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编译 | 未玖
Nature , 21 October 2021, VOL 598, ISSUE 7881
《自然》 2021年10月21日，第598卷，7881期
天文学 Astronomy
Carbon monoxide gas produced by a giant impact in the inner region of a young system
年轻星系内部发生巨大碰撞产生一氧化碳气体
作者：Tajana Schneiderman, Luca Matrà, Alan P. Jackson, Grant M. Kennedy, Quentin Kral, Sebastián Marino, et al.
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摘要
类地行星形成的模型预测，行星组合的最后阶段（年轻的原行星盘扩散之后持续的数千万年间）主要发生行星碰撞。正是通过这些巨大的撞击，像年轻的地球这样的行星才能成长到最终质量，并实现长期稳定的轨道结构。
一个关键预测是这些撞击会产生碎片。到目前为止，关于撞击后碎片最令人信服的观测证据来自于附近2300万年前的A型恒星HD172555周围的行星系。该星系显示大量细尘，具有异常陡峭的粒度分布和非典型的尘埃组成，此前将其归因于超高速撞击或巨大的小行星带。
研究组报道了一个与HD172555周围的尘埃碎片共轨的一氧化碳气体环的光谱分辨率探测结果，气体环与HD172555相距大约6到9个天文单位，类似于太阳系的外类地行星区域。
综上所述，尘埃和一氧化碳的检测结果有助于理解大型、易挥发性天体之间的巨大碰撞。这表明行星级的碰撞类似于月球形成的碰撞，可释放大量的气体和碎片，并且这种气体是可观测的，为了解年轻行星的组成提供了一个窗口。
Abstract
Models of terrestrial planet formation predict that the final stages of planetary assembly—lasting tens of millions of years beyond the dispersal of young protoplanetary disks—are dominated by planetary collisions. It is through these giant impacts that planets like the young Earth grow to their final mass and achieve long-term stable orbital configurations. A key prediction is that these impacts produce debris. So far, the most compelling observational evidence for post-impact debris comes from the planetary system around the nearby 23-million-year-old A-type star HD 172555. This system shows large amounts of fine dust with an unusually steep size distribution and atypical dust composition, previously attributed to either a hypervelocity impact or a massive asteroid belt. Here we report the spectrally resolved detection of a carbon monoxide gas ring co-orbiting with dusty debris around HD 172555 between about six and nine astronomical units—a region analogous to the outer terrestrial planet region of our Solar System. Taken together, the dust and carbon monoxide detections favour a giant impact between large, volatile-rich bodies. This suggests that planetary-scale collisions, analogous to the Moon-forming impact, can release large amounts of gas as well as debris, and that this gas is observable, providing a window into the composition of young planets.
材料科学 Materials Science
Half- and quarter-metals in rhombohedral trilayer graphene
菱面体三层石墨烯中的半金属和四分之一金属
作者：Haoxin Zhou, Tian Xie, Areg Ghazaryan, Tobias Holder, James R. Ehrets, Eric M. Spanton, et al.
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摘要
铁磁性在电子占据高度局域化d轨道的过渡金属化合物中最为常见。然而，在低密度二维电子系统中也可能出现铁磁有序。
研究组证明了菱面体三层石墨烯中的门调谐范霍夫奇点，驱动电子系统的自发铁磁极化转变为一种或多种自旋和谷型。
通过电容和输运测量，研究组观察到调谐至相位间载流子浓度和电位移场的一系列跃迁，其中量子振荡具有四重、二重或一重简并度，分别对应自旋和谷简并的“正常金属态”、自旋极化的“半金属态”以及自旋极化和谷极化的“四分之一金属态”。
对于电子掺杂，包含谷各向异性相互作用的唯象斯通纳模型很好地捕捉到了数据的显著特征。对于空穴填充，研究组观察到一个更丰富的相图，其特征是费米面拓扑中对称性破缺和跃迁的微妙相互作用。
最后，研究组通过旋转对齐的六方氮化硼衬底引入莫尔超晶格。值得注意的是，研究组发现同位旋序仅受到弱扰动，当迁移的半金属态或四分之一金属态填充半超晶格带或四分之一超晶格带时，莫尔势会催化拓扑非平凡间隙态的形成。
该结果表明，菱面体石墨烯是一个多体理论控制测试的理想平台，并揭示了莫尔材料的磁性本质上是迁移的。
Abstract
Ferromagnetism is most common in transition metal compounds where electrons occupy highly localized d orbitals. However, ferromagnetic order may also arise in low-density two-dimensional electron systems. Here we show that gate-tuned van Hove singularities in rhombohedral trilayer graphene drive spontaneous ferromagnetic polarization of the electron system into one or more spin and valley flavours. Using capacitance and transport measurements, we observe a cascade of transitions tuned to the density and electronic displacement field between phases in which quantum oscillations have fourfold, twofold or onefold degeneracy, associated with a spin- and valley-degenerate normal metal, spin-polarized ‘half-metal’, and spin- and valley-polarized ‘quarter-metal’, respectively. For electron doping, the salient features of the data are well captured by a phenomenological Stoner model that includes valley-anisotropic interactions. For hole filling, we observe a richer phase diagram featuring a delicate interplay of broken symmetries and transitions in the Fermi surface topology. Finally, we introduce a moiré superlattice using a rotationally aligned hexagonal boron nitride substrate. Remarkably, we find that the isospin order is only weakly perturbed, with the moiré potential catalysing the formation of topologically nontrivial gapped states whenever itinerant half- or quarter-metal states occur at half- or quarter-superlattice band filling. Our results show that rhombohedral graphene is an ideal platform for well-controlled tests of many-body theory, and reveal magnetism in moiré materials to be fundamentally itinerant in nature.
Superconductivity in rhombohedral trilayer graphene
菱面体三层石墨烯的超导性
作者：Haoxin Zhou, Tian Xie, Takashi Taniguchi, Kenji Watanabe & Andrea F. Young.
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摘要
在一个干净的二维器件中通过电场效应获得超导性是纳米电子学的一个核心目标。最近，石墨烯莫尔异质结构已实现超导性；然而，其中许多结构在机械上并不稳定，实验显示出强无序特征。
研究组报道了在亚开尔文温度下表现为低电阻率或零电阻率的晶体菱面三层石墨烯（一种结构上亚稳态的碳同素异形体）的超导性。超导性发生在两个不同的门调谐区（SC1和SC2），且深度在由平均自由程和超导态相干长度之比定义的干净极限内。
量子振荡对常态费米面的映射显示，这两种超导体都来自环形费米海，并且接近同位旋对称性破缺转变，其中费米面简并度发生变化。SC1从顺磁正常态出现，而SC2则从自旋极化、谷简并的半金属态中出现，且违反了面内磁场的泡利极限至少一个数量级。
研究组讨论了该结果的各种机制，包括传统的声子介导配对，近同位旋序波动产生的配对，以及环形费米液体的固有不稳定性导致的配对。
研究组为干净且结构简单的二维金属中超导性的观察提供了一个模型系统，用于测试相互竞争的超导理论模型，而不会出现建模混乱的复杂情况，同时使基于相关电子现象和弹道电子输运的新型场效应控制电子器件成为可能。
Abstract
To access superconductivity via the electric field effect in a clean, two-dimensional device is a central goal of nanoelectronics. Recently, superconductivity has been realized in graphene moiré heterostructures; however, many of these structures are not mechanically stable, and experiments show signatures of strong disorder. Here we report the observation of superconductivity—manifesting as low or vanishing resistivity at sub-kelvin temperatures—in crystalline rhombohedral trilayer graphene, a structurally metastable carbon allotrope. Superconductivity occurs in two distinct gate-tuned regions (SC1 and SC2), and is deep in the clean limit defined by the ratio of mean free path and superconducting coherence length. Mapping of the normal state Fermi surfaces by quantum oscillations reveals that both superconductors emerge from an annular Fermi sea, and are proximal to an isospin-symmetry-breaking transition where the Fermi surface degeneracy changes. SC1 emerges from a paramagnetic normal state, whereas SC2 emerges from a spin-polarized, valley-unpolarized half-metal and violates the Pauli limit for in-plane magnetic fields by at least one order of magnitude. We discuss our results in view of several mechanisms, including conventional phonon-mediated pairing, pairing due to fluctuations of the proximal isospin order, and intrinsic instabilities of the annular Fermi liquid. Our observation of superconductivity in a clean and structurally simple two-dimensional metal provides a model system to test competing theoretical models of superconductivity without the complication of modelling disorder, while enabling new classes of field-effect controlled electronic devices based on correlated electron phenomena and ballistic electron transport.
Dexterous magnetic manipulation of conductive non-magnetic objects
导电非磁性物体的灵巧磁操控
作者：Lan N. Pham, Griffin F. Tabor, Ashkan Pourkand, Jacob L. B. Aman, Tucker Hermans & Jake J. Abbott.
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摘要
对铁磁物体的灵巧磁操控已很好建立，根据物体的几何结构，可能有三到六个自由度。有些物体需要非接触式灵巧操作，它们不含有大量的铁磁性材料，但含有导电材料。
时变磁场在导电材料中产生涡流，涡流与磁场相互作用产生力和力矩。这种现象曾被用于诱导阻力，以减少物体通过静态场时的运动，或使用动态场在单个方向上对物体施加力，但尚未被用于对导电物体进行如铁磁物体那样的灵活操控。
研究组表明，通过使用多个旋转磁偶极子场可在六个自由度下操控导电物体。利用量纲分析，结合多物理场数值模拟和实验验证，研究组描述了在旋转磁偶极子场中导电球体上产生的力和力矩。利用该模型，研究组在仿真和物理实验中实现了灵活操控。
Abstract
Dexterous magnetic manipulation of ferromagnetic objects is well established, with three to six degrees of freedom possible depending on object geometry. There are objects for which non-contact dexterous manipulation is desirable that do not contain an appreciable amount of ferromagnetic material but do contain electrically conductive material. Time-varying magnetic fields generate eddy currents in conductive materials, with resulting forces and torques due to the interaction of the eddy currents with the magnetic field. This phenomenon has previously been used to induce drag to reduce the motion of objects as they pass through a static field, or to apply force on an object in a single direction using a dynamic field, but has not been used to perform the type of dexterous manipulation of conductive objects that has been demonstrated with ferromagnetic objects. Here we show that manipulation, with six degrees of freedom, of conductive objects is possible by using multiple rotating magnetic dipole fields. Using dimensional analysis, combined with multiphysics numerical simulations and experimental verification, we characterize the forces and torques generated on a conductive sphere in a rotating magnetic dipole field. With the resulting model, we perform dexterous manipulation in simulations and physical experiments.
