我國風(fēng)電設(shè)備制造技術(shù)發(fā)展的建議
時(shí)間：2007-07-12 人氣：1543 來源：中國機(jī)械網(wǎng)|http://www.jx.cn/ 作者：
概述： 太陽照射到地球表面,地球表面各處受熱不同,產(chǎn)生溫差,從而引起大氣的對(duì)流運(yùn)動(dòng)形成風(fēng),其攜帶的能量即風(fēng)能。風(fēng)吹動(dòng)風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)從而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)發(fā)電稱風(fēng)力發(fā)電即風(fēng)電。風(fēng)能是太陽能的一種轉(zhuǎn)化形式,是一種不產(chǎn)生任何污染排放的可再......
太陽照射到地球表面,地球表面各處受熱不同,產(chǎn)生溫差,從而引起大氣的對(duì)流運(yùn)動(dòng)形成風(fēng),其攜帶的能量即風(fēng)能。風(fēng)吹動(dòng)風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)從而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)發(fā)電稱風(fēng)力發(fā)電即風(fēng)電。風(fēng)能是太陽能的一種轉(zhuǎn)化形式,是一種不產(chǎn)生任何污染排放的可再生自然能源。與太陽能、生物、地?zé)岷秃Ｑ竽馨l(fā)電相比,風(fēng)電是當(dāng)前技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上最具商業(yè)化規(guī)模開發(fā)條件的新能源。
能源是經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ),要實(shí)現(xiàn)2020年我國GDP翻兩番的宏偉目標(biāo)和國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)高速增長,僅靠常規(guī)能源難以解決能源和電力短缺。占電力供應(yīng)70％的煤電燃料---煤炭,探明的剩余開采儲(chǔ)量為1390億t,按2003年開采速度16.67億t/a,僅能維持83a,還將帶來嚴(yán)重的環(huán)境污染。我國的石油資源不足,天然氣資源也不夠豐富,天然鈾資源短缺。我國水能資源經(jīng)濟(jì)可開發(fā)量為4.02億kW,年發(fā)電量1.7萬億kW/h,再經(jīng)過20～30a的開發(fā),70％左右將被開發(fā)完,僅靠水能是解決不了我國電力短缺的。
我國的風(fēng)能資源十分豐富,根據(jù)國家氣象局估計(jì),我國10m高度以內(nèi)可開發(fā)利用的地表風(fēng)電能源約為10億kW,其中陸地2.5億kW,海上7.5億kW,如果擴(kuò)展到50～60m以上高度,風(fēng)力資源將有望擴(kuò)展到20～25億kW。因此,風(fēng)力發(fā)電是我國能源可持續(xù)發(fā)展的現(xiàn)實(shí)而重要的選擇。
風(fēng)電機(jī)組(主要指并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組)是風(fēng)力發(fā)電的核心設(shè)備,其投資約占總投資的60％～80％。風(fēng)電機(jī)組的生產(chǎn)和制造水平也是反映一個(gè)國家風(fēng)電發(fā)展水平的重要因素,因此由進(jìn)口轉(zhuǎn)化為國產(chǎn),可大大降低風(fēng)電廠的投資,從而有力地促進(jìn)風(fēng)電的快速發(fā)展。
我國與世界先進(jìn)制造技術(shù)的差距
世界上先進(jìn)的風(fēng)電設(shè)備制造商主要在丹麥(風(fēng)電機(jī)組產(chǎn)量占世界市場一半份額)、德國和美國。德國是世界上風(fēng)電機(jī)組臺(tái)數(shù)及容量最多的國家,也是風(fēng)電技術(shù)領(lǐng)先的國家,其風(fēng)電技術(shù)的演化路徑和發(fā)展趨勢,在一定程度上代表了世界風(fēng)電技術(shù)的發(fā)展路徑和發(fā)展趨勢。增大單機(jī)容量、提高能源轉(zhuǎn)換效率、降低風(fēng)電成本是風(fēng)電技術(shù)的改進(jìn)目標(biāo)。影響單機(jī)發(fā)電容量的物理參數(shù)包括葉輪直徑和軸心高度。到20世紀(jì)90年代后期,已能生產(chǎn)MW級(jí)風(fēng)電機(jī)組,隨著近海風(fēng)電技術(shù)的推廣,3～5MW級(jí)的風(fēng)電機(jī)組在市場中的比例日益提高。1989～2002年,德國風(fēng)機(jī)平均軸心高度增加1倍,葉輪直徑增加2倍,發(fā)電容量提高了10倍左右。
現(xiàn)代風(fēng)能利用技術(shù)的核心技術(shù)之一是控制調(diào)整能量輸出的穩(wěn)定性。風(fēng)力發(fā)電機(jī)的調(diào)節(jié)技術(shù)有兩種手段:一是槳距不變,依靠發(fā)電機(jī)的調(diào)節(jié)適應(yīng)不同轉(zhuǎn)速的輸入,確保電力輸出的穩(wěn)定性。定槳距調(diào)節(jié)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是調(diào)節(jié)簡單可靠,控制也可大大簡化,缺點(diǎn)是槳葉、輪轂、塔架等主要受力部件受力增大。二是依靠變化槳距調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速,保證電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性。變槳距調(diào)節(jié)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是能夠?qū)Ω鞣N不同的風(fēng)速調(diào)節(jié)槳距,控制能量輸出,其對(duì)風(fēng)速的調(diào)節(jié)范圍更寬,缺點(diǎn)是調(diào)節(jié)程序和工藝設(shè)計(jì)復(fù)雜。但從風(fēng)電的調(diào)節(jié)技術(shù)發(fā)展趨勢來看,變槳距調(diào)節(jié)技術(shù)正在逐漸取代定槳距調(diào)節(jié)技術(shù),變槳距變速調(diào)頻是世界上先進(jìn)的主流技術(shù)。
