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稀土掺杂氟化物多波长红外显示材料的研究摘 要本文简单介绍了稀土发光原理、上转换发光材料的大致发展史、红外上转换发光材料的应用以及当前研究现状。以PbF2为基质材料，ErF3为激活剂，YbF3为敏化剂，采用高温固相反应法制备了PbF2: Er,Yb上转换发光材料。重点讨论了制备过程中，制备工艺中的烧结时间、烧结温度对红外激光显示材料发光效果的影响。研究了Er3+/Yb3+发光系统在1064nm激光激发下的荧光光谱和上转换发光的性质。实验表明，在1064nm激光激发下，材料可以发射出绿色和红色荧光，是一种新型的红外激光显示材料。关键字：1064nm 上转换 红外激光显示 Er3+/Yb3+AbstractThis paper simply described the rare earth luminescence mechanism, the development of up-conversion materials and their applications were systematically explained. Present situation of the research on infrared up-conversion luminescence is also presented. PbF2 as matrix, ErY3 as activator and YbF3 as sensitizer were adopted to synthesize PbF2: Er,Yb up-conversion material with high temperature solid-phase reaction. A great emphasize was paid on the factors that effect on the luminescence properties of infrared laser displayed materials such as sinter temperature, time of sinter. The luminescence system of Er3+/Yb3+, their fluorescence spectrum and their character of up-conversion with 1064nm LD as an excitation source were studied. The experimental results that intense green and wed up-conversion emissions were observed under 1064nm LD excitation, which is a new type of infrared laser displayed Words: 1064nm Up-conversion Infrared laser displayed materials Er3+/Yb3+目 录摘要Abstract第一章 绪论 稀土元素的光谱理论简介 稀土元素简介 稀土离子能级 晶体场理论 基质晶格的影响 上转换发光材料的发展概况 上转换发光的基本理论 激发态吸收 光子雪崩上转换 能量传递上转换 敏化机制与掺杂方式 敏化机制 掺杂方式 上转换发光材料的应用 本论文研究目的及内容 8第二章 红外激光显示材料的合成与表征 红外激光显示材料的合成 实验药品 实验仪器 样品的制备 红外激光显示材料的表征 XRD 荧光光谱 12第三章 结果与讨论 基质材料的确定 助熔剂的选择 烧结时间的确定 烧结温度的确定 掺杂浓度的确定 17结 论 21参考文献 22致 谢 23第一章 绪论 稀土元素的光谱理论简介 稀土元素简介稀土元素是指周期表中IIIB族，原子序数为21的钪（Sc）：39的钇（Y）和原子序数57至71的镧系中的镧（La）、铈（Ce）、镨（Pr）、钕（Nd）、钷（Pm）、钐（Sm）、铕（Eu）、钆（Gd）、铽（Tb）、镝（Dy）、钬（Ho）、铒（Er）、铥（Tm）、镱（Yb）、镥（Lu），共17个元素[1]。稀土元素的原子具有未充满的受到外界屏蔽的4f和5d电子组态，因此具有丰富的电子能级和长寿命激发态，能级跃迁通道多达20余万个，可以产生多种多样的辐射吸收和发射。稀土化合物发光是基于它们的4f电子在f-f组态之内或f-d组态之间的跃迁。稀土发光材料具有许多优点：（1）与一般元素相比，稀土元素4f电子层构型的特点，使其化合物具有多种荧光特性；（2）稀土元素由于4f电子处于内存轨道，受外层s和P轨道的有效屏蔽，很难受到外部环境的干扰，4f能级差极小，f-f跃迁呈现尖锐的线状光谱，发光的色纯度高；（3）荧光寿命跨越从纳秒到毫秒6个数量级；（4）吸收激发能量的能力强，转换效率高；（5）物理化学性质稳定，可承受大功率的电子束、高能辐射和强紫外光的作用。稀土离子能级稀土离子具有4f电子壳层，但在原子和自由离子的状态由于宇称禁戒，不能发生f-f电子跃迁[3&7]。在固体中由于奇次晶场项的作用宇称禁戒被解除，可以产生f-f跃迁，4f轨道的主量子数是4，轨道量子数是3，比其他的s，p，d轨道量子数都大，能级较多。除f-f跃迁外，还有4f-5d，4f-6s，4f-6p电子跃迁。由于5d，6s，6p能级处于更高的能级位置，所以跃迁波长较短，除个别离子外，大多数都在真空紫外区域。由于4f壳层受到5s2，5p6壳层的屏蔽作用，对外场作用的反应不敏感，所以在固体中其能级和光谱都具有原子状态特征。因此，f-f跃迁的光谱为锐线，4f壳层到其他组态的跃迁是带状光谱，因为其他组态是外壳层，受环境影响较大。稀土离子在化合物中一般出现三价状态，在可见和红外光区观察的光谱大都属于4fN组态内的跃迁，在给定组态后确定光谱项的一般方法是利用角动量耦合和泡利原理选出合理的光谱项，但这种方法在电子数多，量子数大时，相当麻烦且容易出错。所以，对稀土离子不太适合。利用群论方法，采用U7>R7>G2>R3群链的分支规则可以方便地给出4fN组态的全部正确的光谱项，通常用大写的英文字母表示光谱项的总轨道角动量的量子数的数目，如S，P，D，F，G，H，I，K，L，M，N，O，Q……分别表示总轨道角动量的量子数为0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12，……，25+l表示光谱项的多重性，S是总自旋量子数。在光谱学中，用符号2S+1L表示光谱项。 晶体场理论晶体场理论认为，当稀土离子掺入到晶体中，受到周围晶格离子的影响时，其能级不同自由离子的情况。这个影响主要来自周围离子产生的静电场，通常称为晶体场[2]。晶体场使离子的能级劈裂和跃迁几率发生变化。稀土离子在固体中形成典型的分立发光中心。在分立发光中心中，参与发光跃迁的电子是形成中心离子本身的电子，电子的跃迁发生在离子本身的能级之间。中心的发光性质主要取决于离子本身，而基质晶格的影响是次要的。稀土离子的4f电子能量比5s，5p轨道高，但是5s，5p轨道在4f轨道的外面，因而5s，5p轨道上的电子对晶体场起屏蔽作用，使4f电子受到晶体场的影响大大减小。稀土离子4f电子受到晶体场的作用远远小于电子之间的库仑作用，也远远小于4f电子的自旋—轨道作用。考虑到电子之间的库仑作用和自旋—轨道作用，4f电子能级用2J+I LJ表示。晶体场将使具有总角动量量子数J的能级分裂，分裂的形式和大小取决于晶体场的强度和对称性。稀土离子4f能级的这种分裂，对周围环境（配位情况、晶场强度、对称性）非常敏感，可作为探针来研究晶体、非晶态材料、有机分子和生物分子中稀土离子所在局部环境的结构，且2J+I LJ能级重心在不同的晶体中大致相同，稀土离子4f电子发光有特征性，因而很容易根据谱线位置辨认是什么稀土离子在发光。 基质晶格的影响基质晶格对f→d跃迁的光谱位置有着强烈的影响，另外其对f→f跃迁的影响表现在三个方面：（1）可改变三价稀土离子在晶体场所处位置的对称性，使不同跃迁的谱强度发生明显的变化；（2）可影响某些能级的分裂；（3）某些基质的阴离子团可吸收激发能量并传递给稀土离子而使其发光，即基质中的阴离子团起敏化中心的作用。特别是阴离子团的中心离子（Me）和介于中间的氧离子O2-以及取代基质中阳离子位置的稀土离子（RE）形成一直线，即Me-O-RE接近180°时，基质阴离子团对稀土离子的能量传递最有效。 上转换发光材料的发展概况发光是物体内部以某种方式吸收的能量转换为光辐射的过程。发光学的内容包括物体发光的条件、过程和规律，发光材料与器件的设计原理、制备方法和应用，以及光和物质的相互作用等基本物理现象。发光物理及其材料科学在信息、能源、材料、航天航空、生命科学和环境科学技术中的应用必将促进光电子产业的迅猛发展，这对全球的信息高速公路的建设以及国家经济和科技的发展起着举足轻重的推动作用。三价镧系稀土离子具有极丰富的电子能谱，因为稀土元素原子的电子构型中存在4f轨道，为多种能级跃迁创造了条件，在适当波长的激光的激发下可以产生众多的激光谱线，可从红外光谱区扩展到紫外光谱区。因此，稀土离子发光研究一直备受人们的关注。60年代末，Auzel在钨酸镱钠玻璃中意外发现，当基质材料中掺入Yb3+离子时，Er3+、Ho3+和Tm3+稀土离子在红外光激发下可发出可见光，并提出了“上转换发光”的观点[5&4]。所谓的上转换材料就是指受到光激发时，可以发射比激发波长短的荧光的材料。其特点是激发光光子能量低于发射光子的能量，这是违反Stokes定律的。因此上转换发光又称为“反Stokes发光”。从七十年代开始，上转换的研究转移到单频激光上转换。到了八十年代由于半导体激光器泵浦源的发展及开发可见光激光器的需求，使其得到快速发展。特别是近年来随着激光技术和激光材料的进一步发展，频率上转换在紧凑型可见激光器、光纤放大器等领域的巨大应用潜力更激起广大科学工作者的兴趣，把上转换发光的研究推向高潮，并取得了突破性实用化的进展。随着频率上转换材料研究的深入和激光技术的发展，人们在考虑拓宽其应用领域和将已有的研究成果转换成高科技产品。1996年在CLEO会议上，Downing与Macfarlanc等人合作提出了三色三维显示方法，双频上转换三维立体显示被评为1996年物理学最新成就之一，这种显示方法不仅可以再现各种实物的立体图像，而且可以随心所欲的显示各类经计算机处理的高速动态立体图像，具有全固化、实物化、高分辨、可靠性高、运行速度快等优点[15]。上转换发光材料的另一项很有意义的应用就是荧光防伪或安全识别，这是一个应用前景极其广阔的新兴研究方向。由于在一种红外光激发下，发出多条可见光谱线且各条谱线的相对强度比较灵敏地依赖于上转换材料的基质材料与材料的制作工艺，因而仿造难、保密强、防伪效果非常可靠。目前，研究的稀土离子主要集中在Nd3+，Er3+，Ho3+，Tm3+和Pr3+等三价阳离子。Yb3+离子由于其特有的能级特性，是一种最常用的敏化离子。一般来说，要制备高效的上转换材料，首先要寻找合适的基质材料，当前研究的上转换材料多达上百种，有玻璃、陶瓷、多晶粉末和单晶。其化合物可分为：（1）氟化物；（2）氧化物；（3）卤氧化物；（4）硫氧化物；（5）硫化物等。迄今为止，上转换发光研究取得了很大的进展，人们已在氟化物玻璃、氟氧化物玻璃及多种晶体中得到了不同掺杂稀土离子的蓝绿上转换荧光。 上转换发光的基本理论通过多光子机制把长波辐射转换成短波辐射称为上转换，其特点是吸收光子的能量低于发射光子的能量[2&8]。稀土离子上转换发光是基于稀土离子4f电子能级间的跃迁产生的。由于4f外壳层电子对4f电子的屏蔽作用，使得4f电子态间的跃迁受基质的影响很小，每种稀土离子都有其确定的能级位置，不同稀土离子的上转换发光过程不同。目前可以把上转过程归结于三种形式：激发态吸收、光子雪崩和能量传递上转换。激发态吸收激发态吸收（Excited Stated Absorption简写为ESA）是上转换发光中的最基本过程，如图1-1所示。首先，发光中心处于基态能级E0的电子吸收一个ω1的光子，跃迁到中间亚稳态E1上，E1上的电子又吸收一个ω2光子，跃迁到高能级E2上，当处于能级E2上的电子向基态跃迁时，就发射一个高能光子。图1-1 上转换的激发态吸收过程 光子雪崩上转换光子雪崩上转换发光于1979年在LaCl3∶Pr3+材料中首次发现。