Al-4V合金的腐蚀电流密度增大，提高离子释放速度，加工对人体的潜在生理危害。 AXag0018 金属功能材料"十五"市场需求分析预测了十五期间某些金属功能材料例如彩管材料、集成电路引线框架用Ni42Fe合金、稀土永磁、音频和计算机硬盘驱动器用磁头材料、非晶和纳米晶软磁材料以及贮氢合金等的市场需求。 AXag0019 喷射沉积及熔体雾化领域研究展望首届"喷射沉积及熔体雾化国际会议"（Spray Deposition and Melt Atomization）于2000年6月26～28日在德国布来梅大学成功举行。这次会计旨在交流各国喷射沉积及熔体雾化领域最新的科研成果，侧重点在基础研究和应用基础研究方面。这和英国Ospray(Neath,UK)公司每逢单年组织的喷射沉积成形材料研讨会侧重生产性应用研究有较大的区别。AXag0020 熔体温度处理细化金属凝固组织的研究进展随着凝固技术和团簇物理学的发展，人们越来越关注熔体的结构对最终凝固组织的影响，发现液态结构变化对凝固以后材料的组织、性质和质量有着直接、重要的影响，对凝固过程的研究已逐步延伸到凝固开始前的液态金属结构对凝固组织的作用上来。随着人们对生态环境保护的日益重视，目前生产中一直沿用的化学法细化凝固组织工艺逐渐暴露出弊端，因此人们正在致力于寻求一种工艺更简单、成本更低廉、对环境影响更小的细化金属凝固组织的生产工艺。基于此，本文综述了一种新型的凝固组织细化工艺---熔体温度处理工艺的研究现状和应用前景。AXag0021 微波瓷用金水的研制分析了微波瓷用金水研制的原理，研究了复合改剂、增黄剂及树脂的作用，研制了能在750-850℃烧烤的微波金水。AXag0022 Nd2Fe12P7单相合金的制备及晶体结构采用机械合金化方法得到了Nd-Fe-P3元合金，然后用盐酸（1：1）进行后处理，得到Nd2Fe12P7单相粉粒。其晶格参数为α=，c=。通过对晶体衍射谱强度的计算，给出了Nd2Fe12P7晶体中各原子的具体位置。 AXag0023 铬酸铅沉淀-亚铁滴定法测定铜合金中铅的研究对铬酸铅淀剂-亚铁滴定法测定铜合金中铅的实验方法进行了研究，从试验条件上进行了改进，从而提高了实验方法的准确度和稳定性。AXag0024 无序hcp Tix Al（1-x）合金的单原子操纵设计依据hcp TiAl系的特征原子和特征晶体序的结构参数和性质，应用计算机技术进行无序hcp TixAl(1-x)合金单原子操纵设计，求得它们的电子结构参数、物理性质和热力学性质，并存入住处库中，为复杂合金的设计、制备和应用提供基础资料。 AXag0025 金属材料激光立体成形技术对激光立体成形技术的基本原理、发展状况以及成形特性、凝固组织形成规律进行了系统深入的研究 ,发现要获得理想的成形效果 ,就必须对单层涂覆厚度、单道涂覆宽度、搭接率等主要参数进行精确控制。在工艺研究的同时 ,对成形件微观组织形成规律进行了研究 ,发现其内部组织主要由外延生长的细长枝晶构成 ,其枝晶一次间距在 10～30 μm之间。在进一步严格控制工艺条件的基础上 ,获得了具有定向乃至单晶组织的试样。结合成形特性方面的研究结果 ,通过总结优化工艺 ,获得了不同合金的激光立体成形件 ,成形件内部致密 ,表面质量良好 ,无缺陷。 AXag0026 硼含量对Ti-50Al-xB合金中TiB2微观形貌的影响用XRD，SEM对原位自生法制备的Ti-50Al-xB（at％）合金的相组成的微观组织进行了研究。结果表明：该合金主要由TiAl和TiB2两相组成；TiB2主要以片状、板片状、细棒状和块状形式存在；TiB2微观形貌随着合金中B含量的变化而发生显著变化。AXag0027 金属注射成形技术的研究现状金属注射成形（MIM）已成为国际粉末冶金领域发展迅速，最有前途的一种新型近净成形技术。综述了MIM技术的研究现状，指出了MIM的发展趋势。AXag0028 微重力场下金属材料制备的发展现状近年来微重力下制备金属材料的研究越来越引起人们的重视。简述了形成微重力的几种实验方法，综述了微重力下制备金属材料的发展现状。AXag0029 Nb-Si系金属间化合物的研究进展介绍了Nb-Si系金属间化合物及其复合材料的制备工艺 、力学性能和物理性能，综述了Nb-Si系金属间化合物作为高温结构的最新研究进展和发展趋势，作为轻质高温结构材料的有力竞争者，Nb-Si系金属间化合物及其复合材料，特别是具有低温韧性和高温强度优良均衡的Nb-Nb5Si3原位复合材料，有望在下一代航空航天发动机上（≥1600℃）应用。AXag0030 新型合金磨球的组织与性能针对磁性材料等行业砂磨机用研磨体存在的问题，开发了一种新型的铸造合金磨球。研究了该合金磨球的组织与性能特点，并与轴承钢球进行了对比。结果表明，铸造合金磨球具有比轴承钢球更有利的组织和性能，其硬度可以达到HRC63~67，且断面硬度极差仅；抵抗冲击疲劳破坏的轴承钢球高10倍以上；耐磨性特别是在湿磨条件下的耐磨性比轴承球至少提高4倍以上。因此在砂磨机内使用具有明显的优势。AXag0031 灰色GM（1，1）模型在金属材料疲劳试验数据预测中的应用提出用灰色系统理论中的GM(1,1)模型对金属材料的疲劳寿命试验数据进行预测，目的是大幅度缩短试验时间，节约试验费用，快速获得可靠性指标。实例计算结果说明，将灰色系统理论用于金属材料的疲劳寿命试验数据预测有较高的精度，为有效缩短金属材料疲劳寿命试验时间提供了一个值得探讨的方法。AXag0032 Al-Mn柱撑蒙脱石的制备和微结构变化研究以辽宁某地的钙基膨润土为原料，首先对其钠化改型得到适合制备柱撑蒙脱石的基质，然后采用取代法合成Al-Mn柱化剂、红外光谱分析及煅烧试验等手段研究了Al-Mn柱撑蒙脱石的微结构变化和热稳定性。结果表明：n（Mn2+）：n（Al3+）为时，可得到层间距d（001）值为，300℃煅烧后其层间距稳定在，具有较好的热稳定性；钠基膨润土经柱撑反应后，柱化剂进入了蒙脱石层间，同时蒙脱石骨架〔Si4O10〕n与层间柱化剂离子之间发生了成链反应，形成了Si-O-Al或Si-O-Mn键。 AXag0033 新型金属材料及其加工技术的研究进展论述了当前金属材料及其加工工艺的最新研究和应用进展。指出了目前需要进一步开展新型材料的基础研究和应用研究，不断完善其制备工艺，开发产品，使新型材料的性能得到充分，广泛的发挥和应用。AXag0035 含Zr多组元掺杂石黑材料的性能研究以天然石墨为原料，通过热压工艺，制备了含Zr多组元掺杂石墨材料。研究了掺杂元素对材料性能的影响。实验结果表明：随着Zr含量增加，基体石墨的强度、导电和导热性成线性增加；但是过量的ZrO2会消耗基体炭原子，生成金属Zr蒸汽逸出基体，形成孔隙和缺陷，导致材料的性能下降，因此应控制ZrO2的加入量。另外，采用SEM、XRD等分析手段研究了材料微观结构，探讨了微观结构对其性能的影响。 AXag0036 贮氢合金机械合金化制备的研究进展机械合金化技术 (MA)是一种制备材料的新兴工艺 ,用它可以制备一般方法难以制备的和性能优越的贮氢合金。本文详细概述了近几年来机械合金化技术在贮氢合金制备上的应用状况 ,并就今后机械合金化技术在贮氢合金制备上的应用研究提出了方向。AXag0037 喷射成形技术产品的研究现状喷射成形是一种快速凝固近终成形材料制坯技术，利用该技术制备的材料具有优异的性能，喷射成形技术产品在特定的领域中正在逐步取代一些传统材料，简要阐述了喷射成形技术和产品的研究发展现状。AXag0038 快速成形技术中材料成形性的研究进展简要介绍了几种典型的快速成型技术的基本原理，分析了快速成形技术中材料的研究和应用现状，讨论了快速成形中材料的快速成形性问题，并指出研究和开发快速成形材料和对新材料的快速成形性的研究是材料与制造工程科学的一个重要发展方向。AXag0039 铸造合金的微观组织模拟研究进展凝固过程的数值模拟正在由宏观向微观转变。微观模拟不仅可以得到材料的凝固组织，而且还能为宏观模拟提供准确的潜热释放信息。针对目前微观组织模拟的研究现状，介绍了几种主要的模拟研究方法，如确定性模拟方法、随机性模拟方法和相场方法等，阐述了其主要特征和模拟微观组织时存在的优缺点。最后对微观模拟中现存的问题及发展方向了分析。 AXag0040-01 金属功能材料研究和开发的某些最新进展＊简要介绍了金属功能材料的发展概况，重点叙述了几种主要功能材料的研究开发情况，如结合国外情况介绍了中国的精密合金和电工钢、稀土永磁材料、非晶态合金、纳米晶材料、储氢材料和电池、超磁致伸缩材料等研发情况，对近期研究开发的新型金属功能材料如磁性形状记忆合金等进行了介绍。AXag0041-02 等离子喷涂制备Fe-B系非晶合金涂层的工艺研究＊ 非晶合金（俗称金属玻璃）具有独特而优异的性能，如高强度、高韧性、高硬度、极高抗腐蚀性能、软磁特性等，是一类很有发展前途的新型金属材料。但是，非晶合金在实际中仍还没有得到大范围应用，其性能优势远未能够充分发挥出来，限制非晶合金应用的最主要因素是其产品形态，如薄带、细丝、粉末等，厚度或直径只有数十个微米，应用范围是很有限的。