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多孔金属材料的制备工艺及性能分析多领域有着广泛的应用前景。本文概述了多孔金属材料的常用制备方法及其主要性能。关键词:多孔金属材料;制备;性能;应用摘 要 :多孔金属材料是一种性能优异的新型功能材料和结构材料 ,具有独特的结构和性能 ,在很科学家极大的兴趣 ,成为材料类研究的热点方向之1 引言一 ,自 20世纪 90年代以来 ,美国的哈佛大学、英国在传统的金属材料中 ,孔洞 (宏观的或微观的 )的剑桥大学、德国的 Fraunhofer材料研究所、日本的被认为是一种缺陷 ,因为它们往往是裂纹形成和扩东京大学等对多孔金属材料的制备工艺和性能进行展的中心 ,对材料的理化性能及力学性能产生不利了广泛的研究 ,获得了一批研究成果 [2-5]。在我国 ,的影响。但是 ,当材料中的孔洞数量增加到一定程多孔金属材料的基础和应用研究也逐步得到重视和度时 ,材料就会因孔洞的存在而产生一些奇异的功发展。近年来 ,研究队伍不断壮大 ,在制备技术、结能 ,从而形成一类新的材料 ,这就是多孔金属材料。构和物性等方面的基础研究以及在各种民用和国防按照孔之间是否连通 ,可以把多孔金属材料分为闭领域的应用研究均取得了一定的进展 ,已经引起我孔和通孔两类 ,如图 1所示。该类材料具有良好的国政府、中科院和航空航天等部门的高度重视 ,尤其吸能性能、高阻尼性能、吸声性能、电磁屏蔽性能及值得一提的是 ,我国在 2005年立项的国家重大基础良好的导热导电性能 [1] ,因而在一般工业领域 (如研究计划 (973计划 )“超轻多孔材料和结构创新构汽车工业 )、国防科技领域及环境保护领域等有着型的多功能化基础研究 ” ,更是体现了对该类材料广泛的应用前景 ,它的设计、开发和应用引起了中外研究的重要性和迫切性。水化物等,然后将均混的混合物压制成密实块体即到目前为止 ,已开发的制备多孔金属的方法很多 ,涉及到的领域也非常广。根据在制备过程中金属所处的状态 ,可将多孔金属的制备工艺分为以下三类 :液相法、粉末烧结法和沉积法。 2. 1 液相法液相法包括的种类比较多 ,且较易制备大块的多孔金属和产品易商业化 ,成为多孔金属材料制备的主要手段,液相法主要包括以下几种: 2. 1. 1 颗粒渗流法颗粒渗流法[ 6 ]原理是首先将颗粒在模具内压实,烘干形成预制块。然后通过压力将金属液渗入中,并强烈搅拌使空心小球分散,最后得到空心球与金属基体形成的多孔金属材料。空心球铸造法的特点是孔径和孔隙率易于控制,材料综合力学性能好。2. 2 粉末冶金法粉末冶金法主要包括粉末烧结发泡法、烧结-脱溶法、松散粉末烧结法、中空球烧结法等。2. 2. 1 粉末烧结发泡法这种工艺[ 12 ]是首先将金属粉末和相应的发泡剂按一定比例均匀混合,发泡剂可以是金属氢化物、半成品,最后将此半成品加热到接近或高于混合物熔点的温度,使发泡剂分解,金属熔化,从而形成多孔泡沫材料。此种方法易于制作近半成品的零件和到颗粒预制块的间隙中,最后将颗粒溶除即可得到通孔结构的多孔金属材料。2. 1. 2 精密铸造法精密铸造法 [8]是首先用耐火材料浆料填满海绵状泡沫塑料的孔隙 ,待耐火材料固化后 ,加热除去塑料 ,即形成一个多孔预制块体。然后把液态金属液浇入到预制块上 ,加压渗流 ,这一点类似于渗流过程。最后再除去耐火材料 ,就形成与原来海绵状塑料结构相同的多孔金属材料。 2. 1. 3 熔融金属发泡法熔融金属发泡工艺可分为两种 ,发泡剂发泡和通气发泡 [9, 10 ]。前者是在熔融的金属液中加入发泡剂 (如 TiH2 ) ;后者则是在金属液中通入气体 (如惰性气体 )。这两种工艺的共同特点是可制备孔隙率高、尺寸大、闭孔结构的多孔金属 ,但过程控制较为复杂 ,孔结构分布均匀性不高。 2. 1. 4 空心球铸造法空心球铸造法 [11 ]的原理是先采用商用酚醛塑料小球在惰性气体环境中加热直至塑料碳化 ,形成中空的小球。然后将这些中空的小球加入到金属液三明治式的复合材料 ,而且孔隙率较高 ,孔分布均匀。 2. 2. 2 烧结 -脱溶法这种制备工艺 [13 ]首先是将金属粉末和可去除填充颗粒均匀混合 ,其中可去除填充颗粒一般包括两类 ,一类为可溶于水或其它溶剂的盐 (如 NaCl等 ),一类为可分解有机物 (如尿素、碳酸氢氨等 ),均混后把混合物压制成致密的半成品 ,然后在一合适的温度烧结。若填充颗粒为可分解有机物 ,则烧结过程中颗粒会分解气化 ;若填充颗粒为可溶性盐 ,则在烧结后可用溶剂将其溶去便得到多孔金属材料。2. 2. 3 松散粉末烧结法松散粉末烧结 [14 ]是把松散状态的金属粉末不经压实直接进行烧结的方法。此种方法可用于生产多孔金属电极。 2. 2. 4 中空球烧结法通过将金属中空球烧结 ,使之扩散结合而制造多孔材料的方法。此方法制造的多孔材料兼有通孔和闭孔。金属中空球可通过下述方法制备 :在球形树脂上化学沉积或电沉积一层金属 ,然后将树脂除 明显的三阶段特征 ,即初始的弹性段 (Linear Elasticity)、中间的平台段 ( Plateau)和最后的致密段 (Densification)。其中 ,平台段的起始点应力称为泡沫材料的屈服或坍塌强度 ,此强度远小于其基体的屈服强度 [1]。当多孔金属材料受到外加载荷时 ,因屈服强度低很容易发生变形 ,而且变形量大、流动应力低 ,在变形过程中通过孔的变形、坍塌、破裂、胞壁摩擦等形式消耗大量能量而不使应力升的。高 ,从而能有效地吸收冲击能。这种在较低应力水形成金属烟。金属烟在自身重力作用及惰性气流的平下吸收大量冲击能的特征正是冲击缓冲所需要携带下沉积和冷却。因其温度低 ,原子难以迁移和扩散 ,故金属烟微粒只是疏散地堆砌起来 ,形成多孔3. 2 高阻尼性能泡沫结构 [16 ]。 多孔金属材料可看作是由三维网络状金属骨架去 ,或将树脂球和金属粉一同混合 ,随后烧结使金属粉结合 ,同时树脂球挥发 [ 15 ]。 2. 3 沉积法沉积法主要包括金属气相蒸发沉积法、原子溅射沉积法和电化学沉积法三种。 2. 3. 1 金属气相蒸发沉积法在较高惰性气氛中 ,缓慢蒸发金属材料 ,蒸发出来的金属原子在前进过程中与惰性气体发生一系列碰撞作用 ,使之迅速失去动能 ,从而部分凝聚起来 ,与高压惰性气体原子碰撞 2. 3. 2 原子溅射沉积法在惰性气体的压力下,元素原子在飞溅路程中,金属原子一方面捕获气体原子 ,另一方面凝聚成金属液滴 ,然后到达衬底。在衬底上获得均匀包裹气体原子的金属体 ,最后在高于金属熔点的温度下把金属加热足够长的时间使捕获的气体膨胀 ,形成多孔金属材料。这种方法的特点是孔结构非常理想 ,但成本昂贵 ,不易制备大件 [ 17 ]。 2. 3. 3 电化学沉积法这种方法是以聚氨基甲酸乙脂发泡材料为骨架 ,进行电解沉积 ,然后加热去除有机聚合物骨架 ,得到多孔金属材料。这种方法制备的多孔材料不但孔隙率高 ,孔分布均匀 ,且孔互相连通呈三维网状结构 [ 18 ]。 3 多孔金属材料的主要性能多孔金属材料作为一类区别于致密材料的新型材料 ,具有一些其基体或母体所不具备的特殊性能和功能 ,主要表现如下 : 3. 1 吸能性能图 4 多孔金属材料典型的压缩应力 -应变曲线多孔金属材料的应力 -应变 (σ -ε)响应具有与孔洞所组成的两相复合材料。除了孔洞与金属基体之间所形成的界面外 ,材料内部还存在其它大量微观的 (主要是位错 )和宏观的 (较小的孔洞和裂纹 )缺陷 ,其组织状态和缺陷分布极不均匀。因此当外力作用于多孔金属材料上时 ,将在基体中产生不均匀的应变 ,特别是在孔洞 (宏观的或微观的 )或裂纹附近 ,其应变情况更为复杂 ,从而引起缺陷区域原子重排。缺陷区的这种响应是粘滞性的 ,因而引起粘滞性应变 ,造成能量的损耗 ,导致材料的阻尼增加。 3. 3 吸声性能多孔金属材料的高孔隙率结构使其具有良好的吸声性能 [19 ]。一般来讲 ,通孔或半通孔多孔金属的吸声效果比闭孔的好。多孔金属材料的吸声机制主要可归为两种 ,即声波经过多孔金属时流动阻力的升高造成的粘性损失以及声波与孔洞表面热量交换造成的热损失。 3. 4 电磁屏蔽、导热和导电性能多孔金属具有良好的导电性和很高的比表面积 ,因此具备很高的电磁屏蔽性能 ,即良好的吸收和反射电磁波的能力。