时间：2023-03-24 15:20:19
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玻璃－金属封接的主要问题为两者的物理化学不相容和热应力问题。玻璃的主要成分为SiO2，Al2O3，为典型的非金属材料，为共价键连接结构，而金属则以电子云的方式结合，导致熔融状态的玻璃材料在金属表面无法润湿铺展，从而无法达到玻璃－金属的封接。此外，玻璃与一般金属的热膨胀系数相差很大，即使两者能够润湿连接，也会在冷却过程中产生较大的应力，甚至出现玻璃炸裂的现象。针对物理化学不相容性问题，主要采用金属材料表面改性的方法，以达到熔融玻璃与金属的润湿铺展。在电真空行业，目前广泛应用的金属表面改性方法是金属表面预氧化，首先在含氧氛围中加热金属表面，使表面产生与基体结合紧密的氧化膜（如Fe2O3，Fe3O4等），该氧化膜可与熔融的玻璃润湿铺展，从而解决玻璃－金属物理化学不相容问题。针对玻璃－金属封接应力问题，目前主要采用开发热膨胀系数相近的玻璃、金属的方法。目前在玻璃－金属封接中应用较为广泛的金属材料为Fe－Co－Ni系膨胀合金（如4J29）和封接玻璃（如DM－308）。陈文莉等人［1］通过添加金属氧化物（MnO2，Co2O3等）等对DM－308型电子玻璃进行改性，使玻璃的抗弯强度提高7％，并改善了玻璃与可伐合金的封接强度，使两者封接面的抗剪强度提高了15．6％。分析指出，添加金属氧化物加速界面处可伐合金中的金属元素向玻璃中的扩散是改善封接性能的主要原因。胡忠武等人［2］采用金相、XRD，SEM等手段，研究了氧化膜的连续性、厚度对玻璃－可伐合金封接件的透气率、抗拉强度的影响。研究指出，只有当金属氧化物的摩尔体积与金属元素的摩尔体积之比略大于1时，金属表面才能形成覆盖连续且致密的氧化膜；具有尖晶石结构的氧化膜对封接有利，且氧化膜的最佳增重为3～7g/m2。DongqiangLei等人［3］针对太阳能接收器玻璃－可伐封接的薄弱环节，利用高频感应加热方式，对预先氧化的可伐合金与玻璃进行封接试验，并测试了接头的密封性能、接头强度、抗温度冲击性能及结合面的显微组织。试验结果表明，0．3～0．8mg/cm2的可伐合金预氧化增重条件可得到良好的玻璃－可伐封接接头。笔者还利用试验测量和ANSYS有限元方法［4］测定和计算了太阳能接收管可伐与玻璃封接接头的残余应力，试验结果与有限元计算结果相吻合，并指出接头的薄弱点不仅出现在玻璃－可伐的封接面，玻璃外表面靠近封接面处也是应力集中较大的区域。此外，金属环伸入玻璃管的长度越大，则接头的最大残余应力就减小。
2陶瓷－金属封接
与玻璃－金属封接相似，陶瓷－金属封接亦有2种材料物理化学不相容和热应力问题。陶瓷－金属封接工艺主要通过陶瓷表面烧结金属化层的方式实现与金属材料的表面润湿。对热应力的释放则依赖于金属化层和钎焊过程中钎料的变形和缓冲。陶瓷-金属封接广泛采用的是烧结金属粉末法（如活性钼－锰法），该连接工艺主要包括陶瓷的处理、膏粉的制备、涂膏、金属化烧结、镀镍、二次金属化、钎焊等过程。陶瓷表面金属化层的质量是决定整个陶瓷－金属封接接头的主要环节。目前对该种方法的研究主要集中在陶瓷表面金属化的机理研究、表面金属化强度提高、陶瓷与金属化层强度表征等。北京真空电子技术研究所对陶瓷－金属封接工艺及机理开展了大量研究工作。张巨先等人［5］研究了不同陶瓷表面金属化时金属粉与陶瓷相的相互作用机理。针对w（Al2O3）95％陶瓷采用Mo含量不同的粉末对陶瓷表面金属化，指出在金属化过程中，Mo颗粒形成骨架网络，金属粉中的玻璃相填充骨架网络的空隙，并与w（Al2O3）95％陶瓷中的玻璃相融和，通过毛细作用渗入陶瓷，得到有一定强度的致密金属化层，当玻璃相含量较高时，会在骨架网络中形成较多的内闭口气孔。针对高纯Al2O3陶瓷［6］，由于陶瓷内部无玻璃相及玻璃相迁移通道，其金属化主要通过Al2O3相表面细小颗粒的溶解、沉淀、析出及玻璃相对Al2O3陶瓷表面的润湿过程，实现致密结构。赵世柯等人［7］采用传统的Mo-Mn法对透明Al2O3陶瓷进行了金属化，获得了气密性可靠的陶瓷-金属封接件，并指出金属化层与陶瓷之间的结合主要来源于金属化层中的玻璃态物质表面良好的润湿性。由于制备工艺的限制，陶瓷内部存在随机的内部和表面缺陷，则其与金属封接接头的强度具有很大的分散性。石明等人［8］采用Weibull统计和正态分布，对氧化铝陶瓷的封接强度进行统计分析，试验表明，Weibull模数和变异系数可以表征材料强度的离散性。
