燒結溫度與氣氛對三氧化鎢陶瓷熱電性能影響1/2

三氧化鎢(W03)陶瓷是n型熱電材料,熱電材料在熱電發電以及製冷設備上已經得到廣泛應用,熱電發電具有體積小、無污染、噪音小等特點,今後有可能會替代部分傳統的化石能源發電方式,所以研究提高三氧化鎢陶瓷的熱電性能的方法具有一定的意義。WO3陶瓷是由WO3經過研磨、與PVA混合成漿料、漿料再經過乾燥、造粒、壓片以及燒結出陶瓷。本文主要從生產工藝參數中的燒結溫度與燒結氣氛入手,結合實驗資料,分析最合適的工藝參數。
不同烧结温度下三氧化钨陶瓷
 
主要從陶瓷晶粒尺寸、緻密度、電導率、賽貝克係數以及功率因數這五個方面來分析燒結溫度對三氧化鎢陶瓷造成的影響。
 
WO3陶瓷在燒結過程中WO3陶瓷的晶粒大小會隨著燒結時的溫度升高而變大,同時燒結過程中受到蒸汽壓影響,WO3陶瓷緻密性也隨著溫度改變而變化,當溫度為1100℃時,緻密度達到最大,當溫度大於1200℃時,陶瓷會出現揮發現象,品質會下降並且失去原有形狀,所以一般採用1100℃作為燒結溫度。經過對不通溫度下燒結的陶瓷進行電導率測試,發現電導率與燒結溫度成正相關關係,燒結溫度為1150℃時電導率為最大,同時也發現了燒結溫度為1150℃時,陶瓷的晶粒尺寸最大。實驗所採用的陶瓷材料成分、載流子種類和濃度都差別不大,經分析,電導率大小影響因素主要在微觀結構上,較大的晶粒具有更大的載流子遷移率。根據賽貝克效應係數,燒結溫度為1100℃的熱電WO3陶瓷,當工作溫度為750℃時,相比其他燒結溫度的陶瓷,具有最大的賽貝克係數絕對值。功率因數是通過電導率與賽貝克計算得出的,通過計算燒結溫度為1100℃的陶瓷工作在750℃時功率因數最大。
 
綜合上述的五種資料,分析得出想要WO3陶瓷具有最佳的熱電性能最佳燒結溫度為1100℃。
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三氧化鎢熱電材料

热电效应示意图隨著科技與社會的發展,人們已經意識到能源危機,傳統的化石能源經過長期不斷地開採不但日益減少,而且這些化石能源的大量使用對環境造成巨大污染,因此開發新型的環保能源已經成為科學研究的重中之重。
 
電熱材料是一種新型能源材料,相對傳統能源具有體積小、無噪音、無污染、壽命長等特點。熱電材料能作為電能與熱能轉換的仲介材料,只要材料兩端存在電勢差,材料中就會出現溫差,而且這種電熱轉換是可逆。傳統的熱電材料按工作環境主要分為三種:低溫區的Bi-Te-Sb合金;中溫區的Mg-Si合金;高溫區的Si-Ge合金,這些傳統熱電材料具有較高的ZT值(優值係數,係數越高熱電轉換效率越高),而且具有成熟的製備工藝,已被廣泛應用於熱電發電與製冷裝置中。研究者們逐漸發現一些新型的熱電材料,雖然這些材料具有更高的ZT值,但是大部為具有毒性以及貴重元素組成分的金屬合金,使用這些材料會加重環境的負擔。
 
三氧化鎢(WO3)是一種重要的高技術材料,在電致變色、光降解催化、氣體檢測等多領域具有很強的應用潛力,同時WO3是一種n型熱電材料。目前熱電材料研究現狀為P型熱電材料性能普遍優於n型材料,但是製作熱電器件必需p型與n型相匹配。早期研究證明WO3經過摻雜能使其熱電性能得到提升,如果發現一種能顯著改善WO3熱電性能的摻雜物以及最佳的工藝參數,則有可能將WO3應用於熱電材料領域。
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鎢合金屏蔽材料在核電廠中的應用

