硬質合金噴嘴—離子體活化燒結

等離子體活化燒結(Plasma Activated Sintering,簡稱PAS)是利用開關直流脈衝電壓在粉末顆粒間或空隙內產生瞬間的高溫等離子體。而等離子體是一種高溫、高活性離子化的電導氣體,能產生4000-10000K的高溫。也正因為其這樣的特性,等離子體能迅速消除粉末顆粒表面所吸附的雜質和氣體,促使物質產生高速度的擴散和遷移,從而有效地降低燒結溫度,加快燒結的整體過程,極大地提高了燒結的效率。與自蔓延高溫合成和微波燒結相似,它也是利用粉末內部產生的熱量而實現快速燒結的工藝。

硬質合金噴嘴等離子體活化燒結工藝技術總的概括起來有四個主要階段
1.對粉末施加單軸向的壓力;
2.通脈衝電流放電產生等離子體對粉末顆粒進行活化作用;
3.用直流電對樣品進行電阻加熱至所需溫度並保持一段時間;
4.最後消除應力的階段。

而其中的第三階段就是放電等離子體燒結與等離子體活化燒結工藝最大的不同之處,SPS工藝主要依靠脈衝電流進行加熱,在整個燒結的過程中並沒有使用到直流電作為熱源。與常見的熱壓燒結法、無壓常規燒結法、熱等靜壓燒結法相比,硬質合金噴嘴等離子體活化燒結具有許多優勢。其中較為突出的就是它採用直流電直接對粉末材料和石墨模具進行加熱,而且採用開關直流脈衝電壓使顆粒之間或空隙內產生高溫活化等離子體。這樣一來操作更為方便並且在燒結過程中可更為精確地控制燒結能,在材料內部進行均勻加熱,提高了熱傳導效率,提高了材料的緻密性。此外,PAS法可提供的工作壓力範圍和燒結溫度可控範圍更廣,能有效抑制晶粒的長大,保持原始顆粒的微觀結構,目前在梯度功能材料、金屬間化合物、微晶材料、超導材料、纖維強化材料等用常規燒結法較難製備的材料中得到了較為廣泛的運用。

硬質合金噴嘴圖片

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鎢絲性能

鎢絲燈泡圖片鎢絲圖片鎢絲常用於白熾燈燈絲,因其具有良好的高溫使用性能、室溫使用性能和絲徑一致性等特點。

高溫使用性能
鎢具有良好的高溫性能,鎢絲的工作溫度在2300~2800℃之間。早期,鎢絲燈泡壽命較短,其主要是應為鎢燈絲的工作溫度超過了其再結晶溫度,導致燈絲出現了下垂現象,導致燈泡失效。為了解決該問題,在鎢的粉末冶金過程中摻雜了少量的矽、鉀、鋁等氧化物,其含量不超過1%,制得新型高溫摻雜鎢絲。這種新型的高溫鎢絲可以改善純鎢絲下垂現象,其原因主要是摻雜鎢絲的再結晶溫度較高,且其晶體結構呈長條狀互相搭結的粗大晶粒,能夠大大提高其高溫抗下垂的能力。

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鎢銅FGM粉漿澆注法

鎢銅FGM粉漿澆注法是將原料粉末均勻混合成漿料,注入模型內乾燥後進行連續控制漿料配比,從而形成成分連續變化的工藝。其屬於無壓成型工藝中的一種,最早起源於陶瓷工業中,直到上世紀40年代才開始在鎢、鉬、硬質合金和金屬陶瓷等硬脆粉末的成形中應用。1956年用來成形不銹鋼件。現在已用於製造纖維增強高溫合金如鎢合金纖維增強鎳基高溫合金,噴氣發動機部件如渦輪葉片和燃氣室零件等。

鎢銅FGM粉漿澆注工藝包括製備粉漿和模具、澆注、注件乾燥3個階段。粉漿由金屬粉末或纖維與母液構成。對粉漿的要求是具有一定的濃度(粉末重量占40%~70%);粉末與母液潤濕良好,顆粒表面不粘附氣體;粉漿均勻懸浮不沉降等。用於粉漿澆注的原料粉末以細粉為宜,粒度常為5~10tim。母液是各種添加劑與水的混合液。添加劑有多種成分,包括粘結劑、分散劑、懸浮劑(穩定劑)、除氣劑和滴定劑等。它們各有其作用。粘結劑可粘結粉末,提高注件強度,常用藻肮酸鈉、聚乙烯醇。分散劑和懸浮劑可防止顆粒聚集,改善粉末與母液的潤濕,形成穩定的懸浮液。