3陶瓷－金属活性钎焊
陶瓷－金属活性钎焊工艺利用传统的钎焊方法，通过在钎料中添加活性成分（Ti，Zr等），可以增大钎料对氧化物、硅酸盐等物质的亲和力，实现钎料对陶瓷表面的润湿和铺展，完成陶瓷－金属的钎焊，而钎料对金属侧的润湿能力一般都较强，因此对其研究较少。相对于陶瓷－金属封接工艺，陶瓷－金属活性钎焊具有工序少、周期短、封接温度低、零件变形小等优点，因此成为近年来陶瓷－金属连接方向的研究热点。YLiu等人［9］研究了SiC陶瓷的活性钎焊（Ag－35．25Cu－1．75Ti）工艺（温度、保温时间）对接头力学行为的影响，研究指出，随着钎焊温度的升高，钎焊接头的弯曲强度升高，但随着保温时间的延长，活性钎料与陶瓷间的反应厚度增大，形成较多的脆性金属间化合物，使接头的力学性能下降。此外，笔者通过XRD手段分析了界面的反应产物，发现陶瓷与活性钎料的连接面由SiC/连续细小的TiC层/不连续粗大的Ti5Si3层/填充合金层组成，从而验证了活性元素Ti与SiC陶瓷间的反应产物。ZWYang等人［10］研究了SiO2－BN陶瓷与因瓦合金的Ag－21Cu－4．5Ti活性钎焊。钎焊温度为1113~1173K，保温时间为5~30min。通过扫描电镜和投射电镜分析发现，非晶态SO2在钎焊过程中活性较低，而h－BN与Ti反应生成细晶反应层的活性较大，钎焊过程中形成了100~150nm厚的TiN－TiB2反应层，从而实现了陶瓷与金属的连接接头。而因瓦合金中的Fe，Ni元素与Ti元素反应生成Fe2Ti，Ni3Ti，并固溶在Ag－Cu基体中，随着脆性相Fe2Ti，Ni3Ti含量的增高，接头的抗剪能力下降。李卓然等人［11］研究了95％氧化铝陶瓷与低碳钢Ag－Cu－Ti活性钎焊反应机理。试验采用的钎焊温度为950℃，保温时间为5min。通过XRD方法对接头不同区域的物相进行分析发现，接头由Al2O3陶瓷/Ti3Cu3O/Ti3Al＋TiMn＋TiFe2＋Ag＋Cu/TiC/低碳钢组成，钎料中的活性元素Ti，一方面和Cu与Al2O3反应形成Ti3Cu3O和Ti3Al，另一侧由于Ti是强碳化物形成元素，导致Ti向低碳钢侧扩散与C充分接触，同时较小的C原子也快速向钎料层扩散，形成连续的TiC层，另外与Fe，Mn结合生成TiFe2和TiMn。
4陶瓷－金属过渡液相扩散焊
陶瓷－金属的活性钎焊工艺可实现两者的可靠连接，但接头的高温高应力下的环境适应性较差，这是由于活性钎焊的连接温度较低，若提高钎焊温度又会引起热应力的增大。而陶瓷－金属的过渡液相扩散焊可较好地解决此问题。陶瓷－金属过渡液相扩散焊的中间层一般为复合中间层，即由一薄层低熔点金属或合金熔敷在相对较厚的高熔点核心层上。低熔点薄层熔化后扩散进入高熔点材料并与之反应，使液相消失，形成的合金或中间层性质取决于高熔点核心材料的物理性质。JiuchunYan等人［12］研究了采用Cu/Ni/Cu中间层连接Al2O3陶瓷与6061铝合金。钎焊温度为580℃，随着保温时间的延长，接头的抗剪强度呈提高趋势；钎缝部位有纯Ni层、Al0．9Ni1．1化合物层、Al基固溶体的存在；钎缝中的Al－Cu的共晶组织增强了Ni层的扩散，并缩短了钎焊时间。MBrochu等人［13］研究了使用Cu－Ti/Ni/Al中间层局部过渡液相扩散连接Si3N4陶瓷和FA－129铁铝合金。预加压应力为300kPa，首先以10℃/min的加热速度加热到950~1100℃，并保温30min，之后以5℃/min的速度加热到1100~1200℃，并保温1．5～6h完成均匀化过程，最后以55℃/min的速度降温到300℃。其中Cu－Ti以粉末状夹在Si3N4/Ni之间，而Al以箔状夹在Ni/FA－129之间，最终接头的弯曲强度约为80MPa。李京龙等人［14］以Ti/Ni/Ti为中间层，利用局部过渡液相扩散方法对多孔C/SiC材料进行了连接。中间层中的活性元素Ti对C/SiC润湿性能良好，因而形成了能够沿连接界面孔隙渗入C/SiC基体内。接头冷却后可形成“扎钉结构”，从而提高接头的连接强度。
5结语
1.1一维的研究历程作为机械系统的基本构件的一维纳米结构,其理论和实验研究受到世界范围内的广泛关注.在过去，由于纳米丝的力学实验受到实验环境的制约,在普通的实验室无法进行,然而计算机模拟可以通过原子运动的演化过程展示纳米结构的变形情况及其内在机理,有效弥补了这一缺陷.