核電廠指的是利用核裂變或核聚變反應所釋放的能量產生電能的發電廠,核反應堆(維持可控自持鏈式核裂變反應,以實現核能利用的裝置)是其最關鍵的設備。核電廠在生產清潔可持續利用的核能源的同時也帶來了壹系列的輻射問題,而這些輻射對環境,乃至人體健康往往都會造成很大的傷害,特別是壹些輻射較強的放射源。因此對於核電廠來說,屏蔽放射源的輻射跟生產核能必須同時重視和兼顧。
 
核電廠對於有害輻射源的屏蔽防護措施可以歸納為兩個,即外照射防護和內照射防護。外照射防護措施主要包括:
 
1、屏蔽防護:即利用射線穿透物質時會減弱的特性有效選擇該穿透物質作為屏蔽物設置在輻射源與人體之間從而達到屏蔽輻射的目的。鎢合金屏蔽材料由於其高密度特性使其在射線吸收能力占有絕對的優勢,利用鎢合金屏蔽材料制成各類的屏蔽件即可降低輻射水平,保證核電廠工作人員的人身安全。
2、距離防護:距離防護顧名思義就是擴大放射源與人體的距離從而達到防護的目的,但這種方法比較難保證人體可以在壹定的距離範圍中就不受輻射。
3、時間防護:時間防護措施就是減少人體在放射源危險範圍內停留的時間。
4、源強防護:將壹定量的屏蔽物質包裹於輻射源中,以此來減弱核輻射源強,從而起到屏蔽防護的作用。該屏蔽物質也可以用鎢合金材料來制成,其優勢與屏蔽防護措施壹樣。
鎢合金屏蔽板
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超細納米硬質合金簡介

如何平衡普通結構硬質合金的耐磨性和韌性一直是硬質合金研究的一個重要方向。在新的一些研究中發現在硬質合金粘結相(如鈷Co)含量不變的情況下,碳化鎢(WC)硬質相的晶粒度減小為0.8μm以下時,相應的合金的硬度和強度都有著一定的提升,且晶粒度進一步減小,提升的效果也愈發明顯。因此,超細納米硬質合金也逐漸成為如今硬質合金領域的一大熱點。目前一般所指的納米晶硬質合金為250nm以下的納米結構的硬質合金,而完全固結後晶粒尺寸小於30nm的硬質合金還處於研發階段,未真正得到實際的推廣使用。

超細納米硬質合金的出現給硬質合金的硬度和強度間存在的矛盾提供了新的解決途徑,兼具高硬度和高強度的超細納米硬質合金在加工一些硬脆材料時顯示出普通結構硬質合金無法比擬的性能優勢,如超細納米硬質合金WC-Co其硬度可達HRA93,而橫向斷裂強度大於5000MPa,極大地滿足了現代加工工業以及一些特種材料加工領域的高要求,尤其適用于高負荷、高應力磨損、對銳利和剛性要求較高的工具和模具,具有代表性的如PCB(印刷電路板)微鑽和微銑刀、整體硬質合金鑽頭等一些高端領域產品。

然而超細納米硬質合金還存在著一些問題亟待解決。一般來說,傳統硬質合金的晶粒尺寸越細,其硬度相應變高,但斷裂韌性有所下降。這就使得當晶粒減小到一定程度時,如達到納米尺寸時,斷裂韌性是否下降很多,目前的研究尚存在一定的不確定性。有研究表明,當硬質合金晶粒細化到納米級時,其力學行為和性能會發生難以預料的的變化。

超細納米硬質合金铣刀

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昆明泛亞有色金屬交易所被立案偵查,涉及金額430億

涉及22萬投資者、金額高達430億元的泛亞事件已被昆明警方正式立案偵查。昨日,昆明市人民政府發佈通報稱,昆明泛亞有色金屬交易所股份有限公司在經營活動中涉嫌違法犯罪問題,公安機關已依法立案偵查。
由中共昆明市委、市人民政府主辦的昆明信息港發佈的《關於昆明泛亞有色金屬交易所股份有限公司有關情况的通報(八)》顯示,昆明泛亞有色金屬交易所股份有限公司在經營活動中涉嫌違法犯罪問題,公安機關已依法立案偵查。
通報稱,昆明泛亞有色金屬交易所股份有限公司出現兌付危機以來,雲南省委省政府一直高度重視,立即責成昆明市和省有關部門成立專項工作組,進行調查核實。昆明市政府迅速組成專項工作組,全力開展各項工作。現時相關工作正在積極進行中,進展情况將適時予以通報。
資料顯示,泛亞事件波及22萬投資者,金額高達430億元,影響巨大。泛亞事件是由該交易所旗下一款產品“日金寶”所引發的。該產品是一款資金隨進隨出、年化約13%、每日結息實时到賬的項目,豐厚的收益吸引了眾多投資者。
 
