随着工业技术演进,各种科技产品以及日常用品走向多样化的趋势,因此对于精密加工的精度要求也不断提升,同时也必须降低成本,以创造更多的利润。

车刀片创作之主要目的在于提供一种具多元高性能合金氮化物被覆层之车刀片,昔往的车刀片依其厚度以及锐利度差异改善,往往仅具有切削或研磨特定材料之功
能,且于其模具设计完成后即定型,仅能藉由改变其材料,生产具不同物理性质之车刀片,却无法改变其切削或研磨之功能,亦无法使用于其它材料之切削或研磨等
缺点。
BW公司创新开发车刀片Chemical Vapor Deposition
Diamond是在半真空下低电压高电流或高电压低电流的直流电弧加温6000度以上,利用甲烷或其它含碳气体以化学气相沉积分解而得。甲烷CH4可视为
以四个氢原子压缩碳而成的单原子钻石(乙烷则为双原子钻石,依此类推),本身已有的钻石结构,在经由Si控制晶面生长方向如:100与111,经过碳原子
缓慢地连接而形成极薄(奈米级)的钻石膜,将温度提高后可使其逐渐沉积为较厚的钻石膜,CVDD沈积厚度5um~100um因沈积数度约1um为30分
钟、速度缓慢。CVDD 加工处理温度: Bernex 高温涂层: 900 ℃ ~1050 ℃, Bernex MT CVD 中温涂层: 720 ℃
~900 ℃。涂层厚度范围是 5 ~12 um , 但在有些情况下,涂层厚度可达 20um ,工艺时间范围为 8~24 小时,
与钨钢片做真空焊接方式做成上中下三层的车刀片,再与车刀架机作为结合,上层钨钢在经由10轴研磨机做特殊沟槽进行排屑动作,其动作主要为切成片状屑、不
会伤及工件表面、中层以CVDD为刀具刃口进行切割高难度复合材料与高硬度材料,如碳纤维、玻璃纤维、含钠量15%以上玻璃、钛合金等材质,下层钨钢其目
的强化CVDD耐震度作为减震与支持CVDD脆度,可与10轴研磨机进行研磨刀口几何,当PCD与CVDD车刀片进行测试比较时,会因CVDD车刀片为长
晶方式及其表面性光滑细腻,尤其在切割锻造铝圈其表面细腻远远超过PCD车刀片切割之表面,再加上钨钢片段屑功能极佳、不会伤及铝圈工件、视为最佳产品。
CVDD优点:
 涂层的极端韧度
 高的装炉数量(但工艺时间长)
 反应器内零件无须旋转
 能对复杂几何形状的零件和有内孔零件涂层
 涂层厚度高度均匀,无论是简单还是复杂的几何形状零件
 CVDD 钻石适用于切削不同的非铁类金属材料,并且因钻石镀膜拥有良好的耐磨耗性而能延长切削周期、提高生产产量。
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相对密度3.48。熔点3000℃。硬度与金刚石相当。高温时稳定性优于金刚石。可在高温、
高压条件下硼和氮气直接合成。
  用途:氮化硼主要用于耐火材料、半导体固相掺杂源、原子堆的结构材料、防中子辐射的包装材料、
火箭发动机组成材料、高温润滑剂和脱模剂。用氮化硼加工的纤维可用作无机合成工程材料,广泛用于宇航、国防工业。立方氮化硼还可用作深井钻头、高速切削工
具。