2000年后世界風(fēng)電市場的主力機(jī)型是兆瓦級(jí)的,且近海風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量達(dá)到3～5MW。從風(fēng)機(jī)葉片的直徑、軸心高度和風(fēng)電機(jī)組的調(diào)節(jié)技術(shù)上,我國與世界先進(jìn)水平差距亦較大。但近年來,我國風(fēng)電機(jī)組制造技術(shù)提高迅速,可望在不遠(yuǎn)的將來縮小和趕上世界風(fēng)電設(shè)備制造的先進(jìn)水平。
對(duì)我國風(fēng)電建設(shè)的幾點(diǎn)建議
我國能源結(jié)構(gòu)及能源可持續(xù)發(fā)展必須滿足國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的要求。為此,大力發(fā)展風(fēng)電和快速提高風(fēng)電設(shè)備制造技術(shù)水平是我國能源建設(shè)的當(dāng)務(wù)之急。根據(jù)目前我國風(fēng)電設(shè)備的制造技術(shù)現(xiàn)狀以及與世界先進(jìn)技術(shù)的差距,提出如下幾點(diǎn)建議。
1制訂風(fēng)電發(fā)展的優(yōu)惠政策
在國家發(fā)改委的統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)和管理下,制訂風(fēng)電建設(shè)的優(yōu)惠政策,調(diào)動(dòng)各方面的積極性,大力發(fā)展風(fēng)電,建議主要采取以下政策措施:
(1)規(guī)定電網(wǎng)管理部門允許風(fēng)電就近上網(wǎng),并收購全部上網(wǎng)電量；
(2)按發(fā)電成本加還本付息、合理利潤的原則確定上網(wǎng)電價(jià),高出電網(wǎng)平均電價(jià)部分,建議國家開征礦石能源消費(fèi)稅進(jìn)行補(bǔ)償,風(fēng)電價(jià)格實(shí)行動(dòng)態(tài)管理,每年進(jìn)行核算和調(diào)整,使各方面保持發(fā)展風(fēng)電的積極性；
(3)風(fēng)電設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)屬高新技術(shù)產(chǎn)業(yè),享受國家相關(guān)的減免稅政策；
(4)制訂政策導(dǎo)向的風(fēng)電建設(shè)及風(fēng)電設(shè)備制造技術(shù)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),如風(fēng)電廠的建設(shè)規(guī)模和新裝風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量要達(dá)到一定規(guī)模及容量要求等。
2在引進(jìn)設(shè)備的同時(shí)引進(jìn)制造技術(shù)
建議通過100萬kW級(jí)大型風(fēng)電廠建設(shè),要求并鼓勵(lì)項(xiàng)目法人在風(fēng)電設(shè)備的采購招標(biāo)文件中明確:國外制造商要與國內(nèi)設(shè)備制造商聯(lián)合投標(biāo),國外企業(yè)為責(zé)任方,國內(nèi)企業(yè)為分包商,并附上明確分包比例,簽訂設(shè)計(jì)、制造、維修等技術(shù)轉(zhuǎn)讓協(xié)議。如果一個(gè)100萬kW級(jí)風(fēng)電廠引進(jìn)一家世界先進(jìn)水平風(fēng)電設(shè)備制造技術(shù),幾個(gè)100萬kW級(jí)風(fēng)電廠就能把世界上頂尖的風(fēng)電制造技術(shù)引入到我國的風(fēng)電制造企業(yè)中來,從而降低風(fēng)電設(shè)備費(fèi)和風(fēng)電廠的建設(shè)成本,促進(jìn)風(fēng)電建設(shè)的大力發(fā)展。
3引進(jìn)消化注意過程控制
建議國家投入一定的配套資金支持國內(nèi)企業(yè)進(jìn)行生產(chǎn)設(shè)備的改造更新,并注意:
(1)招標(biāo)前,國內(nèi)外風(fēng)電設(shè)備企業(yè)在與項(xiàng)目法人和設(shè)計(jì)單位交流時(shí),國內(nèi)企業(yè)就要積極參與,從中了解國外企業(yè)的信息；
(2)在招投標(biāo)階段,積極為國內(nèi)企業(yè)創(chuàng)造條件,尋找國外愿意轉(zhuǎn)讓設(shè)計(jì)制造技術(shù)的合作伙伴,簽訂轉(zhuǎn)讓協(xié)議,參與投標(biāo)；
(3)在中標(biāo)簽合同階段,國內(nèi)企業(yè)要積極參與問題澄清、合同談判,將轉(zhuǎn)讓協(xié)議作為合同附件,具備法定效力；
