合成技术及应用精选(五篇)

序言：作为思想的载体和知识的探索者，写作是一种独特的艺术，我们为您准备了不同风格的5篇合成技术及应用，期待它们能激发您的灵感。

篇1

英文名称：Synthetic Technology & Application

主管单位：中国石油化工集团公司

主办单位：中国石化仪征化纤股份有限公司

出版周期：季刊

出版地址：江苏省仪征市

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种：中文

开

本：大16开

国际刊号：1006-334X

国内刊号：32-1414/TQ

邮发代号：28-182

发行范围：国内外统一发行

创刊时间：1986

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篇2

【关键词】影视技术 包装广告

1 影视广告中合成抠像技术

一般抠像可以分为：软件抠像和硬件抠像。下面分别谈谈这两种方式的技术特点及应用。软件抠像是指先将摄像机拍摄的画面存储在磁带或者存储卡上，然后将拍摄的蓝屏或绿屏素材通过软件来完成抠像并与背景合成，最后输出。软件抠像一般以镜头为单位，多个镜头完成后再通过非线性编辑软件（比如Premiere、Edius等）合成输出。软件抠像相比硬件抠像来说比较费时、费力，在夜美人酒影视广中很好的应用了这一合成抠像技术。在前期拍摄时使用的是绿布做背景，经过场景灯光的布置，在导演的指挥下，摄像师对场景中演员进行反复拍摄，直到导演通过。

在后期制作中导演选出需要抠像的两个镜头交给笔者来抠像合成处理，在本案例中使用的是Chroma key抠像技术，通过调节Chroma key面板内的Red Low＼High（红色键的高低），在这里寻找一个适合的绿色，近似于调节确定要键出的颜色，选择和拍摄的素材背景一样的色键。再结合Matte Blue（调整Alpha的Mask模糊度），然后再通过MatteContract/Expand（微调遮罩图像），能够完美的处理图像边缘细节，反复测试控制参数就可以很好的调节到导演满意的效果。硬件抠像也叫实时抠像，即通过相关硬件直接将拍摄主体从蓝幕或绿幕中提取出来直接和背景合成，无需经过另外的后期软件制作过程。硬件抠像合成技术需求硬件设备特别高，硬件抠像应用最多的就是虚拟演播室系统技术，目前在大片制作中也比较常用，譬如第四章中简析《阿凡达》电影中合成技术谈到这一高端硬件和技术应用。“飞雷旋风泡泡糖” 影片中人物和虚拟背景结合的电视广告，利用数字合成技术是比较容易制作的。一个影视广告形成完整的创意以后，进行拍摄或三维制作，在各种素材元素成熟的情况下，利用计算机图形图像技术对画面进行组合美化处理来实现最终的单个镜头画面效果。影视广告中很多镜头 里角色和背景并不是一起拍摄的，大多人物表演都是在摄影棚单独拍摄的，再应用合成抠像技术进行抠像后重新组合画面。实拍画面通过抠像技术与虚拟场景的结合已在各种视频中广泛应用，在影视笔者广告中应用更加成熟，“飞雷旋风泡泡糖”影视广告是我前些年的作品了。

合成抠像技术，将实拍的主体通过抠像技术单独提取出来，然后与计算机制作的虚拟场景（可以是图像、动画、三维虚拟空间等）合成，并且还可以互动，使表现形式更为灵活和丰富。在电视广告中我们难免遇到抠除图像的背景的情况，使主题从背景脱离，然后再和别的素材场景中合并处理，经常用到的背景是蓝屏和绿屏等色彩，相对应的是蓝屏抠像和绿屏抠像技术。蓝、绿屏抠像是提取通道最主要的方法之一，也叫色度键（Chroma Keying）。人们还经常利用亮度的区别进行抠像，这称为亮度键。这种方法一般用于比较亮或自身发光的物体。

还有一种利用两个画面的差异来提取通道的方式，称为差异键。当我们在实际制作中，这些手段通常都不是单独使用的，可以结合使用，即使对于蓝屏抠像，也常常需要用手工方式把背景上某些杂物挡去，这称为垃圾挡板。对于画面的不同部分，常常需要用不同的参数控制来进行去除，才能获得很好的效果。最后产生的通道很可能还需要用手绘的方式加以弥补。为此，必须调动一切可能的手段，来确保达到我们想要的视觉效果。影视人物抠像在后期中是经常用到的，一般来说，我们要组织演员进行实地拍摄，把背景设置成蓝或者绿幕（夜美人酒）分镜，在拍摄时尽量获取高质量的影像，当然也要根据成本和影片需要而定。拍摄素材能方便的进行合成都归功于抠像技术。现在，抠像主要包括对使用蓝幕和绿幕作为背景图像的抠像，当然还有复杂环境的抠像、高光抠像、毛发抠像等。抠像是一个复杂的技术实现过程，而且针对不同的抠像要求可以采用不同的抠像方式，这都要视具体需要而定。