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摘 要:对煤焦油加工的历史沿革、现状与发展进行综述,重点介绍国内煤焦油精制及其产品深加工的工艺与设备改进技术与近年引进的有关新技术,旨在新技术能
为我所用,提高煤焦油加工产品的质量,增加产品品种,尤其在节能降耗、环境保护方面有所得益。
关键词:煤焦油;煤焦油精制;焦油蒸馏;工业萘蒸馏;深加工
1、 现代焦油蒸馏模式
现代焦油蒸馏的模式大致有以下类型:采用大型
装置,如德国最大焦油蒸馏装置为50万t/a;采用常、减压连续蒸馏操作方式,并全部设置余热利用,使每吨焦油耗热量小于0.879MJ;提高塔的分离效
率,使萘的回收率大于90%、萘的集中度也达90%以上;通过“闪蒸”方式,获得不同软化点的沥青;有效抑制焦油过程中发生聚合反应,特别是避免结焦;采
用微机控制,实现开停工切换与正常运行的全部工艺参数自控调节;寻求扩大焦油原料的资源。
2 煤焦油加工发展方向
2.1
集中加工与大型化
煤焦油集中加工与大型化的优点是:成本低;能耗低、产率高;投资省;产品品种多、档次高,有利于深加工;环境保护好。而目前国
内焦油加工装置普遍较分散、规模小(小于3万t/a),每吨焦油能耗高达2.0MJ,而且环境污染严重,产品品种少,质量较差,生产成本高,经济效益差。
2.2
扩大加工原料的资源
即掺混一部分“蒸汽裂解法制烯烃”过程中产生的“裂解焦油”,与煤焦油一起进行加工。该工艺在吕特格公司已实现工业化。而国
内仍有较多的煤焦油直接作为燃料油,未能实现资源的综合利用。
3 煤焦油加工新技术
3.1 焦油蒸馏技术
国内多
采用常压、一塔式、切取两混或三混馏分的蒸馏工艺。引进的煤焦油蒸馏装置有如下特点:采用连续脱水―脱轻油,馏分塔为减压操作,塔顶采出酚油、压力为
13.3kPa,塔底为软化点为65℃的软沥青;采用方箱管式炉,出口焦油温度为330℃;余热利用好,其中,软沥青与焦油换热、各馏分采用蒸汽发生器产
生0.3MPa的低压蒸汽;馏分塔塔顶的油汽采用空气冷凝冷却器,并为减压操作,可节能约15%~50%;减压抽出的尾气与分离酚水,均送往管式炉焚烧;
馏分塔材质选用抗腐蚀低碳合金钢。
3.2 工业萘蒸馏技术
目前,国内多数焦化厂生产的是不酸洗95%工业萘,只有回收喹啉类的厂
家才生产稀酸洗95%工业萘。另外,生产95%工业萘的原料也有不同:窄馏分(即萘油馏分)、四混馏分(轻、酚、萘、洗)、三混馏分(酚、萘、洗)、两混
馏分(萘、洗)等。
工业萘蒸馏工艺可分为常压间歇釜式精馏、减压间歇釜式精馏、常压双釜双塔连续精馏、常压双炉双塔连续精馏、常压单炉双
塔连续精馏、常压单炉单塔连续精馏、常加压单炉双塔连续精馏等。从精馏塔的实际塔板数来看,开始为50层、后增加到63层、64层、70层。其精馏塔的塔
型有填料塔(瓷环、鲍尔环、波纹板等)、圆泡罩塔、条形泡罩塔、斜孔板塔、浮阀塔等。目前,多数大型焦化厂采用70层浮阀塔,以两混或三混馏分为原料的常
压双炉双塔连续精馏工艺。常压单炉、双塔连续工艺较普遍,而宝钢的常、加压单炉双塔连续工艺的能耗最低。随着微机的应用,单炉、单塔连续精馏工艺有发展前
途。
3.2.1 双釜、双塔常压连续精馏工艺
这是国内中小型焦化厂最为普遍采用的95N生产工艺,特点是操作稳定、控制容易。工艺过程见图1。
图1
双釜、双塔常压连续精馏工艺流程
3.2.2 双炉、双塔常压连续精馏工艺
工艺过程见图2。该工艺的特点是:初馏与精馏塔的塔底供热均靠各自的专用管式炉提供,以控制塔底的温度;两个塔的塔顶温度均靠调节其回流量来控制,有各自
独立的温度制度,故操作方便,易控制。
图2 双炉、双塔常压连续精馏工艺流程
3.2.3
单炉、双塔常压连续精馏工艺
工艺过程见图3。该工艺的特点是:一个管式炉向两个塔的塔底提供热量,管式炉的面积分配尤为重要;两个塔顶的温度仍靠各自的回流量来控制;两个塔底的温度
控制则靠调节管式炉(如:煤气量、空气量、二次空气量、烟道翻板等)来实现。若是两个塔底温度无法调整到所需要的数值,则表明管式炉的面积分配设计不合
理,必须加以调整。
图3 单炉、双塔常压连续精馏工艺
3.2.4 单炉、单塔常压连续精馏工艺
见图4。
图4 单炉、单塔常压连续精馏工艺流程
3.2.5
宝钢单炉、双塔(精馏塔加压)连续精馏工艺
工艺过程见图5。特点是:精馏塔采用加压操作,原料萘油与精馏塔底油进行换热,温度达到120~125℃,再与回流槽来的95N汽进行换热,温度达到
180~200℃后进入初馏塔。初馏塔底油一部分泵送精馏塔、另一部分去重沸器,以精馏塔顶95N汽为供热源,温度升至235~245℃再返回初馏塔底。
精馏塔塔底油一部分与原料萘油换热后外排,其余靠管式炉加热到319℃返回精馏塔内,以提供塔底热源。塔底为甲基萘油,含萘1%以下。初馏塔塔底的供热不
靠管式炉,这是萘精馏塔采用加压操作的根本目的。各馏分的余热均通过蒸汽发生器产生低压蒸汽,其压力为0.3MPa。