(4)在工程的設(shè)計(jì)階段,國內(nèi)企業(yè)與國外企業(yè)聯(lián)合設(shè)計(jì),并參與項(xiàng)目法人、工程設(shè)計(jì)單位與國外企業(yè)舉行的各次設(shè)計(jì)聯(lián)絡(luò)會(huì),從而掌握風(fēng)電設(shè)備的設(shè)計(jì)與工程設(shè)計(jì)或具體工程的結(jié)合； (5)生產(chǎn)設(shè)備改造后,在外方的指導(dǎo)和監(jiān)督下具體制造分包的部分；
(6)在分包制造取得一定經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行整體制造；
(7)無論是國外制造還是國內(nèi)制造,國內(nèi)廠家都應(yīng)參加設(shè)備的安裝調(diào)試及試運(yùn)行,從中發(fā)現(xiàn)問題,以利更好地提高產(chǎn)品質(zhì)量或找到改進(jìn)的著眼點(diǎn)。
4引進(jìn)消化后再創(chuàng)新
在引進(jìn)消化基礎(chǔ)上,建議國內(nèi)企業(yè)根據(jù)兩方面的要求進(jìn)行再創(chuàng)新。①根據(jù)安裝調(diào)試和試運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)的問題以及運(yùn)行單位提出的要求,有針對(duì)性地進(jìn)行改造,使引進(jìn)的風(fēng)電設(shè)備更完善,性能指標(biāo)更高,運(yùn)行更可靠,從某種意義上講這也是一種創(chuàng)新。②在引進(jìn)消化的基礎(chǔ)上結(jié)合我國風(fēng)能資源特點(diǎn)研發(fā)新型的風(fēng)電機(jī)組設(shè)備。如我國兩大風(fēng)帶(三北地區(qū)及東南沿海)的風(fēng)力資源與歐洲、北美的差別較大,北方有寒冬低溫、沙塵問題,南方有臺(tái)風(fēng)、抗腐蝕、防雷電問題,在引進(jìn)風(fēng)電設(shè)備的基礎(chǔ)上結(jié)合我國的具體情況進(jìn)行研發(fā),就能使引進(jìn)的技術(shù)再創(chuàng)新。
能源是經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ),要實(shí)現(xiàn)2020年我國GDP翻兩番的宏偉目標(biāo)和國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)高速增長,僅靠常規(guī)能源難以解決能源和電力短缺。占電力供應(yīng)70％的煤電燃料---煤炭,探明的剩余開采儲(chǔ)量為1390億t,按2003年開采速度16.67億t/a,僅能維持83a,還將帶來嚴(yán)重的環(huán)境污染。我國的石油資源不足,天然氣資源也不夠豐富,天然鈾資源短缺。我國水能資源經(jīng)濟(jì)可開發(fā)量為4.02億kW,年發(fā)電量1.7萬億kW/h,再經(jīng)過20～30a的開發(fā),70％左右將被開發(fā)完,僅靠水能是解決不了我國電力短缺的。
我國的風(fēng)能資源十分豐富,根據(jù)國家氣象局估計(jì),我國10m高度以內(nèi)可開發(fā)利用的地表風(fēng)電能源約為10億kW,其中陸地2.5億kW,海上7.5億kW,如果擴(kuò)展到50～60m以上高度,風(fēng)力資源將有望擴(kuò)展到20～25億kW。因此,風(fēng)力發(fā)電是我國能源可持續(xù)發(fā)展的現(xiàn)實(shí)而重要的選擇。
風(fēng)電機(jī)組(主要指并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組)是風(fēng)力發(fā)電的核心設(shè)備,其投資約占總投資的60％～80％。風(fēng)電機(jī)組的生產(chǎn)和制造水平也是反映一個(gè)國家風(fēng)電發(fā)展水平的重要因素,因此由進(jìn)口轉(zhuǎn)化為國產(chǎn),可大大降低風(fēng)電廠的投資,從而有力地促進(jìn)風(fēng)電的快速發(fā)展。
我國與世界先進(jìn)制造技術(shù)的差距
世界上先進(jìn)的風(fēng)電設(shè)備制造商主要在丹麥(風(fēng)電機(jī)組產(chǎn)量占世界市場一半份額)、德國和美國。德國是世界上風(fēng)電機(jī)組臺(tái)數(shù)及容量最多的國家,也是風(fēng)電技術(shù)領(lǐng)先的國家,其風(fēng)電技術(shù)的演化路徑和發(fā)展趨勢,在一定程度上代表了世界風(fēng)電技術(shù)的發(fā)展路徑和發(fā)展趨勢。增大單機(jī)容量、提高能源轉(zhuǎn)換效率、降低風(fēng)電成本是風(fēng)電技術(shù)的改進(jìn)目標(biāo)。影響單機(jī)發(fā)電容量的物理參數(shù)包括葉輪直徑和軸心高度。到20世紀(jì)90年代后期,已能生產(chǎn)MW級(jí)風(fēng)電機(jī)組,隨著近海風(fēng)電技術(shù)的推廣,3～5MW級(jí)的風(fēng)電機(jī)組在市場中的比例日益提高。1989～2002年,德國風(fēng)機(jī)平均軸心高度增加1倍,葉輪直徑增加2倍,發(fā)電容量提高了10倍左右。
