工艺实验论文范文
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第1篇
实践教学是加强学生专业知识教育，提高学生综合素质，培养学生实践能力和创新能力的重要环节。社会上需要理论和实践能力充分结合的综合型人才，所以我们应该把实验教学提升到实践科学的高度来认识、探索、研究和实施，研究实践方法，强化实践过程，提高学生综合分析问题和解决问题的能力。工艺实验就是这样一类专业实验，实验项目的提出结合科研方向，以工程训练的方式完成实验项目。这类实验不同于一般的测试实验，它需要多个工艺过程才能完成，包括方案的提出，方案的论证，各工艺过程的完成，性能的测试等，每一个过程都相当于一个单一的小实验，有目的、内容、原理、步骤等，所以多工艺实验项目既能锻炼学生的动手能力，又能锻炼学生的创新能力、科研思维、综合能力，不仅理论性很强，技术性和实践性更强。华中科技大学光学与电子信息学院电子科学与技术专业开设的《电子器件制备工艺》就是这样一门课程。
二、课程组织方式
工艺实验不同于一般的课堂实验，完成它需要较长时间，所以以课程设计方式组织实验，教学形式以学生自主进行特定项目为主，教师参与指导并审核：学生自主完成方案的提出和论证，完成论证报告，指导教师审核，在理论可行的情况下，按照预约时间进入实验室完成各工艺过程，最后测试器件或材料性能。学生可以自行决定实验时间，在给定的期限内完成全部实验工艺。在电子器件制备工艺课程设计中，我们提供了学生实践的时间和研究条件，学生自行设计方案，自行完成实验，充分发挥了学生的主观能动性和创造性，调动了学生的积极性，促进了学生的能力发展。
三、教学内容的设计
电子器件制备工艺课程内容，注重加强各不同研究方向之间的综合，满足学生宽口径训练的要求，不同的学生可以选择不同兴趣方向的题目类型来完成。选择了兴趣方向以后，就进入自行完成实验的阶段。整个课程的内容包括：资料的查询—方案的制定—方案的论证及审核—工艺过程—性能测试。
1.资料的查询及方案制定。
选题后，学生要查阅资料，理解题目，消化和整理资料，写出本实验项目的设计报告，并从理论上论证实验方案及结果。实验方案确定后，在进入实验操作之前，需要指导教师审核设计方案，以可行性和理论正确性为原则。这一步很重要，如果方案制定正确，整个项目就等于完成了一半，以后的实验过程就会很顺利，在工艺操作过程不出错的情况下，基本能得出好的结论。
2.工艺的进行。
在进入实际工艺操作之前，学生应该充分了解工艺的原理、意义和目的，并且要了解各工艺的注意事项，以免出现设备的损坏、实验的失败等现象。在各个实验工艺进行过程中，学生应该严格按照工艺要求进行，实验教师也会要求学生严肃对待，发现问题要及时讨论，并提出解决方案，力求使实验出色完成。经过整个工艺实验过程，学生对专业的兴趣提高了，获得新知识的能力提高了，创新能力和研究思维得到了很好锻炼，动手能力、操作技能、分析和解决问题的能力得到了很大的提高。
四、实验教材的制定
工艺实验课程的实验教材内容，主要从实验过程入手，讲解各工艺过程的目的和意义，以及该工艺所需设备的操作注意事项。尽量能详细地讲解实验过程中可能存在的问题以及解决方法。
五、工艺实验的组织实施
第一次接触多工艺实验项目的同学，一般要先参观实验室，然后进行实验预约（设备预约），做好准备后进入实验室（进行各工艺过程）。
1.参观实验室。