5 宝钢单炉、双塔连续精馏工艺流程
3.3 焦油蒸馏所获馏分的洗涤技术
这里指的是碱洗脱酚或酸洗脱喹啉装置,可分别获
得酚盐与硫酸喹啉。一般是先脱酚、后脱喹啉。也可只脱酚、不脱喹啉。原料则根据焦油蒸馏切取馏分不同而异,有窄馏分、宽馏分之分。洗涤工艺可间歇或连续操
作。洗涤设备有空气搅拌、机械搅拌、泵混合、静态混合器、喷射混合器等型式。后两种洗涤器较先进,洗涤效果好,便于连续操作与自动控制。碱洗脱酚的主要控
制因素有:用碱浓度、洗涤温度、分离时间、洗涤的级数等。各馏分的洗涤要求馏分含酚小于0.5%。
宝钢引进的是全连续碱洗脱酚工艺,碱液
浓度较低,为8%~10%;轻油、酚油均为一段脱酚,脱酚效率分别为~38%、88%。其轻油脱酚对酚钠盐起到净化的作用。萘油则采用三段脱酚,脱酚效率
为79%;脱酚设备采用静态混合器。另外,只对脱酚酚油与甲基萘油分别进行连续酸洗脱喹啉,加酸浓度为30%~39%,效率分别为38.5%、
52.2%。设备也采用静态混合器。
3.4 粗蒽制取技术
国内各厂均采用间歇操作工艺,设备为转鼓结晶机。为了提高粗蒽
的收得率,开发了两段结晶法。宝钢引进的工艺采用全连续程序控制操作,包括:Ⅰ蒽油装入→冷却结晶→放料→离心等工序,计44h。后改进为自然与强制冷却
相结合,缩至35h,结晶颗粒大;设备采用立式冷却结晶机,有利于实现连续操作;所得粗蒽的含蒽高达38%,而含油很低。
3.5
酚钠盐分解技术
国内大多采用硫酸分解法,缺点是有浓酚水产生,较难处理。20世纪70年代开发了烟道废气分解法,仍有二次污染问题。宝钢
引进工艺采用高炉煤气分解法,按两级分解操作,其分解率为98%;并配备有苛化装置,可获得浓度为8%~10%的苛性碱液,苛化率为77%;无二次污染问
题。
3.6 精萘制取技术
国内原一直采用浓硫酸精制法,缺点是产生大量废酸很难处理,能耗高、收得率低。20世纪80年
代开发了间歇操作的分步结晶法,并得到普遍应用。宝钢曾引进区域熔融法,特点是连续操作,但精萘产率低,只有56%。近年改为采用“Praobd”工艺技
术,为箱式分步结晶,精萘产率为90%;并全部按程序自动控制、连续操作。
3.7 粗酚精制技术
国内多采用常压脱水―减
压脱渣、精馏的工艺,获得的酚类产品质量较差。引进的采用5塔连续操作脱水脱渣精馏、第6个塔为间歇操作的工艺流程。各塔均为减压操作,苯酚的回收率高达
42%,比国内要高10%左右;产品质量特别好,有特号苯酚(结晶点40℃以上),邻位甲酚(结晶点29℃以上),间、对甲酚,二甲酚等。
3.8
粗吡啶与粗喹啉精制技术
国内均采用烧碱液来中和分解硫酸喹啉,而国外多采用液氨来中和分解。粗吡啶与粗喹啉的精制都是采用间歇操作、共
沸脱水、减压精馏的工艺流程。与国内不同的是引进装置采用6塔间歇脱水、真空精馏操作;并采用了空冷器,可节约冷却用水。
3.9
精蒽、精咔唑与蒽醌生产技术
国内都采用以粗蒽为原料,经溶剂―精馏法处理获得精蒽,再催化氧化制取蒽醌。宝钢引进“Praobd”技术,
即以Ⅰ蒽油为原料,先加入溶剂进行分步结晶(简称溶剂结晶法)、再进行减压蒸馏,获得精蒽(含蒽达95%以上)与精咔唑(纯度为90%以上)。蒽醌生产工
艺是瑞士Ciba
Geigy公司的技术,经多段固定床催化氧化、多段冷却,获得纯度为99%以上的蒽醌,与国内相比,工艺与设备方面的水平也差不多。特点是整个生产过程所
产生的废液很少,可以送往活性污泥装置处理;产生的废气量较大,但它可以经回收、过滤,再经废气燃烧装置破坏后放散,故不会给环境带来危害;还采用了美国
Foxboro公司的DCS控制系统。
3.10 沥青的利用与改质技术
目前,煤焦油沥青主要用于生产沥青焦、电极与阳极