同时又具有良好的导热性能 [ 20, 21 ]。 3. 5 其它性能质轻 ,易着色 ,易加工 ,耐高温。 4 结语 (1)多孔金属材料具有良好的理化性能和力学性能 ,因而可以作为功能材料和结构材料 ,具有良好的应用前景。多孔金属材料的制备工艺很多 ,因而可以满足多样化的需求 ,可以根据不同的应用需求 采用不同的制备工艺。 and energy absorbing characteristic of foamed aluminum. (2)部分制备工艺在结构的可控性、孔径的均Metall[J]. Mater. Trans, 1998 (A29): 2497-2502. 匀性、样品的大尺寸化等方面仍存在局限性 ,因而制[10 ]Cymat Corp, Canada. Product Information Sheets. http: / / 备工艺还需要进一步的探索和完善。 www. cymat. com. (3)随着工业和科技的进步 ,人们对多孔金属[11 ]张勇 ,舒光冀 ,何德坪 .用低压渗流法制备泡沫铝合金 [J ].材料科学进展 , 1993 (7) : 473 -47. 材料的需求量越来越大 ,要求也越来越高 ,但目前的[12]J. Baumeister, J. Banhart, M. Weber[M]. German Pa2研究也只是涉及到了多孔金属材料的一部分性能特terntDE 4426627. 1997. 点 ,相当多的潜在价值尚未被开发出来 MechanicalBehaviorofMetailicFomas[J]. . Mater. Sci, 2000 (30):191-227. Olurin,. ,或仅局限在(44) : 105 -110. [ 14 ]B. C.社,1982. [13]YA Novel sintering processformanufacturingAlfoams[J]. . Y. Zhao, D. X. Sun. -dissolution 实验室阶段 ,因而对性能的研究又提出了新课题。Scr. Mater, 2001 参考文献 : [1]L. J. Gibson, M. F. Ashby. Cellular Solids: Structure and 拉科夫斯基 .工程烧结材料 [M ].冶金工业出版Properties. 2nd ed[M ], Cambridge University Press, UK, 1997. [15]O. Andersen, U. Waag, L. Schneider, G. Stephani, B. [2 ]L. J. Gibson. Kieback. Novel Metallic Hollow Sphere Structures [ J ]. Annu. RevAdv. Eng. Mater, 2000 (2) : 192 -195. [3]O. B. Fleck, M. F. Ashby, Deformation and [16]张流强 ,常富华 .低密度金属泡沫的研制 [J ].功能材FractureofAluminum Foams[J]. Mater. Sci. Eng. 2000 料 , 1996, 27 (1) : 88 -91. (A291): 136-146. [17]. Lavernia,N. J. Grant. SprayDepositionofMetals?: [4]J. Banhart, W. Brinkrs. FatigureBehaviorofAluminum AReview[J]. Mater. Sci. Eng, 1998 (98):381-394. Foams[J]. J. Mater. Sci, 1999 (18):617-619. [18]X. Badiche, S. Forest, T. Guibert, Y. Bienvenu, M. [5]Y. Yamada, C. Wen, K. Shimojima,M. Mabuchi. Effects Corset, H. Bernet. MechanicalPropertiesandNon-Hom2 ofCellGeometryon theCompressivePropertiesofNickelFo2 ogeneousDeformation of Open -Cell Nicked Foams?: Ap2 mas[J]. Mater. Trans, 2000 (41):1136-1138. plicationoftheMechanicsofCellularSolidsandPorousMa2 [6]张勇 ,舒光冀 ,何德坪 .用低压渗流法制备泡沫铝合金 terials[J]. Mater. Sci. Eng, 2000 (A289):276-288. [J ].材料科学进展 ,1993 (7):473 -478. [19]许庆彦 ,陈玉勇 ,李庆春 .加压渗流铸造多孔铝合金及[7 ]J. Banhart. Manufacture, characterization and application 其吸声性能 [J]1铸造 ,1998 (4):1 -4. ofcellularmetalsandmetalfoams[J]. ProgressinMateri2 [20 ]黄福祥 ,金吉琰 ,范嗣元等 .发泡金属的电磁屏蔽性能als Science, 2001 (46) : 559 -632. 研究 [J]1功能材料 , 1996 (27) : 52 -54. [8]F. Frei, V. Gergely, A. Mortensen, . Clyne. The [21]J. Kovacik, F. FoamModulusofE2 effectofpriordeformationon thefoamingbehaviorof“form2 lasticity and Electrical Conductivity According To Percola2 grip”precursormaterial[J ] 1Adv. Eng. Mater, 2002 (4): tionTheory[J]. Scr. Mater, 1998 (39):239-246. 749 -752. [责任编辑 朱联营 ] [9]F. S. Han, Z. G. Zhu , J. C. Gao. Compressive deformation On the Preparation and Properties of the PorousMetallicMaterials HAO Gang -ling1 , HAN Fu -sheng2 , LIWei-dong1, BAIShao-min1,YANGNeng-xun 1 (1. College of Physics and Electronic Information, Yanan University, Yanan, Shaanxi 716000 2. KeyLaboratoryofMaterialsPhysics, InstituteofSolidStatePhysics, Chinese Academy of Sciences, Hefei, Anhui 230031) Abstract: Porousmetallicmaterialswithuniqueexcellentstructuresandpropertiescanbeutilizedasnew function2 aland structuralmaterials, which indicatsthattheporousmetallicmaterialshaveawidelypromisingapplication in manyfields. Thevariouspopularmanufacturingmethodsandthemainpropertiesoftheporousmetallicmaterials, in the present paper, were summarized. Key words: porousmetallic materials; preparation; properties; ppplication