1997年，N. Rakov等报道了在掺Er3+氟化物玻璃中也出现了雪崩上转换。由于它可以作为上转换激光器的激发机制，而引起了人们的广泛的注意。“光子雪崩”过程是激发态吸收和能量传输相结合的过程，如图1-2所示，一个四能级系统，Mo、M1、M2分别为基态和中间亚稳态，E为发射光子的高能级。激发光对应于M1→E的共振吸收。虽然激发光光子能量同基态吸收不共振，但总会有少量的基态电子被激发到E与M2之间，而后弛豫到M2上。M2上的电子和其他离子的基态电子发生能量传输I，产生两个位于M1的电子。一个M1的电子在吸收一个ω1的光子后激发到高能级E。而E能级的电子又与其他离子的基态相互作用，产生能量传输II，则产生三个为位于M1的电子，如此循环，E能级上的电子数量像雪崩一样急剧地增加。当E能级的电子向基态跃迁时，就发出能量为ω的高能光子。此过程就为上转换的“光子雪崩”过程。图1-2 光子雪崩上转换能量传递上转换能量转移（Energy Transfer，简写成ET）是两个能量相近的激发态离子通过非辐射过程藕合，一个回到低能态，把能量转移给另一个离子，使之跃迁到更高的能态。图1-3列出了发生能量传递的几种可能途径：（a）是最普通的一种能量传递方式，处于激发态的施主离子把能量传给处于激发态的受主离子，使受主离子跃迁到更高的激发态去；（b）过程称为多步连续能量传递，在这一过程中，只有施主离子可以吸收入射光子的能量，处于激发态的施主离子与处于基态的受主离子间通过第一步能量传递，把受主离子跃迁到中间态，然后再通过第二步能量传递把受主离子激发到更高的激发态；（c）过程可命名为交叉弛豫能量传递（Cross Relaxation Up-conversion，简称CR），这种能量传递通常发生在相同离子间，在这个过程中，两个相同的离子通过能量传递，使一个离子跃迁到更高的激发态，而另一个离子弛豫到较低的激发态或基态上去；（d）过程为合作发光过程的原理图，两个激发态的稀土离子不通过第三个离子的参与而直接发光，他的一个明显的特征是没有与发射光子能量匹配的能级，这是一种奇特的上转换发光现象；（e）过程为合作敏化上转换，两个处于激发态的稀土离子同时跃迁到基态，而使受主离子跃迁到较高的能态。（a）普通能量传递 （b）多步连续能量传递（c）交叉弛豫能量传递 （d）合作发光能量传递（e）合作敏化上转换能量传递图1-3 几种能量传递过程的示意图稀土离子的上转换发光都是多光子过程，在多光子过程中，激发光的强度与上转换荧光的强度有如下关系：Itamin ∝ Iexcitationn其中Itamin表示上转换荧光强度，Iexcitation表示激发光强度，在双对数坐标下，上转换荧光的强度与激发光的强度的曲线为一直线，其斜率即为上转换过程所需的光子数n，这个关系是确定上转换过程是几光子过程的有效方法。 敏化机制与掺杂方式 敏化机制通过敏化作用提高稀土离子上转换发光效率是常用的一种方法[9]。其实质是敏化离子吸收激发能并把能量传递给激活离子，实现激活离子高能级的粒子数布居，从而提高激活离子的转换效率，这个过程可以表述如下：Dexc+A→D+AexcD表示施主离子，A是受主离子，下标“exc”表示该离子处于激发态。Yb3+离子由于特有的能级结构，是最常用的也是最主要的一种敏化离子。（1）直接上转换敏化对与稀土激活中心（如Er3+，Tm3+，Ho3+）和敏化中心Yb3+共掺的发光材料，由于Yb3+的2F5/2能级在910-1000nm均有较强吸收，吸收波长与高功率红外半导体激光器的波长相匹配。若用激光直接激发敏化中心Yb3+，通过Yb3+离子对激活中心的多步能量传递，可再将稀土激活中心激发至高能级而产生上转换荧光，这类过程会导致上转换荧光明显增强，称之为直接上转换敏化。图1-4以Yb3+/Tm3+共掺杂为例给出了该激发过程的示意图。图1-4 直接上转换敏化（2）间接上转换敏化由于Yb3+离子对910-1000 nm间泵浦激光吸收很大，泵浦激光的穿透深度非常小，因此虽然在表面的直接上转换敏化能极大的提高上转换效率，但它却无法应用到上转换光纤系统中。针对这种情况，国际上与1995-1996年首次提出了“间接上转换敏化”方法[7]。间接上转换敏化的模型首先在Tm3+/Yb3+双掺杂体系中提出的：当激活中心为Tm3+时，如果激发波长与Tm3+的3H6→3H4吸收共振，激活中心Tm3+就被激发至3H4能级，随后处于3H4能级的Tm3+离子与位于2F5/2能级的Yb3+离子发生能量传递，使Yb3+离子的2F5/2能级上有一定的粒子数布居。然后处于激发态2F5/2的Yb3+离子再与Tm3+进行能量传递，实现Tm3+的1G4能级的粒子数布居，这样就通过Tm3+→Yb3+→Tm3+献的能量过程间接地把Tm3+离子激发到了更高能级1G4。从而导致了Tm3+离子的蓝色上转换荧光。图1-5给出了间接上转换敏化的示意图。考虑到稀土离子的敏化作用与前述的上转换机理，在实现上转换发光的掺杂方式通常要考虑如下几点：（1）敏化离子在激发波长处有较大的吸收截面和较高的掺杂浓度；（2）敏化离子与激活离子之间有较大的能量传递几率；（3）激活离子中间能级有较长的寿命。图1-5 间接上转换敏化 掺杂方式表1-1给出了当前研究比较多的掺杂体系，表中同时列出了某一掺杂体系对应的激发波长、基质材料、敏化机制等。表1-1 常见的掺杂体系稀土离子组合 激发波长 基质材料 敏化机制单掺杂 Er3+ 980nm ZrO2纳米晶体 —Nd3+ 576nm ZnO–SiO2–B2O3 —Tm3+ 660nm AlF3/CaF2/BaF2/YF3 —双掺杂 Yb3+：Er3+ 980nm Ca3Al2Ge3O12玻璃 直接敏化Yb3+：Ho3+ 980nm YVO4 直接敏化Yb3+：Tm3+ 800nm 氟氧化物玻璃 间接敏化Yb3+：Tb3+ 1064nm 硅sol–gel玻璃 合作敏化Yb3+：Eu3+ 973nm 硅sol–gel玻璃 合作敏化Yb3+：Pr3+ 1064nm LnF3/ZnF2/SrF2 BaF2/GaF2/NaF 直接敏化Nd3+：Pr3+ 796nm ZrF4基玻璃 直接敏化三掺杂 Yb3+： Nd3+ ：Tm3+ 800nm ZrF4基玻璃 间接敏化Yb3+： Nd3+ ：Ho3+ 800nm ZrF4基玻璃 间接敏化Yb3+： Er3+ ：Tm3+ 980nm PbF2:CdF2玻璃 直接敏化 上转换发光材料的应用稀土掺杂的基质材料在波长较长的红外光激发下，可发出波长较短的红、绿、蓝、紫等可见光。通常情况下，上转换可见光包含多个波带，每个波带有多条光谱线，这些谱线的不同强度组合可合成不同颜色的可见光[7]。掺杂离子、基质材料、样品制备条件的改变，都会引起各荧光带的相对强度变化，不同样品具有独特的谱线强度分布与色比关系（我们定义上转换荧光光谱中各荧光波段中的峰值相对强度比称为色比，通常以某以一波段的峰值强度为标准）。因而上转换发光材料可应用到荧光防伪或安全识别上来。上转换发光材料在荧光防伪或安全识别应用上的一个研究重点是制备上转换效率高，具有特色的防伪材料，实现上转换荧光防伪材料能够以配比控制色比；也就是通过调整稀土离子种类、浓度以及基质材料的种类、结构和配比，达到控制色比关系。 本论文研究目的及内容Nd:YAG激光器发出1064nm的激光，在激光打孔、激光焊接、激光核聚变等领域具有广泛的应用价值，是最常用的激光波段。然而，由于人眼对1064nm的红外光不可见，因此，需要采用对1064nm激光响应的红外激光显示材料制备的显示卡进行调准和校正。本论文采用氟化物作为基质，掺杂稀土离子，通过配方和工艺研究，制备对1064nm响应的红外激光显示材料。研究组分配比、烧结温度、气氛和时间等对粉体性能的影响。并采用XRD和荧光光谱分析等测试手段对粉体进行表征。确定最佳烧结温度、组分配比，最终获得对1064nm具有优异红外转换性能的红外激光显示材料。第二章 红外激光显示材料的合成与表征经过多年研究，红外响应发光材料取得了很大进展，现已实现了氟化物玻璃、氟氧化物玻璃、及多种晶体中不同稀土离子掺杂的蓝绿上转换荧光。然而上转换荧光的效率距离实际实用还有很大的差距，尤其是蓝光，其效率更低。因此，寻找新的红外激光显示材料仍在研究之中，本文主要研究对1064nm响应的发光材料。本章研究了双掺杂Er3+/Yb3+不同基质材料的蓝绿上转换荧光，得到了发光效果较好的稀土掺杂氟化物的红外激光显示材料，得到了一些有意义的研究结果。 红外激光显示材料的合成 实验药品（1）合成材料所用的化学试剂主要有：LaF3，BaF2，Na2SiF6，NaF，氢氟酸，浓硝酸等。稀土化合物为Er2O3、Yb2O3，纯度在4N以上。（2）ErF3、YbF3的配制制备Yb3+/Er3+共掺氟化物的红外激光显示材料使用的ErF3，YbF3是在实验室合成的。实验采用稀土氧化物，称取适量的Er2O3，Yb2O3放在烧杯1和烧杯2中，滴加稍微过量的硝酸（浓度约为8mol/L），置于恒温加热磁力搅拌器上搅拌，直至烧杯1中出现粉红色溶液、烧杯2中出现无色溶液停止。其化学反应如下：Er2O3+6HNO3→2Er(NO3)3+3H2OYb2O3+6HNO3→2Yb(NO3)3+3H2O再往烧杯1和烧杯2中分别都加入氢氟酸，烧杯1中生成粉红色ErF3沉淀，烧杯2中生成白色絮状YbF3沉淀，其化学反应如下：Er(NO3)3+3HF→ErF3↓+3HNO3Yb(NO3)3+3HF→YbF3↓+3HNO3生成的ErF3、YbF3沉淀使用循环水式多用真空泵进行分离，并多次使用蒸馏水进行洗涤，将从溶液中分离得到的沉淀倒入烧杯放入电热恒温干燥箱，在100℃条件下保温12小时，得到了实验所需的ErF3、YbF3，装入广口瓶中备用。 实验仪器SH23-2恒温加热磁力搅拌器（上海梅颖浦仪器仪表制造有限公司）PL 203电子分析天平（梅特勒一托多利仪器上海有限公司）202-0AB型电热恒温干燥箱（天津市泰斯特仪器有限公司）SHB-111型循环水式多用真空泵（郑州长城科工贸有限公司）WGY-10型荧光分光光度计（天津市港东科技发展有限公司）DXJ-2000型晶体分析仪（丹东方圆仪器有限公司）1064nm半导体激光器（长春新产业光电技术有限公司）4-13型箱式电阻炉（沈阳市节能电炉厂） 样品的制备（1）实验方法本实验样品制备方法是：以稀土化合物YbF3、ErF3，基质氟化物为原料，引入适量的助熔剂，采用高温固相法合成红外激光显示材料。高温固相法是将高纯度的发光基质和激活剂、辅助激活剂以及助熔剂一起，经微粉化后机械混合均匀，在较高温下进行固相反应，冷却后粉碎、筛分即得到样品[8]。这种固体原料混合物以固态形式直接参与反应的固相反应法是制备多晶粉末红外激光显示材料最为广泛使用的方法。在室温下固体一般并不相互反应，高温固相反应的过程分为产物成核和生长两部分，晶核的生成一般是比较困难的，因为在成核过程中，原料的晶格结构和原子排列必须作出很大调整，甚至重新排列。显然，这种调整和重排要消耗很多能量。因而，固相反应只能在高温下发生，而且一般情况下反应速度很慢。根据Wagner反应机理可知，影响固体反应速度的三种重要因素有：①反应固体之间的接触面积及其表面积；②产物相的成核速度；③离子通过各物相特别是通过产物相时的扩散速度。而任何固体的表面积均随其颗粒度的减小而急剧增加，因此，在固态反应中，将反应物充分研磨是非常必要的[6]。而同时由于在反应过程中在不同反应物与产物相之间的不同界面处可能形成的物相组成是不同的，因此可能导致产物组成的不均匀，所以固态反应需要进行多次研磨以使产物组成均匀。另外，如果体系存在气相和液相，往往能够帮助物质输运，在固相反应中起到重要作用，因此在固相反应法制备发光材料时往往加入适量助熔剂。在有助熔剂存在的情况下，高温固相反应的传质过程可通过蒸发-凝聚、扩散和粘滞流动等多种机制进行。（2）实验步骤根据配方中各组分的摩尔百分含量（表3-1，表3-2，表3-3中给出了实验所需主要样品的成分与掺杂稀土离子浓度），准确计算各试剂的质量，使用电子天平精确称量后，把原料置于玛瑙研钵中研磨均匀后装入陶瓷坩埚中（粉体敦实后大概占坩埚体积的1/3），再放入电阻炉中保温一段时间。冷却之后即得到了实验所述的红外激光显示材料样品。图2-1为实验流程图：图2-1 实验流程图 红外激光显示材料的表征 XRDX射线衍射分析是当今研究晶体精细结构、物相分析、晶粒集合和取向等问题的最有效的方法之一[10&9]。通常采用粉末状晶体或多晶体为试样的X射线衍射分析被称为粉末法X射线衍射分析。1967年，Hugo 鉴于计算机处理大量数据的能力，在粉末中子衍射结构分析中，提出了全粉末衍射图最小二乘拟合结构修正法。1977年，Malmros等人把这个方法引入X射线粉末衍射分析中，从此Rietveld分析法的研究开始迅速发展起来[16&10]。本实验采用丹东方圆仪器有限公司生产的DXJ-2000型晶体分析仪对粉末样品进行数据采集，主要测试参数为：Cu靶Kα线，管压45kV，管流35Ma，狭缝DSlmm、.、SS1 mm，扫描速度10度/min（普通扫描）、度/min（步进扫描），通过测试明确所制备的材料是否形成特定晶体结构的晶相，也可以简单判断随着掺杂量的增加，是否在基质中有第二相形成或者掺杂的物质同基质一起形成固溶体。
