Thursday, September 30, 2010

無刷馬達驅動技術介紹www.tool-tool.com



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一、 序論
電動機(Electric motor)又稱為馬達或電動馬達,是將電能轉化為機械能,並再利用機械能來產生動能,用以驅動其他裝置的電氣設備,馬達的種類非常多,大致可分為交流(AC)馬達與直流(DC)馬達,其主要的差異點便是所使用的電能來源一個是使用交流電源,而另一個是使用直流電源,直流馬達的好處是控制上相當的簡單,只要控制電壓大小便可以控制轉速,但由於馬達中須使用碳刷作為電流變換器,所以需要定期去清理碳刷,而且碳刷的使用壽命有限,無碳刷之馬達稱為無刷馬達,相對於有刷,無刷馬達因為少了碳刷與軸的摩擦因此較省電也比較安靜,使用壽命也較有刷馬達長,但其製作難度較高、價格也較高,在控制上也較為複雜,本文將要為各位介紹無刷馬達的驅動控制技術。

二、 直流無刷馬達簡介
無刷馬達將傳統有刷馬達的整流部份(電刷),從機械機構改換成電子式的設計,保留了傳統有刷馬達的特性,一般而言,無刷馬達可分為外轉子無刷馬達與內轉子無刷馬達,常見的外轉子無刷馬達為電腦散熱風扇,而內轉子無刷馬達外觀看起來就與一般有刷馬達無異。
圖一為內轉子無刷馬達示意圖,馬達之轉子由永久磁鐵構成,電樞位於定子上,因此可以不需要電刷傳導電流。無刷馬達可依定子繞線分類,分為二相、三相、五相等…其中以三相無刷馬達較為常見,圖二為三相(定子上的三個繞組各相差120)無刷馬達繞線示意圖,在驅動有刷馬達時我們只要將正負電源接上馬達即可讓馬達轉動,但是無刷馬達在驅動上必須要有一個控制器做為電子式的電刷切換輸入電流的方向來驅動馬達,以圖一的三相無刷馬達為例,若將A接點輸入正電,C接點為負電,無刷馬達轉子就會被磁力吸引旋轉,詳細的驅動說明在下一個章節。
無刷馬達也分為感應式無刷馬達與無感應式無刷馬達,主要的分別在於感應式無刷馬達在馬達內部裝有霍爾元件,用來感測馬達轉子的位置,控制馬達轉動,而無感應式無刷馬達其內部則無霍爾元件,是採用別種方式來感應馬達轉子位置,控制馬達轉動,


圖一 直流無刷馬達剖面圖
資料出處:Microchip Application note AN875


圖二 直流無刷馬達繞線示意圖
資料出處:Microchip Application note AN875

三、 無刷馬達驅動技術介紹
在上一節提到無刷馬達轉子受到繞組產生的磁力影響而轉動,那要如何用電子式的做法來切換A、B、C三個接點的電源輸入呢?在電路的設計上,要達成開關切換常見的作法是使用雙極性電晶體(BJT)或是金屬-氧化層-半導體-場效電晶體,簡稱金氧半場效電晶體(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET),在選用MOSFET時尚需注意到其能承受的最高電流是否足以讓無刷馬達運轉,否則MOSFET有燒毀的可能性。圖三為使用三個P- channel MOSFET與N-channel MOSFET所組成的三個半橋電路,將無刷馬達的A、B、C分別接在三個半橋電路的中間,因此,只要送信號將Q1與Q2導通,便可讓A點接正電源,C點接負電源。


圖三 無刷馬達驅動電路示意圖
資料出處:Microchip Application note AN899


根據霍爾元件的訊號可將轉子角度由360度分為六個不同的區間。每一個區間為60度,並且在無刷馬達的三相繞組中同時只有二相繞組導通,在不同的區間產生不同的控制訊號合成不同方向性的磁力,藉此帶動無刷馬達,稱之為六步方波驅動法,如圖四所示。


圖四 六步方波時序圖
資料出處:icrochip Application note AN875

四、 微控制器簡介
綜合前述,驅動無刷馬達轉動的電路尚需要一個微控制器(Micro Control Unit, MCU)來統整整個驅動電路,其至少需要具備六組具脈波寬度調變(Pulse Width Modulation, PWM)並可獨立切換的輸出,以及三個接收霍爾元件的輸入,而在市面上已經有許多晶片廠商針對無刷馬達驅動生產專用晶片,如:Atmel、 Freescale、Microchip、STMicroelectrionis等廠商。
Atmel針對無刷馬達控制所生產的專用晶片為 ATmega48、ATmega88、ATmega168系列,有六個PWM channel,二十三個I/O,8組10bit的AD轉換器。詳細說明可至http://www.atmel.com參考。
Freescale出產的晶片為MC56F83xx/DSP56xxx系列,用於馬達驅動與變頻控制為一個不錯的選擇。詳細說明可至http://www.freescale.com/參考。
Microchip 的晶片則是18Fxx31系列可選用,其具有6-8組可切換輸出的14 bit PWM channel,以及運動回饋模組,與多達9組的AD轉換器,詳細說明可至http://www.microchip.com參考。
STMicroelectrionis則是ST7MC系列晶片,詳細說明可至http://www.st.com/mcu/參考。

五、 結論
目前無刷馬達主要的應用大多在遙控航空模型上當做動力來源,但在益智娛樂機器人的使用上並不多,目前市面上用於益智娛樂機器人的伺服機都還是使用有刷馬達做為主要的動力來源,若要將無刷馬達整合至伺服機內要克服的最大問題為驅動器體積,市面上用於航空模型的無刷馬達驅動器體積都不算小,其主要原因為要承受大電流所以需要大功率的MOSFET,若要將無刷馬達整合至伺服機內,在MOSFET的能承受的最大電流與封裝尺寸的挑選上以及散熱的處理都要做詳細的研究。

精密機械研究發展中心 吉剛儀2009.08.05


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石墨深加工技术几则www.tool-tool.com

34wS

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◇ 天然石墨及其加工
我国富有资源,无论鳞片石墨还是微晶石墨,上苍都特别垂青中华大地。
鳞片与微晶,成矿机理不同,理化性能有异,相应用途有所不同。例如制造柔性石墨只能用鳞片石墨,而用于锂离子电池负极则微晶石墨为优。
不加工不成材。
目前我国石墨资源的加工,主要还只是一般的选矿、粉碎、提纯、分级,深加工的比例不高。现有深加工一类是国内外已开发的以天然石墨为主产品,如柔性石墨、石墨乳等,在国际市场中份额与资源不成比例;一类是在(外国)客户的不明用途的需求下加工的不同纯度的微细粉,属于初步深加工,外商进一步加工后得到高效益,相当多的再返销,比如碱性电池正极材料。
◇ 深加工要有目标,即用途(用户),有了用途才有技术指标及深加工技术(工艺)。
目标(用途)大致两类,一类是以天然石墨为主体材料的产品,如下述的柔性石墨的新发展及正在研制的锂离子电池负极材料。另一类是发展中的新材料的石墨添加剂,主要是对高分子材料。
深加工的技术方向,大致是:
纯度,通常是高的纯度要求,如电池用石墨。
粒度,往往是要微细粉,但柔性石墨要大鳞片。形状,指单个微粉颗粒的形状,要求低比表面积的(如锂离子电池负极)希望近球状,要求高比表面积的(如某些添加剂)就不希望球状。
表面状态,有的要求石墨加工时就具有一定表面状态,如电池材料。有些则只能在用户使用时对表面处理,如高分子的添加剂,相应会对形状等有要求。
对以石墨为主体原料的材料还有加工技术、新材料的开发等。
下面就几则具体用途讨论深加工问题。
◇ 柔性石墨的新发展
○ 高档柔性石墨密封材料:核用(低硫、无硫、高纯),缓蚀,注射填料等(八五攻关成果)。主要在可膨胀石墨的制造技术一发展了一些新技术。
○ 高分子、纤维复合柔性石墨密封材料,新材料,前景很好,国内还未见批量生产报导。比柔性石墨成本、价格大大降低。主要在复合及成型技术上。
○ 燃料电池柔性石墨双极板,UCAR十年柔性石墨年产增加十倍的根据,其用量超过密封用柔性石墨。主要是解决其强度、导电性、不透性技术及成型技术上。
○ 柔性石墨换热器,代替人造石墨换热器。主要成型技术。
○ 膨胀石墨吸附材料,环保、医药。主要为成型技术。
○ 柔性石墨新发展对石墨原料加工技术要求:提高大片率的技术;降低粒粒度制造可膨胀石墨的新技术。
◇ 电池用石墨微粉
○ 碱性电池正极材料:国内电池产量200亿只左右,大部分一次电池,碱性电池比例国外达到一个新的水平40-60%,国内蒙古20%以下。以石墨代替碳黑,大大提高电化学性状,增大电池容量,国内需求数千吨,国际数万吨。提高提高纯度技术,微粉技术,杂质控制技术。
○ 锂离子电池负极材料:国内产量亿只,国际上十亿只左右,发展迅速。负极材料需求目前~5000吨,几年内将成倍。用天然石墨替代MCMB等人工石墨,性能相当,成本大大下降。提纯技术,微粉技术,微粉整形技术,正确处理技术。
◇ 高分子材料添加剂石墨微粉
聚丙烯结构件、换热器,添加石墨量子数20-40%,正在推广中,聚丙烯年产数十万吨。
导电塑料,新发展材料,防静电,抗电磁干扰。
石墨微粉技术,整形及表面处理技术。
◇ 军工用石墨材料,主要隐身材料,对石墨原料的纯度及粒度相关技术。(end)

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热等静压技术 HIPwww.tool-tool.com

31wW

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热等静压(hot isostatic pressing,简称HIP)是一种集高温、高压于一体的工艺生产技术,加热温度通常为1000 ~2000℃,通过以密闭容器中的高压惰性气体或氮气为传压介质,工作压力可达200MPa。在高温高压的共同作用下,被加工件的各向均衡受压。故加工产品的致密度高、均匀性好、性能优异。同时该技术具有生产周期短、工序少、能耗低、材料损耗小等特点。

  自20世纪50年代中期美国巴蒂尔(Battelle)研究所为研制核反应材料而开发HIP技术以来。由于其在生产加工难度较大且质量要求较高的材料及构件中展现出独特优势,受到了人们的广泛关注。经过近半个世纪的发展,随着热等静压设备性能的不断改进完善,HIP技术现已在硬质合金烧结、钨铝钛等难熔金属及合金的致密化、产品的缺陷修复、大型及异形构件的近净成形、复合材料及特种材料的生产加工等方面得到了广泛应用。

  热等静压设备主要由高压容器、加热炉、压缩机、真空泵、冷却系统和计算机控制系统组成,其中高压容器为整个设备的关键装置。目前。先进的热等静压机为预应力钢丝缠绕的框架式结构。高压容器的端盖与缸体间的连接采用无螺纹设计,因简体和框架均采用钢丝预应力缠绕,所获的负预应力可通过计算确定,即使当装置处于工作的最大压力状态时,其强大的应力也是由预应力缠绕钢丝所承受,即应力被集中消除,承载区域独立安全。同时钢丝缠绕还起到防爆和屏障的作用。因此,这种结构的热等静压机在高温高压(2000摄氏度200MPa)的工作条件下,无需外加任何特殊的防护装置,与老式的螺纹连接结构(端盖与缸体间)的热等静压机相比,不但设备的结构紧凑,而且有效地保证了生产的安全性。加热炉负责提供热等静压所必需的热量,通常为电阻式加热炉,可视不同温度档的要求,采用不同的电阻材料,如最高工作温度为1450℃条件时可用钼丝加热炉,为2000%条件时可用石墨加热炉。目前在先进的热等静压设备中,加热炉的安装方式为插入式,加热区分布于底部和侧部,可实现快速升温和均匀加热,将温差控制在≤15~E甚至≤10℃的范围。压缩系统通常采用非注油式电动液压压缩机.并配置有过压保护、防振装置和自动调节部件,可给热等静压提供高达200MPa的高压气体。真空泵则采用旋转叶轮式,用于设备的抽空排气,同时可去除容器内水气、氧和其它挥发性杂质。

  冷却系统采用内外循环回路设计。内循环通过管道内冷却水的流动与压力容器外壳间进行热交换。为了保护冷却系统,冷却水的质量很重要,需采用去离子水。管路也需进行防锈处理。外循环则通过换热器将内循环的热量带出。计算机控制系统可预先存储热等静压过程所需的各种程序,实现温度、压力、时间等基本工艺参数的自动控制。该系统还配有人机对话的PC机监视子系统,用于显示在线的工作状态、故障的监测报警等。并可在循环过程中进行程序修改。对热等静压设备多方面的安全保护设计,可确保其在高温、高压条件下的安全运行。如高压阀和高压管路均能承受最大工作压力两倍的压力;为防止过压情况的发生,在高压介质气体管路中设置了多级减压阀。并配有报警装置;当压力容器过压及过热、加热炉过热、冷却水的流量过小或水压过低时,均可进行声光报警,同时切断压缩机和加热炉。电源:采用可靠的电气、机械安全联锁等。
1 在硬质合金中的应用

  20世纪60年代末。HIP技术在硬质合金生产中开始得到实际应用。人们在传统真空烧结的基础上,对硬质合金进行HIP处理,形成了真空烧结+HIP工艺。该工艺将相对密度高于92%的烧结制品。

  在热等静压机中于压力为80~150MPa、温度为1320~1400~C条件下处理一定时间,使制品的致密度明显提高,孔隙度降至 HIP处理前的1/20~1/100甚至更低,抗弯强度及使用寿命均显著改善。但HIP设备的设计和控制费用昂贵,维护和操作也较复杂,因此在硬质合金中应用尚不普遍。随着科学技术的不断进步,于20世纪80年代初开发了一种所需压力低于10MPa的烧结一热等静压工艺,又被称为低压热等静压或过压烧结。在烧结一热等静压这一新工艺中,将硬质合金生产的成形剂脱除、烧结和HIP致密化合并在同一设备中完成,即先用氢气作载体或通过真空分压脱除成形剂,然后于真空状态升温到烧结温度。并保温一定时间,随即通人压力为3~6MPa的氩气,再保温一定时间后进行冷却。由于烧结一热等静压所需压力仅为真空烧结+热等静压的十几分之一甚至几十分之一,且数道工序合为一体。因此生产成本大为降低。更为重要的是,烧结一热等静压新工艺比HIP处理更能有效提高产品质量,故现已成为生产高质量硬质合金的主要手段。热等静压在大尺寸硬质合金制品的生产中具有明显优势翻。如对于单压源人造金刚石压机用的直

  径大于100mm的硬质合金顶锤,用常规粉末冶金方法很难保证质量,而经HIP处理后性能大为提高,其中D1 13mmx92mm的硬质合金六面顶锤的平均使用寿命由原来的407次,个提高到754次/爪。采

  用烧结一热等静压工艺,株洲硬质合金厂已成功地生产出单件质量为1 18kg、尺寸为D外285mmxD内66mmx145mm的硬质合金大制品。此外。利用HIP技术还可实现硬质合金与钢基复合材料的扩散连接。如将 YG15(wc一15Co)与钢基复合并在1050摄氏度、100 MPa条件下处理2h,两者即可很好地结合在一起,若在界面再加一镍片中间过渡层,不但避免了 相的产生,断裂位置也发生了改变。即由界面处移至YG15合金中,使材料的强度大为提高。
2.在钨、钼、钛等难熔金属中的应用