LM331的内部资源如下：1号管脚为脉冲电流输出端。2号管脚为输出脉冲电流的幅度调节，其外接电阻越大，输出的电流就越小。5号管脚为单稳态提供外接时间常数。6号管脚为脉冲输入管脚，低于7号管脚电压触发有效。7号管脚为比较器提供基准电压。输入脉冲信号经过有电阻和电容组成的微分电路转变为窄脉冲然后再输入LM331里的单稳态触发器。这个微分电路可以消除输入脉冲信号低电平宽度太大而对单稳态电路的正常工作所带来的影响。输出部分采用低通滤波器电路，在取得较好的动态特性时保持较好的滤波效果。通过反馈电阻来调整整个电路的灵敏度，使得输出电压幅值和阻抗能与后端的控制电路相匹配。图3-6 F/V转换电路 PID控制器PID控制器问世至今已有将近70年历史。PID控制器性能可靠、稳定性好、结构简单、易被人们熟悉和掌握、控制效果好。在实际工业控制中，PID控制器是连续系统中技术最成熟、应用最广泛的一种调节方式。其调节的实质是根据输入的误差值，利用比例、积分、微分的函数关系进行运算，计算出的控制量用于输出控制。PID控制器是一种线性控制器。其将给定值r(t)与实际输出值c(t)的偏差的比例(P)积分(I)微分(D)通过线性组合构成控制量，对控制对象进行控制。1、PID调节器的微分方程：式中e(t)=r(t)c(t)2、PID调节器的传输函数：PID控制器各校正环节的作用：1、比例环节指成比例控制系统的误差信号e(t)当产生误差时控制器立即投入控制作用以减小误差。当Kp增大，系统响应加快，静差减小，但系统振荡增强，稳定性下降。2、积分环节主要是用于消除静差，提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于积分时间常数Ti。当Ti增大，系统超调减小，振荡减弱，但系统静差的消除也随之减慢。3、微分环节能反应误差信号的变化速率，在误差信号值变得太大之前。在系统中引入一个有效的早期修正的信号，从而提高系统快速性，减小调节时间。当Td增大，调节时间减小，快速性增强，系统振荡减弱，稳定性增强，但系统对扰动的抑制能力减弱。图3-7 模拟PID控制系统原理框图 TCA785移相触发电路TCA785晶闸管单片移相触发集成芯片是德国西门子公司研发的。TCA785芯片能比较可靠识别零点，移相范围较宽，适用温度范围较宽，输出的脉冲稳定整齐等特点。TCA785的输出脉冲宽度可以进行手动调节，因此适应范围很宽广。TCA785芯片的5管脚是外接同步信号端，用来检测交流电压过零点。通过不同的电阻可接不同的同步电压，在应用中接正反向并联的二极管限幅电路进行保护。10管脚为片内产生的同步锯齿波，锯齿波斜坡的最大、最小值由9、10两管脚的外接电阻与电容所决定。通过与11管脚的控制电压相比较，在15和14管脚输出同步脉冲信号。这两个管脚可输出宽度变化、相位互差180°的脉冲。可以通过改变11管脚的控制电压进而进行移相控制，脉冲的宽度则由12管脚的外接电容所决定。图3-8 TCA785移相触发电路 功率调节电路功率调节电路部分主要由两个LM7805为光电耦合器提供电源以及两个双向可控硅组成。通过TCA785移相触发器通过15和14管脚输出相位互差180°同步脉冲信号。然后分别作用于两个光电耦合器，通过光电耦合器将弱电系统与强电系统隔离开来。隔离强电系统所造成的干扰，保持系统稳定工作，提高系统的抗干扰能力。霍尔电压电流传感器测量负载电路中的电压电路，然后通过电能计量芯片采样可以计算出电压电流值和有功功率。可以通过单片机读取并且通过液晶显示，同时输出与功率成正比的脉冲信号。经过频率/电压转换电路转换为电压输出。输出电压与设定功率相对应的电压得出误差信号，然后经过PID控制器作用于TCA785移相触发器。移相触发器的输出作用于光电耦合器，光电耦合器输出信号直接控制两个双向可控硅的门极。然后就能控制双向可控硅的导通和关断来控制负载电路中的电压、电流值。进而使电路中的功率恒定，即使当负载发生变化时也能通过控制可控硅的导通和关断来恒定电路功率。整个调功系统构成一个闭环控制，通过提高控制精度与速率来提高合成金刚石的产量和质量。双向可控硅内包含有三个PN结，是一个三端接口元件。可以把双向可控硅看成由两个单向可控硅反向并联组合而成，并且只要一个门极就能控制可控硅。双向可控硅可以通过触发来控制其导通。但是不论双向可控硅出于正向还是反向电压，只要向门极施加一个正或负极性的脉冲触发信号，双向可控硅就能够导通。在双向可控硅导通的状态下，如果没有触发脉冲信号，双向可控硅能维持导通而不被关断。如果双向可控硅两极的电流变到比维持电流小时双向可控硅被关断或者当在没有触发脉冲信号得情况下双向可控硅两极电压的极性发生变化时双向可控硅被关断。 数模转换器（D/A）数模转换器将离散形式的二进制表示的数字信号转换成为连续的模拟信号。D/A转换器通常用来作为微机控制的输出通道，然后与被控执行对象相连接。以实现某些系统的的自动控制以及输出信号。本调功系统采用串行数模转换芯片DAC101S101为PID控制器提供参考电压。该D/A转换芯片的分辨率达到千分之一，保证了系统控制精度。通过单片机控制D/A转换器并向D/A中写入数据以输出电压信号。这个电压与设定的有功功率成正比，即一个有功功率有自己对应的电压信号，这个电压信号作为PID控制器提供参考电压。电能计量芯片CS5460A输出与有功功率成正比的脉冲信号经过频率/电压转换电路转换成相应的电压信号与D/A输出经过比例放大后的电压信号相比较，得到一个误差信号。然后对调功系统进行PID控制把误差消除，以达到恒功的目的。 显示和按键电路本系统采用LCD1602液晶来显示电压、电流和功率值。通过三个弹性按键来设定功率，操作简单方便。选取LCD1602液晶作为显示界面。因为其体积小，编程简单而且能够满足本系统的要求。1602液晶能分为两列显示32个数字、符号和字母字符，每列显示16个。LCD1602液晶内包含有5x11或5x7点阵型模块，每个字符的显示都由点阵型模块来实现。1602液晶有16个管脚，其内部含有128个字符的ASCLL字符库。通过并行向1602中写入数据，可以通过可调电阻控制背光的亮度。弹性按键是机械弹性的开关，可以通过压按来控制线路的导通与关断，进而完成对系统的控制与设定。该弹性按键一端接地并作为STC89C52单片机的I/O口的输入信号，当按键被按下为闭合。然后单片机I/O口与地相连接变为低电平。单片机可以通过检测与按键相连I/O的电平高低来判断按键是否被按下。然后就能通过程序执行某些指令，达到自动控制的目的。第四章系统软件设计 主程序模块本调功系统软件由主程序模块、电能计量芯片CS5460A子程序模块、LCD1602液晶显示子程序模块、D/A子程序模块、按键子程序模块等组成。它们是整个调功系统的核心部分，整个硬件系统都要靠程序来执行操作。主程序模主要任务是调功系统上电启动之后对各个元件进行初始化操作和构建整体调功系统的软件框架。元件初始化主要为STC89C52单片机初始化、1602液晶初始化、D/A初始化、电能计量芯片CS5460A等。然后设置中断，单片机判断弹性按键是否被按下设定有功功率参数，运行调功系统。然后可以执行相关模块的调用，持续控制调功软件系统直到系统运行停止。 电能计量芯片CS5460A子程序模块电能计量芯片CS5460A通过SPI串行接口与单片机进行通信，只需要用四根线就能控制和读取CS5460A芯片寄存器里的数据。CS5460A主要有三类寄存器：数据寄存器、校准寄存器和控制寄存器。通过这些寄存器可以采用读取电压电流和功率值。CS5460A的具体使用操作如下：1、功率测量芯片CS5460A含有多个控制命令。要使CS5460A完成对电压电流以及功率的计算就必须先要写入控制命令字。然后就可以执行相应操作，控制命令字如下：（1）启动转换命令，即0xe8对功率测量芯片CS5460A写入0xe8控制命令字，功率测量芯片启动A/D转换，然后可以输出计算后的结果。一般是在功率测量芯片进行复位后输入时写入这个控制命令，使得功率测量芯片CS5460A 能够正常的工作。（2）同步控制命令1（0xff）和同步控制命令0（0xfe）在写入读写控制命令前要执行同步控制命令对串行通信接口进行复位。