地球科学 Earth Science
Pliocene decoupling of equatorial Pacific temperature and pH gradients
上新世赤道太平洋温度和pH梯度的解耦
作者：Madison G. Shankle, Natalie J. Burls, Alexey V. Fedorov, Matthew D. Thomas, Wei Liu, Donald E. Penman, et al.
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摘要
赤道太平洋的海洋动力学驱动热带气候模式，影响全球海洋和陆地生态系统。该地区如何应对全球变暖对全球气候、经济稳定和生态系统 健康 具有深远影响。因此，许多研究调查了上新世（530-260万年前）和中新世晚期（约600万年前）期间的赤道太平洋动力学，作为该地区在全球变暖下未来行为的模拟。
这一时期的古海洋学记录提出了一个明显的悖论，即沿着赤道太平洋东西向的海面温度梯度降低表明风驱动的上升流减少，这与东太平洋生物生产力增强的证据相冲突，后者通常由更强的上升流引起。
研究组通过提供新的证据，证明上新世早期/中新世晚期与现代环流体制完全不同，导致更古老、更酸性和更富营养的水到达赤道太平洋，从而调和了这些观察结果。这些结果为上新世早期/中新世晚期东太平洋生产力的提高提供了一种新机制，即使在风力驱动上升流较弱的情况下也是如此。
该发现为赤道太平洋动力学提供了新的线索，并有助于限制它们在不久的将来可能发生的变化，因为预计下个世纪地球将达到上新世那样的变暖水平。
Abstract
Ocean dynamics in the equatorial Pacific drive tropical climate patterns that affect marine and terrestrial ecosystems worldwide. How this region will respond to global warming has profound implications for global climate, economic stability and ecosystem health. As a result, numerous studies have investigated equatorial Pacific dynamics during the Pliocene (5.3–2.6 million years ago) and late Miocene (around 6 million years ago) as an analogue for the future behaviour of the region under global warming. Palaeoceanographic records from this time present an apparent paradox with proxy evidence of a reduced east–west sea surface temperature gradient along the equatorial Pacific—indicative of reduced wind-driven upwelling—conflicting with evidence of enhanced biological productivity in the east Pacific that typically results from stronger upwelling. Here we reconcile these observations by providing new evidence for a radically different-from-modern circulation regime in the early Pliocene/late Miocene that results in older, more acidic and more nutrient-rich water reaching the equatorial Pacific. These results provide a mechanism for enhanced productivity in the early Pliocene/late Miocene east Pacific even in the presence of weaker wind-driven upwelling. Our findings shed new light on equatorial Pacific dynamics and help to constrain the potential changes they will undergo in the near future, given that the Earth is expected to reach Pliocene-like levels of warming in the next century.
Direct radiative effects of airborne microplastics
空气中微塑料的直接辐射效应
作者：Laura E. Revell, Peter Kuma, Eric C. Le Ru, Walter R. C. Somerville & Sally Gaw
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摘要
微塑料现在被认为是大气中广泛存在的污染物，由于其体积小、密度低，可以随风绕地球传播。大气气溶胶，如矿物粉尘和其他类型的空气悬浮颗粒物，通过吸收和散射辐射（直接辐射效应）影响地球气候，其影响通常用有效辐射强迫（ERF）度量进行量化。然而，空气中微塑料的辐射效应及其对全球气候的影响尚不清楚。
研究组计算了空气中微塑料的光学性质和直接辐射效应（不包括气溶胶-云相互作用）。假设平均表面浓度为1个微塑料颗粒/ m3 ，且垂直分布在10公里高空，则计算出当今大气中空气微塑料的ERF为0.044 0.399 mW/ m2 。
然而，微塑料的地理和垂直分布存在很大的不确定性。假设它们局限于边界层，短波效应占主导地位，微塑料ERF约为 0.746 0.553 mW/ m2 。与气溶胶-辐射相互作用引起的总ERF相比（ 0.71至 0.14 W/ m2 ），微塑料ERF很小。
然而，塑料产量在过去70年中迅速增长；如果不认真改革塑料生产和废物管理实践，空气中微塑料的丰度和ERF将继续增加。
Abstract
Microplastics are now recognized as widespread contaminants in the atmosphere, where, due to their small size and low density, they can be transported with winds around the Earth. Atmospheric aerosols, such as mineral dust and other types of airborne particulate matter, influence Earth’s climate by absorbing and scattering radiation (direct radiative effects) and their impacts are commonly quantified with the effective radiative forcing (ERF) metric. However, the radiative effects of airborne microplastics and associated implications for global climate are unknown. Here we present calculations of the optical properties and direct radiative effects of airborne microplastics (excluding aerosol–cloud interactions). The ERF of airborne microplastics is computed to be 0.044 0.399 milliwatts per square metre in the present-day atmosphere assuming a uniform surface concentration of 1 microplastic particle per cubic metre and a vertical distribution up to 10 kilometres altitude. However, there are large uncertainties in the geographical and vertical distribution of microplastics. Assuming that they are confined to the boundary layer, shortwave effects dominate and the microplastic ERF is approximately 0.746 0.553 milliwatts per square metre. Compared with the total ERF due to aerosol–radiation interactions ( 0.71 to 0.14 watts per square metre), the microplastic ERF is small. However, plastic production has increased rapidly over the past 70 years; without serious attempts to overhaul plastic production and waste-management practices, the abundance and ERF of airborne microplastics will continue to increase.
