热等静压技术的发展和应用

第一篇：热等静压技术的发展和应用

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热等静压技术的发展与应用

摘要：热等静压法作为材料现代成型技术的一种，是等静压技术一个分支。目前热等静压技术已广泛应用于航空、航天、能源、运输、电工、电子、化工和冶金等行业，用于生产高质量产品和制备新型材料。本文主要介绍了热等静压技术的发展、工作原理及其应用范围。

关键词：热等静压，高压容器，加热炉，扩散连接，粉末冶金

The Development and Applications of Hot Isostatic Pressing Abstract：Hot isostatic pressing method as a kind of modern molding technology, is a branch of isostatic pressing technology.Hot isostatic pressing technique has been widely used both in aviation, aerospace, energy, transportation, electrical, electronics, chemical industry and metallurgy and other industries, and in the production of high quality products and the preparation of new materials.This article mainly introduced the development of hot isostatic pressing technology, working principle and its application range.Keywords：Hot Isostatic Pressing，High Pressure Vessel, Heating Furnace, Diffusion Bonding, Powder Metallurgy

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目录 引言………………………………………………………………………………1

1.1 国外热等静压技术的发展………………………………………………1

1.2 国内热等静压技术的发展………………………………………………1 2 热等静压设备及工作原理………………………………………………………3

2.1 热等静压设备特点………………………………………………………3

2.1.1 高压容器……………………………………………………………3

2.2.2 加热炉………………………………………………………………3

2.2.3 压缩机和真空泵……………………………………………………4

2.2.4 冷却装置……………………………………………………………4

2.2.5 计算机控制系统……………………………………………………4

2.2 热等静压工艺流程………………………………………………………4

2.3 热等静压工作原理………………………………………………………5 3 热等静压技术的主要应用领域…………………………………………………7

3.1 铸件的致密化处理………………………………………………………7

3.2 热等静压覆层和热等静压复合扩散连接………………………………7

3.3 热等静压粉末固结………………………………………………………8

3.3.1 高温合金粉末固结…………………………………………………8

3.3.2 硬质合金热等静压…………………………………………………8

3.3.3 高速钢粉末固结……………………………………………………8

3.3.4 陶瓷材料粉末固结………………………………………………9

3.3.5 钛合金粉末固结…………………………………………………9

3.4 热等静压工艺在新领域的应用…………………………………………9 4 结论………………………………………………………………………………10 参考文献……………………………………………………………………………11 致谢…………………………………………………………………………………12

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——热等静压技术的发展与应用 引言

热等静压（Hot Isostatic Pressing，简称HIP)工艺是一种以氮气、氩气等惰性气体为传压介质，将制品放置到密闭的容器中，在900～2000℃温度和100～200MPa压力的共同作用下，向制品施加各向同等的压力，对制品进行压制烧结处理的技术。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。1.1 国外热等静压技术的发展

HIP技术研究始于1955年，由美国Battelle究所为研制核反应堆材料而开展的[1]。1965年美国Battelle研究所研制的第一台热等静压机的问世，标志着热静压技术设备的诞生[2]。1972年，在美国与瑞典实现了高速工具钢的大量热等静压。在1970～1980年，美国空军材料实验室将HIP工艺扩展到了制造镍基高温合金与钛合金粉的预成形坯和近终形锻件。在20世纪70年代，还发现可用HIP处理铸件，在铸件的主要形状特征不变形的条件下，使复杂形状铸件内部的孔隙永久愈合[3]。

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为无螺纹连接。因筒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[4]。因此，这种结构的热等静压设备在高温高压（2000℃和200 MPa）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。1.2 国内热等静压技术的发展

钢铁研究总院从1972年开始研究中国第一台热等静压机，并于1986年获劳动部颁发的热等静压机设计资格证书。钢铁研究总院生产的热等静压机已经系列化，目前该院可为用户提供三个系列不同型号（从实验室用小型热等静压机到大型生产用热等静压机）的热等静压机。1999年6月在北京成功地举办了HIP’99

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热等静压技术国际会议，与会代表来自瑞典、美国、德国、英国、法国、日本、俄罗斯等13个国家[5]。国际同行对钢铁研究总院生产的热等静压机的水平给予高度的评价。

2005年7月，川西机器公司采用国内领先的高温/高压快速冷却、真空与超高压隔离、超高压工作缸等13种关键技术，经过3年多的刻苦研制和技术攻关，成功地交付给贵州航空工业集团贵州安吉精铸公司1台国内最大的热等静压机。该热等静压机的投入使用，填补了国内大型热等静压技术的空白，为航空、航天、核工业、电子、冶金、船舶等领域的高温高强合金、功能陶瓷、复合材料、超硬材料等高新技术材料制品的研制和生产创造了条件[6]。

2008年7月份，由钢铁研究总院制造的亚洲最大的热等静压机(φ1250×2500 mm，1350℃，150 MPa)已安装调试成功，并正式投入运行。目前己使用该设备生产出合格的高品质粉末涡轮盘[7]。该设备的研制成功，标志着钢铁研究总院在热等静压设备的研发、制造及使用领域达到国际先进水平。

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——热等静压技术的发展与应用 热等静压设备及工作原理

2.1 热等静压设备特点

热等静压设备由高压容器、加热炉、压缩机、真空泵、储气罐、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。热等静压烧结示意图如图2.1所示。

图2.1 热等静压烧结示意图

2.1.1 高压容器

目前先进的热等静压设备是由无螺纹、底部封闭钢丝缠绕的预应力筒体和钢丝缠绕及预应力框架组成。钢丝是矩形截面、冷轧弹簧钢带，筒体经锻造和热处理，框架由两个横架和两个立柱组成，金属外壳包装，施加了预应力，其结构特点是：

（1）筒体在切线方向均衡压缩，可防止轴向断裂；

（2）框架压缩均衡，可防止切向断裂；可靠安全，承载区域独立；（3）压力容器各点应力能计算精确；应力集中被消除；

（4）筒体、框架没有承受任何拉力负载；钢丝缠绕起防爆、屏障作用。2.2.2 加热炉

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高质量加热炉是先进的热等静压设备不可缺少的关键部件。目前，加热炉先进安装方式是插入式，有两个加热区，可设计3挡最高工作温度1200℃（用于Fe-Cr-Al加热炉）、1450℃（用于Mo加热炉），2000℃（用于石墨加热炉）和不同气氛的多台加热炉，由于是插入式，用户可根据烧结温度、气氛要求，方便地更换加热炉，每种加热炉可实现快速升温，快速冷却，炉内温差小于±15℃[8]。石墨加热炉是由碳精和石墨混合、纤维补强的混合材料制成，其强度、可靠性、安全性优于常规纯石墨，具有高电阻率，极适用于真空和低电压工作。2.2.3 压缩机和真空泵

热等静压设备通常采用非注油式电动液压压缩机，省去了压缩空气装置，配置有过压保护、防振装置、自动调节部件。真空泵采用旋转叶轮，在产品烧结中用于真空抽吸，同时抽除容器内的氧、潮气（水分）和其它杂质。2.2.4 冷却装置

冷却水通过再生冷却回路，管道内冷却水与压力容器外壳进行热交换，采用去离子水和防锈剂，以确保冷却水的质量和保护冷却系统。2.2.5 计算机控制系统

它是由IBM兼容PC、软盘驱动、彩色SYGA监视器、键盘、IBM兼容打印机输出、数据采集、控制软件及手动控制支持的台式部件等组成。在热等静压工艺过程中，可实现温度、压力、真空的程序控制，并显示所有工作状态。在程序控制和手动控制之间，可编程控制器提供安全可靠的联锁[9]。2.2 热等静压工艺流程

热等静压工艺有三种，即先升压后升温，适用于金属包套工件的制造；先升温后升压，适用于玻璃包套制造符合材料；同时升温升压，适用于低压成型、装入量大、保温时间长的工件制造。其工艺流程如图2.2所示。

图2.2 热等静压工艺流程图

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2.3 热等静压工作原理

根据帕斯卡原理，在一个密封的容器内，作用在静态液体或气体的外力所产生的静压力，将均匀地在各个方向上传递，在其作用的表面积上所受到的压力与表面积成正比[10]。在高温高压作用下，热等静压炉内的包套软化并收缩，挤压内部粉末使其与自己一起运动。高温高压同时作用下的粉末的致密化过程与一般无压烧结或常温压制有很大差异。其致密化过程如图2.3所示，大致分为以下三个阶段：