1.1.1中国科学技术大学教授倪向贵等众多科学家对纳米铜丝、纳米镍丝、等进行了拉伸过程的模拟实验,重点放在纳米结构与能量应力变化的模拟研究上面,以及表面效应如何影响单晶纳米材料的整体力学和原子运动的各种行为,根据反复的实践和精确的计算，终于研究出了纳米材料的破坏失效原理.这一实验同时也表明通过建立模拟模型和有效的计算方法能非常有效地模拟纳米金属材料在微观方面的变化过程.
1.1.2梁海弋等一批科学家利用EAM原子势函数的相关原理模拟研究了纳米铜丝的拉伸性能.结果表明，截面的变化对直接影响纳米丝拉伸性能.这是由于表面原子松散,纳米丝的表面张应力等综合因素造成的.而且拉伸强度会随着纳米丝截面减小而提高，同时会推迟屈服和增加初始拉伸模量的软化程度.
1.2二维的研究历程在纳米薄膜的制备研究过程中,得出了很多薄膜生长现象,人们需要对其从理论计算上进行科学的解释.日本的Huang等一批科学家对Au原子在MgO表面（100）点缺陷处的团簇生长进行了模拟实验,同时也进行了Au原子扩散聚集对成膜的模拟研究;通过研究得出，原子的几何形状会随着扩散力的不同以及能量的不同而发生变化.我国知名科学家张庆瑜在分子动力学研究的基础上建立了气相沉积原子动力学模型,同时采用MonteCarlo方法对Au外延薄膜的初期生长过程也进行了模拟研究,指出了薄膜外延生长会随基体温度的变化而发生怎样的变化.刘祖黎等一批科学家采用MonteCarlo模型探索出了Pt/Pt（Ⅲ）薄膜生长初始阶段岛的形貌与基底温度之间的具体关系.模型中充分考虑了吸附原子扩散、原子沉积与蒸发等过程,与过去的模型不同的是采用Morse势来计算粒子之间的相互作用,并详细充分考虑了临近和次临近原子所产生的影响.研究结果表明,岛的形貌随基底温度的升高,从一个分形生长到凝聚生长的变化全过程.通过进一步的深入研究表明,岛的形貌和基底形貌两者之间的关系会随着基底温度的升高发生显著的变化,而基底温度低时,岛的形状与基底形貌没有任何关联.
2目前计算机模拟研究需要解决的问题
一般来说，纳米金属材料的计算模拟方法所采用的大多都是原子级模拟技术,它是将纳米金属材料作为数量较多的单个金属原子的集合体,并且将每个金属原子当作彼此独立的研究单元来进行模拟实验,然后通过统计力学和经典力学对其进行规律性的描述,并预测纳米金属材料的微观结构以及功能.但是由于纳米金属材料自身结构非常复杂，以及它对周围环境无法得到迅速的反应,所以目前还无法运用相关的模拟技术来得到理想的答案.本人建议可以从以下方面进行努力：
2.1选定模拟算法在进行纳米金属材料分子动力学的模拟实验中,应当是对包括金属、氧化物、金属氧化物等一系列的多原子体系实验.因为原子间的作用是一个多体效应,在这个效应当中所有的粒子会全部聚集到一起,是无法采用解析的方法进行求解的.这时我们可以选用有限差分方法来进行求解,目前运用的最多的包括：蛙跳法、预测-校正算法和Verlet算法三种类型.值得注意的是，虽然目前的计算机技术发展迅速,但是纯粹依赖提高单个CPU的计算速度根本就不能满足越来越繁琐的计算需要,鉴于此，我们可以考虑进行并行化进行计算，这样会更加有效.