  钨合金因具有高密度、高强度、热膨胀系数低等良好的综合性能。在高科技领域中得到广泛应用。如 w—Ni—cu系钨合金因其非磁性而被广泛用作陀螺仪的外缘转子材料。随着导航技术的不断提高,陀螺转速从2xl04r/rain提高到 10xl04r/rain。故对用作外缘转子材料的w—Ni—Cu系钨基高密度合金也提出了更高的物理、力学性能要求。由于钨基高密度合金与硬质合金烧结制品类似,同属典型的液相烧结,因此经HIP处理可有效改善和提高其物理、力学性能。中南大学粉末冶金国家重点实验室的研究表明阁,对于82W—Ni— Cu(Ⅱ)合金,将烧结态制品在1120~C(即略高于合金中低熔点组分Cu的熔点1083摄氏度、150 MPa(传压介质为氮气)条件下进行30min的HIP处理,可使其密度提高2.9%,抗拉强度提高8.2%W-Cu常用作高压触头及电极材料,若致密度不高则影响其抗电弧烧蚀、抗熔焊性及导电、导热性。采用HIP对w—Cu进行处理,能消除材料内部的孔隙,改善材料性能。钼是一种高熔点、导热导电性好、力学性能优良、耐蚀性强的金属材料,广泛用作化工、电子、稀土冶金、玻璃等行业的电极及搅拌棒等。有关研究表明,钼材经过适当的热等静压(1300摄氏度.100~110MPa)处理,在致密度提高的基础上,可获得细小均匀的晶粒组织(晶粒度为7级),其抗拉强度为530 MPa,延伸率达25%,强度和韧性均得到提高。

  HIP在提高钛合金铸件质量方面效果显著 。众所周知,钛具有比强度高、温度适应范围宽、耐蚀性强等特点,是航空、航天工业中不可缺少的重要材料。如1ri6一Al一4v合金常用作飞机发动机过渡罩、发动机风扇等大型结构件。为了提高钛合金铸件性能,波音公司、洛克希德公司及道格拉斯公司等的研究表明,钛合金精密铸件在HIP后再经适当的热处理可使其性能达到锻件水平(包括塑性和抗疲劳性能)。
3 在特种陶瓷等新材料中的应用

  特种陶瓷包括结构陶瓷和功能陶瓷。为增强陶瓷的韧性,通常在陶瓷基体中引入纤维或晶须,然而在传统的烧结过程中因需要很高的烧结温度和较长的烧结时间,往往会使纤维和晶须发生表面强度的退化,甚至与基体发生化学反应,失去补强增韧的作用。采用热等静压烧结工艺,则大大降低了烧结温度和保温时间,可获得性能优异的纤维或晶须补强陶瓷基复合材料。如采用热等静压烧结工艺,在1085摄氏度获得相对密度高达91.5%的SiC晶须补强SiC陶瓷,其室温抗弯强度和断裂韧性分别达到595MPa和6.7MPa·m 。此外,在陶瓷基体中加入第二相粒子也可提高陶瓷的断裂韧性,但烧结时因形成内应力造成烧结困难并引起缺陷,热等静压烧结使这一问题得到解决,如对TiO 粒子补强AL2O3,陶瓷进行热等静压烧结,已成功地制备出完全致密的复合陶瓷。

  采用热等静压工艺。上海硅酸盐研究所已制备出单相和复相纳米结构陶瓷。其研究表明,在温度为 1850摄氏度、压力为200MPa条件下烧结1h。可获得晶粒尺寸<100nm,且结构均匀致密的单相SiC纳米陶瓷;而在温度为1750oC、压力为150 MPa条件下烧结1h,则可获得晶粒尺寸50nm左右、结构致密均匀的复相SirN4/SiC纳米陶瓷。美国Rutgers大学通过烧结一热等静压工艺开展的有关si3N 纳米陶瓷制备研究,也已取得较好效果。

  为提高金属的耐高温性能和抗腐蚀性,利用等离子技术在金属表面涂覆一层陶瓷所形成的金属一陶瓷复合材料,因界面主要为机械结合,且涂层内存在大量气孔,故影响材料的抗冲击性能和抗腐蚀性。如果将表面喷涂有陶瓷涂层的金属材料加上包套并真空密封后进行热等静压处理。不仅可实现陶瓷涂层的完全致密,而且在陶瓷涂层与金属基体间由于扩散作用将形成一层金属陶瓷相。从而实现涂层与金属间的冶金结合,使得该复合材料具有理想的结合强度和优良的综合性能。

经过30多年的努力,我国HIP技术从无到有、从小到大得到了迅速发展。在成形烧结、金属致密化及扩散连接等方面做了大量的研究开发工作,应用规模不断扩大。用于研究和生产的HIP设备由1980年的仅8台增至2000年的约8O台。且随着对引进设备和技术的消化吸收,现已具备设计和制作 “双两千”200MPa,2000℃中型HIP设备的能力。但从总体水平分析,我国HIP技术与发达国家相比仍存在一定差距,主要表现为:HIP致密化过程的基础理论研究、净成形技术研究、计算机软件开发等方面,起步较晚,明显落后:应用水平较为有限,除在硬质合金方面的应用已具规模且较成熟外。高温合金、特种陶瓷及复合材料等领域的应用开发基本还处于试验阶段;HIP设备的设计制造水平,包括设备功能、自控水平、辅助系统的配套等,目前的差距也仍然较大。

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热等静压(HIP)技术在硬质合金及陶瓷材料中的应用喷射成形镍基高温合金冷却速度的评价热等静压(HIP)技术在硬质合金及陶瓷材料中的应用
【摘 要】:本文是1999年6月9日至11日北京国际热等静压会议(HIP’99)有关论文的综合简述。介绍了热等静压技术在硬质合金、Si3N4陶瓷、SiC陶瓷、复相陶瓷、Al2O3陶瓷材料中的应用。【全 文】:
1 硬质合金 HIP技术在硬质合金中的应用始于70年代初。硬质合金经HIP处理后,其抗弯强度与使用寿命大幅度提高,加工后制品的表面光洁度也大大提高,许多采用常规工艺难以生产的部件,在采用HIP技术后也可以顺利生产。多年的试验研究表明,要想得到全致密的硬质合金产品,并不需要太高(一般只需要几个MPa)的压力。80年代初开发了一种低压烧结技术,即低压烧结HIP技术,此项新工艺把硬质合金生产中的脱蜡-烧结-HIP致密化合为一体在同一设备内完成。由于所需压力成10倍的下降,使HIP设备的制造成本大幅度降低。几道工序合为一体不但降低了制品的生产成本,同时由于此工艺更加合理而提高了产品的质量。目前烧结HIP技术已成为世界各硬质合金厂生产高质量硬质合金的主要手段。近年来我国各主要硬质合金生产厂都引进了多台先进的烧结热等静压设备,本届HIP会议发表了数篇有关报道。其中,株洲硬质合金厂采用平均粒度为0 8μm的WC粉、钴粉为原料及加入少量VC、Cr3C2制备了HRA≥90、抗弯强度≥3000MPa的系列产品株洲硬质合金厂还采用烧结HIP工艺生产了 外285mm/ 内66mm×145mm的大件,其单件质量为118kg他们对采用此工艺与采用常规真空烧结工艺制品的性能进行了比较(表1)
2  Si3N4材料 Si3N4陶瓷是最主要且应用最广的工程陶瓷材料之一。由于Si3N4陶瓷材料自身几乎不可能烧结成制品,故在生产Si3N4陶瓷制品时都加入一定数量的烧结助剂如:MgO、Al2O3、Y2O3等。由于烧结助剂与Si3N4表面SiO2形成低熔点共晶而进行液相烧结,α Si3N4粒子溶于液相后,从液相析出针状β Si3N4,这样的组织结构有利于提高Si3N4陶瓷材料的力学性能,因而常压烧结Si3N4制品在80年代后得到广泛的应用。为进一步提高材料的力学性能,近年来大多采用低压HIP烧结技术(又称为气压烧结———GPS),且在加压工艺上各国都进行了大量研究。清华大学采用先在1800℃、0 1MPa下烧结2h(材料中含5%Y2O3、3%Al2O3及5%TiC(质量分数)),然后在1900℃、10MPa下烧结2h的工艺,得到了抗弯强度为714MPa,断裂韧性为7 4MPa·m1/2的材料。上海材料所认为,最好的工艺是先在1850℃及1MPa下烧结0 5~2h,然后进行高压处理(温度为1750~1850℃,压力为150MPa)。对HIP高压处理致密化的机理研究表明,虽然制品的密度随HIP处理温度的提高而提高,但若预烧工艺选择不当,也可使其中心部位的致密化受到影响。澳大利亚学者与中国学者的研究结果表明,若在0 1~1MPa及1750℃下烧结1h,然后再立即加压至100MPa并保持1h,则可以得到很细的晶粒。他们对Si3N4/SiC·ZTA·Mg- AT(Mg-Al钛酸盐)等又进行了一系列的试验,得到了同样的结论(表2)。
关于在高压下Si3N4晶粒细化的原因,被认为是由于致密化在更低的温度(α Si3N4完成转变为β Si3N4的温度降低至1400℃)下进行所致。
3 SiC陶瓷材料 SiC陶瓷材料也是重要的工程陶瓷材料之一。制备此材料的特点是烧结温度高,材料的全致密化程度仍不理想。为此,人们进行了大量研究,如选用不同的烧结助剂、降低原材料粉末的粒度和改进烧结工艺等,但收效不大。(1)加入过量的烧结助剂虽可以使烧结温度降低,但材料的力学性能,尤其是其高温性能降低(2) 高的烧结温度会使材料的晶粒长大、力学性能降低(3)过高的烧结温度会使一些液相挥发而难以得到全致密的材料。日本采用包套HIP工艺制备了致密的SiC陶瓷材料,研究了TiC及Si3N4陶瓷颗粒增强和SiC晶须增强的复合陶瓷材料,还研究了不同烧结添加剂(B4C、AlN及Al2O3)及上述陶瓷材料增强剂对SiC系陶瓷材料烧结致密度、显微组织及力学性能的影响。加入Al2O3可在SiC表面生成Al2O3 SiO2共晶相,从而可以有效地提高SiC系材料的烧结致密度。他们采用α SiC的亚微米粉加入3%Al2O3(质量分数),在1850℃、200MPa下烧结1h,得到了密度为97 3%的材料加入25%Si3N4(体积分数)颗粒增强剂使SiC多相陶瓷材料的抗弯强度达到了625MPa加入5%SiC(体积分数)晶须材料的断裂韧性值达到了6 7MPa·m1/2。 上海硅酸盐研究所历时10年开发了“活性”HIP后处理SiC烧结制品的新工艺。热力学分析表明,许多碳化物(如SiC、TiC和B4C等)在高温、高压氮的作用下不稳定,因此氮气可以作为“活性”HIP后对SiC进行处理的一种典型压力介质()。SiC材料在高压氮处理后,在材料表面形成Si3N4,且使部分内部SiC氮化成Si3N4。在SiC氮化成Si3N4时,由于产生体积膨胀(约17 5%),而使材料的气孔率下降,从而使材料表面的气孔和表面缺陷(如裂纹)得以愈合,因此,材料的力学性能大幅度提高。而采用常规惰性气体作为压力介质时,由于不能改变SiC陶瓷烧结制品的表面组成与结构,因此,当存在表面缺陷时会使材料的力学性能大幅度降低。 几种碳化物在1000~2500℃氮化时氮的平衡分压a-多数碳化物 b-SiC及TiC
表3列出了SiC系材料在“活性”HIP处理前后,一些力学性能的比较。从表3可以看到,经过 “活性”HIP处理的材料,其密度有不同程度的提高,其抗弯强度显著提高(有的甚至提高近1倍),其断裂韧性值有的提高50%以上。在上海硅酸盐研究所研究成果的基础上,日本经验证得到了类似的结果。
一般认为,采用热压(HP)工艺可以得到全致密的高性能产品。试验表明,经过热压的制品在经过高压氮处理后,其力学性能仍可得到大幅度提高(表4)。对于采用不同工艺制备的Si3N4材料,经高压氮处理后,由于氮部分改变了铝与氧的结合,形成了Si Al O N固溶体而提高了Si3N4材料的力学性能(表5)。
【摘 要】:本文采用X射线衍射技术分析了喷射成形镍基高温合金在不同状态下的晶格常数变化规律 ,由此对喷射沉积坯锭的冷却效果进行了评价 ,提出用“综合冷却速度”的概念来统一表征喷射成形材料的快速凝固效果 ,并分析了喷射成形条件下的晶格畸变和固溶度变化。【全 文】:
1 前言 喷射成形技术因其独到的快速凝固组织特性和近终形成形特点日益受到重视,对喷射成形冷却效果的估计和评价无论在理论上还是实际应用中都有重要意义,也是相关研究者十分关注的问题。一般而言,喷射成形材料的组织形成经历了雾化飞行过程中的快速凝固、沉积固结时半液态层中的凝固以及固态阶段的缓慢冷却三个不同阶段,而不同阶段冷却速度的差别很大[1,2]。显然,用上述三个冷却阶段中的任何一个来表征喷射成形材料的冷却效果都是不合适的。快速凝固材料的一个基本特征是合金固溶度的增大[3~5],因此,可以从材料固溶度或晶格常数变化的角度来评价材料的快速凝固效果。基于此,本文对镍基高温合金沉积态材料冷却速度或称综合冷却效果进行了评定,并对沉积态材料晶格常数与固溶度变化进行了分析。
2 试验与分析方法 合金制备采用多功能雾化喷射成形装置进行,氩气保护熔炼,高纯氮气雾化,基本工艺参数是:导液管直径为4 2mm,沉积距离为450mm,合金过热度为150℃,雾化压力1 5MPa。 所研究粉末和沉积锭的X射线衍射分析在D MAX RB型X射线衍射仪上进行。衍射条件为:CuKα衍射(λ=0 154157nm),电压50kV,电流100mA,扫描范围2θ:40~142°。为提高点阵常数测量精度,采用高角度的(331)晶面并用标准Si粉末标样校正。
3 结果与讨论 为不同冷却速度下本文试验合金沉积态和三种不同粒度范围粉末的XRD曲线。在此四种状态所对应的冷却速度范围内,合金的相组成没有任何改变,但三种粒度粉末的衍射角位置呈现一定的规律性变化,即随粉末粒度的细化,衍射角向小角度偏移,晶格常数增大。沉积锭XRD曲线所对应的衍射角大于最粗的粉末而小于两种较细粉末,这就意味着其冷却效果并不小于所有粒度的雾化粉末。而文献的数值模拟结果表明,不同粒度粉末的冷却速度均在104K/s数量级以上。因此根据所观察到的XRD初步分析结果,可以认为沉积锭具有较高的快速凝固效果。 为点阵常数精确测定曲线中(331)晶面衍射峰的放大,可以清楚地观察到粉末峰宽随冷却速度增大而宽化的现象,同时衍射线条的峰位向小角度移动,即晶面间距逐渐变小,点阵常数逐渐变大。与的结果相似,沉积锭的XRD曲线变化规律仍在粗、细粉末之间,所测得的点阵常数为0 35849nm。 为作者对不同粒度粉末所做的冷速度的数值计算结果。将三种粒度范围粉末的晶格常数与其冷却速度的对应关系绘于,可见在对数坐标下二者基本呈现线性对应关系,晶格常数随着冷却速度的增大而增大。既然沉积态材料的晶格常数在所表示的晶格常数范围内,那么当认为材料晶格常数仅与冷却速度相关时可由该图得到一个冷却速度值,即曲线与由纵坐标值为0 35849nm(所测沉积锭晶格常数值)处所引水平线的交点,当前工艺条件下为3 5×104K/s。这里的冷却速度不妨称之为喷射成形锭的综合冷却速度。综合冷却速度的概念可认为是对喷射成形过程中冷却效果的总体描述,受到合金性质以及沉积速率、沉积距离、喷射温度、雾化气体压力、沉积基板预热温度等多个工艺参数的影响,由于喷射成形工艺适宜的固相分数在0 6~0 8之间,在雾化过程中已有大部分熔滴处于固态与半固态,这就意味着喷射成形材料的平均冷却速度更多地受到雾化过程而非沉积过程和固态冷却过程的影响,这也是沉积态材料具有较高平均冷却速度的原因。 晶格常数随冷却速度增大而增大的现象说明晶格发生了膨胀,并将引起材料的晶格畸变。晶格畸变对合金强化有重要影响。对于立方晶系有如下关系:
Δdd=Δaa式中:d、a分别为晶面间距和晶格常数,Δd、Δa分别为晶面间距和晶格常数变化量。Δa=a-a0,a0为纯溶剂的晶格常数。由此不难得出晶格畸变随冷却速度的变化规律。显然,随着冷却速度的增大,合金的晶格畸变程度增大,这与晶格常数随冷却速度的变化关系相对应。 上述变化可由冷却速度增高所导致的固溶度增大现象来解释。快速凝固过程因固/液界面移动速度大于溶质扩散速度使得部分溶质被向前推进的固相所淹没(捕获),表现为固溶度的增大。表1为主要合金元素与基体元素Ni在原子直径上相差的百分数,表2为有关元素进入基体γ相和γ′相的分配比例。可见上述元素中除C和B外直径均大于Ni原子,而C和B并不进入基体,对晶格常数没有明显影响其中的Al、Ti、Nb主要进入(γ′相而Cr、Co、Mo则以进入基体 (γ相)为主,此三元素分别较Ni原子直径大3%,1%和12%。它们进入基体后将导致晶格膨胀,点阵常数增大。在快速凝固条件下,由于过饱和固溶度的增大及更多的固溶元素可以进入基体,必然结果是较常规成形方法点阵畸变程度增大。显而易见,点阵常数随冷却速度的增加而增加。喷射成形高温合金所具有的快速凝固效果使之可能因固溶度提高而拥有良好的性能。
4 复相陶瓷材料制备复相陶瓷材料是进一步改善单相陶瓷材料力学性能的有效方式。由于加入大量的烧结助剂会对陶瓷材料的性能带来许多不利影响,因此人们力图降低或不使用烧结助剂。在这方面,上海硅酸盐所的研究具有代表性。对于SiC- 25%Si3N4(体积分数)复合材料,他们以Si3N4为结合相,并加入La2O3、Y2O3等少量稀土添加物,以提高材料的高温性能。对于SiC 20%(β Sialon)(体积分数)复相材料,加入Al2O3、AlN,由于在烧结开始期间它们可作为一般的烧结助剂形成共晶液相促进烧结,而在烧结后期它们与Si3N4形成β-Sialon相,故在晶界不形成玻璃相,从而就大大地提高了陶瓷材料的力学性能。对于Y-(α/β Sialon)复相陶瓷材料,α-Sialon晶粒弥散在针状β-Sialon内,α相的含量约为30%,β相的含量约为70%(由1850℃、1 5MPa条件下烧结2h制得)。α/β复相陶瓷所以引人注目不仅是由于它高的致密性,而且是由于它的力学性能具有加和性和可调性。上述陶瓷材料的抗弯强度达到750MPa、断裂韧性达到7.2MPa·m1/2,针状β-Sialon晶粒在基体中起到了自补强作用。
5 核燃料废料处理用复合陶瓷包套材料
根据环保要求,许多国家对来自核电站的高放射性核废料的处理给予高度重视,并进行了大量研究。用做盛放核废燃料的整体陶瓷容器的陶瓷材料在辐射条件下应具有高的化学稳定性、耐腐蚀,并具有岩石般的强度。乌克兰NSTKIPT的Sayenko等报道了他们近10年来的研究结果,他们对Al4Si2O9 (t ZrO2)材料进行了重点系列研究。他们采用等离子造粒得到了成分均匀含部分晶化与非晶的粉末,然后在HIP处理(温度1000~1300℃、压力 10~30MPa)过程中得到了致密、均匀的细晶材料(晶粒