图2.3 粉末致密化过程

（1）粒子靠近及重排阶段

在加温加压开始之前，松散粉末粒子之间存在大量孔隙，同时由于粉末粒子形状不规则及表面凹凸不平，他们之间多呈点状接触，所以与一个粒子直接接触的其它粒子数（粒子配位数）很少。当向粉末施加外力时，在压应力作用下，粉末体可能发生下列各种情况：随机堆叠的粉末将发生平移或转动而相互靠近；某些粉末被挤进临近空隙之中；一些较大的搭桥孔洞将坍塌等。由于上述变化的结果，粒子的临近配位数明显增大，从而使粉末体的空隙大大减少，相对密度迅速提高。

（2）塑性变形阶段

第一阶段的致密化使粉末体的密度已有了很大的提高，粒子之间的接触面积急剧增大，粒子之间相互抵触或相互楔住。这是要使粉末体继续致密化，可以提高外加压力以增加粒子接触面上的压应力，也可升高温度以降低不利于粉末发生

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塑性流动的临界切应力。如果同时提高压力和温度，对继续致密化将更加有效。当粉末体承受的压应力超过其屈服切应力时，粒子将以滑移方式产生塑性变形。

（3）扩散蠕变阶段

粉末粒子发生大量塑性流动后，粉末体的相对密度迅速接近理论密度值。这时，粉末粒子基本上连成一片整体，残留的气孔已经不再连通，而是弥散分布在粉末基体之中，好像悬浮在固体介质中的气泡。这些气孔开始是以不规则的狭长形态存在，但在表面张力作用下，将球化而成圆形。残存气孔在球化过程中其所占体积分数也将不断减小。粒子间的接触面积增大到如此程度，使得粉体承受的有效压应力不再超过其临界切应力，这时以大量原子团滑移而产生塑性变形的机制将不再起主要作用，致密化过程主要单个原子或空穴的扩散蠕变来完成，因此整个粉末体的致密化过程缓慢下来，最后趋近于以最大终端密度值 值得注意的是上述三个阶段并不是截然分开的，在热等静压过程中它们往往同时起作用而进粉体的致密化，只是当粉末体在不同收缩阶段，由不同的致密化过程起主导作用。

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——热等静压技术的发展与应用 热等静压技术的主要应用领域

热等静压技术经过近60年的发展已日臻成熟，目前已广泛用于核材料、航空航天材料、硬质合金、高温合金与陶瓷材料等领域，是研制与处理材料、提高材料性能的一种先进生产工艺与手段，己成为当今许多高性能材料生产中一项实用技术，也是新材料开发不可缺少的一种新技术。3.1 铸件的致密化处理

热等静压在铸件致密化处理方面的应用研究开发较早，是热等静压应用较成熟和完善的领域。热等静压法不仅可以使新的铸件致密化，而且还可以用以修复正在使用的铸件，使铸件在使用中降低的性能得以恢复。铸件在指定的温度和应力条件下，具有一定的计算寿命值，使用一段时间后，将不断产生微观缺陷，并产生晶间的相对运动，在晶界出现缺陷。这些类似常见缩孔的内部缺陷就可采用热等静压法进行治愈[11]。用这样的处理方法，能够使使用中的发动机零件的机械性能和疲劳性能恢复到新铸件的水品。

用热等降压处理铸件的效用和意义可归纳如下：

（1）热等静压处理后，能减少铸件在X射线检查和表面投射检查的报废率；（2）与未处理的铸件相比，经热等静压处理的铸件在焊接后产生的裂纹较少，因而减少了补焊的成本；

（3）采用热等静压处理，可提高铸造参数范围和扩大新的铸造合金品种；

（4）改善了疲劳强度和延性的热等静压铸件可取代价格昂贵的锻件。3.2 热等静压覆层和热等静压复合扩散连接

热等静压覆层和热等静压复合扩散连接是热等静压的另一重要应用。热等静压覆层技术是采用热等静压技术在一种材料上制备一种具有特殊物理或化学性能的覆层，以提高其综合性能的新技术，热等静压复合扩散连接是将两种或两种以上的不同材料，在高温高压作用下进行扩散连接的一种新技术，涉及到的材料可以是金属一金属、金属一非金属、非金属一非金属，它是近几年发展起来的，特别是在民用方面值得应用推广的一项较好技术[12]。与一般连接方法相比，热等静压复合扩散连接具有以下一些优点：

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（1）连接材料具有母材特性，在焊点无熔化区，因而消除了是焊点性能衰减的晶粒长大；

（2）可以连接通常不能连接的异种金属，在高热等静压压力下能阻止柯肯达尔空位的形成；

（3）不受固定模具的限制，能加工和处理任何复杂形状的制件；（4）能连接脆性材料或低延性材料而不产生断裂；（5）温度限制较小；

（6）能连接复合材料，并对复合材料中的纤维破坏很少。3.3 热等静压粉末固结 3.3.1 高温合金粉末固结

高合金化镍基高温合金铸锭偏析严重，热加工性能差，很难变形，传统铸锻造技术很难保证大尺寸零件性能的均匀性，采用粉末冶金工艺解决了此类问题。快速凝固预合金粉末+HIP固结技术为高合金化镍基高温合金材料的生产开辟了新的方向。粉末冶金高温合金广泛应用于航空燃气涡轮发动机、火箭发动机和地面燃机等关键部件。3.3.2 硬质合金热等静压

热等静压处理可以有效地消除烧结硬质合金中的内部孔隙等缺陷；热等静压处理温度低于硬质合金烧结温度可防止碳化物晶粒的粗化；经热等静压处理后的大尺寸硬质合金制品，其综合性能获得大幅度提高，使用寿命和使用可靠性显著提高。热等静压硬质合金与常规烧结硬质合金相比具有以下优点：

（1）参与空隙几乎完全消除，密度可有原来的99.8%理论密度提高到99.999%理论密度。

（2）制造大型或高径比大的制品时，废品率低，表面缺陷大幅降低，抛光后可得到光洁度极高的表面。

（3）由于制品中的孔隙体积明显减小，消除了断裂源，使制品的性能和寿命大幅度提高。3.3.3 高速钢粉末固结

高速钢是一种化学成分复杂的高合金钢。在采用传统的熔铸-锻造法生产高速钢时，由于铸锭尺寸大，冷却缓慢、不可避免的产生碳化物偏析。这种偏析组

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织不仅给锻、轧等热加工造成困难，损害了产品的各种性能，而且限制了合金含量的进一步增加，阻碍了高速钢的发展。

热等静压技术的问世，使许多高合金高速钢可以采取粉末冶金工艺来制造，从而克服了熔铸钢中碳化物偏析这类缺陷，把粉末冶金技术成功引入了致密刚才和合金钢的生产领域。3.3.4 陶瓷材料粉末固结

在金属陶瓷的制备中，通常有固态法和液态法两大类型制备工艺，热等静压工艺的应用不但可以用来实现在固态法中成型与烧结一起进行，而且还可以对液态法制备的金属陶瓷进行热处理，提高制品的性能。采用热等静压工艺制备金属陶瓷具有如下优点：

（1）大大降低了烧结金属陶瓷的温度，细化晶粒；（2）提高制品的致密度，改善金属陶瓷的各种性能；

（3）可直接制备形状复杂和大尺寸的工程部件，减少甚至避免昂贵的机械加工；

（4）降低冷却时的残余应力，减少反应层的成型，控制界面反应。3.3.5 钛合金粉末固结

钛合金因具有高强度、高韧性、抗氧化及耐腐蚀的特性，广泛由于航天、航空、航海和化工等领域。然而，钛制品的昂贵价格，限制了它的应用。钛制品成本高的主要原因是传统制造工艺复杂，二次加工的材料损失大。通常，钛的熔炼和加工工艺包括：海绵钛压成电极；两次真空电弧炉熔炼；精密铸造或锻、轧加工以及机加工等[13]。粉末钛合金被认为是进一步提高钛合金性能和降低其价格的出路。用热等静压工艺生产粉末钛合金，不仅简化了熔炼工艺和切削工序，而且因细粉末晶粒有利于合金组织均匀化，从而使制品性能获得改善。3.4 热等静压工艺在新领域的应用

（1）在多孔材料方面的应用：由于采用氮气作为介质，在高温下生成氮化物，使得HIP对多孔材料也产生作用；

（2）HIP技术与渗氮等表面处理相结合，扩大HIP功能；

（3）悬浮熔炼工艺制备高纯材料可采用HIP技术。因为高压气体密度增加，可使熔炼物悬浮起来，实现无坩埚熔炼，从而极大地提高熔炼纯度。

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（4）食品工业采用HIP技术：向食品施加高压可使食品在营养不被破坏且保持原色原味的情况下，达到杀菌消毒的目的，为食品加工提供了一条新的途径。结论