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一种碳化钨-立方氮化硼复合材料
及其制备方法
申请号：201410271242.4
申请日：2014-06-18
申请(专利权)人河海大学
地址211100 江苏省南京市江宁开发区佛城西路8号
发明(设计)人张建峰吴玉萍 洪晟 李改叶 郭文敏
主分类号C04B35/56(2006.01)I
分类号C04B35/56(2006.01)I C04B35/628(2006.01)I
公开(公告)号104072138A
公开(公告)日2014-10-01
专利代理机构南京经纬专利商标代理有限公司 32200
代理人李纪昌唐循文
(21)申请号 201410271242.4
(22)申请日 2014.06.18
C04B 35/56 (2006.01)
C04B 35/628 (2006.01)
(71)申请人河海大学
地址211100 江苏省南京市江宁开发区佛城
西路8 号
(72)发明人张建峰 吴玉萍 洪晟 李改叶
郭文敏
(74)专利代理机构南京经纬专利商标代理有限
公司 32200
代理人李纪昌 唐循文
(54) 发明名称
一种碳化钨- 立方氮化硼复合材料及其制备
方法
(57) 摘要
一种碳化钨- 立方氮化硼复合材料及其制备
方法，涉及材料工程领域，其中碳化钨- 立方氮化
硼复合材料主要成分包括WC 和cBN，在WC 表面包
覆有Co 纳米粒子层，在cBN 粉体表面包覆有SiO2
纳米层，通过包覆纳米层提高复合材料的硬度、韧
性等性能。一种碳化钨- 立方氮化硼复合材料的
制备方法，采用化学气相沉积法和高温烧结法，首
先分别在WC 和cBN 表面包覆纳米粒子层，然后再
高温烧结获得块状材料，制成的碳化钨- 立方氮
化硼复合材料具有结构热稳定性高，硬度高等特
点，可作为高速切削刀具材料或作为钛合金、冷硬
铸铁等传统刀具难以处理的特殊材料的加工成型
领域，且本发明提供的制备方法简易，成本较低，
可实现大规模商业化生产。
1. 一种碳化钨- 立方氮化硼复合材料，其特征在于：复合材料主要成分包括WC 和
cBN，其中在WC 表面包覆有Co 纳米粒子层，其厚度为60-120 nm，在cBN 粉体表面包覆有
SiO2 纳米层，其厚度为20-100nm，包覆有SiO2 纳米层的cBN 在复合材料中的体积含量为
30-50vol%，WC 和cBN 粉体的纯度均在95% 以上。
2. 根据权利要求1 所述的碳化钨- 立方氮化硼复合材料，其特征在于：WC 粉体的平均
粒径为2um。
3. 根据权利要求1 所述的碳化钨- 立方氮化硼复合材料，其特征在于：cBN 粉体的平均
粒径为3um。
4. 根据权利要求1 所述的碳化钨- 立方氮化硼复合材料的制备方法，其特征在于，制备
步骤如下：
（1）将WC 粉体放入化学气相沉积反应室中，抽真空，预热至500-700℃，以二茂钴为
原料，蒸发温度为120-150℃，反应室开始旋转，反应时间为18-50min，包覆结束后，停止旋
转，并停止原料供应，待冷却至室温，取出；
（2）将cBN 粉体放入化学气相沉积反应室中，抽真空，预热500-700℃，以正硅酸乙酯为
原料，加热至80-130℃，反应室开始旋转，反应时间为15-50min，包覆结束后，停止旋转，并
停止原料供应，待冷却至室温，取出；
（3）将包覆后的WC 和cBN 粉体混合，其中包覆后的cBN 在混合粉体中的重量含量为
9%-18%，然后过筛；
（4）将混合过筛好的粉体放入模具，烧结制备块体材料，即碳化钨- 立方氮化硼复合材
料；
其中，烧结过程中所使用的烧结温度为1200-1500℃，压力为4-8GPa，时间为0.5-2h。
5. 根据权利要求4 所述的碳化钨- 立方氮化硼复合材料的制备方法，其特征在于，WC
粉体包覆过程在氩气保护气氛中进行，氩气的气体流量为20-50sccm。
6. 根据权利要求4 所述的碳化钨- 立方氮化硼复合材料的制备方法，其特征在于，cBN
粉体包覆过程在氩气保护气氛中进行，氩气的气体流量为10-30sccm。
7. 根据权利要求4 所述的碳化钨- 立方氮化硼复合材料的制备方法，其特征在于，步骤
（1）和步骤（2）反应室旋转速率为30-60r/min。
8. 根据权利要求4 所述的碳化钨- 立方氮化硼复合材料的制备方法，其特征在于，包覆
后的WC 和cBN 粉体的采用滚筒法混合，混合时间5-10h。
9. 根据权利要求4 所述的碳化钨- 立方氮化硼复合材料的制备方法，其特征在于，混合
后的WC 和cBN 粉体过筛的筛孔的尺寸为100-200 目，过筛次数为3 次。
一种碳化钨- 立方氮化硼复合材料及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明属于材料工程领域，特别涉及一种高致密度、高性能的高速切削刀具材料
以及其粉体的表面处理和制备方法。
背景技术
[0002] 在机械加工中，切削或磨削加工目前仍是零件最终形成的主要工艺手段。切削加
工的主要发展方向之一是高速切削（包括高速软切削、高速硬切削、高速干切削、大进给量
切削等）。经历了理论探索、应用探索、初步应用和较成熟应用等四个阶段，高速切削技术已
在生产中得到了一定的推广，加工钢件时切削速度最高已达到2000m·min-1，加工铸铁时达
到3000m·min-1，加工铝合金则达到7000m·min-1，为普通切削速度的5 ～ 10 倍。高速切削
之所以得到工业界越来越广泛的关注，是因为它相对传统加工具有显著的优越性，如加工
时间短（效率高、成本低）、工件表面质量好（表面精度高）、不需要冷却液（绿色加工、不污染
环境）并且可以加工淬硬钢等传统加工手段难以处理的特殊材料。
[0003] 作为高速切削刀具用材料，应具有良好的机械性能和热稳定性，即具有高硬度、抗
冲击、耐磨损、抗热疲劳等特性。目前工业界采用的高速切削刀具材料主要有硬质合金、复
合氮化硅陶瓷、立方氮化硼和金刚石等。WC 和cBN 形成的复合材料，将兼具两种材料的优
点。超硬cBN 相的引入不仅会显著提高WC 硬质合金的硬度和耐磨损，其本身在复合材料
中作为超硬粒子，引发裂纹偏转从而可以进一步提高材料的韧性，由于具有优异的硬度、
耐磨损和韧性的性能组合，WC-cBN 复合材料被看作是切割刀具领域最有发展潜力的新一
代材料，引起了世界范围内的广泛关注。2007 年，西班牙纳瓦拉国立大学的Martínez 等
人采用热等静压的方法，制备出了不同cBN 含量的WC/Co-cBN 复合材料。当cBN 含量为
30vol% 时，复合材料硬度达到25Gpa ；而当cBN 提高到50vol% 时，由于所需Co 烧结助剂含
量的增加导致了cBN 向六方氮化硼（hBN）软相的相变，复合材料的硬度反而降低了4GPa
（Journal of the American Ceramic Society, 2007, 90, p415-424）。2009 年，土耳其
Eskisehir Osmangazi 大学的Yaman 等人采用放电等离子体烧结方法制备了cBN 体积含量
为25% 的WC/6wt%Co-cBN 复合材料，虽然韧性最大值达到了12MPam1/2，最大硬度只有21GPa
左右（Materials Letters, 2009, 63, p1041-1043），低于Martínez 等人的报道值。2012
年，波兰华沙工业大学的Rosinski 等人采用脉冲等离子体烧结方法制备了WC/Co-cBN 复
合材料，立方氮化硼的体积含量为30%，最大硬度为23GPa 左右（Journal of Materials
Science, 2012, 47, p7064-7071）。2007 年，国内武汉理工大学材料复合新技术国家重点
实验室的史晓亮等人用化学气相沉积法对cBN 进行了表面镀金属钛（Ti）膜预处理后，采用
热压烧结方法在温度烧结压力30MPa、1380℃保温60 min 的条件下制备了cBN 体积分数为
30％的WC-10Co-cBN 复合材料，材料的相对致密度为94.2%，强度为750MPa（机械工程材料,
2007, 31, p71-73）。除科研院所外，瑞典三特威克公司（全球领先刀具生产商）也在2012 年
公开了一篇关于WC-cBN 复合材料的专利（Method for producing a sintered composite
body, Patent WO2012038529A2, Sandvik Intellectual Property Ab.），以钴作为烧结助
剂，采用无压烧结方法在1350 °C 下制备了WC/Co-cBN 复合材料，但得到的复合材料的最
大硬度为13GPa。
[0004] 总结国内外的研究现状可以看出，虽然国内外对WC-cBN 复合材料进行了研究并
取得了初步成果，但仍然存在复合材料致密化困难、硬度和耐磨损性能不足等问题。WC 和
cBN 都属于难烧结材料，其复合材料通常以Co、Ni 等为烧结助剂（重量含量通常为6-15wt%
左右或更高）在高温下长时间无压或加压烧结才能获得。但Co、Ni 等金属本身硬度低，会
导致复合材料的硬度特别是红硬性的降低。另外一方面，高含量的金属烧结助剂还会加速
cBN 向六方氮化硼（hBN）的相变。而hBN 是类石墨软相，硬度与石墨相当，因此cBN 向hBN
的相变也将导致复合材料硬度的降低，另外相变所带来的体积变化同时会导致材料气孔率
的增加，也会引发刀具材料硬度和耐磨损性能的降低，从而导致其使用寿命进一步缩短。
发明内容
[0005] 本发明解决的技术问题：针对上述问题，本发明提供了一种在WC 和cBN 粉体表面
上分别包覆SiO2 和Co 纳米层以提高其烧结性能，抑制cBN 的相变，提高材料硬度的碳化
钨- 立方氮化硼复合材料及其制备方法。
[0006] 技术方案：一种碳化钨- 立方氮化硼复合材料，主要成分包括WC 和cBN，其中在WC
表面包覆有Co 纳米粒子层，其厚度为60-120 nm，在cBN 粉体表面包覆有SiO2 纳米层，其厚