糊的粘结剂(改质沥青)、型煤粘结剂、筑路沥青、各种沥青防腐漆等。国外现已开发成功“煤沥青制造超高功率电极用针状焦及航空、宇宙飞船用碳素纤维”的生
产技术,这是煤沥青今后的利用方向。
3.10.1 沥青延迟焦生产技术
石油沥青生产延迟焦的技术在石化行业早已应用,而煤沥青生产延迟焦―沥青焦的技术在20世纪80年代才首次引进。沥青焦通常采用室式焦炉法和延迟焦化法生
产,最近德国又开发了回转炉法,但未工业化。室式焦炉法污染严重,故国内已淘汰,宝钢为延迟焦化法。
3.10.2 粒状沥青生产技术
20世纪80年代,国内自行研制成功粒状沥青生产工艺,并实现了工业化。其生产原理是,用泵通过雾化喷嘴将沥青雾化成细小液滴,再在冷气流中冷却成型,靠
沥青自身的表面张力成为粒状沥青。
3.10.3 筑路沥青生产技术
过去的筑路沥青是以煤系中温沥青60%~80%和蒽油40%~20%的配比,进行熔融、混匀配制而成。目前德国研制成功了焦油―石油混合沥青,即30%煤
沥青和70%石油沥青混合,共溶性好,粘结剂组分的分布均匀,可制作沥青混凝土,用于高速公路的路面。采用这类沥青铺路,具有施工时凝固快、路面在夏天不
易变形等石油沥青的优点;同时也具有与石块的粘结力强,抗油侵蚀,易加工使用和路面坚固等焦油沥青的优点。近年来,又开发成功添加橡胶、废橡胶、废塑料等
改性的煤系筑路沥青,降低了筑路沥青的成本。
3.10.4 沥青碳纤维生产技术
从煤沥青制备碳纤维的流程为:(焦油沥青)→热处理→(调制沥青)→熔融纺丝→(沥青纤维)→不熔化处理→炭化(惰性气体条件下加热)→碳纤维。该过程中
最重要的工序是:预处理,通过调制使原料沥青具有充分的纺丝性;不溶化处理,使沥青纤维表面具备不熔性。
  预处理一般采用在惰性气流中干馏或减
压干馏的方法,以除去原料沥青中的低分子组分,提高原料的分子量。也可以采用萃取的方法,除去原料中的游离碳和高分子不溶物。在高于沥青软化点约100℃
的温度下直接压滤,可以除去某些降低纤维质量的喹啉不溶物或矿物组分。
 熔融纺丝所得到的纤维软化点低于其分解温度,会导致沥青纤维进一步热处理存在困难,只有通过不熔化处理才能克服。不熔化处理是氧化过程,其作用是在热反
应性差的芳香族化合物中引入热反应性高的含氧官能团,生成氧桥键,使缩合环相互交联结合,在表面形成不熔的皮膜。
  由于煤沥青具有含碳率很高、
易经受不熔化处理等优点,煤沥青和吹过空气的石油沥青的混合物可以作为制备熔融热解沥青碳纤维的原料,所得产品质量符合一般碳纤维的要求。其制备过程如
下:上述两种物质的混合物在380℃下干馏1h,残留产物再在真空下、270~340℃进行热处理。必要时可加入二异丙苯基过氧化物于残留物中,该混合物
在干燥过的氮气流中,于280℃下进行热处理。所得残留物有良好的纺丝性,形成的纤维在290℃以下氧化变成不易熔的物质,最后在1000℃下碳化,得到
机械性能较好的熔融热解沥青碳纤维。
3.10.5 改质沥青生产技术
  (1)氧化、热聚法。采用间歇式加热蒸馏釜,将中温沥青放入釜底
部,然后通入压缩空气进行加热氧化。氧化过程中裂解产生的芘、屈、萤蒽等物质,经过蒸馏柱,再经冷凝冷却器加以回收,蒸馏釜内的液体温度一般控制在
340~350℃。用此工艺能够提高沥青的软化点,即可制得“硬沥青”。但很难获得质量好的、合格的电极沥青。
  (2)加热聚合法。采用间歇式
加热釜,用煤气直接加热,将中温沥青加入釜中加热并保温一段时间,可在常压下也可在一定压力下操作。但不通入空气进行氧化,目的是靠热聚合与蒸发蒸出低沸
点物质来提高沥青的软化点,只能制得“硬沥青”,得不到质量好的改质沥青。由于该工艺流程比较简单,目前国内普遍用于生产“阳极糊”的粘结剂。
 