随着材料科学的不断发展，热等静压技术在现代生产技术中已经占据了越来越大的比重。而且人们越来越多地采用热等静压技术进行新材料的制备，如金属基陶瓷、碳/碳复合材料、硬质合金、钨钼制品、稀有难熔金属等产品等。热等静压技术也越来越多地渗透到更多的技术领域，并凭借其特有优势，将会在新材料、新能源的发展空间中发挥更为广阔的作用。

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参 考 文 献

[1] 谌启明，橱靖，单先裕等．热等静压技术的发展及应用[J].稀有金属及硬质合金，2003，31(2)：33～38．

[2] 关明鑫．热等静压在粉末冶金中的应用[J]．天津冶金，2001(5)：40～42． [3] 韩凤麟.热等静压工艺模型化进展[J].粉末冶金工业，2005，15（1）：12～13.[4] 刘慧渊，何如松，周武平.热等静压技术的发展与应用[J].新材料产业，2010，11：13～14.[5] Conway J J，Nettleship I．McA R J and Loehlein ES．Experimental Validation of Ashby HIP 6.0 Model Using Interrupted HIP Cycles of P/M LC Astroloy．Advances in Powder Metallurgy & Particulate Materials, 2002．9:121～129.[6] 詹志洪．热等静压技术和设备的应用与发展[J]．中国钨业，2005，20(1)：23～24．

[7] 向长淑．瑞典人赢得日本最大热等静压机合同[J]．稀有金属快报，2007．7：32～37.[8] 张义文．热等静压技术新进展[J]．粉末冶金工业，2009，19(4)：32～39． [9] 尚文静．热等静压(HIP)技术和设备的发展及应用[J]．有色冶金设计与研完，2010，31(1)：18～21．

[10] Brian Mc Tiernam．Applications for Large Scale Pre-alloyed HIP PM Materials[A]．Mashi S J．Proceeding of the 2008 International Conference on Hot Isostatic Pressing(HIP 708)[C]．Huntington Beach，California，USA，2008：3～12．

[11] 王声宏．热等静压技术在硬质合金及陶瓷材料中的应用[J]．粉末冶金工业，2000，10：7～11.[12] 徐强，张幸红，曲伟等．金属陶瓷的研究进展[J]．硬质合金，2002．19：22l～225.第 11页 /共 12页

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[13] 熊计，沈保罗．超细TiCr017N013金属陶瓷的烧结工艺研究[J]．粉末冶金技术，2004，122(13)：164～167.第 12页 /共 12页

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致

谢

感谢张老师的激情授课！张老师渊博的知识以及严谨的治学态度让我受益匪浅。通过张老师深入浅出的讲解，使我在短时间内对材料各种加工方法及原理有了初步认识，为以后的深入学习及实验打下良好基础。在此，向张老师致以最诚挚的谢意！

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第二篇：等静压技术及其发展现状范文

等静压技术及其应用和发展

材料加工 0904240759 王鹏洲

Abstrat:In this paper, the principle and basic characteristics of isoprocessing technology was introduced generally,the characteristics ,aplications and development of HIP,CIP and WIP were described concisely according to the classification of isoprocessing technology.摘 要: 本文在概述等静压技术原理及其基本特点后，简要的按照分类介绍了分别介绍了热等静压技术与冷等静压技术以及温等静压的特点和应用领域以及发展概况。

关键词: 等静压技术 冷等静压技术 热等静压 温等静压 应用 1.概述

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技术，该技术首创于20世纪30年代[1]，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[2]。1.1等静压技术的基本原理

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。根据静压力基本方程(Q= Q+ Qgh), 盛放在密闭容器内的液体, 其外加压强Q0 发生变化时, 只要液体仍保持其原来的静止状态不变, 液体中任一点的压强均将发生同样大小的变化[3]。这就是说, 在密闭容器内, 施加于静止液体上的压强将以等值同时传到各点。等静压成型技术是将待压试样粉体置于高压容器中, 利用液体介质不可压缩的性质和均匀传递压力的性质从各个方向对试样进行均匀加压, 当液体介质通过压力泵注入压力容器时, 根据流体力学原理, 其压强大小不变且均匀地传递到各个方向。此时高压容器中的粉体在各个方向上受到的压力是均匀的和大小一致的。通过上述方法使瘠性粉料成型为致密坯体的方法称做等静压法。1.2 等静压技术的特点

与等静压成型方法原理近似的是轴向压制成型。轴向压制成型为单向或双向压力压制, 粉料与模具的摩擦力较大, 压力沿压制方向会产生压力损失, 使坯体各部分的密度不均匀。而等静压成型时液体介质传递的压力在各个方向上是相等的。弹性模具在受到液体介质压力时产生的变形传递到模具中的粉料, 粉料与模具壁的摩擦力小, 坯体受力均匀, 密度分布均一, 产品性能有很大提高[4]。1.3 等静压技术成型工艺

无论热等静压、冷等静压抑或是温等静压成型技术，其基本原理一致；故此其一般工艺也相同；一般的等静压成型工艺如下：

(1)粉体预处理, 对瘠性粉料, 等静压成型工艺也需要对粉体进行预处理, 通过造粒工艺提高粉体的流动性, 加入粘结剂和润滑剂减少粉体内摩擦力, 提高粘结强度, 使之适应成型工艺需要。

(2)成型工艺, 包括装料、加压、保压、卸压等过程。装料应尽量使粉料在模具中装填均匀, 避免存在空隙;加压时应求平稳, 加压速度适当;针对不同的粉体和坯体形状, 选择合适的加压压力和保压时间;同时选择合适的卸压速度。(3)成型模具, 等静压对成型模具有特殊的要求, 包括有足够的弹性和保形能力;有较高的抗张、抗裂强度和耐磨强度;有较好的耐腐蚀性能, 不与介质发生化学反应;脱模性能好;价格低廉, 使用寿命长。一般湿式等静压多使用橡胶类模具, 干式等静压模具多使用聚氨酯、聚氯乙烯等材料[2]。

2.等静压技术的分类及其应用

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。2.1 热等静压技术(HIP)

美国Battelle实验室于1955年开发的热等静压技术[5], 首先用于原子能反应过程中燃料元素的扩散粘结, 基于此应用, 故当时被叫作/ 气压粘结。随着热等静压技术的发展, 其应用范围也不断扩展。

热等静压技术一般采用气体做压力介质，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和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。热等静压成型在高温高压的共同作用下，被加工件各向均匀受压，故加工产品致密度高，均匀型好；同时该技术具有生产周期短、工序少、能耗低、材料耗损少的特点。

热等静压法(H IP)是一种以氮、氩气等惰性气体为传压介质,通常在900～2000 ℃温度和100～200MPa压力共同作用下,对制品进行压制烧结处理的技术。热等静压设备的基本结构见图1,它由钢丝缠绕工作缸,组合式缠绕机架,上下端盖,隔热装置,加热元件,测温热电偶,加压管道和压力(加热)室等构成。美国NASA 的Lewis Research Center[6],采用HIP 烧结工艺,在1900 ℃获得了密度大于98 %、室温抗弯强度高达600MPa 左右的细晶粒SiC 陶瓷。佘继红等[7] 采用HIP 烧结特种陶瓷,并用3 % Al2O3 作为添加剂,在1850 ℃和200MPa 条件下烧结1h 就可获得密度高达97.3 %、抗弯强度为582MPa 的SiC陶瓷。

图1 热等静压机结构示意图[8] 热等静压技术如今经过半个世纪的发展完善，国外已经采用热等静压技术制取了核燃料棒、粉末冶金高温合金涡轮盘、钨喷嘴、陶瓷及金属基复合材料等；如今，其在制取金属陶瓷、硬质合金、难熔金属制品及其化合物、粉末冶金制品、金属基复合材料、功能梯度材料等方面都有广泛的应用。2.2 冷等静压技术(CIP)

冷等静压技术，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。冷等静压技术广泛用来制做尺寸大, 形状复 杂, 性能要求严格的硬质合金轧辊, 人造金刚石用顶锤, 硬质合金刀具等。还广泛用来成型高径比大的各类粉末材料, 如钨、高速钢、铍、铝等棒状、管状不同尺寸形状的坯件, 从而保证了这些材料的性能, 发挥了粉末冶金与冷等静压技术相结合的优越性。

冷等静压法又分为有湿袋法和干袋法两种．湿式(湿袋法)等静压: 将坯料(或提前预压处理)包封在弹性的塑料或橡胶模具内, 密封后放入高压缸内, 通过液体传递使坯体受压成型。这种方法可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。但每次都要进行手工装袋、卸袋操作, 生产效率不高。此方法主要用于大型、异形件的生产。干式(干袋法)等静压: 将弹性模具半固定, 不浸泡在液体介质中, 而是通过上下活塞密封。压力泵将液体介质注入到高压缸和加压橡皮之间, 通过液体和加压橡皮将压力传递使坯体受压成型。这种方法可连续操作, 即把模具上盖打开, 装料, 然后盖好上盖加压成型, 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；目前, 日用瓷盘、碟类产品以及中等规格氧化铝研磨球等制品即采用此方法, 进行连续的工业化生产。干袋法操作周期短，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。