2.2要充分考虑粒子间的相互作用微观粒子的运动本来是需要使用量子力学来进行描述的,但纳米金属材料的结构与性能往往会涉及到大量微观粒子而且还是多体作用,因此用量子力学第一性原理来对粒子间相互作用求解并非易事,而绝大多数模拟认为粒子的运动遵循牛顿力学规律,因此可以考虑采用半经验的原子间相互作用势来对粒子间的作用进行描述.一般来讲，势函数是否可靠决定了一个分子动力学模拟能否成功.原子或者离子间的相互作用势越复杂、拟合性质越多就越与实际的相互作用接近,不过越复杂的相互作用同时也会加大计算量和模拟量,因此在构建或使用原子间相互作用势的过程中,应根据所要研究的问题的具体情况,选择既能反映相互作用的本质,又可以在计算上切实可行的相互作用势.
2.3处理和分析模拟结果找到一种合适的分析模拟结果的方法对于计算机模拟来说是至关重要的.通常情况下，模拟的轨迹文件只包含了各个粒子的位置、速度和力的相关信息,因此一定要对这些信息进行有效的处理以后才能得到想要的物理量.而计算机模拟走向应用的关键之处在于，找到合适的方法处理结果,将宏观现象与微观轨迹进行有机联系.模拟结果的处理无疑会是一个非常复杂的过程,其重点问题是要从MD模拟的轨迹文件中讲可与实验直接比较的统计量提取出来.除此之外,轨迹中的坐标信息对于分析结构体系信息也十分重要,而这却是非常耗时的工作过程.
3结束语
该法是在有一定形状的容器内填满发泡塑料，再倒入高熔点材料，先硬化再加温使发泡塑料气化，然后再模具中倒入液态金属使其冷却、凝合，然后将高熔点材料去掉，就获得了海绵状多孔金属。莫来石、碳酸钙、石膏德尔等为高熔点材料的首选材质。其优势在于金属孔隙率高达80%以上，其缺点在于成本高昂且产量不高，多见于多孔铝、多孔铅的制作。有研究者将聚苯乙烯(EPS)泡沫塑料和水化石墨涂料当做高熔点材料，研发成多孔gdrMGYZ合金。
2基于粉末的制备工艺
2.1粉末烧结法该法是首先将造孔剂和金属粉末混合形成预制体，再通过加热、烧结等方式来制造出多孔金属。还有一种方法是直接在模具中加入粉末，然后通过烧结制成多空金属。其优势在于设备无需太好，烧结需求的温度、气氛和时间等可以调试，在室温下，造孔剂就可完成和金属粉末的混合，制成的多空金属具有孔均匀、整齐、连通等特质，而且孔径小，孔隙率为30%左右。常用来制造多孔钛、铜、铝等材料。目前已经成功研制的产品有：多孔lgiAMS合金、多孔纯钛、利用粉末造孔剂研发的孔隙率在55%～75%之间的多孔钛、多孔Ti-7.5Mo合金、3SCOr发泡剂条件下研制的孔隙率为22.4%的多孔不锈钢。
2.2浆料发泡法该法主要是将金属粉末、活性添加剂、发泡剂搅浑后装进模子，然后利用高温使其在浆料中产生气体，然后利用烧结和晾干而形成的多孔材料。常见于生产多孔镍、铜、不锈钢、铝等。制成的多孔金属孔隙率高达90%以上，且成本较为低廉，而且发泡剂颗粒大小可以决定孔径的大小。有研究者就才曾利用这种方法制成孔隙率高达96%的多孔不锈钢。
2.3空心球烧结法该法是粘连金属空心球后进行燃烧和凝结，然后在其扩散后来制成多孔金属材料，其具有开孔和闭孔的双重功能。有研究者在制造金属空心球的时候会在球的表面再镀一层金属，之后再将树脂去除即可。这种方法的机械性能和物理性能都是提前预算好的，孔的尺寸分布也非常有规律，常用来制造多孔铜、钢、钛。目前最为常见的是孔隙率36%的多孔TAVil64合金。
3基于沉积技术的制备工艺
3.1电解沉积法该法利用电镀工艺，经过化学沉积来获得高孔率开口结构材料金属化。主要过程为现在它的表面电镀一层金属，经过烘焙来使得里面的开口结构材料溶解，然后就能得到多孔金属材料。通常情况下，聚酯、乙烯基、聚酰胺等聚合物是高孔率开口结构材料的首选材质，多为三维网状有机泡沫。现如今，世界上较为流行的生产高孔率金属材料大型制备多选用这种方式来完成。它的优势在于产品孔隙率高达80%以上、且结构和孔隙分布都较为均衡。缺点在于成本比较昂贵，且生产工序非常繁琐，也很耗费时间。一般情况下，多孔镍、铜、银、钴等薄膜材料选用此法来制成。TanKai等利用化学镀铜、电沉积铜等方式成功研制多孔铜。
