合成技術及應用精選(五篇)

序言：作為思想的載體和知識的探索者，寫作是一種獨特的藝術，我們為您準備了不同風格的5篇合成技術及應用，期待它們能激發您的靈感。

篇1

英文名稱：Synthetic Technology & Application

主管單位：中國石油化工集團公司

主辦單位：中國石化儀征化纖股份有限公司

出版周期：季刊

出版地址：江蘇省儀征市

語

種：中文

開

本：大16開

國際刊號：1006-334X

國內刊號：32-1414/TQ

郵發代號：28-182

發行范圍：國內外統一發行

創刊時間：1986

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篇2

【關鍵詞】影視技術 包裝廣告

1 影視廣告中合成摳像技術

一般摳像可以分為：軟件摳像和硬件摳像。下面分別談談這兩種方式的技術特點及應用。軟件摳像是指先將攝像機拍攝的畫面存儲在磁帶或者存儲卡上，然后將拍攝的藍屏或綠屏素材通過軟件來完成摳像并與背景合成，最后輸出。軟件摳像一般以鏡頭為單位，多個鏡頭完成后再通過非線性編輯軟件（比如Premiere、Edius等）合成輸出。軟件摳像相比硬件摳像來說比較費時、費力，在夜美人酒影視廣中很好的應用了這一合成摳像技術。在前期拍攝時使用的是綠布做背景，經過場景燈光的布置，在導演的指揮下，攝像師對場景中演員進行反復拍攝，直到導演通過。

在后期制作中導演選出需要摳像的兩個鏡頭交給筆者來摳像合成處理，在本案例中使用的是Chroma key摳像技術，通過調節Chroma key面板內的Red Low＼High（紅色鍵的高低），在這里尋找一個適合的綠色，近似于調節確定要鍵出的顏色，選擇和拍攝的素材背景一樣的色鍵。再結合Matte Blue（調整Alpha的Mask模糊度），然后再通過MatteContract/Expand（微調遮罩圖像），能夠完美的處理圖像邊緣細節，反復測試控制參數就可以很好的調節到導演滿意的效果。硬件摳像也叫實時摳像，即通過相關硬件直接將拍攝主體從藍幕或綠幕中提取出來直接和背景合成，無需經過另外的后期軟件制作過程。硬件摳像合成技術需求硬件設備特別高，硬件摳像應用最多的就是虛擬演播室系統技術，目前在大片制作中也比較常用，譬如第四章中簡析《阿凡達》電影中合成技術談到這一高端硬件和技術應用?！帮w雷旋風泡泡糖” 影片中人物和虛擬背景結合的電視廣告，利用數字合成技術是比較容易制作的。一個影視廣告形成完整的創意以后，進行拍攝或三維制作，在各種素材元素成熟的情況下，利用計算機圖形圖像技術對畫面進行組合美化處理來實現最終的單個鏡頭畫面效果。影視廣告中很多鏡頭 里角色和背景并不是一起拍攝的，大多人物表演都是在攝影棚單獨拍攝的，再應用合成摳像技術進行摳像后重新組合畫面。實拍畫面通過摳像技術與虛擬場景的結合已在各種視頻中廣泛應用，在影視筆者廣告中應用更加成熟，“飛雷旋風泡泡糖”影視廣告是我前些年的作品了。

合成摳像技術，將實拍的主體通過摳像技術單獨提取出來，然后與計算機制作的虛擬場景（可以是圖像、動畫、三維虛擬空間等）合成，并且還可以互動，使表現形式更為靈活和豐富。在電視廣告中我們難免遇到摳除圖像的背景的情況，使主題從背景脫離，然后再和別的素材場景中合并處理，經常用到的背景是藍屏和綠屏等色彩，相對應的是藍屏摳像和綠屏摳像技術。藍、綠屏摳像是提取通道最主要的方法之一，也叫色度鍵（Chroma Keying）。人們還經常利用亮度的區別進行摳像，這稱為亮度鍵。這種方法一般用于比較亮或自身發光的物體。

還有一種利用兩個畫面的差異來提取通道的方式，稱為差異鍵。當我們在實際制作中，這些手段通常都不是單獨使用的，可以結合使用，即使對于藍屏摳像，也常常需要用手工方式把背景上某些雜物擋去，這稱為垃圾擋板。對于畫面的不同部分，常常需要用不同的參數控制來進行去除，才能獲得很好的效果。最后產生的通道很可能還需要用手繪的方式加以彌補。為此，必須調動一切可能的手段，來確保達到我們想要的視覺效果。影視人物摳像在后期中是經常用到的，一般來說，我們要組織演員進行實地拍攝，把背景設置成藍或者綠幕（夜美人酒）分鏡，在拍攝時盡量獲取高質量的影像，當然也要根據成本和影片需要而定。拍攝素材能方便的進行合成都歸功于摳像技術。現在，摳像主要包括對使用藍幕和綠幕作為背景圖像的摳像，當然還有復雜環境的摳像、高光摳像、毛發摳像等。摳像是一個復雜的技術實現過程，而且針對不同的摳像要求可以采用不同的摳像方式，這都要視具體需要而定。