开发熔体急冷制备新技术是当前非晶合金材料研究领域里的前沿性重要课题，采用现代先进热喷涂技术，如等离子喷涂、超音速火焰喷涂等制备表面非晶涂层就是对非晶合金制备技术的新开拓。热喷涂技术的显著特点之一是：喷涂粒子具有很高的冷却速度，单个熔融粒子的典型冷却速度大于106K/s，只要喷涂合金成分适宜、工艺适当，就能够形成非晶涂层。Fe-B系非晶合金往往具有优异的高硬、高强和高韧性能，将其应用于表面涂层领域则有可能成为一种优良的耐磨抗蚀材料。一种Fe-B基非晶合金粉末（含Cr，Ni，Si等）被用于大气等离子喷涂试验，研究表明，采用本文设计的等离子喷涂工艺能够制备出非晶合金涂层，涂层基本上由非晶相组成，在非晶涂层中分布着少量的淬态核结晶相，其尺寸在2～5μm。涂层由变形良好的带状粒子相互搭接堆积而成，球形喷涂粒子高度变形为扁平状保证了粒子各区域的非晶化和非晶涂层的顺利形成。涂层致密高，孔隙率低，氧化物含量较少，但在涂层中的粒子边界包含着少量的孔隙、微细的球形粒子等缺陷。涂层具有很高的硬度，显微硬度在800～范围内。随涂层厚度增大，涂层与基材的结合强度、涂层的抗开裂韧性均降低，采用200℃-4h保护气氛热处理可以有效提高涂层的硬度和抗开裂韧性，涂层仍保持非晶态结构。AXag0042-02 离子束辅助沉积非晶合金薄膜的研究＊目前离子束辅助沉积技术广泛用于各种超硬薄膜的制备，如类金刚石薄膜，但在二元合金系统中制备非晶和亚稳晶相方面鲜有报道。本文报道了作者所在的研究组最近几年用离子束混合技术制备非晶合金薄膜的研究结果。实验结果表明，离子束混合技术制备可用于多种二元合金系统非晶薄膜的制备，非晶合金薄膜的厚度不受实验条件的限制。在具有正混和热的二元合金系统里，已获得获得Cu-Ta和Cu-Nb非晶薄膜，在混和热为负的二元合金系统里，已获得 Fe-Zr、Fe-Nb、Fe-Tb、Co-Nb、Ni-Mo和Ni-Nb等非晶薄膜，采用多层膜离子束混合的方法在正混和热的系统里所获得的非晶成分范围小于在负混和热的系统非晶形成范围。AXag0043-02 放电等离子烧结技术及其在粉末新材料研究中应用＊介绍了放电等离子烧结（Saprk Plasma Sintering，简称SPS）技术的原理、发展与特点，并结合SPS新材料的研究进展，阐述高性能靶材、稀土磁性材料、超细或纳米晶硬质材料和热电转换材料的合成制备、性能与应用。AXag0044-02 金属热变形过程中的微观组织预测＊对大型体积成型软件DEFORM3D进行二次开发，将我所在90年代提出的一组热刚粘塑性本构模型以用户子程序的方式插入到DEFORM3D中。并针对FMV拔长工艺，进行数值模拟和实验验证的比较。AXag0045-02 亚微米级Fe-Cr-Cu金属纤维的研究＊从Cu-Fe-Cr原位复合材料中提取了金属纤维，对其组织结构进行了研究。X射线衍射分析结果表明，金属纤维为bcc结构的铁素体。AXag0046-01 气相沉积Ni薄膜的微结构和力学性能＊气相沉积纯金属薄膜在微电子、光学、防腐蚀、表面装饰等领域已得到广泛应用。但由于研究上的困难和缺乏应用需求，以往对纯金属薄膜的力学性能的研究关注不够，应用中常以块体材料的性能对其进行粗略的估计。近年来，微机械技术迅速崛起，成为高技术发展的重要方向之一。在微机械技术中，薄膜的刻蚀加工是核心工艺之一，纯金属薄膜由于其刻蚀工艺成熟，质量稳定，易于保证微机械零部件的加工精度而成为微机械技术的主要材料，因而需对其力学性质作较为全面系统的研究。Ni薄膜具有优良的抗氧化性和综合机械性能，并且具有铁磁性，是微机械技术中的重要材料。本文研究了不同基片温度下的Ni薄膜的微结构和力学性质。AXag0047-01 铂包钼搅拌器国产化研究＊本文主要介绍了铂包钼搅拌器的结构、应用领域、制造难点、使用注意事项及发展前景。AXag0048-02 金属多胞材料反平面应变裂纹的稳态扩展＊金属多胞材料（也称为金属泡沫材料）是一种新型的工程材料，它具有独特的物理、力学、热学、电学和声学等性质，如密度小、传热性较好，能吸收能量、声音等，因而可以广泛应用于包装、夹层板的制造、隔音材料、高温气体和流体的过滤、汽车的零部件等领域。特别地，金属多胞材料具有可循环使用的特点。为了更好地发挥金属多胞材料的功能，了解其力学性能是必要的。本文应用奇异摄动法研究了DF模型下金属多胞材料反平面应变裂纹的稳态扩展，并根据裂纹尖端的塑性变形与弹性变形必须相平衡的观点给出了裂尖附近的最低阶渐近解。AXag0049-02 掺杂对金属玻璃的形成能力与性能的影响＊块体金属玻璃的成功制备不仅使得金属玻璃作为工程结构材料的应用成为可能，也为金属玻璃的形成机理与玻璃化转变这一重要物理问题研究提供了新的思考点。但是到目前为止所发现的块体金属玻璃形成体系仅ZrTiCuNiBe、PdNiCuP这两个体系具有非常好的玻璃形成能力，其它合金体系的金属玻璃制备仍然需要很苛刻的条件，比如要求原材料的纯度高、高的炼真空度、气氛中的氧含量低等。对于块体金属玻璃的制备，掺杂不仅可以改进×的物理和力学等性能，降低材料的生产成本，也是研究金属玻璃形成的一种有效方法。本文所报道的工作从上述目的出发，采用合金元素添加等方法研究了Y对含Zr基块体金属玻璃的形成能力、力学性能的作用。AXag0050-02 NdAlFeCo金属玻璃的变形行为＊最近成功的制备出了Nd基多组元大块金属玻璃引起人们的广泛的关注，一是它在室温具有很高的矫顽力，二是用差示扫描热分析表现出反常的热稳定性，在加热测试过程中该体系在晶化温度以前没有表现出显著的玻璃转变。但是Tx/T1有很高的值大约为，这又表明有非常稳定的非晶相抑制了晶化，晶化温度以前没有表现出显著的玻璃转变和Tx/T1有很高的值，这一对矛盾使得该体系不同于其他大块金属玻璃，我们以胶的动态力学试验结果表明在600k时弹性模量迅速衰减和内耗试验峰，这表明有玻璃转变发生了。本文中我们将在不同工下测试NdAlFeCo金属玻璃的变形行为。AXag0051-02 大型曲轴整体电渣熔铸若干关键技术的研究＊曲轴是柴油机功率输出的关键零部件，它的质量好坏直接关系到柴油机的性能，目前我国正处在柴油机更新换代的时期，各类柴油机正朝着小型化、大功率、超载能力强、可靠性能高的方向发展，因此对柴油机的要求日益增高，特别是大中型柴油机曲轴，传统的毛坯制造工艺难以保证其组织成分和机械性能的要求。电渣熔铸曲轴具有组织纯净、成分均匀、机械性能优良、投入少、产生快等有点，因此可适应大中型柴油机发展的需要。本文对电渣熔铸整体大型曲轴所涉及到的一些关键技术的研究作了简要的叙述。AXag0052-02 新型均匀液滴喷射成形技术
随着市场经济的发展，玻璃纤维被因为其可代替金属材料的用途被广泛应用于建筑、交通、电子。化工、冶金、国防等方面，因此随着上述行业的需求不断增加，玻璃纤维日益受到了人们的重视。据前瞻产业研究院数据显示，目前全球玻璃纤维行业发展缓慢，以10年为例玻璃纤维生产能力为471。5万吨，今年预计能生产530万吨，这主要是全球玻璃纤维企业对扩产计划十分谨慎的缘由。从全球玻璃纤维消费来看，全球消费大国主要集中在发达国家，欧洲为世界玻璃纤维最大的消费市场，用量为全球总量的35%以上。而美国、日本也是主要消费国家，中国相对还比较少。目前中国玻璃纤维行业发展比较迅速，目前每年的增速大约在20%左右，而且中国现在是世界最大玻璃纤维生产国，生产量占全球生产量的60%以上，已经成为国际市场的新寡头。而且从历史来看，全球的玻璃纤维市场一直是个寡头垄断的市场。预计未来，中国寡头垄断的局面将很难改变。从利润率来讲，国外巨头的玻璃纤维毛利润一直保持在10%左右，而据前瞻产业研究数据表明，中国玻璃纤维企业经过多年的发展，品质已经达到中上游水平，毛利率也一直保持在25%—35%之间。从种类来说，我们的玻璃纤维种类还相对比较少，应用范围也比较狭窄，而且受今年来全球经济发展水平的影响中国的玻璃纤维出口水平有所下降，但是好的一点是，中国随着经济发展水平的提高内需不断提高，抵消因出口减少带来的压力。随着国内玻璃纤维企业越来越注重市场行业研究，我国的玻纤产业还存在大量市场空间未被挖掘，尤其是在一些应用领域，许多细分市场甚至根本未被开发。这就为未来我国玻璃纤维企业的升级奠定了一定的基础。随着国内一些优秀企业的迅速崛起，中国必将成为玻璃纤维市场的翘楚。
行业产能扩张，产能全球占比超过一半
我国玻纤行业在全球占据重要位置，为世界第一大玻纤生产和出口国。据《中国巨石股份有限公司2020年度第一期中期票据募集说明书》披露，“十一五”期间，中国的玻纤产能从160万吨增长到265万吨，年均复合增长率达到，而同期全球产能年均复合增长率仅为，国内破纤产能已达到全球玻纤总产能的50%以上。“十二五”期间，中国的玻纤产能从265万吨增长到323万吨，年均复合增长率达到，略高于同期全球产能年均复合增长率，国内玻纤产能已达到全球玻纤总产能的55%以上。