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Welcome to BW tool world! We are an experienced tool maker specialized in cutting tools. We focus on what you need and endeavor to research the best cutter to satisfy users’ demand. Our customers involve wide range of industries, like mold & die, aerospace, electronic, machinery, etc. We are professional expert in cutting field. We would like to solve every problem from you. Please feel free to contact us, its our pleasure to serve for you. BW product including: cutting tool、aerospace tool .HSS DIN Cutting tool、Carbide end mills、Carbide cutting tool、NAS Cutting tool、NAS986 NAS965 NAS897 NAS937orNAS907 Cutting Tools,Carbide end mill、disc milling cutter,Aerospace cutting tool、hss drill’Фрезеры’Carbide drill、High speed steel、Compound Sharpener’Milling cutter、INDUCTORS FOR PCD’CVDD(Chemical Vapor Deposition Diamond )’PCBN (Polycrystalline Cubic Boron Nitride) ’Core drill、Tapered end mills、CVD Diamond Tools Inserts’PCD Edge-Beveling Cutter(Golden Finger’PCD V-Cutter’PCD Wood tools’PCD Cutting tools’PCD Circular Saw Blade’PVDD End Mills’diamond tool. INDUCTORS FOR PCD . POWDER FORMING MACHINE ‘Single Crystal Diamond ‘Metric end mills、Miniature end mills、Специальные режущие инструменты ‘Пустотелое сверло ‘Pilot reamer、Fraises’Fresas con mango’ PCD (Polycrystalline diamond) ‘Frese’POWDER FORMING MACHINE’Electronics cutter、Step drill、Metal cutting saw、Double margin drill、Gun barrel、Angle milling cutter、Carbide burrs、Carbide tipped cutter、Chamfering tool、IC card engraving cutter、Side cutter、Staple Cutter’PCD diamond cutter specialized in grooving floors’V-Cut PCD Circular Diamond Tipped Saw Blade with Indexable Insert’ PCD Diamond Tool’ Saw Blade with Indexable Insert’NAS tool、DIN or JIS tool、Special tool、Metal slitting saws、Shell end mills、Side and face milling cutters、Side chip clearance saws、Long end mills’end mill grinder’drill grinder’sharpener、Stub roughing end mills、Dovetail milling cutters、Carbide slot drills、Carbide torus cutters、Angel carbide end mills、Carbide torus cutters、Carbide ball-nosed slot drills、Mould cutter、Tool manufacturer.

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ようこそBewise Inc.の世界へお越し下さいませ、先ず御目出度たいのは新たな

情報を受け取って頂き、もっと各産業に競争力プラス展開。

弊社は専門なエンド・ミルの製造メーカーで、客先に色んな分野のニーズ、

豊富なパリエーションを満足させ、特にハイテク品質要求にサポート致します。

弊社は各領域に供給できる内容は:

(1)精密HSSエンド・ミルのR&D

(2)Carbide Cutting tools設計

(3)鎢鋼エンド・ミル設計

(4)航空エンド・ミル設計

(5)超高硬度エンド・ミル

(6)ダイヤモンド・エンド・ミル

(7)医療用品エンド・ミル設計

(8)自動車部品&材料加工向けエンド・ミル設計

弊社の製品の供給調達機能は:

(1)生活産業~ハイテク工業までのエンド・ミル設計

(2)ミクロ・エンド・ミル~大型エンド・ミル供給

(3)小Lot生産~大量発注対応供給

(4)オートメーション整備調達

(5)スポット対応~流れ生産対応

弊社の全般供給体制及び技術自慢の総合専門製造メーカーに貴方のご体験を御待ちしております。

Bewise Inc. talaşlı imalat sanayinde en fazla kullanılan ve üç eksende (x,y,z) talaş kaldırabilen freze takımlarından olan Parmak Freze imalatçısıdır. Çok geniş ürün yelpazesine sahip olan firmanın başlıca ürünlerini Karbür Parmak Frezeler, Kalıpçı Frezeleri, Kaba Talaş Frezeleri, Konik Alın Frezeler, Köşe Radyüs Frezeler, İki Ağızlı Kısa ve Uzun Küresel Frezeler, İç Bükey Frezeler vb. şeklinde sıralayabiliriz.

BW специализируется в научных исследованиях и разработках, и снабжаем самым высокотехнологичным карбидовым материалом для поставки режущих / фрезеровочных инструментов для почвы, воздушного пространства и электронной индустрии. В нашу основную продукцию входит твердый карбид / быстрорежущая сталь, а также двигатели, микроэлектрические дрели, IC картонорезальные машины, фрезы для гравирования, режущие пилы, фрезеры-расширители, фрезеры-расширители с резцом, дрели, резаки форм для шлицевого вала / звездочки роликовой цепи, и специальные нано инструменты. Пожалуйста, посетите сайт www.tool-tool.com для получения большей информации.

BW is specialized in R&D and sourcing the most advanced carbide material with high-tech coating to supply cutting / milling tool for mould & die, aero space and electronic industry. Our main products include solid carbide / HSS end mills, micro electronic drill, IC card cutter, engraving cutter, shell end mills, cutting saw, reamer, thread reamer, leading drill, involute gear cutter for spur wheel, rack and worm milling cutter, thread milling cutter, form cutters for spline shaft/roller chain sprocket, and special tool, with nano grade. Please visit our web www.tool-tool.com for more info.

烧结热等静压(SINTER-HIP)技术www.tool-tool.com

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烧结热等静压技术概况:烧结对于硬质合金的生产起着重要的作用,因为它影响每一单独物料的最终质量。80年代初热等静压技术已被普遍用作一种辅助工艺步骤。热等静压工艺作为致密化的一种手段,虽然也可获得高的密度和低的孔隙率,但存在明显的弱点,如设备昂贵,运行费用高,生产率低,烧结易产生钴池,炭化物晶粒异常长大等。80年代初,国际上开发了一种热等静压烧结技术,也称之为低压烧结或过压烧结,这种工艺方法是将脱蜡、预烧、真空烧结、热等静压制几个工艺合为一道工艺在一个设备内完成的新方法。它是由热等静压技术演变过来的。经专家们试验表明,要想使硬质合金(在液相出现的前提下)的孔隙降为零,并不需要太高的压力,一般有几个MPa的压力就够了。因而出现与发展了低压烧结技术。这是硬质合金烧结技术的重大进展,该技术的明显优点是投资较热等静压低得多,生产运行费用低,可使产品的孔隙度大幅下降,甚至降为零,且可消除钻池和碳化物晶粒的异常长大,从而保证和提高了制品的烧结质量。近几年来陶瓷生产技术发展很快,特别是氮化硅系列陶瓷已从试验室逐渐进入工业化生产,这就需要找到一条适合于陶瓷生产的工艺方法。生产工艺的先进性直接影响到产品的质量。以 Si<,3>N<,4>为例,目前国内通常采用的方法有:反应烧结法、无压烧结法、热压烧结法,这几种方法中以热压烧结法较为优越。目前在制作刀具及高硬质耐磨件方面大都采用此方法。但热压法也有其明显的缺点,它只能生产形状简单的产品,将热压的毛坯再加工成刀具要消耗大量的金刚石制品及人力,这就使生产成本大幅上升,还有热压制品具有方向性,在使用中必须予以充分考虑,这就给使用者带来诸多不便。为了解决上述问题,专家们选择了热等静压工艺,使陶瓷制品烧结致密化。在使用这种先进工艺时,人们又发现,对于在烧结过程中出现液相的制品不需要太大的压力就可以获得低孔隙率的制品。一般热等静压工艺需要:60~200MPa的压力,而烧结等静压工艺一般只需要10~20MPa的压力。这就带来了一系列的优点,因而烧结热等静压工艺对于那些在烧结工艺中出现液相的制品是更为适合规模生产的一种先进工艺。对于陶瓷制品的生产,热等静压工艺和烧结热等静压工艺均为先进的工艺手段。在美国、日本、德国等工业发达的国家已被普遍采用。采用上述先进的工艺首先可以解决制品的形状问题,只要压坯形状可以成型出来,就可以烧结致密化。由于整个工艺在等静压中完成,首先它可以保证烧结毛坯的形状及尺寸精度,可以最大限度地减少烧结后的磨削加工余量。其二是使用热等静压工艺或烧结热等静压工艺时的工作压力为160~200MPa或10~20MPa,这比热压的最大压力大得多,因而可以降低添加剂的含量和烧结温度,大幅度提高制品的性能,且各向同性。这将给使用者带来极大的方便。其三是产量大,适合于规模生产。其四是成品收得率高。热等静压和烧结热等静压工艺除上述优点相同外,烧结热等静压工艺还有一个明显的优点就是无需包套工艺,将真空烧结和热等静压工艺合并为一道工序完成,这不仅省去了包套制作这个难题,而且减少了工艺环节,使生产成本较热等静压工艺大幅度下降,更加容易形成规模生产。因而,在工业发达国家烧结热等静压工艺被普遍采用。国外烧结热等静压机的发展特点:1、烧结硬质合金类制品的烧结热等静压机:(1)大型化。随着烧结热等静压装备的发展日趋完善,工艺技术的不断成熟,硬质合金的生产进入了烧结热等静压时代,因而要求规模生产、规模效益。一般装炉量从200kg/炉到1200kg/炉。(2)多功能、多气氛。硬质合金稳定生产就要控制其质量,要求脱蜡功能在一个炉内完成,且可通入氢气、甲烷气氛等用于控制碳势和稳定产品质量。所以在炉内均设置脱蜡系统和多气氛调节系统。(3)快速冷却。由于设备向大型化发展,烧结的制品达1200kg/炉,所以缩短生产周期,稳定产品质量势在必行。因而在大型设备中均设置有快速冷却功能。(4)自动化程度高,生产工艺稳定。在设备中一般均配置微机或智能仪表及PLC等。各系统的逻辑控制、加热控制及操作均通过计算机和PLC完成,达到生产工艺稳定,不受操作人员自身因素影响。2、烧结陶瓷类制品的烧结热等静压机:(1)烧结温度高。对于试验用烧结热等静压机,一般烧结温度高于2000℃,可达2300℃,采用了光学测温方式。(2)多功能。在装备中,为了获得更多的参数,一般装备有膨胀仪,以准确地测量收缩,以确定充压时机和加压压力的大小。(3)操作方便自动化程度高。作为高温烧结热等静压机,其烧结温度及压力均要求较高,这就要求操作方便,控制精确。一般装备有微机。智能仪表、PLC等,实现全面自动控制。 国外烧结热等静压技术应用十分广泛,凡在烧结工艺中出现液相的制品(如WC+Co,Si<,3>N<,4>等)均可采用此工艺,例如:含13%Co以下的硬质合金制品生产;钢结硬质合金生产;结构陶瓷、功能陶瓷生产,如系列Si<,3>N<,4>制品,Al<,2>O<,3>,TZP,ZrO<,2>,TiC等。国内烧结热等静压技术的应用:1、应用于硬质合金生产:国内有许多硬质合金厂家,如株洲601厂、自贡764厂、北方工具厂、江汉油田钻头厂、成都硬质合金工具厂等,纷纷从美国、德国引进了各类型烧结热等静压机,普遍应用于硬质合金钻探工具、矿山工具、六面顶压机顶锤、轧辊等制品的生产。钢铁研究总院在自行开发烧结热等静压的设备上,小规模生产硬质合金顶锤、轧辊、矿山工具、异型件等。2、应用于高温陶瓷生产。株洲601厂、上海材料所、山东工程陶瓷研究院、上海硅酸盐研究所、淮南氮化硅生产基地等单位陆续装备了立式烧结热等静压机并采用烧结热等静压工艺生产Si<,3>N<,4>系列制品。烧结热等静压技术的应用前景:烧结热等静压技术做为80年代中后期发展起来的新技术,在国外硬质合金领域和陶瓷领域应用十分广泛。对于硬质合金生产,它已经取代或部分取代了传统的氢气烧结工艺和真空烧结工艺,尤以大型硬质合金制品为突出。钢铁研究总院研究开发生产系列烧结热等静压机:根据中国硬质合金技术、陶瓷技术的发展及市场现状,烧结热等静压技术将会有广阔的应用前景。就硬质合金生产装备来讲,钢铁研究总院将根据用户的不同要求,陆续研制开发从实验室的小型装备到装炉量达1000kg以上的特大型设备,形成中国的系列产品。同时,根据陶瓷工业发展的需要,已开发成功的SIP30O-II型高温烧结热等静压机,逐渐形成高温立式烧结热等静压机系列产品。