2 調色技術在《百樂麥方便面》廣告片中的應用

《百樂麥方便面》廣告片是百樂麥食品系列廣告之一，其創意是通過父母給幼兒煮面、孩子吃面等鏡頭來體現孩子經常吃百樂麥方便面孩子非常健康、合家歡樂。影片通過拍攝、初剪、合成與最終編輯；該片拍攝的原素材并不理想，如下圖左邊是原素材，從圖1左邊畫面上來看色彩不夠鮮艷、偏黃，躁點很多，畫面不夠明快，色彩層次較少等很多方面都未能達到導演滿意，這主要是在影片拍攝時趕上天氣不好，光線不足造成的。針對這樣的情況，一般只有兩個解決方案，一是改天重新拍攝，二是在后期認真高水平處理動態畫面。大多數企業都會選擇第二種方案，因為重新拍攝是非常麻煩并且成本將近增加兩倍，第二種后期數字合成技術處理成本大大降低，但需要制作人員既有技術水準又有藝術水平才能達到導演和客戶要求，這個片子的合成制作是筆者幾年前的作品了，下面筆者選擇影片中一個小孩的近景鏡頭來分析數字技術在這個鏡頭制作中的應用。

原文件是DFusion軟件制作的，經過對原視頻構圖調整，降噪，色彩調整，亮度調整等多個步驟，主要是在色彩調整上花費很大功夫，應該用的DFusion插件CS Selective Color Correct色彩局部調節技術。筆者歸納為五大步驟來分析，如圖2所示。

2.1 視頻構圖調整與基本色大致調整

第一步通過三個節點來完成的，視頻構圖調整應用的是Transform工具，對圖像有向上移動處理；像的噪點較多，降噪使用的是Remove Grain工具；色彩大致調整使用的是Color Corrector工具。

因攝像師拍攝時構圖偏下一點，本畫面的看點應該是孩子的嘴巴，并不是眼睛，這樣從視覺舒服度上分析就應靠上一些，但是向上移動過多，孩子的頭發就露出的很少啦，所以本鏡頭使用Transform工具僅上上移動少許。在Transform工具面板上選擇center的Y軸向輸入0.478數字，也可以在視圖區拖動中心點顯示箭頭向上移動直到滿意為止。接下來做降噪處理，畫面放大后會看出很多模糊噪斑，尤其是前景看點處必須是很清晰的，在本鏡頭中小男孩的臉蛋更是應該很光滑嫩稚的白里透紅感覺，必須進行降噪處理。使用的是插件Remove Grain工具，設定Remove Grain面板內的控制點數量，在孩子臉部及周圍放好控制點位置，調節降噪強度。接下來再做基本色調整，畫面色彩整體偏黃，又因是食品廣告，孩子面黃暗淡無神肯定是不行的，所以必須去掉一些黃色。

調色使用的是Color Corrector工具，這是一個功能強大，使用非常方便的工具，在Color Corrector工具面板中，選擇Suppress彈出環形調色環，點住黃色調色點向內托，直到黃色去除過一些，為下一步增加色彩飽和度做鋪墊。

2.2 第二步是色彩飽和度提高

為后面選擇局部調節提供足夠的色彩原，這一步操作非常簡單，但很重要。使用的是Brightness/Contrast，該調色工具面板很直觀，在面板下方選中Saturation色彩飽和度提高至1.22左右。

2.3 對前景角彩調整所示

這一次是對畫面孩子面部色局部調整，使用的DFusion插件CS Selective Color Correct。這個工具利用選擇功能對要調節的區域有效的進行選擇，然后對其選擇的部分進行局部調色。即圖2中黑白畫面就是本技術選中的畫面，白色代表選中，黑色區域代表無效區域，灰色代表過度部分，從白到黑代表受影響的強度不同。在CS Selective Color Correct面板中選擇Matte控制面板，通過Extract On選出黃色接近皮膚色作為參考色，再通過其他參數進行調節能夠完美的處理孩子圖像邊緣細節，達到調色選擇目的。返回CS Selective Color Correct面板，選擇Controls控制面板，選擇output，在面板中再進行色彩的仔細調節觀看，反復對比與思考，對飽和度降低一點，增大對比度，加如少許紅色，減去一點綠色，添加一些藍色，設置好圖中顯示的各項參數。