实践教学是动手能力的培养，多工艺实验也不例外，但它与传统的专业测试实验又不同，需要完成一系列的操作才能达到教学目的。所以实验前对即将要接触的各环节（如设备、流程、注意事项等）必须做到心中有数，提前熟悉实验室，对实验设备有感性认识，实验过程可能出现的一些问题应该在进入实验室之前就有心理准备，才能做到实验时有的放矢。参观实验室可以以小组或班级为单位进入实验室，实验教师针对具体事项进行讲解，解答学生心中的疑问。这个环节可以大大减少实验中破坏性事件（如损坏设备等）的发生概率。
2.实验预约。
实验预约是一个很重要的环节。工艺实验的预约不同于一般实验，主要是针对设备的预约。由于实验学生人数多，设备有限，在实验进行期间，所有设备全天开放，而进行实验的学生要分时分段进入实验室。为了更好地安排实验时间，我们设计了一个预约表格（表1），学生可以根据表格提示预约。
3.实验过程参与情况跟踪。
在工艺实验中，由于以团队形式进行，团队成员中就存在自觉与不自觉、主动与不主动的问题，我们采用了实验环节的登记制度，保证每个同学参与到每个环节，就保证了让每个参与的同学都了解各工艺过程的意义和作用，也为成绩的评定提供参考。表2是小组完成工艺实验流程登记表。上述措施既保证了每个同学各个工艺过程都要参加，同时对每个同学来说也保证了项目研究的完整性。
六、实验评价体系的制订
工艺实验是以小组为单位进行，为了激发同学们的积极性，我们制定了特定的成绩评价体系。传统的成绩评定体系，以教师作为评价主体，对实验结果的判断占据了主导地位，一般是根据实验团队的实验结果判断实验团队的总体成绩，而无法对实验团队中的每一位成员做出具体评价。对于工艺实验这一类型的项目来说，团队多、周期长、环节多、课外工作量大，传统的评价体系不能准确评价团队中的每一个体。由于缺乏其他的评价主体，团队中学生个人的实验情况未得到充分考察，教师无法公平、公正地衡量每位学生在实验团队中的贡献，打击了部分学生的实践积极性，严重影响课程效果。为了解决传统成绩评定的弊端，我们在成绩评定中增加了学生的自评和互评环节，让学生自我评价，内容包括实验态度、资料检索、创新性、团队合作情况等，并让学生对所在团队中的其他成员进行评价。自评互评综合形成每个学生的平时成绩；再结合实验结果的老师评定，形成学生的最终成绩。通过成绩评定方式的改变，大大增强了学生参与实验的主动性，有助于学生进一步融入实验，成为实验课程真正的主人，端正实验态度，避免“被动实验”的消极情绪。
七、结论
第2篇
用50kg中频感应电炉熔炼，金属炉料的加料顺序为:废钢、生铁，镍板、钼铁、铬铁、硅铁、锰铁，最后加铝进行终脱氧。合金熔炼温度为1500—1550℃，浇注温度1450—1500℃，稀土变质剂在炉外包中加入。钢液出炉后快速浇注成Y型试样。试验钢的化学成分见表1。性能试样均在Y型试块上截取，冲击试样采用10mm×10mm×55mm的无缺口标准试样，在JB-5型摆锤式冲击试验机上进行室温冲击韧性试验，每组试验数据均取其3根试样的平均值。硬度测试在HR-150A洛氏硬度计上进行，每块试样测3—5个点，取其平均值。采用光学显微镜和JSM-5610LV扫描电镜来观察试样的断口形貌和金相组织。
2实验结果及分析
2.1试样的铸态组织图1为18Cr23MoVRE铸钢试样组织的扫描图片。由图1可知，18Cr23MoVRE铸钢试样的铸态组织由珠光体和少量片状马氏体+碳化物组成，晶粒粗大，碳化物呈块状、团球状和连续网状沿晶界分布。这主要是因为结晶过程中，先结晶的晶粒内合金元素含量较低，富裕的合金元素被推至结晶前沿，导致这些合金元素在结晶前沿富集，当这些合金元素达到一定的浓度时，在晶粒间形成碳化物，并沿晶界连续分布，如图1(a)所示。