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(6)ダイヤモンド・エンド・ミル

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等静压石墨介绍 www.tool-tool.com

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等静压技术原理

  等静压技术是一种利用密闭高压容器内制品在各向均等的超高压压力状态下成型的超高压液压先进设备。等静压工作原理为帕斯卡定律:“在密闭容器内的介质(液体或气体)压强,可以向各个方向均等地传递。” 等静压技术已有70多年的历史,初期主要应用于粉末冶金的粉体成型;近 20年来,等静压技术已广泛应用于陶瓷铸造、原子能、工具制造、塑料、超高压食品灭菌和石墨、陶瓷、永磁体、高压电磁瓷瓶、生物药物制备、食品保鲜、高性能材料、军工等领域。等领域。

  等静压技术按成型和固结时的温度高低,分为冷等静压、温等静压、热等静压三种不同类型。

冷等静压技术

  冷等静压技术,(Cold Isostatic Pressing,简称CIP)

  是在常温下,通常用橡胶或塑料作包套模具材料,以液体为压力介质 主要用于粉体材料成型,为进一步烧结,煅造或热等静压工序提供坯体。一般使用压力为100~ 630MPa。

Avure冷等静压设备

温等静压技术

  温等静压技术,压制温度一般在80~120℃下.也有在250~450℃下,使用特殊的液体或气体传递压力,使用压力为300MPa左右。主要用于粉体物料在室温条件下不能成型的石墨、聚酰胺橡胶材料等。以使能在升高的温度下获得坚实的坯体。

热等静压技术

热等静压技术(hot isostatic pressing,简称HIP)

  HIP) ,是一种在高温和高压同时作用下,使物料经受等静压的工艺技术,它不仅用于粉末体的固结.睫传统粉末冶金工艺成型与烧结两步作业一并完成.而且还用于工件的扩散粘结,铸件缺陷的消除,复杂形状零件的制作等。在热等静压中,一般采用氩、氨等惰性气体作压力传递介质,包套材料通常用金属或玻璃。工作温度一般为 1000~2200℃ ,工作压力常为100~200MPa。

与常规成型技术相比特点

  等静压技术作为一种成型工艺,与常规成型技术相比,具有以下特点:

a.等静压成型的制品密度高,一般要比单向和双向模压成型高5 ~l5。热等静压制品相对密度可达99 8%~99.09% 。

  b.压坯的密度均匀一致。在摸压成型中,无论是单向、还是双向压制,都会出现压坯密度分布不均现象。这种密度的变化在压制复杂形状制品时,往往可达到10% 以上。这是由于粉料与钢模之间的摩擦阻力造成的。等静压流体介质传递压力,在各方向上相等。包套与粉料受压缩大体一致,粉料与包套无相对运动,它们之间的摩擦阻力很少,压力只有轻微地下降,这种密度下降梯度一般只有1% 以下,因此,可认为坯体密度是均匀的。

  c-因为密度均匀.所以制作长径比可不受限制,这就有利于生产棒状、管状细而长的产品。

  d.等静压成型工艺,一般不需要在粉料中添加润滑剂,这样既减少了对制品的污染,又简化了制造工序。

  e.等静压成型的制品,性能优异,生产周期短,应用范围广。等静压成型工艺的缺点是,工艺效率较

  低,设备昴贵。本文着重介绍冷等静压技术的应用,以及冷等静压设备的一些情况。

冷等静压设备

  冷等静压成塑有湿袋法和干袋法两种.相应地等静压机的结构也有所不同。

1.湿袋法等静压

  将粉末装入塑性袋,直接打人液体压力介质,和液体相接触.因此称湿袋法。这种方法可任意改变塑性包套的形状和尺寸.制品灵活性很大.适用于小规模生产。每次都要进行装袋、卸袋操作,生产效率不高,不能连续进行大规模生产。

2.干袋法等静压

  橡皮袋首先放在缸内.工作时不取出,粉末装入另外的成型塑性袋后.放进加压橡皮袋内,与液体不相接触.因此称为千袋法。这种方法可连续操作,即把上盖打开.从料斗装料.然后盖好上盖加压成受.出料时.把上盖打开.通过底部的顶棒把压坯从上边顶出去。操作周期短,适用于成批生产.但产品规格受限制.因为加压塑性模不能经常更换。由于大量使用的主要是湿袋法.因此下面着重介绍湿袋冷等静压设备结构。

3.超高压容器

超高压容器是冷等静压技术的主要设备,是压制粉末或其他物品的工作室.必须要有足够的强度和可靠的密封性。容器缸体的结构.常采用螺纹式结构和框架式结构。

框架式冷等静压机

螺纹式结构:缸体是一个上边开口的坩埚状圆筒筒体,为了安全可靠.在外面常装加固钢箍(热套和钢筒).形成双层缸体结构。缸筒的上口用带螺纹的塞头连接和密封。这种结构制造起来较简单.但螺纹易损坏,安全可靠性较差.工作效率较低。为了操作方便.有的设计成开口螺纹结构,塞头装入后,旋转 45’,上端另有液压压紧装置。

  框架式缸体结构:缸体为一个圆筒,用高强度钢制成.或用高强度钢丝带绕制,简体内的上、下塞是活动的,无螺纹连接。缸体的轴向力靠框架来承受。这佯,避免了螺纹结构的应力集中,工作起来安全可靠。对于缸体直径大、压力高的情况,更具有优越性,但投资较高。

4 超高压泵及液压系统

超高压倍增器

向容器内注入高压液体.是通过高压泵以及相应的管道、阀门来实现的。高压泵有柱塞高压泵(一般由电机皮带轮带动曲轴推动柱塞做往复运动)、超高压倍增器(由大面积活塞缸推动小面积柱塞高压缸做往复式运动)等。

冷等静压机系列数据参考图表

缸体内径













mpa

160

200

250

315

400

500

630

355mm

QIC50

QIC63

400mm

QIC50

QIC63

QIC80

450mm

QIC50

QIC63

QIC80

QIC100

500mm

QIC50

QIC63

QIC80

QIC100

550mm

QIC50

QIC63

QIC80

QIC100

QIC125

630mm

QIC50

QIC30

QIC80

QIC100

QIC125

QIC160

800mm

QIC80

QIC100

QIC125

QIC160

QIC200

1250mm

QIC250

  往:表中QIC100等为冷等静压机型号.其中QIC代表冷等静压机,100代表框架承受的总轴向力为

  100MN。

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Welcome to BW tool world! We are an experienced tool maker specialized in cutting tools. We focus on what you need and endeavor to research the best cutter to satisfy users’ demand. Our customers involve wide range of industries, like mold & die, aerospace, electronic, machinery, etc. We are professional expert in cutting field. We would like to solve every problem from you. Please feel free to contact us, its our pleasure to serve for you. BW product including: cutting tool、aerospace tool .HSS DIN Cutting tool、Carbide end mills、Carbide cutting tool、NAS Cutting tool、NAS986 NAS965 NAS897 NAS937orNAS907 Cutting Tools,Carbide end mill、disc milling cutter,Aerospace cutting tool、hss drill’Фрезеры’Carbide drill、High speed steel、Compound Sharpener’Milling cutter、INDUCTORS FOR PCD’CVDD(Chemical Vapor Deposition Diamond )’PCBN (Polycrystalline Cubic Boron Nitride) ’Core drill、Tapered end mills、CVD Diamond Tools Inserts’PCD Edge-Beveling Cutter(Golden Finger’PCD V-Cutter’PCD Wood tools’PCD Cutting tools’PCD Circular Saw Blade’PVDD End Mills’diamond tool. INDUCTORS FOR PCD . POWDER FORMING MACHINE ‘Single Crystal Diamond ‘Metric end mills、Miniature end mills、Специальные режущие инструменты ‘Пустотелое сверло ‘Pilot reamer、Fraises’Fresas con mango’ PCD (Polycrystalline diamond) ‘Frese’POWDER FORMING MACHINE’Electronics cutter、Step drill、Metal cutting saw、Double margin drill、Gun barrel、Angle milling cutter、Carbide burrs、Carbide tipped cutter、Chamfering tool、IC card engraving cutter、Side cutter、Staple Cutter’PCD diamond cutter specialized in grooving floors’V-Cut PCD Circular Diamond Tipped Saw Blade with Indexable Insert’ PCD Diamond Tool’ Saw Blade with Indexable Insert’NAS tool、DIN or JIS tool、Special tool、Metal slitting saws、Shell end mills、Side and face milling cutters、Side chip clearance saws、Long end mills’end mill grinder’drill grinder’sharpener、Stub roughing end mills、Dovetail milling cutters、Carbide slot drills、Carbide torus cutters、Angel carbide end mills、Carbide torus cutters、Carbide ball-nosed slot drills、Mould cutter、Tool manufacturer.

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ようこそBewise Inc.の世界へお越し下さいませ、先ず御目出度たいのは新たな

情報を受け取って頂き、もっと各産業に競争力プラス展開。

弊社は専門なエンド・ミルの製造メーカーで、客先に色んな分野のニーズ、

豊富なパリエーションを満足させ、特にハイテク品質要求にサポート致します。

弊社は各領域に供給できる内容は:

(1)精密HSSエンド・ミルのR&D

(2)Carbide Cutting tools設計

(3)鎢鋼エンド・ミル設計

(4)航空エンド・ミル設計

(5)超高硬度エンド・ミル

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(7)医療用品エンド・ミル設計

(8)自動車部品&材料加工向けエンド・ミル設計

弊社の製品の供給調達機能は:

(1)生活産業~ハイテク工業までのエンド・ミル設計

(2)ミクロ・エンド・ミル~大型エンド・ミル供給

(3)小Lot生産~大量発注対応供給

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弊社の全般供給体制及び技術自慢の総合専門製造メーカーに貴方のご体験を御待ちしております。

Bewise Inc. talaşlı imalat sanayinde en fazla kullanılan ve üç eksende (x,y,z) talaş kaldırabilen freze takımlarından olan Parmak Freze imalatçısıdır. Çok geniş ürün yelpazesine sahip olan firmanın başlıca ürünlerini Karbür Parmak Frezeler, Kalıpçı Frezeleri, Kaba Talaş Frezeleri, Konik Alın Frezeler, Köşe Radyüs Frezeler, İki Ağızlı Kısa ve Uzun Küresel Frezeler, İç Bükey Frezeler vb. şeklinde sıralayabiliriz.

BW специализируется в научных исследованиях и разработках, и снабжаем самым высокотехнологичным карбидовым материалом для поставки режущих / фрезеровочных инструментов для почвы, воздушного пространства и электронной индустрии. В нашу основную продукцию входит твердый карбид / быстрорежущая сталь, а также двигатели, микроэлектрические дрели, IC картонорезальные машины, фрезы для гравирования, режущие пилы, фрезеры-расширители, фрезеры-расширители с резцом, дрели, резаки форм для шлицевого вала / звездочки роликовой цепи, и специальные нано инструменты. Пожалуйста, посетите сайт www.tool-tool.com для получения большей информации.

BW is specialized in R&D and sourcing the most advanced carbide material with high-tech coating to supply cutting / milling tool for mould & die, aero space and electronic industry. Our main products include solid carbide / HSS end mills, micro electronic drill, IC card cutter, engraving cutter, shell end mills, cutting saw, reamer, thread reamer, leading drill, involute gear cutter for spur wheel, rack and worm milling cutter, thread milling cutter, form cutters for spline shaft/roller chain sprocket, and special tool, with nano grade. Please visit our web www.tool-tool.com for more info.