2 调色技术在《百乐麦方便面》广告片中的应用

《百乐麦方便面》广告片是百乐麦食品系列广告之一，其创意是通过父母给幼儿煮面、孩子吃面等镜头来体现孩子经常吃百乐麦方便面孩子非常健康、合家欢乐。影片通过拍摄、初剪、合成与最终编辑；该片拍摄的原素材并不理想，如下图左边是原素材，从图1左边画面上来看色彩不够鲜艳、偏黄，躁点很多，画面不够明快，色彩层次较少等很多方面都未能达到导演满意，这主要是在影片拍摄时赶上天气不好，光线不足造成的。针对这样的情况，一般只有两个解决方案，一是改天重新拍摄，二是在后期认真高水平处理动态画面。大多数企业都会选择第二种方案，因为重新拍摄是非常麻烦并且成本将近增加两倍，第二种后期数字合成技术处理成本大大降低，但需要制作人员既有技术水准又有艺术水平才能达到导演和客户要求，这个片子的合成制作是笔者几年前的作品了，下面笔者选择影片中一个小孩的近景镜头来分析数字技术在这个镜头制作中的应用。

原文件是DFusion软件制作的，经过对原视频构图调整，降噪，色彩调整，亮度调整等多个步骤，主要是在色彩调整上花费很大功夫，应该用的DFusion插件CS Selective Color Correct色彩局部调节技术。笔者归纳为五大步骤来分析，如图2所示。

2.1 视频构图调整与基本色大致调整

第一步通过三个节点来完成的，视频构图调整应用的是Transform工具，对图像有向上移动处理；像的噪点较多，降噪使用的是Remove Grain工具；色彩大致调整使用的是Color Corrector工具。

因摄像师拍摄时构图偏下一点，本画面的看点应该是孩子的嘴巴，并不是眼睛，这样从视觉舒服度上分析就应靠上一些，但是向上移动过多，孩子的头发就露出的很少啦，所以本镜头使用Transform工具仅上上移动少许。在Transform工具面板上选择center的Y轴向输入0.478数字，也可以在视图区拖动中心点显示箭头向上移动直到满意为止。接下来做降噪处理，画面放大后会看出很多模糊噪斑，尤其是前景看点处必须是很清晰的，在本镜头中小男孩的脸蛋更是应该很光滑嫩稚的白里透红感觉，必须进行降噪处理。使用的是插件Remove Grain工具，设定Remove Grain面板内的控制点数量，在孩子脸部及周围放好控制点位置，调节降噪强度。接下来再做基本色调整，画面色彩整体偏黄，又因是食品广告，孩子面黄暗淡无神肯定是不行的，所以必须去掉一些黄色。

调色使用的是Color Corrector工具，这是一个功能强大，使用非常方便的工具，在Color Corrector工具面板中，选择Suppress弹出环形调色环，点住黄色调色点向内托，直到黄色去除过一些，为下一步增加色彩饱和度做铺垫。

2.2 第二步是色彩饱和度提高

为后面选择局部调节提供足够的色彩原，这一步操作非常简单，但很重要。使用的是Brightness/Contrast，该调色工具面板很直观，在面板下方选中Saturation色彩饱和度提高至1.22左右。

2.3 对前景角彩调整所示

这一次是对画面孩子面部色局部调整，使用的DFusion插件CS Selective Color Correct。这个工具利用选择功能对要调节的区域有效的进行选择，然后对其选择的部分进行局部调色。即图2中黑白画面就是本技术选中的画面，白色代表选中，黑色区域代表无效区域，灰色代表过度部分，从白到黑代表受影响的强度不同。在CS Selective Color Correct面板中选择Matte控制面板，通过Extract On选出黄色接近皮肤色作为参考色，再通过其他参数进行调节能够完美的处理孩子图像边缘细节，达到调色选择目的。返回CS Selective Color Correct面板，选择Controls控制面板，选择output，在面板中再进行色彩的仔细调节观看，反复对比与思考，对饱和度降低一点，增大对比度，加如少许红色，减去一点绿色，添加一些蓝色，设置好图中显示的各项参数。