到2018年，我国玻璃纤维的产能出现爆炸式增长，2018年玻璃纤维产能增量将近90万吨，我国玻璃纤维行业出现产能过剩的威胁。为此，2019年，行业作出了积极调整，淘汰落后产能，并减少了新增产能，整体产能增速控制在了5%以下。截至2019年末，中国玻璃纤维产能为526万吨。
行业高速发展，产量和需求量增长
我国玻璃纤维产业近年处于高速发展的阶段。2012-2019年，我国玻璃纤维产量逐年上升。特别是近两年随着玻璃纤维产品供求关系好转，下游应用领域不断扩展，市场景气度快速回升。2019年，我国大陆地区玻纤产量达到527万吨，占全球总产量的一半以上，中国已成为世界规模最大的玻纤生产国。
玻纤属于替代材料，其渗透率的提升一方面来自于成本节约过程中玻纤价格的下降，使得材料使用的性价比更高，另一方面源自于技术的进步使得玻纤性能提升，进而拓宽应用领域和提升下游客户的使用体验。历史上我国玻纤行业的快速发展及应用领域的提升也同时伴随着玻纤价格的下降及技术的进步。
2012-2019年，随着下游产业的迅速发展，我国玻璃纤维需求量呈现波动增长的态势。2019年，我国玻璃纤维需求量实现389万吨，较2018年增长。
——更多数据可参考前瞻产业研究院《中国玻璃纤维行业产销需求与投资预测研究报告》。
随着社会的不断进步，人民对提高生活质量的需求，尤其是对视力保健的关注度越来越高。统计数据表明， 中国 在校小学生佩戴眼镜的人数比例达到30％，中学生为50％，而大学生则达到了75％，成为名符其实的眼镜王国”。 一、应社会需求 发展 起来的新学科 1988年，中国计量 科学 研究院(以下简称“计量院”)组织了新中国成立以来首次、也是北京市第一次眼镜市场的产品质量调查。根据英国标准化协会(BSI)的标准，京城20多家大眼镜店被抽查的上千副眼镜的质量合格率不足10％。 为此，我国著名光学专家王大珩院士率先向社会发出呼吁：眼镜是保健用品，不是一般的商品，全社会都应陔关注消费者的视力健康!一些政协委员和人大代表电纷纷提出提案，建议国家有关部门对眼镜行业进行治理和整顿。 眼镜质量问题引起了原国家技术监督局的高度重况和关注．眼镜立即在“质量万里行”活动中被列为重点监督的产品。计量院正是从这时开始涉足眼科光学领计量和检测标准的研究的。近20年过去了，具有中国旖色的眼科光学计量取得了长足的发展和进步。 二、眼科光学与相关产业密切结合、与其他学科相巨交叉 眼科光学是集眼科学、计量学、光学和光学仪器、验光学、眼镜学、像质评价技术、光电检测技术、光谱光度学、神经学、生物学、材料学、制造工艺等为一体的新兴的边缘学科。眼科光学计量是眼科诊断、 治疗 、视力矫正和眼保健的基础保证。 根据国际标准化组织(ISO)的专业划分，至少有五大产业领域与眼科光学密切相关，它们是眼镜镜片、眼科仪器、角膜接触镜、人工晶体和个体眼部防护用品。由此可见，眼科光学又是医疗卫生、眼镜行业和光学 工业 的结合体。 三、具有中国特色的眼科光学计量体系 根据日益增长的国际市场和贸易全球化的需要，20世纪80年代中期，ISO在IS0C172“光学和光子学”标准化技术委员会下面设立了SC7“眼科光学和仪器”标准化分技术委员会。由于信息不畅以及行业划分的制约，中国的眼科光学计量研究与国际IS0C172，sC7的建立虽然同步，却又毫不相干。而国际计量界的同行们，无论是德国联邦物理技术研究院(PTB)、美国国家标准与技术研究院(NIST)，还是英国国家物理实验室(NPL)，都还没有开展这一领域的研究。 命运注定，中国眼科光学计量的生存、确立和发展必须自主创新。 1。独创性 由于有了计量院这样一支实力雄厚的技术队伍的实质性介入，仅仅十几年，中国已经开始步人国际先进水平的行列。 在国家质检总局的大力支持下．计量院会同全国质监系统先后研究建立了顶焦度计量基准、验光机顶焦度工作基准、角膜接触镜顶焦度工作基准等一系列有代表性的基、标准装置，并在全国范围内建立了具有中国特色的顶焦度量值传递和溯源体系，如图1所示。 纵观国际眼科光学大家庭，中国的眼科光学计量颇具独创性。正如国际计量局局长瓦拉德于2005年下半年参观计量院眼科光学实验室时所说的：“我在你们这里看到了一片新天地。” 2．建标与量值传递的新模式 传统的计量工作，往往是先投入巨资研究检测装置，待建立计量基准或计量标准后，再对社会开展周期检定和量值溯源。 计量院在开展眼科光学计量研究的初期．面临着技术上走哪条路的抉择。由于服科光学计量服务的对象是一个个不同的生命体，从某种意义上说．如果初期没有选择好突破口，计量检定方法不能通过临床医学的考验，就不可能得到今天医学界的承认，更不会被国内外市场广泛使用并接受，也绝无可能发展到今天的规模和水平。回顾 历史 ，眼科光学计量所实现的突破在于： (1)选择了以动态或在线检测为研究目标 事实证明，这种模式能够较好地适应眼镜行业或医学界在使用现场进行动态测量或在线校准和检测的需求显然，传统的、基于静态或分量程的工业计量模式，以及高成本低使用率的计量建标和检定模式．不适于眼科临床医学的需求。而中国自主研发的各种眼科光学计量标准器具，如标准镜片和标准模拟眼等，则以其高科技含量、低成本高使用率、便于携带等显著特点．一下子就被国内外客户广泛接受，并占领了市场。 (2)以Map手段实现量值传递的新模式 面对具有3．6亿用户的眼镜市场，我们只有通过大面积的建标和计量检定，才能有效控制眼镜行业的产品质量，才能保证全国范围内顶焦度量值的统一。而Map了用客传递手段，就像勾画一张全国地图一样，把顶焦度一级或二级标准、验光机顶焦度标准、瞳距仪检定装置、透射比计量标准装置、角膜曲率计检定标准等通过自上而下的逐级推广、很快就覆盖了全国除 台湾 和西藏以外的大部分省、市地区计量所，甚至远销海外。这种新模式，满足了我国眼镜行业分布区域大、计量检定贯穿始终、无所不在的市场的需求。 四、计量基标准与科研成果转化 眼科光学领域内的基本物理量是顶焦度——VertexPowero 围绕着顶焦度这个重要物理量，我国先后研究建立了各项基(标)准，并将其迅速转化为市场上可流通的商用计量标准器具。例如：“顶焦度标准镜片”、“主观式和客观式标准模拟眼”、“接触镜顶焦度专用标准镜片”、“眼镜片透射比测量装置”、“瞳距仪计量检定装置”和“商用瞳距仪样机”、“角膜曲率计标准器”等。 上述计量标准器具均可直接用于对眼科光学计量仪器进行强制检定和计量校准，且具有包容性强、较长期的适应性、研究费用低廉、易于操作和大范围推广等优点，有利于调动地方质监部门的积极性。 上下齐抓共管大好局面的形成，使我国政府对眼科光学领域的产品质量实施市场监督的目标能够落到实处。 五、发挥龙头作用、形成计量院与地方技术机构双赢的局面 眼科光学计量之所以能够在短短十几年里取得如此快速的发展．并为提高我国眼镜行业产品质量的提高作出举足轻重的贡献，除了计量院自身的努力之外，另一个重要的原因就是这项工作得到了全国各地质监部门的积极响应和大力协助。 目前．除台湾、西藏以外的大多数省市级的计量和质检机构都开展了眼科光学计量检定和产品质量监督工作．各地技术机构直接使用计量院提供的计量标准器具。这种“统一研制、统一推广、统一培训、统一周期检定”的“四个统一”模式有效解决了巨大市场需求下的量值溯源和量值统一问题，使将原来看起来十分复杂和困难的技术管理和市场监督工作变得简化和顺畅起来。 眼科光学计量走出了一条计量为国民 经济 服务、为社会发展服务、为提高人民生活质量和身体健康服务的新思路，不但使社会和国民从中受益，也形成了计量院与地方技术机构双赢共进的新局面。 六、中国眼科光学计量研究实现“从零的突破到质变的跨越” 眼科光学计量所走过的路。为计量科学技术的发展开拓了广阔的研究领域，使计量科学更贴近生活，更贴近国民经济。也锻炼和造就了一批了解市场、了解 企业 需求。通过为社会服务而发现和寻找科研方向的新型的科技人员。 顶焦度计量标准(基准)、验光机工作基准、角膜接触镜顶焦度工作基准的相继研发成功。确立了计量院在国内眼科光学领域的“科研龙头”地位．同时。为提高中国在国际眼科光学界的地位赢得了关键的一票。
没有。《光谱学与光谱分析》是1981年创办的中文学术期刊，月刊，中国光学学会主办，中国科学技术协会主管，投的光谱学与光谱分析期刊会在3个月可以被检索，期刊主要刊登激光光谱测量、红外、拉曼、紫外、可见光谱、发射光谱、吸收光谱、X-射线荧光光谱、激光显微光谱、光谱化学分析、国内外光谱化学分析最新进展、开创性研究论文、学科发展前沿和最新进展、综合评述、研究简报、问题讨论、书刊评述。
此种自主型液态金属机器的动力机制来自两方面：一是发生在液态合金、金属燃料及电解液间的Galvanic电池效应会形成内生电场，从而诱发液态金属表面的高表面张力发生不对称响应，继而对易于变形的液态金属机器造成强大推力； 本质上还是机械运动 。其实就是镓基合金加入铝后有内生电场，没那么邪乎，也不具有智能。只是在释放表面张力的过程中通过反作用力作用在刚性管道表面推动自身移动或者作用在液体上使得液体能够流过。 详情参见论文