現(xiàn)代風(fēng)能利用技術(shù)的核心技術(shù)之一是控制調(diào)整能量輸出的穩(wěn)定性。風(fēng)力發(fā)電機(jī)的調(diào)節(jié)技術(shù)有兩種手段:一是槳距不變,依靠發(fā)電機(jī)的調(diào)節(jié)適應(yīng)不同轉(zhuǎn)速的輸入,確保電力輸出的穩(wěn)定性。定槳距調(diào)節(jié)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是調(diào)節(jié)簡單可靠,控制也可大大簡化,缺點(diǎn)是槳葉、輪轂、塔架等主要受力部件受力增大。二是依靠變化槳距調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速,保證電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性。變槳距調(diào)節(jié)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是能夠?qū)Ω鞣N不同的風(fēng)速調(diào)節(jié)槳距,控制能量輸出,其對(duì)風(fēng)速的調(diào)節(jié)范圍更寬,缺點(diǎn)是調(diào)節(jié)程序和工藝設(shè)計(jì)復(fù)雜。但從風(fēng)電的調(diào)節(jié)技術(shù)發(fā)展趨勢來看,變槳距調(diào)節(jié)技術(shù)正在逐漸取代定槳距調(diào)節(jié)技術(shù),變槳距變速調(diào)頻是世界上先進(jìn)的主流技術(shù)。
2000年后世界風(fēng)電市場的主力機(jī)型是兆瓦級(jí)的,且近海風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量達(dá)到3～5MW。從風(fēng)機(jī)葉片的直徑、軸心高度和風(fēng)電機(jī)組的調(diào)節(jié)技術(shù)上,我國與世界先進(jìn)水平差距亦較大。但近年來,我國風(fēng)電機(jī)組制造技術(shù)提高迅速,可望在不遠(yuǎn)的將來縮小和趕上世界風(fēng)電設(shè)備制造的先進(jìn)水平。
對(duì)我國風(fēng)電建設(shè)的幾點(diǎn)建議
我國能源結(jié)構(gòu)及能源可持續(xù)發(fā)展必須滿足國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的要求。為此,大力發(fā)展風(fēng)電和快速提高風(fēng)電設(shè)備制造技術(shù)水平是我國能源建設(shè)的當(dāng)務(wù)之急。根據(jù)目前我國風(fēng)電設(shè)備的制造技術(shù)現(xiàn)狀以及與世界先進(jìn)技術(shù)的差距,提出如下幾點(diǎn)建議。
1制訂風(fēng)電發(fā)展的優(yōu)惠政策
在國家發(fā)改委的統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)和管理下,制訂風(fēng)電建設(shè)的優(yōu)惠政策,調(diào)動(dòng)各方面的積極性,大力發(fā)展風(fēng)電,建議主要采取以下政策措施:
(1)規(guī)定電網(wǎng)管理部門允許風(fēng)電就近上網(wǎng),并收購全部上網(wǎng)電量；
(2)按發(fā)電成本加還本付息、合理利潤的原則確定上網(wǎng)電價(jià),高出電網(wǎng)平均電價(jià)部分,建議國家開征礦石能源消費(fèi)稅進(jìn)行補(bǔ)償,風(fēng)電價(jià)格實(shí)行動(dòng)態(tài)管理,每年進(jìn)行核算和調(diào)整,使各方面保持發(fā)展風(fēng)電的積極性；
(3)風(fēng)電設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)屬高新技術(shù)產(chǎn)業(yè),享受國家相關(guān)的減免稅政策；
(4)制訂政策導(dǎo)向的風(fēng)電建設(shè)及風(fēng)電設(shè)備制造技術(shù)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),如風(fēng)電廠的建設(shè)規(guī)模和新裝風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量要達(dá)到一定規(guī)模及容量要求等。
2在引進(jìn)設(shè)備的同時(shí)引進(jìn)制造技術(shù)
建議通過100萬kW級(jí)大型風(fēng)電廠建設(shè),要求并鼓勵(lì)項(xiàng)目法人在風(fēng)電設(shè)備的采購招標(biāo)文件中明確:國外制造商要與國內(nèi)設(shè)備制造商聯(lián)合投標(biāo),國外企業(yè)為責(zé)任方,國內(nèi)企業(yè)為分包商,并附上明確分包比例,簽訂設(shè)計(jì)、制造、維修等技術(shù)轉(zhuǎn)讓協(xié)議。如果一個(gè)100萬kW級(jí)風(fēng)電廠引進(jìn)一家世界先進(jìn)水平風(fēng)電設(shè)備制造技術(shù),幾個(gè)100萬kW級(jí)風(fēng)電廠就能把世界上頂尖的風(fēng)電制造技術(shù)引入到我國的風(fēng)電制造企業(yè)中來,從而降低風(fēng)電設(shè)備費(fèi)和風(fēng)電廠的建設(shè)成本,促進(jìn)風(fēng)電建設(shè)的大力發(fā)展。
3引進(jìn)消化注意過程控制
建議國家投入一定的配套資金支持國內(nèi)企業(yè)進(jìn)行生產(chǎn)設(shè)備的改造更新,并注意:
(1)招標(biāo)前,國內(nèi)外風(fēng)電設(shè)備企業(yè)在與項(xiàng)目法人和設(shè)計(jì)單位交流時(shí),國內(nèi)企業(yè)就要積極參與,從中了解國外企業(yè)的信息；
(2)在招投標(biāo)階段,積極為國內(nèi)企業(yè)創(chuàng)造條件,尋找國外愿意轉(zhuǎn)讓設(shè)計(jì)制造技術(shù)的合作伙伴,簽訂轉(zhuǎn)讓協(xié)議,參與投標(biāo)；
(3)在中標(biāo)簽合同階段,國內(nèi)企業(yè)要積極參與問題澄清、合同談判,將轉(zhuǎn)讓協(xié)議作為合同附件,具備法定效力；