2.4 对背景色彩调整

这次是对画面孩子后面背景进行调色，在CS Selective Color Correct面板中选择Matte控制面板，通过Luma选出主要背景作为参考色，再通过其他参数进行调节能够完美的处理背景区域边缘细节，达到调色选择目的。返回CS Selective Color Correct面板，选择Controls控制面板，选择output，在面板中再进行色彩的仔细调节观看，反复对比与思考，对饱和度提高，增大红色值，也添加一些蓝色，设置好图中显示的各项参数，观看整个画面孩子稚嫩健康可爱，背景有朦胧的温馨感，层次分明而又协调。

2.5 整体最终调整

最后用CS Selective Color Correct工具进行局部微调和模拟胶片拍摄效果及压边处理。对画面背景调整偏蓝一点，从左上角向对角线递减。对画面右侧的白色进行发蓝光微处理起到画龙点睛作用。接下来，用遮罩工具与合并黑色结合，调出模拟胶片拍摄效果。因调整后完整画面比接近4∶3，进行压黑边处理，得到更加舒适的视觉效果。主要是研究色彩选择性调节技术，可以对局部色彩调节，类似于在一幅画上修改画面，需要修改的地方进行单独修改，整体调整，直到导演看到完美的画面。大大降低了成本，但对后期制作人员要求大大提高，不仅有技术还要有一定的美术修养。

参考文献

[1]胡立平.24P――一种新的电子节目制作格式[J].影视技术，2001（03）.

[2]袁旭稚.网络化节目制作对资料库的需求[J].现代电视技术，2002（06）.

篇3

【关键词】合成 基钻井液 应用

随着能源问题与环境问题的逐渐突出，以及石油钻探技术的高速发展，人们对于能源开采尤其是石油开采提出了越来越高的要求。传统的水基钻井液适用范围较窄，在当今逐渐复杂化的井下情况，越来越不能满足需求，而油基钻井液因为对环境有较大的污染，迫于相关环保法规的约束，一直难以推广使用。因此，作为二者的替代体系出现的合成基钻井液在既保留水基钻井液的环保特性的同时，又很好的继承了油基钻井液的性能特点，成为了海上复杂地层以及其它敏感陆地区域钻井过程中必不可少的钻井液体系。根据现场的使用情况反映：合成基钻井液具有携砂能力强，性好以及抑制页岩等一系列优点，同时其有效地避免了油基钻井液所出现的污染环境、影响测井和试井资料等问题。

1 合成基钻井液组成特点

合成基钻井液一般由人工合成或由改性有机物连续液相、分散液相、分散固相作为基液，通过加入乳化剂、降滤失剂、稳定剂、流型改进剂和加重剂等来合成，是一种非水溶性合成油基钻井液，因此其具有油基钻井液的特性。其中，连续液相主要有酯类、醚类、聚α-烯烃类、线性石蜡、线性α-烯烃和异构烯烃等；分散液相一般为CaCI2饱和盐水；分散固相一般为有机土。

合成基钻井液因很好的融合了水基钻井液的环保特性以及油基钻井液的性能特点，同时其所具有的效果能够有效的提高钻速，是近年来发展较快的一类钻井液。与传统的钻井液相比，其具有以下特点：

（1）较好的抑制性能以及较强的抗污染能力。合成基钻井液由于在其滤液中不含有水相，故具有黏土抑制能力，能有效的降低井壁失稳，同时还能有效的避免钻屑的水化分散，从而达到较强的抗污染能力。

（2）流变性能、热稳定性能优良。一般情况下，合成基钻井液的黏度较高于油基钻井液，约油基钻井液的2～4倍，但在高温情况下，黏度较小且长时间下不会发生热降解，热稳定性能优良。

（3）良好的性能。合成基钻井液的基液一般均由极强性的物质组成（尤其是第二代合成基液），具有优良的性能，其性能充分满足钻井需求，可作为界面剂使用。

（4）极强环境兼容性。合成基钻井液正是因毒性小、可生物降解，符合环保要求而广受欢迎，其蒸气中不含芳香化合物，对哺乳动物几乎无毒，完全达到国际排放标准，适用于世界各地。

（5）综合使用成本低廉。虽然合成基钻井液的单价高于油基钻井液，但考虑到采用合成基钻井液可有效提高钻速、钻井稳定性、节省了处理钻屑的成本和治理环境污染的费用，以及可多次重复使用的特点，其综合使用成本还是低于油基钻井液和水基钻井液，陈本低廉。