（3）上电和停止控制(0xa0)在芯片系统校准电压电流前写入这个控制命令，可以停止功率测量芯片在执行某些操作时候，然后运行系统校准控制命令。（4）校准控制住命令通过写入不同的控制命令完成某些要求的系统校准。最低位O可以选择是否运行偏置校准；G位可以选择是否运行增益校准；R位可以在DC和AC校准之间选择；VI两位可以选择电压电流通道。2、控制寄存器K[3:0]通过这四位设置MCLK主频一倍、二分之一和四分之一倍分频为功率测量芯片的DCLK内部时钟。IHPF位为选择电流通道是否运行高通滤波器。VHPF位为选择电压通道是否运行高通滤波器。RS位控制复位CS5460A芯片复位控制位。DL[1：0]选择EOUT和EDIR通用输出口以及输出电平。EOD为允许EDIR，EOUT的控制位。SI[1：0]为设置中断信号方式，电平有效还是沿边有效。GI位设置电流的增益。PC[6：0]通过调节这这个寄存器实现相位补偿。3、CS5460A芯片启动和设置对CS5460A芯片进行复位操作，复位信号的脉宽至少为10ms。然后写入同步控制命令。再将设定的校准值写入校准寄存器当中，通过控制寄存器设定相关的寄存器参数。启动CS5460A芯片A/D转换,读取A/D的转换值然后计算出电流电压以及功率值。CS5460A芯片校准CS5460A可以通过校准控制寄存器执行增益校准和偏置校准。然后校准信号就可以对电流、电压输入通道进行操作。当系统执行系统校准时候A/D不能执行转换，可以通过寄存器停止你转换操作。 LCD1602子程序 LCD1602子程序模块本调功系统采用1602液晶显示电压电流值以及有功功率值。1602液晶为16引脚，有八个数据口。在对1602液晶写入数据前要先进行初始化设置，即设置显示模式、光标的开关和左右移设置。然后写入操作时序将数据指针定位，先写命令，再写入数据。 D/A子程序数模转换器将离散形式的二进制表示的数字信号转换成为连续的模拟信号。只需要调整输入的数字信号，D/A就能通过模拟输出端输出一个对应于数字信号的模拟信号。但是数字信号变化频率不能超过数模转换器的最高转换速率。在编写D/A程序时要先对其进行初始化，然后再启动转换。通过一个标志位可以判断数模转换器是否转换完成。 按键子程序该弹性按键一端接地并作为STC89C52单片机的I/O口的输入信号。当按键被按下为闭合，然后单片机I/O口与地相连接变为低电平。单片机可以通过检测与按键相连I/O的电平高低来判断按键是否被按下。然后就能通过程序执行某些指令，达到自动控制的目的。在编写按键程序的时候要考虑抖动现象，为了简化电路设计。本系统选择通过软件延时的方法来消抖，不需要增加专用的消抖电路就能实现。程序执行检测按键是否被按下，当被按下时延时几个毫秒之后再检测按键是否被按下。当确认被按下时等待按键被释放，被释放之后就可以执行相应的程序代码。系统仿真与调试 系统仿真系统仿真通过某些仿真软件完成电路的仿真分析。省略电路板制作的过程以及节省元件减低了做板成本。还可以从仿真软件中选用虚拟的电子元件和仪表等虚拟工具搭建成仿真电路。可以直观的测到元件输出波形以及如何设定参数，还可以把程序加载到仿真电路，验证程序是否正确。系统的了解电路的工作原理以及可以通过仿真电路找到电路设计的缺陷与不足，大大提高了设计电路的效率。 仿真软件介绍本调功系统选择Proteus仿真软件对系统电路进行仿真验证以及了解其工作原理。Proteus软件是由英国的Lab Center Electronics公司研发的一款EDA仿真软件。Proteus仿真软件不只含有其他EDA仿真软件的功能，这个仿真软件还可以对单片机和外围电路进行仿真。Proteus仿真软件广泛运用于单片机及外围电路的仿真，其虽在国内起步较晚。但是由于其操作方便、功能强大受到单片机相关学习以及工作人员的好评。 系统仿真结果本系统采用Proteus软件进行电路仿真。但部分元件如CS5460A在仿真软件里没有相应虚拟元件，而且用仿真软件仿真时其是带有一定理论性。因此只对调功系统的一部分电路模块进行仿真，仿真所得的结果为设计电路提供参考。做出板子后调试逐渐完善电路。通过一个高阻值的电阻将交流回路电压信号引入移相触发芯片TCA785的外接同步信号端，用来检测交流电压过零点。并且并联正反向的二极管限幅电路进行保护。经过芯片内部电路的检测以及计算，然后在片内形成一个同步锯齿波。锯齿波的幅值可以由9、10两管脚的外接电阻电容值调节。同步锯齿信号与11管脚的输入控制电压进行比较，在15和14管脚输出相位互差180°的同步脉冲信号触发可控硅。11管脚输入的电压信号就可以控制移相触发角的大小，12管脚的外接电容决定输出的同步脉冲信号的脉冲宽度。输出的触发角ϕ范围为0°~180°。 电路板制作在设计本系统电路原理图以及画PCB电路时使用Altium Designer Winter 09软件。这个软件功能强大，含有比较完整的库资源为用户提供一体化的电子设计环境。在PCB布线时PCB尺寸太大阻抗会变大，信噪比减小，但太小时散热不足，容易受到相邻线路的干扰。根据电路功能分模块整齐放置元件进行布局，尽量按照信号流方向布局各电路模块使其信号方向一致。对于高频元件应该尽量缩短连线距离，以减小电磁干扰。对于电压相差很大的线路和元件，布线的时候应该相应的远离，防止放电而造成短路的情况。画线路时在拐弯处应该尽量避免尖角，否则会给电路造成干扰。当布双面板时，底层和顶层线路尽可能不要平行走线降低产生寄生耦合。数字地和模拟地应该分开进行布线操作，最后才相连接到一个点上。在制作电路板的过程中，没有相应的设备，靠手工制作。先用专用纸将PCB打印出来，用砂纸擦磨裁剪好的铜板，将其表面的氧化层去掉。然后将PCB纸对准铜板，用熨斗按压加热PCB纸使油墨粘贴到铜板上，铜板上的线路有损时可以用油笔修补。修补好的铜板就可以进行腐蚀，先放水，然后再加浓盐酸和浓双氧水。水、浓盐酸、浓双氧水的比例为3：1：2。腐蚀液不能太浓否则容易将板子腐蚀坏，由于腐蚀液具有强腐蚀性，在腐蚀过程操作要注意安全。腐蚀完成后进行擦洗和转孔，可以在线路上涂一些松香油防止铜板被氧化和焊接方便减少虚焊。做好PCB板之后，再将元件安装并焊接到板子上，放置之前要验证元件是否有损坏或不能正常工作，正确放置元件有极性的要对照PCB放置。放置元件先时应该先放置体积较小，再放置体积大的，先低后高的顺序放置。焊接时候要小心虚焊，对于管脚较多的贴片芯片，先焊接对角的两个管脚这样就能固定住芯片，然后再进行其他引脚的焊接。 系统硬件调试焊接完成之后要进行硬件电路进行检查调试，硬件调试是设计电路很重要的环节，可以通过不断的调试电路发现设计缺陷和不足。电路调试步骤如下：（1）查看电路：检查电路是否有虚焊、漏焊、连锡、错焊、毛刺等焊接缺陷；看芯片方向和极性元件方向是否焊接正确。（2）上电观察：调整好供电电源后按正确接法接到系统电路上，初步判断电路是否有短路现象。同时做好随时断电准备，如有冒烟、发出气味、元件发烫等异常现象马上断开电源，然后寻找故障原因并解决。（3）静态调试：在没有输入信号得情况下，测量电路电源电压、纹波是否正常和集成芯片、元件引脚电流电压值测量。调试晶体是否起振、频率、占空比、幅值是否满足芯片正常工作要求，调试主要通道电气特性是否正常。初步判定各芯片及电路是否能正常工作，电路是否有错。（4）动态调试：对系统电路施加输入信号，借助仪器测量芯片电路的输出信号波形、幅值等能否满足要求。并且做好调试记录，为后续调试提供依据和参考数据。调整电路的电容和电阻多次试验直到参数符合要求。（5）性能指标调试：通过静动态调试对系统电路进行调试系统正常后，对系统所要求的指标进行调试。记录并分析测试得到的数据，多次试验后得出调试总结并对比性能指标是否满足系统设计的要求。如达不到预期效果，找出问题所在并修改部分甚至整个电路以完善设计。 系统软件调试软件调试即把编写好的的程序下载到系统硬件中运行，编译系统程序进行调试。根据调试时所发现的错误情况进行程序语法和时序修正。仔细阅读芯片技术手册，把相关的寄存器操作、读写以及控制时序弄懂。当系统运行出错时要找出出错代码，逐行检查，可以通过标志位反应出程序运行情况。软件调试有两种方法：（1）静态调试：将寄存器以及相关部分的内容输出，这样可以直接读取指标是否满足要求，通过测试找出问题所在。