度为20-100nm，包覆有SiO2 纳米层的cBN 在复合材料中的体积含量为30-50vol%，WC 和cBN
粉体的纯度均在95% 以上。
[0007] 作为优选，WC 粉体的平均粒径为2um。
[0008] 作为优选，cBN 粉体的平均粒径为3um。
[0009] 一种碳化钨- 立方氮化硼复合材料的制备方法，制备步骤如下：
（1）将WC 粉体放入化学气相沉积反应室中，抽真空，预热至500-700℃，以二茂钴为
原料，蒸发温度为120-150℃，反应室开始旋转，反应时间为18-50min，包覆结束后，停止旋
转，并停止原料供应，待冷却至室温，取出；
（2）将cBN 粉体放入化学气相沉积反应室中，抽真空，预热500-700℃，以正硅酸乙酯为
原料，加热至80-130℃，反应室开始旋转，反应时间为15-50min，包覆结束后，停止旋转，并
停止原料供应，待冷却至室温，取出；
（3）将包覆后的WC 和cBN 粉体混合，其中包覆后的cBN 在混合粉体中的重量含量为
9%-18%，然后过筛；
（4）将混合过筛好的粉体放入模具，烧结制备块体材料，即碳化钨- 立方氮化硼复合材
料；
其中，烧结过程中所使用的烧结温度为1200-1500℃，压力为4-8GPa，时间0.5-2h。
[0010] 作为优选，WC 粉体包覆过程在氩气保护气氛中进行，氩气的气体流量为
20-50sccm。
[0011] 作为优选，cBN 粉体包覆过程在氩气保护气氛中进行，氩气的气体流量为
10-30sccm。
[0012] 作为优选，上述步骤（1）和步骤（2）反应室的旋转速率为30-60r/min。
[0013] 作为优选，包覆后的WC 和cBN 粉体的采用滚筒法混合，混合时间5-10h。
[0014] 作为优选，混合后的WC 和cBN 粉体过筛的筛孔的尺寸为100-200 目，过筛次数为
3 次。
[0015] 有益效果：本发明提供的碳化钨- 立方氮化硼复合材料及其制备方法，是采用化
学气相沉积法和高温烧结法，首先使用化学气相沉积法，在WC 粉体表面包覆Co 纳米层，在
cBN 表面包覆SiO2 纳米层，通过在粉体表面包覆和均匀分散，减少软相粒子Co 的使用量，提
高复合材料的硬度；通过正硅酸乙酯的氧化分解在cBN 粉体表面包覆SiO2 非晶纳米层，抑
制cBN 在烧结过程中的相变，提高材料的硬度等力学性能，然后再高温烧结获得块状材料，
制成的碳化钨- 立方氮化硼复合材料具有结构热稳定性高，硬度高等特点，可作为高速切
削刀具材料或作为钛合金、冷硬铸铁等传统刀具难以处理的特殊材料的加工成型领域，而
且本发明提供的制备方法简易，成本较低，可实现大规模商业化生产。
附图说明
[0016] 图1 为本发明碳化钨- 立方氮化硼复合材料中WC 和cBN 粉体表面包覆示意图。
具体实施方式
[0017] 为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是
应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的
限制。
[0018] 根据本发明提供的碳化钨- 立方氮化硼复合材料的制备方法制备型碳化钨- 立方
氮化硼复合材料，材料选用纯度大于95% 以上粉体材料和纯度大于98% 以上的金属有机原
料，其中WC 粉体的平均粒径为2um，cBN 粉体的平均粒径为3um，所有材料在进行化学气相
沉积处理之前，已在真空中除气除湿，然后按照本发明提供的制备方法进行制备。
[0019] 实施例1
根据本发明提供的碳化钨- 立方氮化硼复合材料的制备方法制备型碳化钨- 立方氮化
硼复合材料，步骤如下：
（1）将WC 粉体放入化学气相沉积反应室中，抽真空至5Pa，预热至500℃，以二茂钴为原
料，蒸发温度为120℃，反应室开始旋转，旋转速率为30r/min，氩气气体流量为20sccm，通
过二茂钴的热分解在WC 粉体表面包覆Co 纳米粒子层，反应时间为20min，包覆结束后，停止
旋转，并停止原料供应，待冷却至室温，取出；
（2）将cBN 粉体放入化学气相沉积反应室中，抽真空至5Pa，预热500℃，以正硅酸乙酯
为原料，加热至80℃，反应室开始旋转，旋转速率为30r/min，氩气气体流量为10sccm，通过
正硅酸乙酯的氧化热分解在WC 粉体表面包覆SiO2 纳米层，反应时间为20min，包覆结束后，
停止旋转，并停止原料供应，待冷却至室温，取出；
采用FESEM 和TEM 相结合的方法测定粉体表面纳米粒子层的粒度及厚度，SiO2 纳米层
的厚度为20nm，WC 粉体表面Co 的粒径为20nm，厚度为60nm ；
（3）将9.1g 包覆后的WC 粉体和0.9g 包覆后的cBN 粉体采用滚筒法（干法）混合5h，然
后过100 目筛3 次；
（4）将混合过筛好的粉体放入模具，烧结制备块体材料，烧结过程中所使用的烧结温度
为1200℃，压力为4GPa，时间2h ；
烧结后cBN 相的体积含量为30%，制成的样品直径为30mm，厚度为5mm。
[0020] 实施例2
根据本发明提供的碳化钨- 立方氮化硼复合材料的制备方法制备型碳化钨- 立方氮化
硼复合材料，步骤如下：
（1）将WC 粉体放入化学气相沉积反应室中，抽真空至10Pa，预热至500℃，以二茂钴为
原料，蒸发温度为130℃，反应室开始旋转，旋转速率为45r/min，氩气气体流量为30sccm，
通过二茂钴的热分解在WC 粉体表面包覆Co 纳米粒子层，反应时间为18min，包覆结束后，停
止旋转，并停止原料供应，待冷却至室温，取出；
（2）将cBN 粉体放入化学气相沉积反应室中，抽真空至10Pa，预热500℃，以正硅酸乙酯
为原料，加热至120℃，反应室开始旋转，旋转速率为50r/min，氩气气体流量为20sccm，通
过正硅酸乙酯的氧化热分解在cBN 粉体表面包覆SiO2 纳米层，反应时间为15min，包覆结束
后，停止旋转，并停止原料供应，待冷却至室温，取出；
采用FESEM 和TEM 相结合的方法测定粉体表面纳米粒子层的粒度及厚度，SiO2 纳米层
的厚度为20nm，WC 粉体表面Co 的粒径为20nm，厚度为60nm ；
（4）将8.9g 包覆后的WC 粉体和1.1g 包覆后的cBN 粉体采用滚筒法（干法）混合10h，
然后过200 目筛3 次；
（5）将混合过筛好的粉体放入模具，烧结制备块体材料，烧结过程中所使用的烧结温度
为1300℃，压力为6GPa，时间1.5h ；
烧结后cBN 相的体积含量为35%，制成的样品直径为30mm，厚度为5mm。
[0021] 实施例3
根据本发明提供的碳化钨- 立方氮化硼复合材料的制备方法制备型碳化钨- 立方氮化
硼复合材料，步骤如下：
（1）将WC 粉体放入化学气相沉积反应室中，抽真空至20Pa，预热至500℃，以二茂钴为
原料，蒸发温度为140℃，反应室开始旋转，旋转速率为60r/min，氩气气体流量为40sccm，
通过二茂钴的热分解在WC 粉体表面包覆Co 纳米粒子层，反应时间为50min，包覆结束后，停
止旋转，并停止原料供应，待冷却冷至室温，取出；
（2）将cBN 粉体放入化学气相沉积反应室中，抽真空至20Pa，预热500℃，以正硅酸乙
酯为原料，加热至90℃，反应室开始旋转，旋转速率为40r/min，氩气气体流量为30sccm，通
过正硅酸乙酯的氧化热分解在cBN 粉体表面包覆SiO2 纳米层，反应时间为50min，包覆结束
后，停止旋转，并停止原料供应，待冷却冷至室温，取出；
采用FESEM 和TEM 相结合的方法测定粉体表面纳米粒子层的粒度及厚度，SiO2 纳米层
的厚度为50nm，WC 粉体表面Co 的粒径为40nm，厚度为120nm。
[0022] （4）将8.7g 包覆后的WC 粉体和1.3g 包覆后的cBN 粉体采用滚筒法（干法）混合
10h，然后过200 目筛3 次；
（5）将混合过筛好的粉体放入模具，烧结制备块体材料，烧结过程中所使用的烧结温度
为1400℃，压力为5GPa，时间0.5h ；
烧结后cBN 相的体积含量为40%，制成的样品直径为30mm，厚度为5mm。
[0023] 实施例4
根据本发明提供的碳化钨- 立方氮化硼复合材料的制备方法制备型碳化钨- 立方氮化
硼复合材料，步骤如下：
（1）将WC 粉体放入化学气相沉积反应室中，抽真空至15Pa，预热至500℃，以二茂钴为
原料，蒸发温度为150℃，反应室开始旋转，旋转速率为35r/min，氩气气体流量为40sccm，
通过二茂钴的热分解在WC 粉体表面包覆Co 纳米粒子层，反应时间为40min，包覆结束后，停
止旋转，并停止原料供应，待冷却至室温，取出；
（2）将cBN 粉体放入化学气相沉积反应室中，抽真空至15Pa，预热500℃，以正硅酸乙酯
为原料，加热至130℃，反应室开始旋转，旋转速率为35r/min，氩气气体流量为25sccm，通
过正硅酸乙酯的氧化热分解在WC 粉体表面包覆Co 纳米粒子层，反应时间为40min，包覆结
束后，停止旋转，并停止原料供应，待冷却冷至室温，取出；
采用FESEM 和TEM 相结合的方法测定粉体表面纳米粒子层的粒度及厚度，SiO2 纳米层
的厚度为100nm，WC 粉体表面Co 的粒径为40nm，厚度为120nm。
[0024] （4）将8.5g 包覆后的WC 粉体和1.5g 包覆后的cBN 粉体采用滚筒法（干法）混合
6h，然后过100 目筛3 次；
（5）将混合过筛好的粉体放入模具，烧结制备块体材料，烧结过程中所使用的烧结温度
为1400℃，压力为5GPa，时间1.5h ；
烧结后cBN 相的体积含量为45%，制成的样品直径为30mm，厚度为5mm。
[0025] 实施例5
根据本发明提供的碳化钨- 立方氮化硼复合材料的制备方法制备型碳化钨- 立方氮化
硼复合材料，步骤如下：
（1）将WC 粉体放入化学气相沉积反应室中，抽真空至10Pa，预热至500℃，以二茂钴为
原料，蒸发温度为150℃，反应室开始旋转，旋转速率为60r/min，氩气气体流量为25sccm，
通过二茂钴的热分解在WC 粉体表面包覆Co 纳米粒子层，反应时间为20min，包覆结束后，停
止旋转，并停止原料供应，待冷却至室温，取出；
（2）将cBN 粉体放入化学气相沉积反应室中，抽真空至20Pa，预热500℃，以正硅酸乙酯