2 合成基钻井液分类以及研究现状

2.1 第一代合成基钻井液

第一代合成基钻井液体系主要有酯基钻井液、醚基钻井液、聚α-烯烃钻井液和缩醛基钻井液四种。其中，酯基钻井液是通过有机植物脂肪酸在水存在的条件下与醇反应并以酸为催化剂合成，是最早研制成功并投入使用的合成基钻井液；醚基钻井液的基液通过醇的缩合和氧化作用制得，是R1-O-R2型化合物的总称，与酯基有类似的物理性质，不含任何芳香烃物质。使用变体二乙醚基钻井液比使用单醚基钻井液更容易产生微生物降解，环保性能更好；聚α-烯烃钻井液的基液由乙烯聚合制成，其聚合程度较高，在分子链末端保留有双键，易产生微生物降解。基液中不含芳香烃和环烃化合物，无毒且易于生物降解；缩醛基钻井液基液通过醛类缩合制成，其具有运动黏度和闪点低于酯、醚基液的优点，但相对成本较高，实际采用偏少。

2.2 第二代合成基钻井液

第二代合成基钻井液主要有 线型α-烯烃钻井液、内烯烃基钻井液、线性烷基苯钻井液和线型石蜡基钻井液四种。其中，线型α-烯烃钻井液目前应用最为广泛，其较其他合成基钻井液，特有基液黏度低、倾点低、在钻屑上残留少、单位成本低等优势；内烯烃基钻井液与线型α-烯烃钻井液结构相似，具有黏度低、成本低的优点，但毒性较大；线性烷基苯钻井液基液的化学性质与甲醛相似，其具有运动黏度低及陈本低的优点，但因其含有芳香烃等有毒物质而在实际中使用较少；线型石蜡基钻井液是最具代表意义的第二代合成基钻井液，其自身所具有相对成本较低、性能稳定、降解速率适中等一系列优点都凸显出第二代钻井液的优异性能。线型石蜡基钻井液的毒性略高于酯基、聚α-烯烃，适用于各类环境复杂、钻井液环保要求较高的区域。

3 合成基钻井液的发展前景分析展望

合成基钻井液作为油基钻井液的替代品出现并逐渐发展起来，其所具有的优良特性，是目前钻井行业中较理想的钻井液，在环境复杂、钻井液要求较高的区域替代水基和油基体系，具有很高的实用价值。在今天这个污染日益严重的环境下，人们的环保意识空前强烈，合成基钻井液凭借其污染小（或无污染）的优势势必受到广大钻井企业的欢迎，其发展前景较好。但随着合成基钻井液在海上油田的广泛使用，也出现了一些新的问题，合成基钻井液普遍存在流变性调控方面的问题，包括井眼净化、重晶石沉降、高循环压耗，原因主要是温度对流变性影响明显，低温时钻井液黏度过高，高温时钻井液黏度太低，特别是动切力太低，不足以有效携带钻井液中的固相。同时，研究应用表明，合成基钻井液在高温乳化稳定性、油水比、

钻井液密度方面有一定的阈限值，要使这些钻井液完全成为人们所接受的油基钻井液替代品，还需要解决许多问题。

针对以上问题，对合成基钻井液体系下一步的研究，应在在寻求和改进合成基钻井液的基液、乳化剂及流型调节剂方面下功夫，进一步提高体系的高压高温稳定性，进一步改善体系的流变性，提高其密度阈限值，并在满足环境要求的前提下降低成本。同时，应在合成基钻井液的回收和可循环利用方面开展研究，进一步提高其使用效能，真正达到降低成本、保护环境的目的。

参考文献

[1] 李秀灵，沈丽，陈文俊. 合成基钻井液技术研究与应用进展[J].承德石油高等专科学校学报，2011（2）：21-24

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关键词：　超声技术；化学实验；化工；应用

中图分类号：O644 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2012）1120042－02

1　概述

近年来，超声波技术在化学实验和化工生产领域里的应用不断取得新的成果，应用范围越来越广泛，而且还具有很大的研究开发空间。超声波对某些化学反应具有显著的影响，其原理简要地分析是：由于通常的声波波长远远大于分子的直径，在液体中，超声波产生的特定频率的震荡，能够加剧溶液中物质分子等微粒的运动，在一定条件下也会增大其活化能，由于物理和化学作用的共同效应。结果导致温度变化更加剧烈，以至于在通常条件下不易发生的化学反应，获得了较为有利的反应条件，从而促进反应物微粒的裂解和新的自由基的形成，最终使化学反应速率大大提高，并降低了实验或生产成本。