冷等静压技术在难熔合金的粉末冶金中有重用作用；李洪峰等[9]不同压力下冷等静压成型、常压烧结,制备出了ZrO2 陶瓷材料；成朝会 [10] 等人用高纯钼粉与TiH2 粉、ZrH2 粉及石墨粉按比例均匀混合后经冷等静压成形,然后在保护气氛下高温烧结,得到TZM合金属；张菊平[11]等人通过冷等静压、中频烧结制备了稀土掺杂钼合金。冷等静压技术广泛用来制做尺寸大, 形状复杂, 性能要求严格的硬质合金轧辊, 人造金刚石用顶锤, 硬质合金刀具等。还广泛用来成型高径比大的各类粉末材料, 如钨、高速钢、铍、铝等棒状、管状不同尺寸形状的坯件, 从而保证了这些材料的性能, 发挥了粉末冶金与冷等静压技术相结合的优越性[ 12]。

冷等静压在制造大尺寸石墨棒、碳电阻元件、石墨坩埚、电动机和发电机的电刷、石墨发热元件、核反应堆用石墨管以及火箭喷咀等大尺寸、异形件的石墨制品生产中以及食品加工行业都有广泛的应用。2.3 温等静压技术(WIP)

温等静压技术，压制温度一般在80～120℃以下．也有在250~450℃以下，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。等静压技术的发展

等静压成型技术的应用与发展, 实际上依赖于等静压设备的研发与制造技术水平的发展。随着科技发展，等静压设备发展迅速。目前, 许多国家都有定点生产系列化等静压机的厂家, 亦可根据用户要求来设计制造特殊型式的等静压机。如瑞典ASEA公司是生产冷、热等静压机的主要厂家。该公司冷等静压机缸体内径最大已达3m, 高9m, 采用了预应力钢丝缠绕的高压缸体和框架结构, 设备自动化不断提高。我国的冷等静压技术装备在最近几十年来也有了较大的发展, CIP设备的规格、性能都有了很大的提高。四川航空工业川西机器有限责任公司生产LDJ冷等静压机系列, 该系列压机的机架和工作缸均采用预应力钢丝缠绕结构, 这种结构形式具有疲劳强度高、受力合理、结构紧凑、重量轻的特点。压机设有手动、自动卸压阀, 爆破阀, 工作安全可靠。

随着科技的进步与大型装备制造业的发展,热等静压技术装备向着大型化高温、高压方向发展。2009年底鲍迪克(Bodycote)公司在瑞典Surahammer的工厂将拥有世界最大的热等静压系统, 鲍迪克公司订购的这套热等静压系统是由美国阿维尔(Avure)科技有限公司制造的。这套热等静压系统的工作区面积为1.8m ×3.3m, 最高工作温度为摄氏1150℃ , 最高工作压力为1040巴(bar)。这套热等静压系统将被用于生产粉末冶金不锈钢, 设计年生产能力为10000吨。目前, 我国在H IP设备领域比较有代表性的是中国钢研科技集团公司, 在1977年研发出国内第一台热等静压机, 进过30 多年的努力, 已经研发出国内最高温度、最高压力、最大炉膛尺寸的一系列H IP设备, 并已经形成系列化产品。结语

当前我国社会发展, 科技进步已进入稳定增长的轨道, 新材料、新工艺、新装备的研发也步入发展的快车道, 对于等静压技术而言, 由于其先进的技术特点, 压制成型制品的优异性能, 更是一直以来国内外研发的热点, 无论是冷等静压(CIP), 还是热等静压(H IP)抑或温等静压（WIP）技术与装备均是如此。同样, 等静压设备与技术的发展, 也促进了等静压技术在各行业、各领域中新的应用, 结合各个领域产品特点与要求, 等静压技术将会充分发挥其技术优势, 产生更广泛的影响。

参考文献

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稀有金属与硬质合金.2003, 2: 33-38堪启明, 杨靖, 单先裕.热等静压技术的发展及应用.Dutta S.High2st rength silicon carbide by hot iso staticpressing.In : Tennery V J ed.Proceedings of the Third In2 ternational Symposium on Ceramic Materials and Compo2nent s for Engines.LasVegas , 1988 : 683

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【8】 刘谷成等 热静压技（HIP）中的应用 金刚石与磨料模具工程 2007年8月

【9】 李洪峰,俞泽民,金立国,等.成型压力对ZrO2 陶瓷力学性能的影响.哈尔滨理工大学学报,2004 ,9(6):44）

【10】 成朝会 TZM钼合金制备技术及研究进展。中国钼业 2008.12 【11】 张菊平氧化铈对轧制钼合金板力学性能的影响 中国钼业 2009 8 【12】 江崇经.冷等静压技术的应用.电磁避雷器.1997, 4:13-18 【13】 曹勇家 粉末冶金产业化的重要技术方向 产业透视 2007年第11期

第三篇：无线光通信技术发展及其应用

无线光通信技术发展及其应用

一、无线光通信技术发展历史

光在空气中直接传输的通信方式称之为无线光通信。也就是利用激光束作为信道在空间（近地或外太空）中直接进行语音、数据、图像等信息双向传送的一种技术。又称为“自由空间光通信”（Freespace opticalunicanon）或虚拟光纤（VirtualFiler）。无线光通信的出现比无线电通信要早得多。在两千七百年前的周幽王时代，就有了利用烽火台通信的方法。这是人类最早利用无线光通信的典型方式。后来，虽然人类社会的文明程度和科学技术得到了很大的提高，但是简单的利用光传递信息的方式仍然在广泛使用，例如红黄绿交通信号灯、旗语等。不论是烽火台，还是交通红绿灯、旗语，它们都是利用大气来传播可见光，由人眼来接收。这些都是非常原始的无线光通信方式。其后许多年，无线光通信几乎没有什么太大的发展。

尽管如此，人们仍然没有对无线光通信失去兴致。以发明电话而著名的贝尔，在1876年发明了电话之后，就想到利用光来通电话。1880年，他利用太阳光作光源，大气为传输媒质，用硒晶体作为光接收器件，成功地进行了光电话的实验，通话距离最远达到了213m。1881年，贝尔宣读了一篇题为《关于利用光线进行声音的产生与复制》的论文，报导了他的光电话装置。在贝尔本人看来：在他的所有发明中，光电话是最伟大的发明。这被认为是近代无线光通信的开始。1930年至1932年间，日本在东京的日本电报公司与每日新闻社之问实现了3 6kn，的无线光通信，但在大雾大雨天气里效果很差。第二次世界大战期间，无线光电话发展成为红外线电话，因为红外线肉眼看不见，更有利于信息保密。

利用光在大气中传送信息方便简单，所以人们开始研究的光通信都是这种方式。但是光在大气中的传送要受到气象条件的很大限制，比如在遇到下雨、下雪、阴天、下雾等情况，信号传输受到很大阻碍。此外，太阳光、灯光等普通的可见光源，都不适合作为通信的光源，因为从通信技术上看，这些光都是带有“噪声”的光。也就是说，这些光的频率不稳定、不单一，光的性质也很复杂。因此，要用光来通信，必须找到高强度的、可靠的光源。在此后的几十年中，由于这项关键技术没有得到解决，无线光通信就一直裹足不前。也正因此，贝尔的光话始终没有走上实用化的阶段。

1960年7月8日，美国科学家梅曼发明了红宝石激光器，从此人们便可获得性质与电磁波相似而频率稳定的光源。激光器的发明对无线光通信的研究工作产生了重大的影响。研究现代化无线光通信的时代也从此开始。20世纪60年代后，随着人们对通信的要求变得越来越强烈，无线光通信获得了突飞猛进的发展。许多实验室用氢-氖气体激光器做了传送电视信号和20路电话的实验。也有的公司制成了语言信道试验性通信系统，最大传输距离为600米。到70年代初无线激光通信己进入应用发展阶段。然而1970年半导体激光器和低损耗光纤这两项关键技术的重大突破，使光纤通信开始从理想变成可能，这立即引起了各国电信科技人员的重视，他们竞相进行研究和实验。1977年，世界上第一条光纤通信系统在美国芝加哥市投入商用，速率为45Mb/s。这也同时标志着无线光通信的研发开始转向外太空光通信，近地的无线光通信工作几乎停滞。20世纪90年代后期，随着全光接入网的发展，对固定无线应用的关注和对高速率的要求，无线光通信技术因其具有独到的优势，在固定无线宽带接人技术中，能为宽带接人的快速部署提供一种灵活的解决方案，又得到了极大的关注。其应用范围己从军用和航天逐渐迈人民用领域，技术也在得以逐步完善。