读取主要变量值，测试变量值在程序运行过程是否和预期值相同。（2）动态调试：通过专业调试软件分析程序执行过程的动态情况。运用Keil软件对程序进行调试，可以进行多种设置如单步、全速以及跳出或进入函数内部等等。可以查看变量在执行程序时发生的改变以及可以知道执行代码的所花的时间。 调试结果本调功系统用50W白炽灯作为电路负载，在系统运行过程中可以实现恒功率控制。在电路中接入一盏白炽灯待系统稳定后记录电流、电压以及功率值，然后再在电路中并联接入另一盏白炽灯。接入瞬间系统功率发生变化，调功系统及时作出反应，通过采样回路中的电流电压计算出功率值，然后相应的芯片输出信号。信号经过处理电路处理之后生产触发脉冲信号，并且作用于双向可控硅。通过双向可控硅的导通和关断操作改变电路中的电压，以达到恒功控制的目的。还可以通过按键设置功率的设定值，使得系统可以控制一定范围的恒功值。经过多次实验并记录测量结果，统计后进行分析误差均保持在2%左右，符合系统设计要求。 误差分析不管直接或间接测量电流电压值，都会存在误差。因为算法、传感器、仪器和外部干扰等因素都会产生误差，设计电路时找出误差所在尽量减小误差。如下为引起误差的环节：（1）传感器产生的测量误差。本系统采用霍尔电压、电流传感器测量电路中的电压和电流，但是还是会有误差存在。霍尔传感器会受到温漂的影响而产生温差电势，导致引进误差。同时霍尔传感器工作在交流电,因为霍尔极不能做到相同,所以一直存在一个微小的输出值而产生感应零位电势。材料的不均匀和生产工艺的原因也会产生一定的误差。（2）电能计量芯片CS5460A存在自身性能误差和采样误差。CS5460A在对霍尔电流、电压传感器的输出信号进行采样，将连续的模拟信号转变为离散的数字信号，但是这些误差都是很微小的，对系统的影响不大。（3）测量仪器误差。由于测量仪器设计、制造、精度等级等会存在一定的测量误差。仪器的使用也会发生老化从而引进误差，但这些不是系统设计而引进的误差。（4）由环境因素所引起的误差。比如环境的湿度、温度、海拔以及电磁干扰等因素都会引起误差。结论本次设计以STC89C52单片机为核心控制元件，完成了金刚石合成调功系统的设计与实现。通过双向可控硅控制系统，并使系统保持功率恒定。系统学习了通过仿真软件调试为硬件系统设计提供参考依据，调节参数。运用模块化编写程序，可读性强，调试方便，当程序有误时易于找到出错语句。通过不断的调试，逐步完善系统，完成了相应的功能和指标。同时也学习到了设计一个产品的流程，先了解设计的相关背景，查找相关资料，从而总体了解了设计的核心内容。然后确定系统设计方案，所用元件的选型，并且要熟悉芯片的工作原理。在画原理图和PCB的时候要仔细认真，因为没一点小错误都会导致设计的缺陷，例如封装不正确可能就要重新作板。金刚石合成调功系统的主要内容如下：（1）本系统以STC89C52单片机为核心控制元件，以霍尔电流、电压传感器为系统输入通道。功率测量芯片CS5460A采样霍尔传感器输出的电流电压信号，经过转换并处理之后通过单片机读取。并且通过1602液晶显示电流、电压以及功率值。可以通过按键设置功率值，并且经过D/A将对应的数字信号转换为模拟信号，作为单片机输出的控制信号，间接控制双向可控硅。以双向可控硅作为最终的输出通道，通过控制可控硅的导通和关断达到功率恒定的目的。（2）采用功率测量芯片CS5460A采样霍尔传感器输出的电流电压信号，经过计算处理后，单片机通过SPI接口读取电流、电压以及功率值。同时CS5460A输出一个与功率成正比的脉冲信号，经过频率/电压转换电路转换成电压信号。再与D/A输出正比于设定功率的电压信号相比较，得出一个误差信号。误差信号经过PID控制电路控制移相触发电路输出相应的触发角控制可控硅。同时对触发电路与双向可控硅之间进行光电隔离，防止干扰调功系统。（3）本系统运用PID闭环控制，通过PID控制电路反馈控制信号。不断的调整系统，使得输出功率稳定在设定值不变。即使当负载变化引起功率瞬时变化时，系统能及时作出反应并且稳定功率到设定值。（4）选择C语言编写系统程序，与汇编相比C可读性强，可以模块化编程，调试方便。使用Keil软件编写程序，同时还可以进行仿真调试。

化 学 发 展 史( 化工学院 x x x)摘要：从公元前1500年到公元1650年，炼丹术士和炼金术士们，在皇宫、在教堂、在自己的家里、在深山老林的烟熏火燎中，为求得长生不老的仙丹，为求得荣华富贵的黄金，开始了最早的化学实验。记载、总结炼丹术的书籍，在中国、阿拉伯、埃及、希腊都有不少。这一时期积累了许多物质间的化学变化，为化学的进一步发展准备了丰富的素材。这是化学史上令我们惊叹的雄浑的一幕。后来，炼丹术、炼金术几经盛衰，使人们更多地看到了它荒唐的一面。化学方法转而在医药和冶金方面得到了正当发挥。在欧洲文艺复兴时期，出版了一些有关化学的书籍，第一次有了“化学”这个名词。英语的chemistry起源于alchemy，即炼金术。chemist至今还保留着两个相关的含义：化学家和药剂师。这些可以说是化学脱胎于炼金术和制药业的文化遗迹了。关键词：燃素化学；量子论；晶体化学自从有了人类，化学便与人类结下了不解之缘。钻木取火，用火烧煮食物，烧制陶器，冶炼青铜器和铁器，都是化学技术的应用。正是这些应用，极大地促进了当时社会生产力的发展，成为人类进步的标志。今天，化学作为一门基础学科，在科学技术和社会生活的方方面面正起着越来越大的作用。从古至今，伴随着人类社会的进步，化学历史的发展经历了哪些时期呢？远古的工艺化学时期。这时人类的制陶、冶金、酿酒、染色等工艺，主要是在实践经验的直接启发下经过多少万年摸索而来的，化学知识还没有形成。这是化学的萌芽时期。一、化学的来由化学的英文词为Chemistry，法文Chimie，德文Chemie，它们都是从一个古字、即拉丁字chemia，希腊字Xηwa(Chamia)，希伯莱字Chaman或Haman，阿拉伯字Chema或Kema，埃及字Chemi演化而来的．它的最早来源难以查考．从现存资料看，最早是在埃及第四世纪的记载里出现的．所以有人认为可以假定是从埃及古字Chemi来的，不过这个名字的意义很晦涩，有埃及、埃及的艺术、宗教的迷惑、隐藏、秘密或黑暗等意义。其所以有这些意义，大概因为埃及在西方是化学记载诞生的地方，也是古代化学极为发达的地方，尤其是在实用化学方面。例如，埃及在十一朝代进已有一种雕刻表示一些工人下在制造玻璃，可见至少在公元前2500年以前，埃及已知道玻璃的制造方法了。再从埃及出土的木乃伊看，可知在公元前一、二千年时已精于使用防腐剂和布帛染色等技术。所以古人用埃及或埃及的艺术来命名“化学”。至于其它几种意义，可能因为古人认为化学是一种神奇和秘密的事业以及带有宗教色彩的缘故。中国的化学史当然也是毫不逊色的。大约5000－11000年前，我们已会制作陶器，3000多年前的商朝已有高度精美的青铜器，造纸、磁器、火药更是化学史上的伟大发明。在十六、十七世纪时，中国算得上是世界最先进的国家。“化学”二字我国在1856年开始使用。最早出现在英国传教士韦廉臣在1856年出版的《格物探原》一书中。二、化学的几个发展阶段远古的工艺化学时期。这时人类的制陶、冶金、酿酒、染色等工艺，主要是在实践经验的直接启发下经过多少万年摸索而来的，化学知识还没有形成。这是化学的萌芽时期。炼丹术和医药化学时期。从公元前1500年到公元1650年，炼丹术士和炼金术士们，在皇宫、在教堂、在自己的家里、在深山老林的烟熏火燎中，为求得长生不老的仙丹，为求得荣华富贵的黄金，开始了最早的化学实验。记载、总结炼丹术的书籍，在中国、阿拉伯、埃及、希腊都有不少。这一时期积累了许多物质间的化学变化，为化学的进一步发展准备了丰富的素材。这是化学史上令我们惊叹的雄浑的一幕。后来，炼丹术、炼金术几经盛衰，使人们更多地看到了它荒唐的一面。化学方法转而在医药和冶金方面得到了正当发挥。在欧洲文艺复兴时期，出版了一些有关化学的书籍，第一次有了“化学”这个名词。。燃素化学时期。从1650年到1775年，随着冶金工业和实验室经验的积累，人们总结感性知识，认为可燃物能够燃烧是因为它含有燃素，燃烧的过程是可燃物中燃素放出的过程，可燃物放出燃素后成为灰烬。定量化学时期，既近代化学时期。1775年前后，拉瓦锡用定量化学实验阐述了燃烧的氧化学说，开创了定量化学时期。