为原料，加热至130℃，反应室开始旋转，旋转速率为60r/min，氩气气体流量为25sccm，通
过正硅酸乙酯的氧化热分解在WC 粉体表面包覆Co 纳米粒子层，反应时间为25min，包覆结
束后，停止旋转，并停止原料供应，待冷却至室温，取出；
采用FESEM 和TEM 相结合的方法测定粉体表面纳米粒子层的粒度及厚度，SiO2 纳米层
的厚度为40nm，WC 粉体表面Co 的粒径为30nm，厚度为60nm。
[0026] （4）将8.2g 包覆后的WC 粉体和1.8g 包覆后的cBN 粉体采用滚筒法（干法）混合
10h，然后过100 目筛3 次；
（5）将混合过筛好的粉体放入模具，烧结制备块体材料，烧结过程中所使用的烧结温度
为1500℃，压力为8GPa，时间0.5h ；
烧结后，cBN 相的体积含量为50%，制成的样品直径为30mm，厚度为5mm。
[0027] 将上述具体实施方式制成的样品采用维氏硬度压痕法测试WC-cBN 复合材料的硬
度和断裂韧性，拉伸法测试材料的强度，结果如下：
表1 WC-cBN 复合材料的致密度、硬度、韧性和强度等。
[0028] 由表可知，本发明新型WC-cBN 复合材料具有较高的硬度、韧性和强度，随着包覆
后cBN 相的体积含量由30% 增加到50%，WC-cBN 复合材料的致密度呈起伏变化趋势，经历两
次起伏，在包覆后cBN 相的体积含量达到45% 时，致密度最高；复合材料的硬度指标随着包
覆后cBN 相的体积含量的增加呈现先上升再下降的趋势，在包覆后cBN 相的体积含量达到
45% 时，硬度最高；复合材料的韧性与硬度指标的变化趋势相近，在包覆后cBN 相的体积含
量达到40% 时，韧性最好；复合材料的强度指标的变化趋势与致密度呈现相同的变化趋势，
在包覆后cBN 相的体积含量达到45% 时，强度最高。
[0029] 对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。
对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的
一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明
将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一
致的最宽的范围。
关于六方氮化硼晶体中存在的作用力这个问题，有如下这些想法：
六方氮化硼晶体中存在的作用力有：
1. 电子-电子作用力：由电子之间的相互作用引起，是电子在晶体中维持稳定的主要力量；
2. 电子-核作用力：由电子与原子核之间的相互作用引起，是电子在晶体中维持稳定的重要力量；
3. 核-核作用力：由原子核之间的相互作用引起，是原子核在晶体中维持稳定的主要力量；
4. 范德华力：由原子核之间的相互作用引起，是晶体的结构稳定性的主要力量。
六方氮化硼（h-BN），是一种人工合成的无机材料，具有多种优良性能，越来越广泛的应用于各种新技术、新产品当中，提高了现代工业的技术水平，推动了新材料产业向更深、更广的领域发展。
六方氮化硼（h-BN），是由氮原子和硼原子组成的六角网状层面结构晶体，是氮化硼所有物相中唯一存在于自然界的物相结构，其外观为质地柔软、松散、有光滑感、易吸潮的白色粉末，具有类似于石墨烯的层状结构特征，因此又被称为“白石墨”。
六方氮化硼广泛应用于火箭燃烧室的衬里、高温热电偶保护套、高频高压焊接工具的高温绝缘部件、多种加热器的衬套、宇宙飞船的热屏蔽材料等。
六方氮化硼的性质：
1、h－BN陶瓷的热学性能
h－BN陶瓷具有优异的耐热性能，在一个大气压的氮气气氛下，会在3000℃下升华，在其他惰性气氛中的最高许用温度也可达2800℃；而在中性与还原气氛中，也可耐2000℃左右的高温；虽然h－BN在空气气氛下易被氧化，但其在900℃下抗氧化性良好，因而在空气气氛中的使用温度也可达900℃。
h－BN具有优异的单向导热性能，常温下h－BN陶瓷平行方向的热导率可达60W/(nvK)。且其热导率随温度的升高下降的趋势较弱，在500℃以上时，热导率高于BeO，在陶瓷材料中高居首位。
h－BN陶瓷的热膨胀系数较低，仅高于石英玻璃，在陶瓷中属于较低的一类，其抗热震性能良好，其热压制品在1200℃高温下空冷至室温的条件，循环上百次样品也不会开裂。
2、h－BN陶瓷的电学性能
h－BN结构中无自由电子，有良好的电绝缘性，高温绝缘的理想材料之一。室温下其击穿电压是氧化铝陶瓷的2倍，介电损耗极低，可透红外线与微波。
3、h－BN陶瓷的耐腐蚀性
h－BN陶瓷化学性质十分稳定，与大多数的熔融金属、玻璃和盐既不润湿也不反应，有较强的抗酸、碱、熔融金属和玻璃熔渣侵蚀能力。
4、h－BN陶瓷的机械性能
h－BN陶瓷其莫氏硬度为2，质软，截面之间的摩擦系数y很低，仅为0.16。具有明显的各向异性，可以像石墨一样通过车削加工设备进行机加工，其加工精度可达0.01。
钢中氮元素对钢材性能的影响是,(1)氮含量高的钢长时间放置，性能将变脆，这一现象称为“老化”或“时效”。钢中氮含量高，会增加钢的时效性。钢中氮化物扩散析出速度很慢，是逐渐改变着钢的性能。氮化物析出还会引起金属晶格扭曲而产生很大的内应力，从而恶化了钢的塑性和冲击韧性，使钢变脆；氮使低碳钢产生的脆性与磷的危害相似，但比磷严重；磷造成钢的冷脆性，不产生时效性，若钢中磷含量高会加剧氮的危害。(2)钢中氮含量高时，在加热至250～450℃的温度范围时，其表面发蓝，钢的强度升高，冲击韧性降低，称为“蓝脆”。(3)钢中氮含量的增加，钢的焊接性能变坏。(4)钢中加入适量的Al，可生成稳定的AlN，能够限制Fe4N的生成和析出，不仅改善了钢的时效性，还可以阻止奥氏体晶粒的长大。(5)氮可以作为合金元素起到细化晶粒的作用。在冶炼铬钢、镍铬系钢或铬锰系等高合金钢时，加入适量的氮，能够改善钢的塑性和高温可加工性。氮还可以提高钢的奥氏体的稳定性，w[N]=0.15％～0.20％，可使lCrl8Ni9型不锈钢完全形成奥氏体组织。
炉外精炼降低钢液气体含量，上述措施都需要，还要求加强铁合金烘烤，保证原材料及石灰等辅料干燥！钢包软吹氩，在钢包底部安装1至两个透气砖，通过氩气搅拌达到均匀钢液温度成分的作用，个别对N有特殊要求的钢可以采用氮气搅拌。真空脱气时控制合适氩气流量，抽气结束基本控制H在1.0ppm左右然后弱搅拌一段时间，要求严的钢种弱搅拌时间较长，经镇静后温度、成分合适即可吊转至浇注工位进行铸锭操作。
引言 随着现代科学技术的发展和工农业对钢材质量要求的提高,钢厂普遍采用了炉外精炼工艺流程,它已成为现代炼钢工艺中不可缺少的重要环节。由于这种技术可以提高炼钢设备的生产能力,改善钢材质量,降低能耗,减少耐材、能源和铁合金消耗,因此,炉外精炼技术已成为当今世界钢铁冶金发展的方向。对于炉外精炼技术存在的问题及发展方向有必要进行探讨。 1 国内外炉外精炼技术的发展历程和现状 随着炼钢技术的不断进步,炉外精炼在现代钢铁生产中已经占有重要地位,传统的生产流程(高炉→炼钢炉(电炉或转炉)→铸锭),已逐步被新的流程(高炉→铁水预处理→炼钢炉→炉外精炼→连铸)所代替。已成为国内外大型钢铁企业生产的主要工艺流程,尤其在特殊钢领域,精炼和连铸技术发展得日趋成熟。精炼工序在整个流程中起到至关重要的作用,一方面通过这道工序可以提高钢的纯净度、去除有害夹杂、进行微合金化和夹杂物变性处理;另一方面,精炼又是一个缓冲环节,有利于连铸生产均衡地进行。 日本在20世纪70年代为了降低炼钢成本,提高钢的纯净度和质量,率先将炉外精炼技术应用于特殊钢生产中,随后西欧的钢铁企业也加入到推广和使用这项技术的行列中。据资料报道,日本早在1985年精炼率达到65.9%,1989年上升到73.4%,特殊钢的精炼率达到94%,新建电炉短流程钢厂100%采用炉外精炼技术。80年代连铸技术发展迅速,原有的炼钢炉难以满足连铸的技术要求,更加促进了炉外精炼技术的发展,到1990年为止世界各主要工业国家拥有1000多台(套)炉外精炼设备。 我国早在20世纪50年代末,60年代中期就在炼钢生产中采用高碱度合成渣在出钢过程中脱硫冶炼轴承钢、钢包静态脱气等初步精炼技术,但没有精炼的装备。60年代中期至70年代有些特钢企业(大冶、武钢等)引进一批真空精炼设备。80年代我国自行研制开发的精炼设备逐渐投入使用(如LF炉、喷粉、搅拌设备),黑龙江省冶金研究所等单位联合研制开发了喂线机、包芯线机和合金芯线,完善了炉外精炼技术的辅助技术。现在这项技术已经非常成熟,以炉外精炼技术为核心的“三位一体”短流程工艺广泛应用于国内各钢铁企业,取得了很好的效果。初炼(电炉或转炉)→精炼→连铸,成了现代化典型的工艺短流程。 2 炉外精炼技术的特点与功能 炉外精炼是指在钢包中进行冶炼的过程,是将真空处理、吹氩搅拌、加热控温、喂线喷粉、微合金化等技术以不同形式组合起来,出钢前尽量除去氧化渣,在钢包内重新造还原渣,保持包内还原性气氛。炉外精炼的目的是降低钢中的C、P、S、O、H、N、等元素在钢中的含量,以免产生偏析、白点、大颗粒夹杂物,降低钢的抗拉强度、韧性、疲劳强度、抗裂性等性能。这些工作只有在精炼炉上进行,其特点与功能如下: 1)可以改变冶金反应条件。炼钢中脱氧、脱碳、脱气的反应产物为气体,精炼可以在真空条件下进行,有利于反应的正向进行,通常工作压力≥50Pa,适于对钢液脱气。 2)可以加快熔池的传质速度。液相传质速度决定冶金反应速度的快慢,精炼过程采用多种搅拌形式(气体搅拌、电磁搅拌、机械搅拌)使系统内的熔体产生流动,加速熔体内传热、传质的过程,达到混合均匀的目的。 3)可以增大渣钢反应的面积。各种精炼设备均有搅拌装置,搅拌过程中可以使钢渣乳化,合金、钢渣随气泡上浮过程中发生熔化、熔解、聚合反应,通常1吨钢液的渣钢反应面积为0.8～1.3mm2,当渣量为原来的6%时,钢渣乳化后形成半径为0.3mm的渣滴,反应界面会增大1000倍。微合金化、变性处理就是利用这个原理提高精炼效果。 4)可以在电炉(转炉)和连铸之间起到缓冲作用,精炼炉具有灵活性,使作业时间、温度控制较为协调,与连铸形成更加通畅的生产流程。 3 炉外精炼技术在生产中的应用目前得到公认并被广泛应用的炉外精炼方法有:LF法、RH法、VOD法。 3.1 LF法(钢包精炼炉法) 它是1971年由日本大同钢公司发明的,用电弧加热,包底吹氩搅拌。 