矿物的光学性质（optical properties）主要指矿物对可见光的反射、折射、吸收等所表现出来的各种性质，包括颜色、条痕、光泽和透明度；也指矿物受不同能量激发而发出可见光的性质即发光性。
1.矿物的颜色
颜色（color）是矿物对入射的自然可见光（波长为390～770nm）中不同波长的光波选择性吸收后，透射和反射出来的各种波长可见光的混合色。
自然可见光是由红、橙、黄、绿、蓝、青、紫7 种颜色的光波混合而成的。不同色光的波长不同，彼此存在特定的互补关系。图12-1所示对角扇形区的颜色互为补色。当矿物对自然光中不同波长的光波均匀地全部吸收时，矿物呈现黑色；若基本上都不吸收，则为无色或白色；若各色光被均匀地部分吸收，则呈现不同浓度的灰色。如果矿物选择性地吸收某种波长的色光时，则矿物将呈现出被吸收色光的补色。
矿物呈色有多方面的原因，据此将矿物的颜色分为自色、他色和假色。
图12-1 不同色光间的互补关系
（1）自色
自色（idiochromatic color）是矿物本身固有化学成分和晶体结构决定的对自然光选择性吸收、折射和反射而表现出来的颜色，是光波与晶格中的电子相互作用的结果。对一定的矿物而言，自色通常比较固定，是矿物鉴定的首选标志。
光波与晶格中电子相互作用而致色的机理主要有以下4种：
离子内部电子跃迁（internal electron transition）致色 这是含过渡型离子矿物呈色的主要方式。过渡型离子具有未填满的d或f轨道，在配位阴离子作用下，这些轨道发生能级分裂，形成两组或几组不同能级的轨道，各组间的能量差（即晶体场分裂能）与可见光的能量相当。当可见光照射时，位于低能轨道上的电子便能吸收与晶体场分裂能相当的色光，跃迁到较高能级的轨道上（称为d—d跃迁或f—f跃迁）。由于部分色光被吸收，矿物便呈现出其补色。红宝石（含铬刚玉）就是类质同象的Cr3+中3个d电子吸收绿光并跃迁而呈现红色的。由于矿物中的过渡型离子存在不饱和的d或f轨道，自然光照射时能实现d—d或f—f跃迁而使矿物呈色，因而被称为色素离子（chromophoric ion）。这类离子主要有元素周期表中第4周期的Ti，V，Cr，Mn，Fe，Co，Ni；其次为W，Mo，U，Cu和稀土元素的离子，而最常见的是可分别使矿物致绿色和褐红色的Fe2+和Fe3+（表12-1）。
表12-1 常见色素离子使矿物呈色举例
离子间电荷转移（interionic charge transfer）致色 矿物中一些变价元素的离子在光波作用下可以发生相邻离子间的电子转移，发生光化学氧化-还原反应。由于电子转移过程中部分光波被吸收，矿物便呈现这部分光波的补色。当矿物晶格中相互连接的配位多面体中存在同种元素的不同价离子如Fe2+和Fe3+，Mn2+和Mn3+或Ti3+和Ti4+时，这种电子转移极易发生。蓝闪石呈蓝色就是其结构中Fe2+与Fe3+之间电荷转移的结果。
能带间电子跃迁（interband transition）能带理论认为，矿物中原子或离子的外层电子均处于一定的能带。被电子占满的能带能量较低，称满带或价带（valence band），未被电子占满的能带能量较高，为导带（conduction band），能带间的能量间隙为禁带（forbidden band）。若禁带宽度与某种可见色光能量相当，矿物受自然光照射时，处于满带或价带的低能电子便会吸收能量大于禁带的部分色光而跃过禁带到达高能态的导带，从而使矿物呈色。许多自然金属或硫化物矿物的禁带宽度很窄。自然铜等金属的禁带宽度为0，黄铁矿和方铅矿等具金属光泽的硫化物矿物小于，即小于红光的能量，各种波长的色光均能被大量吸收而使之透明度极差；同时跃迁后处于激发态的电子又极易回到基态而放出大部分能量而表现为很强的反射能力和金属光泽及金属色。辰砂和雄黄等具金刚光泽的硫化物的禁带宽度在～，即橙色光至绿色光之间，因而也能选择性吸收色光而呈鲜明的彩色。许多铜型离子（见矿物的化学成分）的硫化物矿物禁带较窄与晶格中离子的极化有关，这些离子的卤化物和含氧盐矿物晶格中无明显的极化现象，因而多无色透明或呈白色。
色心（color centre）对于无色透明的晶体，其禁带宽度大于可见光的能量，核外电子不能吸收任何能量的可见光。但是，当矿物晶格中某种离子含量过剩、缺失，或存在杂质离子及机械变形等引起晶体内点电荷不平衡而成缺陷时，缺陷部位的电子跃迁所需能量若减小到与可见光相当的程度，可见光照射时便能选择性吸收色光而转移并呈色。这种能选择性吸收可见光波的晶格缺陷称为色心。大部分碱金属和碱土金属化合物矿物的呈色主要与色心有关。最常见的色心是晶格中阴离子空位而产生的F心，缺陷部位的正电荷过剩，当光线照射时，晶体内的电子选择性吸收某种色光获得能量而向阴离子缺失部位移动以平衡电荷，导致矿物呈现被吸收光的补色。萤石（CaF2）的紫色和石盐（NaCl）的蓝色就分别是因晶格中F-和Cl-空位所引起的F心所致。
按照矿物呈色的机理，还可将自色分为体色（body color）和表面色（surface color）。透明矿物的颜色多为前者，如橄榄石的橄榄绿；金属晶格矿物的颜色多为后者，如黄铁矿的浅铜黄色。体色是透射光的颜色，为被吸收光的补色；表面色是反射光的颜色，是吸收能量后处于激发态的电子回到基态时释放出来的能量，与被吸收色光的颜色一致。
矿物的颜色千变万化，初学描述时常需借助实物进行比较。表12-2中的矿物颜色较稳定，可作为比较的标准。与标准有差异的，可用复合词进行描述，如黄铁矿为淡铜黄色，绿帘石为黄绿色等。另外，还要注意区分金属色和非金属色（表12-2），金属色要加用金属的名称作前缀。
表12-2 矿物的标准色
（2）他色
他色（allochromatic color）是指矿物因含外来的带色杂质所形成的颜色，它与矿物本身的成分和结构无关，不是矿物固有的颜色，因此无鉴定意义，但有重要的成因意义。如我国云南金厂金矿区的某些热液石英因含大量微粒铬云母而呈绿色，显示成矿流体与该区的超基性岩有过强烈的水-岩反应，成矿物质部分来自该超基性岩体。
（3）假色
假色（pseudochromatic color）是自然光照射到矿物表面或内部，受到某种物理界面（氧化膜、裂隙、包裹体等）的作用而发生干涉、衍射、散射等所产生的颜色。假色是一种物理光学效应，只对少数矿物有辅助鉴定意义，在宝石学上也有一定意义。矿物中常见的假色主要有：
锖色（tarnish）某些不透明矿物表面的氧化膜使反射光发生干涉而呈现不均匀的彩色即锖色。锖色只见于矿物表面，剥除氧化膜后锖色消失。斑铜矿表面具有独特的蓝、靛、红、紫等不均匀锖色，是其鉴定特征之一。
晕色（iridescence）某些透明矿物内部存在一系列平行密集的解理面或裂隙面，它们对光的连续反射引起光的干涉，使矿物解理面和晶面呈现彩虹般的色带，称为晕色。白云母、冰洲石、透石膏等无色透明矿物解理面上可见到晕色。
变彩（play of color）某些透明矿物内部存在许多微细叶片状或层状结构界面，可引起可见光的衍射干涉作用而出现不均匀色彩，从不同方向观察时，这种不均匀色彩随方向而变换。例如，贵蛋白石具蓝、绿、紫、红等色的变彩；拉长石可出现蓝绿、金黄、红紫等变彩。
乳光（也称蛋白光，opalescence）某些矿物含有许多远小于可见光波长的其他矿物或胶体微粒，使入射光发生漫反射而生成的一种乳白色浮光。月长石（钾长石和钠长石交互生成显微层片状结构的特殊条纹长石）和乳蛋白石均可见到这种乳光。
2.矿物的条痕
矿物的条痕（streak）是指其粉末的颜色，通常将矿物在素瓷（白色无釉瓷板）上擦划后获得。矿物粉末表面粗糙，反射力弱，所以条痕多是穿过粉末的透射光的颜色。
一些矿物的条痕与其呈颗粒或块体状态时的颜色不同。因为矿物变成粉末时消除了假色、减弱了他色、突出了自色，所以条痕比矿物颗粒或块体的颜色更为稳定，更有鉴定意义。例如，不同成因的赤铁矿可呈现钢灰、铁黑、褐红等色调，但其条痕总是呈特征的红棕色（或称樱红色）。
由于具金属晶格的不透明矿物粉末表面反射消失，亦不能透光，故呈现黑色条痕，如黄铁矿、黄铜矿、方铅矿等许多具金属色的硫化物条痕都为黑色。半透明矿物粉末对光波有明显的吸收，其条痕与大颗粒的颜色基本相同，如辰砂条痕为红色，孔雀石条痕为绿色。透明矿物的粉末几乎不吸收光波，其条痕均为白色或很浅的颜色，如普通辉石和普通角闪石的颜色为黑色，条痕却是白色。
显然，对于不透明矿物和彩色或深色半透明—透明矿物，尤其是硫化物或部分氧化物和自然元素矿物，条痕是重要鉴定特征；而对于白色、无色或浅色的透明矿物，其条痕均为白色，无鉴定意义。
此外，类质同象混入物可使一些矿物的条痕和颜色作有规律的变化。例如，类质同象的铁在闪锌矿中增多时，其颜色从浅黄色变为铁黑色，条痕由黄白色变为褐色。这种变化能够反映矿物中类质同象组分的变化，能够提供介质物理化学条件的信息，具有一定的成因意义。
3.矿物的光泽
矿物的光泽（luster）是指矿物表面反射光时所表现的特征，是矿物反射可见光能力的度量。矿物的光泽应在新鲜平滑晶面或解理面上进行观察。
一般来说，矿物对可见光的折射或吸收越强，透光量就越少，反光量就越大，光泽就越强。
矿物光泽的精确表征需借助矿物的反射率数值。反射率（R）是平滑表面对垂直入射光反射的百分率。肉眼观察时，将矿物的光泽分为4个等级：
金属光泽（metallic luster）反射光的能力很强，类似于鲜亮的金属磨光面的光泽，R＞20%，如方铅矿、黄铁矿和自然金等。
半金属光泽（submetallic luster）反光较强，对光的反射相对暗淡，类似于粗糙金属表面的光泽，R为15%～20%，如赤铁矿、铁闪锌矿和黑钨矿等。
金刚光泽（adamantine luster）反光略强，呈现金刚石（钻石）般的光泽，R为10%～15%，如浅色闪锌矿、雄黄和金刚石等。
玻璃光泽（vitreous luster）反光能力弱，类似于玻璃表面的光泽，R＜10%，如方解石、石英和萤石等。
在不平坦的矿物表面或矿物集合体上观察时，矿物常表现出特征的变异光泽。这类变异光泽主要有：
1）油脂光泽（greasy luster）：某些具玻璃或金刚光泽而解理不发育的浅色透明矿物，有时其表面如同附有一层油脂，呈油脂光泽，如石英、磷灰石、石榴子石等。
2）树脂光泽（resinous luster）：在某些具金刚光泽的黄、褐或棕色透明矿物表面，有时可见到类似于树脂的特征，呈树脂光泽，如浅色闪锌矿和雄黄等。
3）沥青光泽（pitchy luster）：某些解理不发育的半透明或不透明黑色矿物表面呈现乌黑光亮的沥青状特征，如沥青铀矿和富含Nb及Ta的锡石等。
4）珍珠光泽（pearly luster）：一些具玻璃光泽的浅色透明矿物，有时会呈现出如同珍珠表面或蚌壳内壁那种柔和亮丽的光泽，称作珍珠光泽，如白云母和透石膏等。
5）丝绢光泽（silky luster）：具玻璃光泽的浅色透明矿物，当以纤维状或鳞片状集合体产出时，表面常呈现出类似于丝绸织品在阳光下闪烁的光泽特征，称丝绢光泽，如纤维石膏和石棉等。
6）蜡状光泽（waxy luster）：某些具玻璃光泽的，浅色透明的隐晶质或非晶质致密状矿物块体上，有时呈现出如蜡烛一样的表面特征，称蜡状光泽，如块状叶蜡石、蛇纹石等。
7）土状光泽（earthy luster）：疏松多孔或细粒松散状矿物集合体，表面粗糙如土，暗淡无光，呈土状光泽，如块状高岭石和褐铁矿等。
影响矿物光泽的主要因素是化学键类型。一般具金属晶格的矿物，呈现金属或半金属光泽；具共价键、离子键或分子键的矿物，一般呈现玻璃光泽，少数呈金刚光泽。