石墨热场系统问题收集www.tool-tool.com

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目前单晶硅厂家使用的热场都是比较成功的,一是因为石墨毡保温,总厚度达到100MM以上,保证了径向温度梯度尽可能小的条件,二是因为热场大,使用的坩埚一般都是在250MM以上,这样保温罩、保温盖的口径也大了,有充分的纵向散热功能,保证了晶体的纵向温度梯度足够大的条件,同时加强托碗底部的保温效果,保证了熔体中的纵向温度梯度比较大的条件,这种热场成晶率高,有利单晶从头到尾进行无位错生长,不必进行过多的调整,差异在成品率的高低和节能的效果不一样,然而这些指标往往又和设备的优良成度以及管理水平等综合因素相关联,从热场的结构上讲,有的加强了径向保温,采有碳碳复合材料来降低能耗等。 这里只提出一个值得注意的问题,那就是晶体的纵向温度梯度及径向温度梯度,由于保温系统的口径增大,晶体的纵向温度梯度显然增大了,同时也加大了加热器上部的径向温度梯度,有时会早成“过大”,而且警惕直径增大了,径向温度梯度也增大了,这两个变化容易造成转肩后不久出现位错发生掉苞断棱现象,这时可对热场进行如下的调整: 1.在保温盖上加一个保温圈,高约100-150MM。厚10MM,内径和保温盖孔径同,如果影响取光孔取信号,可开一个小口,有的吊一个保温筒,有的使用了导流筒,(也称作热屏)起作用也是如此 2.可以适当增加保温罩的高度,一般的热场,其内罩比加热器,高20MM,可增加高20-30MM,以弥补由于口径增大带来的变化。 其它的调整及作用变化如下: 1.适当提高引晶锅位,可增加纵向温度梯度,同时径向温度梯度稍有增加降低锅位。作用相反。 2.增加保温层(石墨毡)的总厚度,可减小熔体径向温度梯度,对晶体径向温度梯度,稍有减小,反之减小总厚度,作用相反, 3.增加一层保温盖,会减小径向温度梯度。而纵向上却有所增加。 4.增加加热器的厚度会减小熔体径向温度梯度,增加托碗的厚度亦然,但热惯性也变大了,对升温或降温的反应也慢了。 此外,氩气流量的大小,炉内压力的高低,晶体直径的不同,都会影响到温度梯度。 石墨坩埚是单晶生产中的主要消耗品,它的使用寿命的长短直接影响了单晶生产的成本和效益。 因此。如何提高石墨坩埚的使用寿命就成了各家公司生产主管和工艺主管的重要工作了。 可惜的是,由于近年来太阳能单晶的飞速发展,一大批新人进入了单晶硅的生产行业,有不少的人自己还没有搞明白单晶是怎么回事情,也没有拉了几根单晶就跳槽出去当什么厂长主任了,一旦在生产上遇到问题,或许是出于一种自我保护的本能,也或许是一定要寻找推托的理由吧,只要单晶生产中出现问题,第一时间就是把责任推到了供应商那里,因为这样是最简单和最实用的方法了,况且这样还可以掩盖是因为自己不懂而造成的问题。 比如在石墨器件,尤其是石墨坩埚的使用中常常会发生石墨坩埚使用石墨短的问题,有的石墨坩埚才用了不到10炉就“寿终正寝”了。见右边照片,这个坩埚才用了不到10炉。 这就大大增加了单晶的生产成本,也制约了产能的正常发挥。 可惜的是,这种状况在许多单晶生产企业中比比皆是。 那么,一个石墨坩埚在正常状况下应该可以使用多少炉呢?答案是--18寸坩埚平均使用寿命一般在50~60炉。20寸坩埚在50炉左右。 这里说的是一般情况下的平均寿命。如果使用方法得当,那么,其寿命还可以大大增加。个别的还达到了130炉。 那么,为什么同样是石墨坩埚,有的可以成为百岁老人并且继续可以工作劳动,有的却还刚刚处在少年的花季就命丧黄泉呢?寿命怎么会有如此之大的差别呢? 这里有几个方面的原因: 1、材料选择有问题。 2、形状设计有问题。 3、使用方法有问题。 在所有影响使用寿命的因素中,最主要的就是使用方法不正确是导致石墨坩埚使用寿命减少的直接原因了。 众所周知,热场的组成部分如加热器、三瓣埚、石墨托、热屏等均由石墨加工而成。在生产过程中,经常能碰到加热器件损坏的现象,那么石墨器件损坏的原因是什么,应该采取什么样的措施来延长石墨器件的寿命呢?石墨器件的损坏,主要有人为和劣化两个方面的原因。人为方面只要加强管理,强化员工防范意识,就可以将损失降到最低点。这里主要讨论劣化。首先我们来了解石墨的有关特性,1.耐高温性,石墨的熔点极高,在真空为3850度,在低压下升华,升华温度为 2200度,与一般材料不同,当温度升高时石墨不但不软化,强度反而增高,在2500度时,石墨的抗拉强度反而增加一倍。2.特殊的抗热震性,石墨的热膨胀性具有各向异性,因而宏观膨胀系数不大,在温度骤变的情况下,石墨的体积变化也不大,再加上其良好的导热性能,因而石墨的抗热震性良好。诸上两点所述,石墨件应该能够长时间的在高温下稳定工作。那么三瓣堝与其他石墨器件如保温罩、加热器相比,都是同样的材料、同一个厂家、同样的工作环境,为什么使用寿命远远低于保温罩和加热器呢?我认为三瓣堝的断裂主要原因来自于石英坩埚.1.由于熔硅的密度要大于固体硅,这样在冷却过程中,锅底料会撑破石英坩埚,而石英坩埚是贴合于三瓣堝的,当石英坩埚破裂而产生的应力大于三瓣堝承受的应力时,三瓣堝就会断裂,这就是为什埚底料剩余过多会撑破三瓣埚的原因。2.加热时间过长、石英坩堝质量不过关、原料酸碱度未达到要求,会导致漏硅和渗硅,熔硅渗入三瓣堝之间的缝隙之间冷却后一是撑坏三瓣堝,二是使三瓣堝相互粘接,在清炉时,使其分离有可能造成断裂。3.在加热过程中唯有三瓣埚的热源来自两个方面,一是加热器的辐射,二是来自于石英坩埚的传导,这就导致三瓣埚受热不匀,加热时沿某些方向膨胀,沿另一些方向收缩,从而导致三瓣埚断裂。

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等静压石墨成型技术www.tool-tool.com

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等静压技术原理是根据帕斯卡原理,利用制品在各向均等的超高压压力状态下成型的先进技术。其制成品的各向同一性好,针对性能要求高,形状复杂及细长比大的零件有很好效果。” 等静压技术已有70多年的历史,初期主要应用于粉末冶金成型;近20年来,等静压技术已广泛应用于陶瓷 铸造、原子能、、塑料、石墨、陶瓷、永磁体、高压电磁瓷瓶、生物药物制备、食品保鲜、高性能材料、军工等领域。 等静压技术按成型和固结时的温度高低,分为、冷等静压、温等静压、热等静压三种不同类型。 a 冷等静压技术(Cold Isostatic Pressing,简称CIP) 是在常温下,通常用橡胶或塑料作包套模具材料,以液体为压力介质 主要用于粉体材料成型,为进一步烧结,煅造 或热等静压工序提供。一般使用压力为100~ 630MPa。 b 温等静压技术,压制温度一般在80~500℃下.使用特殊的液体或气体传递压力,使用压力为100MPa左右。主要用于粉体物料在室温条件下不能成型的石墨、聚酰胺 橡胶材料等。以使能在升高的温度下获得坚实的坯体。 c 热等静压技术(hot isostatic pressing,简称HIP) (HIP) ,是一种在高温和高压同时作用下,使物料经受等静压的工艺技术,它不仅用于粉末体的固结.睫工艺成型与烧结两步作业一并完成.而且还用于工件的扩散粘结,铸件缺陷的消除,复杂形状零件的制作等。在热等静压中,一般采用氩、氨等惰性气体作压力传递介质,包套材料通常用金属或玻璃。工作温度一般为 1000~2200℃ ,工作压力常为100~200MPa。 等静压技术-与常规成型技术相比特点 等静压技术作为一种,与相比,具有以下特点:   a.等静压成型的制品密度高,一般要比单向和双向模压成型高5 ~l5 。热等静压制品相对密度可达99 8%~99.09% 。  b.压坯的密度均匀一致。在摸压成型中,无论是单向、还是双向压制,都会出现压坯密度分布不均现象。这种密度的变化在压制复杂形状制品时,往往可达到 10% 以上。这是由于粉料与钢模之间的摩擦阻力造成的。等静压流体介质传递压力,在各方向上相等。包套与粉料受压缩大体一致,粉料与包套无相对运动,它们之间的摩擦阻力很少,压力只有轻微地下降,这种密度一般只有1% 以下,因此,可认为坯体密度是均匀的。   c-因为密度均匀.所以制作长径比可不受限制,这就有利于生产棒状、管状细而长的产品。   d.等静压成型工艺,一般不需要在粉料中添加润滑剂,这样既减少了对制品的污染,又简化了制造工序。   e.等静压成型的制品,性能优异,生产周期短,应用范围广。等静压成型工艺的缺点是,工艺效率较低,设备昴贵。本文着重介绍的应用,以及的一些情况。 等静压技术-冷等静压设备   冷等静压成塑有湿袋法和干袋法两种.相应等静压机的结构也有所不同。 冷等静压机总体布置图 1.湿袋法等静压 将粉末装入,直接打人液体压力介质,和液体相接触.因此称湿袋法。这种方法可任意改变塑性包套的形状和尺寸.制品灵活性很大.适用于小规模生产。每次都要进行装袋、卸袋操作,生产效率不高,不能连续进行大规模生产。 2.干袋法等静压 橡皮袋首先放在缸内.工作时不取出,粉末装入另外的成型塑性袋后.放进加压橡皮袋内,与液体不相接触.因此称为千袋法。这种方法可连续操作,即把上盖打开.从料斗装料.然后盖好上盖加压成受.出料时.把上盖打开.通过底部的顶棒把压坯从上边顶出去。短,适用于成批生产.但产品规格受限制.因为加压塑性模不能经常更换。由于大量使用的主要是湿袋法.因此下面着重介绍湿袋结构。 3.超高压容器 超高压容器是的主要设备,是或其他物品的工作室.必须要有足够的强度和可靠的密封性。 容器缸体的结构.常采用螺纹式结构和框架式结构。 框架式冷等静压机螺纹式结构:缸体是一个上边开口的坩埚状圆筒筒体,为了安全可靠.在外面常装加固钢箍(热套和钢筒).形成双层缸体结构。缸筒的上口用带螺纹的塞头连接和密封。这种结构制造起来较简单.但螺纹易损坏,安全可靠性较差.工作效率较低。为了操作方便.有的设计成开口螺纹结构,塞头装入后,旋转 45’,上端另有液压压紧装置。    框架式缸 缠绕式框架和容器体结构:缸体为一个圆筒,用高强度钢制成.或用高强度钢丝带绕制,简体内的上、下塞是活动的,无螺纹连接。缸体的轴向力靠框架来承受。这佯,避免了螺纹结构的应力集中,工作起来安全可靠。对于缸体直径大、压力高的情况,更具有优越性,但投资较高。 4 超高压泵及液压系统  超高压倍增器向容器内注入高压液体.是通过高压泵以及相应的管道、阀门来实现的。高压泵有(一般由电机皮带轮带动曲轴推动柱塞做往复运动)、(由大面积活塞缸推动小面积柱塞高压缸做)等。 超高压泵 5.辅助设备 为了使等静压机高效率地工作,必须配备辅助设备。自动冷等静压机的辅助设备主要有开、闭缸盖移动框架.模具装卸.振动,压坯脱模.压力侧量和操作系统等装置。 等静压机- 瑞典的昆塔斯公司参数(ASEA ABB前身之一) 昆塔斯冷等静压机系列数据参考图表 ASEA等静压型号 注:表中QIC100等为冷等静压机型号.其中QIC代表冷等静压机,100代表框架承受的总轴向力为   100MN。 等静压技术-超高压灭菌技术(UHP) (等静压技术在食品杀菌方面的运用)是20 世纪90 年代由日本首创的杀菌方法,它同加热杀菌一样,经100MPa 以上超高压处理后的食品,可以杀死其中大部分或全部的微生物、的活性,从而达到保藏食品的目的,它是一个物理过程,在食品加工过程中主要是利用Le Chace-lier 原理和帕斯卡原理 1. 作用原理 超高压肉制品 ,就是在密闭容器内,用水作为介质对软包装食品等物料施以的压力,从而杀死其中几乎所有的细菌、霉菌和酵母菌,而且不会像高温杀菌那样造成营养成分破坏和。超高压灭菌的机理是通过破坏菌体蛋白中的,使蛋白质高级结构破坏,从而导致蛋白质凝固及酶失活。超高压还可造成菌体,使菌体内化学组分产生外流等多种细胞损伤,这些因素综合作用导致了微生物死亡。 2.作用特点 超高压技术不仅能杀灭微生物,而且能使淀粉成糊状、蛋白质成,获得与不一样的。超高压技术采用进行处理,易实现杀菌均匀、瞬时、高效。 但是,UHP技术对杀灭芽孢效果似乎不太理想,在绿茶茶汤中接种耐热细菌芽孢后,采用室温和400MPa静水高压处理,不能杀灭这些芽孢。另一方面,由于糖和盐对微生物的保护作用,在粘度非常大的高浓度糖溶液中,超高压灭菌效果并不明显。由于处理过程压力很高,食品中压敏性成分会受到不同程度的破坏。其过高的压力使得能耗增加,对设备要求过高。而且,超高压装置需要较高的投入,尚须解决其高成本的问题,不利于工业化推广。 另外,超高压灭菌一般采用水作为为压力介质,当压力超过600MPa时,水会出现的现象,因而只能使用油等其他物质作为压力介质。超高压灭菌的效果受多种因素的影响,如微生物种类、、温度、时间、压力大小等。 超高压果汁 3.应用 目前,国外已在果蔬、酸奶、果酱、乳制品、水产品、等生产中有了一定的应用。在每cm2的肉食上施加大约6t重的压力进行高压灭菌。结果,其味跟原来一样,色泽也比原先更好看。日本明治屋食品公司将草莓、苹果和猕猴桃等果酱经软包装后在400~600MPa、10~30min条件下灭菌,产品的色泽和风味不变,并保持了水果原有的口感,VC的保留率较高。   高压技术和其它技术相结合,能更有效杀灭微生物,破坏酶,延长货架寿命。利用高压CO2和高压技术相结合方法处理胡萝卜汁,使用4.9MPaCO2和 300MPa高静水压结合处理,可使需氧菌完全失活,多酚氧化酶、脂肪氧化酶、果胶甲酯酶残留活性分别低于11.3%、8.3%、35.1%。 等静压技术-美国Avure Technologies公司等静压设备 当时瑞典的 ASEA 是第一家将 Battelle Memorial Institute(俄亥俄州哥伦布市)提出的等静压技术实现商业化的公司。 20 年之后,ASEA 成为了 ABB 的一部分,而后者主要致力于等静压和的市场开发。 1999 年,ABB 的高压事业部被美国 收购。而 Flow 引领了高压技术在食品防腐市场的拓展应用,所用的品牌名称即为 。 2005 年,. 成为了私有的独立公司。 今天,所有四种品牌的压机都在全球各地的制造厂内正常运行着。 美国Avure Technologies公司冷等静压机 美国Avure Technologies公司热等静压机 美国Avure Technologies公司冷等静压机 等静压技术-国内的一些图片 德阳万达重型机械设备制造有限公司正在缠绕的等静压超高压芯筒 小型等静压机 附图 参考资料: 《冷等静压技术的应用》 江崇经 作 《热等静压技术和设备的应用与发展》 詹志洪 被引用

歡迎來到Bewise Inc.的世界,首先恭喜您來到這接受新的資訊讓產業更有競爭力,我們是提供專業刀具製造商,應對客戶高品質的刀具需求,我們可以協助客戶滿足您對產業的不同要求,我們有能力達到非常卓越的客戶需求品質,這是現有相關技術無法比擬的,我們成功的滿足了各行各業的要求,包括:精密HSS DIN切削刀具、協助客戶設計刀具流程、DIN or JIS 鎢鋼切削刀具設計、NAS986 NAS965 NAS897 NAS937orNAS907 航太切削刀具,NAS航太刀具設計、超高硬度的切削刀具、醫療配件刀具設計、複合式再研磨機、PCD地板專用企口鑽石組合刀具、粉末造粒成型機、主機版專用頂級電桿、PCD V-Cut刀、捨棄式圓鋸片組、粉末成型機、航空機械鉸刀、主機版專用頂級電感、’汽車業刀具設計、電子產業鑽石刀具、木工產業鑽石刀具、銑刀與切斷複合再研磨機、銑刀與鑽頭複合再研磨機、銑刀與螺絲攻複合再研磨機等等。我們的產品涵蓋了從民生刀具到工業級的刀具設計;從微細刀具到大型刀具;從小型生產到大型量產;全自動整合;我們的技術可提供您連續生產的效能,我們整體的服務及卓越的技術,恭迎您親自體驗!!