然而从今年4月开始,投资者的资金开始无法取回,泛亚逐步限制交易,到了7月就连投资者存放在泛金所账户的个人资金也遭到“冻结”。随后,泛亚事件不断升级,其模式更暴露出庞氏骗局、不规范经营、挪用资金等质疑。近日有消息称,泛亚实际控制人单九良已失联。泛亚事件反映出目前交易所市场的混乱,近年来诸如泛亚兑付危机这样的事件频频上演。

 

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仲鎢酸銨粒度控制與粗晶生產

結合我國鎢酸銨蒸發制取APT設備的特點,就鎢酸銨溶液沸騰蒸發結晶制取APT的工藝過程,在微還原氨氣氛中利用溶液的過飽和介穩區概念,加晶種誘發成核,控制晶粒生長速度,同時改變雜質Si、P、As、Mo在晶體與母液中的分配比,達到淨化雜質提高APT純度的目的。並描述加晶體、補加溶液蒸發結晶工藝,淺談制取均勻APT、粗晶APT工藝過程及原理。
 
1.APT工藝採用加晶種與定量補加AT溶液維持晶體生長的介穩狀態真空沸騰蒸發法可獲得均勻粒度、粗晶APT產品。
 
2.結晶過程能改變雜質(P、Ag、Si、Fe、Mo)在APT和母液中的分配比,並能強化對雜質的淨化作用。
 
3.結晶過程中按晶體長大溶質需要量,補加AT溶液既能保證粒度要求,又能更好的達到控制粒度制取APT(50μm以上鎢絲行業所需APT)的目的,而且能充分提高罐體有效利用率,節能,產量高,便於實現按程式自動控制結晶全過程。
 
典型加晶種沸騰蒸發舉例
鎢酸銨溶液為黑鎢精礦堿壓煮,蒸取AT溶液,減壓真空蒸發:
真空度-2.6~-4kPa,容積1m3(搪瓷罐)初始AT溶液比重1.20-1.24,操作溫度89-92℃,當溶液比重蒸發至1.28-1.30,游離氨由21g/L降至12g/L時,加1-2%晶種使其瞬間成核,晶體長大時間5-6小時,補加溶液速度0.3L/min,APT篩分析粒度集中在140-170目之間,平均粒度20-44μm,松裝比重2.18-2.70g/cm3,晶體形貌如圖2所示,X光衍射分析系屬單斜晶。與美Aamx公司APT樣品(圖1)SEM照片的形貌對照,本方法生產的APT規整、粒度均勻。

SEM

AT蒸發加晶種所得的APT產品
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稀土市場弱穩,實際成交稀少

今日稀土市場弱穩,市場雖偶有低價報出,但下游低價採購困難,處於回籠資金需求,採購量也有所收縮。實際成交稀少,市場仍觀望為主。
今日報價
氧化鑭廠家含稅價9600-11700元/噸。
氧化鈰主流廠家含稅價9600-10700元/噸。
氧化鐠主流廠家含稅價305000-315000元/噸。
氧化釹250000-260000元/噸。
氧化鐠釹主流廠家含稅260000-262000元/噸。
鐠釹金屬主流廠家含稅價333000-337000元/噸。
螢光級氧化銪主流廠家含稅價600-650元/千克。
螢光級氧化鋱主流廠家含稅價2430-2440元/千克。氧化鏑主流廠家含稅132-135萬元/噸。
鏑鐵廠家含稅價137-139萬元/噸。

 

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鎢原料採購需求降低,APT價格小幅回落

鎢原料採購需求降低,APT價格小幅回落;鉬原料升溫後平穩,終端消費較為冷清。
 
鎢市場行情:臨近年底,鎢市場對原料採購需求更低,鎢精礦上漲勢頭暫被遏制,主流價格暫維穩,但APT價格現回落迹象、或有小跌風險。
 
鉬市場行情:鉬原料升溫後平穩,市場出貨無增但供應亦沒有明顯增加,鉬鐵市場價格高低不一,價格主要集中在5.5-5.8萬元/噸。鉬終端消費較為冷清,市場除雖成本價格提升意外無太大波動。鉬近期持續穩健。