描述矿物的光泽时，任一矿物均可依其对光的反射强弱判属金属光泽、半金属光泽、金刚光泽或玻璃光泽的某一等级；但是如因矿物的产出状态不同而表现出更具特征的变异光泽时，一般采用变异光泽的名称描述，因为矿物光泽的级别是确定的，而变异光泽会随着产出状态和观察面的不同而异，对宝石矿物的评价尤为重要。
4.矿物的透明度
矿物的透明度（transparency或diaphaneity）是指矿物允许可见光透过的程度。矿物的透明度依其透射率或吸收系数精确表达，或依其厚的薄片在偏光显微镜下通过的透射光来衡量（分为透明矿物和不透明矿物），肉眼鉴定矿物时，依其碎片边缘的透光程度，结合颜色、条痕和光泽等综合判断。一般将矿物的透明度粗略地划分为3级：
透明（transparent或diaphanous）允许绝大部分光透过，矿物条痕常为无色或白色，玻璃光泽，如石英、方解石和普通角闪石等。
半透明（translucent）允许部分光透过，矿物条痕呈红、褐等各种彩色，金刚或半金属光泽，如辰砂、雄黄和黑钨矿等。
不透明（opaque）基本不允许光透过，矿物具黑色或金属色条痕，金属光泽，如方铅矿、磁铁矿和石墨等。
矿物的透明度主要取决于矿物对可见光的吸收程度，后者又与矿物的晶格类型和化学组成有关。一般地，金属晶格中存在着自由电子，对光线的吸收较强，因而透明度较低；原子晶格透明度较高；离子晶格中铜型离子对可见光的吸收很强，透明度低，过渡型和惰性气体型离子的吸收能力依次降低，透明度依次增高。
此外，矿物中的裂隙、包裹体及矿物的集合方式、颜色深浅和表面风化程度等均会影响矿物的透明度，因此结合其他光学性质判断矿物的透明度是比较可靠的。上述4种光学性质间的关系如表12-3。
表12-3 矿物颜色、条痕、光泽和透明度的关系
5.矿物的发光性
矿物的发光性（luminescence），是指矿物在某种外加能量的激发下发出可见光的性质。能使矿物发光的激发源很多，主要有：紫外线、可见光、电子束、X射线、γ射线、高速质子流、加热、加电、摩擦和化学试剂等。依据激发源的不同，可分为光致发光（激发源为紫外线、可见光等光线）、阴极射线发光（激发源为电子束）、高能辐射发光（激发源为X射线、γ射线、高速质子流）、热发光、电发光、摩擦发光和化学发光。
矿物能够在外加能量的激发下发光，可能存在两种机制。其一，当矿物受外加能量的激发时，其晶格中原子或离子的外层电子吸收外加能量，并从较低能级的基态跃迁到较高能级的激发态，这些电子在激发态不能稳定存在，因而将自动回落到基态。高能激发态的电子在向基态回落时会以一定波长的可见光的形式释放部分能量。矿物中以杂质存在的过渡元素的种类和数量常常决定矿物的发光性以及发射光的颜色和强度。其二，矿物中的晶格缺陷在形成后受周围放射性粒子的辐射而储集了一定的能量。当矿物受外加能量的激发时，会诱发存储在缺陷中的能量以一定波长可见光的形式释放出来。不同的矿物，受外加能量激发后发光所持续的时间各有不同。一般地，当停止激发后，矿物发光的持续时间在10-8s以上时，称发出的光为磷光（phosphorescence）；发光的持续时间小于10-8s，称发出的光为荧光（fluorescence）。
目前，热发光技术已广泛应用于地质、陨石、考古、材料、核试验及环境等领域的研究，在矿床成因和找矿预测、地质年龄测定、地层划分对比、岩相古地理分析及地质温度估算等方面已有许多重要成果。阴极发光成像技术在沉积岩石学、矿物发生史、SHRIMP年代学及宝石鉴定方面也得到成功应用。光致发光是鉴定白钨矿、金刚石、独居石、钙铀云母及其找矿和选矿的有效方法。此外，鉴于多数矿物在不同条件和不同介质中形成时发光性多有差异，开发利用矿物发光性的应用领域还有很大的空间。
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准高斯光束的衍射 比 圆孔衍射 要弱一点，能量利用率稍高。
2012年江苏省高校第九届大学生物理及实验课件作品创新竞赛优秀指导老师荣誉称号2011年苏州大学周氏教育科研优秀奖2010年度江苏省十大青年科技之星苏州大学2010届毕业设计（论文）优秀指导教师获2008-2009年度苏州市自然科学优秀学术论文二等奖（2项）2007年获全国百篇优秀博士学位论文奖,论文题目 “复杂激光束的变换与符合成像研究”,指导老师林强教授,朱诗尧教授2007年获德国洪堡基金林强，蔡阳健，王立刚，朱诗尧, 部分相干激光的机理及其应用, 2007年度高等学校科学技术奖自然科学奖二等奖2006年度浙江省优秀博士学位论文，论文题目 “复杂激光束的变换与符合成像研究”,指导老师林强教授,朱诗尧教授2005年浙江大学优秀毕业生，浙江省优秀毕业生，浙江大学优秀博士学位论文2004年获浙江大学中科院奖学金，一等奖学金，“三好学生”荣誉称号2004年林强，蔡阳健，王立刚，戈迪，部分相干激光的产生和传输特性研究，获浙江省高校优秀科研成果奖一等奖2003年 林强，蔡阳健，部分相干各向异性扭曲高斯－谢尔模光束的张量ABCD定律，获浙江省自然科学优秀论文一等奖2003年 林强，蔡阳健，部分相干GSM光束的分数傅立叶变换，获浙江省自然科学优秀论文二等奖2003年蔡阳健，林强，椭圆厄密－高斯光束及其经过旁轴系统的传输，获浙江省自然科学优秀论文二等奖2003年，获浙江大学竺可桢奖学金(浙江大学最高荣誉奖学金)，光华奖学金，“三好学生”，研究生“学术十杰”荣誉称号。2002年，获浙江大学竺可桢奖学金(浙江大学最高荣誉奖学金)，研究生一等奖学金，“三好学生”，研究生“学术十杰”荣誉称号。2000年浙江大学优秀毕业生1999年全国大学生数学建模二等奖1998年浙江大学一等奖学金，三好学生1997年浙江大学一等奖学金
常情形,激光谐振腔发出的基模辐射场,其横截面的振幅分布遵守高斯函数,故称高斯光束.我们常常会收到客户关于光斑大小的查询,其实问的就是光斑的束腰直径或束腰半径.束腰,是指高斯光绝对平行传输的地方.半径,是指在高斯光的横截面考察,以最大振幅处为原点,振幅下降到原点处的倍,也就是1/e倍的地方,由于高斯光关于原点对称,所以1/e的地方形成一个圆,该圆的半径,就是光斑在此横截面的半径;如果取束腰处的横截面来考察,此时的半径,即是束腰半径.沿着光斑前进,各处的半径的包络线是一个双曲面,该双曲面有渐近线.高斯光束的传输特性,是在远处沿传播方向成特定角度扩散,该角度即是光束的远场发散角,也就是一对渐近线的夹角,它与波长成正比,与其束腰半径成反比,计算式是:2*波长/(*束腰半径),故而,束腰半径越小,光斑发散越快;束腰半径越大,光斑发散越慢.光斑描述如下图:我们用感光片可以看到,在近距离时,准直器发出的光在一定范围内近似成平行光,距离稍远,光斑逐渐发散,亮点变弱变大;可是从光纤出来的光,很快就发散;这是因为,准直器的光斑直径大约有400微米,而光纤的光斑直径不到10微米.同时,对于准直器最大工作距离的定义,往往可理解为该准直器输出光斑的共焦参数,该参数与光斑束腰半径平方成正比,与波长成反比,计算式是:*束腰半径*束腰半径/波长.所以要做成长工作距离(意味着在更长的传输距离里高斯光束仍近似成平行光)的准直器,必然要把光斑做大,透镜相应要加长加粗.我们对于准直系统的计算,理论根据就是高斯光束的传输特性计算式.对于线度远大于输入光斑的透镜来讲,该输入光可视为点光源,其远场发散角就是该点光源的"边沿线"夹角;于是我们可根据透镜的具体参数,简单的用几何光学的方法计算该准直系统的光斑大小和最大工作距离.而从高斯函数,我们可以计算当通光孔径多大时,光能的损失是多少.并不是通光区直径等于或略大于光斑直径时,光能就可以完全通过,事实上,此时的损耗高达.简单的估计,是让通光直径是光斑的2倍或以上
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Joint International Meeting, October 17-22, 1999龚正烈, 刘冰, 姚素薇, 张国庆, 张卫国, 程晓曼, Gong Zhenglie, Liu Bing, Yao Suwei, Zhang Guoqing, Zhang Weiguo, Cheng Xiaoman, 调Q脉冲YAG三波长激光诱导液相沉积Si基Ni-Pd-P纳米膜, 中国激光,1999,26(10),李爱昌、张国庆, P-Si上电沉积非晶Ni-W-P薄膜的耐蚀性研究, 功能材料，1999，30（01），82刘冰， 张国庆，陈静， 姚素薇，郭鹤桐，袁华堂，张允什, 具有析氢催化活性的纳米微晶Pd/Si电极的制备及表征, 化学物理学报，1998，11（04），312张国庆、李爱昌、刘冰, P-Si上电沉积Ni-W-P薄膜的结构与热稳定性, 应用化学，1998，15（3），35刘冰 张国庆 姚素薇 郭鹤桐 龚正烈 , P型Si上Ni-Pd薄膜的电沉积及界面硅化物的研究, 电镀与精饰，1998，02张国庆、姚素薇、郭鹤桐, 半导体硅上电沉积及激光诱导电沉积镍薄膜, 天津大学学报，1998，31（1），29李爱昌、张国庆、张允什, 单晶Si上电沉积Ni-W-P非晶薄膜, 化工冶金，1997，18（4），308张国庆、游阳明、张允什, 单晶Si上电沉积Ni-P非晶薄膜的循环伏安研究, 南开大学学报，1997，30（03），5张国庆、姚素薇、郭鹤桐, 单晶Si上电沉积Ni-P非晶薄膜及其表征, 化工冶金，1997，18（2），176张国庆、刘冰、姚素薇, P-Si/Ni-Pd薄膜的电化学制备及其表征, 应用化学，1997，14（2）张国庆、刘冰、姚素薇, Ni-Pd/Si界面常温扩散及硅化物形成的XPS证据, 物理化学学报，1997，13（2），164张国庆、姚素薇、郭鹤桐, 半导体硅上激光诱导选择性电沉积铜, 应用化学，1997，14（1），33游阳明、张国庆, 简析SU（3）群在量子物理中的应用, 现代物理知识，（1996），122郭永、张国庆、姚素薇、郭鹤桐, P-Si上电沉积镍磷非晶薄膜催化剂, 物理化学学报，1996，12（5），436郭永、张国庆、姚素薇、郭鹤桐, P-Si上电沉积Ni - W合金薄膜研究, 应用化学，1996，13（2），12张国庆、姚素薇, 铜、镍在P-Si上的激光辅助电沉积, 河北师范学院学报（自然科学版），1995，270姚素薇、张国庆、郭鹤桐, 铜在P-Si上激光诱导电沉积过程的研究, 物理化学学报，1995，11（8），730郭鹤桐、张国庆、姚素薇, P-Si上激光诱导选择性电沉积铜, 第六届全国电子电镀年会论文集，北京，1995，P40郭鹤桐、张国庆、姚素薇, 激光辅助半导体表面精饰实验控制及数据采集系统, 第六届全国电子电镀年会论文集，北京，1995，P160游阳明、张国庆, 电沉积制备纳米薄膜材料, 电镀与精饰，1995，17（4），20姚素薇、张国庆、郭鹤桐, 镍阳极氧化膜形成和破坏过程的光电化学响应, 中国腐蚀与防护学报，1995，15（3），217张国庆、郭鹤桐, 金属在半导体上的激光电化学沉积, 电镀与精饰，1994，16（4），13张国庆、童汝亭、金世勋, 采用光电流谱技术现场监测镍阳极氧化膜的形成和生长, 93中国天津电镀与精饰学术研讨会论文集，天津，1993，P46周国定、张国庆、蔡生民, 镍电极在硼砂硼酸缓冲溶液中的钝化和点蚀, 物理化学学报，1992，8（3），418