超声波技术的合理应用，不仅可以改进化学反应条件，避免采用高温高压，缩短反应时间，提高反应产率和选择性，而且还可以在一定范围内在改变反应的历程，例如在加成反应（亲电、亲核、环加成等）、取代反应（亲电、亲核）和氧化还原反应中都能适用。利用超声技术改变反应环境，可以大大降低反应难度和成本，提高实验或生产效益，具有很强的实用性。以下列举一些应用实例，说明其应用原理、方法及效果。

2　超声波在植物提取方面的应用

2.1　超声波提取的基本原理

在液体介质中，超声波产生的强烈的空化效应、机械振动、高的加速度、乳化、扩散、击碎和搅拌作用，增大物质分子运动频率和速度，增强溶剂分子的活性，更加容易吸取植物中的有效成分。利用超声波可以提高提取速率，能提高植物有效成分的提出率，同时也就提高了药材的利用率，避免了高温对提取成分的影响，能够降低条件，节省时间，减小成本。超声技术已经越来越多地用于天然植物中药成分的提取，实践证明效果很好，应用前景广阔。

在提取天然植物药用成分时，通常要使其细胞破碎。利用超声波产生的超常规的振动频率和振动幅度以及强烈的空化效应，同时产生的高速并且均匀的搅拌作用，能够促进植物药材细胞的快速分离，更加有利于溶剂渗透进药材细胞周边，植物药材的有效成分在溶剂中加快溶解，因此提高了提取效率。

超声波是一种机械振动波，一般指频率为20kHz-50MHz的波段。超声波在通过介质传播时，会先后产生膨胀和压缩。超声波能产生巨大的能量并通过介质形成很大的加速度。在液体介质（溶剂）中，这个能量增大及加速过程促使形成负压。当超声波产生的能量达到一定程度时，就造成急剧膨胀，此时会在液体介质中生成气泡或对液体的冲击而形成许多微小空穴，这些空穴在瞬间闭合时将产生高达3000MPa的巨大压力以形成空化作用。这种持续产生的作用力不断地冲击物质颗粒表面，使物质颗粒表面及缝隙中的可溶性活性成分迅速分离出来。在空化作用下，还促使植物体内细胞壁破裂，导致细胞内可溶物快速扩散到所接触的液体介质中。同时，由超声作用产生的能量以及在微粒间相互作用时产生的高温高压有利于形成活跃的游离基。

超声波提取是利用其在溶液中产生的空化作用、机械效应以及热效应，以致增强介质的穿透力，并加快介质分子的运动速度，从而提高提取生物原料中有效成分的效率。

其基本原理可以概括为：

1）空化效应。在液体介质内部所溶解的数量不等的微气泡，在超声波的作用下产生强烈振动，当声压达到一定值时，气泡由于定向扩散而增大，形成共振腔，然后突然闭合，这就是超声波的空化效应。这种效应会在瞬间产生几千个大气压的压力，可使成植物细胞壁及整个生物体破裂，使包括有效成分在内的各种成分更容易分离。

2）机械效应。超声波在溶液中以较快的频率产生较强的振动，显著增强了液体状介质渗透及扩散作用，这种作用即机械效应。同时，超声波在扩散时还产生较大的辐射压强，对所加工的样品形成强大冲击，造成细胞微粒突变，样品中的蛋白质变性；另外，在介质和悬浮体中产生加速度，由于两者的运动速度差异很大，以致在两者之间形成摩擦力，促使植物体内分子解聚加快，即可促进其所含有效成分的扩散。