当18Cr23MoVRE铸钢经950℃淬火+300℃回火处理后，其组织为回火马氏体+碳化物，见图1(b)，碳化物以短杆状、块状和状沿晶界断续分布，马氏体基体得到细化，网状碳化物分布得到明显改善。随淬火温度的提高，颗粒状碳化物增多，基体晶粒粗化，细碳化物颗粒弥散分布于基体上，见图1(c)。当淬火温度达到1050℃时，马氏体基体和碳化物明显粗化，晶内细颗粒状碳化物增多，见图1(d)。因为在热处理温度下，晶界碳化物不断扩散进入基体晶粒内部，晶界碳化物减少，碳化物网被打破，淬火时这些溶入基体的合金元素来不及析出，被过饱和固溶于马氏体基体内，回火过程中，溶入马氏体内的合金元素以细颗粒碳化物的形式弥散均匀析出在基体上，改善了钢中碳化物的分布，热处理温度提高，热处理后钢的晶粒越粗大。可见，合理的热处理工艺可以改善钢的组织和碳化物分布。
2.2试验钢的力学性能18Cr23MoVRE耐磨铸钢试样经不同温度淬火+300℃回火热处理后的力学性能见图2。由图2可以看出，铸态18Cr23MoVRE耐磨铸钢的硬度值最小，为HRC44，随着淬火温度的升高，18Cr23MoVRE耐磨铸钢的硬度提高。当淬火温度升高至1000℃时，18Cr23MoVRE耐磨铸钢的硬度升至最高，达到HRC58.5，继续提高淬火温度至1050℃时，18Cr23MoVRE耐磨铸钢的硬度略有下降，为HRC58。可见，适当提高淬火温度，对18Cr23MoVRE耐磨铸钢硬度的改善有益，但淬火温度不宜过高。淬火之所以能提高18Cr23MoVRE耐磨铸钢的硬度，主要是因为提高淬火温度，有更多的碳原子及合金元素溶于奥氏体，淬火后马氏体中碳和合金元素的过饱和度增加，加剧了马氏体晶格畸变，固溶强化作用增大，从而提高了材料的硬度。从图2还可以看出，淬火温度对18Cr23MoVRE耐磨铸钢的冲击韧性也有一定的影响，铸态18Cr23MoVRE耐磨铸钢的冲击韧性为4.6J，相对较低;随着淬火温度的升高，18Cr23MoVRE耐磨铸钢的冲击韧性逐渐升高，当淬火温度达到1000℃时，18Cr23MoVRE耐磨铸钢的冲击韧性达到了5.8J;再升高淬火温度，18Cr23MoVRE耐磨铸钢的冲击韧性有降低的趋势。这主要是因为铸态18Cr23MoVRE耐磨铸钢组织是不均匀的，存在成分偏析，那些高碳高合金微区韧性往往较差，在热处理过程中，高碳高合金微区的元素在高温下向低碳低合金微区扩散，钢的成分、组织和韧性得到改善。当淬火温度较高时，由于晶粒长大使钢的组织粗大，脆性增加。因此，适当的热处理可提高18Cr23MoVRE耐磨铸钢的性能，以1000℃淬火+300℃回火最佳。
3结论
第3篇
钻探施工难点
(1)上岩组斑点状碳质绢云千枚岩、碳质绢云千枚岩层理发育，岩石倾角大，硬度低，其构造破碎带岩石酥松破碎，且有长度不均的黑色泥质岩段。在这种岩体中形成钻孔后，岩体原始的力学平衡状态被破坏，若钻孔倾角大，受重力作用，以及泥浆冲刷、提下钻的抽吸作用，钻进过程中易出现坍塌掉块、缩径现象，成孔困难，岩心堵塞现象十分严重，取心难度大、采取率低。(2)下岩组白云石大理岩和条带状白云石大理岩硅化严重，岩石坚硬完整致密，研磨性低，可钻性级别高，钻效低。
钻探工程要求
全孔岩心采取率不低于95%;终孔直径不小于96mm(HQ);钻孔设计顶角30～40°，每30m及终孔测斜一次。顶角每百米允许误差为3°，方位角每百米允许误差为5°。
主要施工工艺
1钻探设备
使用宝长年公司生产的LF70全液压动力头钻机，配备额定压力7.0Mpa的全液压泥浆泵。LF70钻机使用96mm(HQ)口径，施工时理论钻进能力为542m，钻机可钻进顶角范围0～45°内的任意钻孔，非常适合矿区大角度钻孔的钻探施工。为了弥补钻机处理事故强力起拔能力低的弱点，现场配备了液压千斤顶，起拔能力75t。