二、基本工作原理

1880年，贝尔的光电话用弧光灯或者太阳光作为光源，光束通过透镜聚焦在话筒的震动片上。当人对着话筒讲话时，震动片随着话音震动而使反射光的强弱随着话音的强弱作相应的变化，从而使话音信息调制在光波上。在接收端，装有一个抛物面接收镜，它把经过大气传送过来的载有话音信息的光波反射到硅光电池上，硅光电池将光能转换成电流。电流送到听筒，就可以听到从发送端送过来的声音了。这是无线光通信的基本工作原理。现代无线光通信设备的每一端分别包括专用光学望远镜、激光收发器、线路接口、电源、机械支架等部分组成。一些厂商的设备还包括伺服机构、监控装置、微波备份及远程管理软件等部分。

激光收发器的光源主要采用LD和LED，其中的LD多采用铝砷化钾二极管、DFB，接收器主要采用PIN或APD。

三、技术优势与劣势

1、技术优势 相对于常用的数字微波、铜缆数字用户线、光纤等其他几种接入方式，无线光通信主要优势有：①良好的安全保密性，由于激光的高指向性使它的发射光束极窄，方向性很好。通常激光光束的发散角都在毫弧度，甚至微弧度数量级，因此具有数据传递极高的保密性。②无微波频段的许可证，因为无线光通信的工作频段在350THz，设备间无射频信号干扰前无需申请频率使用许可证。③运营成本相对低廉，由于无须进行昂贵的管道工程铺设和维护，使得其造价约为光纤通信工程的五分之一。④架设迅速无线光通信架设、组网速度快，只须在通信节点上进行设备安装，工程建设以小时或天为计量单位，尤其适合作为光纤通信的应急故障后备及临时构造大容量的通信链路。重新撤换部署也很方便。⑤透明的传输协议对于任何传输协议均可容易的迭加，电路和数据业务都可透明传输。⑥设备尺寸小，由于光波的波长短，在同样功能情况下，光收发天线的尺寸比微波、毫米波通信天线尺寸要小许多，同时功耗小，体积小，重最轻。⑦信息容量大，光波作为信息载体可轻易传输高达10Gb/s的数据。目前已经商用无线激光设备，最高速率已达2 5Gb/s。实验室里最高传输速率已达160Gb/s。

2、技术劣势

当然，无线光通信也有其固有的劣势：①天气影响通信质量天气因素尤其是大雾、沙尘暴等所引起的光的色散、漫反射将极大影响光通信的质量。②通信距离受限目前用于近地的民用无线光通信的设备所能达到的距离受人眼安全的发射功率、成本、数据速率、天气条件等的限制，一般为100m-5kmm，延长传输距离也可以通过建立中继站的方法。③只能在视距范围内建立通信链路两个通信节点之间视距范围内必须无遮挡。对于中间存在障碍物而不可直视的两点之间的传输，可以通过建立一个中继站实现连接。④安装点的震动影响楼顶摇晃、振动可能会影响两个节点之间的激光对准，使通信质量下降甚至暂时中断。⑤意外因素可能使通信链路中断如飞鸟等障碍物经过链路空问，通信可能会瞬间中断。

总之，由于无线光通信设备固有的特点，在众多接入方式中具有比较明显的优势。

四、应用领域

与传统的租用线路比较，无线光通信综合了光纤通信与微波通信的优点，根据其最大优势（宽带宽）与最大劣势（短距离），定位在城域接入网、交换机和移动基站等设备的连接、闭路监视系统、广播电视信号的单、双工的传输中使用。可以很灵活的接人数据、话音、视频业务。其益处在于长期费用的节约和对数据吞吐能力的增长。目前的主要应用场合包括：①对于特殊要求的线路进行冗余备份以及应急时链路和意外恢复：在突发的自然或人为意外灾害中，原有通信线路被破坏，难以立即恢复时，或者在一些特殊地方发生突发事件，需要应急通信，采用无线光通信进行快速的部署。②提供室内外、临近局域网之间的互连互通：当分布在两座楼宇之间的办公室需要建立一条企业内部通信链路，受价格、带宽、线路资源等因素和其他通信方式不能较好地解决时，采用无线光通信就可快速解决。③解决综合业务网（FSN）接入的“最后一公里”：对智能小区的宽带接入，大企业Intmnet的互连，校园网的互连，大客户的宽带接入等提供一种快速灵活的方案，可提供2Mb／s～2.5Gb／s的带宽。④在不具备接入条件或带宽不足时提供高效的接入方案：在通信链路跨越高速公路、铁路、河流、峡谷、海湾或拥挤的城区时，由于地理条件的限制无法敷设光纤线路时，采用无线光通信可以有效解决。⑤用于移动通信蜂窝网基站与交换中心的互联。⑥用于一些大型集会如运动会、展览会、庆祝会等需要快速建立一些临时链路用于现场通信的场合。

五、结束语

无线光通信填补了受频率资源许可、价格、带宽等限制的无线通信方式与受地形、建网时间等特殊限制的光纤通信方式之间的空白。在一些情况下可以解决其他方式无法解决的问题。可以灵活、快速地以较小的投资建立宽带通信链路。因此，在调查和了解使用过程中的不同条件和要求如传输的距离、速率、误码率、可通率以及当地的鸟群和气象条件如降雨、雪、雾、沙尘的天数及程度等情况下，可以充分考虑利用无线光通信的方式组阿，迅速建立一个有效覆盖且能够为用户提供端到端的综合接入服务能力的宽带接入网络。

第四篇：浅析脉冲电子围栏技术发展及应用

浅析脉冲电子围栏技术发展及应用

前言》

脉冲电子围栏作为最主流应用的一种实现公共安全的新型高科技智能周界报警产品，它与传统的红外、微波、静电感应等周界安防系统相比，具有误报率低、不受地形和环境限制、安全性高等显著优点，已被广泛应用于世博会、奥运会、变电站、工厂、小区、学校、别墅、仓库、机场、军事基地、看守所、监狱等各个行业。

随着网络技术的发展与信息化建设的深入，市场对周界安防要求不断提高，尤其对解决安防行业核心系统存在的技术漏洞需求最为明显。市场需求催生了创新的周界安防产品，第五代脉冲电子围栏产品—“T6/T8系列触网防旁路脉冲电子围栏主机”应运而生。T6/T8系列电子围栏主机采用Smart DEC智能算法（全称“防等电位破解技术”），新增单线触网报警、防旁路报警功能，终结了电子围栏行业长期存在的两大技术漏洞，且能通过识别前端触网信号，极大的降低误报率。从用户的角度考虑，第五代脉冲电子围栏主机最大程度上改善了用户体验，电子围栏技术发展及应用进入了下一个里程碑时代。

脉冲电子围栏的前世今身》

电子围栏发展可追溯到上世纪二三十年代，从最原始的牧场电子围栏到第五代智能触网防旁路型脉冲电子围栏的演化，这无疑是电子围栏近100年来无数次技术革新的成果。第一阶段：牧场电子围栏

电子围栏最早起源于英国英格兰的流动牧场，牧人为了放牧的需要，拉一根导线，通上直流电，就形成简单的电子围栏，使牲畜在一定范围内活动。战后在欧洲，牧业在农业中的比重是很高的，大量的牧业市场需求促进了“电子围栏”的开发和推广。牛羊等遇到“电子围栏”的电击阻挡而退回，很好地起到“牧羊人”的作用，同时也防止圈外的大型动物或猛兽跑进来，对当时的牧业发展起到了较大的促进，在一些畜牧业比较发达的国家仍然在发挥着较大的作用，姑且算是第一代电子围栏产品的雏形。第二阶段：报警电子围栏

随着整个“电子围栏”行业的发展和深入，产品附件和种类越来越多，90年代中后期具有阻挡和报警功能的智能型周界安防报警系统，开始专业用于社会公共安全领域，它具有断路、短路、失电报警功能同时又秉承了电子围栏的安全阻挡功能。该产品充分考虑了人的主动性和智慧性，能准确判断出无意触摸、蓄意破坏、非法闯入等各种情况，是现周界安防项目的比较好的选择。第三阶段：智能电子围栏