 

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三氧化二鉍(Bi2O3)摻雜三氧化鎢陶瓷2/2

摻雜Bi2O3影響WO3陶瓷的燒結性能。摻雜Bi2O3的WO3陶瓷,當摻雜濃度在0.2mol%並且燒結溫度為1100℃左右時,WO3陶瓷相對密度可達到91%左右。當Bi2O3的摻雜濃度大於0.2mol%繼續提高時,WO3陶瓷的緻密度會快速下降;陶瓷燒結溫度小於1100℃之前,陶瓷的緻密度隨著燒結溫度增加而逐漸增加,但當燒結溫度高於1100℃,陶瓷緻密度也會出現迅速下降的情況;最佳的燒結時間為2h,延長燒結時間反而會使陶瓷緻密度降低。經分析,產生這種現象的主要原因為:WO3熔點為1273℃,Bi2O3熔點為860℃,燒結溫度過高時昇華形成了兩種物質分壓,阻礙WO3陶瓷的緻密行為,降低緻密度。
 
摻雜Bi2O3影響WO3陶瓷的電學性能。與沒有摻雜的WO3陶瓷相比摻雜Bi2O3後的WO3陶瓷壓敏電壓快速下降,可以認為由於摻雜使得陶瓷晶粒快速生長從而引起壓敏電壓下降。摻雜Bi2O3的WO3陶瓷燒結溫度為900℃時,WO3陶瓷不具有壓敏特性,900℃到1100℃之間壓敏系述隨著溫度增加而變大,在燒結溫度為1100℃時的壓敏係數達到最大,燒結溫度大於1100℃之後,壓敏係數隨著溫度上升而減少,直到消失。當摻雜的Bi2O3濃度為0.5mol%、燒結時間為2h,燒結出的WO3陶瓷壓敏係數最大。
 
摻雜Bi2O3對WO3陶瓷的微觀結構具有顯著影響;摻雜能起到助燒結的作用,促進陶瓷的燒結;摻雜能改善陶瓷的壓敏特性。
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三氧化二鉍(Bi2O3)摻雜三氧化鎢陶瓷1/2

三氧化鎢(WO3)陶瓷與氧化鋅(ZnO)系陶瓷都是壓敏陶瓷,但是二者的區別在於WO3陶瓷不需要摻雜,本身就存在壓敏特性;而不含Bi元素的ZnO系陶瓷本身是不具備壓敏特性。三氧化二鉍(Bi2O3)在陶瓷燒結中變成一種特殊的螢石結構,相當於氧的快離子運輸通道,在晶界中形成氧富集作用,形成表面態進而形成晶界壁壘,然後產生壓敏特性。由於Bi2O3熔點為860℃,熔點較低,Bi的原子半徑比較大,能在燒結過程中起到助燒結作用能,改善WO3陶瓷的電化學穩定性及其緻密度。
 
摻雜Bi2O3影響WO3陶瓷的微觀結構。Bi2O3摻雜WO3陶瓷,當摻雜數量較小時,只存在單一的WO3相;當摻雜的濃度大於0.2mol%時就會開始出現第二相,為Bi2WO6相;隨著摻雜量的逐漸增加Bi2WO6相的含量也在逐漸增加。Bi2WO6相的量隨著燒結溫度逐漸增加,燒結溫度為1200℃時,由於燒結過程中發生固相反應,以至於WO3相幾乎消失了。Bi2O3摻雜可以促進WO3陶瓷晶粒快速的生長,結構緻密,氣孔減少,而且摻雜高濃度的Bi2O3會在晶界形成第二相Bi2WO6,增加燒結溫度與燒結時間能促進WO3陶瓷晶粒的生長,形成更多的Bi2WO6相。根據分析得出:摻雜Bi2O3能在燒結過程中形成的液相作用於燒結過程中存在的缺陷反應,兩個原因促進了燒結過程中物質的傳輸作用,最終為陶瓷晶粒的生長提供了能量。不同烧结时间三氧化钨陶瓷
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