3.1.1 工艺优点 1)电弧加热热效率高,升温幅度大,控温准确度可达±5℃; 2)具备搅拌和合金化的功能,吹氩搅拌易于实现窄范围合金成份控制,提高产品的稳定性; 3)设备投资少,精炼成本低,适合生产超低硫钢、超低氧钢。 3.1.2 LF法的生产工艺要点 1)加热与控温LF采用电弧加热,热效率高,钢水平均升温1℃耗电0.5～0.8kW·h,LF升温速度决定于供电比功率(kVA/t),而供电的比功率又决定于钢包耐火材料的熔损指数。因采用埋弧泡沫渣技术,可减少电弧的热辐射损失,提高热效率10%～15%,终点温度的精确度≤±5℃。 2)采用白渣精炼工艺。下渣量控制在≤5kg/t,一般采用Al2O3-CaO-SiO2系炉渣,包渣碱度R≥3,以避免炉渣再氧化。吹氩搅拌时避免钢液裸露。 3)合金微调与窄成份范围控制。据试验报道,使用合金芯线技术可提高金属回收率,齿轮钢中钛的回收率平均达到87.9%,硼的回收率达64.3%,钢包喂碳线回收率高达90%,ZG30CrMnMoRE喂稀土线稀土回收率达到68%,高的回收率可实现窄成份控制。 3.1.3 LF法在生产实践中的应用 2000年6月,鞍钢第一炼钢厂新建的连铸车间正式投产,精炼设备由两座LF钢包精炼炉,年处理钢水200万t;一座VD钢水真空处理装置,年处理钢水80万t组成。LF炉最大升温速度为4℃,LF炉平均处理周期≤28min;处理效果:平均[H]≤0.0002%;最低[H]≤0.0001%。 我国现有家重轨生产厂(攀钢、包钢、鞍钢和武钢)生产典型的工艺路线如下:LD→LF→VD→WF→CC,钢包吊到LF处理线的钢包车上后,由人工接通钢包底吹氩的快速接头,根据要求的钢水成分及温度确定物料的投入量(含喂丝)重轨钢含碳量较高,因而增碳显得很重要,转炉出钢时钢水含碳量控制为0.2%～0.3%(wt),炉后增碳至0.60%～0.65%(wt),在LF炉处理时再增0.10%～0.15%(wt)个碳至标准成份的中上限,经VD处理后即可达到钢种成分要求。 3.2 RH法(真空循环脱气法)这种方法是1958年西德发明的,其基本原理是利用气泡将钢水不断的提升到真空室内进行脱气、脱碳,然后回流到钢包中。 3.2.1 RH法的优点 1)反应速度快。真空脱气周期短,一般10分钟可以完成脱气操作,5分种能完成合金化及温度均匀化,可与转炉配合使用。 2)反应效率高。钢水直接在真空室内反应,钢中可达到[H]≤1.0×10-6,[N]≤25×10-6,[C]≤10×10-6,的超纯净钢。 3)可进行吹氧脱碳和二次燃烧热补偿,减少精炼过程的温降。 3.2.2 RH法工艺参数 1)RH循环量。循环量是指单位时间内通过上升管或下降管的钢水量,单位是t/min。有关资料给出的计算公式为: Q=0.002×Du1.5·G0.33,式中:Q———循环流量,t/min;Du———上升管直径,cm;G———上升管内氩气流量,L/min。 2)循环因数。他是指在RH处理过程中通过真空室的钢水与处理量之比,其公式为:μ=w·t/v式中:μ———循环因数,次;w———循环量,t/min;t———循环时间,min;v———钢包容量,t。 3)供氧强度与含碳量的关系。向RH内吹氧可以提高脱碳速度,即RH-OB法。当[C]/[O]>0.66时钢包内氧的传质速度决定脱碳速度,其计算公式为: QO2=27.3×Q·[C]式中:QO2———氧气强度,Nm3/min;Q———钢水循环量,t/min;[C]———含碳量,Nm3/t。 3.2.3 RH法在生产实践中的应用 日本的山阳钢厂将LF与RH配合生产轴承钢形成EF-LF-RH-CC轴承钢生产线,钢中总氧量达到5.8×10-6。LF-RH法首先利用LF炉将钢水升温,利用LF搅拌和渣精炼功能进行还原精炼,是钢水脱硫和预脱氧,然后将钢水送入RH中进行脱氢和二次脱氧。经过这样处理大大的提高了钢水的清洁度,同时钢水的温度达到连铸需要的温度。 宝钢炉外精炼设备有RH-OB、钢包喷粉装置、CAS精炼装置,RH-OB的冶炼效果较理想,脱氢率为50%～70%,脱氮率为20%～40%,一般情况下,经RH-OB处理后[H]≤2.5×10-6,[C]≤30×10-6,去除钢中非金属夹杂物一般能达到70%,钢中总氧量≤25×10-6,而且在RH中合金处理可以提高合金的收得率和控制的精确度,[C]、[Si]、[Mn]的控制精度能达到±0.01%,铝的精确度可达到1.5×10-3,取得了较好的炉外精炼效果。 3.3 VOD法(真空罐内钢包吹氧除气法) 3.3.1 VOD的特点VOD法是1965年西德首先开发应用的,它是将钢包放入真空罐内从顶部的氧枪向钢包内吹氧脱碳,同时从钢包底部向上吹氩搅拌。此方法适合生产超低碳不锈钢,达到保铬去碳的目的,可与转炉配合使用。他的优点是实现了低碳不锈钢冶炼的必要的热力学和动力学的条件-高温、真空、搅拌。 3.3.2 VOD法在生产实践中的应用 20世纪90年代初,上海大隆铸锻厂从德国莱宝(leybold)公司进口1台15tVODC的关键设备和技术软件。采用电炉初炼钢水经VODC炉外精炼的工艺方法,精炼了超低碳不锈钢、中低合金钢和碳钢,取得了很好的冶金效果,钢中非金属夹杂物减少,氢含量小于3×10-6氧含量小于6.5×10-6,不锈钢中铬回收率达98%～99%,精炼后的钢具有十分优越的性能。VODC精炼工艺成熟,控制容易,适应中小型钢厂和铸钢厂的多钢种、小吨位精炼生产需要,对发展铸钢行业的精炼生产会起到很大积极作用,具有广阔的发展前景10。 抚顺特殊钢有限公司有30tVOD炉,采用EAF+VOD技术精炼不锈钢,可使[H]≤2.58×10-6,T[O]≤41.9×10-6,铬回收率达到99.5%,脱硫率64.2%,精炼高碳铬轴承钢T[O]≤12.13×10-6 。 4 发展炉外精炼技术需解决的问题及发展方向炉外精炼技术已经应用40年,对提高钢的纯净度、精确控制成分含量及细化组织结构等方面都起了重要作用,使冶炼成本大幅降低,同时提高了钢的品质和性能。但在发展的过程中也出现了一些问题,有待于解决,使这项技术更加完美。 1)实现炉外精炼工艺的智能化控制,根据来料钢水的各种技术参数,利用信息技术,制定最佳的精炼工艺方案,并通过计算机控制各精炼工序。精炼工位配备快速分析设备,实现数据网络化,减少热停等待时间。 2)炉外处理设备将实现“多功能化”。在水钢精炼设备中将渣洗精炼、真空冶金、搅拌工艺以及加热控温功能全部组合起来,实现精炼,以满足超纯净钢生产的社会需求。 3)开发高纯度、高密度、高强度的优质碱性耐火材料,以适应不同精炼炉的需要,注重产品质量的稳定性。耐火材料的使用条件应尽可能与炉渣相适应,最大限度地降低侵蚀速度。要根据精炼设备的实际情况形成不同层次的配套材料,研究开发保温和修补技术,提高炉衬的使用寿命。 4)减少精炼过程的污染排放,精炼过程会产生大量废气,其中含SO2、Pb、金属氧化物、悬浮颗粒等,在真空脱气冷却水中含有固态悬浮物、Pb、Zn等,这些污染物须经企业内部的相关处理,把污染程度降低到符合排放标准后再排放,加强环境保护意识。 5 结束语 炉外精炼技术是一项提高产品质量,降低生产成本的先进技术,是现代化炼钢工艺不可缺少的重要环节,具有化学成分及温度的精确控制、夹杂物排除、顶渣还原脱S、Ca处理、夹杂物形态控制、去除H、O、C、S等杂质、真空脱气等冶金功能。只有强化每项功能的作用,才能发挥炉外精炼的优势,生产出高品质纯净钢种。
好宽的范围，就只讲转炉炼钢的发展也不止5000字啊
这个自己要去观察
环境保护与发展经济息息相关，保护人类的有限资源是保持经济持续发展的基础条件。在我国，环境保护已列为改革和发展的十大战略任务之一。党中央和国务院领导多次强调，要切实加强领导，把环境保护和资源保护工作提到战略高度来认识，摆到议事日程上。我国的立法机关也相关地制定了环境保护的法律法规，使环境保护工作纳入了正规化、法制化的轨道。环境保护是实实在在的工作，要落到实处，抓出成效。全国各地要结合本地实际情况制定全面规划与综合治理具体措施，使环境保护与发展经济紧密结合起来。目前，搞好水资源保护、防治水资源污染、治理空气污染、净化城市空间是贯彻可持续发展战略基础工作，也是加速城市环境建设，提高城市居民生活质量的得力措施。1水资源是人类生存之本，也是经济发展的基础1.1水资源保护是环境保护的重大课题节约用水、治理污染是水资源保护的两个方面。只有在治理污染的同时做好节水工作，治理的担子才能减轻。节水有两重含义。一是减少浪费，二是低耗，争取用更少的水耗换取更多的产值。目前，我国江河污染日趋严重。已到了必须治理的时候。水资源的浪费、破坏和污染使江河中的鱼类不能生存，特别是饮用水的标准，这种被称之为环境污染中水污染，如不能得到有效控制和治理，不仅影响人类的健康，而且将严重阻碍经济的健康发展。1.2环境保护活动要以大局出发，避免追求本地经济效益，污染环境的倾向城市建设是经济发展的重要标志之一，但是伴随着城市文明的一步步前进，城市文明又对环境造成一系列污染，人们常说的“三废”污染废水就在内。城市大多在江河附近建，没经无害化处理的污水排向江河，造成江水资源的污染。水资源的紧张和不合理利用也屡见不鲜。在经济不发达地区，采矿业造成的水资源污染占有较大的比重，其中主要是矿石采下之后的选矿废水污染河流。因此必须认识到处理好发展矿业与保护环境的关系。否则，随着矿产资源的开发，水资源的破坏将危及我们后代的生存。因此，以自然资源的过度消耗为代价的经济发展，其发展速度越快，便意味着人类生存环境的恶化越快。企业经营者应正确认识企业经济效益与社会环境效益两者之间的关系，认真做好污水的处理工作。国家应调整排污费的收取标准，使排污费比污水处理费用成本高，在利益机制上保护水资源的良好状态。2根据区域环境特色和气候特点，制定综合治理规划2.1加大科技投入，治理空气污染黑龙江省是个老工业基地，有大批大中型工业企业，受历史条件的限制，当时人们对环境问题的认识还很肤浅。在大规模的工矿企业建设中大都极少或没有考虑到保护环境问题，为后来的城市环境埋下了污染的隐患。由于黑龙江省的各大中城市地处高寒地带，采暖期长达180天，耗煤量大，使用的又多是散煤。而企业资金短缺，无法对老化的设施进行改造，更加剧了城市环境的污染。在这种环境中生活，使得许多人多痰，也导致了许多居民患呼吸系统疾病，这些虽然不能完全归罪于严重的煤烟型污染，但也不能否认，环境污染尤其是空气污染是其重要因素之一。