随着人们对产品性能和功能的要求越来越高，产品需要更加人性化，具有更多功能的产品开始出现。第二代产品输出脉冲电压恒定，当周界的长短出现变化时，前端的电压会随着周界的长度出现过高或过低的现象;同时当产品安装在围墙较低的别墅或小区时，白天会出现误击到小孩或附近工作人员的现象。基于以上问题，第三代可调节输出电压和可设定高压模式、安全模式切换功能的产品入市，如G3/T5系列脉冲电子围栏主机，它具有断路、短路、失电报警功能同时又秉承了电子围栏的安全阻挡功能，充分考虑了人的主动性和智慧性，能准确判断出无意触摸、蓄意破坏、非法闯入等各种情况。同时，这一阶段的产品还有的具有遥控操作、远距离操作等功能，为产品大规模地应用于别墅、小区提供了更好的产品。第四阶段：网络电子围栏

随着安防行业物联网的逐步深入，绝大部分周界报警系统仍停留在前端报警和单一设备的控制管理之上，存在无法进行联动的缺陷，致使安防系统处于“分散管理”的状态。由此网络电子围栏应运而生，以G5S/G5P系列脉冲电子围栏主机为例，其主要节点设备全网络电子围栏主机、智能控制终端和管理软件都可直接接入以太网，用户通过网络即可监管电子围栏，实现信息实时传递、数据交互和远程监管的功能需求。第四代产品的网络化与集成化程度达到了空前成熟水平，且具有方案灵活、施工简便、成本节省、传输稳定的特点。

三年磨一剑的技术突破》

智能感知磁场平衡波，弥补技术漏洞

脉冲电子围栏是通过主机的发射端口向前端围栏上的合金线发射脉冲电，由接收端接收脉冲电信号，使电子围栏系统形成一个完整的回路。一旦有人为入侵，造成相邻两根合金线的短路或者有人故意破坏剪断前端围栏合金线（开路），脉冲电子围栏主机会及时发出警报并通过通信线路传送至控制中心。

在脉冲电子围栏行业蓬勃发展的当下，却有着两个致命的技术弊端困扰着行业从业人员多年：单线触网不报警和旁路跨接不报警，为用户带来了极大的安全隐患。目前市面上的脉冲电子围栏产品单线触网虽然可以对入侵者产生电击，在电阻很小的时候有些产品也会产生报警，但当电阻很大的时候就不会报警。这也就是说，当入侵者穿着球鞋或带着塑胶手套以单线触网方式攀爬围栏，则市面上的电子围栏将不会产生报警，而入侵者所穿戴的绝缘材质物品也可阻挡其遭受前段围栏的电击，使其顺利翻越围墙，存在严重的防范漏洞。

旁路跨接不报警是现有电子围栏的另一技术弊端。旁路跨接分为单线旁路跨接（图1）和回路旁路跨接（图2），当入侵者用短路线分别连接电子围栏前端每根金属线的两端（单线旁路跨接），或用两

（四）条短路线在围栏网络接线跨接处分别连接相间隔的金属线（回路旁路跨接）后，电子围栏前端产生失效区，而当失效区金属线被剪断时，主机不报警，入侵者就可以趁这个“漏洞”翻越围栏，造成财产损失。

图1

图2 为了弥补电子围栏的缺陷及增加客户的安全保障，上海广拓耗时3年成功研发出全新的T6/T8系列触网防旁路型脉冲电子围栏，采用Smart DEC智能算法（全称“防等电位破解技术”），能通过识别前端触网情况，实现单线触网报警、防旁路报警、短路报警和断路报警这四类报警方式，从真正意义上解决了长久存在的技术漏洞，提升电子围栏的安全性。全析计算识别入侵信号，最大降低误报

电子围栏主机原则上是不允许有漏报，如何在没有漏报的基础上减少误报是目前各电子围栏技术急需解决的问题。现如今，减少误报普遍着力于对硬件的改进上，即传感器与前端关键元器件的提升。传感器负责对收集信号进行分析，传感器分析的程度越准确，就越能将各种误报的信号排除在外。从总的趋势来看，脉冲电子围栏正不断向数字化技术迈进，并成为一种主流趋势。与以往几代脉冲电子围栏在硬件上的更迭相比，现在数字化的技术越来越偏重于软件，即把一些产生误报、漏报的可能情况，比如小动物、风、雨、雪等干扰信号进行软件建模，通过软件算法识别出各种误报信号，这样就可以减少误报情况发生的机率。在这个方面，T6/T8系列脉冲电子围栏主机采用Smart DEC智能算法，通过感知电子围栏金属线上的磁场变化，并经由一系列精密运算，从而精准判断出前端围栏的触网情况，全面革新了电子围栏的报警技术。当前端围栏被碰触，搭载于主机内的Smart DEC智能算法能够通过计算围栏金属线上电磁场的变化量辨别出是人体还是小动物的触碰，并针对人为入侵行为向控制中心发出报警信号，极大减少电子围栏产品的误报率。同时，当入侵者使用短路方式对前端围栏进行接驳，围栏金属线上的电磁场平衡将被遭到破坏，Smart DEC智能算法通过对电磁场平衡波动的监测准确探知入侵者的旁路跨接行为（包含单线旁路跨接和回路旁路跨接），并即刻将报警信息发送控制中心，为安保人员进行处警提供绝佳的时间优势。

行业发展趋势》

网络化、数据化应用引发的市场大变革

基于物联网的渗入，未来周界安防的发展趋势，必然是以用户为核心而设计网络化、数据化等特征的综合信息操作系统。作为安防系统的第一道屏障，电子围栏需要一个数据化的系统操作从而更有效的来判断系统的稳定性及安全性。业内专家普遍认为，T6/T8系列触网防旁路型脉冲电子围栏主机采用独创的Smart DEC技术，智能识别入侵者触碰电子围栏前端的多种报警类型，其技术设计理念在周界的前端入侵探测领域具有显著创新性和先进性。

然而，电子围栏主机入侵探测传感模式与触发判断的技术革新仍不能完全满足日益增长的用户需求，周界安防解决方案更需要拥有强大的网络系统集成平台，这使得电子围栏主机在设计上考虑多种通信方式。以T6/T8系列主机为例，产品内置以太网，RS485丰富接口，最大程度提高了产品通讯连接能力和稳定性，适应用户与视频监控系统、语音对讲系统、灯光控制系统有效集成需求。便捷的通过智能键盘或控制软件调控用户服务器结构，如远程防区布撤防、模式切换、输出电压调整、灵敏度调节、报警响应时间调节等功能，顺利实现跨地区远程移动的安全警戒和管理。

当有人非法翻越围墙或破坏围栏时，脉冲电子围栏具有阻挡作用，联动视频监控系统弹出报警点视频画面，进行视频复核。通过智能控制终端配套的移动云警APP管理前端电子围栏防区信息一目了然，推送机制保障报警信息即时送达，报警信息列表轻松查看报警详情，随时随地处理警情。

最后，电子围栏系统采用的全网络化架构，和MK智能控制终端、SMC3000管理平台组成三级网络结构，只需简单的将网线插入主机和光纤收发器，施工费用至少减少30%，降低了工程施工的复杂程度及成本。以上正是脉冲电子围栏网络化、数据化所带来的技术革新，这种变革真正意义上区别了国内各厂商在产品技术和设计理念上的差异。产品技术上的差异可以在较短时间内得以赶超，而设计理念的差异往往源自于厂商本身自带的基因，并非简单就能弥补及突破。在全球安防市场风云骤变的时代，更验证了电子围栏领先厂商创新、匠心的战略实施为用户创造安防的全新价值。

第五篇：CMP(化学机械抛光)技术发展优势及应用

CMP(化学机械抛光)技术发展优势及应用

CMP-化学机械抛光技术它利用了磨损中的“软磨硬”原理，即用较软的材料来进行抛光以实现高质量的表面抛光。在一定压力及抛光浆料存在下，被抛光工件相对于抛光垫作相对运动，借助于纳米粒子的研磨作用与氧化剂的腐蚀作用之间的有机结合，在被研磨的工件表面形成光洁表面151.CMP技术最广泛的应用是在集成电路(IC)和超大规模集成电路中(ULSI)对基体材料硅晶片的抛光。而国际上普遍认为，器件特征尺寸在0.35 5m以下时，必须进行全局平面化以保证光刻影像传递的精确度和分辨率，而CMP是目前几乎唯一的可以提供全局平面化的技术。其中化学机械抛光浆料是关键因素之一。抛光磨料的种类、物理化学性质、粒径大小、颗粒分散度及稳定性等均与抛光效果紧密相关。此外，抛光垫的属性(如材料、平整度等)也极大地影响了化学机械抛光的效果.随着半导体行业的发展，2003年，全球CMP抛光浆料市场已发展至4.06亿美元.但国际上CMP抛光浆料的制备基本属于商业机密，不对外公布。1化学机械抛光作用机制

CMP作用机理目前还没有完整的从微观角度的理沦解释。但从宏观上来说，可以解释如下:将旋转的被抛光晶片压在与其同方向旋转的弹性抛光垫上，而抛光浆料在晶片与领升：抛光机 http://www.xiexiebang.com