据初步统计，说明了本项研究工作的影响。自驱动液态金属机器的问世引申出了全新的可变形机器概念，将显著提速柔性智能机器的研制进程。当前，全球围绕先进机器人的研发活动正处于如火如荼的阶段，若能充分发挥液态金属所展示出的各种巨大潜力，并结合相关技术，将引发诸多超越传统的机器变革。刘静小组关于液态金属自驱动效应和相应机器形态的发现，为今后发展高级的柔性智能机器人技术开辟了全新途径，具有十分重要的科学意义和实际应用价值。
中国清华大学的一组研究人员创造了一种液态金属材料，这种材料非常轻，可以漂浮在水上。研究人员希望利用极轻的材料构建轻量外骨骼和类似的液态金属机器人，就好像终结者2电影中的机器人一样。具体来说研究人员创建了一种软金属镓和铟的混合物，其熔点仅为摄氏度（华氏度）。为了使其漂浮，研究小组会把充满空气的玻璃珠轻轻搅拌并置于到液体中。据清华大学上个月在杂志上发表的论文，在此过程中，氧气与液态金属结合，有助于使这些小珠子保持悬浮状态。该论文称，尽管其密度极低，但液态金属材料在温度调节下仍保持出色的顺应性，导电性和刚度变化。这种材料具有足够的强度，可以像折纸一样折起来或用力压成某种形状，根据现在的测试，数据表明同一批材料可以重复使用八次以上，而不会明显丧失功能。研究人员希望，他们的未来材料可以在不久的将来用于制造各种先进的液态机器人和水下设备。
我国铸造行业节能减排现状我国铸件产量已经连续10年位居世界第一，是世界铸造大国，但不是铸造强国，铸造行业的技术水平低、能耗高、污染排放严重。目前，我国铸造行业的能源消耗占机械工业能耗的25-30%，能源利用率仅为17%。铸造生产综合能耗是国外发达国家的2倍。以单位万元的GDP能耗作为衡量，机械制造业的万元GDP能耗为万无(ce，标准煤)，而铸造行业约为万元，是整个机械制造业的倍。铸造行业的污染排放也相当严重，以2006年为例，我国共生产铸件2800万吨，排放污染总量约为：粉尘150万吨，废气300亿-600亿平方米，废砂3000万砘，废渣900万吨。我国每生产1吨合格铸件，大约要排放粉尘50KG，废气1000-2000平方米，废砂约1吨，废渣吨，单位产品三废排放量是工业发达国家的10倍。上述数据显示我国铸造行业的生产工艺落后、生产设备差，铸件质量差、废品率高、后续加工量大等是造成高能耗、高污染排放的根本原因。
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铸造生产的统计过程控制摘要：本文讨论统计过程控制和数据收集带来的好处，它们能够提高各种铸件的质量和降低成本。许多人错误地认为SPC实施困难，既费时、费力和费钱又回报得益不多。实际情况并非如此，SPC和数据收集的实施很容易，而且回报远远超过投资。本文将提供经验判断对质量的影响，并与采用统计方法作比较。本文将回顾SPC的历史和基本原理，数据收集的必要性，以及如何确定最适合每个工序运作的方法。本文还探索可用的简单有效的实施方法，以及提高数据收集过程自动化和效率的基本途径。关键词：SPC，过程控制，质量，数据收集，铸造生产1 前言面对今天竞争激烈的市场，质量既是确定的又是有差异的。说它是确定的，因为任何人不能为客户提供质量好的产品将很快从业界消失。但是，质量同样能够让你从竞争对手区分开。结构良好和实施质量管理系统可降低返修量和废品，达到节约成本和得到更低报价。对铸造企业来说，这就需要重新考虑现行的质量和实现质量的最佳方法。2 旧的质量控制方法与新的质量控制方法旧的质量控制方法对许多铸造企业来说，质量可简单地用以下方式表示（以熔化为例）:1）按工序制造过程产品（配料、熔化铁水）；2）检查产品缺陷（化验）；3）需要时返工（一次成分不合格，调整）；4）检验返工产品（重复化验）；5）进入下一工序（浇注）；6） 回到第一步，重复操作第1到第5步。这种方式可认为是质量控制的“检验法”。对于利用这种最基本的质量控制系统的企业来说，它们以昂贵的费用：“检验”产品质量，但无助于改正引起产品缺陷的根本原因。我们经常做的事情，就是采用收集基本缺陷数据的方式，这是一种主要将缺陷的产生推回到操作人员的做法。这种错误概念来自认为操作人员通常是产生质量问题的起因。它不能找到产生缺陷的真正原因，而只在缺陷已经产生之后才检验出质量不好的产品，即事后把关。这种方式同样非常依赖于本身就缺少一致性和准确性的经验判断。经验判断经常会让漏检的缺陷进入下一道工序，如果在组芯中或下芯时发现砂芯缺陷，则返工成本更可观，此时组合砂芯可能要额外的拆卸更换有缺陷的砂芯。更糟糕的是不合格的铸件产品可能引起汽车零部件使用寿命缩短，并失去良好的客户信誉。无论在哪里检验出缺陷，返修和报废的材料都增加了产品的生产成本。 新的质量控制方法更好的方法是采用统计过程控制（SPC）法实时监控在铸造生产过程中最容易产生铸件缺陷的关键工序。这里含有用于预防代替检验的概念，并且减少对经验判断的依赖。经验仍然在总体质量方法中起作用，有助于在FEMA分析中由现有过程导致的一贯性缺陷。这使得过程控制首先注意到最能够实施“防犯于未然”的区域，最终检验员不再是查找缺陷的“警察”，而变为帮助工作人员防止缺陷发生的同事。这种方法同样考虑到生产过程的各个方面，包括人、机、料、法和环境，并且清楚地认识到人只是过程中众多资源之一。这个方法把防止不良质量放在首位，以便减少废品和浪费，最终达到生产率和收益的增加。3 工业与质量历史回顾19世纪初期，美国工业正在寻找提高生产率的方法来降低成本和增加收益，但没有想到质量对这种关系的冲击力。此时最广泛采用的是1911年泰勒（Fredrick Taylor）在他的著作《科学管理的原理》中提及的技巧。作为一名工业工程师和顾问，他以顾问身份服务于早期的工业家，如亨利•福特等人。他不断寻求提高机器和工人工作效率的方法，他使用的基本假定是大部分工人又笨又懒，金钱是他们主要的动力来源，因而在工人与管理之间应有严格的区分。他观察到工人会放慢他们的作业，害怕工作太有效而变成失业。他相信可以利用工人以金钱作为工作的动力来克服他们的惧怕和提高生产率。基于这种信念，他创立了“计件”工资制，对工人支付定量生产件数的基本工资，对超过定量的生产件数付给额外奖金。现今还有一部分行业使用这种体制。工人被当作机器，他们很快变得疏远和不满足。产品的生产主要根据数据量而不是质量，管理采用“胡萝卜加大棒”的办法来降低成本和增加利润。到19世纪20年代，得益于休哈特（Walter Schewart）博士的工作和努力，质量变成公司降低成本的整体计划的组成部分。他作为西方电气公司工程部的著名科学家，被誉为统计过程控制之父。在1924年他计划了一种抽样图表，“设计用来指示在给定类型的缺陷部件中观察到的变化百分比，这是很有意义的，亦即指出对产品是否满意”。他认为产生缺陷的原因可分为“偶然原因”（生产过程中固有的可预测的变化，现在经常称为“普遍原因”）和“异常原因”（由特殊的不可预测的原因或事件引起的变化，现在经常称为“特殊原因”）。据此应该着重研究和消除异常原因，以便改进质量，但不必浪费资源去解决对整个过程和生产质量影响不大的偶然原因。这种方法亦可用来确定某一工序的固有能力，此时“控制界限”可作为一个工序的合格率的控制线。当贝尔实验室科学家将休哈特的概念付诸实施时，他的方法使几项废品降低了50％，和节省西方电气公司几百万美元的开销和材料。利用他的统计技术证明通过质量改进能够节约成本和增加利润，并且引起许多大型工业公司的注意。管理部门开始认识到人不能生产出工序所允许的更多的产品和更好的质量。在他1931年的著作《控制产品质量的经济检验》中全文述他的统计抽样方法的研究结果，并且这个结果仍然是现代统计过程控制的基础。一位西方电气公司的同事戴明（Edware Deming）在参加美国作战部和后来在日本讲授质量基本原理时，将休哈特的成果加以扩展。戴明在他的“管理的14项职责”中将统计过程控制和质量论述为管理哲学，并把它作为一种工具使工人参与搞好机构的活动。他采用这种统计工具和管理哲学去鼓励工人负责在他们控制下的工序的质量。休哈特的实践和戴明的哲学相结合至今还在不断提高美国工业的质量和生产率。4 SPC的基础——各种控制图过程控制图可分为两大类别：用于测量变量的图表和用于测量属性的图表。根据监控的过程和收集数据的来源，它们的用途各不相同。变量图的实例：监控型砂紧实率。两碾砂之间通常会出现紧实率的少量变化。比照控制允许值来跟踪这种变化可以确定工序是否在合格范围之内，或者在不合格紧实率的型砂出现能迅速指出那些需要检查或改正的，因“特殊原因”而产生的事件。属性图的实例：在制芯操作中跟踪有缺陷的砂芯数目，计算在一个班次砂芯成品率。跟踪与控制范围有关的数据可以保证前面各工序的总体质量，或者在下一个缺陷砂芯产生之前指出需要检查和改正芯盒或制芯工艺参数设置。变量控制图：最常用的变量控制图表是X控制图和R控制图，它们经常一起使用。X控制图用来监控工序的位置或者工序的计量值，而R控制图用来监控工序的范围或者分布。