决不能以牺牲生态环境为代价，换取单纯的经济增长。对于环境保护，过去已经欠了债，现在要还债，决不能再欠债。为了保护环境，保证市民身体健康，净化空气，促进经济发展，国家已加大了环保投资力度“，九五”期间环保方面的投资比改革开放前几十年的总和还要多。近几年，全省总体环境质量恶化的趋势已得到控制。部分区域环境质量有所改善，一些环境指标不断提高，达到或接近国家规定的标准。但是，有些地域、有些城市空气污染还比较严重，空气中总悬浮颗粒物浓度距国家要求的0.200mm/m3标准还有很大差距，冬季城市空气因烧煤取暖受到的污染十分严重。那么，是不是为了保护环境，冬天就不能烧煤，市民就住不上暖房子呢？其实，保护环境与发展经济、住暖房子并不矛盾。只要加大科技投入，深入探索科学的采暖方式，空气污染并不是不能治理的。经过数十年实践，北方城市大都结合自己地域特点，探索了既要保证供热取暖又减少大气污染的新路子。如全面推广使用型煤等其他清洁燃料，实行原煤散烧管制，除有条件使用电、气、油的清洁燃料的单位外，其他单位全部改使用型煤。2.2制定城市环境保护规划，建立风、水、路、林生态体系我国某些城市的上空就象盖着一个黄色的“大锅盖”，外面新鲜的空气无法进入，里面污浊的空气无法排出。环保工作就是要在短时期内将这个“大锅盖”捅几个窟窿，彻底掀掉这个危害我们生存环境的“大锅盖”“。到2000年，初步实现城市环境质量功能区达标；到2002年或更长一点时间，建成国家环境保护模范城；到2010年或更长一点时间，建成生态城。”这是北方大中城市环境保护的宏伟规划，具体地讲，就是建立起风、水、路、林四个方面的生态体系，以江河、环路为屏障网，用大约3km×4km网络的风、水、路、林四种纵横交叉，相互搭配的廊道，来切割、疏通、减弱城市的“热岛效应”，增加城市湿度，让城市能够通风透气，长期建立一个适应经济发展的大环境。
（一）空气污染事故近代史上有好几次重大的空气污染事故(表2-6-1)，它们说明污染水平很高时所发生的危险情况。事故期中的死亡人数与该地区平时的死亡人数相比，往往超过很多。1952年伦敦烟雾事故就是一例。而且死亡人数中，心脏和呼吸系统疾病占84%，市区中支气管炎的死亡人数增加10倍，看来对已有慢性呼吸系统或心脏病人的影响很大。表2-6-1 50年代前后五大空气污染事故发生时间 发生地点 主要污染物 中毒情况 中毒症状 致害原因 1930年12月 比利时马斯河谷 烟尘及SO2 几千人呼吸道发病，约60人死亡 流泪、喉痛、声嘶、咳嗽、呼吸短促、胸口窒闷、恶心、呕吐 硫氧化物－SO2和SO3烟雾的混合物，加上空气中的金属氧化物颗粒，加剧对人体的刺激作用 1948年10月 美国多诺拉镇 烟尘及SO2 4天内有43%（约6000人）患病，17人死亡 咳嗽、喉痛、胸闷、呕吐、腹泻 SO2、SO3、金属元素及硫酸盐类气溶胶对呼吸道的影响 1952年12月 英国伦敦 烟尘及SO2 5天内4000人死亡，后又连续发生3次 胸闷、咳嗽、喉痛、呕吐 SO2在金属颗粒物催化作用下生成SO3及硫酸和硫酸盐气溶胶吸入肺部 每年5－10月 美国洛杉矶 光化学烟雾 75%居民患眼病 刺激眼、喉、鼻，引起眼病、喉头炎、头痛 NOX及碳氢化合物在阳光（紫外线）作用下产生的二次污染物－光化学烟雾 1970年 日本四日市 SO2、煤尘重金属粉尘 患者500多人，其中有10多人在气喘病中死亡 支气管炎、支气管哮喘、肺气肿 有毒重金属微粒及二氧化硫吸入肺部空气污染事故的一些特征可归纳如下：1、逆温层和低风速，使空气处于停滞状态。2、烟、SO2及其它污染物浓度增大引起咳嗽、眼痛及其它疾病。3、污染水平达高峰时死亡率增大。4、年岁越大，过度死亡越多。5、各种年岁的死亡人数均增加。6、死亡多由于呼吸系统和心脏疾病所引起。7、多种污染物的结合，使各种疾病增加。8、事故持续5～7天。（二）慢性健康影响空气污染引起的急性死亡显而易见，但低水平污染对健康的连续慢性影响则很难得到精确的结论。例如，近年美国肺癌死亡人数大量增加，在1969年它已成为男人癌症死亡中比例最大的一项，总共死亡5万男人和1万妇女。由于最初接触致病污染物到检查出得病的时间约需30年，因而致病的因素较复杂。一般研究时，借分析比较城市和农村该病的死亡率来判断。例如表2-6-2列出利物浦地区1952－1954年间，市区与郊区肺癌的死亡率。表2-6-2 肺癌死亡率对比（年龄在14－74岁的每1万人中的死亡人数）吸烟类型 乡村 城市 不吸烟 14 131 用烟斗抽烟 41 143 抽纸烟－轻度 87 297 抽纸烟－中度 183 287 抽纸烟－严重 363 394由表可见，吸烟与肺癌关系密切；而且居住的地区同样与肺癌关系密切，尤以不吸烟者最明显。总的看来城市的肺癌发病率约为乡村的两倍，此外，发病率也和在城市居住时间的长短有关。我国城市居民肺癌的发病率也很高，其中最高的是上海市，据1980年资料统计，在各种死亡因素中，肺癌死亡率达25.1%。而且城市居民呼吸系统疾病明显高于郊区居民。表2-6-3是北京市交通民警与园林工人呼吸道疾病的比较情况。由表可见，无论是肺结核，还是慢性鼻炎或咽炎，交通民警的发病率都显著高于园林工人。表2-6-3 北京交通民警与园林工人呼吸道疾病比较项目 交通民警 园林工人 肺结核（％） 16.7±7.8 无 慢性鼻炎（％） 40.2±10.8 29.3±14.4 咽炎（％） 23.2±9.3 12.2±10.3可以肯定的是，城市环境会引起肺癌，但不能说一定是由于空气污染所致。不过动物试验证明，空气中多环的有机化合物是致肺癌的物质。慢性支气管炎和气喘病也有类似的情况：即吸烟者、城市居民和男人发病率都很高，而且有很多证据说明，空气污染加重了这些疾病。
浅析大气环境污染与防治措施摘要：文章浅要分析了造成大气环境污染问题的原因，简要介绍了大气污染物的种类，提出了防治大气污染的几点措施，主要有改革工艺和设备；对燃料进行选择和处理以及改善燃烧方法；开发废气净化回收新工艺，化害为利，综合利用；采用高烟囱排放；城市绿化。关键词：大气环境；污染防治；废气净化；环境绿化；环境保护某些物质进入大气或水体中会对人类和生态平衡产生不良影响，这些物质被认为是污染物。引起大气污染的物质，按其来源可分为两大类：其一来自自然界，如狂风席卷的沙土，火山爆发喷出的灰烬和二氧化硫，森林大火产生的二氧化碳、氮氧化物、二氧化硫和碳氢化合物，雷电产生的臭氧等；其二来自人类活动，包括生产和生活所产生的气体。一、大气环境污染大气中主要的环境污染物有二氧化硫、氮氧化物、粒子状污染物、酸雨等。(一)二氧化硫(SO)二氧化硫主要由燃煤及燃料油等含硫物质燃烧产生，其次是来自自然界，如火山爆发、森林起火等产生。二氧化硫对人体的结膜和上呼吸道粘膜有强烈刺激性，可损伤呼吸器管，可致支气管炎、肺炎，甚至肺水肿呼吸麻痹。短期接触二氧化硫浓度为0．5毫克／立方米空气的老年或慢性病人死亡率增高，浓度高于0．25毫克应方米，可使呼吸道疾病患者病情恶化。长期接触浓度为0．1毫克，立方米空气的人群呼吸系统病症增加。(二J氨氧化物(NO J大气中含氮的氧化物有一氧化二氮(N)、一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO)、三氧化二氮(N0)等，其中占主要成分的是一氧化氮和二氧化氮，以NO(氮氧化物)表示。N0污染主要来源于生产、生活中所用的煤、石油等燃料燃烧的产物(包括汽车及一切内燃机燃烧排放的NO)；其次是来自生产或使用硝酸的工厂排放的尾气。(三)粒子状污染物大气中的粒子状污染物数量大、成分复杂，它本身可以是有毒物质或是其它污染物的运载休。其主要来源于煤及其它燃料的不完全燃烧而排出的烟尘、工业生产过程小产生的粉尘、建筑和交通扬尘、风的扬尘等，以及气态污染物经过物理化学反应形成的盐类颗粒物。(四)酸雨指降水的pH值小于5．61]-,j"．降水即为酸雨。煤炭燃烧排放的二氧化硫和机动车排放的氮氧化物是形成酸雨的主要因素；其次气象条件和地形条件也是影响酸雨形成的重要因素。降水酸度pH<4．9时，将会对森林、农作物和材料产生明显损害。二、治理措施我国正处于工业现代化阶段，在控制大气污染方而宜采取综合防治措施，这些综合防治措施可归纳为下列几个方面：(一)改革工艺和设备首先考虑采朋无害工艺和改革设备结构，使之不产生或少产生污染物质。例盘lll，钢铁工业中炼焦生产，以于法熄焦代替湿法熄焦，这不仅从根本上解决了娴尘对大气污染和废水排放的问题，而且还可以回收余热川_丁发电。过去氯乙烯生产采Hj的是乙炔与氯化氢在催化剂氯化汞作用下的加成反应，现在则大力推广应用以乙烯为原料的氧氯化法，以避免汞污染，并减少氯化氢的排放量。氯碱厂液氯工段用冷却法液化时，必须排放一部分惰性气体，其中含有一定数量氯气，造成大气污染，现可采取以吸收和解吸方法代替冷却法米减少污染。f二)对燃料进行选择和处理以及改善燃烧方法我国煤炭生产已有一定的洗煤能力。民用炉灶和没有脱硫设备的工厂．燃烧低硫、低灰分煤将对环境保护起到很大作用。许多发达国家为了达到燃料低硫化，正在推进煤的气化币¨液化以及重油脱硫的技术丌_发。围内针对民用锅炉和中小型采暖锅炉燃烧型煤做了不少工作，取得了很好的效果。燃烧型煤不仅可以降低二氧化硫和烟尘的排放量．还可以提高燃烧效率，节约大量燃料。(三)开发废气净化回收新工艺，化害为利。综合利用化害为剁，综合利川是我国治理环境污染的方针。一般说来，排放的有毒气体都是有价值的生产原料。可足由于排放的废气量大、浓度低(与原料气相比)，净化回收在技术经济上有～定困难，因此，废气往往被排放掉。生产设备的密闭操作或采用新的废气净化同收工艺流程可为综合利用创造有利条件。例如冶炼厂回收二氧化硫废气制硫酸已取得明显的经济效益；氧气顶吹转炉炼钢采用炉口微差压控制技术，保证对煤气在未燃状态下除尘以回收煤气作为燃料；对于铝电解槽产生的氟化氢烟气，大型中心加料预焙槽密闭操作为干法净化回收氟提供了良好条件等。实践证明，有毒废气净化回收能达到减少空气污染和资源再利用的目的。(四)采用高烟囱排放一78一同等的有害物排放量，由于向大气『{1排放的方式不同，大气污染所造成的影响也不相同。虽然高空排放有毒气体可以降低地面上的浓度，但它并不能减少大气中有害物量。改善烟气扩散的具体措施是建造高炯囱或增大烟气的出口排放速度，从而把有毒气体送至高空进行扩散稀释。