 (3)加压热聚处理法。其工艺为:用泵将熔化了的中温沥青送入方箱式加热炉,加热至420~430℃,然后依次进入5个并联的容积为2m3的反应釜。釜
内保持1.0~1.2MPa、420~430℃,将热沥青保温4~6h,进行热聚合反应,然后用泵将沥青由釜底送往闪蒸塔,并用其他油类调整其软化点。塔
底改质沥青自流至中间槽,定期送入沥青冷却器或沥青高置槽再冷却成型。反应器和闪蒸塔顶逸出的反应气体和油汽分别经冷凝冷却器冷凝出液体后,自流入闪蒸油
槽,尾气经串联操作的洗涤塔两级洗涤后,送入加热炉。
  (4)吕特格热聚合法。该法以中温沥青为原料,先将普通的中温沥青连续地泵入反应釜,在
搅拌条件下进行热聚合反应,形成“电极沥青”。馏出的挥发物气体经冷凝冷却后排入储槽;电极沥青则连续地排入产品沥青槽。尚未冷凝的气体,每吨中温沥青约
为4m3/h、热值约为25000kJ/m3,可作为燃料使用。电极沥青规格可通过改变加热温度与釜内的反应时间来加以调整。电极沥青的软化点可通过添加
调整油(一般为塔顶馏出物或一蒽油)加以变更。获得的普通等级电极沥青的质量指标为:软化点(Hg法)80~90℃、BI为25%~35%、QI为
6%~14%、β树脂大于19%、灰分0.3%。
  (5)Cherry―T法(简称C―T法)。该法是日本大阪煤气公司开发的以重质残油为原料
进行改质精制的综合工艺流程,可以生产软化点达80℃、β树脂高达32%以上的优级改质沥青,收得率高于热聚法10%。其流程为:原料煤焦油被压送入脱水
塔,将水分几乎全部脱出,煤焦油从器底抽出,送至低压脱水塔,蒸发剩余水及轻油。然后用泵将焦油送管式炉加热至400~410℃,进入反应釜。反应釜中装
有特殊结构的搅拌装置,煤焦油中不稳定组分在高温、高压下缩合,由馏分中可缩合部分与沥青质结合,使沥青改质。从反应器中出来的轻油蒸汽在冷凝冷却器中水
冷,并在油水分离器中将动力油、煤气和冷凝水分开。反应后的焦油经减压后进入闪蒸塔,将馏分油分开。过热蒸汽从闪蒸塔底通入,调整沥青的软化点。在闪蒸塔
上部抽侧线,分别切取轻油馏分和重油馏分。自闪蒸塔下部用泵抽出沥青送至高位槽。高位槽出来的液态沥青送至造粒机,与循环水直接接触冷却造粒,由输送机送
往仓库。
  (6)针状焦的生产技术。按原料不同,针状焦分为石油系和煤系两种。石油系针状焦于20世纪60年代由美国大陆石油公司开发成功并实
现工业化生产。煤系针状焦20世纪80年代初由日本日铁化学和三菱化成两家公司开发成功并实现工业化。煤系针状焦的制取方法很多,但已工业化生产的只有日
本,采用溶剂法。国内对煤系针状焦的制取研究尚未取得突破性进展。其简况见表1。
表1 国内外煤系针状焦的制取方法 %