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Welcome to BW tool world! We are an experienced tool maker specialized in cutting tools. We focus on what you need and endeavor to research the best cutter to satisfy users’ demand. Our customers involve wide range of industries, like mold & die, aerospace, electronic, machinery, etc. We are professional expert in cutting field. We would like to solve every problem from you. Please feel free to contact us, its our pleasure to serve for you. BW product including: cutting tool、aerospace tool .HSS DIN Cutting tool、Carbide end mills、Carbide cutting tool、NAS Cutting tool、NAS986 NAS965 NAS897 NAS937orNAS907 Cutting Tools,Carbide end mill、disc milling cutter,Aerospace cutting tool、hss drill’Фрезеры’Carbide drill、High speed steel、Compound Sharpener’Milling cutter、INDUCTORS FOR PCD’CVDD(Chemical Vapor Deposition Diamond )’PCBN (Polycrystalline Cubic Boron Nitride) ’Core drill、Tapered end mills、CVD Diamond Tools Inserts’PCD Edge-Beveling Cutter(Golden Finger’PCD V-Cutter’PCD Wood tools’PCD Cutting tools’PCD Circular Saw Blade’PVDD End Mills’diamond tool. INDUCTORS FOR PCD . POWDER FORMING MACHINE ‘Single Crystal Diamond ‘Metric end mills、Miniature end mills、Специальные режущие инструменты ‘Пустотелое сверло ‘Pilot reamer、Fraises’Fresas con mango’ PCD (Polycrystalline diamond) ‘Frese’POWDER FORMING MACHINE’Electronics cutter、Step drill、Metal cutting saw、Double margin drill、Gun barrel、Angle milling cutter、Carbide burrs、Carbide tipped cutter、Chamfering tool、IC card engraving cutter、Side cutter、Staple Cutter’PCD diamond cutter specialized in grooving floors’V-Cut PCD Circular Diamond Tipped Saw Blade with Indexable Insert’ PCD Diamond Tool’ Saw Blade with Indexable Insert’NAS tool、DIN or JIS tool、Special tool、Metal slitting saws、Shell end mills、Side and face milling cutters、Side chip clearance saws、Long end mills’end mill grinder’drill grinder’sharpener、Stub roughing end mills、Dovetail milling cutters、Carbide slot drills、Carbide torus cutters、Angel carbide end mills、Carbide torus cutters、Carbide ball-nosed slot drills、Mould cutter、Tool manufacturer.

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Bewise Inc. talaşlı imalat sanayinde en fazla kullanılan ve üç eksende (x,y,z) talaş kaldırabilen freze takımlarından olan Parmak Freze imalatçısıdır. Çok geniş ürün yelpazesine sahip olan firmanın başlıca ürünlerini Karbür Parmak Frezeler, Kalıpçı Frezeleri, Kaba Talaş Frezeleri, Konik Alın Frezeler, Köşe Radyüs Frezeler, İki Ağızlı Kısa ve Uzun Küresel Frezeler, İç Bükey Frezeler vb. şeklinde sıralayabiliriz.

BW специализируется в научных исследованиях и разработках, и снабжаем самым высокотехнологичным карбидовым материалом для поставки режущих / фрезеровочных инструментов для почвы, воздушного пространства и электронной индустрии. В нашу основную продукцию входит твердый карбид / быстрорежущая сталь, а также двигатели, микроэлектрические дрели, IC картонорезальные машины, фрезы для гравирования, режущие пилы, фрезеры-расширители, фрезеры-расширители с резцом, дрели, резаки форм для шлицевого вала / звездочки роликовой цепи, и специальные нано инструменты. Пожалуйста, посетите сайт www.tool-tool.com для получения большей информации.

BW is specialized in R&D and sourcing the most advanced carbide material with high-tech coating to supply cutting / milling tool for mould & die, aero space and electronic industry. Our main products include solid carbide / HSS end mills, micro electronic drill, IC card cutter, engraving cutter, shell end mills, cutting saw, reamer, thread reamer, leading drill, involute gear cutter for spur wheel, rack and worm milling cutter, thread milling cutter, form cutters for spline shaft/roller chain sprocket, and special tool, with nano grade. Please visit our web www.tool-tool.com for more info.

关于炭和石墨制品的主要用途www.tool-tool.com

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关于炭和石墨制品的主要用途 1.导电材料 用电弧炉或矿热电炉冶炼各种合金钢、铁合金或生产电石(碳化钙)、黄磷时,强大的电流通过炭素电极(或连续自焙电极——即电极糊)或石墨化电极导入电炉的熔炼区产生电弧,使电能转化成热能,温度升高到2000℃左右,从而达到冶炼或反应的要求。 金属镁、铝、钠一般用熔盐电解制取,这时电解槽的阳极导电材料都是采用石墨化电极或连续自焙电极(阳极糊、有时用预焙阳极)。熔盐点解的温度一般在 1000℃以下。 生产烧碱(氢氧化钠)和氯气的食盐溶液电解槽的阳极导电材料,一般都用石墨化电极。生产金刚砂(碳化硅)使用的电阻炉的炉头导电材料,也是使用石墨化电极。 炭和石墨制品作为导电材料广泛用于电极制造工业作为滑环和电刷,此外还用作干电池中的炭棒,探照灯或产生弧光用的弧光炭棒,水银整流器中的阳极等。 2.耐火材料 由于炭和石墨制品能耐高温和有较好的高温强度及耐腐蚀性,所以很多冶金炉内衬可用炭块砌筑,如炼铁炉的炉底、炉缸和炉腹,铁合金炉和电石炉的内衬,铝电解槽的底部及侧部。许多贵重金属和稀有金属冶炼用的坩埚、熔化石英玻璃等所用的石墨坩埚,也都是用石墨化坯料加工制成的。作为耐火材料使用的炭和石墨制品,一般不应在氧化性气氛中使用。因为,无论炭或石墨在氧化性气氛的高温下很快烧蚀。 3.耐腐蚀材料 经过用有机树脂或无机树脂浸渍过的石墨材料,具有耐腐蚀性好、导热性好、渗透率低等特点,这种浸渍石墨又称为不透性石墨。它大量应用于制作各种热交换器、反应槽、凝缩器、燃烧塔、吸收塔、冷却器、过滤器、泵等设备,广泛应用于石油炼制、石油化工、湿法冶金、酸碱生产、合成纤维、造纸等工业部门,可节省大量的不锈钢等金属材料。不透性石墨生产已称为炭素工业的一个重要分支。 4.耐磨和润滑材料 炭和石墨材料除具有化学稳定性高的特性外,还有较好的润滑性能。在高速、高温、高压的条件下,用润滑油来改善滑动部件的耐磨性往往是不可能的。石墨耐磨材料可以在-200℃到2000℃温度下的腐蚀性介质中并在很高的滑动速度下(可达100米/秒)不用润滑油而工作。因此,许多输送腐蚀性介质的压缩机和泵广泛采用石墨材料制成的活塞环、密封圈和轴承。它们运转时无需加入润滑剂。这种耐磨材料是用普通的炭或石墨材料经过有机树脂或液态金属材料浸渍而成。石墨乳剂也是许多金属加工(拔丝、拉管等)的良好润滑剂。 5.高温冶金及超纯材料生产用结构材料 生产单晶硅用的晶体生长坩埚、区域精炼容器、支架、夹具、感应加热器等,都是用高纯度石墨材料加工而成的。用于真空冶炼中的石墨隔热板和底座,高温电阻炉,高温电阻炉炉管、棒、板、格栅等元件,也使用石墨材料加工制成的。 6.作为铸模、压模使用 炭和石墨材料的热膨胀系数小,而且耐急冷急热性好,所以可以用作玻璃器皿的铸模和黑色金属及有色金属或稀有金属的铸模。用石墨铸模得到的铸件,尺寸精确,表面光洁,不加工即可直接使用或只要稍加工就可使用,因而节省了大量金属。生产硬质合金(如碳化钨)等粉末冶金工艺,通常用石墨材料加工压模、烧结用的舟皿。 7.在原子能工业及军事工业中使用 石墨因为具有良好的中子减速性能,最早用于原子反应堆中作为减速材料。铀-石墨反应堆是目前较多的一种原子反应堆。原子反应堆用的石墨材料必须具有极高的纯度,杂质含量不应超过几十个ppm,特别是其中硼元素的含量应在0.5ppm以下。为了降低石墨中的杂质含量,在石墨化过程中通入卤素净化气体。一些经过特殊处理的石墨(如在石墨表面渗入耐高温的材料)及再结晶石墨、热解石墨,具有在极高温度下较好的稳定性及较高的强度重量比。所以,它们可以用于制造固体燃料火箭的喷嘴、导弹的鼻锥、宇宙航行设备的零部件。 石墨由于其特殊结构,而具有如下特殊性质: 1)耐高温性:石墨的熔点为3850±50℃,沸点为4250℃,即使经超高温电弧灼烧,重量的损失很小,热膨胀系数也很小。石墨强度随温度提高而加强,在2000℃时,石墨强度提高一倍。 2)导电、导热性:石墨的导电性比一般非金属矿高一百倍。导热性超过钢、铁、铅等金属材料。导热系数随温度升高而降低,甚至在极高的温度下,石墨成绝热体。石墨能够导电是因为石墨中每个碳原子与其他碳原子只形成3个共价键,每个碳原子仍然保留1个自由电子来传输电荷。 3) 润滑性:石墨的润滑性能取决于石墨鳞片的大小,鳞片越大,摩擦系数越小,润滑性能越好。 4) 化学稳定性:石墨在常温下有良好的化学稳定性,能耐酸、耐碱和耐有机溶剂的腐蚀。 5) 可塑性:石墨的韧性好,可年成很薄的薄片。 6) 抗热震性:石墨在常温下使用时能经受住温度的剧烈变化而不致破坏,温度突变时,石墨的体积变化不大,不会产生裂纹。

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石墨电极介绍 www.tool-tool.com

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作为模具领域内广泛应用的工业技术,电火花放电加工(简称:EDM)始终发挥着重要的作用。近年来随着精密模具及高效模具(模具周期越来越短) 的推出,人们对模具制作的要求越来越高,由于铜电极自身种种条件的限制,已越来越不能满足模具行业的发展要求,电极的重要性已是一个长期被讨论的话题。而在节能成为热点话题的今天,越来越多的客户在沿用传统铜电极进行电火花放电加工的同时不得不开始意识到一些技术变革的新趋势:“应用有限的资源提高产值、如何能在同等情况下节省时间、费用与能源?”石墨作为EDM电极材料,以其高切削性、重量轻、成形快、膨胀率极小、损耗小、修整容易等优点,正由于其特殊的稳定物理特性而逐渐成为电火花放电加工电极材料的未来趋势,在模具行业已得到广泛应用,代替铜电极已成为必然。

一、石墨电极与铜电极的比较

1.有些特殊形状的电极无法用铜制造,选用石墨则机械加工能性好,能实现复杂的几何造型,电极容易夹持,可完全免除线切割的工艺,且铜电极较重 (石墨与铜的比重是1.9:8.9),不太适合加工大电极;

2.石墨分为不同的等级,在特定的应用程序下使用适当等级的石墨和火花机放电参数才能达到理想的加工效果,因为铜的熔点是1083℃,而石墨在 1083℃才会升华,因此,石墨电极能承受更大的机器设定条件。如果能严格控制电极的材料,可将石墨电极在粗加工时设于非损耗状态(损耗少于1%),但铜电极则不使用;

3.石墨电极与传统铜电极的设计也不同。许多模具厂通常在铜电极的粗加工和精加工有不同的预留量,而石墨电极则使用相同的预留量,这减少了 CAD/CAM和机器加工的次数,单是这个原因,就足以在很大程度上提高模具型腔的精度;

4.放电精确度:许多汽车模具、塑胶制品模具是利用特别等级的石墨以EDM加工的,这免除了模具型腔抛光和化学物品抛光的工序却仍然能达到预期的表面光洁度,如不增加时间和抛光的工序,铜电极不可能制作出这样的工件;

5.石墨电极的铣削时间较铜电极快67%,放电率、放电加工去除率比铜高,在一般情况下的放电加工中,采用石墨电极要比采用铜电极快 58%,大幅减少加工时间、缩短模具周期的同时也减少了制造成本;

二、EDM用石墨电极的特点

1.CNC加工速度快、切削性高、修整容易

专业的石墨设备加工速度快,精加工速度尤其突出,无加工毛刺,且其强度很高,对于超高(50~90mm)、超薄(0.1~0.5mm)的电极,加工时不易变形,在很多时候,产品都需要有很好的纹面效果,这就要求在做电极时尽量做成整体公电极,而整体公电极制作时存在种种隐性清角,由于石墨的易修整的特性,使得这一难题很容易得到解决,并且大大减少了电极的数量,而铜电极却无法做到;

2.快速EDM成形、热膨胀小、损耗低

由于石墨的导电性比铜好,所以它的放电速度比铜快2-3倍,且其放电时能承受住较大电流,电火花粗加工时更为有利。同时,同等体积下,石墨重量为铜的1/5倍,大大减轻EDM的负荷,对于制作大型的电极、整体公电极极具优势。石墨的升华温度为4200℃,为铜的3-4倍(铜的升华温度为 1100℃),在高温下,变形极小(同等电气条件下为铜的1/3-1/5),不软化,可以高效、低耗地将放电能量传送到工件上。由于石墨在高温下强度反而增强,能有效地降低放电损耗(石墨损耗为铜的1/4),保证了加工质量;

因此,目前许多模具厂都正在逐步转换为石墨电极EDM加工,以期在市场上提高企业和产品的竞争力(质量、成本、交货期和新产品的开发决定了企业的竞争优势)!

歡迎來到Bewise Inc.的世界,首先恭喜您來到這接受新的資訊讓產業更有競爭力,我們是提供專業刀具製造商,應對客戶高品質的刀具需求,我們可以協助客戶滿足您對產業的不同要求,我們有能力達到非常卓越的客戶需求品質,這是現有相關技術無法比擬的,我們成功的滿足了各行各業的要求,包括:精密HSS DIN切削刀具、協助客戶設計刀具流程、DIN or JIS 鎢鋼切削刀具設計、NAS986 NAS965 NAS897 NAS937orNAS907 航太切削刀具,NAS航太刀具設計、超高硬度的切削刀具、醫療配件刀具設計、複合式再研磨機、PCD地板專用企口鑽石組合刀具、粉末造粒成型機、主機版專用頂級電桿、PCD V-Cut刀、捨棄式圓鋸片組、粉末成型機、航空機械鉸刀、主機版專用頂級電感、’汽車業刀具設計、電子產業鑽石刀具、木工產業鑽石刀具、銑刀與切斷複合再研磨機、銑刀與鑽頭複合再研磨機、銑刀與螺絲攻複合再研磨機等等。我們的產品涵蓋了從民生刀具到工業級的刀具設計;從微細刀具到大型刀具;從小型生產到大型量產;全自動整合;我們的技術可提供您連續生產的效能,我們整體的服務及卓越的技術,恭迎您親自體驗!!

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BW специализируется в научных исследованиях и разработках, и снабжаем самым высокотехнологичным карбидовым материалом для поставки режущих / фрезеровочных инструментов для почвы, воздушного пространства и электронной индустрии. В нашу основную продукцию входит твердый карбид / быстрорежущая сталь, а также двигатели, микроэлектрические дрели, IC картонорезальные машины, фрезы для гравирования, режущие пилы, фрезеры-расширители, фрезеры-расширители с резцом, дрели, резаки форм для шлицевого вала / звездочки роликовой цепи, и специальные нано инструменты. Пожалуйста, посетите сайт www.tool-tool.com для получения большей информации.