这一时期建立了不少化学基本定律，提出了原子学说，发现了元素周期律，发展了有机结构理论。所有这一切都为现代化学的发展奠定了坚实的基础。科学相互渗透时期，既现代化学时期。二十世纪初，量子论的发展使化学和物理学有了共同的语言，解决了化学上许多悬而未决的问题；另一方面，化学又向生物学和地质学等学科渗透，使蛋白质、酶的结构问题得到逐步的解决。这里主要讲述近二百多年来的化学史故事。这是化学得到快速发展的时期，是风云变幻英雄辈出的期。让我们一道去体验当年化学家所经历的艰难险阻,在近代化学史峰回路转的曲折历程中不倦跋涉，领略他们拨开重重迷雾建立新理论、发现新元素、提出新方法时的无限风光。三、化学学科在探索中成长化学的发展可以说是日新月异，尤其是它的边缘学科或者说是它的分支学科，譬如生物化学、物理化学、晶体化学等等，令人目不暇接。就眼下炒得过热的基因工程、克隆技术以及共轭电场论等，更是令人眼花缭乱。而古往今来，有多少化学家为化学的发展做出了难以估量的贡献。你想了解他们吗？化学名人风采将带您走近他们。燃素说的影响 。可燃物如炭和硫磺，燃烧以后只剩下很少的一点灰烬；致密的金属煅烧后得到的锻灰较多，但很疏松。这一切给人的印象是，随着火焰的升腾，什么东西被带走了。当冶金工业得到长足发展后，人们希望总结燃烧现象本质的愿望更加强烈了。1723年，德国哈雷大学的医学与药理学教授施塔尔出版了教科书《化学基础》。他继承并发展了他的老师贝歇尔有关燃烧现象的解释，形成了贯穿整个化学的完整、系统的理论。《化学基础》是燃素说的代表作。施塔尔认为燃素存在于一切可燃物中，在燃烧过程中释放出来，同时发光发热。燃烧是分解过程：可燃物==灰烬+燃素金属==锻灰+燃素如果将金属锻灰和木炭混合加热，锻灰就吸收木炭中的燃素，重新变为金属，同时木炭失去燃素变为灰烬。木炭、油脂、蜡都是富含燃素的物质，燃烧起来非常猛烈，而且燃烧后只剩下很少的灰烬；石头、草木灰、黄金不能燃烧，是因为它们不含燃素。酒精是燃素与水的结合物，酒精燃烧时失去燃素，便只剩下了水。空气是带走燃素的必需媒介物。燃素和空气结合，充塞于天地之间。植物从空气中吸收燃素，动物又从植物中获得燃素。所以动植物易燃。富含燃素的硫磺和白磷燃烧时，燃素逸去，变成了硫酸和磷酸。硫酸与富含燃素的松节油共煮，磷酸（当时指P2O5）与木炭密闭加热，便会重新夺得燃素生成硫磺和白磷。而金属和酸反应时，金属失去燃素生成氢气，氢气极富燃素。铁、锌等金属溶于胆矾（CuSO4·5H2O）溶液置换出铜，是燃素转移到铜中的结果。燃素说尽管错误，但它把大量的化学事实统一在一个概念之下，解释了冶金过程中的化学反应。燃素说流行的一百多年间，化学家为了解释各种现象，做了大量的实验，积累了丰富的感性材料。特别是燃素说认为化学反应是一种物质转移到另一种物质的过程，化学反应中物质守恒，这些观点奠定了近、现代化学思维的基础。我们现在学习的置换反应，是物质间相互交换成分的过程；氧化还原反应是电子得失的过程；而有机化学中的取代反应是有机物某一结构位置的原子或原子团被其它原子或原子团替换的过程。这些思想方法与燃素说多么相似。舍勒和普里斯特里发现氧气的制法 ：令后人尊敬的瑞典化学家舍勒的职业是药剂师--chemist，他长期在小镇彻平的药房工作，生活贫困。白天，他在药房为病人配制各种药剂。一有时间，他就钻进他的实验室忙碌起来。有一次，后院传来一声爆鸣，店主和顾客还在惊诧之中，舍勒满脸是灰地跑来，兴奋地拉着店主去看他新合成的化合物，忘记了一切。对这样的店员，店主是又爱又气，但从来不想辞退他，因为舍勒是这个城市最好的药剂师。到了晚上，舍勒可以自由支配时间，他更加专心致志地投入到他的实验研究中。对于当时能见到的化学书籍里的实验，他都重做一遍。他所做的大量艰苦的实验，使他合成了许多新化合物，例如氧气、氯气、焦酒石酸、锰酸盐、高锰酸盐、尿酸、硫化氢、升汞（氯化汞）、钼酸、乳酸、乙醚等等，他研究了不少物质的性质和成分，发现了白钨矿等。至今还在使用的绿色颜料舍勒绿（Scheele’s green）,就是舍勒发明的亚砷酸氢铜（CuHAsO3）。如此之多的研究成果在十八世纪是绝无仅有的，但舍勒只发表了其中的一小部分。直到1942年舍勒诞生二百周年的时候，他的全部实验记录、日记和书信才经过整理正式出版，共有八卷之多。其中舍勒与当时不少化学家的通信引人注目。通信中有十分宝贵的想法和实验过程，起到了互相交流和启发的作用。法国化学家拉瓦锡对舍勒十分推崇，使得舍勒在法国的声誉比在瑞典国内还高。在舍勒与大学教师甘恩的通信中，人们发现，由于舍勒发现了骨灰里有磷，启发甘恩后来证明了骨头里面含有磷。在这之前，人们只知道尿里有磷。1775年2月4日，33岁的舍勒当选为瑞典科学院院士。这时店主人已经去世，舍勒继承了药店，在他简陋的实验室里继续科学实验。由于经常彻夜工作，加上寒冷和有害气体的侵蚀，舍勒得了哮喘病。他依然不顾危险经常品尝各种物质的味道--他要掌握物质各方面的性质。他品尝氢氰酸的时候，还不知道氢氰酸有剧毒。1786年5月21日，为化学的进步辛劳了一生的舍勒不幸去世，终年只有44岁。舍勒发现氧气的两种制法是在1773年。第一种方法是分别将KNO3、Mg（NO3）2、Ag2CO3、HgCO3、HgO加热分解放出氧气：2KNO3==2KNO2+O2↑2Mg（NO3）2 == 2MgO+4NO2↑+O2↑↑2Ag2CO3==4Ag+2CO2↑+O2↑2HgCO3==2Hg+2CO2↑+O2↑2HgO==2Hg+O2↑第二种方法是将软锰矿（MnO2）与浓硫酸共热产生氧气：2MnO2+2H2SO4（浓）== 2MnSO4+2H2O+O2↑舍勒研究了氧气的性质，他发现可燃物在这种气体中燃烧更为剧烈，燃烧后这种气体便消失了，因而他把氧气叫做“火气”。舍勒是燃素说的信奉者，他认为燃烧是空气中的“火气”与可燃物中的燃素结合的过程，火焰是“火气”与燃素相结合形成的化合物。他将他的发现和观点写成《论空气和火的化学》。这篇论文拖延了4年直到1777年才发表。而英国化学家普里斯特里在1774年发现氧气后，很快就发表了论文。普里斯特里始终坚信燃素说，甚至在拉瓦锡用他们发现的氧气做实验，推翻了燃素说之后依然故我。他将氧气叫做“脱燃素气”。他写到：我把老鼠放在‘脱燃素气’里，发现它们过得非常舒服后，我自己受了好奇心的驱使，又亲自加以实验，我想读者是不会觉得惊异的。我自己实验时，是用玻璃吸管从放满这种气体的大瓶里吸取的。当时我的肺部所得的感觉，和平时吸入普通空气一样；但自从吸过这种气体以后，经过好长时间，身心一直觉得十分轻快舒畅。有谁能说这种气体将来不会变成通用品呢？不过现在只有两只老鼠和我，才有享受呼吸这种气体的权利罢了。”普里斯特里一生的大部分时间是在英国的利兹作牧师，业余爱好化学。1773年他结识了著名的美国科学家兼政治家富兰克林，他们后来成了经常书信往来的好朋友。普里斯特里受到好朋友多方的启发和鼓励。他在化学、电学、自然哲学、神学四个方面都有很多著述。1774年普里斯特里到欧洲大陆参观旅行。在巴黎，他与拉瓦锡交换了好多化学方面的看法。正直的普里斯特里同情法国大革命，曾在英国公开做了几次演讲。英国一批反对法国大革命的人烧毁了他的住宅和实验室。普里斯特里于1794年他六十一岁的时候不得已移居美国，在宾夕法尼亚大学任化学教授。美国化学会认为他是美国最早研究化学的学者之一。他住过的房子现在已建成纪念馆，以他的名字命名的普里斯特里奖章已成为美国化学界的最高荣誉。拉瓦锡和他的天平： 燃素说的推翻者，法国化学家拉瓦锡原来是学法律的。1763年，他20岁的时候就取得了法律学士学位，并且获得律师开业证书。他的父亲是一位律师，家里很富有。所以拉瓦锡不急于当律师，而是对植物学发生了兴趣。经常上山采集标本使他对气象学也产生了兴趣。后来，拉瓦锡在他的老师，地质学家葛太德的建议下，师从巴黎有名的鲁伊勒教授学习化学。拉瓦锡的第一篇化学论文是关于石膏成分的研究。他用硫酸和石灰合成了石膏。当他加热石膏时放出了水蒸气。拉瓦锡用天平仔细测定了不同温度下石膏失去水蒸气的质量。从此，他的老师鲁伊勒就开始使用“结晶水”这个名词了。这次成功使拉瓦锡开始经常使用天平，并总结出了质量守恒定律。质量守恒定律成为他的信念，成为他进行定量实验、思维和计算的基础。