“衣食住行”，人类基本生活需要中，衣为先。纺织工业在人类生活、工业发展、科技进步中有着举足轻重的作用。这是我为大家整理的纺织科技论文，仅供参考!纺织科技论文篇一 纺织计量发展浅析 摘 要：“衣食住行”，人类基本生活需要中，衣为先。纺织工业在人类生活、工业发展、科技进步中有着举足轻重的作用。而纺织计量工作对纺织工业又有着重要影响，监测质量、指导生产、改进工艺。所以，纺织计量的发展，足以影响和推动纺织行业的发展，显现出纺织计量在整个纺织行业的重要性。但是，随着整个纺织行业的曲折发展，纺织计量工作也几经起伏。2012年5月9日至11日，纺织计量技术委员会在湖南张家界市召开了《电子单纱强力机(仪)校准规范》等12项纺织计量校准规范审稿会，会议审定了《电子单纱强力仪(机)校准规范》等12项纺织计量校准规范。这是继2009年宁波会议后第二次组织的纺织计量校准规范审稿会，标志着纺织计量工作进入循序渐进、有效发展阶段。 关键词：纺织工业;纺织计量;检定/校准;校准规范;标准器 中图分类号：X791 文献标识码：A 1 纺织计量概述 JJF《通用计量术语及定义》中，“计量”(metrology)词条，定义为实现单位统一和量值准确可靠的活动。它属于测量，源于测量，而又严于一般测量，它涉及整个测量领域，并按法律规定，对测量起着指导、监督、保证的作用。计量与 其它 测量一样，是人们理论联系实际，认识自然、改造自然的 方法 和手段，它是科技、经济和社会发展中必不可少的一项重要的应用。然而，计量与测试是含义完全不同的两个概念。测试是具有试验性质的测量，也可理解为测量和试验的综合。它具有探索、分析、研究和试验的特征.计量是技术和管理的结合体，凡是以实现计量单位统一和测量准确可靠为目的的科学、法制、管理等活动都属于计量的范畴。 随着市场经济的发展，计量校准正逐渐被国内更多的用户所接受。校准在国内计量技术机构开展的计量活动中的比重正在逐步加大，已经作为一种新型的计量活动与检定相提并论。纺织计量是工程计量(也称工业计量)的一部分，是计量科学在纺织行业中的应用。主要体现在纺织专用仪器的制造、使用、管理、量值溯源、量值传递、检定/校准等方面。纺织计量的主要内容有：检定规程/校准规范的制修订，纺织计量标准器的确定，周期检定/校准等活动，目前，纺专仪器的溯源方式也主要由检定转变为校准。正确开展检定和校准活动，利用检定和校准结果，最终实现量值统一，为纺织行业提供技术支撑，进而保证纺织工业的健康发展。 2 纺织行业及纺织计量的发展 在我国，纺织工业的发展，是随着纺织服装业的主管部门——中华人民共和国纺织工业部的变迁而发展变化的。1949年10月设立中央人民政府纺织工业部，新中国纺织业开始发展，建国初期，物资匮乏，尤其关乎民生穿衣的纺织品，国家大力支持纺织业，全国范围内兴建纺织厂。1954年9月成为中华人民共和国纺织工业部，纺织业大规模发展，全国上下，力争上游，攻坚克难，一批批大规模纺织企业出现，技术人员全国交流，相互支援，此后的三十余年，纺织业曾一度辉煌。1998年3月，纺织工业部改为国家纺织工业局。2001年2月国家纺织工业局撤销，中国纺织工业协会成立，计划经济年代传统纺织业逐步退出发展潮流，尤其曾经繁荣几十年的国有大型纺织企业，纷纷破产、倒闭、改制。新兴纺织服装行业开始走上历史舞台，曾经的小作坊，雅戈尔、劲霸、利郎等著名品牌开始主导服装潮流。 同样，作为纺织服装产业的重要技术支撑——纺织计量工作，也随着纺织工业趋势而起伏。1984年我国计量法公布实施以后，在原纺织部主持下，立即组织了纺织专用仪器计量检定规程的制订。1985年4月批准并于1985年10月施行了十九种纺织专用仪器计量检定规程之后，到1995年10月1日止的十年期间，先后共七批发布了66个纺织仪器和标准器的部门计量检定规程。基本覆盖当时纺织工业的所有检测仪器和设备，最重要的是，从检定规程的制定，到发布实施，到标准器的统一，全国联动，政府、行业、部门、企业高度重视，从纺织部到各省的计量站，再到纺织企业计量部门，认真学习，广泛交流，严格执行纺织计量检定规程及相关计量条例，纺织计量的发展达到辉煌。 2001年，国家纺织工业局撤销，此后两年时间内，全国各省纺织工业厅也陆续撤销，加之国家经济体制的改革，计划经济逐步转为市场经济，纺织服装亦不是紧缺产品，传统纺织业开始下滑，甚至倒闭。纺织计量工作也曾一度低靡，2001至2010十年间，基本没有什么发展，甚至许多省份，纺织计量技术部门也遭遇尴尬局面。2006年，根据计量管理要求，纺专仪器的计量要求也由检定改为校准，检定规程取消，由校准规范代替，纺专仪器计量校准规范也随之老化，缺失。 直到2009年，中国纺织工业协会科技发展部于11月30日-12月1日在浙江宁波召开了2009年全国纺织计量校准规范工作会议。来自全国各级纺织计量机构、纺织仪器企业等27家单位38名代表参加会议。会议回顾了纺织计量工作的历史，分析了目前纺织计量工作面临的问题，对进一步开展纺织计量工作达成了几点意见：要抓紧纺织计量校准规范的制修订工作，争取3-5年解决规范老化、缺失问题;尽快组建完善纺织计量技术委员会，全面启动纺织计量工作;大力宣贯纺织计量校准规范，培养纺织计量人才;尽快制定《纺织计量校准规范制修订暂行管理办法》，建立有效工作机制;摸清计量校准规范、计量机构及仪器企业现状，充分发挥各级计量机构和仪器企业等各方面的作用，努力开拓计量工作新局面。 3 纺织计量目前存在的问题 校准规范的老化、缺失问题函待提高完善，目前纺织专用仪器已达100余种，而新的校准规范仅定稿24部，发布实施12部。纺织计量主管部门-纺织计量技术委员会仍有大量工作，政府、企业支持力度不够。 纺织计量标准器需要统一、规范，仪器生产厂家技术参数需要保持一致，同时，进口纺专仪器计量性能要有据可依。 纺专仪器新品种，新产品逐步出现，比如棉纤维气流仪，渗水仪，电热鼓风干燥烘箱，织物透湿量仪，织物透气量仪等仪器的计量校准工作，也需有规程可依，或参照现有同类校准规范，或制订对应规范。 纺织计量技术机构、人员、能力建设等方面薄弱，缺乏监管职能，政府计量管理部门及法定计量技术机构对纺织专项计量工作不够重视，支持力度较弱。 4 关于纺织计量的几点建议 部门重视：纺织计量技术委员会是纺织计量的主管部门，依托国家纺织计量站，应更加高度重视纺织计量工作，在校准规范的完善、信息搜集整理、技术指导、组织交流学习及标准器配置上统一指导协调，并组织制定有关纺织专用计量技术法规，承办有关计量监督管理工作。各省市纺织计量技术机构应积极配合，积极参与。 政府督导：国家质检总局及地方计量行政部门在政策上加大纺织计量工作的政策扶持及纺织专用仪器的日常管理，可考虑将纺织计量纳入地方行政计量管理层面，比如力值、温度、长度、质量等指标。明确纺织计量技术机构的职能和责任，提高对纺织计量工作的重视。 企业支持：纺织计量工作，任重道远，不仅需要部门的重视，还需要整个行业，尤其企业的大力支持，包括仪器厂商和纤维纺织服装企业的配合和支持。 根据全国纺织纤维检验机构状况，31个省、市、自治区、直辖市，除西藏、海南外，各地都有纤维、纺织检验机构。纺织计量应与纤维计量部门有效结合，形成合力，监督管理与技术服务相结合，优势互补，开拓进取，快速发展。强化全国纺织纤维计量机构的信息沟通，促进互相交流，为推动纺织计量工作的发展、纺织检测能力的提高、振兴纺织工业服务。 参考文献 [1]郭明.纺织工业计量与企业节能降耗[J].工业计量，2007(3). [2]纺织工业中新的计量单位系统“SL系统”[J].麻纺织技术，1980(1). 纺织科技论文篇二 阻燃纺织品 摘要： 本文通过阐述纺织品的阻燃机理，介绍了几种阻燃纺织品的加工方法，现阶段常用的评判、测试方法以及阻燃纺织品的发展趋势。 关键词：阻燃纺织品;阻燃机理;加工方法;燃烧性能测试 引言 随着现代化科学技术的发展、纺织工业的进步，纺织品种类不断增多，其应用范围不断扩展延伸到人们生产、生活的各个方面。但纺织品材料一般都易燃或可燃，容易引发火灾事故。据统计，世界上约20%以上的火灾事故都是由纺织品燃烧引起或扩大的，尤其是住宅失火。因此，纺织品的阻燃功能对消除火灾隐患，延缓火势蔓延，降低人民生命财产损失都极为重要。近年来，各国纷纷开展纺织品阻燃技术方面的研究，并制定了相应的纺织品燃烧性能测试方法、阻燃制品标准和应用法规等。 1 纺织品的阻燃机理 所谓“阻燃”，并非阻燃整理后的纺织品在接触火源时不会燃烧，而是使织物在火中尽可能降低其可燃性，减缓蔓延速度，不形成大面积燃烧，离开火焰后，能很快自熄，不再续燃或阴燃[1-3]。 纤维材料的燃烧与阻燃原理 合成纤维的燃烧是材料和高温热源接触，吸收热量后发生热解反应，热解反应生成易燃气体，易燃气体在氧存在的条件下，发生燃烧，燃烧产生的热量被纤维吸收后，又促进了纤维继续热解和进一步燃烧，形成一个循环。对此人们提出了阻燃的基本原理：减少(或者基本没有)热分解气体的生成，阻碍气相燃烧的基本反应，吸收燃烧区域的热量，稀释和隔离空气等。 阻燃剂的阻燃机理 纤维用阻燃剂有：铝镁氢氧化物、含硼化合物、卤硼化合物、卤系阻燃剂、磷系阻燃剂等。不同阻燃剂的阻燃机理有很大的区别。概括起来主要有以下几种。 覆盖机理 在可燃材料中加入阻燃剂后，阻燃剂在高温下可在聚合物表面形成一层玻璃状或稳定泡沫覆盖层以隔热、隔绝空气，起到阻止热传递、减少可燃性气体释放和隔绝氧的作用从而达到阻燃目的。阻燃剂形成隔离膜的方式有两种，一是阻燃剂降解产物促进纤维表面脱水炭化，进而形成结构更趋稳定的交联状固体物质或炭化层，炭化层能阻止聚合物进一步热裂解，还能阻止其内部的热分解产物进入气相参与燃烧过程。含磷阻燃剂对含氧聚合物的阻燃作用即是通过此种方式实现的。二是阻燃剂在燃烧温度下分解成不挥发的玻璃状物质包覆在聚合物表面起隔离膜的作用，硼系和卤化磷类阻燃剂具有类似特征。 不燃性气体窒息机理 阻燃剂受热分解出现不燃性气体，将纤维燃烧分解出来的可燃性气体浓度冲淡到能产生火焰浓度以下，同时稀释燃烧区内的氧浓度，阻止燃烧继续进行，又由于气体的生成和热对流带走了一部分热，从而达到阻燃作用[4-5]。 吸热机理 任何燃烧在短时间所放出的热量有限，如果能在短时间内吸收火源所放出的部分热量，火焰温度就会降低，辐射到燃烧表面和作用于自由基的热量就会减少，燃烧反应受到抑制。 高温条件下，阻燃剂发生吸热脱水、相变、分解或其他吸热反应，降低纤维表面及燃烧区域的温度，降低可燃物表面温度，有效地抑制可燃性气体的生成，阻止燃烧的蔓延，最终破坏维持聚合物燃烧的条件，达到阻燃目的。如铝、镁及硼等无机阻燃剂，充分发挥其结合水蒸气时大量吸热的特性，提高自身的阻燃能力。 自由基控制机理 根据燃烧的链反应理论，维持燃烧的是自由基。阻燃剂在气相燃烧区捕捉燃烧反应中的自由基，阻止火焰的传播，使燃烧区的火焰密度下降，最终使燃烧反应速度下降直至终止。如含卤阻燃剂的蒸发温度和聚合物分解温度相同或相近，当聚合物受热分解时，阻燃剂也同时挥发出来，此时含卤阻燃剂与热分解产物同时处于气相燃烧区，卤素便能够捕捉燃烧反应中的自由基，阻止火焰的传播，使燃烧区的火焰密度下降，最终使燃烧反应速度下降直至终止[6-7]。 催化脱水机理 阻燃剂在高温下生成具有脱水能力的羧酸、酸酐等，与纤维基体反应促进脱水炭化，减少可燃性气体的生成。 2 阻燃纺织品的加工方法 研究织物的阻燃技术是指通过物理或化学的方法赋予织物一定的阻燃性能，降低材料的可燃性，减慢火焰蔓延速度，其实质是破坏织物中纤维的燃烧过程。近年来，世界各国主要从以下两个方面来开展对织物阻燃技术的研究：一是生产阻燃纤维;二是对织物进行阻燃整理[8-9]。 阻燃纤维的制造 纤维阻燃的途径是阻止或减少纤维热分解，隔绝或稀释氧气，快速降温使其终止燃烧。为实现上述目的，一般是将有阻燃功能的阻燃剂通过聚合物聚合、共混、共聚、复合纺丝、接枝改性等加入到化纤中或用后整理方法将阻燃剂涂在纤维表面或渗入纤维内部。在实际应用中，往往采用多种阻燃剂，以两种以上方式协同效应达到阻燃效果。 共聚法 现行的阻燃腈纶和涤纶大多数采用共聚方法生产，其技术已较成熟。由于阻燃元素结合在成纤高分子链上，因此阻燃性能持久，对纤维的其他性能影响较小，采用这种方法生产的阻燃腈纶通常称为改性腈纶。 共混法 共混法技术具有生产简便、品种更换灵活等特点，因此是阻燃纤维开发的重要技术路线，几乎所有阻燃化学纤维均可采用这种方法制备。 接枝法 主要用于制备阻燃涤纶或混纺织物，其方法有化学法、辐射法和等离子体法，接枝体都为具有不饱和双键的化合物。接枝法技术使用灵活，既可用于纤维也可用于织物的阻燃，但因成本高、设备较复杂而还没有工业化。 皮芯复合纺丝法 以共混或共聚阻燃高聚物为芯、普通高聚物为皮，通过复合纺丝制成的阻燃复合纤维可避免阻燃纤维变色和耐光性差的问题，提高阻燃性能的稳定性和染色性能，但加工设备要求高。 本质阻燃纤维 按性能分类，阻燃纤维可分为阻燃常规改性纤维和阻燃高性能纤维，阻燃常规改性纤维以阻燃涤纶和腈纶产量最大，由于航空航天等尖端高技术和军事工业发展的需要，阻燃高性能纤维得到越来越广泛的应用。阻燃高性能纤维主要包括芳香族聚酰胺Nomex和Kevlar，聚酰亚胺如法国的Kermal，聚砜酰胺，聚芳酣，聚酚醛树脂，聚四氟乙烯，以及陶瓷、玻璃等纤维。 织物的阻燃整理 织物的阻燃整理是通过吸附沉积、化学键合、粘合作用使阻燃剂覆在织物上。当遇到火种时发生物理和化学反应，从而达到阻燃效果。 喷涂 适宜于不需洗涤织物或洗涤次数极少的装饰织物和建筑用织物，如地毯、墙布等。喷涂加工后一般不经水洗等后处理，对阻燃剂的选择要求不高，工艺简单，操作简便。 浸轧和浸渍 适宜于加工睡衣、床上用品和家具用品等，也可加工外衣。要求阻燃剂的耐洗牢度优良。