底板之间连续流动。上下盘高速反向运转，被抛光晶片表面的反应产物被不断地剥离，新抛光浆料补充进来，反应产物随抛光浆料带走。新裸露的品片平面又发生化学反应，产物再被剥离下来而循环往复，在衬底、磨粒和化学反应剂的联合作用下，形成超精表面，要获得品质好的抛光片，必须使抛光过程中的化学腐蚀作用与机械磨削作用达到一种平衡。如果化学腐蚀作用大于机械抛光作用，则会在抛光片表面产生腐蚀坑、桔皮状波纹;反之，机械抛光作用大于化学腐蚀作用则表面产生高损伤层.为了进一步了解CMP作用的本质，近年来国内外有很多关于CMP作用微观机理的研究.清华人学王亮亮、路新春的研究表明:CMP中主要是低频、大波长的表面起伏被逐渐消除，而小尺度上的粗糙度并未得到显著改善;当颗粒直径在10^-25 nm的范围时，粒径和粗糙度不存在单调的增减关系;桔皮的产生主要是抛光浆料中碱浓度过高所致。而北京交通大学张朝辉等根据Lei提出的CMP作用中纳米流体薄膜理论，提出化学机械抛光过程中，受载的粗糙峰和被抛光的品片表面之间存在一纳米量级的薄流体膜，形成了纳米级薄膜流动系统，指出对纳米级流动规律进行研究将有助r-了解化学机械抛光的作用机理，其中，在极薄的膜厚情况下的温度场分析是一项迫切任务。同时，陈杨的研究也表明了相似的观点:材料的去除首先源于化学腐蚀作用。一方面，在抛光领升：抛光机 http://www.xiexiebang.com

过程中晶片表面局部接触点产生高温高压，从而导致一系列复杂的摩擦化学反应;在抛光浆料中的碱性组分和纳米磨料颗粒作用下，硅片表面形成腐蚀软质层，从而有效地减弱磨料对硅片基体的刻划作用，提高抛光效率和抛光表面质量。另一方面，根据Preston公式: N RR=QWNV(其中，NRR为材料去除率;QW为被抛光材料的密度;N为抛光有效磨料数;V为单个磨料所去除材料的体积，包括被去除的硅丛体的体积V,和软质层的体积V2)，软质层的形成导致v增大(即化学腐蚀作用可促进机械磨削作用)，V1减小，从而有利于减小切削深度、增强塑性磨削和提高抛光表面质量。因此，在抛光浆料质量浓度相同的条件下，采用纳米磨料抛光不仅有利于减小切削深度、提高抛光表面质量，同时由于有效磨料数N的急剧增大，还有利于提高抛光效率。应该指出的是，软质层的厚度同抛光条件有关，就纳米级磨料而言，相应的软质层的厚度一般处于几纳米至十几纳米之间:而由于CMP是机械去除和化学去除相互作用的过程，因此难以通过静态化学腐蚀测最软质层的硬度。忽略抛光垫和其它一些因素的影响，抛光浆料的流动特性对CMP的行为有很大的影响。一般抛光浆料磨粒为圆形的纳米级粒子，利用微极性流体可以模拟粒子的微旋运动对抛光性能的影响。张朝辉研究的模拟结果表明微极性将增加承载能力，从而有利于提高抛光速率。这一特性在低节距或低转速下更为显著，体现出尺寸依赖性。

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2化学机械抛光浆料

抛光浆料的成分主要由三部分组成:腐蚀介质、成膜剂和助剂、纳米磨料粒子。抛光浆料要满足抛光速率快、抛光均一性好及抛后易清洗等要求.磨料粒子的硬度也不宜太高，以保证对膜层表面的机械损害比较轻。

按pH值分类，抛光浆料主要分为两类:酸性抛光浆料和碱性抛光浆料。一般酸性抛光浆料都包含氧化剂、助氧化剂、抗蚀剂(又叫成膜剂)、均蚀剂、pH调制剂和磨料。氧化剂起在被抛光物件表面发生氧化腐蚀作用，然后通过机械作用去除表面凸起部分，使物件表面平整:另外，氧化剂还能氧化基体表面形成一层氧化膜从而提高选择性。助氧化剂起到提高氧化速率的作用。均蚀剂可使腐蚀均匀，从而使表面光滑细腻;抗蚀剂的作用是在被抛光物件表面与被腐蚀基体形成一层联结膜，从而阻止腐蚀的进行以提高选择性。而碱性抛光浆料中一般包含络合剂、氧化剂、分散剂、pH调制剂和磨料。因为碱性抛光浆料仅在强碱中才有很宽的腐蚀领域，而且磨料易造成划伤，所以应用远不如酸性抛光浆料广泛。对于不同的腐蚀基体要选择不同的络合剂:分散剂一般为大分子量非离子有机分散剂，其作用是保证浆料中的磨料不发生絮凝和沉降现象，并使磨料的勤度保持尽可能低，具有良好的流动性。下面主要介绍目前使用最为广泛的几种抛光浆料。

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2.1 CeO2抛光浆料

稀土氧化物CeO2具有很好的抛光性能，其特点是抛光速率高，对材料的去除率高，被抛光表面粗糙度和表面微观波纹度较小，颗粒硬度低，对被抛光表面损伤较弱;其缺点是勃度大，易划伤且高低选择性不好，沉淀在介质膜_L吸附严重，为后续清洗带来困难.CeO2抛光浆料广泛应用于玻璃精密抛光、超大规模集成电路Sio2介质层抛光和单晶硅片抛光等，而现在国内外有很多研究也致力于CeO2抛光浆料对半导体衬底材料(如GaAs晶片)的抛光。

首先纳米CeO2粒子通过化学吸附与抛光表面上的Sio2之间形成Ce-O-Si键，CeO2粒子将表面部分Sio2撕裂下来，进入溶液中;经过扩散，Sio2粒子又从CeO2粒子的表面脱落。Ce-O-Si键的形成与S-O-Si键的断裂影响着抛光速率.化学吸附作用和机械撕裂作用同时影响着Si-O-Si键的断裂。CeO2抛光浆料区别于传统抛光活性强的抛光浆料都是强酸，它在碱性抛光环境下是两性的，能同时吸附阳离子和阴离子，故有更好的抛光性能。乡屯度、硬度、粒度、粒度分布、悬浮性、表面电性、表面活性和密度等都是影响其抛光性能的主要因素.粒度大的适合高速抛光，粒度小的适用于低速抛光圈.具有高抛光性能的纳米CeO2目前的合成方法主要有:液相反应法、固相反应法、机械化学法。液相反应法包括:溶领升：抛光机 http://www.xiexiebang.com

胶一凝胶法、液相沉淀法、电化学法、水热法、微乳液法、喷雾热分解法等。张鹏珍等采用溶胶一凝胶法制备了平均晶粒度在13.3 nm且粒度分布均匀的纳米CeO2粉体，经此CeO2抛光浆料抛光后的玻璃幕片表面粗糙度(Ra)可降到0.6nm左右，显示了良好的抛光性能。Ming等(2a)也采用此法在常压下制备纳米CeO2,原料为硝酸饰钱、尿素和去离子水，通过加热得到的CeO2粒径为8 nm，具有立方体结构。电化学法制得的CeO2优点是粒子粒度很小，分散性也较好，工艺也相对简单，但是产率较低。水热法的优点是不需要进行高温灼烧处理，避免了硬团聚。Verdon等在耐熔的合金容器中，于1.5 MPa和500%条件下进行水热合成制得的纳米CeO2晶型较好。BondioliF等利用固相反应在得到的CeO2产物尺寸为10-20 nm，且具有较好的尺寸分布.有研究表明，用机械化学法也能制成粒度在10-20nm的纳米CeO2.Rajendran(291通过一种新的方法研究了CeO2抛光Si仇过程，发现CeO2的机械作用能加速其与Siq还原的化学反应，并且在抛光过程中存在Cc 3+与Ce0+两种价态。

2.2 Si02抛光浆料

Si仇抛光料的优点是选择性和分散性好，机械磨损性能较好，化学性质较活泼，后清洗过程废液处理较容易，其缺点是硬度较高，易在被抛光物体表面造成不平整，且在抛光领升：抛光机 http://www.xiexiebang.com