(4)在工程的設(shè)計(jì)階段,國內(nèi)企業(yè)與國外企業(yè)聯(lián)合設(shè)計(jì),并參與項(xiàng)目法人、工程設(shè)計(jì)單位與國外企業(yè)舉行的各次設(shè)計(jì)聯(lián)絡(luò)會(huì),從而掌握風(fēng)電設(shè)備的設(shè)計(jì)與工程設(shè)計(jì)或具體工程的結(jié)合； (5)生產(chǎn)設(shè)備改造后,在外方的指導(dǎo)和監(jiān)督下具體制造分包的部分；
(6)在分包制造取得一定經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行整體制造；
(7)無論是國外制造還是國內(nèi)制造,國內(nèi)廠家都應(yīng)參加設(shè)備的安裝調(diào)試及試運(yùn)行,從中發(fā)現(xiàn)問題,以利更好地提高產(chǎn)品質(zhì)量或找到改進(jìn)的著眼點(diǎn)。
4引進(jìn)消化后再創(chuàng)新
在引進(jìn)消化基礎(chǔ)上,建議國內(nèi)企業(yè)根據(jù)兩方面的要求進(jìn)行再創(chuàng)新。①根據(jù)安裝調(diào)試和試運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)的問題以及運(yùn)行單位提出的要求,有針對(duì)性地進(jìn)行改造,使引進(jìn)的風(fēng)電設(shè)備更完善,性能指標(biāo)更高,運(yùn)行更可靠,從某種意義上講這也是一種創(chuàng)新。②在引進(jìn)消化的基礎(chǔ)上結(jié)合我國風(fēng)能資源特點(diǎn)研發(fā)新型的風(fēng)電機(jī)組設(shè)備。如我國兩大風(fēng)帶(三北地區(qū)及東南沿海)的風(fēng)力資源與歐洲、北美的差別較大,北方有寒冬低溫、沙塵問題,南方有臺(tái)風(fēng)、抗腐蝕、防雷電問題,在引進(jìn)風(fēng)電設(shè)備的基礎(chǔ)上結(jié)合我國的具體情況進(jìn)行研發(fā),就能使引進(jìn)的技術(shù)再創(chuàng)新。
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上一條：超硬刀具材料研究的進(jìn)展
天然和合成單晶金剛石
天然和人工合成的單晶金剛石一般是按照應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行產(chǎn)品分類，它們都能用作切削刀具、修磨機(jī)和拉絲模具。它們都被設(shè)計(jì)成為用于對(duì)表面光潔度、幾何形狀和尺寸有較高要求的精密加工應(yīng)用領(lǐng)域。單晶金剛石刀具切削的工件表面呈連續(xù)狀，而聚晶金剛石刀具切削的工件表面呈現(xiàn)出微米量級(jí)的不連續(xù)狀態(tài)，工件表面的狀況或多或少與金剛石刀具材料的晶粒尺寸有關(guān)，盡管對(duì)工件和加工刀具的精密特性需進(jìn)行認(rèn)真考慮，但有一個(gè)總的原則，那就是要求金屬表面光潔度優(yōu)于0.025μm的情形需用單晶金剛石刀具和具有高剛性和高質(zhì)量支架的機(jī)加工工具。
天然金剛石早已被證明可成功應(yīng)用于這些領(lǐng)域。然而，當(dāng)前高溫高壓技術(shù)的發(fā)展使得制備出具有一定尺寸的人工合成單晶金剛石成為可能，目前最大尺寸可達(dá)8mm。采用高壓技術(shù)制備金剛石的典型例子是De Beers MONODITE系列。人工合成單晶金剛石刀具的粗坯是沿著平行于1b型合成金剛石的(1 0 0)面或沿一個(gè)厚2mm邊緣長度達(dá)8mm的薄片所提供的平面鋸開所制得。這種工程材料的優(yōu)點(diǎn)在于其尺寸、形狀和性能都具有良好的一致性，這在天然產(chǎn)品中是不可能實(shí)現(xiàn)的。另外各種尺寸尤其是大尺寸天然金剛石的缺乏、不同金剛石品質(zhì)的區(qū)別以及對(duì)金剛石的選擇、取向和刀具尖端的預(yù)處理等專業(yè)技巧的要求都對(duì)天然金剛石的價(jià)格因素產(chǎn)生重要影響，從而大大限制了它在更廣泛領(lǐng)域的應(yīng)用。當(dāng)前人工合成單晶金剛石刀具材料的應(yīng)用得到了迅速的發(fā)展。
聚晶金剛石(PCD)
金剛石刀具的應(yīng)用已迅速擴(kuò)展到許多制造工業(yè)領(lǐng)域，尤其是在汽車和木材加工工業(yè)，成為傳統(tǒng)的WC刀具的高性能替代產(chǎn)品。作為一種公認(rèn)價(jià)格低廉且可用刃口長度達(dá)70mm的產(chǎn)品，PCD的應(yīng)用發(fā)展速度很快。
PCD的性能主要依賴于它的應(yīng)用場合所涉及的加工過程，但選擇適當(dāng)?shù)呐铺?hào)或晶粒尺寸也會(huì)對(duì)其性能產(chǎn)生影響。標(biāo)準(zhǔn)牌號(hào)包括002，010和025三種，它們初始晶粒平均尺寸分別為2、10、25μm?？偟膩碚f，牌號(hào)越大，其耐磨性越好；在相接近的刃口加工量下，牌號(hào)越小，其刃口質(zhì)量越好。
金剛石刀具在層狀木材地板加工中的應(yīng)用
近年來，人工合成單晶金剛石的一個(gè)新應(yīng)用領(lǐng)域是木材加工業(yè)，這主要是它具有高度耐磨性。PCD刀具在木材加工中早已應(yīng)用于MDF和粗紙板的機(jī)械加工，當(dāng)前對(duì)表面有氧化鋁涂層的高度耐磨層狀木地板的需求量越來越大，但是在研磨這種木板邊緣時(shí)對(duì)包括PCD在內(nèi)的刀具提了特殊的要求，因?yàn)槟景迥湍訒?huì)引起刃口的鈍化，導(dǎo)致氧化鋁耐磨層的碎裂。所以刀具必須經(jīng)常修整，直至重新研磨或更換，這勢必導(dǎo)致很長的停工時(shí)間。據(jù)報(bào)道，在該領(lǐng)域應(yīng)用時(shí)，人工合成單晶金剛石的性能優(yōu)于PCD。
