切削加工中切削热的利用

在金属切削过程中,刀具与工件基体和切屑之间的摩擦,挤压将会产生大量的热,引起刀具磨损并降低刀具的寿命,例如加工钛合金时，切削产生的热量不易传出，导致刀具磨损，因此必须采取相应的措施降低切削温度。目前大都采用切削液，但是会造成污染。如果能够利用起来不仅有利于切削而且节约了能源。目前凡是利用热能来发电的，都是先把热能转化机械能再转化为电能，设备复杂，成本高，热效率低，严重污染环境。因此可以设计一种热发电机（由热能直接转化为电能），利用身边的热源直接发电，以实现设备的小型化，提高热效率，也便于普及。

自1864年塞贝克发现热的温差电现象后，人们一直想利用此现象来研制一种由热能直接转化为电能的机器，但至今还是没有成为现实。根据电流的热效应及塞贝克效应：在电流的热效应中，电源把自身的电动势加在导体两端时，向导体中不断提供高电动势的自由电子，这样这些高电动势的自由电子在电场力的作用下，电子的电势能逐渐转化为动能，进而转化为热能。而在塞贝克效应中是由于两种金属在接触面处热电子浓度不一，多数热电子在接触面处的相互迁移，由此建立了一个接触电势差，最终靠少数热电子在电场中的漂移来形成电流。但在塞贝克效应中的电场是靠两金属中浓度不一的多数热电子相互扩散迁移形成的，当温度升高，两金属中热电子浓度都会增大，但它们之差值的增值相比之下就要小得多，由此所形成的电场是非常微弱的，当这种外在因素受到某种程度上的限制时，这种能量的交换变得更加缓慢，多数的热电子已参与相互迁移形成电场去了，只有少数的热电子在如此微弱的电场中发生漂移。参与形成电流的热电子数量也受到限制。由于受诸多原因的制约，要想利用塞贝克效应来大规模发电，理论上可行，实际中就很难实现了，所以要想研制出这种由热能直接转化为电能的热发电机，可能要另辟蹊径了。

在现实生活当中，有些非金属氧化物（如碳酸钙）加热到一定程度时，会有热电子从它表面逸出形成游离态的自由电子，此现象实际上是一种由热能直接转化为电能的现象，利用此现象是可用来发电的，如果让这种具有发射热电子的非金属氧化物处于电场中，使从中逸出的热电子在电场力的作用下，作加速运动，被一块电子收集板收集，这样这块电子收集板就收集了大量的多余的电子，多余的电子经外电路用电器再回到热电子发射物中，形成电流的回路，从而可以实现由热能直接转化为电能。

热发电机的基本结构包括烧瓶状的受热体，绝缘导热膜，导电网，附着在导电网上的热电子发射物，电子收集板，排气阀，提供激励电场的激励源等。其中受热体是一个含有空腔的密闭形壳体，壳体的顶部是排气孔，可以将空腔随时抽成真空，空腔的中央内是电子收集板，激励源的正负极可通过引线分别与电子收集板和受热体相连，这样在它们两者围成的空间中形成一个加速电场，便于能量的交换；壳体侧表面紧贴一层绝缘导热膜，绝缘导热膜上是附着有热电子发射物的导电网；对外供电时分别由导电网和电子收集板经引线导出，这样电子收集板即是激励源的正极又是对外供电电源的负极，它们的另一极也被绝缘导热膜隔开，互不干扰。

通过某种导热装置可以把刀具上的热量传递至受热体，然后由绝缘导热膜经导电网传递给热电子发射物，当温度升高到一定的程度时，就会有大量的热电子克服原子核的束缚从其表面逸出形成游离态的热电子，这些游离态的热电子正好处在电势低的位置，因此刚逸出的热电子具有较高的电势能，在电场力的作用下，高电势能逐渐转化为电子的动能。热电子在电场力作用下获得的动能是热电子发射物受热激发后，由热能转化为电势能，再在电场力的作用下转化为动能的。中性的热电子发射物是没有电势能的，只有受热激发后，逸出表面的游离态的热电子才具有电势能。电子的电势能转化为电子的动能是靠电场力做功来实现的，但并不需要提供电场的电源来提供，电场在这里只是提供能量交换的场所和条件。这样热电子获得动能后朝电子收集板一方作加速运动被它捕获，使电子收集板上积累了大量的多余的电子，就形成了对外供电电源的负极。当受热体继续加热，大量的热能进一步转化为游离态的热电子电势能，热电子电势能在电场力的作用下又进一步转化为电子的动能直到又被电子收集板捕获，此时电子收集板就可源源不断地向外提供具有一定电势能的自由电子，这些自由电子经外电路又回到导电网上的热电子发射物中，形成电流的回路对外输出一定功率的电能。从而实现了由热能直接转化为电能。

由于条件限制这种热发电机还仅是一个设想。还需进一步努力。一旦成功将对整个行业产生重大影响。

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