3.2气相沉积法该法主要指的是液态金属到金属蒸汽的演变过程，一般需在真空、惰性气体等状态下来进行，在网状聚亚胺酯等物上附着后而出现的金属沉积层。然后再经过热处理等手段将这层聚合物清楚，就可以获得通孔金属多孔材料。其优势在于对于任意的金属和合金都使用，且孔隙率可以达到60%～80%。其缺点在于沉积的过程缓慢，设备必须精良且成本昂贵，为此主要用于制备电极材料的制作。有研究者就曾利用该法研发出开孔多孔irelNCFA合金材料。
3.3原子溅射沉积法该法的前提是利用阴极喷射法在惰性气压下，使得高压惰性气体和金属原子在飞溅中冲撞，并且双方互相捕获和凝聚，最后形成金属液滴流入衬底。然后在衬底形成具有均匀包裹气体原子的金属，再加热至熔点，然后保温，使捕获的气体进一步胀大出现孔隙，再进行冷冻就会出现多孔金属材料。这种材料虽然性能和结构都俱佳，但是生产成本过高，不适宜于大批量生产。
4多孔金属材料的应用及展望
1．1镍铬合金镍铬合金曾是我国广泛使用的牙科合金，镍铬合金的抗腐蚀能力不仅与材料组成有关，还与表面氧化膜特性有关，例如氧化膜的组分、厚度、稳定性等。近年来镍铬合金的腐蚀问题已得到了广泛关注［14］。有研究指出，镍铬合金在口内有严重的腐蚀行为并伴随高水平的离子析出。Dekon等［16］的研究发现浸泡于含氟漱口水使镍铬合金的表面粗糙度，镍铬合金的腐蚀程度增加，耐腐蚀性能减弱。Subari等对4种镍铬合金在人工唾液及3种漱口水中耐腐蚀性的研究发现，含氟漱口水中镍铬合金的腐蚀较严重，表明氟离子会降低镍铬合金的耐腐蚀性能。
1．2银汞合金牙科银汞合金耐腐蚀性被认为是因为其表面表浅、纤薄的类膜状结构，此结构主要由氧化锡、水合锡和氢氧化锌组成，此层薄膜的形成和消失会引起银汞合金腐蚀率的改变［18］。有研究结果显示浸泡于人工唾液中银汞合金的表面薄膜仍存在，而浸泡在含氟漱口水中后银汞合金的表面薄膜丧失，表明氟离子会降低银汞合金的抗腐蚀性能［19］。
1．3贵金属合金银钯合金的腐蚀行为与非贵金属合金不同，它与口腔中含有的氯化物硫氢酸根作用形成复合物，在其表面会形成难溶的盐层，释放非贵金属离子极少［20］。但也有研究表明，在含氟漱口水中其表面薄膜可迅速丧失，耐腐蚀性能明显降低，表现出对氟离子的高度敏感性［21］。高贵金属合金有着良好的抗腐蚀性能，Ayad等［22］对不同组分的高贵金属合金的研究表明:其零电势电位和腐蚀电流密度均值的差异无统计学意义。在含氟环境中的研究也证实，氟离子对高贵金属合金耐腐蚀性能的影响相较于非贵金属而言极小［23］。
1．4对比研究不同金属的耐腐蚀性是不同的，而氟离子对它们的耐腐蚀性的影响也有所差异。大量研究表明，氟离子对镍铬合金、银钯合金、纯钛的耐腐蚀性能影响较大，对高贵金属及高钴铬钼合金的影响相对较小，而钛合金中所含金属成分的不同对其在含氟环境中的耐腐蚀性能亦有影响。程玮等［24］通过动电位极化曲线法对钴铬合金、纯钛、高钴铬合金的电化学腐蚀行为的研究发现:氟离子可影响口腔中的钴铬合金、纯钛、高钴铬钼合金的耐腐蚀性，高浓度的氟会降低金属的耐腐蚀性，氟离子对3种合金抗腐蚀性能的影响从大到小依次为:纯钛、钴铬合金、高钴铬钼合金。对3种合金表面粗糙度及形貌的观察也证实:在不含氟人工唾液中，钴铬合金、高钴铬钼合金轻微腐蚀，出现腐蚀孔，而纯钛表面未见明显腐蚀孔［25］。当人工唾液中添加氟离子后，3种金属腐蚀程度增加，且随着氟离子浓度升高而加重，纯钛和钴铬合金尤为明显，可见较大腐蚀孔，高钴铬钼合金较其余两种合金腐蚀轻微。袁俊等［23］运用电化学技术对不同烤瓷合金金属电化学腐蚀性能的研究发现:氟离子环境使经过处理的烤瓷金属的耐腐蚀性能下降，腐蚀速度加快。4种金属的腐蚀电位值排列的顺序为:金合金、纯钛、钴铬合金、镍铬合金，即氟离子对金合金的腐蚀倾向最小，而对镍铬合金最大。金合金与纯钛耐腐蚀性能较强，其次是钴铬合金，镍铬合金最差。此研究中的钴铬合金在含氟环境中的耐腐蚀性能低于纯钛，原因可能是在烤瓷加工后，钴铬合金中的Cr、Mo元素减少，从而使得其耐腐蚀性能下降［26］。Mareci等［21］通过电化学阻抗谱分析法测得银钯合金、镍铬合金、纯钛、Ti12Mo5Ta钛合金浸泡于人工唾液和含氟漱口水后合金表面薄膜情况，同时电镜观察合金表面形貌的变化，发现在含氟漱口水中的金属耐腐蚀性均降低，其中耐腐蚀性能由高到低为Ti12Mo5Ta、纯钛、镍钛合金、银钯合金，浸泡于含氟漱口水中的银钯合金的表面薄膜完全丧失，表明银钯合金在含氟环境中的耐腐蚀性能显著降低，而Mo元素的加入可提高钛材料对氟离子的抵抗性。同时有研究表明在纯钛材料中加入Pt、Pd、Cu、Ag、Cr等元素也可增强钛在含氟酸性环境中的耐腐蚀性能［27－28］。