可结合其他特种功能――浴浸轧型整理，也可分步加工。此种加工方式工艺复杂，适用范围广，成本较喷涂高。 涂层 适宜于加工劳动保护服，以及装饰织物。对阻燃剂的选择要求较高，要求阻燃性和耐热性好。在加工过程中，一般与其他特种功能涂层同时进行。 3 阻燃织物的测试 GB/T17591―2006《阻燃织物》标准规定了阻燃织物的产品分类、技术要求、试验方法、检验规则、包装和标志，适用于装饰用、交通工具内饰用、阻燃防护服用的机织物和针织物。 评判标准 评判织物的阻燃性能通常采用两种标准：一是从织物的燃烧速度来进行评判，即经过阻燃整理的面料按规定的方法与火焰接触一定的时间，然后移去火焰，测定面料继续有焰燃烧的时间和无焰燃烧的时间，以及面料被损毁的程度。有焰燃烧的时间和无焰燃烧的时间越短，被损毁的程度越低，则面料的阻燃性能越好;反之，则表示面料的阻燃性能不佳。 另一种是通过测定样品的极限氧指数来进行评判。面料燃烧都需要氧气，氧指数LOI是样品燃烧所需氧气量的表示，故通过测定氧指数即可判定面料的阻燃性能。氧指数越高则说明维持燃烧所需要的氧气浓度越高，即表示越难燃烧。该指数可用样品在氮、氧混合气体中保持燃烧所需氧气的最小体积百分数来表示。从理论上讲，纺织材料的氧指数只要大于21%，其在空气中就有自熄性。根据氧指数的大小，通常将纺织品分为(LOI<20%)、可燃(LOI=20%～26%)、难燃(LOI=26%～34%)和不燃(LOI>35%)4个等级。事实上，几乎所有常规纺织材料都属易燃或可燃的范围。 测试方法 燃烧试验方法主要用来测试试样的损毁长度、面积，续燃时间和阴燃时间，火焰蔓延速率等指标。 根据试样与火焰的相对位置，可分为垂直法、倾斜法和水平法。国际上对纺织材料的燃烧性能测试方法的标准化已经相当全面和完善，包括ISO、ASTM、BS、JIS在内的国际和国外先进标准都各自有10余项相关的测试方法标准，如：GB/T5454―1997《纺织品燃烧性能试验氧指数法》、GB/T5455―1997《纺织品燃烧性能试验垂直法》、GB/T5456―2009《纺织品燃烧性能试验垂直方向火焰蔓延性能的测定》，GB14645《纺织织物 燃烧性能 45°方向损毁面积和接焰次数测定》，FZ/T01028《纺织织物 燃烧性能测定 水平法》等。 中国目前对于服装阻燃性能的测试主要采用GB/T5455―1997《纺织品燃烧性能试验垂直法》。其原理是将一定尺寸的试样垂直于规定的燃烧试验箱中，用规定的火焰点燃12 s除去火源后，测定试样的续燃时间和阴燃时间，阴燃停止后，按规定的方法测出损毁长度。 4 阻燃纺织品的发展趋势 随着纺织技术的快速发展，我国的阻燃纺织品近年来也获得了长足的进步，并呈现出不同的发展趋势。 功能复合化 阻燃功能纺织品除早期的阻燃防热辐射、阻燃抗静电以外，近年来根据纺织品面料应用场所不同提出了新的要求，如日本专利报道的用于浴室等潮湿环境下的窗帘、帷幕等，除阻燃外，还要求防霉和拒水;用于服用、沙发和床单等面料要求阻燃外还需具有卫生保健功能。在军事领域，作战服和军事装备的伪装材料不仅要求具有阻燃性，还要求具有防伪功能。在我国，阻燃抗静电纺织品研究较成熟，对阻燃拒水和拒油产品也有研究，具有卫生保健功能的纺织品开发值得关注。 绿色环保化 阻燃纤维的绿色化，是指减少生产过程对环境和操作人员的毒害作用，防止纤维对穿用人产生不良影响，火灾发生时，不会产生“二次毒害”。这是因为，阻燃纤维所用阻燃剂一般含有卤、磷、硫等元素，大都具有较大的毒性，在阻燃剂合成和纤维生产过程中会对操作人员产生一定的毒害作用，其“三废”的排放会带来较严重的环境污染。从环境保护、人类安全和阻燃效率的角度出发开发无卤、高效、低烟、低毒的环境友好型阻燃纺织品是未来的发展趋势。有机硅系阻燃剂作为典型的无卤阻燃剂，具有高效、无毒、低烟、无污染的特点，并具有改善分散性和加工性能的特点。 高技术化 高技术纤维是随着高新产业的发展需要而开发出来的一系列具有高性能、高功能的纤维。高技术纤维在生产工艺中应用发展了一系列新技术，如静电纺丝、凝胶纺丝、膜裂纺丝、液晶纺丝、离心纺丝等，给合成纤维工业带来新的生命。高技术耐高温阻燃纤维是其中的一个重要分支，高技术型阻燃纤维由于自身独特的化学结构，无须添加阻燃剂或进行改性，本身就具有耐高温阻燃的特性。如聚丙烯腈预氧化纤维(OPANF)、聚苯并咪唑(PBI)纤维、聚间苯二甲酞二胺(MPIA)纤维、三聚氰胺缩甲醛纤维(MF)等。 舒适型阻燃纤维 在高温、强热辐射及有明火的环境中，作业人员必须穿着阻燃防护服或热防护服。在上述条件下，人的热负荷过高，难以长时间坚持正常的工作效能。因此对于阻燃纺织品而言，必须兼顾纺织品的舒适性。对于阻燃纤维而言则应兼顾阻燃性能、可纺性能和热湿舒适性能。 参考文献： [1]邱发贵.阻燃纺织品加工方法及发展趋势[J].高科技纤维与应用，2007，32(5)：34-36、44. [2]周向东.国内外用于纺织品阻燃剂的发展动态[J].阴燃助剂，2008，25(9)：6-9. [3]LEWIN novel system for flame retarding polyamides[C].Recent advances in flame retardancy of polymeric materials Norwalk，CT：Business Comnunications Co.,2001,12：84-96. [4]方志勇.我国纺织品阻燃现状及发展趋势[J].染料与染色，2005，42(5)：46-48. [5]刘立华.环保型无机阻燃剂的应用现状及发展前景[J].化工科技市场，2005(7)：8-10. [6]眭伟民.阻燃纤维及织物[M].北京：纺织工业出版社，1990. [7]蔡永源.高分子材料阻燃技术手册[M].北京：北京化学工业出版社,1993. [8]位丽.国内外阻燃家用纺织品的要求及发展方向[J].纺织科技进步，2009(5)：25-26、62. [9]于学成.谈织物的阻燃整理[J].丹东师专学报，2003，(6)：140-141. (作者单位：浙江省纺织测试研究院)
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随意推荐两篇，谨供参考1、国内外铸造生产线设计生产中的问题及解决办法 一．概述 随着国民经济的不断发展，近年来对铸件的要求越来越高，特别是汽车发动机缸体、缸盖类铸件，不仅要求材质好，而且还要求尺寸精度高、表面光法、重量轻。为此，作为影响铸件质量的关键工部件造型工部，纷纷采用新的工艺和设备，以满足铸件质量和产量的要求。据不完全统计，我国引进的高压造型线、气冲造型线、静压造型线已有60条左右；国内自己设计制造的高压造型线、气冲造型线已有70余条。 从使用情况来看，这些造型线确实为我国的铸件产量和质量的提高起了很重要的作用，但与我们的希望来比，还很不够。进口线的实际生产率一般在设计能力的5080%，国产线现在使用的估计只占50%，而在这50%中，开动率也较低，出现以上现象的原因是多方面的，归纳起来大概有以下几方面。 二．存在问题 1．设计存在的问题 由于造型线设备复杂，动作多，逻辑性强，因此，设计中就难免有考虑不周的地方，特别是造型线设计的初期，问题更多，比如：材质选用不合理，元件选用不当，逻辑关系不强等。这就决定了我国早期的高压线多数运行状况不太理想。比如：某大厂在70年代初期设计了一条高压造型线，制造安装后一直没有使用，其主要原因是：设计时许多辅机上的垂直液压缸原始位置设在中间位置，由于国产液压阀的泄漏，致使许多辅机不能处在原始位置；运行部件没有考虑制造的误差及液压泄漏，经常相碰，该联锁的电器上也没有联锁，放了这么多年，给工厂带来了很大的经济损失，听说最近要拆掉。国内如此，国外的造型线也同样存在设计上的不足，比如某厂引进一条高压造型线，由于设计时没有考虑砂箱走边的检测及清扫，以至砂箱的进翻箱机时经常卡死，甚至把翻箱机顶坏。还有一家厂引进的静压造型线在设计时工艺性考虑的不周，使上箱在下箱上边翻箱，从而导致造好的下箱内腔掉进砂子，造成铸件缺陷。 2．设备可靠性差 影响设计可靠性的因素主要有设计、制造、安装、生产管理、维修等。 设计中零件选用不当，材质选用不合理，是影响可靠性的重要原因之一，过去着重强调了国产化和降低成本，因此，元器件全为国产件。但由于国产无器件质量不过关，严重影响了造型线的开动率。比如：由于机械传动的误差，会导致转运车上的轨道与冷却道轨道对不准，致使输送器小车和砂箱脱轨，造成较长时间的停车；同样规格的密封件，国产的只能用3～6个月，而进口的能用12年；同样的管接头，国产的就漏油，进口的就不漏油，仅此一项，某一条造型线严惩时每年将漏油200多吨，价值100多万元；由于接近开关发讯不准，也常导致误动作造成停车；液压阀及气动阀的泄漏和精度不高，也是影响造型线开动率的主要因素。比如某厂造型机的控制不仅有电器联锁，而且有气动联锁，气动控制管路的管子是Φ8×1的，连接的管接头较多，由于管接头及气阀的漏气，常使控制气路压力降低，不能使气阀动作，为此，不得不冒险将部分联锁取消。 制造质量的好坏，也将影响造型线的开动率，包括内在质量和尺寸精度。比如：由于加工精度达不到要求，造成设备移动部分和固定部分相碰，定位不准等故障；由于元件的材质或热处理达不到要求，将影响设备的使用寿命和可靠性；由于液压系统的清理不干净，导致油液污染，使阀卡死的现象也经常出现。我到过一个现场，两台主机的工作台同样是球铁的，一台球化好了，用了几年就没问题，而另一台，没有多久就坏了，断面象马蜂窝似的。再如，某厂引进的气冲线96年投产以来，主机工作台油缸已更换了三次，第一次没过保质期就坏了，结果索赔了一台，此后，每两三年更换一次。另外，电线接头长时间使用后引起松动，也导致坏电路二三次。安装不按规范，偷工减料，也是造成可靠性差的重要原因之一。比如：安装时对管子不按规范进行清洗，该氩弧焊的用普通焊代替，造成管子里边有焊渣；该装管夹的地方不装或少装，造成管子震动，管接头松动，时间一长开始漏油；该用RVV软线的地方，用KVV代替，宜造成断路；该用螺栓固定的地方一焊了之，等等。 3．维修困难 由于设计人员现场经验不足，设计出来的设备往往只注意功能性，而没有注意维修容易，比如有些易损件或耐磨件，在制造厂装配时依次可以装上，但如果使用过程中磨损了，需要更换，则必须大卸八块，才能换上。这样，既费时，又影响了整个设备的精度。再如，过去将滤网放在泵的吸油口，并埋在油箱内，由于油的污染，经常要对滤网进行清理，但清理一次滤网必须先把油抽干净，而不是将滤网放在回油管上，清洗更换都方便。在阀箱里或多管平行的地方，安装管夹时，没有留出足够的维修空间，一旦一根管子漏油，必须选把别的管子拆掉，才能拧紧，形象地说，就跟栽葱的一样。制造过程中不注意质量，零件严重超差，也是造成维修困难的一个重要原因。比如一个零件与另一个零件为过度配合，由于加工超差，装配时变成了过盈配合，一旦零件出了问题需更换时，就很难取出。还有，经常拆装的缸端管接头，不用球铰接头，而用端直角接头，从而给维修带来困难。安装时只顾管子、电线走向，而忽略维修的可能性的情况也是常有的，比如，有些设备距地沟壁有一定的距离，本来是作为维修空间用的，但安装时不注意，觉得走管子或电缆桥架挺方便的，就装上了，但使用维修时就叫苦了。 4．生产任务不足，成本较高 在市场经济的今天，铸件成本的高低显得越来越重要了。近几年来，由于乡镇和民营铸造企业的蓬勃发展以及城市的环境保护要求，再加上乡镇和民营铸造企业的成本较低，企业经营灵活，这些企业的铸件在市场上的份额越来越大，从而导致一些具有造型线的大中型企业生产能力不足。例如：现在许多厂爱“开三停四”，一个月上半个月的班，由原来的两班或三班改为单班，经常放长假等。造型线的运行成本较高，也是影响使用的一个因素。如果开动造型线，必须所有设备开动，包括相关工部的设备，这样，用电量较大，同时，所有人员都得到岗，再加上漏油损失，在产量少的情况下，开机将很不划算。比如：有一个厂原来产量很大，上了一条气冲造型线，后来，产量锐减，开动造型线明显不划算，再加上实行成本核算，只好将造型线封存，改为地面造型。 5．管理不善 没有通盘计划，各自为政的现象严重，致使一些企业不考虑自己的实际情况，盲目上马，但后来由于资金不足，产品不对路等原因，造成虽已有较大投入，但尚未形成生产能力而闲置着的设备数量也不少。 企业内部管理不善，主要表现为：维修人员责任不明确，没有明确的设备维修制度，备件采购和维修脱节，维修人员素质较低，工资待遇差等。