烟气在大气『f1的扩散与当地的气象条件、逆温情况、地形地物等因素有关，烟囱高度是在保证污染物最大落地浓度不超过允许值的条件下根据烟气扩散规律确定的。当前，对于某些低浓度废气，从技术经济上分析．采用高烟囱排放以减轻大气污染可能是实用、经济的方法。(五)城市绿化众所周知，植物在保持大气中氧与二氧化碳的平衡以及吸收有毒气体等方面有着举足轻重的作用。地球上绝大部分生命依赖大气才得以生存。绿色植物是主要的氧气制造者和二氧化碳的消耗者。地球上大气总量约为5Pt，氯气的60％来自陆生植物，特别是森林。1万m常绿阔叶每天可释放700kg氧气，消耗1000kg-"氧化碳。按成年人每天呼吸需要氧气0．75kg，排出二氧化碳0．9kgi-r算，则每人应拥有lOm嘛林或者50m长良好的草坪。植物还有吸收有毒气体的作用，不同的植物可以吸收不同的毒气。植物对大气飘尘和空气II|放射性物质也有明显的过滤、吸附和吸收作用。植物吸收大气中有毒气体的作用是明显的，但当污染十分严重，有害物浓度超过植物能忍受的限度时，植物本身也将受害，甚至枯死。从这方面来说选择某些敏感性植物又可起到毒气的警报作用：三、结语环境污染会给生态系统造成直接的破坏和影响，如沙漠化、森林破坏也会给生态系统和人类礼会造成问接的危害，有时这种间接的环境效应的危害比当时造成的直接危害更大，也更难消除。例如，温室效应、酸雨和臭氧层破坏就是南大气污染衍生出的环境效应。这种由环境污染衍生的环境效应具有滞后性，往往在污染发生的当时不易被察觉或预料到，然而一旦发生就表示环境污染已经发展到相当严重的地步，所以对大气污染应i亥进行提前防治。参考文献I1J贺彩霞，冉茂盛．环境污染与经济增长——基于省际面板数据的区域差异研究IJJ冲国人口、资源与环境，2009，(2)．I2J安笑兰．环境污染导致畸形儿的新信息【Jj．中国优生与遗传杂志，2005，(9)．【3】都东明，崔华华．陕西省工业“三废”排放的环境库兹涅茨曲线特征及原因探析田．科技管理研究，2008，(8)．[41陈俊．略论环境污染侵权责任制度的完善【J】．陕西农业科学，2005，(4)．【5]李国柱．经济增长与环境污染：基于面板数据单位根的研究IJ1．石家庄经济学院学报，2007，(3)．【6J闫新华，赵国浩．经济增长与环境污染的VAR模型分析——基于山西的实证研究…．经济问题，2009，(6)．
1.氨氮的作用；2.土壤中氮的循环过程，有机氮，氨态氮，硝态氮；3.氨氮的来源（施肥、雷电、生物固氮等），对土壤中的植物、微生物以及环境的影响和危害；4.回头再增，有事先撤了
纳氏试剂比色法测水中氨氮常见问题探讨论文
摘要： 纳氏试剂比色法测定水中的氨氮，因方法简便、快速、灵敏度高而广泛应用于水中氨氮检测。文章初步探讨了纳氏试剂比色法测定氨氮的几个应注意的问题：预处理方法的选择；水样中干扰的消除；配制酒石酸钾钠溶液及纳氏试剂应注意的问题以及显色条件的控制等等。
关键词： 纳氏试剂比色法,预处理,纳氏试剂,显色条件
1预处理方法的选择
水样带色或浑浊以及含其他干扰物质，影响暗淡的测定，因此需要相应的预处理，对于较清洁的水样可采用絮凝沉淀法[1]，对严重污染的水或工业废水，则用蒸馏法[1]预处理以消除干扰。其中因前者更简单快捷，成为首选的方法。
1.1絮凝沉淀法及改进
1.1.1仪器
100ml具塞量筒或比色管
1.1.2试剂：
（1）10%硫酸溶液
（2）25%氢氧化钠溶液
1.1.3步骤
取100ml水样于具塞量筒或比色管中，加入1ml10%硫酸锌溶液和2~4滴25%氢氧化钠溶液,调pH值10.5左右，混匀，静置使沉淀。取适量上清液备用。在此处有一方法的改进，就是没用滤纸过滤，而是取静置后的上清液。静置的时间视取样时不能取到絮状物为准。
1.1.4讨论：《在水和废水监测分析方法》第四版中，经絮凝沉淀后的水样使用无氨水充分洗涤过的中速滤纸过滤，弃去初滤液20ml后的滤液。有实验表明,不同滤纸或同种滤纸但不同张之间铵盐含量差别很大,有些含量较高的滤纸虽多次用水洗涤,但仍达不到实验要求。因此使用前需对每一批次滤纸进行抽检,淋洗时要少量多次。也有研究发现滤纸中约有0.25%的可溶物和滤纸平均失重0.58%，这些可溶物将影响到分析结果的准确性。直接取上清液避免了这一弊端。
2水样中各种干扰的消除：
在实际工作中，由于样品千差万别，干扰物复杂多样，有时会出现样品经絮凝沉淀预处理后显色溶液浑浊的现象，严重影响透光率，造成结果偏高，这时要用蒸馏预处理法。方法参见《水和废水监测分析方法》（第四版）
2.1色（浊）度干扰的消除。
取50mL水样于50mL比色管中,加1.00mL酒石酸钾钠溶液,加1.00mL15%氢氧化钾溶液,测量吸光度(校正吸光度)，水样经纳氏试剂比色后测得吸光度减去校正吸光度。
2.2金属离子干扰的消除。
在碱性环境中，金属离子容易发生水解，一般加入酒石酸钾钠络合；含有汞盐可加少量硫代硫酸钠络合而掩蔽；含有Mn2+时，用50%酒石酸钾钠1.00mL+2%Na2EDTA1.00mL代替纯酒石酸钾钠能掩蔽Mn2+干扰[2]；含有大量Cu、Fe等金属离子，采用蒸馏法进行预处理后，再测定。
2.3有机物干扰的消除。
水样中含有甘氨酸、肼和某些胺类等有机物时，调节水样pH值到9.5左右，对其进行蒸馏处理；含有酮类、醛类和其他胺类时，在pH值较低情况下，用煮沸方法除去。
2.4显色溶液浑浊的应对措施
用絮凝沉淀法预处理后取上清液，加入酒石酸钾钠溶液和纳氏试剂后，有时会出现浑浊现象，严重影响透光率，误差非常大。笔者在测污水处理厂的'出水水样是经常会遇到此情况，不加酒石酸钾钠显色溶液不浑浊，由此可见是酒石酸钾钠的问题，可用（3.1）方法提纯后的酒石酸钾钠溶液，再不行就用蒸馏法预处理后测定。
3试剂配制应注意的问题
药品的纯度及试剂的配置方法都影响到实验结果。
3.1酒石酸钾钠纯度直接关系到测定结果，导致实验空白值高和引起实际水样浑浊,影响测定需要对其溶液进行提纯，以去除其中的铵盐。实际工作中，有两种处理方法。
①采用纳氏试剂对酒石酸钾钠溶液（50%）进行提纯，纳氏试剂加入量为酒石酸钾钠溶液体积2%，空白吸光度最小且基本稳定；
②向酒石酸钾钠溶液中加少量碱液，煮沸蒸发至50mL左右，冷却并定容至100mL。试验表明：经以上两种方法提纯后空白值也能满足分析测定要求。
3.2纳氏试剂的配制
了解纳氏试剂测氨氮的显色原理有利于理解纳氏试剂的配制方法，原理如下：2K2[HgI4]+3NaOH+NH3→NH2HgIO+3NaI+4KI+2H2O
纳氏试剂的配制有两种方法，均能产生显色基团[HgI4]2—,第一种配制方法用氯化汞和碘化钾，关键在于把HgCl2的加入量,这决定着获得显色基团含量的多少,进而影响方法的灵敏度。但方法未给出HgCl2的确切用量,需要根据试剂配制过程中的现象加以判断,经验性强,因而较难把握。有人据经验总结出HgCl2与KI的用量比为0.44∶1时(即8.8gHgCl2溶于20gKI溶液),效果很好。在此不再赘述，第二种方法用碘化汞和碘化钾：称取16g氢氧化钠，溶于50ml水中，充分冷却至室温。另称取7g碘化钾和10g碘化汞溶于水，将此溶液在搅拌下徐徐注入氢氧化钠溶液中，用水稀释至100ml。在此尤其要注意碘化汞与碘化钾的比例，I—不能过量，否则反应会逆向进行，显色基团[HgI4]2—减少，纳氏试剂颜色变浅，用此纳氏试剂做出的氨氮工作曲线低点显色不灵敏，几乎没有差别，线性很差，实验失败。碘化汞微溶于水，溶液中存在I—的碱性溶液中反应生成[HgI4]2—红色沉淀才消失，过量时以红色碘化汞沉淀的形式存在，不会使显色反应逆向进行，因此在实际工作中应使碘化汞稍稍过量，配制好的的纳氏试剂静置后弃去沉淀，小心倒入聚乙烯瓶中，密塞，低温保存。
4显色反应条件的控制
4.1 反应温度、时间。实验表明：反应温度为25℃时，显色最完全，反应时间为10～30min，溶液颜色较稳定。实际工作中，显色温度控制在20℃～25℃，时间控制在10min左右，快速测定，以确保监测数据准确可靠。
4.2反应体系pH值。水样pH值的变化对显色有显著影响,水样呈中性或碱性,测定结果相对偏差符合分析要求,水样呈酸性无可比性。实验发现[3],当水样呈酸性时测定值为0.24mg/L ,呈碱性时测定值为1.03 mg/L ,呈中性时测定值为0.92 mg/L。实验表明[4]：当溶液pH<11时,不能使溶液中nh4+全部转化为nh3,使测定结果偏低；当ph>11时,99%以上NH4+ 转化为NH3。在测定水样时先调整pH至中性，加入纳氏试剂后体系pH值在11.8～12.4为宜。实际工作中，配制较强缓冲能力的氢氧化钾-酒石酸溶液（浓度比为2.54：1），能够更好地控制体系pH值。
结论：纳氏试剂比色法测水中氨氮，灵敏度高，操作简便，易于推广，对于不同的水样要选择不同的预处理方法，否则会给结果带来很大误差，对于相对清洁，干扰较少的水样可采用简单省时的絮凝沉淀法，采用此法时可用取上清液的方法，以避免滤纸过滤引进的氨氮污染。对于污染严重，干扰物较多的水样应用蒸馏法予以预处理。针对不同的干扰物应分别采取相应的消除措施。试剂的配制也很关键，对市售酒石酸钾钠予以提纯以消除高铵盐带来的误差，纳氏试剂的配制碘化汞应稍稍过量，出现少量的红色沉淀不影响实验结果，相反，碘化钾过量会导致显色不灵敏，实验失败。控制显色的时间、温度及反应体系的pH值也结果准确可靠的重要条件。
参考文献：
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请使用氨氮测定仪测定会很快的，YHNH—100型氨氮测定仪工作原理：利用碘化钾和碘化汞的碱性溶液与氨反应，生成淡红棕色胶态化合物，此颜色在较宽的波长范围内（一般测量波长为410--425nm)具强烈吸收，用仪器内的单色光比计，测定吸光度，进而计算出氨氮浓度。
有的，等我找一下呵呵，找到了。滴定法：氨和甲醛反应，生成等物质的量的酸，然后用氢氧化钠标准溶液进行滴定。需要的试剂：1、硫酸：0.05mol/L 2、NaOH标准滴定溶液：0.05mol/L 3.酚酞指示剂 4.甲醛溶液：30%，加几滴酚酞，用NaOH溶液调至微红方法：取一定量的水样，加酚酞，用硫酸和NaOH调至微红。加入5ml甲醛溶液，用NaOH标准滴定溶液进行滴定。都是些常用的试剂，也不需要仪器，应该是最简单的方法了。取100ml样检测下限大概是3mg/L左右。再小就测不准了，要用其它方法。没时间的话可以请人帮做或是送到环保部门去做。