2影响氟离子对牙科金属耐腐蚀性的因素
2．1氟离子浓度在不同氟离子浓度中，牙科金属的耐腐蚀性能所受到的影响是不同的。研究表明，氟离子的浓度与其对牙科金属耐腐蚀性能的影响成正相关，低氟离子浓度的环境很少对耐腐蚀性能较高的金属(如高钴铬钼合金、金合金等)产生影响，而随着浓度的升高，氟离子的作用则趋于显著，高氟离子浓度对金属耐腐蚀性能的影响明显增加［2，24，29］。
2．2pH值目前已有文献证实在酸性条件下，金属表面的氧化膜生成速度减慢，且更易于溶解，金属的抗腐蚀性能下降。不同学者的研究显示，pH值与氟离子对金属的抗腐蚀性能的影响有着协同作用，在微酸环境中氟离子对金属材料耐腐蚀性的影响增大，偏酸性的人工唾液可加快金属和氟的反应而加速其腐蚀，氢离子浓度的增加还可使金属表面钝化速度减慢而降低其抗腐蚀性能。
2．3表面处理一般把金属表面防护和改性称之为金属材料表面处理，恰当的表面处理可以改善牙科合金的耐腐蚀性。翁维民等［36］的研究发现镍铬合金表面的氮化钛涂层能提高镍铬合金在含氟环境中的耐腐蚀性能，同时也可提高其耐磨性。在钛金属表面制备致密的氮化钛硬质薄膜，也可隔绝氢氟酸与钛金属的接触，镀膜后钛金属表面腐蚀倾向减小，腐蚀速度减慢，耐腐蚀性增加。对纯钛进行阳极表面氧化处理的研究也证明，阳极表面氧化处理可增强纯钛在含氟环境中的耐腐蚀性能。
2．4其他因素口腔是个复杂的环境，氟离子对牙科金属耐腐蚀性的影响也受到众多因素的影响。除氟离子浓度、pH值及金属的表面处理外，氧含量、蛋白质等均影响着氟离子对牙科金属的耐腐蚀性。Nakagawa等的研究证实，在低氧浓度下即使低浓度的氟离子都会促进钛及钛合金的腐蚀，降低其抗腐蚀性能。对高钴铬钼合金、钴铬合金的研究也发现在低氧浓度下氟离子对金属耐腐蚀性能的影响显著增强。Ide等发现低浓度的白蛋白就能抑制氟离子对钛的腐蚀作用，其原理是蛋白质可迅速附着于钛及其合金表面的氧化膜上，隔绝氟与钛的接触。
在这幅作品中，铅质的澡盆起了象征作用，使画面除了在气氛上的沉重和晦暗之外，更加具有了隐喻的精神面貌。神话一直作为基弗作品中的重要题材表现，1982年的《维兰德之歌》又是一幅以综合材料来变现神话的绘画作品。画面中上方是一个铅质的翅膀，与如烧焦的广阔麦地背景形成了对比。这里的铅质翅膀除了在画面中是一个视觉效果之外，它更是一个视觉符号。翅膀的来自于希腊神话中的伊卡洛斯的故事。讲述了伊卡洛斯及儿子被困在克里特王国的岛上，当他们用羽毛和蜡制成的翅膀逃离时，飞的离太阳太近，而使蜡融化，伊卡洛斯坠入到海中的悲剧故事。而基弗运用铅来表现翅膀，所表现出来的沉重和艰涩的质感，使其画面和翅膀这个符号更增加了悲剧的色彩。
《黑色王冠》是基弗2005年创作的作品。文字也是他画面中艺术语言的一部分，而这幅作品中的文字就是取自德国诗人保罗•策兰的《九月的王冠》这首诗。而在增加文字的同时，金属材料铅还是再次的出现在了画面的最前方。在荒芜的雪地上，铅质的椅子上固定着棕色的枯枝，并且与空中如雪花般的文字相结合，形成了鲜明的对比。而文字本身的意义也与画中的元素和氛围相结合，使作品充满的了深刻的意义。绘画在空间上作为一种二维平面的艺术形式，而基弗在绘画中频繁的运用到了各种物质材料或者金属材料，使绘画拥有了强烈的物质感。