3）热效应。超声波在液体介质中的扩散中，伴随着能量的传播和扩散，介质将所吸收的能量在这个过程中会转变为热能，引起温度的升高，也就加快了植物中所含有效成分的溶解。

2.2　超声波在提取植物有效成分的应用实例

茶叶所含的主要成分是茶多酚和多种香气物质，在医药和食品方面有重要用途，利用超声波作用，在较低的温度下就可以高效提取茶叶有效成分。茶多酚有多种提取方法，一直以来用得比较多的有溶剂提取法与沉淀法。在沉淀法中要使用大量的沉淀剂使得成本较高，因此通常大多采用溶剂提取法。在溶剂提取法的提取过程中，由于茶多酚被氧化而使产量降低，产品杂质较多，增大了分离的难度，所以应用也不够广泛。在溶剂法的基础上，应用超声波技术，将会显著改善提取茶多酚的条件，获得较好的提取效果。由于降低了提取温度、缩短了提取时间，所以不仅能够显著提高提取率，而且还提升了提取产品的质量。通过分析初步得出提取实验设置的条件是：配制适当的液体介质（80%乙醇），施加超声波振动，实验时间约为50min，提取剂（80%乙醇）用量大约是茶叶样品质量的8倍。对茶叶中茶多酚的浸提条件选择，通过正交实验归纳出最佳浸提条件为：乙醇浓度60%，浸提时间为45min，介质温度为80℃，浸提次数为1次。用20KHz超声波处理茶叶10min，茶多酚及儿茶素的总量均比水提法提取30min提高40%多，提取产物的性质与结构、茶多酚及儿茶素各组分的构成保持不变。

天然植物产物中的活性物质的化学成分较为复杂，以生物碱、昔类、菇类和挥发油等为主要成分。针对不同的样品以及提取物，有各种不同的提取方法和复杂的条件，提取方案和工艺的不同，会造成提取产率和品质的很大差异。经过许多人的大量实验，确认可以将超声波应用于生物碱的提取中获得明显效果。例如从吐根中提取生物碱，用超声波提取30min比用索氏法5h所提取的碱量还多。超声波用于从黄连中提取小桑碱的常规碱性浸泡工艺中，超声提取30min所得到的小桑碱提取率比碱性浸泡2h高50%以上。同样，用超声波从曼陀罗、萝芙木、耶仆兰胡椒、金鸡纳、天麻、颠茄、罄粟、马钱、益母草、北草乌、延胡索、人工冬草等植物中提取各种生物碱等，提取产物的效率、产品质量以及提取总成本，都获得了令人满意的效果。

2.3　超声技术在有机合成中的应用

超声波引入有机合成实验中可以使有机反应速率比普通加热快数十倍甚至数万倍，可以节约能源，缩短实验时间，提高反应产率；由于进行的是半微量反应实验，减少了污染，更符合当今“绿色化学”的要求。

实践证明，超声波技术用于有机合成取得了显著效益，具有明显的优点：

2.3.1　由于加快了合成反应速率而使产率提高。基于各种不同条件下或不同介质，以及应用于各种类型的提取样品，通过实验的观测和坚定，证明超声波都能显著加快反应速度，大幅度提高提取产率。如在超声辐射下，用KMnO4把PhCH2OH氧化成PhCHO，10min产率可达90%，而不用超声波时产率只有29%。而在超声波作用下，以Fe2（CO）9作催化剂，相对较无超声波时的常规实验，1-戊烯双键的转移速率增加约105倍，因此产率的增大是极为显著的。

2.3.2　降低反应条件，减少生产成本。超声波产生的空化效应，使溶液中出现微区和极短时间高温高压，但对于整个反应体系的温度和压强并没有造成明显的改变。这对于有机合成生产是很有利的，不仅可以减少高温高压的危险，提高安全系数。同时可以降低生产设备成本操作技术难度。

在均相溶液中进行的有机合成反应中，由于超声波产生的空化作用，其强大的能量可导致原有基团键的破裂，并形成活动性强的新的自由基，溶剂结构的迅速变化促进了反应速度的加快。这些有机金属化合物之所以能够起到催化作用，是由于在外力作用下，金属与配位体的结合键断裂，促进了化学反应。α-氰基乙酸乙酯含有α-H，在碱的催化下可与醛或酮发生缩合反应。传统的方法是用吡啶作催化剂加热回流，反应速率慢，产率低。利用超声波进行该反应，缩短了反应时间，大大提高了反应效率。通过对乙酸乙酯的水解实验研究发现：虽然在超声条件下反应的反应物的活化能也没有明显提高，然而在超声条件下的反应速度能提高6.2倍；在乙醇和水的双溶剂溶液中，超声波条件下的乙酸乙酯的水解速率为无超声条件的2.4倍，并且水解产物也能得到较高的纯度。

在有机合成中常用高锰酸盐作氧化剂，但用高锰酸钾氧化烯烃制备邻二醇时往往发生深度氧化而伴随副反应，致使邻二醇的产率不超过50%。将超生作用引入到高锰酸钾氧化烯烃制备邻二醇的反应中，由于反应时间大大缩短，使邻二醇的产率明显提高。原理是在无超声的室温条件下，烯烃的氧化非常慢，而在超声的作用下，促进了反应中间体环状锰酸二酯的分解，使整个反应速度加快。