在正常运用中，获取一个样本的多个读数，然后相加及求平均值后产生绘在图上的数据点。任何落在上控制限（UCL）或下控制限（LCL）之外的数据点表示由于特殊原因引起的不合格的工序变化，在进行下一步生产之前需要检查和改正。除了数据点超出UCL或LCL表示有特殊原因之外，还有其他规律可指出在没有超出UCL或LCL时存在的特殊原因。这些规律的依据是变量的统计概率，并可以对很快失控的工艺过程作出预先提示。这样就能够在生产出有缺陷产品之前进行检查和改正。一些常用的实例包括：●2个以上接近UCL或LCL的连接续点● 6个增加或降低的连续点●8个在中间值一边的连续点● 14中间值两边交替出现的连续点还有其他限制更多的规律，由控制图的特殊区域来决定，而且对于刚开始SPC计划的铸造厂来说还不需要这些规律。这些规律随工序的不同而有差别。应该记住，过多规律可能产生大量的“伪报警”，但规律太少又可能在生产过程中漏检有关的问题。当第一次建立一个生产工序的X控制图或R控制图时，UCL、LCL和中值数控线必须确定下来而不是随意规定。这就需要实时运行和测量，然后采用测量值计算出UCL、LCL和中间值。为确保计算值为有效性，工序的生产过程必须是稳定的和可重复的，否则所提数据有偏移，在以后可能对生产过程产生错误的反馈。采用著名的平方律可从读数值来验证生产过程的稳定性，具有“钟形曲线”的正态分布即表明生产过程是稳定的。用于生产过程控制的步聚和计算在本文提及的参考书中有许多介绍，当首次建立图表时必须遵守这些文献。属性控制图：属性图用于不可计量的特性的控制。这些特性通常用“好”或“不好”等来表达，正如在化妆品检验或测试运行中所遇到的情况那样。这种特性称为属性，用简单的计数数据来制表。属性图表有三种主要类型：● P图，测量某批产品中缺陷部件的百分比● np图，测量某批产品中缺陷部件的数目● C图，监控某批产品中缺陷部件的总数对于X直方图和R曲线图的控制界限要建立在对稳定运行的工艺过程的初始计算上。这是一个连续生产产品的过程，所有的缺陷来自工艺过程内部的固有的普遍原因，而不是由需要检查和改正的特殊原因所引起来。在某些例子中，例如铁素体球铁Mn的含量，可以规定一个控制上限，当材质缺陷达到不可接受的水平生产时过程必须中断。其他数据收集方法：虽然统计过程管理可用来减少，甚至可能取消中间经验判断的操作，但是所有实施的经验判断应尽量收集和编制最有意义的数据。如前所述，当需要建立工序控制点时，这些数据对首先应在何处加强控制提供了巨大的帮助。同时它也提供了与SPC图表、数据相关的反馈，使管理层确信SPC计划正在改进质量和降低成本。缺陷记录可用来收集目视检查的数据，还可以提供与SPC实施无关的有用数据。合理使用缺陷记录，并配合对过程的周密计划，则缺陷记录可以指明改进过程的方向。记录应设计成易于单个产品缺陷输入，以便减少对总体工作流程的影响，但又能涵盖过程中所能出现的各个缺陷。缺陷记录中的数据可以一个生产班次为单位计算，将结果制成排列图（Pareto图）格式制成图表。在排列图中缺陷记录按照出现频次从高向低排列，以保证重点改进项目得以优先解决。同样可以直观地反映出那些有效产品缺陷的尝试。使用EXCEL电子表格很容易绘制排列图。5 如何实施 我厂应用SPC的历史和现状我厂从80年代就开始引进和实施全面质量管理，对过程中影响产品质量的关键工序建立工序质量监控点，对关键的过程指标采用控制图等SPC的应用，但长期以来，一直存在一些认识上的误区。以为收集一些的质量数据，做几个控制图，挂在墙上展示一下，计算一下Cpk，就算使用了SPC，这样其实只能应付公司质量部门的审核，很少有人不觉得这样做是个负担。 98年通过QS9000质量体系认证后，我们的客户和体系的要求，必须在过程控制中有效使用SPC，控制计划和作业指导书保留原有的工序质量控制点的应用，为了减少数据收集和统计的“麻烦”，将原有的SPC控制图表人为减少，以利于审核的通过，这些认识都是很初级的，完全没有理解SPC动态过程控制的核心，根本不能达到对过程质量动态、连续监控的目的。 有些人员在接触了SPC后，试图寄望它不只能发现过程的异常波动，更应该给出导致异常的过程要素和原因。如异常情况是由设备、原料或操作上的什么问题引起的？其实这些想法是不切实际的，也是没有理论依据的。SPC工具是用统计学方法对过程质量数据进行处理、使工序质量状态可视化。而可视化的控制图只反映当前过程的运行状态或者未来趋势，并不能反映导致这种状态出现的内在原因。异常原因还要由人去查找，究竟哪道工序是导致异常的根源这样的特殊情况。所以，理想化的期望必将影响质管人员对SPC的信心，也将阻碍工厂实施SPC的进程。 SPC计划着手开展SPC和数据收集计划时，要留意打好基础以减少执行中出现的问题。采用一次涉及太多问题的“猎枪”法会遇到要求高级支援的困难，占用质量和工程小组的日常生产支持时间，虽然大公司有钱请专人执行和支持SPC和数据收集，较小的公司常会增加现有雇员的任务。最好的方法是全面推广前，先在便于管理的小范围内运行和获得成功的执行经验。实施SPC前，先开始检查现有的数据，寻找产生铸件主要缺陷的关键过程。如果没有过硬的数据，也可非正式评估某一个正在花费技术人员许多时间去解决问题的过程。它通常会是某一方面如砂芯质量的问题，并随着设备、原材料、方法、人力和工作环境本身的变化而变化。一旦选择某一过程作为重点，即入下一个步骤。根据所监控的过程来决定你要收集变量数据还是属性数据。这些作为运作选择适当的控制图表。如果收集变量数据，通常使用X直方图和R曲线图。如果收集属性数据，往往选择P或NP图，在这两大类图中还有各种不同式的样图，技术人员和质量工程师在开发和需要进一步深入时会再使用这些图。在开展SPC工作初期，可用人工计算数据和作图，而不要用电子数据表格的图表或自动软件包。人工作图让操作人员对数据收集过程有实际的感受。并且最终获得主宰过程和参与数据收集的感受，经过一段时间之后，系统可停止对操作人员的数据收集任务和理顺整个SPC过程。必须对操作人员提供为什么和怎样实施SPC和数据收集的充分训练。以小组活动的形式解释清楚他们承担的特定过程的变化对最终产品总质量的影响。然后，对统计过程管理作审查，使用简单的练习来说明过程内的变化，以及如何监控让他们制作测试图图表和跟踪过程数据。直至他们懂得数据收集的重要性和他们过程的作用。如果培训获得成功，负责该计划的质量和工程小组在真正实施和执行时就比较容易了。 SPC和数据收集的方法只要提供可用于改善现行过程有意义的数据，任何统计过程管理和数据收集方法都可以使用。开始起动一个计划时，特别当员工没有SPC经验时，最好使用人工方法进行运作，与经费多少或易于使用无关，人工方法为在机构内执行统计过程管理和观念提供坚实的基础。有一种错误概念认为，SPC需要高级数学技巧，实际上对于任何会用小型计算器的人员来说，所用大部分计算都是很简单的。对于我厂现阶段的实际情况来说，人工方法就足够了，虽然利用基于电子表格EXCEL的控制图可提高效率。电子数据表格本身可做大量数字的数据收集工作，也可生成控制图，而无需对数据点作连线的例行事务。最后，它还是提供数据可在局域网内实时存取的方法，便于信息的查阅。 SPC实施步骤流程6 网络化SPC是过程质量系统的必然选择铸件的质量是每个工序产品质量的累积，有时微量元素较小的变化也能影响整个产品的使用性能。要全面提升企业的过程质量控制能力，必须从每一个操作、每一道工序的处理做起，形成自始至终的过程控制闭环，实现全面过程质量控制，达到休哈特理论中的全稳生产线。只有形成这样的控制局面，才能保证企业范围生产过程的可控态。有了稳定的工序状态，才会有稳定的产品质量。 过程质量控制不但要处处有，还要人人参与。它不只是现场操作工的事情，企业各层的质量管理人员都应积极参与到这一工作中去，从而形成互相分工、互相关联、互相监督的全员化网络型过程质量保证体系。SPC只有在企业的真正需求的前提下，把网络技术、数据库技术与SPC科学结合了起来，才能为企业提供了一个全面的过程质量解决方案。基于大型数据库的网络化SPC系统，是实现企业全面过程质量控制的优选方案。它以企业局域网设施为基础，以大型数据库为平台，以质量数据采集系统、SPC现场动态监控系统、质管员监督分析系统、管理层质量查阅系统等为应用框架，构成了功能完整、运行有效的企业网络化SPC过程质量控制系统。针对企业生产过程质量参数多（包括产品和工艺参数，计量和计数参数等），数据采集连续性、高频度的情况，只有大型数据库系统能够承担数据的管理工作。网络化的系统框架，可以把质量监控点布置到从办公室到生产现场的任何角落，是全面过程质量系统的思想基础。建立网络化SPC软件，使数据更便于输入，用基于电子数据表格的数据输入图表，能自动求出过程运行中的读数之和并且计算上下控制界限。它可24小时收集数据和自动作出图表，包括X直方图和R曲线图。系统驻留在屏幕打印机旁边的专用计算机内，并且可通过局域网获得可视的数据。SPC系统有多种型式和大小，从互联网获得的免费软件和共享软件到200～1000美元的软件包，提供所需要的各种图表和输出方式。软件包具有许多用户配置选项和作图规则，并考虑到多道工序或多条生产线的监控。最高级的和数据收集是全部硬件/软件结合的集成，它把设备直接连接到软件和网络。这些软件可预设告警界限和用户实施的规则，以及当某一过程超出控制范围时自动告知适当的人员。这种解决方案的价格较高。7 总结仍然使用质量控制的“检测”方法的铸造企业不但浪费时间和金钱，而且面对我们的对手失去竞争优势。统计控制过程和数据收集对我厂在改进质量和降低成本方面都有很大帮助。如果从结构和逻辑性方面着手的话，实施人工SPC和数据收集计划是较简单和有效的。在此基础上计划可以升级，通过基于自已编制的电子数据表、便宜的现成软件包来实现。不管怎样，统计过程控制和数据收集对任何过程和产品都有用处，这时毫无疑问的事情。参考文件：〔1〕公司内部QCD教育手册：质量管理〔2〕爱肯锡公司培训讲义：统计过程控制