化學(xué)氣相沉積金剛石
PCD、PCBN和人工合成單晶金剛石均是在高溫和高壓下合成的，而CVD金剛石是在低壓下制備的。碳基氣體和氫氣的混合物在高溫和低于大氣壓的壓力下分解形成金剛石沉積在基體上。沉積出的是交互生長極好的聚晶金剛石，它呈柱狀結(jié)構(gòu)且非常致密。隨著生長條件的不同，CVD金剛石也呈現(xiàn)出不同的晶粒尺寸和結(jié)構(gòu)。CVD金剛石不需金屬催化劑，因此它的熱穩(wěn)定性接近天然金剛石。
可以根據(jù)需要對(duì)晶粒尺寸和沉積技術(shù)進(jìn)行選擇。例如在非刀具的應(yīng)用場合，如熱控制和光學(xué)視窗，對(duì)CVD金剛石的性能要求明顯不同于切削刀具。根據(jù)不同的應(yīng)用需要選擇不同的CVD沉積工藝可以合成出晶粒尺寸和表面形貌差別很大的聚晶金剛石。由于對(duì)刀具的性能要求是多種多樣的，所以可能要多種不同晶粒尺寸的CVD金剛石才能滿足各種應(yīng)用的需要。
實(shí)際上，CVD金剛石刀具有兩種形式：第一種是在適當(dāng)基體上沉積厚度小于30μm的薄層(薄膜)，例如ISO刀片和麻花鉆頭的刃口是兩種典型的薄涂層。第二種是沉積厚度達(dá)1mm的無襯底的金剛石層(厚膜)，如果需要的話，它可以釬焊在基體上。
CVD金剛石薄膜
如果要達(dá)到對(duì)CVD薄膜的沉積和結(jié)合強(qiáng)度滿意的程度，則基體材料的性質(zhì)和制備顯得非常重要。直至目前，該項(xiàng)技術(shù)仍限制著CVD涂層的設(shè)備，因此目前在CVD制備薄膜領(lǐng)域的大部分工作都致力于對(duì)它的研究。好的基體材料是WC，因?yàn)樗臋C(jī)械性能同金剛石較匹配，而且刀具制造商對(duì)WC基的刀具材料很熟悉，很愿意用它作為基體材料。
對(duì)加有涂層的刀具材料的第二個(gè)限制是基體上的涂層必然在刃口上形成倒圓，這將限制涂層的厚度，因而有必要對(duì)加有涂層的刃口進(jìn)行處理(如研磨)。至目前為止，薄膜金剛石產(chǎn)品的市場還不是很大。
CVD金剛石厚膜
與此相反，CVD金剛石厚膜可以通過特殊的、簡便易行的技術(shù)釬焊在所要求的基體上。然而這種釬焊點(diǎn)的強(qiáng)度決不等同于PCD強(qiáng)度，在用于間斷切削這種高要求的機(jī)械加工過程時(shí)，這種連接就顯得很脆弱。不然的話，CVD金剛石厚膜將能在整個(gè)機(jī)械加工應(yīng)用領(lǐng)域同PCD競爭。它同PCD相比，其主要優(yōu)點(diǎn)是它的熱穩(wěn)定性更好，其缺點(diǎn)是較高的脆性和不導(dǎo)電性。缺乏導(dǎo)電性阻礙了它用于放電腐蝕(EDM)切削和加工技術(shù)，該項(xiàng)技術(shù)在金剛石刀具加工業(yè)，尤其是在木材加工用刀具的生產(chǎn)和修整上得到了廣泛應(yīng)用。但是能用EDM切削的厚CVD刀具材料已經(jīng)制造出來，目前正在對(duì)它進(jìn)行評(píng)估。它潛在的應(yīng)用領(lǐng)域還有對(duì)高耐磨工件的機(jī)械加工，在這種場合主要利用了CVD金剛石厚膜中金剛石的高純度以及由此帶來的耐磨性和熱穩(wěn)定性的提高。
目前CVD金剛石厚膜的成本較高，隨著技術(shù)的發(fā)展，其制造成本會(huì)逐步降低，并最終會(huì)進(jìn)入超硬工具工業(yè)領(lǐng)域。
CVD CBN
CVD CBN與金剛石不同，金剛石由單一元素組成，而它是化合物，包括化學(xué)計(jì)量在內(nèi)的眾多問題都使它的生長工藝更為復(fù)雜。盡管經(jīng)過多年研究，實(shí)際上所有的CVD CBN涂層都是多相微晶材料。同高質(zhì)量的CVD金剛石相比，CVD CBN更象“類金剛石碳”(DLC)。發(fā)展涂有DLC涂層刀具的應(yīng)用是很有可能的，盡管到目前為止，這種應(yīng)用前景還未明顯顯現(xiàn)。
結(jié)論
綜上所述，各種不同形式的金剛石切削刀具能很好地相互補(bǔ)充。然而也存在一些相互交叉的應(yīng)用領(lǐng)域，在這些領(lǐng)域需對(duì)刀具產(chǎn)品進(jìn)行合理選擇。最有可能出現(xiàn)交叉應(yīng)用的有以下兩類產(chǎn)品：①天然和人工合成的單晶金剛石；②PCD和CVD金剛石厚膜。
人工合成的單晶金剛石已經(jīng)發(fā)展到一個(gè)較為先進(jìn)的水平，已有國際標(biāo)準(zhǔn)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行鑒定。在天然金剛石中，大尺寸金剛石較為少見，而人工合成大尺寸金剛石的成功為開辟新的應(yīng)用領(lǐng)域(如木材加工業(yè))提供了可能。
可加工級(jí)的CVD金剛石厚膜具有很高的機(jī)械強(qiáng)度和良好的熱學(xué)性能，它的迅速發(fā)展表明CVD金剛石將在刀具工業(yè)中發(fā)揮積極作用。
用合成金剛石替代天然金剛石、用CVD金剛石替代PCD的發(fā)展程度都取決于技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩方面的因素。價(jià)格和性能的關(guān)系、刀具制造商和最終用戶對(duì)CVD金剛石的信任程度尤其是成型、研磨和釬焊工藝的容易程度等都將影響其發(fā)展的最終結(jié)果。但有一點(diǎn)是肯定的，那就是必然向更高生產(chǎn)率和更高切削速度的方向發(fā)展。隨著更耐磨、更難加工的工件材料日益增多，各類金剛石刀具的應(yīng)用也將持續(xù)增加。