3　总结

超声技术在实验室的应用已经很广泛，但在化工生产中的应用技术尚未十分成熟，在实际应用中还有一些需要解决的技术和装备问题。因为声化学效应的不稳定性，以及声化学主要机制——声空化没有统一定量表述，目前难以概括声空化的具体规律。很多声化学研究者都是以化学效应为目的，只把声作为一种手段或者辅助方法来进行研究。声化学和物理学以及物理化学有着密切的关系，广义的说声化学属于物理学或物理化学。

目前超声波提取技术主要用在小型实验室或小规模生产设备，要用于大规模的工业生产，要运用大型超声设备及其配套装备，要解决有关工业设备放大的难题，涉及到成本和工艺技术问题。尽管如此，超声技术在化学化工相关领域的应用，其实用价值已经得到了充分证明，随着技术的不断开发，其应用前景必定是广阔的。

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关键词:复合材料;轴承;聚四氟乙烯

高速转动轴承常采用在真空、高速、高温等严苛条件,高速转动轴承的工作情况决定了所要采用的复合材料应该具有优越的摩擦磨损性能、阻尼性能、导热性能、耐腐蚀性能等特点。由于性能的多样性,一般的材料是不能满足这些性能的,需要选取可以部分满足这些性能指标的常用材料合成新的复合材料。

一、复合材料的性能指标

高速转动轴承的性能跟所采用材料的磨损量、摩擦系数、损耗因子和高度都有直接关系,总结分析性能较好的高速转动轴承的采用材料应该具有以下几个性能:

(1)摩擦系数。摩擦系数对高速转动轴承的影响很大,特别是在玻璃化温度范围外。

(2)粘弹性能。粘弹性能主要体现在较大的平均损耗因子和较大的损耗因子峰值、较宽的玻璃化转变温度范围。同时,在经济成本允许的情况下,材料的动态力学性能最低值不能低于0.05。

(3)导热、耐热性能。复合材料能在高温下工作,快速有效地排出减振过程产生的热能。

(4)耐磨性能。良好的耐磨性能可以延长材料的使用寿命,减少轴承的拆卸次数,提高生产效率。因此,磨损率越低越好。

(5)耐腐蚀性能。复合材料轴承可以适应油污等恶劣的工作环境。

二、复合材料轴承的设计

(一)复合材料的选取

根据高速转动轴承的性能指标,采用的基体材料是满足条件的具有化学惰性、自、耐高低温、摩擦系数稳定的聚四氟乙烯(PTFE)。为了改善聚四氟乙烯的耐磨损差、导热性不好的等缺点,可以用短纤维,如玻璃纤维和碳纤维,填充PTFE可以减小磨损、提高摩擦系数和改善导热性。由于短纤维的自身特点,填充后的复合材料的摩擦系数变得不稳定,需要添加摩擦系数较大、力学性能优良的聚酰亚胺(PI)。这样不仅可以避免摩擦系数不稳定,PTFE和PI混合之后还可以改善聚四氟乙烯的粘弹性能、扩大复合材料的使用温度区间。

(1)聚四氟乙烯(PTFE)。聚四氟乙烯的相对密度为2.17~2.19,分解温度为400℃,熔点为327℃,其可在260℃以下的环境里持续长期使用,摩擦系数较小,具有优良的耐腐蚀性。由于聚四氟乙烯熔融化粘度很大,要采用冷压和烧结结合的成型方式。

(2)聚酰亚胺(PI)。聚酰亚胺的长期使用温度范围在-200~300℃之间,具有高绝缘性能、无明显熔点、耐腐蚀、耐高辐射、耐火焰和吸水性差等特点,被认为是一种综合性能良好的有极高分子材料。PI虽然具有较高且稳定的摩擦系数、优良的耐磨性能,但是其韧性较差,目前使用成本较高。

(3)玻璃纤维(CF)。玻璃纤维是一种常用的短纤维。CF的密度比铝小、强度比钢大,同时具有耐腐蚀性、耐高温和良好的导电性能。是一种具有热学、电学和力学性能的优良材料。

(二)复合材料轴承模具设计

模具尺寸和形状主要根据轴承成型收缩率来确定。影响成型收缩率的主要因素包括成型温度、成型压力、成型保压时间、模具温度、制件形状、塑料含量等。

针对复合材料轴承, 设计模具时重点应考虑以下几点:

(1)浇注流程平直而短,系统界面要大,以利于粉料的分散。

(2)针对壁厚及轴承形状应特别考虑料的有利流畅通填充型腔。

(3)为使塑粉料分散,进料口增大,其长度取短。

试验表明,采用冷压和烧结结合制备工艺制造的模具,能满足该复合材料的设计要求和特点。构成动模和定模组成了型腔,主流道则设在定模一层。在轴承外圈,受定模上的凸形环的影响,制品应留在动模一侧,并且利用塑料的热膨胀性,快速从动模上取下来。在轴承内圈,开模后,无论模腔内的一对嵌件留在定模还是动模上只要将其拔出,就可以取出制件。

采用上述成型工艺,经过噪声试验和疲劳试验,用所设计的复合材料轴承模具制备的试件完全满足轴承的性能指标,而且具有更显著的优点。

三、复合材料的制造技术

根据该复合材料的特性,应采用冷压和烧结结合的制备工艺。具体步骤如下:

(1)原料干燥处理。将聚四氟乙烯粉料在120℃以下的烘焙箱中干燥处理8h,出去颗粒之间的水分。聚酰亚胺粉料在烘焙箱中干燥处理2h以上。短纤维也要经过干燥处理,便于与原料均匀混合。

(2)称重。按照规定的配比,用电子称选取适当的各种粉末。

(3)混料。在高速搅拌机中,将粉料搅拌约10分钟,使粉料混合均匀。

(4)压制成型。按所需轴承尺寸大小称取混合均匀的粉料填入模具,将液压机设定合适的压力压制成型。整个过程分两次卸压,并保压10分钟,确保气体从粉料中即使排出,这样制造的制品干燥密实。

(5)烧结固化。将烧结炉提前设定好烧结工艺,把压制好的制品放入烧结炉使制品烧制成型。

四、复合材料的应用

复合材料不仅仅在高速转动轴承中得以应用。在其他机械制造行业中也得到了广泛的应用。青岛第六橡胶厂首次在Φ610×1730橡胶机械上使用GS材料,获得了较为理想的使用效果和良好的耐磨性能,引起了橡胶机械制造、设计人员以及谁被管理人的极大热情和兴趣。之后,许多橡胶厂也开始研制这种复合轴承,也取得了一些较为满意的结果。

复合材料轴承早就在橡胶行业中大量应用,采用这种轴承的橡胶厂,对该产品有极高的评价,一致认为在橡胶机械的滑动摩擦部件和轴承上使用复合材料,能减少油的使用量和达到间断,解决漏油;保证产品质量和节约油;实现安全文明生产。

继青岛第六橡胶厂之后,肥城橡胶厂采用复合材料取代铜瓦解决三辊压延机漏油问题。枣庄橡胶厂也在开炼机、三辊压延机和四辊压延机上采用复合材料轴承。在压延机采用复合轴承,有效的避免了因电流过高造成的跳闸停电,使得铜瓦因发热而造成的烧瓦问题。使用复合轴承后,电流也大幅度下降,从使用前的800~1000A,降低到400~500A,确保正常生产。

随着,复合材料轴承稳定性加强,越来越多的橡胶机械厂也开始在新机中使用复合材料轴承,取代原来的铜套或铜瓦。例如,桂林橡胶机械厂在硫化机和其他橡胶机上采用复合材料轴承,并且在该厂的其他产品中逐步扩大使用量。大连橡胶机械厂也将复合材料轴承取代了双模定型硫化机中的铜套。

由于复合材料轴承具自身独特的使用性能,可以取代许多机械设备上的金属、非金属的滑动、滚动轴承。下面举几例可供参考借鉴。

(1)应用在汽车上。汽车的传动轴万向节轴承、方向机、减震器等都可以采用复合材料轴承。由于每辆汽车约使用数十件部件,汽车工业中对复合材的使用量比较大。

(2)应用在高压齿轮泵上。高压齿轮泵采用复合材料轴承代替原来的滚针轴承,可以使泵的工作压力提升约25%,由16MPa提高到20MPa以上。与此同时,高压齿轮泵的寿命也提高3倍以上。

(3)应用在穿孔机万向节上。穿孔万向节采用复合材料轴承取代原来的滚柱轴承,使使用寿命达到一年以上,每台穿孔机年增效益近15万。

(4)应用在锻压机床上。锻压机场采用复合材料轴承比较广泛、时间也较长。

参考文献:

[1] 赵娟.高速滑动轴承―转子系统的动态特性研究[D]. 中国优秀硕士学位论文全文数据库,2009