2.4 對背景色彩調整

這次是對畫面孩子后面背景進行調色，在CS Selective Color Correct面板中選擇Matte控制面板，通過Luma選出主要背景作為參考色，再通過其他參數進行調節能夠完美的處理背景區域邊緣細節，達到調色選擇目的。返回CS Selective Color Correct面板，選擇Controls控制面板，選擇output，在面板中再進行色彩的仔細調節觀看，反復對比與思考，對飽和度提高，增大紅色值，也添加一些藍色，設置好圖中顯示的各項參數，觀看整個畫面孩子稚嫩健康可愛，背景有朦朧的溫馨感，層次分明而又協調。

2.5 整體最終調整

最后用CS Selective Color Correct工具進行局部微調和模擬膠片拍攝效果及壓邊處理。對畫面背景調整偏藍一點，從左上角向對角線遞減。對畫面右側的白色進行發藍光微處理起到畫龍點睛作用。接下來，用遮罩工具與合并黑色結合，調出模擬膠片拍攝效果。因調整后完整畫面比接近4∶3，進行壓黑邊處理，得到更加舒適的視覺效果。主要是研究色彩選擇性調節技術，可以對局部色彩調節，類似于在一幅畫上修改畫面，需要修改的地方進行單獨修改，整體調整，直到導演看到完美的畫面。大大降低了成本，但對后期制作人員要求大大提高，不僅有技術還要有一定的美術修養。

參考文獻

[1]胡立平.24P――一種新的電子節目制作格式[J].影視技術，2001（03）.

[2]袁旭稚.網絡化節目制作對資料庫的需求[J].現代電視技術，2002（06）.

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【關鍵詞】合成 基鉆井液 應用

隨著能源問題與環境問題的逐漸突出，以及石油鉆探技術的高速發展，人們對于能源開采尤其是石油開采提出了越來越高的要求。傳統的水基鉆井液適用范圍較窄，在當今逐漸復雜化的井下情況，越來越不能滿足需求，而油基鉆井液因為對環境有較大的污染，迫于相關環保法規的約束，一直難以推廣使用。因此，作為二者的替代體系出現的合成基鉆井液在既保留水基鉆井液的環保特性的同時，又很好的繼承了油基鉆井液的性能特點，成為了海上復雜地層以及其它敏感陸地區域鉆井過程中必不可少的鉆井液體系。根據現場的使用情況反映：合成基鉆井液具有攜砂能力強，性好以及抑制頁巖等一系列優點，同時其有效地避免了油基鉆井液所出現的污染環境、影響測井和試井資料等問題。

1 合成基鉆井液組成特點

合成基鉆井液一般由人工合成或由改性有機物連續液相、分散液相、分散固相作為基液，通過加入乳化劑、降濾失劑、穩定劑、流型改進劑和加重劑等來合成，是一種非水溶性合成油基鉆井液，因此其具有油基鉆井液的特性。其中，連續液相主要有酯類、醚類、聚α-烯烴類、線性石蠟、線性α-烯烴和異構烯烴等；分散液相一般為CaCI2飽和鹽水；分散固相一般為有機土。

合成基鉆井液因很好的融合了水基鉆井液的環保特性以及油基鉆井液的性能特點，同時其所具有的效果能夠有效的提高鉆速，是近年來發展較快的一類鉆井液。與傳統的鉆井液相比，其具有以下特點：

（1）較好的抑制性能以及較強的抗污染能力。合成基鉆井液由于在其濾液中不含有水相，故具有黏土抑制能力，能有效的降低井壁失穩，同時還能有效的避免鉆屑的水化分散，從而達到較強的抗污染能力。

（2）流變性能、熱穩定性能優良。一般情況下，合成基鉆井液的黏度較高于油基鉆井液，約油基鉆井液的2～4倍，但在高溫情況下，黏度較小且長時間下不會發生熱降解，熱穩定性能優良。

（3）良好的性能。合成基鉆井液的基液一般均由極強性的物質組成（尤其是第二代合成基液），具有優良的性能，其性能充分滿足鉆井需求，可作為界面劑使用。

（4）極強環境兼容性。合成基鉆井液正是因毒性小、可生物降解，符合環保要求而廣受歡迎，其蒸氣中不含芳香化合物，對哺乳動物幾乎無毒，完全達到國際排放標準，適用于世界各地。

（5）綜合使用成本低廉。雖然合成基鉆井液的單價高于油基鉆井液，但考慮到采用合成基鉆井液可有效提高鉆速、鉆井穩定性、節省了處理鉆屑的成本和治理環境污染的費用，以及可多次重復使用的特點，其綜合使用成本還是低于油基鉆井液和水基鉆井液，陳本低廉。