经常看到这样的现象：操作工上班时维修工在休息，操作工下班了维修工也下班了，至少设备是否需要备件，是否带病工作，是束需要维修，没有人去管，只有设备实在开不动了，才去修理，而这时换上的备件往往又不合适。比如某厂造型线上的备件是由设备科来组织，线上该备什么，备多少，基本不与维修人员通气，买来的备件也不与造型线上实际使用的实物对照，因此，常常出现原来是24伏的阀，更换时变成了220伏；应该是内控内泄阀，更换时变成了内控外泄阀；加工的备件更换时才发现超差等现象，从而影响生产。 6．各工部不匹配 由于国内外铸造设备的标定生产率与实际相差很大，所以，经常导致铸造车间各工部不匹配，从而影响造型线的开动率，据不完全统计，一般造型线由于各工部不匹配而占停机时间约为30-50%左右。例如有一个厂，在车间设计时引进了一条造型线，但其它工部选用国产设备，投入使用后出现两个问题：一是其它工部设备故障率高，严重影响了造型线的开动率，使造型线处于半停产状态；二是混砂能力不够，国产混砂机的混砂能力在实际实用中只能达到名义能力的一半左右，而设计时按名义能力考虑，因此，造成这样的后果。该车间这样生产了大概三、四年，厂里下决心又对砂处理工部进行了改造，目前，使用情况良好。 三．解决问题的办法 要想将一条造型线用好，无非要作好“防”和“备”两方面的工作，“防”是防止问题的出现，“备”是防不胜防时，出现问题了要有所准备，将问题尽快解决。但要做到这两点，必须在以下方面下功夫。 1．加强学习，吸引国内外先进技术和经验，以防为主 设计人员的素质直接影响到造型线的水平，只有设计水平提高了，才有可能制造出好的造型线。为此，设计人员必须掌握国内外的先进技术和设备，并不断总结经验，逐步提高，使设计水平从“小学”提高到“大学”。近年来，我国铸造设备设计人员已充分意识到这一点，通过他们的努力，再加上生产实践、消化吸引国外先进的工艺和技术，我国铸造设备设计水平大大提高，他们不仅具有了设计出高水平造型线的能力，而且具有现场动手的能力，通过不断改进，已设计出多条布置合理，性能可靠的造型自动线。这些改进有：工艺方面：由气动微震改为高压造型，再发展为气冲造型、静压造型、触头式动力撞击造型等。使设备越来越简单，工艺性越来越好。可靠性方面：过去造型线控制用顺控器控制，设备又庞大，故障又多，维修也困难，但有了PC以后，我们马上用在造型线控制上，目前，基本上没有人说电器有问题了；过去辅机及转运车为了实现慢--快--慢的动作，用子母电机或行程阀控制，现在有了调频电机和比例阀，很容易就解决了，可靠性也得到了提高；过去动作检测发讯用行程开关，现在用接近开关或编码器；过去由于油温过高，常使密封件容易老化，产生漏油等现象，严重影响造型线的开动，针对这一原因，现在增加了液压油冷却面积，改变溢流阀型号，使无负荷时泄荷，而不是溢流，减少产生热量的原因，降低落同温；活塞式蓄能器改为囊式蓄能器，性能可靠，动作灵敏；将不可靠的国产元件改为进口元件等。维修方面：一条造型线再好也不可能一点问题没有，但出了问题很难解决，设计水平就不能说很高，为此，设计人员也下了很大功夫。便好：过去液压系统出了故障，必须先把系统卸荷，回油完了再维修，现在将阀箱带在设备上，并在进出油口各加一个截止阀，维修时阀一关就行了，十分方便；还有，经常拆装的较大零件，设计时直接设计上两个吊装孔，使维修变的十分方便。专业设计方面：过去许多大厂车间设计由自己的技术人员来完成，但由于受专业和实际经验的限制，设计完成后问题较多，特别是各工部不匹配的现象普遍存在。因此，铸造项目最好不要请非专业的技术人员来设计，要请专业的设计院所来设计，这样，就会少出错或不出错，不走弯路。 2．强化质量意识，提高产品质量 “质量就是生命”这句话我们大家都很熟悉，但在实际中对质量的认识还很不够，还应该加强，使每一个员工意识到没有质量，就没有生存。一切操作按规范进行，绝对禁止为了一点小利进行偷工减料的行为。过去经常有这样的事，图纸归图纸，加工归加工，加工的人不看图纸要求，设备做成什么就是什么，比如端直通管接头的螺纹孔，由于要靠组合垫密封，图纸上螺纹孔和端面的锪平面有垂直度要求，但机加工工人是不管的，甚至不锪平，所以，容易造成漏油。还有多个螺钉固定的设备，往往有几个螺钉孔对不上，因此，把螺钉磨成丝锥一样拧进去或不拧。当然，经过这么多年的生产实践，许多厂已意识到质量的重要性，加工手段也提高了许多，比如现在许多厂用专机或加工中心加工砂箱，过去自己制造的油缸现在也外协到专业油缸厂制造。另外，必须提高基础件的质量，过去同样级的螺钉固定液压阀，进口的就不漏油，国产的就漏油。减速机内的齿轮，要求是硬齿面，耐实际是软齿面，用不了多外就坏，等等。 3.加强管理，健全维修制度，有备无患 首先上级主管部门要根据企业的具体情况，决定是否要上造型线，把好第一关，避免上了一半而中途下马，经国家和企业造成经济损失。如果上了造型线，企业内部必须加强管理，与造型线有关人员必须责、权、利分明，谁出了问题，谁负责任，谁来解决。要有严格的管理制度，注意各工部之间的匹配，注意人材的培养和合理利用。再好的一条线，如果管理维修跟不上，也不可能用好。因此，必须重视维修人员的素质。维修人员必须对造型线非常了解，明白每一个零件的用途，平时要进行预检预修及巡检，出了故障能很快正确地判断并及时排除。我到过一个现场，维修人员没见过造型线的液压原理图，对全线的动作原理不清楚，因此，出了故障手忙脚乱，最后捣鼓一通能用为止，究竟出了什么问题，怎样解决却不清楚。因此，大大影响了开动率。象这种状况，以后必须改进。备品备件的管理对自动化流水生产线来说，显得特别重要，建议此项工作由专人管理。备件清单的提供要与造型线上的需要一致，进货后要与造型线核对，并分类保管，保管条件要符合材质的要求，定期对备件进行检查，对过期的零件清理出去，及时补充新的零件。要做到造型线使用的备品备件随时能准确无误地提供，从而，确保造型线正常运转。总之，要用好一条造型，不是一件简单的事，几十台设备、一、二百个点，每天都毫无差错地运行，不仅要从设计、制造、安装、调试、维修、备品备件等造型线本身方面来下工夫，而且要从生产管理、各工部协调匹配、正确确定工艺参数等方面下功夫。随着技术水平、制造水平，加上设计人员的设计水平和使用者管理水平的不断提高，国产造型线一定能制造好，使用好。 刘小龙 2、浅谈如何提高压铸模寿命 材料自身存在的缺陷、维修和保养的方法都是会影响压铸模的寿命的。本文从后者来介绍如果提高压铸模的寿命，并列举了压铸模常见的故障原因及排除方法。 压铸模由于生产周期长、投资大、制造精度高，故造价较高，因此希望模具有较高的使用寿命。但由于材料、机械加工等一系列内外因素的影响，导致模具过早失效而报废，造成极大的浪费。 压铸模失效形式主要有：尖角、拐角处开裂、劈裂、热裂纹(龟裂)、磨损、冲蚀等。造成压铸模失效的主要原因有：材料自身存在的缺陷、加工、使用、维修以及热处理的问题。 1、材料自身存在的缺陷 众所周知，压铸模的使用条件极为恶劣。以铝压铸模为例，铝的熔点为580-740℃，使用时，铝液温度控制在650-720℃。在不对模具预热的情况下压铸，型腔表面温度由室温直升至液温，型腔表面承受极大的拉力。开模顶件时，型腔表面承受极大的压应力。数千次的压铸后，模具表面便产生龟裂等缺陷。 由此可知，压铸使用条件属急热急冷。模具材料应选用冷热疲劳抗力、断裂韧性、热稳定性高的热作模具钢。H13(4Cr5MoV1Si)是目前应用较广泛的材料，据介绍，国外80％的型腔均采用H13，现在国内仍大量使用3Cr2W8V，但3Cr2W8VT_艺性能不好，导热性很差，线膨胀系数高，工作中产生很大热应力，导致模具产生龟裂甚至破裂，并且加热时易脱碳，降低模具抗磨损性能，因此属于淘汰钢种。马氏体时效钢适用于耐热裂而对耐磨性和耐蚀性要求不高的模具。钨钼等耐热合金仅限于热裂和腐蚀较严重的小型镶块，虽然这些合金即脆又有缺口敏感性，但其优点是有良好的导热性，对需要冷却而又不能设置水道的厚压铸件压铸模有良好的适应性。因此，在合理的热处理与生产管理下，H13仍具有满意的使用性能。 制造压铸模的材料，无论从哪一方面都应符合设计要求，保证压铸模在其正常的使用条件下达到设计使用寿命。因此，在投入生产之前，应对材料进行一系列检查，以防带缺陷材料造成模具早期报废和加工费用的浪费。常用检查手段有宏观腐蚀检查、金相检查、超声波检查。 (1) 宏观腐蚀检查。主要检查材料的多孔性、偏柝、龟裂、裂纹、非金属夹杂以及表面的锤裂、接缝。 (2) 金相检查。主要检查材料晶界上碳化物的偏析、分布状态、晶料度以及晶粒间夹杂等。 (3) 超声波检查。主要检查材料内部的缺陷和大小。 2、压铸模的加工、使用、维修和保养 模具设计手册中已详细介绍了压铸模设计中应注意的问题，但在确定压射速度时，最大速度应不超过100m/S。速度太高，促使模具腐蚀及型腔和型芯上沉积物增多；但过低易使铸件产生缺陷。因此对于镁、铝、锌相应的最低压射速度为27、18、12m/s，铸铝的最大压射速度不应超过53m/s，平均压射速度为43m/s。 在加工过程中，较厚的模板不能用叠加的方法保证其厚度。因为钢板厚1倍，弯曲变形量减少85％，叠层只能起叠加作用。厚度与单板相同的2块板弯曲变形量是单板的4倍。另外在加工冷却水道时，两面加工中应特别注意保证同心度。如果头部拐角，又不相互同心，那么在使用过程中，连接的拐角处就会开裂。冷却系统的表面应当光滑，最好不留机加工痕迹。 电火花加工在模具型腔加工中应用越来越广泛，但加工后的型腔表面留有淬硬层。这是由于加工中，模具表面自行渗碳淬火造成的。淬硬层厚度由加工时电流强度和频率决定，粗加工时较深，精加工时较浅。无论深浅，模具表面均有极大应力。若不清除淬硬层或消除应力，在使用过程中，模具表面就会产生龟裂、点蚀和开裂。消除淬硬层或去应力可用：①用油石或研磨去除淬硬层；②在不降低硬度的情况下，低于回火温度下去应力，这样可大幅度降低模腔表面应力。 模具在使用过程中应严格控制铸造工艺流程。在工艺许可范围内，尽量降低铝液的浇铸温度，压射速度，提高模具预热温度。铝压铸模的预热温度由100～130℃提高至180～200℃，模具寿命可大幅度提高。 焊接修复是模具修复中一种常用手段。在焊接前，应先掌握所焊模具钢型号，用机械加工或磨削消除表面缺陷，焊接表面必须是干净和经烘干的。所用焊条应同模具钢成分一致，也必须是干净和经烘干的。模具与焊条一起预热(H13为450℃)，待表面与心部温度一致后，在保护气下焊接修复。在焊接过程中，当温度低于260℃时，要重新加热。焊接后，当模具冷却至手可触摸，再加热至475℃，按25mm/h保温。最后于静止的空气中完全冷却，再进行型腔的修整和精加工。模具焊后进行加热回火，是焊接修复中重要的一环，即消除焊接应力以及对焊接时被加热淬火的焊层下面的薄层进行回火。 模具使用一段时间后，由于压射速度过高和长时间使用，型腔和型芯上会有沉积物。这些沉积物是由脱模剂、冷却液的杂质和少量压铸金属在高温高压下结合而成。这些沉积物相当硬，并与型芯和型腔表面粘附牢固，很难清除。在清除沉积物时，不能用喷灯加热清除，这可能导致模具表面局部热点或脱碳点的产生，从而成为热裂的发源地。应采用研磨或机械去除，但不得伤及其它型面，造成尺寸变化。 经常保养可以使模具保持良好的使用状态。新模具在试模后，无论试模合格与否，均应在模具未冷却至室温的情况下，进行去应力回火。当新模具使用到设计寿命的1/6～1/8时，即铝压铸模10000模次，镁、锌压铸模5000模次，铜压铸模800模次，应对模具型腔及模架进行450—480℃回火，并对型腔抛光和氮化，以消除内应力和型腔表面的轻微裂纹。以后每12000～15000模次进行同样保养。当模具使用50000模次后，可每25000～30000模次进行一次保养。采用上述方法，可明显减缓由于热应力导致龟裂的产生速度和时间。 在冲蚀和龟裂较严重的情况下，可对模具表面进行渗氮处理，以提高模具表面的硬度和耐磨性。但渗氮基体的硬度应在35-43HRC，低于35HRC时氮化层不能牢固与基体结合，使用一段时间后会大片脱落：高于43HRC，则易引起型腔表面凸起部位的断裂。渗氮时，渗氮层厚度不应超过，过厚会于分型面和尖锐边角处发生脱落。 3、热处理 热处理的正确与否直接关系到模具使用寿命。由于热处理过程及工艺规程不正确，引起模具变形、开裂而报废以及热处理的残余应力导致模具在使用中失效的约占模具失效比重的一半左右。 压铸模型腔均由优质合金钢制成，这些材料价格较高，再加上加工费用，成本是较高的。如果由于热处理不当或热处理质量不高，导致报废或寿命达不到设计要求，经济损失世大。因此，在热处理时应注意以下几点： (1) 锻件在未冷至室温时，进行球化退火。 (2) 粗加工后、精加工前，增设调质处理。为防止硬度过高，造成加工困难，硬度限制在25-32HRC，并于精加工前，安排去应力回火。 (3) 淬火时注意钢的临界点Ac1和AC3及保温时间，防止奥氏体粗化。回火时按20mm/h保温，回火次数一般为3次，在有渗氮时，可省略第3次回火。 (4) 热处理时应注意型腔表面的脱碳与增碳。脱碳会记过迅速引起损伤、高密度裂纹；增碳会降低冷热疲劳抗力。 (5) 氮化时，应注意氮化表面不应有油污。经清洗的表面，不允许用手直接触摸，应戴手套，以防止氮化表面沾有油污导致氮化层不匀。 (6) 两道热处理工序之间，当上一道温度降至手可触摸，即进行下道，不可冷至室温。