做掀，锄头，砍刀…前景大好。金属型铸造能减少生产环境中铸造粉尘、铸造烟气、降低生产现场温度、以及改善生产环境铸造废物、减少公害等方面，是砂型铸造没有的优点。而且球铁金属型铸造生产在汽车行业等领域中，将在批量大、保安要求高的零部件生产上得到应用，推动我国汽车工业向着安全、可靠、耐久、轻量化方向发展。
药学毕业论文开题报告篇3 题 目 名 称： 番泻叶对小鼠尿量的影响 研究现状： 一、普鲁兰酶 普鲁兰酶(Pullulanase，. 2. 1. 41)是一种能够专一性切开支链淀粉分支点中的α糖苷键，从而剪下整个侧枝，形成直链淀粉的脱支酶。普鲁兰酶还可以分解普鲁兰多糖，普鲁兰酶来源于微生物，R-酶则来源于植物。普鲁兰酶最初是由Bender和Wallenfels于1961年通过产气气杆菌Aerobacter. aerogenes}(典型菌为肺炎克雷伯氏杆)发酵获得，他们报道了该酶良好的酶学性能。之后，各国的科研人员经过广泛深入研究，从不同的地区、微生物中获得该酶，掀起了开发普鲁兰酶的高潮。 在淀粉加工工业中，α淀粉酶最为常用，它的功能是水解淀粉的α-1,4糖苷键，单独用它时，产物中含有大量分支结构的糊精，其中就含有大量的α-1,6糖苷键。假如不把淀粉的α-1,6糖苷键彻底分解的话，势必会造成很大的浪费。自然界中，存在有能分解淀粉的α-1,6糖苷键的酶，通称为解支酶。如寡α-1,6葡萄糖苷酶( , Oligo-l,6-glucosidase )，普鲁兰酶( )，异淀粉酶( , Isoamylose )，支链淀粉一6-葡聚糖酶( )，其中普鲁兰酶要求的底物分子结构最小，故而可以将最小单位的支链分解，导致可以最大限度的利用淀粉，所以在淀粉加工工业中有着重要的用途和良好的市场前景。故而许多国家都争相开发，但是到现在为止，只有丹麦的NOVO公司具有普鲁兰酶的生产能力。我国只有向其进口，但是其价格昂贵，限制了普鲁兰酶在我国的应用。其实，我国早在七十年代就开发普鲁兰酶的产生菌，但是该菌的酶学性质不适合生产，至今我国在普鲁兰酶的国产化方面还没有报道。 在淀粉的加工行业上，对普鲁兰酶的酶学性质的要求是耐酸耐热，其原因是因为通常使用外加酶化法，由于所用酶类的限制，普鲁兰酶的添加可以在两步反应的任何一步，但必须满足上述的反应的条件。因此所开发的普鲁兰酶的酶学性质必须满足现有的酶法水解制糖的条件，也就是耐酸耐热。 二、普鲁兰酶的研究现状 1.产普鲁兰酶的微生物 普鲁兰酶最初是由Bender和Wallenfels于1961年通过产气杆菌(Aerobacter aerogenes)发酵获得。他们报道了该酶的良好性能之后，各国的科研人员经过广泛深入的研究，从不同的地区的微生物中获得该酶，掀起了开发普鲁兰酶的高潮。但是迄今为止，尽管发现许多微生物能够产普鲁兰酶，但是由于当今工业生产条件(酸性，温度)，大多数微生物所产的普鲁兰酶并无商业价值。以下便介绍一下普鲁兰酶的生产菌种。 蜡状芽抱杆菌覃状变种(Bacillus cereus ) 由日本的ToshiyukiTakasaki于1975年发现。该菌同时产生两种淀粉酶:β-淀粉酶和普鲁兰酶。最佳作用条件为pH6～，温度50℃，最大转化率(淀粉水解产生麦芽糖)大约为95%.酶学研究中发现，此酶在pH5，温度60℃依然保持大部分活性，该菌的营养细胞呈棒杆状，聚集成长短不等紊乱链状，无运动性，格兰氏阳性，产芽抱时细胞无明显膨胀。该菌最适生长温度30℃～37℃ ,最高生长温度在41℃～45℃，可以利用葡萄糖，甘露糖，麦芽糖，海藻糖，淀粉和糖原。 嗜酸性分解普鲁兰多糖芽抱杆菌() 上世纪八十年代初，丹麦Novo公司获得此菌，此菌所生产的普鲁兰酶耐热 (60℃)，耐酸()。该公司经过投入巨资开发研究，1983年Nov。公司在日本和欧洲市场同时商业化销售，商品名Prornozyme。如今，它是应用最广，产量最大的普鲁兰酶。呈棒状，深层发酵几小时后，可观察到类原生质体的膨胀细胞，较稳定，饱子呈圆柱体或椭圆体。格兰氏反应阳性，37℃生长良好，45℃以上和pI-1高于以上不长，在以普鲁兰糖为碳源的培养基(( ～)上生长良好。 枯草芽饱杆菌(Bacillus subtilis) 1986年，日本的Yushiyuki Takasaki报道了一株能产生耐热耐酸普鲁兰酶的菌种，被命名为Bacillus subtilis TU。此菌种所产生的酶为普鲁兰酶和淀粉酶的混合物，可水解淀粉为麦芽三糖和麦芽搪.水解普鲁兰糖为麦芽三糖，其中普鲁兰酶最佳作用pH为～，但在时亦有约50%的酶活，此普鲁兰酶最佳作用温度60℃。 耐热产硫梭菌(Clostridum Themosulfurogenes) 1987年.德国的等报道了一株能同时产a淀粉酶、普鲁兰酶和葡萄糖淀粉酶的菌种:耐热产硫梭菌。该菌种所产普鲁兰酶有较广的温度适应范围(40℃～85℃)，在～有较高的活性，在如此广的范围内都有较强活力无疑将扩大该普鲁兰酶的应用领域. Bacillusnaganoensis,Bacillus deramificans, 上世纪九十年代，Deweer发现了普鲁兰酶产生菌Bacillus naganoensis;Tomimura筛选出Bacillus deramifrcans。这两株菌所产的普鲁兰酶的酶学性质与Bacillus. Acidopullulyticus的酶学性质相似。这两株菌都是中度嗜酸菌，在以上就不生长，温度超过45℃以上同样也不生长。这两株普鲁兰酶产生菌的发现，进一步拓宽了普鲁兰酶的应用。 产普鲁兰酶的高温菌菌种 自上世纪八十年代以来，人们逐渐意识到在通常的自然条件下，很难筛选得到极端耐热的普鲁兰酶生产菌种，于是各国的科学家便把目光转移到温泉嗜高温细菌的筛选，而且现在已经取得较多的成果。Bacillus如vorcaldarius所产普鲁兰酶的最适温度和pH分别是75～85℃, , Thermotoga maritime的最适温度和pH分别是90℃, , Thermurs caldopHilus的最适温度和pH分别是75℃,, Fenidobacterion pernnavoran最适温度和pH分别是80～85℃, 2.普鲁兰酶的分子结构 至今为止，许多普鲁兰酶的基因己经被克隆，但是还没有见到任何有关普鲁兰酶结构的报道，但是在根据序列相似性对糖普键水解酶的分类，普鲁兰酶属于第13家族，α淀粉酶家族，这个家族中包含了30多种酶，可以分为水解酶，转移酶。异构酶三大类。这些酶能够水解和合成α～,α～,α～,α～,α～,α～糖苷键。其中很多酶的结构已经被报道，它们都采取了(β/α)8的结构，通过生物信息学的研究，这个家族的蛋白都有一个共同的结构，酶的活性中心都是(β/α)8折叠筒的结构，命名为结构域A。第13家族的大多数酶还具有结构域B，它是位于(β/α)8折叠筒中，第三个β片层与第三个α螺旋之间的一段序列，其特点是结构和长度差异较大，推测其功能是与底物的结合有关。在紧接着(β/α)8折叠筒后，还有C结构域，紧接C结构域，部分家族成员还有结构域D。 3.普鲁兰酶的应用 普鲁兰酶，在食品工业中是一种用途广泛的酶制剂和加工助剂。它能专一性分解淀粉中的支链淀粉和糖原分子及其衍生的低聚糖分支中的α～l, 6糖苷键，使分支结构断裂，形成长短不一的直链淀粉。因此，将该酶与 其它 淀粉酶配合使用时，可使淀粉糖化完全。近年来，普鲁兰酶己作为淀粉酶类中的一个新酶种，应用于淀粉为原料的食品等工业部门，在食品工业中有如下几方面的作用: 单独使用普鲁兰酶，使支链淀粉变为直链淀粉 直链淀粉具有凝结成块，易形成结构稳定的凝胶的特性，因此，可作为强韧的食品包装薄膜。这种薄膜对氧和油脂有良好的隔绝性，又因涂布开展性好，故适合于作为食品的保护层。它还适合于淀粉软糖制造，也可用作果酱增稠剂，用于装油脂含量高的食品，以防止油的渗出以及肉食品加工。近年来在食品工业中提倡使用可被生物降解的薄膜，直链淀粉在这些方面具有较大的发展前途。豆类直链淀粉含量较高，因此绿豆淀粉制成的粉丝韧性比其它淀粉好，如果用普鲁兰酶处理谷物淀粉，再制成直链淀粉后，可以制成高质量的粉丝。