2 合成基鉆井液分類以及研究現狀

2.1 第一代合成基鉆井液

第一代合成基鉆井液體系主要有酯基鉆井液、醚基鉆井液、聚α-烯烴鉆井液和縮醛基鉆井液四種。其中，酯基鉆井液是通過有機植物脂肪酸在水存在的條件下與醇反應并以酸為催化劑合成，是最早研制成功并投入使用的合成基鉆井液；醚基鉆井液的基液通過醇的縮合和氧化作用制得，是R1-O-R2型化合物的總稱，與酯基有類似的物理性質，不含任何芳香烴物質。使用變體二乙醚基鉆井液比使用單醚基鉆井液更容易產生微生物降解，環保性能更好；聚α-烯烴鉆井液的基液由乙烯聚合制成，其聚合程度較高，在分子鏈末端保留有雙鍵，易產生微生物降解?；褐胁缓枷銦N和環烴化合物，無毒且易于生物降解；縮醛基鉆井液基液通過醛類縮合制成，其具有運動黏度和閃點低于酯、醚基液的優點，但相對成本較高，實際采用偏少。

2.2 第二代合成基鉆井液

第二代合成基鉆井液主要有 線型α-烯烴鉆井液、內烯烴基鉆井液、線性烷基苯鉆井液和線型石蠟基鉆井液四種。其中，線型α-烯烴鉆井液目前應用最為廣泛，其較其他合成基鉆井液，特有基液黏度低、傾點低、在鉆屑上殘留少、單位成本低等優勢；內烯烴基鉆井液與線型α-烯烴鉆井液結構相似，具有黏度低、成本低的優點，但毒性較大；線性烷基苯鉆井液基液的化學性質與甲醛相似，其具有運動黏度低及陳本低的優點，但因其含有芳香烴等有毒物質而在實際中使用較少；線型石蠟基鉆井液是最具代表意義的第二代合成基鉆井液，其自身所具有相對成本較低、性能穩定、降解速率適中等一系列優點都凸顯出第二代鉆井液的優異性能。線型石蠟基鉆井液的毒性略高于酯基、聚α-烯烴，適用于各類環境復雜、鉆井液環保要求較高的區域。

3 合成基鉆井液的發展前景分析展望

合成基鉆井液作為油基鉆井液的替代品出現并逐漸發展起來，其所具有的優良特性，是目前鉆井行業中較理想的鉆井液，在環境復雜、鉆井液要求較高的區域替代水基和油基體系，具有很高的實用價值。在今天這個污染日益嚴重的環境下，人們的環保意識空前強烈，合成基鉆井液憑借其污染小（或無污染）的優勢勢必受到廣大鉆井企業的歡迎，其發展前景較好。但隨著合成基鉆井液在海上油田的廣泛使用，也出現了一些新的問題，合成基鉆井液普遍存在流變性調控方面的問題，包括井眼凈化、重晶石沉降、高循環壓耗，原因主要是溫度對流變性影響明顯，低溫時鉆井液黏度過高，高溫時鉆井液黏度太低，特別是動切力太低，不足以有效攜帶鉆井液中的固相。同時，研究應用表明，合成基鉆井液在高溫乳化穩定性、油水比、

鉆井液密度方面有一定的閾限值，要使這些鉆井液完全成為人們所接受的油基鉆井液替代品，還需要解決許多問題。

針對以上問題，對合成基鉆井液體系下一步的研究，應在在尋求和改進合成基鉆井液的基液、乳化劑及流型調節劑方面下功夫，進一步提高體系的高壓高溫穩定性，進一步改善體系的流變性，提高其密度閾限值，并在滿足環境要求的前提下降低成本。同時，應在合成基鉆井液的回收和可循環利用方面開展研究，進一步提高其使用效能，真正達到降低成本、保護環境的目的。

參考文獻

[1] 李秀靈，沈麗，陳文俊. 合成基鉆井液技術研究與應用進展[J].承德石油高等?？茖W校學報，2011（2）：21-24

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關鍵詞：　超聲技術；化學實驗；化工；應用

中圖分類號：O644 文獻標識碼：A 文章編號：1671－7597（2012）1120042－02

1　概述

近年來，超聲波技術在化學實驗和化工生產領域里的應用不斷取得新的成果，應用范圍越來越廣泛，而且還具有很大的研究開發空間。超聲波對某些化學反應具有顯著的影響，其原理簡要地分析是：由于通常的聲波波長遠遠大于分子的直徑，在液體中，超聲波產生的特定頻率的震蕩，能夠加劇溶液中物質分子等微粒的運動，在一定條件下也會增大其活化能，由于物理和化學作用的共同效應。結果導致溫度變化更加劇烈，以至于在通常條件下不易發生的化學反應，獲得了較為有利的反應條件，從而促進反應物微粒的裂解和新的自由基的形成，最終使化學反應速率大大提高，并降低了實驗或生產成本。