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富勒烯www.tool- tool.com

32bW

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富勒烯是完全由碳組成的中空的球型、橢圓型、柱型或管狀分子的總稱。富勒烯(Fullerene,又譯作福樂烯),又名巴基球或巴克球(Buckyball),其他名稱還有球碳與芙,是於1985年發現的繼金剛石和石墨之後碳元素的第三種晶體形態。其中柱狀或管狀的分子又叫做碳納米管或巴基管。碳60(C60) 和碳70(C70) 是最常見的,也是能夠量產的富勒烯

20世紀60年代科學家們對非平面的方向結構產生了濃厚的興趣,很快就合成了碗狀分子碗烯(Corannulene)。日本科學家大澤映二(Eiji Osawa)在與兒子踢足球時想到,也許會有一種分子由sp2 雜化的碳原子組成,將幾個碗烯拼起來的共軛球狀結構,實現三維芳香性,。他開始研究這種球狀分子,不久他得出這種結構可以由截去一個二十面體的頂角得到,並稱之為截角二十面體(truncated icosahedron),就像足球的拼皮結構那樣;他還預言了CnHn分子的存在.  大澤雖然在1970年就預言了C分子的存在,但遺憾的是,由於語言障礙,他的兩篇用日文發表的文章並沒有引起人們的普遍重視,而大澤本人也沒有繼續對這種分子的研究,因而使得C60的發現已經是 15年以後的事了

富勒烯的第一個光譜證據是在1984年由美國新澤西州的Exxon實驗室的Rohlfing, Cox和Kldor發現的,當時他們使用由萊斯大學理查德·斯莫利設計的爐子雷射汽化團簇束流發生器,用雷射汽化蒸發石墨,用飛行時間質譜(Time of Flight Mass Spectrum)發現了一系列Cn(n=3,4,5,6)和C2n(n>=10)的峰,而相距較近的C60和C70的峰是最強的。不過很遺憾,他們沒有做進一步的研究,也沒有得出結論。 1985年,英國化學家哈羅德·沃特爾·克羅托博士和美國科學家理查德·斯莫利等人在氦氣流中以雷射汽化蒸發石墨實驗中首次製得由60個碳組成的碳原子簇結構分子C60。為此,克羅托博士獲得1996年度諾貝爾化學獎。在1990年前,關於富勒烯的研究都集中於理論研究,因為沒有足量的富勒烯用於實驗,直到1990後,Kriischmer等人第一次報道了大量合成C60的方法,才使得C60的研究得以大量展開。

起初人們認為這種高度對稱的完美分子只能在實驗室的苛刻條件下或者是星際塵埃中存在,然而1992年美國科學家P. R. Buseck在用高分辨透射電鏡研究俄羅斯數億年前的地下的一種名為Shungites的礦石時,發現了C60和C70的存在,飛行時間質譜也證明了他們的結論,產生原因未知。 2010年加拿大西安大略大學科學家在6500光年以外的宇宙星雲中發現了碳60存在的證據,他們通過史匹哲太空望遠鏡發現了碳60特定的信號。因共同了現富勒烯而獲諾貝爾獎的英國科學家哈羅德·克羅托說:「這個最令人興奮的突破給我們提供了令人信服的證據:正如我們一直期盼的那樣,巴基球在宇宙的亙古前就存在了。

低對稱性富勒烯的鍵長是不一樣的,雖然也是離域π鍵,從CNMR可以清楚看出來有很多條碳信號。

碳60是高度的I2h對稱,高度的離域大π共軛,如CNMR只有一條,但是他的鍵長確實是分為兩種,這從單晶結構上可以明確的得知,另,C60有五元環和六元環兩種組成,這也決定了他的鍵長是兩種,或者說他有單鍵和雙鍵之分。

克羅托受建築學家巴克敏斯特·富勒設計的加拿大蒙特利爾世界博覽會球形圓頂薄殼建築的啟發,認為C60可能具有類似球體的結構,因此將其命名為buckminster fullerene(巴克明斯特·富勒烯,簡稱富勒烯)。

後來通過質譜分析、X射線分析後證明,C60的分子結構的確為球形32面體,它是由60個碳原子以20個六元環和12個五元環連接而成的具有30個碳碳雙鍵(C=C)的足球狀空心對稱分子,所以,富勒烯也被稱為足球烯。

1991年日本科學家飯島澄男另發現管狀的富勒烯稱為「巴克管」(單壁的納米碳管(SMNT),全世界最小的人工中空管,就是巴克管)。 在數學上,富勒烯的結構都是以五邊形和六邊形面組成的凸多面體。最小的富勒烯是C20,有正十二面體的構造。沒有22個頂點的富勒烯。之後都存在C2n的富勒烯,n = 12, 13, 14 …。暫時有1812種富勒烯。

它是一系列含有多個碳原子的籠狀原子簇的總稱,其中最有名且最先發現的是碳六十分子(C60),它有個特別的名字:buckminster fullerene。所有富勒烯結構的五邊形個數為12個,六邊形個數為n – 10。

Graph of 20-fullerene w-nodes.svg
Graph of 26-fullerene 5-base w-nodes.svg
Graph of 60-fullerene w-nodes.svg
Graph of 70-fullerene w-nodes.svg

[20]富勒烯
(十二面圖)
[26]富勒烯
[60]富勒烯
(截斷二十面體圖)
[70]富勒烯

C60的密度為1.7g/cm3。

富勒烯在大部分溶劑中溶得很差,通常用芳香性溶劑,如甲苯、氯苯,或二硫化碳溶解。純富勒烯的溶液通常是紫色,濃度大則是紫紅色,碳70的溶液比碳60的稍微紅一些,其他的富勒烯,如C76、C80等則有不同的紫色。富勒烯是迄今發現的唯一在室溫下溶於常規溶劑的碳的同素異性體。

有些富勒烯是不可溶的,因為他們的基態與激發態的頻寬很窄,如C28C72 也是幾乎不溶的,但是C72的內嵌富勒烯,如La@C72是可溶的,這是因為金屬元素與富勒烯的相互作用。早期的科學科學家對於沒有發現C72很是疑惑,但是卻有C72的內嵌富勒烯。窄頻寬的富勒烯活性很高,經常與其他富勒烯結合。

它能導電且導電性勝於銅,重量只有銅的六分之一[14]

(以下是有爭議的論述)

它大得可以將其他原子放進它內部,並影響其物理性質,因而可導電。另外,由於富勒烯有大量游離電子,所以若我們把可作β衰變的放射性元素困在其內部,其半衰期可能會因此受到影響。

差示掃描量熱法(DSC)表明C60在 256K時發生相變,熵為 27.3J.K-1.mol-1,歸因於其塑料-晶體轉變,這是典型的導向無序的轉變。相似地,C70在275,321和338K 也發生無序轉變,總熵為22.7 J.K-1.mol-1。富勒烯的寬的無序轉變與從起始較低的溫度的類跳躍式旋轉向各向同性的旋轉漸變有關。

富勒烯具有記憶性,可以用做記憶材料。

富勒烯是一種堅硬的材質,它的硬度超過鑽石,它能導電且導電性勝於銅, 軔度是鋼的100倍[13]它將帶動人類未來材質的革命。

C60是一種缺電子的物質,很容易與富電子的化合物反應,如胺、羥負離子等,有等;也可以發生自由基反應、環加成反應,如Bingel-Hirsh反應,Prato反應。

構想中的「東京灣金字塔城」亦將【巴克管】列為主要建材,納米巴克管(富勒烯)分子可無限延伸(巴克管長度越長,其原子數越多,所以巴克管的原子數不一定是C60),且巴克管分子是碳原子自動組合而成

中科院化學所分子納米結構與納米技術院重點實驗室王春儒研究組合成了一個新型的類似俄羅斯套娃的內嵌富勒烯Sc4C2@C80,成果發表在2009的《美國化學會會志》, 這個分子具有類似俄羅斯套娃的新奇嵌套結構C2@Sc4@C80,每一層的原子均可繞球心自由轉動,由此保持整個分子高度完美的對稱性。

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Fullerene www.tool-tool.com

34wS

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A fullerene is any molecule composed entirely of carbon, in the form of a hollow sphere, ellipsoid, or tube. Spherical fullerenes are also called buckyballs, and cylindrical ones are called carbon nanotubes or buckytubes. Fullerenes are similar in structure to graphite, which is composed of stacked graphene sheets of linked hexagonal rings; but they may also contain pentagonal (or sometimes heptagonal) rings.

The first fullerene to be discovered, and the family’s namesake, buckminsterfullerene (C60), was prepared in 1985 by Richard Smalley, Robert Curl, James Heath, Sean O’Brien, and Harold Kroto at Rice University. The name was an homage to Buckminster Fuller, whose geodesic domes it resembles. The structure was also identified some five years earlier by Sumio Iijima, from an electron microscope image, where it formed the core of a "bucky onion." Fullerenes have since been found to occur (if rarely) in nature.

The discovery of fullerenes greatly expanded the number of known carbon allotropes, which until recently were limited to graphite, diamond, and amorphous carbon such as soot and charcoal. Buckyballs and buckytubes have been the subject of intense research, both for their unique chemistry and for their technological applications, especially in materials science, electronics, and nanotechnology.

The icosahedral C60H60 cage was mentioned in 1965 as a possible topological structure. The existence of C60 was predicted by Eiji Osawa of Toyohashi University of Technology in 1970. He noticed that the structure of a corannulene molecule was a subset of a soccer-ball shape, and he hypothesised that a full ball shape could also exist. His idea was reported in Japanese magazines, but did not reach Europe or the Americas.

Also in 1970, R. W.Henson (then of the Atomic Energy Research Establishment) proposed the structure and made a model of C60. The evidence for this new form of carbon was very weak and was not accepted, even by his colleagues. The results were never published but were acknowledged in Carbon in 1999.

With mass spectrometry, discrete peaks were observed corresponding to molecules with the exact mass of sixty or seventy or more carbon atoms. In 1985, Harold Kroto (then of the University of Sussex), James R. Heath, Sean O’Brien, Robert Curl and Richard Smalley, from Rice University, discovered C60, and shortly thereafter came to discover the fullerenes. Kroto, Curl, and Smalley were awarded the 1996 Nobel Prize in Chemistry for their roles in the discovery of this class of molecules. C60 and other fullerenes were later noticed occurring outside the laboratory (e.g., in normal candle soot). By 1991, it was relatively easy to produce gram-sized samples of fullerene powder using the techniques of Donald Huffman and Wolfgang Krätschmer. Fullerene purification remains a challenge to chemists and to a large extent determines fullerene prices. So-called endohedral fullerenes have ions or small molecules incorporated inside the cage atoms. Fullerene is an unusual reactant in many organic reactions such as the Bingel reaction discovered in 1993. Carbon nanotubes were recognized in 1991.

Minute quantities of the fullerenes, in the form of C60, C70, C76, and C84 molecules, are produced in nature, hidden in soot and formed by lightning discharges in the atmosphere. In 1992, fullerenes were found in a family of minerals known as Shungites in Karelia, Russia.

In 2010, fullerenes (C60) have been discovered in a cloud of cosmic dust surrounding a distant star 6500 light years away. Using NASA’s Spitzer infrared telescope the scientists spotted the molecules’ unmistakable infrared signature. Sir Harry Kroto, who shared the 1996 Nobel Prize in Chemistry for the discovery of buckyballs commented: "This most exciting breakthrough provides convincing evidence that the buckyball has, as I long suspected, existed since time immemorial in the dark recesses of our galaxy."

Buckminsterfullerene (C60) was named after Richard Buckminster Fuller, a noted architectural modeler who popularized the geodesic dome. Since buckminsterfullerenes have a similar shape to that sort of dome, the name was thought to be appropriate. As the discovery of the fullerene family came after buckminsterfullerene, the shortened name ‘fullerene’ was used to refer to the family of fullerenes. The suffix “ene” indicates that each C atom is covalently bonded to three others (instead of the maximum of four), a situation that classically would correspond to the existence of bonds involving two pairs of electrons (“double bonds”).

Since the discovery of fullerenes in 1985, structural variations on fullerenes have evolved well beyond the individual clusters themselves. Examples include:[13]

* buckyball clusters: smallest member is C20 (unsaturated version of dodecahedrane) and the most common is C60;
* nanotubes: hollow tubes of very small dimensions, having single or multiple walls; potential applications in electronics industry;
* megatubes: larger in diameter than nanotubes and prepared with walls of different thickness; potentially used for the transport of a variety of molecules of different sizes;[14]
* polymers: chain, two-dimensional and three-dimensional polymers are formed under high pressure high temperature conditions
* nano"onions": spherical particles based on multiple carbon layers surrounding a buckyball core; proposed for lubricants;[15]
* linked "ball-and-chain" dimers: two buckyballs linked by a carbon chain;[16]
* fullerene rings.[17]

[edit] Buckyballs

C60 with isosurface of ground state electron density as calculated with DFT

Many association footballs have the same shape as the Buckminsterfullerene C60
[edit] Buckminsterfullerene

Main article: Buckminsterfullerene

Buckminsterfullerene is the smallest fullerene molecule in which no two pentagons share an edge (which can be destabilizing, as in pentalene). It is also the most common in terms of natural occurrence, as it can often be found in soot.

The structure of C60 is a truncated (T = 3) icosahedron, which resembles a soccer ball of the type made of twenty hexagons and twelve pentagons, with a carbon atom at the vertices of each polygon and a bond along each polygon edge.

The van der Waals diameter of a C60 molecule is about 1.1 nanometers (nm).[18] The nucleus to nucleus diameter of a C60 molecule is about 0.71 nm.

The C60 molecule has two bond lengths. The 6:6 ring bonds (between two hexagons) can be considered "double bonds" and are shorter than the 6:5 bonds (between a hexagon and a pentagon). Its average bond length is 1.4 angstroms.

Silicon buckyballs have been created around metal ions.
[edit] Boron buckyball

A new type of buckyball using boron atoms instead of the usual carbon has been predicted and described in 2007. The B80 structure, with each atom forming 5 or 6 bonds, is predicted to be more stable than the C60 buckyball.[19] One reason for this given by the researchers is that the B-80 is actually more like the original geodesic dome structure popularized by Buckminster Fuller which uses triangles rather than hexagons. However, this work has been subject to much criticism by quantum chemists[20][21] as it was concluded that the predicted Ih symmetric structure was vibrationally unstable and the resulting cage undergoes a spontaneous symmetry break yielding a puckered cage with rare Th symmetry (symmetry of a volleyball).[20] The number of six atom rings in this molecule is 20 and number of five member rings is 12. There is an additional atom in the center of each six member ring, bonded to each atom surrounding it.
[edit] Other buckyballs

Another fairly common buckminsterfullerene is C70,[22] but fullerenes with 72, 76, 84 and even up to 100 carbon atoms are commonly obtained.

In mathematical terms, the structure of a fullerene is a trivalent convex polyhedron with pentagonal and hexagonal faces. In graph theory, the term fullerene refers to any 3-regular, planar graph with all faces of size 5 or 6 (including the external face). It follows from Euler’s polyhedron formula, V − E + F = 2, (where V, E, F are the numbers of vertices, edges, and faces), that there are exactly 12 pentagons in a fullerene and V/2 − 10 hexagons.

Graph of 20-fullerene w-nodes.svg
Graph of 26-fullerene 5-base w-nodes.svg
Graph of 60-fullerene w-nodes.svg
Graph of 70-fullerene w-nodes.svg

20-fullerene
(dodecahedral graph)
26-fullerene graph
60-fullerene
(truncated icosahedral graph)
70-fullerene graph

The smallest fullerene is the dodecahedral C20. There are no fullerenes with 22 vertices.[23] The number of fullerenes C2n grows with increasing n = 12, 13, 14, …, roughly in proportion to n9 (sequence A007894 in OEIS). For instance, there are 1812 non-isomorphic fullerenes C60. Note that only one form of C60, the buckminsterfullerene alias truncated icosahedron, has no pair of adjacent pentagons (the smallest such fullerene). To further illustrate the growth, there are 214,127,713 non-isomorphic fullerenes C200, 15,655,672 of which have no adjacent pentagons.