一般谷物淀粉中，直链淀粉含量仅占20%，支链淀粉含量约为80%。工业上每生产1吨直链淀粉就有4吨副产品的支链淀粉。美国虽然通过遗传育种的方法.得到含直链淀粉60%玉米新品种，但不大适于大量生产。国外已采用普鲁兰酶改变淀粉结构，可使支链淀粉变为直链淀粉。据报道，采用此法收率可达100%.制造直链淀粉的方法为，先采用普鲁兰酶分解经液化的分支部分，使其转变为直链淀粉，并以丁醇或缓慢冷却法沉淀淀粉。再回收含少量水分的晶型沉淀物，最后通过低温喷雾干燥法制成粉状的直链淀粉。 普鲁兰酶与β～淀粉酶配合使用生产麦芽搪 饴糖是我国传统的淀粉糖产品，其中所含部分麦芽糖，广泛用于糖果、糕点等食品工业。目前生产方法是以α～淀粉酶进行液化，再用β～淀粉酶水解支链淀粉，这样只能水解侧链部分。接近交叉地位的α～糖苷键时，水解反应停止。但如果使用普鲁兰酶共同水解，便能使分支断裂，提高淀粉酶水解程度，降低了β极限糊精的含量，大大提高了麦芽糖的产率，有利于生产麦芽搪浆。目前对加普鲁兰酶进行糖化己作了较大规模的试验。 试验条件为。每批投料量约为900公斤碎米，粉浆浓度为15～16Be°数皮用量(对碎米计)，β～淀粉酶活性2,000单位/克以上，;普鲁兰酶活性45,000～55,0 00单位/克，系由产气气杆菌生产，每批用量为1公斤。试验结果表明，加入普鲁兰酶糖化的试验糖与对照糖品相比，还原糖平均增加，麦芽糖含量平均增加了，糊精含量平均减少了高浓度麦芽糖浆较之高浓度葡萄搪浆，具有不易结晶，吸湿性小的特点，所以高浓度麦芽糖浆在食品工业中有着广泛的用途。采用普鲁兰酶与p一淀粉酶配合使用，成本低廉，麦芽糖收率达到70%左右，其至更高。 用于啤酒外加酶法糖化 啤酒生产中麦芽，既是酿造啤酒的主要原料，也为酿造过程提供了丰富的酶源。在啤酒酿造的糖化过程中，麦芽中分解淀粉的主要酶是α～淀粉酶、β～淀粉酶和分解淀粉α～1. 6糖瞥键的R一酶(植物普鲁兰酶或植物茁霉多糖酶)。β～淀粉酶与另两种淀粉酶协同作用，可使淀粉分解成麦芽糖(也包括少量的麦芽三糖和极少量的葡萄糖)和低分子糊精。使麦芽汁有比较理想的糖类组成。在工业生产中为了节约麦芽用量，采用所谓外加酶法糖化，即在减少麦芽用量的前提下，增加淀粉质辅助原料的比率，并加入适当种类的酶制剂进行搪化。要使大麦及其它辅助原料糖化完全，需要外加a一淀粉酶和分解α～糖苷键的普鲁兰酶制剂等。单独使用a一淀粉酶时产生麦芽糖和麦芽三搪是很不完全的。假如分解淀粉α～糖苷键的酶活性不足，淀粉分解就不完全，其结果是可发酵性糖含量低，制成的啤酒发酵度达不到要求。若采用能分解α～和α～糖苷键的糖化型淀粉酶，则其反应产物为葡萄糖，容易使酒味淡薄。采用普鲁兰酶与α～淀粉酶协同，效果良好，其分解产物主要是麦芽糖和少量的麦芽多糖。采用外加酶法糖化时，加入酶制剂的用量为:淀粉酶6～7单位/克大麦及大米:蛋白酶，60-80单位/克，并配合以菠萝蛋白酶10ppm，普鲁兰酶50单位/克大麦。以上三种酶制剂均添加于糖化或酒化开始。 总之，普鲁兰酶无论作为酶制剂和食品工业的加工助剂均有广阔的发展前途。 研究目的和意义： 酶制剂工业是上世纪七十年代就己经形成的一个重要的产业，目前世界酶制剂总产值达100亿美元，我国的产值约为100亿人民币，并且随着其应用领域的不断扩大以及新酶种的开发，这一市场正在迅猛发展。但是全球酶制剂产业几乎被几家外国公司所垄断，其中丹麦的NOVO公司几乎占全球总销售额的一半。本研究对普鲁兰酶的开发，对酶制剂产业的发展有重要的意义。 其次我国自从七十年代开始便对普鲁兰酶进行研究开发，但是所开发得到的普鲁兰酶，既不耐热也不耐酸，这就使其在工业化应用中受到了局限。为了改变我国对进口产品的依赖，填补我国这一领域的空白，寻找一条国产化的道路，本研究的目的是利用自然微生物资源，普鲁兰酶，提高我国淀粉原料的利用率，从而提高整个淀粉加工行业的生产率，这对我国淀粉加工产业的意义是不言而喻的。 研究内容(内容、结构框架以及重点、难点)： 一.普鲁兰酶产生菌的筛选 (1)样品的采集; (2)菌种初筛; (3)菌种复筛; (4)菌种保藏方法; (5)酶活力测定方法的建立。 二.产普鲁兰酶菌株的产酶条件的研究 (1)碳源，氮源对发酵产酶的影响; (2)初始PH对发酵产酶的影响; (3)接种量对发酵产酶的影响; (4)发酵温度对产酶的影响; (5)金属离子对产酶的影响。 重点或关键技术： (1)纯菌株的分离; (2)菌株的鉴定方法的选择。 研究方法、手段： 一.普鲁兰酶产生菌的筛选 (1)样品的采集：选择适合产生的地点(面粉厂.菜地.果园等)采集土样 (2)菌种初筛：在采集的土样用无菌水稀释后，在含有淀粉类的培养基中做平板涂步， 37℃培养48h后，用碘液进行显色反应，将有淀粉酶产生的菌落接于斜面中保存。 (3)菌种复筛：将前期分离的能产生淀粉酶的菌株涂步于普鲁兰糖平板上，37℃培养48h后用95%乙醇进行透明圈实验。有透明圈产生说明菌株产生普鲁兰酶，将产生透明圈的菌落挑于斜面培养基培养。 (4)菌种保藏方法： 采用4℃低温保藏。 (5)酶活力测定方法的建立：采用发酵培养液经过离心后利用DNS显色法 520nm测定吸光值，测定标准葡萄糖标准曲线，利用标准曲线计算普鲁兰酶酶活大小。 二.产普鲁兰酶菌株的产酶条件的研究 (1)碳源，氮源对发酵产酶的影响：采用不同碳源，氮源培养基培养一段时间，测定酶活力。(其他条件相同：接种量，装瓶量，初始PH值，转速，培养时间。) (2)初始PH对发酵产酶的影响：采用相同发酵培养基，在不同初始PH下接种等量种子液。在相同条件下培养，测定发酵液的酶活。(其他条件相同：接种量，装瓶量，转速，最佳培养温度，最佳培养时间。) (3)接种量对发酵产酶的影响：在发酵培养基中分别接入2%，4%，6%，8%， 10%，14%，18%的种子培养液于最佳碳源，氮源，最佳初始PH的培养基中，在相同条件下培养，分别检测酶活。(采用以上确定的最佳碳源，氮源，最佳初始PH。) (4)发酵温度对产酶的影响：采用相同培养基，在不同温度下(25℃，30℃，35℃，40℃，45℃)培养一定时间，测定酶活力。 (5)金属离子对产酶的影响：在基础培养基中加入少量不同金属离子，发酵后测酶活。(金属离子有： 锰离子，钙离子，锌离子，镁离子，铁离子，铜离子。) 研究进度 ：完成项目总体进度30%，样品土样的采集及前期的准备工作,菌株的初筛，包括(样品土样原液的涂步培养及摇床培养，产支链淀粉酶菌株的挑选及斜面培养)。 ：完成项目总体进度50%,菌株的复筛，包括(产普鲁兰酶菌株的筛选及斜面培养),葡萄糖标准曲线的测定,酶活测定方法的建立,并以酶活大小对菌株进行再次筛选。 ：完成项目总体进度80%,产酶条件的研究。包括：碳源，氮源，初始PH值，接种量，发酵温度，金属离子。并通过各中单因素试验确定发酵培养基的最佳碳源，氮源，初始PH值，接种量，发酵温度，金属离子。 2009、4—2009、5 ：完成项目总体进度100%,课题总结，撰写论文。 文献综述(包括：国内外研究理论、研究方法、进展情况、存在问题、参考依据等) 自从1961年Bender H.等人在研究一株产气气杆菌Aerobacter aerogenes(典型菌为肺炎克雷伯氏杆菌)时首次发现普鲁兰酶后，国际上对产生这种酶的微生物进行了广泛研究，发现许多微生物可以产生此酶，并筛选出一些适用于工业化生产的优良菌株。随着该酶的应用发展，对耐热性普鲁兰酶的研究也逐渐增多，已成功克隆并表达了该酶的基因。国内1976年开始对一株产气气杆菌(Aerobacteraerogenes 10016)的普鲁兰酶进行研究，对该菌株的产酶条件、酶的分离提取及酶学性质作了报道，并研究了该酶的食品级提取技术。此外，陈朝银、刘涛等人从云南温泉水样中筛选到一株产普鲁兰酶高温栖热菌菌株，通过诱导等实验将该酶的酶活从提高到170u/mL，酶产量提高了近2500倍左右，酶的最适作用温度及pH分别是75℃和，具有一定的耐热和耐酸特性。 陈金全等从温泉水样中筛选到一株产耐热耐酸普鲁兰酶的野生菌株，并根据形态、生理生化特征、细胞化学组分分析及16SrDNA序列比对、基因组DNA的G+C摩尔百分含量、同源性比对等实验，鉴定其为脂环酸芽抱杆菌属(Alicyclobacillus)的一个新种，所产酶最适作用温度为60℃，最适pH值，具有较好的耐热耐酸特性。杨云娟等利用毕赤酵母成功构建了普鲁兰酶表达量较高的基因工程菌，摇瓶发酵酶活可达，最佳发酵条件下产量可达 .酶的最适作用温度为600C，最适pH值，具有较好的耐热耐酸性。目前我国仍没有具备独立生产普鲁兰酶能力的厂商，要实现低成本、国产化的生产，还有很长的路要走。 技术应用于耐热脱支酶的研究，使耐热异淀粉酶的研究有了很大发展。Coleman等人将嗜热厌氧菌T. brockii普鲁兰酶基因克隆到中得到的克隆子分泌的普鲁兰酶数量高于出发菌株，Okada等人将Bacillus Steanther, onhiu:中编码热稳定异淀粉酶的基因克隆到:中，得到的转化菌株其异淀粉酶能在60 ℃稳定15分钟。