超聲波技術的合理應用，不僅可以改進化學反應條件，避免采用高溫高壓，縮短反應時間，提高反應產率和選擇性，而且還可以在一定范圍內在改變反應的歷程，例如在加成反應（親電、親核、環加成等）、取代反應（親電、親核）和氧化還原反應中都能適用。利用超聲技術改變反應環境，可以大大降低反應難度和成本，提高實驗或生產效益，具有很強的實用性。以下列舉一些應用實例，說明其應用原理、方法及效果。

2　超聲波在植物提取方面的應用

2.1　超聲波提取的基本原理

在液體介質中，超聲波產生的強烈的空化效應、機械振動、高的加速度、乳化、擴散、擊碎和攪拌作用，增大物質分子運動頻率和速度，增強溶劑分子的活性，更加容易吸取植物中的有效成分。利用超聲波可以提高提取速率，能提高植物有效成分的提出率，同時也就提高了藥材的利用率，避免了高溫對提取成分的影響，能夠降低條件，節省時間，減小成本。超聲技術已經越來越多地用于天然植物中藥成分的提取，實踐證明效果很好，應用前景廣闊。

在提取天然植物藥用成分時，通常要使其細胞破碎。利用超聲波產生的超常規的振動頻率和振動幅度以及強烈的空化效應，同時產生的高速并且均勻的攪拌作用，能夠促進植物藥材細胞的快速分離，更加有利于溶劑滲透進藥材細胞周邊，植物藥材的有效成分在溶劑中加快溶解，因此提高了提取效率。

超聲波是一種機械振動波，一般指頻率為20kHz-50MHz的波段。超聲波在通過介質傳播時，會先后產生膨脹和壓縮。超聲波能產生巨大的能量并通過介質形成很大的加速度。在液體介質（溶劑）中，這個能量增大及加速過程促使形成負壓。當超聲波產生的能量達到一定程度時，就造成急劇膨脹，此時會在液體介質中生成氣泡或對液體的沖擊而形成許多微小空穴，這些空穴在瞬間閉合時將產生高達3000MPa的巨大壓力以形成空化作用。這種持續產生的作用力不斷地沖擊物質顆粒表面，使物質顆粒表面及縫隙中的可溶性活性成分迅速分離出來。在空化作用下，還促使植物體內細胞壁破裂，導致細胞內可溶物快速擴散到所接觸的液體介質中。同時，由超聲作用產生的能量以及在微粒間相互作用時產生的高溫高壓有利于形成活躍的游離基。

超聲波提取是利用其在溶液中產生的空化作用、機械效應以及熱效應，以致增強介質的穿透力，并加快介質分子的運動速度，從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為：

1）空化效應。在液體介質內部所溶解的數量不等的微氣泡，在超聲波的作用下產生強烈振動，當聲壓達到一定值時，氣泡由于定向擴散而增大，形成共振腔，然后突然閉合，這就是超聲波的空化效應。這種效應會在瞬間產生幾千個大氣壓的壓力，可使成植物細胞壁及整個生物體破裂，使包括有效成分在內的各種成分更容易分離。

2）機械效應。超聲波在溶液中以較快的頻率產生較強的振動，顯著增強了液體狀介質滲透及擴散作用，這種作用即機械效應。同時，超聲波在擴散時還產生較大的輻射壓強，對所加工的樣品形成強大沖擊，造成細胞微粒突變，樣品中的蛋白質變性；另外，在介質和懸浮體中產生加速度，由于兩者的運動速度差異很大，以致在兩者之間形成摩擦力，促使植物體內分子解聚加快，即可促進其所含有效成分的擴散。