这些金属材料或与主题相结合，或作为画面的符号，都使绘画呈现出了不同以往的视觉样貌。基弗以同样的题材还创作了很多装置作品。这些装置作品也与他的绘画作品所表现的主题和所要表达的思想有着某种的内在联系。而金属材料也始终贯穿在他的装置作品中。从1987年开始，基弗开始运用金属铅制作书籍装置。尺寸由小到大，铅质的书页也经过了氧化和腐蚀的处理，呈现出了斑痕和不同的灰暗的色彩层次。1989年完成的大型装置《两河流域——女祭司》，就是由200本铅质的书籍组成。它们如废墟一般被堆放在钢质的书架上。书架中间由玻璃板隔开，铅质的书籍中还夹了许多铜丝。整个装置作品由于金属的腐蚀效果而显现出了十分久远的历史感。作为铅质书的延伸，又与他早期的翅膀符号相结合，在1992年开始，他又创作了《带翅膀的书》这一装置作品。作品依然是由铅质书组成，又加入了金属锡和钢。铅质书的两边生出了巨大的两个铅质翅膀，同样的斑驳的质感，而翅膀又显得十分沉重，却只被一根细的金属棍支起。铅质的翅膀此时已成为基弗作品中一个重要的象征符号。
基弗的作品，破败的自然和支离破碎的场景，使人们可以感受到一种人类文明的悲剧命运。但基弗想要表现的并不只是是衰败，正如他自己所说的：“我没有表现绝望。我对精神的净化总是充满了希冀，我的作品是精神的、理性的。我想在一个完整的环境中表现出心灵与环境的契合。”在他的绘画和装置作品中反复用到了铅金属及其他的金属材料。也许正是金属材料本身的属性具有沉重、受到环境影响而伤痕累累、颜色灰暗和细微敏感的变化这些特质正与他所想表达的艺术思想的内在有着深深的契合和相互联系的关系。金属材料在他的作品中有着强烈的物质性，并具有丰富的象征意义。他的作品正是人类深层心灵活动的体现。他将平凡粗陋的金属材料置于他深邃、忧郁又悲壮的作品中，赋予了他们庄重的意义和无限神秘的想象，是在艺术作品中将材料转换到思想领域的成功体现。
作者：徐萌李俊峰单位：齐齐哈尔大学美术与艺术设计学院
首先，考虑到难加工金属材料特殊的硬度和强度，需要更大的切削力，相比于普通材料力度要提高3～4倍，这无疑增加了切削的难度。其次，考虑到难加工金属材料的低导热率，其具有着较高的切削温度，很容易使材料表面形成烧伤、划痕等严重的质量问题。最后，考虑到在进行切削时道具很容易发生磨损，进而降低了刀具的使用寿命，并且在高温环境下，难加工金属材料的化学活性很高，在热力的作用下很容易形成有关钛的氧化物，这些氧化物反作用于工件，使其韧性降低，切削难度进一步加大。以上因素说明对难加工金属材料进行切削具有一定的难度。
2基于RBF神经网络的数控加工控制方法
2．1RBF神经网络及相关算法概述下页如图1所示，RFB的每一个神经元同输入层连接的向量W1i与输入的矢量Xq的距离设为b1，输入y＝radbas［dis（W，x）×b］，并且输出层的神经元对相应的输出函数采用线形的加权组合。对于基函数大齿常采用高斯函数：对于RBF的初始化及相关的学习可以参照图2。在进行训练前，先输入矢量X，与之对应的是目标矢量T以及径向基函数的一个拓展常数C。具体的训练目的是，求W1，W2以及b1和b2。当系统完成所有输入值的聚类以后，会自动求得每个隐层节点RBF的中心ci，进而确定相应的W1。在改进方法上，主要是针对第0个神经元进行初始的训练，排查出错误后自动的增加神经元［2］。
2．2难加工金属材料的RBF监控系统难加工金属材料的RBF监控系统构造如图3所示。整个系统采用的是M317069的速度传感器进行测速，SZMB－9的磁电转速传感器进行转速的测定，HK－NS－WY04的位移变送器进行对吃刀量的检测。一旦检测到加工过程存在问题，系统就会实行自主的参数控制。该系统的工作原理如图4所示，神经网络所采用的最基本单元是神经元结构的模型。它的输入模式具有线性不可分性，考虑到这些实行的是多层化的感知器网络，以实现多层次的网络输出，若最终的输出结果不是想要的，可以通过修改各个感知器的权值来达到目的。
3结语