影響鎢銅FGM粉漿澆注的因素有金屬粉末特性如粒度、形狀、粉漿特性(固液比、pH值、添加劑等)、熱處理特性(注件在模內和出模後的乾燥速度以及模具的孔隙度等)。為了得到不同類型的注件,粉漿澆注有實心澆注和空心澆注兩種工藝。前者採用儲存器或其他方法補充料漿,以使模具中完全充滿料漿而得到實心注件;後者是控制粉漿的靜置時間,當模壁上形成的粉層厚度適當時,將多餘粉漿倒出而得到空心注件。

鎢銅棒圖片

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鎢銅FGM噴射沉積技術

鎢銅FGM噴射沉積技術,也叫噴射成形技術,是近30年來發展起來的一種利用快速凝固技術直接製備金屬材料坯料或半成品的先進成型技術。主要由熔融金屬的氣體霧化、霧化熔滴的沉積等連續過程組成。鎢銅FGM噴射沉積技術主要包括以下幾個步驟:
噴射軋製:噴射沉積形成連續的帶材產品,隨後進行熱軋或冷軋;
噴射鍛造:目的在於生產供熱鍛用的噴射鑄造預型坯,或者在噴射鑄造中空坯後擠壓;
離心噴射沉積:熔融金屬被離心霧化,沉積在冷襯底上,由襯底上可取下形成的大管子;
噴射塗層:塗層結合在襯底上,同時噴射噴丸,可制得全緻密熱加工的無應力沉積物。鎢銅FGM噴射沉積技術的最主要優勢在於能夠製造大型薄壁零件和獲得連續帶材,可得到細晶粒和性能優異的材質,節約能源,降低成本。

噴射沉積的基本原理是:熔融金屬經導流管流出,被霧化噴嘴出口的高速氣流破碎,霧化為細小彌散的熔滴射流;霧化熔滴射流在高速氣流動量作用下加速,並與氣流進行強烈的熱交換;到達沉積表面以前,小於某一臨界尺寸的熔滴凝固成為固體顆粒,較大尺寸的仍然為液態,而中間尺寸的熔滴則為含有一定比例液相的半凝固顆粒;這些大大小小凝固程度不同的熔滴高速撞擊沉積表面,並在沉積表面附著、鋪展、堆積、熔合形成一個薄的半液態層後順序凝固結晶,逐步沉積生長成為一個大塊緻密的金屬實體沉積坯。總的來說,噴射沉積技術實際上是通過兩個過程完成的。第一步是採用噴射技術將合金液霧化成細小的液滴。這些液滴在飛行過程中散熱,獲得一定的過冷度,甚至發生部分凝固。在完成凝固之前在基板上沉積並進一步冷卻、凝固,完成第二個過程,即快速凝固過程。

鎢銅電子封裝片圖片

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鎢銅材料自蔓延高溫合成法

鎢銅材料自蔓延高溫合成法(self-propagation high-temperature synthesis,簡稱SHS),又被稱為燃燒合成(combustion synthesis),其是利用反應物之間高的化學反應熱的自加熱和自傳導作用來合成材料的一種技術。當反應物一旦被引燃,便會自動向尚未反應的區域傳播,直至反應完全,是製備無機化合物高溫材料以及功能梯度材料(FGM)的一種新型工藝方法。

燃燒引發的反應或燃燒波的蔓延速度很快(0.1~20.0cm/s,最高可達25.0cm/s),燃燒波的溫度或反應溫度(通常都在2100~3500K以上,最高可達5000K)。SHS以自蔓延方式實現粉末間的反應,與製備材料的傳統工藝比較,工序減少,流程縮短,工藝簡單,一經引燃啟動過程後就不需要對其進一步提供任何能量。由於燃燒波通過試樣時產生的高溫,可將易揮發雜質排除,使產品純度高。同時燃燒過程中有較大的熱梯度和較快的冷凝速度,有可能形成複雜相,易於從一些原料直接轉變為另一種產品。並且可能實現過程的機械化和自動化。另外還可能用一種較便宜的原料生產另一種高附加值的產品,成本低,經濟效益好。

鎢銅SHS燒結可採用以下3種方式進行:
1.直接在空氣中燃燒合成;
2.將經過預先熱處理的鎢銅混合粉末放在真空反應器內進行合成;
3.在充有反應氣體的高壓反應容器內進行合成。
此外,為了進一步提高鎢銅材料的緻密度,發展了多種自蔓延高溫合成材料的合成與緻密化同時進行的一體化技術,如SHS緻密化技術以及SHS焊接技術。

鎢銅電極圖片

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