例如他曾经应用这一思想，把糖转变为酒精的发酵过程表示为下面的等式：葡萄糖 == 碳酸（CO2）+ 酒精这正是现代化学方程式的雏形。用等号而不用箭头表示变化过程，表明了他守恒的思想。拉瓦锡为了进一步阐明这种表达方式的深刻含义，又具体地写到：“我可以设想，把参加发酵的物质和发酵后的生成物列成一个代数式。再逐个假定方程式中的某一项是未知数，然后分别通过实验，逐个算出它们的值。这样以来，就可以用计算来检验我们的实验，再用实验来验证我们的计算。我经常卓有成效地用这种方法修正实验的初步结果，使我能通过正确的途径重新进行实验，直到获得成功。”早在拉瓦锡出生之时，多才多艺的俄罗斯科学家罗蒙诺索夫就提出了质量守恒定律，他当时称之为“物质不灭定律”，其中含有更多的哲学意蕴。但由于“物质不灭定律”缺乏丰富的实验根据，特别是当时俄罗斯的科学还很落后，西欧对沙俄的科学成果不重视，“物质不灭定律”没有得到广泛的传播。1772年秋天，拉瓦锡照习惯称量了一定质量的白磷使之燃烧，冷却后又称量了燃烧产物P2O5的质量，发现质量增加了！他又燃烧硫磺，同样发现燃烧产物的质量大于硫磺的质量。他想这一定是什么气体被白磷和硫磺吸收了。他于是又做了更细致的实验：将白磷放在水银面上，扣上一个钟罩，钟罩里留有一部分空气。加热水银到40℃时白磷就迅速燃烧，之后水银面上升。拉瓦锡描述道：“这表明部分空气被消耗，剩下的空气不能使白磷燃烧，并可使燃烧着的蜡烛熄灭；1盎司的白磷大约可得到盎司的白色粉末（P2O5，应该是盎司）。增加的重量和所消耗的1/5容积的空气重量接近相同。”燃素说认为燃烧是分解过程，燃烧产物应该比可燃物质量轻。而拉瓦锡实验的结果却是截然相反。他把实验结果写成论文交给法国科学院。从此他做了很多实验来证明燃素说的错误。在1773年2月，他在实验记录本上写到：“我所做的实验使物理和化学发生了根本的变化。”他将“新化学”命名为“反燃素化学”。1774年，拉瓦锡做了焙烧锡和铅的实验。他将称量后的金属分别放入大小不等的曲颈瓶中，密封后再称量金属和瓶的质量，然后充分加热。冷却后再次称量金属和瓶的质量，发现没有变化。打开瓶口，有空气进入，这一次质量增加了，显然增加量是进入的空气的质量（设为A）。他再次打开瓶口取出金属锻灰（在容积小的瓶中还有剩余的金属）称量，发现增加的质量正和进入瓶中的空气的质量相同（即也为A）。这表明锻灰是金属与空气的化合物。拉瓦锡进一步想，如果设法从金属锻灰中直接分离出空气来，就更能说明问题。他曾经试图分解铁锻灰（即铁锈），但实验没有成功。拉瓦锡制得氧气之后： 到了这年的10月，普里斯特里访问巴黎。在欢迎宴会上他谈到“从红色沉淀（HgO）和铅丹（Pb3O4）可得到‘脱燃素气’”。对于正在无奈中的拉瓦锡来说，这条信息是很直接的启发。11月，拉瓦锡加热红色的汞灰制得了氧气。在舍勒的启发下，拉瓦锡甚至制造了火车头大小的加热装置，其中心是聚光镜。平台下面是六个大轮子，以便跟着太阳随时转动。1775年，拉瓦锡的实验中心已从分解金属锻灰转移到了对氧气的研究。他发现燃烧时增加的质量恰好是氧气减少的质量。以前认为可燃物燃烧时吸收了一部分空气，其实是吸收了氧气，与氧气化合，即氧化。这就是推翻了燃素说的燃烧的氧化理论。与此同时，拉瓦锡还用动物实验，研究了呼吸作用，认为“是氧气在动物体内与碳化合，生成二氧化碳的同时放出热来。这和在实验室中燃烧有机物的情况完全一样。”这就解答了体温的来源问题。空气中既然含有1/4的氧气(数据来自原文），就应该含有其余的气体，拉瓦锡将它称为“碳气”。研究了空气的组成后，拉瓦锡总结道：“大气中不是全部空气都是可以呼吸的；金属焙烧时，与金属化合的那部分空气是合乎卫生的，最适宜呼吸的；剩下的部分是一种‘碳气’，不能维持动物的呼吸，也不能助燃。”他把燃烧与呼吸统一了起来，也结束了空气是一种纯净物质的错误见解。1777年，拉瓦锡明确地讥讽和批判了燃素说：“化学家从燃素说只能得出模糊的要素，它十分不确定，因此可以用来任意地解释各种事物。有时这一要素是有重量的，有时又没有重量；有时它是自由之火，有时又说它与土素相化合成火；有时说它能通过容器壁的微孔，有时又说它不能透过；它能同时用来解释碱性和非碱性、透明性和非透明性、有颜色和无色。它真是只变色虫，每时每刻都在改变它的面貌。” 这年的9月5日，拉瓦锡向法国科学院提交了划时代的《燃烧概论》，系统地阐述了燃烧的氧化学说，将燃素说倒立的化学正立过来。这本书后来被翻译成多国语言，逐渐扫清了燃素说的影响。化学自此切断了与古代炼丹术的联系，揭掉了神秘和臆测的面纱，代之以科学的实验和定量的研究。化学进入了定量化学（即近代化学）时期。所以我们说拉瓦锡是近代化学的奠基者。舍勒和普里斯特里先于拉瓦锡发现氧气，但由于他们思维不够广阔，更多地只是关心具体物质的性质，没有能冲破燃素说的束缚。与真理擦肩而过是很遗憾的。拉瓦锡对化学的另一大贡献是否定了古希腊哲学家的四元素说和三要素说，辨证地阐述了建立在科学实验基础上的化学元素的概念：“如果元素表示构成物质的最简单组分，那么目前我们可能难以判断什么是元素；如果相反，我们把元素与目前化学分析最后达到的极限概念联系起来，那么，我们现在用任何方法都不能再加以分解的一切物质，对我们来说，就算是元素了。”在1789年出版的历时四年写就的《化学概要》里，拉瓦锡列出了第一张元素一览表，元素被分为四大类：简单物质，普遍存在于动物、植物、矿物界，可以看作是物质元素：光、热、氧、氮、氢。简单的非金属物质，其氧化物为酸：硫、磷、碳、盐酸素、氟酸素、硼酸素。简单的金属物质，被氧化后生成可以中和酸的盐基：锑、银、铋、钴、铜、锡、铁、锰、汞、钼、镍、金、铂、铅、钨、锌。简单物质，能成盐的土质：石灰、镁土、钡土、铝土、硅土。拉瓦锡对燃素说和其它陈腐观点的讥讽和批判是无情和激烈的。这使他在创建科学勋绩的同时得罪了一大批同时代和老一辈的科学家。在《影响世界历史的一百位人物》中，在许多有关历史、科学史、化学史的书籍中，作者都对拉瓦锡总是突出自己的人格特点进行低调的描述和评价，指责他在《化学概要》里没有提起舍勒和普里斯特里对他的启示和帮助。但我们得看到，拉瓦锡确实具有非凡的科学洞察力和勇往直前的无畏精神。虽然不是他最先发现氧气的制法，但他通过制取氧气分析了空气的组成，建立了燃烧的氧化学说。氧气因此不同于其它气体，被赋予非凡的科学意义。拉瓦锡十分勤奋，每天六点起床，从六点到八点进行实验研究，八点到下午七点从事火药局长或法国科学院院士的工作，七点到晚上十点，又专心从事他的科学研究。星期天不休息，专门进行一整天的实验工作。拉瓦锡28岁结婚时，他的妻子只有14岁。他们一生没有孩子，但生活非常愉快。她帮助拉瓦锡实验，经常陪伴在他身边。在拉瓦锡的著作里，有很多插图都是他的妻子画的。1789年法国大革命爆发，三年后拉瓦锡被解除了火药局长的职务。1793年11月，国民议会下令逮捕旧王朝的包税官。拉瓦锡由于曾经担任过包税官而自首入狱。极左派马拉曾与拉瓦锡有过激烈的科学争论，心存嫉恨，便诬陷拉瓦锡与法国的敌人有来往，犯有叛国罪，于1794年5月8日把他送上了断头台。对此，当时科学界的很多人感到非常惋惜。著名的法籍意大利数学家拉格朗日痛心地说：“他们可以一瞬间把他的头割下，而他那样的头脑一百年也许长不出一个来。”这时，拉瓦锡正当壮年，是51岁。四、化学学科的发展前沿中国运动医学杂志000124 基因工程也叫遗传工程(Genetic Engineering)，是20世纪70年代在分子生物学发展的基础上形成的新学科。基因工程就是在分子水平上，用人工方法提取(或合成)不同生物的遗传物质，在体外切割、拼接和重新组成，然后通过载体把重组的DNA分子引入受体细胞，使外源DNA在受体细胞中进行复制与表达。按人们的需要产生不同的产物或定向地创造生物的新性状，并使之稳定地遗传给下代[1]。基因工程技术主要包括分离基因、纯化基因和扩增基因的技术，其核心是分子克隆技术。它能帮助人们从各种复杂的生物体中分离出单一的基因，并把它纯化，再把它大量扩增，用于研究。20多年来，基因工程技术得到了迅速地发展，特别是限制性内切酶、DNA序列分析及DNA重组技术等三大技术的发现和应用，不仅把分子生物学提高到了基因水平，而且也把生物学与医学中的其他学科引上基因研究的道路，并取得了许多揭示生命秘密和生命过程的重大成就 ......