2孔身结构
全孔绳索取心钻进。使用122mm(PQ)口径开孔，下108mm套管隔住第四系，以96mm口径终孔。下套管过程中，在108mm套管入岩部分的外壁上涂抹黄油，并密封好孔口，为便于终孔后起拔套管。
3钻进参数选择
钻压:孕镶金刚石绳索取心钻头压力的确定，按照单位压力40～80kg/cm2计算。宝长年LF70钻机孔底压力的确定需要读到钻压表上的两个数值。开始钻进时，将油缸慢速给进控制阀至于钻进位置，钻具缓慢回转向孔底接近但未接触孔底时(悬吊状态)，钻压表显示的值为孔内钻具总重量与油缸下行给进力之和。当钻头完全接触孔底时，由于存在地层反作用力，钻压表显示的数值会减小为另一个值，这两个数值的差值称为失压值，失压值乘以油缸有效面积(45cm2)即为孔底钻压。一般来说，在一定范围内钻速是随着钻压的增大而增加的，但与此同时，单位进尺金刚石的耗量也随钻压的增大而增大［1］。过大的钻压会使金刚石耗量急剧增大，导致钻头使用寿命降低，影响绳索取心工艺优势的发挥。转速:金刚石钻进是以高切削频率表面疲劳破碎和小体积量体积破碎为主要碎岩机理，所以转速是金刚石钻进工艺中保证钻进效率的重要因素。对于转速的确定，按普通金刚石钻头钻进的圆周速度(孕镶钻头1.5～3.0m/s)计算转速。根据地层情况，岩石完整时，可适当开较高的转速，当地层复杂时，要将转速控制在一定的范围内。泵量:绳索取心钻进时钻柱与孔壁之间的环空间隙小，冲洗液上返流速快，加之孕镶金刚石钻头所切削出的岩屑粒径极小，所以一般而言，泵量的大小只要保证钻头冷却、能够排出岩屑即可，过大的泵量除了会抵消一定的钻压以外，还极易冲垮松散破碎地层，导致岩心缺失，不利于钻进。钻进参数的具体选择可参见表1。
4冲洗液的配制及维护
根据钻孔在不同孔段岩层变化及孔壁的完整程度，及时、灵活、有效地选用和调配使用不同类型和性能的冲洗液，并适时做好冲洗液的净化、监控及维护管理工作，是保证顺利钻进的首要条件［2］。开孔钻进第四系覆盖层时，冲洗液配方为1m3水+2%磺化沥青(DLSAS)+2‰PAM。通过现场使用发现，DLSAS在覆盖层岩心表面形成一层薄而韧的泥皮，岩心自内管取出时几乎为一个整体，证明DLSAS具有极佳的防塌护壁护心效果。钻进完整地层时，使用无固相冲洗液，配方为1m3水+1‰～2‰PAM。使用无固相冲洗液时，常由于岩屑沉淀不佳而导致沉淀箱中的冲洗液变成岩粉浆，从而导致泵压高、孔内岩粉无法排出，甚至发生烧钻事故，影响正常钻进。现场解决这个问题的方法除了合理布置地面循环系统外，还应要求班组勤换冲洗液，勤加清理沉淀箱以保证正常钻进。钻进酥松破碎、胶结性差、缩径等遇水不稳定地层时，对冲洗液的要求更高。要保证冲洗液失水量低、一定的粘度、良好的抑制性和剪切稀释性。现场使用腐植酸钾(KHm)－磺化沥青(DLSAS)－高效植物胶复合低固相泥浆作为复杂地层冲洗液，配方为4%钠土+1‰HV－CMC+4‰KHm+1%DLSAS+2‰植物胶。在配置时，按照先无机、后有机的顺序加入，并保证有充足的搅拌时间。该配方在钻进酥松破碎的碳质绢云千枚岩时取得了理想的应用效果。此外，钻进时，将转速控制在400r∕min之内，将有效消除钻杆内固相颗粒挂壁结垢问题。设置冲洗液循环系统时，要保证循环槽的长度、坡度及档板数量。防止冲洗液在循环槽中流速过高、冲洗液所携带的岩粉无法通过降速与结构破坏作用而顺利的净化沉除［3］。
5钻孔漏失治理