实验材料为FeS2矿物标本上的立方单晶与五角十二面体单晶，通过超声清洗样品表面污染。所用仪器为扫描电镜SEM（LEO-1450型及ZEISSULTRA-55型），EBSD系统为OxfordInstru-ments公司的HKLCHANNEL-5系统。EBSD数据采集步骤为：将样品安放在扫描电镜样品台上，记录下位置；将样品台推进扫描电镜样品室，对样品室进行抽真空；将样品台倾转70°并进行聚焦和倾转图像校正，将EBSD探头送入样品室；将入射电子束打在样品表面，选择合适视场进行菊池花样的扣背底同时在电脑上进行图像的优化；照下形貌相，选好视场，设置EBSD测定参数，启动自动程序进行菊池花样的自动标定；抽出EBSD探头，样品回转至水平位置，关闭电镜和计算机。进行数据处理，根据需要输出各种类型的含有晶体学信息的图。查FeS2的晶体学数据知其可以有3种不同的晶体结构，最常见的是简单立方结构，空间群符号为Pa3，Herman-Mauguin国际符号为2/m3，点阵常数a=0.5417nm，配位数Z=4；另一种为三斜晶系，空间群符号为P1，Pearson符号为aP12；第3种为正交晶系，空间群符号为Pnnm，Laue群为mmm，点阵常数为a=4.45魡，b=5.43魡，c=3.39魡。
二、实验结果分析
（一）立方FeS2单晶表面条纹形貌观察与分析立方FeS2都是正方形颗粒，与石英伴生。用扫描电镜中配置的能谱仪验证是FeS2，特征谱见图1a，定量结果为Fe33at%，S66at%。图1b为FeS2单晶表面形貌相，可见明显生长台阶，这与材料科学基础课程界面一章介绍的Kossel-Stranski模型[2-5]，也称Terrace–ledge–kink(TLK)mode（坪台-台阶-扭折模型）对应，表明FeS2晶体缓慢生长时表面不是完全晶体学面光滑的，而是要通过热激活形成台阶，再由台阶的侧向生长完成垂直于表面的生长。台阶线近似成45°或90°。
（二）五角十二面体FeS2单晶表面条纹形貌观察与分析黄铁矿晶体形态、表面微形貌研究表明，负晶体是指黄铁矿晶体{210}面上的条纹垂直于{210}和{100}面的交棱方向，并认为这种条纹只出现在那些简单五角十二面体的黄铁矿晶体上。图2所示为五角十二面体（210）面上的正条纹和负条纹形貌。图3为五角十二面体黄铁矿记为A晶体和B晶体的表面形貌条纹。图4为A、B两个黄铁矿的能谱分析结果。对比图2和图3可知以看出，试验时的A、B两个黄铁矿晶粒表面形貌都为正条纹不是负晶体，为普通正条纹黄铁矿。从图4a可知，A晶粒中去除C元素的影响，计算结果为Fe31.47at%，S68.39at%，可知S原子数量是Fe原子数量的2.17倍，接近理论值。同时，检测到A晶粒中含有微量的Si和Ni元素含量大约在0.14at%。从图4b可知，B晶粒中去除O元素的影响，计算得Fe29.35at%，S69.18at%，可知S原子数量是Fe原子数量的2.35倍，接近理论值。同时，检测到B晶粒中含有微量的Si和Ti和Al元素含量大约在1.5at%。综上可知，五角十二面体的黄铁矿一般含有微量元素，即说明形成时溶液的过饱和度相对较大。同时，A晶粒和B晶粒的杂质元素的含量不同，说明成矿时杂质元素的种类不影响黄铁矿晶体的形态。
（三）立方FeS2单晶取向确定图5a、图5b为一颗立方FeS2的立方体颗粒及采用扫描电镜EBSD系统测出的取向的{100}极图，其取向的欧拉角为（147.8，6.1,125.0），转化为密勒指数为（001）[010]，与立方体形貌完全对应，可知立方硫化铁的每个表面都是（100）面。立方结构材料只有在非常缓慢的条件下或<100>方向的生长速度比其它方向慢的多的条件下才长成立方体。
三、讨论
通过查找文献、动手实验、结果分析的系统研究过程，提高了学生科学研究素质与综合实验能力，为以后的研究生科研工作奠定了良好基础，并深化了对材料科学基础中晶体学相关概念与定律的理解。通过对两种FeS2晶体类型与表面形态的对比研究，理解了晶体结构类型与单晶表面形貌的关系；晶体的微观对称性与宏观对称性的关系，晶体表面小面化或刻面的现象与宏观表面的关系；认识了硫化铁单晶在不同内因或外因作用下结晶成不同形貌的现象；掌握了材料分析方法中介绍的主要测试仪器扫描电镜、能谱仪、电子背散射衍射仪，分别可获取材料微观形貌、微区成分、微区晶体结构及取向这3个最基本的材料信息；提高了寻找硫化铁标本、文献检索、样品制备、地质知识及最终的文章撰写能力；体现了材料科学基础课程研究型教学培养理念。
四、结语