3）熱效應。超聲波在液體介質中的擴散中，伴隨著能量的傳播和擴散，介質將所吸收的能量在這個過程中會轉變為熱能，引起溫度的升高，也就加快了植物中所含有效成分的溶解。

2.2　超聲波在提取植物有效成分的應用實例

茶葉所含的主要成分是茶多酚和多種香氣物質，在醫藥和食品方面有重要用途，利用超聲波作用，在較低的溫度下就可以高效提取茶葉有效成分。茶多酚有多種提取方法，一直以來用得比較多的有溶劑提取法與沉淀法。在沉淀法中要使用大量的沉淀劑使得成本較高，因此通常大多采用溶劑提取法。在溶劑提取法的提取過程中，由于茶多酚被氧化而使產量降低，產品雜質較多，增大了分離的難度，所以應用也不夠廣泛。在溶劑法的基礎上，應用超聲波技術，將會顯著改善提取茶多酚的條件，獲得較好的提取效果。由于降低了提取溫度、縮短了提取時間，所以不僅能夠顯著提高提取率，而且還提升了提取產品的質量。通過分析初步得出提取實驗設置的條件是：配制適當的液體介質（80%乙醇），施加超聲波振動，實驗時間約為50min，提取劑（80%乙醇）用量大約是茶葉樣品質量的8倍。對茶葉中茶多酚的浸提條件選擇，通過正交實驗歸納出最佳浸提條件為：乙醇濃度60%，浸提時間為45min，介質溫度為80℃，浸提次數為1次。用20KHz超聲波處理茶葉10min，茶多酚及兒茶素的總量均比水提法提取30min提高40%多，提取產物的性質與結構、茶多酚及兒茶素各組分的構成保持不變。

天然植物產物中的活性物質的化學成分較為復雜，以生物堿、昔類、菇類和揮發油等為主要成分。針對不同的樣品以及提取物，有各種不同的提取方法和復雜的條件，提取方案和工藝的不同，會造成提取產率和品質的很大差異。經過許多人的大量實驗，確認可以將超聲波應用于生物堿的提取中獲得明顯效果。例如從吐根中提取生物堿，用超聲波提取30min比用索氏法5h所提取的堿量還多。超聲波用于從黃連中提取小桑堿的常規堿性浸泡工藝中，超聲提取30min所得到的小桑堿提取率比堿性浸泡2h高50%以上。同樣，用超聲波從曼陀羅、蘿芙木、耶仆蘭胡椒、金雞納、天麻、顛茄、罄粟、馬錢、益母草、北草烏、延胡索、人工冬草等植物中提取各種生物堿等，提取產物的效率、產品質量以及提取總成本，都獲得了令人滿意的效果。

2.3　超聲技術在有機合成中的應用

超聲波引入有機合成實驗中可以使有機反應速率比普通加熱快數十倍甚至數萬倍，可以節約能源，縮短實驗時間，提高反應產率；由于進行的是半微量反應實驗，減少了污染，更符合當今“綠色化學”的要求。

實踐證明，超聲波技術用于有機合成取得了顯著效益，具有明顯的優點：

2.3.1　由于加快了合成反應速率而使產率提高。基于各種不同條件下或不同介質，以及應用于各種類型的提取樣品，通過實驗的觀測和堅定，證明超聲波都能顯著加快反應速度，大幅度提高提取產率。如在超聲輻射下，用KMnO4把PhCH2OH氧化成PhCHO，10min產率可達90%，而不用超聲波時產率只有29%。而在超聲波作用下，以Fe2（CO）9作催化劑，相對較無超聲波時的常規實驗，1-戊烯雙鍵的轉移速率增加約105倍，因此產率的增大是極為顯著的。

2.3.2　降低反應條件，減少生產成本。超聲波產生的空化效應，使溶液中出現微區和極短時間高溫高壓，但對于整個反應體系的溫度和壓強并沒有造成明顯的改變。這對于有機合成生產是很有利的，不僅可以減少高溫高壓的危險，提高安全系數。同時可以降低生產設備成本操作技術難度。

在均相溶液中進行的有機合成反應中，由于超聲波產生的空化作用，其強大的能量可導致原有基團鍵的破裂，并形成活動性強的新的自由基，溶劑結構的迅速變化促進了反應速度的加快。這些有機金屬化合物之所以能夠起到催化作用，是由于在外力作用下，金屬與配位體的結合鍵斷裂，促進了化學反應。α-氰基乙酸乙酯含有α-H，在堿的催化下可與醛或酮發生縮合反應。傳統的方法是用吡啶作催化劑加熱回流，反應速率慢，產率低。利用超聲波進行該反應，縮短了反應時間，大大提高了反應效率。通過對乙酸乙酯的水解實驗研究發現：雖然在超聲條件下反應的反應物的活化能也沒有明顯提高，然而在超聲條件下的反應速度能提高6.2倍；在乙醇和水的雙溶劑溶液中，超聲波條件下的乙酸乙酯的水解速率為無超聲條件的2.4倍，并且水解產物也能得到較高的純度。

在有機合成中常用高錳酸鹽作氧化劑，但用高錳酸鉀氧化烯烴制備鄰二醇時往往發生深度氧化而伴隨副反應，致使鄰二醇的產率不超過50%。將超生作用引入到高錳酸鉀氧化烯烴制備鄰二醇的反應中，由于反應時間大大縮短，使鄰二醇的產率明顯提高。原理是在無超聲的室溫條件下，烯烴的氧化非常慢，而在超聲的作用下，促進了反應中間體環狀錳酸二酯的分解，使整個反應速度加快。