在勘探区上下两岩组的钻进过程中，均出现了不同程度的漏失情况，我们以“预防为主，随钻堵漏”作为解决钻孔漏失的主导思想，以801堵漏剂作为主要堵漏材料，根据经验，提前判断漏失层位，在冲洗液中加入一定量的801随钻堵漏剂预防漏失。当出现钻孔漏失时，视漏失量的大小，加入1%～4%的801随钻堵漏剂，1%的磺化沥青粉，并增加PAM的含量，配置成高粘浆液随钻堵漏。在勘探区使用该方法进行钻孔漏失的治理，实用性与经济性俱佳。
6钻头的使用
根据在矿区地层岩石硬度、研磨性及完整度，并结合实际使用经验，基本以8#Q系列绳索取心半合管底喷钻头作为主打钻头。在厚度较大、完整、硅化严重的白云质大理岩及白云质条带状大理岩时，则选用胎体硬度较低的10#钻头，底唇面均为尖齿环形。使用新金刚石钻头时要进行初磨，一般先轻压(正常钻压的1/3以内)、慢转(200r/min左右)5～10min，再采用正常钻进参数进行钻进。在每个回次钻进开始时，也要对钻头进行磨锐。
7测斜与岩心定向技术
使用单点照相测斜仪，仪器罗盘技术参数:斜孔方位角0～360°，倾角0～90°，直孔方位角0～360°，倾角0～90°。该仪器具有结构简单、使用方便、测量精确度高等特点。为便于测斜，在测斜仪外保护管上焊接了可以直接与打捞器钢丝绳接头连接的母扣，有效减少了测斜辅助时间。为了适合在斜孔内测量，在测斜仪外保护管上部加工了扶正器，使测斜仪可以探出钻头并悬吊在钻头内台阶处进行测量，保证了测量数据的准确性。2011年，使用HQ\HQ3ActⅡ型随钻岩心定向仪，共完成钻孔60个，在其中57个钻孔共3848个回次进行了岩心定向，有3472个回次定向操作成功，岩心定向成功率达到了90%。该仪器是设计与HQ\HQ3绳索取心钻具配合在斜孔中使用的岩心定向仪器，当HQ3口径钻进时可以通过连接在内管总成上的ACT测量仪器(定向工作仪)进行岩心定向测量工作，回次钻进结束后将内管打捞起来，使用地表控制仪器与ACT测量仪器对接，经过数据对比后可确定出岩心管内岩心在孔内原始状态下重力低边的位置，从而完成对岩心实际空间产状的测量。每套仪器可配备两套HQ3内管总成使用，除增加一定的操作辅助时间外，对钻进深度和纯进尺速度没有任何影响。
8上岩组酥松破碎、断层泥岩段施工工艺
使用HQ3半合管+底喷钻头钻进工艺。在使用时，内管与钻头台阶的距离要小于普通绳索取心内管与钻头台阶的距离，在1mm以内，保证足够的冲洗液由钻头底面喷嘴流出，不会冲刷岩心导致岩心缺失;在取心率低的地层采用短回次(0.5～1.0m)、低参数钻进(钻压≯10kN，转速≯400r∕min，泵量≯70L∕min)，以保证采取率;发生岩心堵塞要立即打捞内管，保证岩心不磨损、不烧钻;起下钻速度要均匀，不可猛起猛放，下钻时，应先下外管，再下内管，以防止抽吸压力过大从而增加孔壁失稳的可能性，保证孔壁稳定;使用腐植酸钾(KHm)－磺化沥青(DLSAS)–高效植物胶、复合低固相泥浆为冲洗液，并保证冲洗液的性能，严禁与PAM无固相冲洗液在裸眼状态下频繁更替使用;及时回灌冲洗液，保证液柱压力能够平衡孔壁应力;
9下岩组硬岩层施工工艺
使用胎体硬度相对较软的10#钻头钻进。适当加大钻压强迫钻头进尺，迫使胎体磨损金刚石出露，待正常后立即恢复原来钻压，但要注意过度加压会导致钻孔弯曲度增加;磨料选用机场周围挑选的未风化的石英岩，碎至6～7cm3，一般一次投入10～15粒，保证孔底压力12kN左右，低转速、小泵量，10～20转后将钻头提离孔底，反复8～10次后再正常给水钻进［4］。孔底磨钻头法效果明显，但钻头磨损很快，使用需慎重，且辅助时间长、成本高，投入时应将磨料逐一投入，不可一次性全部投入，以免在钻杆内架桥。