Burchadf将。ostridium thermosulf urogenes DSM38%的嗜热异淀粉酶基因克隆并在中表达，所得酶的最适pH和最适温度与出发菌相同，而且在高温下仍能保持活性.Antranikiam等人将Pyrococcus舟riousous的异淀粉酶基因克隆到中并分离得到了酶蛋白。尽管如此，目前尚未有已将转基因的耐热性异淀粉酶工程菌应用到工业生产中的报道。众所周知，利用物理和化学诱变剂单独或复合处理微生物细胞是选育高产变种菌株行之有效的经典方法，它在为培育多种抗生素、氨基酸、核苷酸激酶(尤其是蛋白酶和淀粉酶)的高产变种菌株方面曾经起过极为重要的作用，至今仍然是方便易行和行之有效的方法之一。 主要参考文献： [1][美]惠斯特勒等编王雏文等译.淀粉的化学与工艺学[M].北京：中国食品出版社，1988 [2]张树政.酶制剂工业[M]. 北京: 科学出版社，1998 [3]邬显章.酶的工业生产技术[M]. 吉林: 吉林科学技术出版社，1988 [4]Taniguchi H, Sakano Y, Ohnishi M, Okada G(1985) Pullulanase[J].TanpakushitsuKakusan Koso. 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第一作者：Chi Chung Lee
通讯作者：Yilin Hu，Markus W. Ribbe
通讯单位：加州大学欧文分校
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钼固氮酶在常规环境下催化还原 N2 到 NH3 发生在 M 团簇处。该团簇是一种复杂的辅助因子，包含两个由间隙碳化物连接的金属硫部分立方烷和三个带硫。最近的一项晶体学研究表明，N2 的结合是通过 M 簇的带硫在转换时的位移来实现的。然而，在催化过程中 N2 结合和带硫移动的直接证据仍然没有发现。该研究工作表明 N2通过电子和硫的消耗被捕获在 M 簇上，并且 N2-捕获状态在生成 NH3 方面具有催化能力。此外，本文证明只有当亚硫酸盐与还原剂一起提供时才会发生产物释放，亚硫酸盐作为硫化物插入到带硫置换的位置，并且在催化过程中存在带硫的动态进出。总之，这些结果确立了辅因子带硫的移动作为固氮酶反应的关键。
背景介绍
固氮酶是一种复杂的金属酶，与农学、环境和能源等领域有着密切的关系。作为全球氮循环中的一个关键步骤，固氮酶在催化大气 N2 转化为生物可利用 NH3 方面的作用广为人知，固氮酶还可以在模拟环境反应中将 CO 和 CO2 还原为碳氢化合物（例如，CH4、C2H6、C3H8），用于生产碳燃料。除了 N2和 CO，固氮酶还能够还原多种替代底物，包括 C2H2, CN , N3 和 H+，进一步说明了这种重要金属酶的催化多功能性。传统钼 (Mo) 固氮酶的催化是通过一个双组分系统完成的，该系统利用还原酶组分将电子传递给催化组分以进行底物还原。还原酶成分，称为铁 (Fe) 蛋白，是一种同源二聚体，包含一个亚基桥接 [Fe4S4]簇和每个亚基内的 ATP 结合位点；被称为催化成分的钼铁(MoFe) 蛋白是一种α2β2-异四聚体，其在每个 α/β-亚基界面含有一个 P-簇([Fe8S7])，以及在每个 α-亚基内含有一个 M-簇 (或 FeMoco; [( R -homocitrate)MoFe7S9C)。在底物转换过程中，钼固氮酶的两种成分蛋白相互形成功能复合物，使 ATP 依赖的电子从 Fe 蛋白的 [Fe4S4] 簇通过 P 簇转移到 M 簇。MoFe 蛋白，一旦积累了足够数量的电子，就会发生底物还原。
固氮酶的功能重要性和与生俱来的复杂性，激发了几代研究人员对这种酶促 N2 还原机制进行研究；Lowe-Thorneley 模型是迄今为止最知名的动力学描述，用于解释质子的蛋白内传递和电子到 M 簇以进行底物结合、活化和还原。另一方面，由于这些结合物种的瞬态特性，研究人员已证明固氮酶的底物或中间结合状态表征极具挑战性。在这方面的研究中，冷冻淬火光谱技术与钼固氮酶活性位点基因修饰相结合，已被用于表征这种酶的某些状态，这些状态可能与催化相关。然而，获得 Mo-固氮酶配体结合状态分子描述的一个非常重要步骤来自于 MoFe 蛋白的 CO 结合形式的高分辨率晶体结构，它揭示了 μ2-CO 配体桥接在 M 簇的 Fe2 和 Fe6 之间，代替了带状硫 (S2B)。这一结果令人兴奋，因为它指出了一种机制，涉及通过取代辅助因子的带硫产生活性 Fe 物质。更有趣的是，在 S2B 位点进行的后续晶体脉冲追踪研究表明辅助因子的整个带区域可能参与催化。
图文解析
图1. N2 结合的 Av1* 的GC-MS 和频率选择性 NMR 分析。a、b，产生的C2H4 的 GC 洗脱曲线 (a) 和 GC-MS碎裂模式 (b)；条件分别为在 D2/C2H2下的 Av1（灰色）、N2/D2/C2H2下的 Av1（蓝色）和 D2/C2H2下的 Av1*（棕色），基于 H2O 的反应。c，在 Av2、MgATP 和连二亚硫酸盐存在下，在 Ar 下转换时，由 Av1（实心蓝色）、14N2 制备的 Av1*（实心红色）和 15N2（实心棕色）制备的 Av1* 生成 NH4+ 的频率选择性 1H NMR 光谱。
图 2. 各种 Av1 蛋白种类的 EPR 和 GC-MS 分析。a-j，垂直模式(a-e) 和平行模式 (f-j) 的 EPR 光谱，用于测试静息态 Av1 (a,f)，N2 结合的 Av1* (b,g)，连二亚硫酸盐重新激活的 Av1* (TOD) (c,h)、Eu(II)-EGTA/亚硫酸盐再活化 Av1*(TOS) (d,i) 和 Eu(II)-EGTA/亚硒酸盐再活化 Av1*(TOSe) (e,j)。k-o，对 Av1 (k)、Av1*(l)、Av1*(TOD) (m)、Av1*(TOS) (n)和 Av1*(TOSe) (o) 酸淬灭后释放的 15N2 进行 GC-MS 分析。
图 3. 底物转换对亚硫酸盐物种的要求。a，在含有 Av2、MgATP 和Eu(II)-EGTA 的体外活性测定中，在不存在 (-S) 或存在各种硫源（+S2-,+SO42 和 +SO32 ）或亚硒酸盐 (+SeO32-) 的情况下，Av1* 的活性。b，在含有 Av2、MgATP 和 Eu(II)-EGTA 的体外测定中，Av1* 的 C2H2 还原活性与亚硫酸盐 (SO32-)或亚硒酸盐 (SeO32-) 浓度的滴定关系。c，使用 2mM SO32-（实心绿色固体）或 NFE（空心圆圈）作为硫源，在 C2H2 还原中，Av1* 活性与时间的关系。
图 4. Av1*(TOS) 的晶体学分析。Av1*(TOS) 的链-A/B (P-团簇(A/B)) (a) 和 链-C/D(P-团簇(C/D)) (b) 界面处的P-团簇结构。原子颜色编码：Fe，橙色；S，黄色；O，红色；N，蓝色。c-f，链-A（M-簇（A））（c，e）和链-C（M-簇（C））（d，f）中，M-团簇的结构。c,d，侧视图；e,f，沿M-团簇(A) (c,e) 和 M-团簇(C)(d,f) 的 Fe1-C-Mo 轴的视图。
图 5. 带状硫与催化相关的移动。a，各种 Av1 蛋白或蛋白链中单个硫或硫基团的相对电子密度。b,c, GC-MS 分析 Av1*(TOS) (b) 及其分离的 M-簇 (c) 中酸不稳定、簇结合的 34S2- 离子的释放。d, ICP-OES 测定从不同样品提取的 M 簇中的 Se/Mo 比。
图 6. Av1*(TOSe) 的XAS/EXAFS 分析。a-g，对 Av1*(TOS) 在过量 SeO32 中转换10min（指定为 Av1*(TOSe)，黑色），Av1* (TOSe) 在过量 SO32 中转换 5min（指定为 Av1*(TOSe)5min，蓝色）和 Av1*(TOSe) 在过量 SO32 转换 60min（指定Av1*(TOSe) 60min，红色），获得的Fe (a-d) 和 Se K-edge XAS 分析 (e-g)。
图 7. SO32-的配位和还原。a-c，由 SO32- 或 NH3配位的 M 簇的 DFT 优化模型。d，两种SO32-配位情况下的反应能，假设耦合的 e-/H+ 转移发生在初始配位步骤之后。e，在两种SO32-配位情况下，硫掺入的累积反应能。
总结与展望
基于上述结果，本文结合使用生化、分析、光谱和结构方法来证明 N2 在电子和硫耗尽条件下被捕获在 M 簇上，并且这种 N2 捕获状态与催化相关，能够产生 NH3。此外，研究表明产物释放仅在亚硫酸盐和还原剂存在的情况下发生，亚硫酸盐作为硫化物插入到带硫置换的位置，并且在催化过程中存在带硫的动态流动。这些证据共同指出带硫的移动是固氮酶机制的一个新的关键因素。