国 外
国 内
真空抽提法
两段法
溶剂法
离心法
改质法

剂法
预处理方法类型
精料QI值
精料油对软沥青收率
技术所有者

<0.1
50


 

<0.1
50
美日合作

0.1~0.2
80

本、美国

0.1~0.2
90
美国

<0.1
50

山焦耐院

0.1~0.2
65
鞍山热能所
  煤系针状焦制取的关键是除去原
料中喹啉不溶物(QI)。QI值愈低,针状焦质量就愈高。要选择好有利于针状焦生成的工艺条件和操作参数。
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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
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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
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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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skype:willy_chen_bw mobile:0937-618-190 Head &Administration Office
No.13,Shiang Shang 2nd St., West Chiu Taichung,Taiwan 40356
http://www.tool-tool.com / FAX:+886 4 2471 4839 N.Branch 5F,No.460,Fu
Shin North Rd.,Taipei,Taiwan S.Branch No.24,Sec.1,Chia Pu East
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die, aerospace, electronic, machinery, etc. We are professional expert
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including: cutting tool、aerospace tool .HSS DIN Cutting tool、Carbide
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Vapor Deposition Diamond )’PCBN (Polycrystalline Cubic Boron Nitride)
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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
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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
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mills、Dovetail milling cutters、Carbide slot drills、Carbide torus
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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、
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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
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(5)超高硬度エンド・ミル
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ダイヤモンド・エンド・ミル
(7)医療用品エンド・ミル設計
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(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
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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
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исследованиях и разработках, и снабжаем самым высокотехнологичным
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основную продукцию входит твердый карбид / быстрорежущая сталь, а также
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更新日期:2010/10/06 04:11  

〔記者湯佳玲/台北報導〕諾貝爾
物理獎昨日揭曉,獲獎的是因對石墨烯(graphene,又稱單層石墨)突破性實驗的兩位俄羅斯物理學家,成為研究成果在最短時間內
就獲得諾貝爾獎的科學家,對於此不到6年的新興
領域就奪得諾貝爾獎殊榮,其中一位得主甚至是年紀才36歲的博士後研究人員,中研院物理所所長吳茂昆表示「有點意外」。但透過超薄石墨薄片,可望發展出更
薄、導電速度更快的新一代電子元件或電晶體。


國內從事石墨薄膜研究的中研院物理所助理研究員李偉立解釋,單層石墨薄膜是由碳原子組成的平

薄膜,厚度只有一個原子的厚度,特性是電阻極低,電子跑的速度極快,幾乎是沒有質量的粒子才能有的特性,速度只比光子慢了300倍,比現行的半導體矽材料
快了至少10倍,是非常好的導體。