天然和人工合成的單晶金剛石一般是按照應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行產(chǎn)品分類，它們都能用作切削刀具、修磨機(jī)和拉絲模具。它們都被設(shè)計(jì)成為用于對(duì)表面光潔度、幾何形狀和尺寸有較高要求的精密加工應(yīng)用領(lǐng)域。單晶金剛石刀具切削的工件表面呈連續(xù)狀，而聚晶金剛石刀具切削的工件表面呈現(xiàn)出微米量級(jí)的不連續(xù)狀態(tài)，工件表面的狀況或多或少與金剛石刀具材料的晶粒尺寸有關(guān)，盡管對(duì)工件和加工刀具的精密特性需進(jìn)行認(rèn)真考慮，但有一個(gè)總的原則，那就是要求金屬表面光潔度優(yōu)于0.025μm的情形需用單晶金剛石刀具和具有高剛性和高質(zhì)量支架的機(jī)加工工具。
天然金剛石早已被證明可成功應(yīng)用于這些領(lǐng)域。然而，當(dāng)前高溫高壓技術(shù)的發(fā)展使得制備出具有一定尺寸的人工合成單晶金剛石成為可能，目前最大尺寸可達(dá)8mm。采用高壓技術(shù)制備金剛石的典型例子是De Beers MONODITE系列。人工合成單晶金剛石刀具的粗坯是沿著平行于1b型合成金剛石的(1 0 0)面或沿一個(gè)厚2mm邊緣長度達(dá)8mm的薄片所提供的平面鋸開所制得。這種工程材料的優(yōu)點(diǎn)在于其尺寸、形狀和性能都具有良好的一致性，這在天然產(chǎn)品中是不可能實(shí)現(xiàn)的。另外各種尺寸尤其是大尺寸天然金剛石的缺乏、不同金剛石品質(zhì)的區(qū)別以及對(duì)金剛石的選擇、取向和刀具尖端的預(yù)處理等專業(yè)技巧的要求都對(duì)天然金剛石的價(jià)格因素產(chǎn)生重要影響，從而大大限制了它在更廣泛領(lǐng)域的應(yīng)用。當(dāng)前人工合成單晶金剛石刀具材料的應(yīng)用得到了迅速的發(fā)展。
聚晶金剛石(PCD)
金剛石刀具的應(yīng)用已迅速擴(kuò)展到許多制造工業(yè)領(lǐng)域，尤其是在汽車和木材加工工業(yè)，成為傳統(tǒng)的WC刀具的高性能替代產(chǎn)品。作為一種公認(rèn)價(jià)格低廉且可用刃口長度達(dá)70mm的產(chǎn)品，PCD的應(yīng)用發(fā)展速度很快。
PCD的性能主要依賴于它的應(yīng)用場合所涉及的加工過程，但選擇適當(dāng)?shù)呐铺?hào)或晶粒尺寸也會(huì)對(duì)其性能產(chǎn)生影響。標(biāo)準(zhǔn)牌號(hào)包括002，010和025三種，它們初始晶粒平均尺寸分別為2、10、25μm?？偟膩碚f，牌號(hào)越大，其耐磨性越好；在相接近的刃口加工量下，牌號(hào)越小，其刃口質(zhì)量越好。
金剛石刀具在層狀木材地板加工中的應(yīng)用
近年來，人工合成單晶金剛石的一個(gè)新應(yīng)用領(lǐng)域是木材加工業(yè)，這主要是它具有高度耐磨性。PCD刀具在木材加工中早已應(yīng)用于MDF和粗紙板的機(jī)械加工，當(dāng)前對(duì)表面有氧化鋁涂層的高度耐磨層狀木地板的需求量越來越大，但是在研磨這種木板邊緣時(shí)對(duì)包括PCD在內(nèi)的刀具提了特殊的要求，因?yàn)槟景迥湍訒?huì)引起刃口的鈍化，導(dǎo)致氧化鋁耐磨層的碎裂。所以刀具必須經(jīng)常修整，直至重新研磨或更換，這勢必導(dǎo)致很長的停工時(shí)間。據(jù)報(bào)道，在該領(lǐng)域應(yīng)用時(shí)，人工合成單晶金剛石的性能優(yōu)于PCD。
化學(xué)氣相沉積金剛石
PCD、PCBN和人工合成單晶金剛石均是在高溫和高壓下合成的，而CVD金剛石是在低壓下制備的。碳基氣體和氫氣的混合物在高溫和低于大氣壓的壓力下分解形成金剛石沉積在基體上。沉積出的是交互生長極好的聚晶金剛石，它呈柱狀結(jié)構(gòu)且非常致密。隨著生長條件的不同，CVD金剛石也呈現(xiàn)出不同的晶粒尺寸和結(jié)構(gòu)。CVD金剛石不需金屬催化劑，因此它的熱穩(wěn)定性接近天然金剛石。
可以根據(jù)需要對(duì)晶粒尺寸和沉積技術(shù)進(jìn)行選擇。例如在非刀具的應(yīng)用場合，如熱控制和光學(xué)視窗，對(duì)CVD金剛石的性能要求明顯不同于切削刀具。根據(jù)不同的應(yīng)用需要選擇不同的CVD沉積工藝可以合成出晶粒尺寸和表面形貌差別很大的聚晶金剛石。由于對(duì)刀具的性能要求是多種多樣的，所以可能要多種不同晶粒尺寸的CVD金剛石才能滿足各種應(yīng)用的需要。
實(shí)際上，CVD金剛石刀具有兩種形式：第一種是在適當(dāng)基體上沉積厚度小于30μm的薄層(薄膜)，例如ISO刀片和麻花鉆頭的刃口是兩種典型的薄涂層。第二種是沉積厚度達(dá)1mm的無襯底的金剛石層(厚膜)，如果需要的話，它可以釬焊在基體上。
CVD金剛石薄膜
如果要達(dá)到對(duì)CVD薄膜的沉積和結(jié)合強(qiáng)度滿意的程度，則基體材料的性質(zhì)和制備顯得非常重要。直至目前，該項(xiàng)技術(shù)仍限制著CVD涂層的設(shè)備，因此目前在CVD制備薄膜領(lǐng)域的大部分工作都致力于對(duì)它的研究。好的基體材料是WC，因?yàn)樗臋C(jī)械性能同金剛石較匹配，而且刀具制造商對(duì)WC基的刀具材料很熟悉，很愿意用它作為基體材料。
對(duì)加有涂層的刀具材料的第二個(gè)限制是基體上的涂層必然在刃口上形成倒圓，這將限制涂層的厚度，因而有必要對(duì)加有涂層的刃口進(jìn)行處理(如研磨)。至目前為止，薄膜金剛石產(chǎn)品的市場還不是很大。
CVD金剛石厚膜