Trimetasphere carbon nanomaterials were discovered by researchers at Virginia Tech and licensed exclusively to Luna Innovations. This class of novel molecules comprises 80 carbon atoms (C80) forming a sphere which encloses a complex of three metal atoms and one nitrogen atom. These fullerenes encapsulate metals which puts them in the subset referred to as metallofullerenes. Trimetaspheres have the potential for use in diagnostics (as safe imaging agents), therapeutics and in organic solar cells.[citation needed]

This rotating model of a carbon nanotube shows its 3D structure.

Main article: Carbon nanotube

Nanotubes are cylindrical fullerenes. These tubes of carbon are usually only a few nanometres wide, but they can range from less than a micrometer to several millimeters in length. They often have closed ends, but can be open-ended as well. There are also cases in which the tube reduces in diameter before closing off. Their unique molecular structure results in extraordinary macroscopic properties, including high tensile strength, high electrical conductivity, high ductility, high heat conductivity, and relative chemical inactivity (as it is cylindrical and "planar" — that is, it has no "exposed" atoms that can be easily displaced). One proposed use of carbon nanotubes is in paper batteries, developed in 2007 by researchers at Rensselaer Polytechnic Institute.[24] Another highly speculative proposed use in the field of space technologies is to produce high-tensile carbon cables required by a space elevator.
[edit] Carbon nanobuds

Main article: Carbon nanobud

Nanobuds have been obtained by adding fullerenes to carbon nanotubes.
[edit] Fullerite

The C60 fullerene in crystalline form

Main article: Aggregated diamond nanorod

Fullerites are the solid-state manifestation of fullerenes and related compounds and materials.

"Ultrahard fullerite" is a coined term frequently used to describe material produced by high-pressure high-temperature (HPHT) processing of fullerite. Such treatment converts fullerite into a nanocrystalline form of diamond which has been reported to exhibit remarkable mechanical properties.[25]

For the past decade, the chemical and physical properties of fullerenes have been a hot topic in the field of research and development, and are likely to continue to be for a long time. Popular Science has published articles about the possible uses of fullerenes in armor.[citation needed] In April 2003, fullerenes were under study for potential medicinal use: binding specific antibiotics to the structure to target resistant bacteria and even target certain cancer cells such as melanoma. The October 2005 issue of Chemistry & Biology contains an article describing the use of fullerenes as light-activated antimicrobial agents.[26]

In the field of nanotechnology, heat resistance and superconductivity are some of the more heavily studied properties.

A common method used to produce fullerenes is to send a large current between two nearby graphite electrodes in an inert atmosphere. The resulting carbon plasma arc between the electrodes cools into sooty residue from which many fullerenes can be isolated.

There are many calculations that have been done using ab-initio quantum methods applied to fullerenes. By DFT and TD-DFT methods one can obtain IR, Raman and UV spectra. Results of such calculations can be compared with experimental results.

Researchers have been able to increase the reactivity of fullerenes by attaching active groups to their surfaces. Buckminsterfullerene does not exhibit "superaromaticity": that is, the electrons in the hexagonal rings do not delocalize over the whole molecule.

A spherical fullerene of n carbon atoms has n pi-bonding electrons, free to delocalize. These should try to delocalize over the whole molecule. The quantum mechanics of such an arrangement should be like one shell only of the well-known quantum mechanical structure of a single atom, with a stable filled shell for n = 2, 8, 18, 32, 50, 72, 98, 128, etc.; i.e. twice a perfect square number; but this series does not include 60. This 2(N + 1)2 rule (with N integer) for spherical aromaticity is the three-dimensional analogue of Hückel’s rule. The 10+ cation would satisfy this rule, and should be aromatic. This has been shown to be the case using quantum chemical modelling, which showed the existence of strong diamagnetic sphere currents in the cation.

As a result, C60 in water tends to pick up two more electrons and become an anion. The nC60 described below may be the result of C60 trying to form a loose metallic bond.

Main article: Fullerene chemistry

Fullerenes are stable, but not totally unreactive. The sp2-hybridized carbon atoms, which are at their energy minimum in planar graphite, must be bent to form the closed sphere or tube, which produces angle strain. The characteristic reaction of fullerenes is electrophilic addition at 6,6-double bonds, which reduces angle strain by changing sp2-hybridized carbons into sp3-hybridized ones. The change in hybridized orbitals causes the bond angles to decrease from about 120° in the sp2 orbitals to about 109.5° in the sp3 orbitals. This decrease in bond angles allows for the bonds to bend less when closing the sphere or tube, and thus, the molecule becomes more stable.

Other atoms can be trapped inside fullerenes to form inclusion compounds known as endohedral fullerenes. An unusual example is the egg shaped fullerene Tb3N@C84, which violates the isolated pentagon rule.[28] Recent evidence for a meteor impact at the end of the Permian period was found by analyzing noble gases so preserved.[29] Metallofullerene-based inoculates using the rhonditic steel process are beginning production as one of the first commercially-viable uses of buckyballs.

C60 in solution

Fullerenes are sparingly soluble in many solvents. Common solvents for the fullerenes include aromatics, such as toluene, and others like carbon disulfide. Solutions of pure buckminsterfullerene have a deep purple color. Solutions of C70 are a reddish brown. The higher fullerenes C76 to C84 have a variety of colors. C76 has two optical forms, while other higher fullerenes have several structural isomers. Fullerenes are the only known allotrope of carbon that can be dissolved in common solvents at room temperature.

Solvent
Solubility

1-chloronaphthalene
51 mg/mL

1-methylnaphthalene
33 mg/mL

1,2-dichlorobenzene
24 mg/mL

1,2,4-trimethylbenzene
18 mg/mL

tetrahydronaphthalene
16 mg/mL

carbon disulfide
8 mg/mL

1,2,3-tribromopropane
8 mg/mL

xylene
5 mg/mL

bromoform
5 mg/mL

cumene
4 mg/mL

toluene
3 mg/mL

benzene
1.5 mg/mL

cyclohexane
1.2 mg/mL

carbon tetrachloride
0.4 mg/mL

chloroform
0.25 mg/mL

n-hexane
0.046 mg/mL

tetrahydrofuran
0.006 mg/mL

acetonitrile
0.004 mg/mL

methanol
0.000 04 mg/mL

water
1.3×10−11 mg/mL

Some fullerene structures are not soluble because they have a small band gap between the ground and excited states. These include the small fullerenes C28,[30] C36 and C50. The C72 structure is also in this class, but the endohedral version with a trapped lanthanide-group atom is soluble due to the interaction of the metal atom and the electronic states of the fullerene. Researchers had originally been puzzled by C72 being absent in fullerene plasma-generated soot extract, but found in endohedral samples. Small band gap fullerenes are highly reactive and bind to other fullerenes or to soot particles.

Solvents that are able to dissolve buckminsterfullerene (C60) are listed at left in order from highest solubility. The solubility value given is the approximate saturated concentration.[31][32]

Solubility of C60 in some solvents shows unusual behaviour due to existence of solvate phases (analogues of crystallohydrates). For example, solubility of C60 in benzene solution shows maximum at about 313 K. Crystallization from benzene solution at temperatures below maximum results in formation of triclinic solid solvate with four benzene molecules C60·4C6H6 which is rather unstable in air. Out of solution, this structure decomposes into usual fcc C60 in few minutes’ time. At temperatures above solubility maximum the solvate is not stable even when immersed in saturated solution and melts with formation of fcc C60. Crystallization at temperatures above the solubility maximum results in formation of pure fcc C60. Millimeter-sized crystals of C60 and C70 can be grown from solution both for solvates and for pure fullerenes.[33][34]

Hydrated fullerene C60HyFn is a stable, highly hydrophilic, supra-molecular complex consisting of С60 fullerene molecule enclosed into the first hydrated shell that contains 24 water molecules: C60@(H2O)24. This hydrated shell is formed as a result of donor-acceptor interaction between lone-electron pairs of oxygen, water molecules and electron-acceptor centers on the fullerene surface. Meanwhile, the water molecules which are oriented close to the fullerene surface are interconnected by a three-dimensional network of hydrogen bonds. The size of C60HyFn is 1.6–1.8 nm. The maximal concentration of С60 in the form of C60HyFn achieved by 2010 is 4 mg/mL.[35] [36][37][38]
[edit] Quantum mechanics

In 1999, researchers from the University of Vienna demonstrated that wave-particle duality applied to molecules such as fullerene.[39] One of the co-authors of this research, Julian Voss-Andreae, has since created several sculptures symbolizing wave-particle duality in fullerenes (see Fullerenes in popular culture for more detail).

Science writer Marcus Chown stated on the CBC radio show Quirks and Quarks in May 2006 that scientists are trying to make buckyballs exhibit the quantum behavior of existing in two places at once (quantum superposition).[40]
[edit] Safety and toxicity

Moussa et al. (1996-7)[41][42] studied the in vivo toxicity of C60 after intra-peritoneal administration of large doses. No evidence of toxicity was found and the mice tolerated a dose of 5 000 mg/kg of body weight (BW). Mori et al. (2006) [43] could not find toxicity in rodents for C60 and C70 mixtures after oral administration of a dose of 2 000 mg/kg BW and did not observe evidence of genotoxic or mutagenic potential in vitro. Other studies could not establish the toxicity of fullerenes: on the contrary, the work of Gharbi et al. (2005)[44] suggested that aqueous C60 suspensions failing to produce acute or subacute toxicity in rodents could also protect their livers in a dose-dependent manner against free-radical damage.

A comprehensive and recent review on fullerene toxicity is given by Kolosnjaj et al. (2007a,b, c).[45][46] These authors review the works on fullerene toxicity beginning in the early 1990s to present, and conclude that very little evidence gathered since the discovery of fullerenes indicate that C60 is toxic.

With reference to nanotubes, a recent study by Poland et al. (2008)[47] on carbon nanotubes introduced into the abdominal cavity of mice led the authors to suggest comparisons to "asbestos-like pathogenicity". It should be noted that this was not an inhalation study, though there have been several performed in the past, therefore it is premature to conclude that nanotubes should be considered to have a toxicological profile similar to asbestos. Conversely, and perhaps illustrative of how the various classes of molecules which fall under the general term fullerene cover a wide range of properties, Sayes et al. found that in vivo inhalation of C60(OH)24 and nano-C60 in rats gave no effect, whereas in comparison quartz particles produced an inflammatory response under the same conditions.[48] As stated above, nanotubes are quite different in chemical and physical properties to C60, i.e., molecular weight, shape, size, physical properties (such as solubility) all are very different, so from a toxicological standpoint, different results for C60 and nanotubes are not suggestive of any discrepancy in the findings.

When considering toxicological data, care must be taken to distinguish as necessary between what are normally referred to as fullerenes: (C60, C70, …); fullerene derivatives: C60 or other fullerenes with covalently bonded chemical groups; fullerene complexes (e.g., water-solubilized with surfactants, such as C60-PVP; host-guest complexes, such as with cyclodextrin), where the fullerene is physically bound to another molecule; C60 nanoparticles, which are extended solid-phase aggregates of C60 crystallites; and nanotubes, which are generally much larger (in terms of molecular weight and size) molecules, and are different in shape to the spheroidal fullerenes C60 and C70, as well as having different chemical and physical properties.

The above different molecules span the range from insoluble materials in either hydrophilic or lipophilic media, to hydrophilic, lipophilic, or even amphiphilic molecules, and with other varying physical and chemical properties. Therefore any broad generalization extrapolating for example results from C60 to nanotubes or vice versa is not possible, though technically all are fullerenes, as the term is defined as a close-caged all-carbon molecule. Any extrapolation of results from one molecule to other molecules must take into account considerations based on a quantitative structural analysis relationship study (QSARS), which mostly depends on how close the molecules under consideration are in physical and chemical properties.

After the synthesis of macroscopic amounts of fullerenes,[49] their physical properties could be investigated. Very soon Haddon et al.[50] found that intercalation of alkali-metal atoms in solid C60 leads to metallic behavior.[51] In 1991, it was revealed that potassium-doped C60 becomes superconducting at 18 K.[52] This was the highest transition temperature for a molecular superconductor. Since then, superconductivity has been reported in fullerene doped with various other alkali metals.[53][54] It has been shown that the superconducting transition temperature in alkaline-metal-doped fullerene increases with the unit-cell volume V.[55][56] As caesium forms the largest alkali ion, caesium-doped fullerene is an important material in this family. Recently, superconductivity at 38 K has been reported in bulk Cs3C60,[57] but only under applied pressure. The highest superconducting transition temperature of 33 K at ambient pressure is reported for Cs2RbC60.[58]

The increase of transition temperature with the unit-cell volume had been believed to be evidence for the BCS mechanism of C60 solid superconductivity, because inter C60 separation can be related to an increase in the density of states on the Fermi level, N(εF). Therefore, there have been many efforts to increase the interfullerene separation, in particular, intercalating neutral molecules into the A3C60 lattice to increase the interfullerene spacing while the valence of C60 is kept unchanged. However, this ammoniation technique has revealed a new aspect of fullerene intercalation compounds: the Mott-Hubbard transition and the correlation between the orientation/orbital order of C60 molecules and the magnetic structure.[59]

The C60 molecules compose a solid of weakly bound molecules. The fullerites are therefore molecular solids, in which the molecular properties still survive. The discrete levels of a free C60 molecule are only weakly broadened in the solid, which leads to a set of essentially nonoverlapping bands with a narrow width of about 0.5 eV.[51] For an undoped C60 solid, the 5-fold hu band is the HOMO level, and the 3-fold t1u band is the empty LUMO level, and this system is a band insulator. But when the C60 solid is doped with metal atoms, the metal atoms give electrons to the t1u band or the upper 3-fold t1g band.[60] This partial electron occupation of the band leads to sometimes metallic behavior. However, A4C60 is an insulator, although the t1u band is only partially filled and it should be a metal according to band theory.[61] This unpredicted behavior may be explained by the Jahn-Teller effect, where spontaneous deformations of high-symmetry molecules induce the splitting of degenerate levels to gain the electronic energy. The Jahn-Teller type electron-phonon interaction is strong enough in C60 solids to destroy the band picture for particular valence states.[59]

A narrow band or strongly correlated electronic system and degenerated ground states are important points to understand in explaining superconductivity in fullerene solids. When the inter-electron repulsion U is greater than the bandwidth, an insulating localized electron ground state is produced in the simple Mott-Hubbard model. This explains the absence of superconductivity at ambient pressure in caesium-doped C60 solids.[57] Electron-correlation-driven localization of the t1u electrons exceeds the critical value, leading to the Mott insulator. The application of high pressure decreases the interfullerene spacing, therefore caesium-doped C60 solids turn to metallic and superconducting.

A fully developed theory of C60 solids superconductivity is still lacking, but it has been widely accepted that strong electronic correlations and the Jahn-Teller electron-phonon coupling[62] produce local electron-pairings that show a high transition temperature close to the insulator-metal transition.[63]

Some fullerenes (e.g. C76, C78, C80, and C84) are inherently chiral because they are D2-symmetric, and have been successfully resolved. Research efforts are ongoing to develop specific sensors for their enantiomers.

Main article: Fullerenes in popular culture

Examples of fullerenes in popular culture are numerous. Fullerenes appeared in fiction well before scientists took serious interest in them. In New Scientist there used to be a weekly column called "Daedalus" written by David Jones, which contained humorous descriptions of unlikely technologies. In 1966 [64] Jones suggested that it may be possible to create giant hollow carbon molecules by distorting a plane hexagonal net by the addition of impurity atoms.

On 4 September 2010, Google used an interactively rotatable fullerene C60 as the second ‘o’ in their logo to celebrate the 25th anniversary of the discovery of the fullerenes.[65][66]

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