台大物理系教授梁啟德說,兩位科學家發現單層石墨薄膜的方式十分有趣,因為「很簡單」。他們用膠帶黏住

墨薄片的兩側,撕開膠帶,薄片也隨之一分為二,不斷重複這個過程,就可以得到越來越薄的石墨薄片,而其中部分樣品即為僅由一層碳原子構成的單層石墨薄膜。



偉立指出,兩位科學家的貢獻除了在於使用的「方式」特殊,是其他科學家利用高技術的原子顯微鏡都做不出來的之外,對於僅在攝氏零下兩百度才能看見的量子霍爾定律,單層石墨薄膜首
度在常溫下就可看到;梁啟德表示,單層石墨薄膜可以藉由改變矽基板偏壓,將電子變成電中性、再變成電洞,意味著可以製作成電晶體的材料。



望變成新型電子元件


吳茂昆表示,單層石墨薄膜目前多為10幾個微米的大小而已,最大只做到10公分,「變大」是未來需要發展的目標。他
說,
單層石墨薄膜讓奈米科學有潛力變成未來新型的電子元件,可用來製作成具透光性的導電板材料,例如液晶顯示器等;梁啟德也說,未來的太陽能電池將有可能以此
電晶體材料製作。


李偉立說兩位得主都是「講話很快、看起來就很聰明的人」,他有感而發地表示,本屆諾貝爾物理獎可以了解到做科學是要解決

題,不見得需仰賴高科技,台灣高科技發展已走在尖端,但需要更多的科學基礎當後盾,且這次得主有一位是年紀才36歲的博士後研究,他也鼓勵年輕人做研究
「不要設限」。



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纵观复
合材料研究,Fe3O4/Polyaniline复合颗粒的研究文章不下200篇。Fe3O4是最普通的磁性材料,而Polyaniline是最为熟悉的
导电性材料,二者相结合就产生了经典的磁电耦合Fe3O4/Polyaniline复合材料。很可惜,到目前为止,具有明显核壳结构的单分散
Fe3O4@Polyaniline复合纳米球体还没有报道过。
其中的难点,可能归于三点:(1)单分散纳米Fe3O4球体的制
备;(2)Fe3O4球体与Polyaniline的表面相亲性问题;(3)核壳结构材料形成过程中的团聚问题。第一个问题相对来说好解决一点,由于
Yin Yadong教授和Li
Yadong教授课题组的贡献,目前,已经可以制备出从3nm到1000nm不等粒径的氧化铁颗粒(刚好Yin教授的方法是3-200,而Li教授的是
200-1000)。第二个问题也不是很难,就我这两年做界面修饰的经验来看,只要Fe3O4表面含有一些与Polyaniline相亲的电荷或者是高分
子,Polyaniline还是很容易包裹到Fe3O4表面形成紧密的核壳结构的。问题出在了第三点上,由于在Polyaniline包裹过程
中,Fe3O4表面电荷被破坏了,形成的胶体溶液变的极不稳定,导致在包裹过程中Fe3O4颗粒的团聚,加上Polyaniline材料之间的一些作用,
很多时候得到的只是一些团聚物,单分散的核壳结构还是很难做。如何解决其团聚问题,是合成单分散颗粒的关键。
400nm左右具有草莓状表
面的Fe3O4@Polyaniline复合微球
过去的两年里做了一点Fe3O4@Polyaniline复合球体的研究,很可
惜,我做的颗粒粒径只能在200nm以上徘徊,200nm以下的核壳颗粒一直实现不了单分散。有相关兴趣的同行可以一起探讨一下,如何能够实现单分散
Fe3O4@Polyaniline复合纳米球体的合成。作为一种重要的磁电耦合材料,我相信越小粒径的颗粒会有越大的应用。
200nm
单分散Fe3O4@Polyaniline核壳结构复合微球
本文引用地址:
http://www.sciencetimes.com.cn/m/user_content.aspx?id=364702
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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

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。

密機械研究發展中心 吉剛儀2009.08.05
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一、 序

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。

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