3　總結

超聲技術在實驗室的應用已經很廣泛，但在化工生產中的應用技術尚未十分成熟，在實際應用中還有一些需要解決的技術和裝備問題。因為聲化學效應的不穩定性，以及聲化學主要機制——聲空化沒有統一定量表述，目前難以概括聲空化的具體規律。很多聲化學研究者都是以化學效應為目的，只把聲作為一種手段或者輔助方法來進行研究。聲化學和物理學以及物理化學有著密切的關系，廣義的說聲化學屬于物理學或物理化學。

目前超聲波提取技術主要用在小型實驗室或小規模生產設備，要用于大規模的工業生產，要運用大型超聲設備及其配套裝備，要解決有關工業設備放大的難題，涉及到成本和工藝技術問題。盡管如此，超聲技術在化學化工相關領域的應用，其實用價值已經得到了充分證明，隨著技術的不斷開發，其應用前景必定是廣闊的。

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關鍵詞:復合材料;軸承;聚四氟乙烯

高速轉動軸承常采用在真空、高速、高溫等嚴苛條件,高速轉動軸承的工作情況決定了所要采用的復合材料應該具有優越的摩擦磨損性能、阻尼性能、導熱性能、耐腐蝕性能等特點。由于性能的多樣性,一般的材料是不能滿足這些性能的,需要選取可以部分滿足這些性能指標的常用材料合成新的復合材料。

一、復合材料的性能指標

高速轉動軸承的性能跟所采用材料的磨損量、摩擦系數、損耗因子和高度都有直接關系,總結分析性能較好的高速轉動軸承的采用材料應該具有以下幾個性能:

(1)摩擦系數。摩擦系數對高速轉動軸承的影響很大,特別是在玻璃化溫度范圍外。

(2)粘彈性能。粘彈性能主要體現在較大的平均損耗因子和較大的損耗因子峰值、較寬的玻璃化轉變溫度范圍。同時,在經濟成本允許的情況下,材料的動態力學性能最低值不能低于0.05。

(3)導熱、耐熱性能。復合材料能在高溫下工作,快速有效地排出減振過程產生的熱能。

(4)耐磨性能。良好的耐磨性能可以延長材料的使用壽命,減少軸承的拆卸次數,提高生產效率。因此,磨損率越低越好。

(5)耐腐蝕性能。復合材料軸承可以適應油污等惡劣的工作環境。

二、復合材料軸承的設計

(一)復合材料的選取

根據高速轉動軸承的性能指標,采用的基體材料是滿足條件的具有化學惰性、自、耐高低溫、摩擦系數穩定的聚四氟乙烯(PTFE)。為了改善聚四氟乙烯的耐磨損差、導熱性不好的等缺點,可以用短纖維,如玻璃纖維和碳纖維,填充PTFE可以減小磨損、提高摩擦系數和改善導熱性。由于短纖維的自身特點,填充后的復合材料的摩擦系數變得不穩定,需要添加摩擦系數較大、力學性能優良的聚酰亞胺(PI)。這樣不僅可以避免摩擦系數不穩定,PTFE和PI混合之后還可以改善聚四氟乙烯的粘彈性能、擴大復合材料的使用溫度區間。

(1)聚四氟乙烯(PTFE)。聚四氟乙烯的相對密度為2.17~2.19,分解溫度為400℃,熔點為327℃,其可在260℃以下的環境里持續長期使用,摩擦系數較小,具有優良的耐腐蝕性。由于聚四氟乙烯熔融化粘度很大,要采用冷壓和燒結結合的成型方式。

(2)聚酰亞胺(PI)。聚酰亞胺的長期使用溫度范圍在-200~300℃之間,具有高絕緣性能、無明顯熔點、耐腐蝕、耐高輻射、耐火焰和吸水性差等特點,被認為是一種綜合性能良好的有極高分子材料。PI雖然具有較高且穩定的摩擦系數、優良的耐磨性能,但是其韌性較差,目前使用成本較高。

(3)玻璃纖維(CF)。玻璃纖維是一種常用的短纖維。CF的密度比鋁小、強度比鋼大,同時具有耐腐蝕性、耐高溫和良好的導電性能。是一種具有熱學、電學和力學性能的優良材料。

(二)復合材料軸承模具設計

模具尺寸和形狀主要根據軸承成型收縮率來確定。影響成型收縮率的主要因素包括成型溫度、成型壓力、成型保壓時間、模具溫度、制件形狀、塑料含量等。

針對復合材料軸承, 設計模具時重點應考慮以下幾點:

(1)澆注流程平直而短,系統界面要大,以利于粉料的分散。

(2)針對壁厚及軸承形狀應特別考慮料的有利流暢通填充型腔。

(3)為使塑粉料分散,進料口增大,其長度取短。

試驗表明,采用冷壓和燒結結合制備工藝制造的模具,能滿足該復合材料的設計要求和特點。構成動模和定模組成了型腔,主流道則設在定模一層。在軸承外圈,受定模上的凸形環的影響,制品應留在動模一側,并且利用塑料的熱膨脹性,快速從動模上取下來。在軸承內圈,開模后,無論模腔內的一對嵌件留在定模還是動模上只要將其拔出,就可以取出制件。

采用上述成型工藝,經過噪聲試驗和疲勞試驗,用所設計的復合材料軸承模具制備的試件完全滿足軸承的性能指標,而且具有更顯著的優點。

三、復合材料的制造技術

根據該復合材料的特性,應采用冷壓和燒結結合的制備工藝。具體步驟如下:

(1)原料干燥處理。將聚四氟乙烯粉料在120℃以下的烘焙箱中干燥處理8h,出去顆粒之間的水分。聚酰亞胺粉料在烘焙箱中干燥處理2h以上。短纖維也要經過干燥處理,便于與原料均勻混合。

(2)稱重。按照規定的配比,用電子稱選取適當的各種粉末。

(3)混料。在高速攪拌機中,將粉料攪拌約10分鐘,使粉料混合均勻。

(4)壓制成型。按所需軸承尺寸大小稱取混合均勻的粉料填入模具,將液壓機設定合適的壓力壓制成型。整個過程分兩次卸壓,并保壓10分鐘,確保氣體從粉料中即使排出,這樣制造的制品干燥密實。

(5)燒結固化。將燒結爐提前設定好燒結工藝,把壓制好的制品放入燒結爐使制品燒制成型。

四、復合材料的應用

復合材料不僅僅在高速轉動軸承中得以應用。在其他機械制造行業中也得到了廣泛的應用。青島第六橡膠廠首次在Φ610×1730橡膠機械上使用GS材料,獲得了較為理想的使用效果和良好的耐磨性能,引起了橡膠機械制造、設計人員以及誰被管理人的極大熱情和興趣。之后,許多橡膠廠也開始研制這種復合軸承,也取得了一些較為滿意的結果。

復合材料軸承早就在橡膠行業中大量應用,采用這種軸承的橡膠廠,對該產品有極高的評價,一致認為在橡膠機械的滑動摩擦部件和軸承上使用復合材料,能減少油的使用量和達到間斷,解決漏油;保證產品質量和節約油;實現安全文明生產。

繼青島第六橡膠廠之后,肥城橡膠廠采用復合材料取代銅瓦解決三輥壓延機漏油問題。棗莊橡膠廠也在開煉機、三輥壓延機和四輥壓延機上采用復合材料軸承。在壓延機采用復合軸承,有效的避免了因電流過高造成的跳閘停電,使得銅瓦因發熱而造成的燒瓦問題。使用復合軸承后,電流也大幅度下降,從使用前的800~1000A,降低到400~500A,確保正常生產。

隨著,復合材料軸承穩定性加強,越來越多的橡膠機械廠也開始在新機中使用復合材料軸承,取代原來的銅套或銅瓦。例如,桂林橡膠機械廠在硫化機和其他橡膠機上采用復合材料軸承,并且在該廠的其他產品中逐步擴大使用量。大連橡膠機械廠也將復合材料軸承取代了雙模定型硫化機中的銅套。

由于復合材料軸承具自身獨特的使用性能,可以取代許多機械設備上的金屬、非金屬的滑動、滾動軸承。下面舉幾例可供參考借鑒。

(1)應用在汽車上。汽車的傳動軸萬向節軸承、方向機、減震器等都可以采用復合材料軸承。由于每輛汽車約使用數十件部件,汽車工業中對復合材的使用量比較大。

(2)應用在高壓齒輪泵上。高壓齒輪泵采用復合材料軸承代替原來的滾針軸承,可以使泵的工作壓力提升約25%,由16MPa提高到20MPa以上。與此同時,高壓齒輪泵的壽命也提高3倍以上。

(3)應用在穿孔機萬向節上。穿孔萬向節采用復合材料軸承取代原來的滾柱軸承,使使用壽命達到一年以上,每臺穿孔機年增效益近15萬。

(4)應用在鍛壓機床上。鍛壓機場采用復合材料軸承比較廣泛、時間也較長。

參考文獻:

[1] 趙娟.高速滑動軸承―轉子系統的動態特性研究[D]. 中國優秀碩士學位論文全文數據庫,2009