與此相反，CVD金剛石厚膜可以通過特殊的、簡便易行的技術(shù)釬焊在所要求的基體上。然而這種釬焊點(diǎn)的強(qiáng)度決不等同于PCD強(qiáng)度，在用于間斷切削這種高要求的機(jī)械加工過程時(shí)，這種連接就顯得很脆弱。不然的話，CVD金剛石厚膜將能在整個(gè)機(jī)械加工應(yīng)用領(lǐng)域同PCD競爭。它同PCD相比，其主要優(yōu)點(diǎn)是它的熱穩(wěn)定性更好，其缺點(diǎn)是較高的脆性和不導(dǎo)電性。缺乏導(dǎo)電性阻礙了它用于放電腐蝕(EDM)切削和加工技術(shù)，該項(xiàng)技術(shù)在金剛石刀具加工業(yè)，尤其是在木材加工用刀具的生產(chǎn)和修整上得到了廣泛應(yīng)用。但是能用EDM切削的厚CVD刀具材料已經(jīng)制造出來，目前正在對(duì)它進(jìn)行評(píng)估。它潛在的應(yīng)用領(lǐng)域還有對(duì)高耐磨工件的機(jī)械加工，在這種場合主要利用了CVD金剛石厚膜中金剛石的高純度以及由此帶來的耐磨性和熱穩(wěn)定性的提高。
目前CVD金剛石厚膜的成本較高，隨著技術(shù)的發(fā)展，其制造成本會(huì)逐步降低，并最終會(huì)進(jìn)入超硬工具工業(yè)領(lǐng)域。
CVD CBN
CVD CBN與金剛石不同，金剛石由單一元素組成，而它是化合物，包括化學(xué)計(jì)量在內(nèi)的眾多問題都使它的生長工藝更為復(fù)雜。盡管經(jīng)過多年研究，實(shí)際上所有的CVD CBN涂層都是多相微晶材料。同高質(zhì)量的CVD金剛石相比，CVD CBN更象“類金剛石碳”(DLC)。發(fā)展涂有DLC涂層刀具的應(yīng)用是很有可能的，盡管到目前為止，這種應(yīng)用前景還未明顯顯現(xiàn)。
結(jié)論
綜上所述，各種不同形式的金剛石切削刀具能很好地相互補(bǔ)充。然而也存在一些相互交叉的應(yīng)用領(lǐng)域，在這些領(lǐng)域需對(duì)刀具產(chǎn)品進(jìn)行合理選擇。最有可能出現(xiàn)交叉應(yīng)用的有以下兩類產(chǎn)品：①天然和人工合成的單晶金剛石；②PCD和CVD金剛石厚膜。
人工合成的單晶金剛石已經(jīng)發(fā)展到一個(gè)較為先進(jìn)的水平，已有國際標(biāo)準(zhǔn)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行鑒定。在天然金剛石中，大尺寸金剛石較為少見，而人工合成大尺寸金剛石的成功為開辟新的應(yīng)用領(lǐng)域(如木材加工業(yè))提供了可能。
可加工級(jí)的CVD金剛石厚膜具有很高的機(jī)械強(qiáng)度和良好的熱學(xué)性能，它的迅速發(fā)展表明CVD金剛石將在刀具工業(yè)中發(fā)揮積極作用。
用合成金剛石替代天然金剛石、用CVD金剛石替代PCD的發(fā)展程度都取決于技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩方面的因素。價(jià)格和性能的關(guān)系、刀具制造商和最終用戶對(duì)CVD金剛石的信任程度尤其是成型、研磨和釬焊工藝的容易程度等都將影響其發(fā)展的最終結(jié)果。但有一點(diǎn)是肯定的，那就是必然向更高生產(chǎn)率和更高切削速度的方向發(fā)展。隨著更耐磨、更難加工的工件材料日益增多，各類金剛石刀具的應(yīng)用也將持續(xù)增加。
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近幾年，在國內(nèi)外興起了收藏古舊家具的熱潮，于是古舊家具就成了收藏家們四處收集的寶貝。而對(duì)于每一個(gè)收藏古家具的人，必須從拆裝古家具開始，因?yàn)椴鹧b古家具主要是為了與古家具“親密接觸”，感性認(rèn)識(shí)古家具，從而奠定入門者鑒定古家具年代、評(píng)估古家具價(jià)值的基礎(chǔ)。
對(duì)于新手們來說，一開始可別花大錢，幾十元到一兩百元就可以了。挑選原則有幾個(gè)：一是便宜，二是先選擇“軟木家具”，三是選擇造型簡單的家具，四是家具的年代至少要到民國，五是選擇的家具要有地方特色，六是“殘廢家具”也可以接受?！皻垙U品”雖然不完整，但價(jià)格便宜，用于一開始的“練習(xí)”也不令人心疼，只要具有時(shí)代特征，未來一樣可以作為學(xué)習(xí)標(biāo)本收藏。
找到“古家具”后，就可以開始學(xué)習(xí)將其拆開。如果用“蠻力”拆開，很容易撬壞古家具，所以一般用木板輕輕敲打榫鉚部位，令榫鉚松開，然后用手輕輕將家具的各個(gè)部分拆分開來。
在不破壞其零部件的前提下拆散后，入門者要對(duì)照書本、資料進(jìn)行學(xué)習(xí)和記憶。學(xué)習(xí)的重點(diǎn)是榫鉚工藝。因?yàn)椴煌甏拈俱T各有自己的特點(diǎn)，也是鑒定其年代的重要依據(jù)，同時(shí)還是判斷古家具的收藏品位和價(jià)值的重要標(biāo)準(zhǔn)。
在學(xué)習(xí)過程里，入門者還要學(xué)會(huì)清理古家具上的灰塵。建議入門者先用軟刷清理塵土，清理蟲卵防止蟲蝕，用棉布擦拭干凈后，再用干凈的棉布沾核桃油為古家具上光。如果沒有現(xiàn)成的核桃油，可以把核桃仁包在棉紗里，邊擠邊擦。一般一兩年需要為古家具重新上油。
最后，當(dāng)把玩一段時(shí)間后，對(duì)該件家具了解透了，收藏者就要學(xué)習(xí)將其組裝起來。因?yàn)殚俱T工藝非常精巧，如果安裝不對(duì)一般是無法組裝完成的。不過，因?yàn)楣偶揖吣甏眠h(yuǎn)，榫鉚必然有所松動(dòng)，有的初學(xué)者可能用化學(xué)劑粘緊。
其實(shí)化學(xué)品對(duì)古老的木材有害，而且用化學(xué)劑黏結(jié)后家具再也不能拆開。所以行內(nèi)人士認(rèn)為，如果是作為標(biāo)本的家具，無須將其加緊，而貴重的家具應(yīng)送交專業(yè)人士進(jìn)行加固，主要方法是需要天然膠如把魚膘反復(fù)錘擊成的膠來進(jìn)行加固。
掌握了古家具的拆裝技巧，等于深刻地了解了古家具的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，令入門者“心中有數(shù)”，收藏起步更高。
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