超精密加工与超高速加工技术一、技术概述超高速加工技术是指采用超硬材料的刃具，通过极大地提高切削速度和进给速度来提高材料切除率、加工精度和加工质量的现代加工技术。超高速加工的切削速度范围因不同的工件材料、不同的切削方式而异。目前，一般认为，超高速切削各种材料的切速范围为：铝合金已超过1600m/min，铸铁为1500m/min，超耐热镍合金达300m/min，钛合金达150-1000m/min，纤维增强塑料为2000-9000m/min。各种切削工艺的切速范围为：车削700-7000m/min，铣削300-6000m/min，钻削200-1100m/min，磨削250m/s以上等等。超高速加工技术主要包括：超高速切削与磨削机理研究，超高速主轴单元制造技术，超高速进给单元制造技术，超高速加工用刀具与磨具制造技术，超高速加工在线自动检测与控制技术等。超精密加工当前是指被加工零件的尺寸精度高于μ m，表面粗糙度Ra小于μ m，以及所用机床定位精度的分辨率和重复性高于μ m的加工技术，亦称之为亚微米级加工技术，且正在向纳米级加工技术发展。超精密加工技术主要包括：超精密加工的机理研究，超精密加工的设备制造技术研究，超精密加工工具及刃磨技术研究，超精密测量技术和误差补偿技术研究，超精密加工工作环境条件研究。二、现状及国内外发展趋势1．超高速加工工业发达国家对超高速加工的研究起步早，水平高。在此项技术中，处于领先地位的国家主要有德国、日本、美国、意大利等。在超高速加工技术中，超硬材料工具是实现超高速加工的前提和先决条件，超高速切削磨削技术是现代超高速加工的工艺方法，而高速数控机床和加工中心则是实现超高速加工的关键设备。目前，刀具材料已从碳素钢和合金工具钢，经高速钢、硬质合金钢、陶瓷材料，发展到人造金刚石及聚晶金刚石（PCD）、立方氮化硼及聚晶立方氮化硼（CBN）。切削速度亦随着刀具材料创新而从以前的12m/min提高到1200m/min以上。砂轮材料过去主要是采用刚玉系、碳化硅系等，美国G．E公司50年代首先在金刚石人工合成方面取得成功，60年代又首先研制成功CBN。90年代陶瓷或树脂结合剂CBN砂轮、金刚石砂轮线速度可达125m/s，有的可达150m/s，而单层电镀CBN砂轮可达250m/s。因此有人认为，随着新刀具（磨具）材料的不断发展，每隔十年切削速度要提高一倍，亚音速乃至超声速加工的出现不会太遥远了。在超高速切削技术方面，1976年美国的Vought公司研制了一台超高速铣床，最高转速达到了20000rpm。特别引人注目的是，联邦德国Darmstadt工业大学生产工程与机床研究所（PTW）从1978年开始系统地进行超高速切削机理研究，对各种金属和非金属材料进行高速切削试验，联邦德国组织了几十家企业并提供了2000多万马克支持该项研究工作，自八十年代中后期以来，商品化的超高速切削机床不断出现，超高速机床从单一的超高速铣床发展成为超高速车铣床、钻铣床乃至各种高速加工中心等。瑞士、英国、日本也相继推出自己的超高速机床。日本日立精机的HG400III型加工中心主轴最高转速达36000-40000r/min，工作台快速移动速度为36~40m/min。采用直线电机的美国Ingersoll公司的HVM800型高速加工中心进给移动速度为60m/min。在高速和超高速磨削技术方面，人们开发了高速、超高速磨削、深切缓进给磨削、深切快进给磨削（即HEDG）、多片砂轮和多砂轮架磨削等许多高速高效率磨削，这些高速高效率磨削技术在近20年来得到长足的发展及应用。德国Guehring Automation公司1983年制造出了当时世界第一台最具威力的60kw强力CBN砂轮磨床，Vs达到140-160m/s。德国阿享工业大学、Bremen大学在高效深磨的研究方面取得了世界公认的高水平成果，并积极在铝合金、钛合金、因康镍合金等难加工材料方面进行高效深磨的研究。德国Bosch公司应用CBN砂轮高速磨削加工齿轮齿形，采用电镀CBN砂轮超高速磨削代替原须经滚齿及剃齿加工的工艺，加工16MnCr5材料的齿轮齿形，Vs＝155m/s，其Q达到811mm3/，德国Kapp公司应用高速深磨加工泵类零件深槽，工件材料为100Cr6轴承钢，采用电镀CBN砂轮，Vs达到300m/s，其Q`＝140mm3/，磨削加工中，可将淬火后的叶片泵转子10个一次装夹，一次磨出转子槽，磨削时工件进给速度为，平均每个转子加工工时只需10秒钟，槽宽精度可保证在2μ m，一个砂轮可加工1300个工件。目前日本工业实用磨削速度已达200m/s，美国Conneticut大学磨削研究中心，1996年其无心外圆高速磨床上，最高砂轮磨削速度达250m/s。近年来，我国在高速超高速加工的各关键领域如大功率高速主轴单元、高加减速直线进给电机、陶瓷滚动轴承等方面也进行了较多的研究，但总体水平同国外尚有较大差距，必须急起直追。2．超精密加工超精密加工技术在国际上处于领先地位的国家有美国、英国和日本。这些国家的超精密加工技术不仅总体成套水平高，而且商品化的程度也非常高。美国是开展超精密加工技术研究最早的国家，也是迄今处于世界领先地位的国家。早在50年代末，由于航天等尖端技术发展的需要，美国首先发展了金刚石刀具的超精密切削技术，称为“SPDT技术”（Single Point Diamond Turning）或“微英寸技术”（1微英寸＝μ m），并发展了相应的空气轴承主轴的超精密机床。用于加工激光核聚变反射镜、战术导弹及载人飞船用球面非球面大型零件等等。如美国LLL实验室和Y－12工厂在美国能源部支持下，于1983年7月研制成功大型超精密金刚石车床DTM－3型，该机床可加工最大零件?2100mm、重量4500kg的激光核聚变用的各种金属反射镜、红外装置用零件、大型天体望远镜（包括X光天体望远镜）等。该机床的加工精度可达到形状误差为28nm（半径），圆度和平面度为，加工表面粗糙度为。该机床与该实验室1984年研制的LODTM大型超精密车床一起仍是现在世界上公认的技术水平最高、精度最高的大型金刚石超精密车床。在超精密加工技术领域，英国克兰菲尔德技术学院所属的克兰菲尔德精密工程研究所（简称CUPE）享有较高声誉，它是当今世界上精密工程的研究中心之一，是英国超精密加工技术水平的独特代表。如CUPE生产的Nanocentre（纳米加工中心）既可进行超精密车削，又带有磨头，也可进行超精密磨削，加工工件的形状精度可达μ m ，表面粗糙度Ra<10nm。日本对超精密加工技术的研究相对于美、英来说起步较晚，但是当今世界上超精密加工技术发展最快的国家。日本的研究重点不同于美国，前者是以民品应用为主要对象，后者则是以发展国防尖端技术为主要目标。所以日本在用于声、光、图象、办公设备中的小型、超小型电子和光学零件的超精密加工技术方面，是更加先进和具有优势的，甚至超过了美国。我国的超精密加工技术在70年代末期有了长足进步，80年代中期出现了具有世界水平的超精密机床和部件。北京机床研究所是国内进行超精密加工技术研究的主要单位之一，研制出了多种不同类型的超精密机床、部件和相关的高精度测试仪器等，如精度达μ m的精密轴承、JCS－027超精密车床、JCS－031超精密铣床、JCS－035超精密车床、超精密车床数控系统、复印机感光鼓加工机床、红外大功率激光反射镜、超精密振动－位移测微仪等，达到了国内领先、国际先进水平。航空航天工业部三零三所在超精密主轴、花岗岩坐标测量机等方面进行了深入研究及产品生产。哈尔滨工业大学在金刚石超精密切削、金刚石刀具晶体定向和刃磨、金刚石微粉砂轮电解在线修整技术等方面进行了卓有成效的研究。清华大学在集成电路超精密加工设备、磁盘加工及检测设备、微位移工作台、超精密砂带磨削和研抛、金刚石微粉砂轮超精密磨削、非圆截面超精密切削等方面进行了深入研究，并有相应产品问世。此外中科院长春光学精密机械研究所、华中理工大学、沈阳第一机床厂、成都工具研究所、国防科技大学等都进行了这一领域的研究，成绩显著。但总的来说，我国在超精密加工的效率、精度可靠性，特别是规格（大尺寸）和技术配套性方面与国外比，与生产实际要求比，还有相当大的差距。超精密加工技术发展趋势是：向更高精度、更高效率方向发展；向大型化、微型化方向发展；向加工检测一体化方向发展；机床向多功能模块化方向发展；不断探讨适合于超精密加工的新原理、新方法、新材料。21世纪初十年将是超精密加工技术达到和完成纳米加工技术的关键十年。三、“十五”目标及主要研究内容1．目标超高速加工到2005年基本实现工业应用，主轴最高转速达15000r/min，进给速度达40-60m/min，砂轮磨削速度达100-150m/s；超精密加工基本实现亚微米级加工，加强纳米级加工技术应用研究，达到国际九十年代初期水平。2．主要研究内容（1）超高速切削、磨削机理研究。对超高速切削和磨削加工过程、各种切削磨削现象、各种被加工材料和各种刀具磨具材料的超高速切削磨削性能以及超高速切削磨削的工艺参数优化等进行系统研究。（2）超高速主轴单元制造技术研究。主轴材料、结构、轴承的研究与开发；主轴系统动态特性及热态性研究；柔性主轴及其轴承的弹性支承技术研究；主轴系统的润滑与冷却技术研究；主轴的多目标优化设计技术、虚拟设计技术研究；主轴换刀技术研究。（3）超高速进给单元制造技术研究。高速位置芯片环的研制；精密交流伺服系统及电机的研究；系统惯量与伺服电机参数匹配关系的研究；机械传动链静、动刚度研究；加减速控制技术研究；精密滚珠丝杠副及大导程丝杠副的研制等。（4）超高速加工用刀具磨具及材料研究。研究开发各种超高速加工（包括难加工材料）用刀具磨具材料及制备技术，使刀具的切削速度达到国外工业发达国家90年代末的水平，磨具的磨削速度达到150m/s以上。（5）超高速加工测试技术研究。对超高速加工机床主轴单元、进给单元系统和机床支承及辅助单元系统等功能部位和驱动控制系统的监控技术，对超高速加工用刀具磨具的磨损和破损、磨具的修整等状态以及超高速加工过程中工件加工精度、加工表面质量等在线监控技术进行研究。（6）超精密加工的加工机理研究。“进化加工”及“超越性加工”机理研究；微观表面完整性研究；在超精密范畴内的对各种材料（包括被加工材料和刀具磨具材料）的加工过程、现象、性能以及工艺参数进行提示性研究。（7）超精密加工设备制造技术研究。纳米级超精密车床工程化研究；超精密磨床研究；关键基础件，如轴系、导轨副、数控伺服系统、微位移装置等研究；超精密机床总成制造技术研究。（8）超精密加工刀具、磨具及刃磨技术研究。金刚石刀具及刃磨技术、金刚石微粉砂轮及其修整技术研究。（9）精密测量技术及误差补偿技术研究。纳米级基准与传递系统建立；纳米级测量仪器研究；空间误差补偿技术研究；测量集成技术研究。（10）超精密加工工作环境条件研究。超精密测量、控温系统、消振技术研究；超精密净化设备，新型特种排屑装置及相关技术的研究希望能帮到你．哈哈！本人就是从事精密机械生产，模具加工的，转载地址：来源:

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