我有一篇原创的论文，请参考。桑拿天气对冲天炉熔炼的影响及预防措施摘要：高温潮湿闷热天气使冲天炉熔炼不正常，熔化率下降，铸件气孔缺陷增加。采用调整鼓风机风量及炉料比例、加强炉料管理及炉前脱气处理等措施，取得了明显效果。关键词：高温；潮湿；气孔；脱气；风量山东省临沂市风机厂生产的冲天炉专用鼓风机具有风压高、流量变化小、重量轻、结构简单、耗电少、噪音低等特点，广泛应用于冲天炉熔炼等强制鼓风场合，深得用户好评。进入夏天后，很多用户来检修风机并反映：与春节期间相比冲天炉熔化率降低、熔化不正常、铸件气孔增加、废品率上升，而各方面都未变化（如风口、炉料、操作），鼓风机经检修又无问题，令人百思不得其解。无独有偶，我厂铸造车间（冲天炉为4t/h二排大间距冷风、配套45kW的HTD85-21鼓风机）亦出现了上述问题，熔化率由4t/h降至3t/h，生产的轴承箱体部分出现了气孔，这在以前是从未有过的事情。1 原因分析 熔化率下降的原因分析 风量的影响夏季气温高、空气体积膨胀大，空气密度比冬天低约10%，而粘度系数则是冬天的倍。夏天同样的进风量其重量要比冬天少约10%，即氧气量少了；同时粘度系数增加，导致进风速度下降。进气量不足，造成底焦燃烧不充分，导致熔化率降低，铁液温度下降，使铁液中的气体、氧化物、硫化物等杂质进入型腔而造成气孔或渣气孔。进风量是影响焦炭燃烧、熔化率的一个重要因素。 风压的影响风机的压力与空气的温度有如下关系（忽略大气压力的变化）：P1/P2=（T+t2）/(T+t1)式中 P1——气温为t1时的压力P2——气温为t2时的压力T=273℃例如：在冬天气温为-10℃，夏天为38℃工作的一台鼓风机，它的压力变化：P1=，即在夏天时鼓风机的压力要比冬天低。风压低不利于克服沿途的各种阻力，气流不能射入炉心，炉膛断面供风不均匀，不能改善中心焦炭的燃烧，不利于提高铁液温度，同时也致使熔化率下降。 产生气孔的原因分析送风湿度与铸造缺陷有密切关系，夏天空气湿度比冬天高，空气中的水汽进入炉内分别与赤热的焦炭、铁液接触相互作用，产生大量H2，发生吸热反应，故降低炉温。产生大量H2会大幅增加铁液的吸气程度，铁液中的H2量超过时，铁液在型内冷却过程中，H2来不及排出，会在铸件表皮下形成1～3mm的气孔。炉温降低会加重铁液氧化，FeO含量增多，炉内Mn、Si等元素烧损加大，这样的铁液白口倾向严重、凝固快、流动性差、质量不好，浇注的铸件极易产生氧化性气孔。铁液温度随送风湿度增大而呈线性降低，过高的湿度除影响铁液温度外，还影响冲天炉的熔化率、铸件化学成分和白口深度。2 预防措施为减轻高温潮湿天气对铁液质量的不利影响，提高铁液温度是关键，即常说的“高温治百病”。除避开雨雾湿热极端天气熔炼外，我们还采取了一些措施，熔炼达到正常，使铁液温度稳定在1420—1440℃，废品率明显下降。 调整鼓风机风量遇桑拿天气应增大送风量12%，打开进风调节闸门，适当加大电机电流，但不得超过电机的额定电流，防止烧坏电机。若电机已达额定电流、鼓风机满负荷工作，在无法直接加大送风量的情况下，可适当降低料柱高度或缩小风口区的直径。 调整炉料比例增加底焦高度和层焦量约10%,适当降低废钢用量，尽量不用铁屑饼，以减轻炉内氧化性气氛和铁液吸气量。 加强炉前脱气处理在出铁槽随流加入的稀土合金，对铁液进行脱氧去硫，净化铁液；扒净铁液表面的浮渣后，用烘干好的覆盖剂盖严包面，减少二次氧化、吸气。 严格炉料管理将炉料室内存放，保持干燥；万不得已露天存放时，遇雨雾潮湿天必须苫盖，特别是生铁、焦炭；筛选焦炭，大小相差不宜过分悬殊，即块度均匀、适中；破碎回炉料，减小炉料块度，清除干净炉料的杂质（如芯砂）；孕育剂、覆盖剂、铁合金等使用前必须充分烘烤，去除水分；出铁槽、炉衬、包衬烘烤至暗红色。 规范操作当天造好的铸型当天浇注，减少吸潮，避免铸型长时间停放；严格配料、称量，保持适当高度的料柱；按规程操作，确保不出现事故，只有保持“四稳”（炉膛尺寸稳定、底焦高度稳定、风量控制稳定、合格炉料稳定）、“三通”（保持风口、渣口、出铁口明亮、通畅、干净），才能熔化稳定，铁液优良。3 结束语采取相应措施后，冲天炉熔炼正常，铁液质量稳定，熔化率恢复到正常水平，铸件气孔废品率下降8%-10%,为用户解决了技术难题，为企业赢得了经济效益和社会效益。
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汽车前照灯是在夜间行驶的主要照明装置，远近光形的好坏和照射方向对汽车夜间安全行驶起着重要的作用。下面是我整理的汽车前照灯技术论文，希望你能从中得到感悟!
汽车前照灯检测技术探讨
摘要：汽车前照灯是在夜间行驶的主要照明装置，远近光形的好坏和照射方向对汽车夜间安全行驶起着重要的作用。因此，为保障机动车运行安全，应对前照灯的有关性能进行严格检验。本文就汽车前照灯远近光检测技术进行了分析。
关键词：汽车;前照灯;检测
中图分类号：U46 文献标识码：A
前照灯是汽车在夜间或在能见度较低的条件下，为驾驶员提供行车道路照明的重要设备，也是驾驶员发出警示、进行联络的灯光信号装置。所以，前照灯必须有足够的发光强度和正确的照射方向。目前各大汽车检测站普遍采用先进的CCD成像技术和DSP图像处理相结合的方法进行汽车前照灯远近光的检测，从而达到汽车前照灯的自动跟踪光轴、发光强度、远光中心坐标、近光拐点坐标以及光轴偏角等特征参数的检测。
1 汽车前照灯远近光发光特点及作用
前照灯远光灯的发光特点
为了防止前照灯对司机和路人造成眩目，前照灯的灯具需要经过特别的设计，使灯具的发光性能达到一定的标准。所谓发光特性是指灯具发射可见光的光度(照射角度和发光强度)分布，其照射角度随方向而改变，常用发光强度分布曲线来表示。正常情况下，汽车前照灯远光发光特性，其光度分布如椭圆形状在上下方向和左右方向基本对称，越靠近中心点，照射度越大。
前照灯近光灯的发光特点
典型的前照灯近光的发光特性为非规则几何形状，具有明显的明暗截止线，在明暗截止线的左上方有一个比较暗的暗区，在明暗截止线的右下方有一个比较亮的亮区。其发光强度最强的区域在明暗截止线的右下方，光强最大的区域中心点，照度最大，并以这个中心点为中心，形成一定的等照度曲线。前照灯近光图可表示为图1，近光产生明显的明暗截止线，其水平部分在V-V′的左侧，右侧为与水平线向上15°的斜线或向上成45°的斜线。明暗线转折点处称为拐点。根据前照灯远近光的光形分布的特点，传统的前照灯远光检测技术以仪器检测为主，大多利用远光光斑图形的对称性，利用上下左右对称分布的光电池对光轴中心进行检测。而由于近光光斑图形的非对称性，无法使用测量远光的方法对近光进行单独检测，通常利用图像分析的办法来获取明暗截止线拐点的位置来测取远近光各个特征参数，为汽车驾驶员提供准确的数据。
汽车夜间行驶时，前照灯远光能照亮前100m处一定范围内高2m的物体，这样才能保证司机发现前方有障碍物时，及时采取制动或绕行措施，让停车距离在视距之内，确保行车安全。
2 汽车前照灯检测技术发展
汽车前照灯检测技术，从早期的屏幕观察检测，到后来的仪器检测，发展到现在用的CCD和数字图像处理(DSP)相结合的检测技术，都具备智能化、自动化检测技术水平。
屏幕法检测
简单的屏幕检测，就是在被测灯前方10m处垂挂一屏幕，在屏幕上按照标准要求画好光束照射位置点和线，把受检车辆的前照灯光打开，照射在屏幕上，用肉眼观察该光束的位置是否符合标准要求，可测近光和远光。这种方法的特点是设备简单，不需要软件处理系统，对场地和环境要求高、但效率较低，而且依赖人的主观判断的程度比较大，检测结果一致性较差，误差大。因此在大流量的检测线上，很少使用这种检测方法。
采用CCD感光检测技术
利用CCD摄像头的感光技术，将采集到的光信号转化为电信号的原理，并最终通过图像采集卡将模拟的电信号转化为数字信号，输出到计算机，由计算机数据处理系统进行处理，就可测出前照灯远光发光强度和近光偏移量。采用CCD对光检测技术，其检测精度完全可以满足国标±15′的要求。
数字图像处理DSP检测技术
这项新型的检测技术主要是把CCD摄像头采集到的模拟视频信号转化成数字视频信号，然后利用DSP(数字信号处理器)的数字视频采集卡及处理系统对数字视频信号根据需要进行数字运算和处理，以得到需要测量的参数。
从以上灯光检测技术的发展历程可以看出，随着电子技术和计算机技术的不断发展和普及，数字图像处理技术也得到了迅速的发展。到目前，各大汽车检测站用的较多的是利用CCD感光系统精确成像，采用DSP系统进行图像分析处理及电子控制技术，精确进行汽车前照灯远近光灯技术参数进行测试。DSP(Digital Signal Processing)数字信号处理具有速度快，集成度高，接口方便等特点。
3 CCD感光系统的测量原理
成像原理
利用几何光学中的物像对应关系，使远处的大范围光强分布成为较小的可测量实像，用面阵CCD作为图像传感器，可以一次得到整个平面上的光强分布。
根据GB7258-2004《机动车运行安全技术条件》中屏幕法的要求，前照灯利用几何光学中的物像对应关系，使远处(10m)屏幕上的大范围发光强度(光强)分布成为较小的可测量实像(1m处成像屏上)，用面阵CCD作为图像传感器，可以一次得到整个平面上的光强分布。
前照灯可以认为是具有一定光强分布的面光源。前照灯在10m处光线会聚成像为AB。在光路中插人菲涅耳透镜组(假设等效为L)后，AB的光线实际会聚成实像为AB，如图2所示。
如果假设菲涅耳透镜的焦距为f，则有以下关系式：
选择合适比例的l和f彭阿以得到恰当的像，从而方便测量。
测量时的瞄准方式
空间角度的检测必须要获得2个点的位置，在光束偏角的测量中也不例外。在进行测之前，首先必须找到前照灯的位置或第一个光束参考点的位置。图3为瞄准前照灯方式的测量原理，这种测量方式是先利用CCD摄像头1找到前照灯的位置，然后用CCD摄像头2拍摄前照灯通过透镜成像后的光斑图像，分析其中的光轴位置(远光或近光)，得到与零点相比的偏差，从而根据标定的数据得到实际前照灯的角度偏差值。
直接对准前照灯：
这种测量方式是先利用摄像头找到车灯的位置，然后拍摄成像后的光斑图像，分析其中的光轴位置(远光或近光)，得到和零点相比的偏差，从而根据标定的数据得到实际的角度偏差值。
光强测量分析
由于在低照度下，CCD的输出电压与照度有良好的线性关系，这样CCD面元信号的数字量便可与外部光源照射到检测幕布上照度值联系起来了。根据测量时建立起来的关系数据库，根据空间采样后各像元的数字量即得出各点的光照强度。
角度测量分析
主要利用灯光(远光中心点、近光明暗截止线转角点)在屏幕上会有X的位移，经透镜成像后，在透镜像方焦平面上引起的成像点的位移X′可由CCD获得的数字化图像分析求出，进而推算出光轴偏转角度。利用远光照明的对称性，找到远光光斑的对称中心，然后在前照灯打开近光照明的条件下，模拟人眼的判断过程，对近光的拐点进行分析。同样的，在进行近光角度检测时，由于CCD图形具有分辨率高的优势，结合计算机技术，和光电池扫描的方法相比可以进行更为准确的拐点的搜寻。
结束语
综上所述，选用专业的图像处理芯片对前照灯近光光束配光图像进行分析处理，可准确确定近光光束明暗截止线转角和近光光束照射方向。
参考文献
[1]吴勇，邹颖.前照灯检测仪检测距离的探讨[J].汽车维护与修理，2005，12.
[2]赵彬.汽车前照灯检测过程中存在的问题及对策[J].无锡商业职业技术学院学报，2008，06.
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