浆料中易产生凝胶现象，对抛光速度的再现性有不良影响，同时会使被抛光物体表面产生刮伤。SiO2抛光浆料的pH值、磨料粒径(50-200 nm)与分散度、浓度等都对其抛光效果有很大的影响。Si02抛光浆料用于硅片的抛光、层间介电层OLD)的抛光、妮酸钾晶片的抛光、硬盘基片的抛光等。Siq抛光料的制备方法国内外有很多研究，从总体来说主要是分散法与凝聚法:分散法是通过机械搅拌将纳米Si仇粉末直接分散到水中来制备Si02浆料的。用分散法制备Si02浆料主要包括以下3个过程:①纳米Si02颖粒在液体中润湿:②团聚体在机械搅拌力作用下被打开成独立的原生粒子或较小的团聚体;③将原生粒子或较小的团聚体稳定住，阻止再发生团聚。采用分散法制备出的Si仇浆料浓度高、颗粒均匀、分散性好、纯度高、黏度较小，但受粉体本身性能的影响特别严重。凝聚法是利用水溶液中化学反应所生成的SiO2通过成核、生长，采用各种方法脱除其中杂质离子得到纳米Sio2水分散体系的一种方法，该法制得的Sio2浆料颖粒粒径均一，形状规整，纯度与浓度也较高.王占银以SiO2作为抛光浆料，分析了影响妮酸铿晶片抛光效果的因素，通过优化工艺参数，使妮酸锉的表面粗糙度凡达到0.387 nmo雷红制备了Sio2抛光浆料用来抛光镍磷敷镀的硬盘基片，表面形貌仪测得抛光后基片的表面粗糙度和波纹度分别为0.052 nm和0.063 nm,且基片表面无凹坑、电蚀等缺陷。另有研究领升：抛光机 http://www.xiexiebang.com

表明[301当Si02抛光浆料pH->9时，在抛光浆料中加入适量的活性剂和鳌合剂，能消除Si02凝胶现象，得到较好的抛光结果。目前，对影响Si02抛光浆料抛光效果〔高抛光速率、低表面损伤、高表面平整度、易清洗等)的各种因素(抛光浆料粒度、pH值、温度、抛光浆料流速等)的研究己比较成熟.2.3 A1203抛光浆料

1998年日本COSMOS公司首次开发了纳米级别的超细A1203微粉作磨料的纳米级抛光剂，从而Al2o3抛光浆料广泛应用于CMP领域，以纳米Y-AI203为研磨粒子的浆料可用于集成电路生产过程中层间钨、铝、铜等金属薄膜的平坦化及高级光学玻璃、石英品体和各种宝石的抛光等.A12o3场抛光浆料因具有选择性低、分散稳定性不好、易团聚等缺点，往往在几分钟内就会出现沉淀，颗粒变粗，所以在抛光中表面划伤严重，损伤层深，所以通常A1203抛光浆料要混合有机添加物一起使用并控制好工艺条件以达到良好的抛光效果。宋晓岚等的研究表明，在y-A12伪固含量为6%的浆料中，加入异丙醉胺分散剂的用量为-y-A1203粉体质量的1%，同时控制浆料的pH值约为4，此时纳米y-A12场粉末的润湿性能最佳，浆料Zeta电位值较高，勃度较小，在该条件下可成功获得长时间不沉降的稳定浆料。卢海参采用丙烯酞氯对超细氧化铝进行表面改性，有效提高了氧化铝抛光浆料的分领升：抛光机 http://www.xiexiebang.com

散性，进一步的研究表明材料去除速率随压力或下盘转速先增大后减小，随抛光时的延长，材料去除速率初期较人，后期变化趋于平缓。具有良好的抗静电性和可擦性的A1203抛光浆料在国内已经研制出来，应用于磁性材料的精密抛光加工中。有研究表明,通过A1203外层包覆Si02形成壳一核性结构粒子抛光浆料抛光能很好地提高抛光性能，减低表面损伤和粗糙度，其机理可能为壳一核结构的缓冲效应和粒子之间的解聚作用。

3化学机械抛光技术发展趋势

随着计算机、通信及网络技术的高速发展，对作为其基础的集成电路的性能要求愈来愈高。集成电路芯片增大而单晶体管元件减小及多层集成电路芯片是发展的必然趋势，使得CMP在集成电路行业的重要性越来越显著，这对CMP技术提出了更高的要求。

在CMP设备方面，正在由单头、双头抛光机向多头抛光机发展;结构逐步由旋转运动结构向轨道抛光方法和线形抛光技术方面发展;开发带有多种在线检测装置的设备，如组装声学信号、力学信号、薄膜厚度及抛光浆料性质等在线测量装置，并且结合目前的干进干出要求，将抛光后清洗装置与抛光机集成来进行开发。在应用方面，CMP技术已从集成电路的硅品片、层间介质(ILD)、绝缘体、导体、镶嵌金属W.AI.Cu.Au及多晶硅、硅氧化物沟道等的平面化，拓展至领升：抛光机 http://www.xiexiebang.com

薄膜存贮磁盘、微电子机械系统(MFMS)、陶瓷、磁头、机械磨具、精密阀门、光学玻璃和金属材料等表面加工领域。在CMP抛光浆料方面，关键是要开发新型抛光浆料，特别是复合磨料抛光浆料，使其能提供高的抛光速率、好的平整度、高的选择性以及利于后续清洗过程，以使磨料粒子不会残留在芯片表面而影响集成电路性能。

CMP浆料有待于发展的技术有:磨料制各技术、浆料分散技术和抛光浆料配方技术。首先要解决的就是尺寸小、分散度大、硬度适中、均匀性好、纯度高的纳米磨料粒子。抛光浆料的排放及后处理工作最也在增大(出于环保原因，即使浆料不再重复利用，也必须先处理才可以排放)。而且，抛光浆料价格昂贵，如何对抛光浆料进行后处理，补充必要的化学添加剂，重复利用其中的有效成分，或降级使川，不仅可以减少环境污染，而且可以大大降低加工成本。抛光浆料的后处理研究将是未来的新研究热点。另外一方面，复合磨料抛光浆料的研究也将是未来的趋势之一，因为复合磨料抛光浆料在保持单一磨料抛光浆料优点同时也改善了其缺点，在国外已经出现了复合抛光磨料的研究报道，如A1203, Si02, CeO2各种单一抛光磨料互相通过包覆形成壳一核型的复合抛光磨料，集中各种单一抛光磨料的优点，从而配制出抛光效果更佳的新型复合抛光浆料。实验表明，在较软的磨料粒子外面包覆一层较硬的物质，可以在提高其抛光速率的同时领升：抛光机 http://www.xiexiebang.com

也保持了较高的选择性;而在较硬的磨料粒子外面包覆一层较软的物质，则可在保持其较高抛光速率的基础上改善其抛光表面质量。如Lu等成功地在球形SiO2粒子外面包覆一层Ce02，并以其作为磨料制备复合抛光浆料与Sio2和Ce02抛光浆料进行抛光实验的比较，研究表明，复合磨料具有更好的抛光效果。目前，CMP技术己经不局限于使用固体磨料，甚至出现了用气体来进行抛光的技术(如HVPE技术等)，为抛光浆料的发展开拓了新的思路。

近年来，CMP技术得到了长足的发展，涌现出了不少新技术，例如:固结磨料化学机械抛光技术、电化学机械平坦化技术、无磨料化学机械抛光技术、无应力抛光技术、接触平坦化技术和等离子辅助化学蚀刻平坦化技术等。

尽管CMP技术发展的速度很快，但目前对CMP技术的了解还处于定性的阶段，需要解决的理论及技术问题还很多。如人们对诸如抛光参数(如压力、转速、温度等)对平面度的影响、抛光垫一浆料一片子之间的相互作用、浆料化学性质(如组成、pH值、颗粒度等)对各种CMP参数的影响及其机理了解仍然甚少，因而定量确定最佳CMP工艺、系统地研究CMP工艺过程参数、建立完善的CMP理论模型、满足各种超大型集成电路生产对CMP工艺的不同要求，是研究CMP技术的重大课题。由于缺乏有效的在线终点检测技术，维持稳定的、一次通过性的生产运转过程还存在困难，因而迫切需要开发领升：抛光机 http://www.xiexiebang.com

实用的在线检测手段。一般在芯片工艺的最后几个阶段也需进行CMP加工，此时每个芯片的价值已达到数千至数十万美元，因而，芯片表面残留浆料的清除是CMP后清洗的主要课题。研制合适的CMP工艺、抛光设备及浆料以使去除速度高而稳定、片子的模内均匀性和片内均匀性都理想，且产生的表面缺陷少，是CMP技术发展的主要难题。4结语

综上所述，CMP技术可用于各种高性能和特殊用途的集成电路制造，且应用领域口益扩展，已成为最为重要的超精细表面全局平面化技术，也是国际竞争的关键技术，其增长势头和发展前景非常可观。深入研究和开发CMP技术，并形成拥有自主知识产权的材料和工艺，将促进我国IC产业的良性发展，提高我国在这一方面的国际地位，同时也将带来了巨大的经济和社会效益。

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