複合稀土鎢電極商用焊機測試

在實驗過程中採用的是晶閘管控制直流TIG焊接電源,其型號為YC-300TSPVTA,測試的電子碼錶型號為TREREX。遊標卡尺型號為025,編號096583,電子天平型號為AEL-200,數字萬用表型號為Bestillingsnr。

引弧性能:
操作規範:鎢絲直徑為2.4mm,尖部錐角45°,鎢電極伸出長度為8mm,引弧電流80A,電弧持續時間為10S,弧長為3mm,重複30次,氬氣流量為8L/min,直流正接。

測試結果:複合電極在30A、80A和150A焊接電流下,重複引弧30次皆引弧成功,其成功率為100%,具有良好的引弧性能。

電弧靜特性曲線:
操作規範:鎢絲直徑為2.4mm,尖部錐角45°,鎢電極伸出長度為3mm,弧長為3mm,氬氣流量為8L/min,採用直流正接,鎢絲為陰極,水冷紫銅為陽極。

測試結果:從測試結果圖4-24可知,複合電極的靜特性曲線低於釷鎢電極,說明其具有較低的逸出功和較強的電子發射能力,因此其具有較好的焊接性能。

電極燒損率:
操作規範:電極直徑為2.4mm,焊接電流180A,電弧持續時間20min,電極伸出長度3mm,弧長3mm,氬氣流量8L/min,水冷紫銅為陽極,電流為直流正接。

測試結果:從測試結果表圖4-5可以發現,多元複合稀土電極的燒損性能優於釷鎢電極。

通過測試發現,該測試結果與成分篩選時所進行的測試結果一致,說明優化生產技術製備獲得的複合稀土鎢電極性能優良,且超越了同規格的釷鎢電極。

鎢電極性能

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三氧化鎢的電、磁性質

三氧化鎢的理想結構的WO6八面體結構,其材料內部總是存在不同程度的氧缺位元,它的晶體結構是比較複雜的,隨著氧缺位數量的增加,三氧化鎢晶體的內部分佈變得有序,形成所謂的切變面。三氧化鎢的物理性質十分複雜,嚴格滿足化學計量,且無任何雜質的WO3應該是無色透明的絕緣體,室溫下其禁帶寬度為2.9eV。非化學計量的WO3-y陶瓷則呈現n型半導體行為,禁帶寬度2.4~2.8eV,顏色隨著氧含量的變化從亮黃色到黃綠色而不同。1959年報導在WO3單晶上進行電阻率測量結果ρ=1.7*10-1Ω•m。而有一個十分明顯的結論就是,對於WO3-y單晶,它的電學性能隨其結構和氧含量的變化可以分別呈現出金屬或半導體行為。氧含量很大程度上決定了鎢氧化物材料的電學性質。

WO3理想WO6八面體結構
 
WO3的一個極為重要的電學性質是鐵電行為,很早以前人們就意識到WO3晶體是一種鐵電材料,它的鐵電相變溫度T=-40°C或-50°C。在相同工藝條件下,納米前驅體WO3陶瓷的介電常數要比微米基WO3陶瓷提高一個量級,而空氣氣氛燒結又可以將其介電常數提高一個量級。多晶WO3陶瓷與其它的壓敏電阻(ZnO等)一樣,它的非線性電學性質也可以用肖特基勢壘模型來解釋。
 
另外,關於三氧化鎢材料的磁學性質的研究相對較少,主要是通過有關的磁學測量來澄清相應的電子結構和電輸運性質。研究發現此類材料具有Psuli型的順磁性;同時,對三氧化鎢低溫晶相結構和順磁性的研究表明,超低溫狀況下材料也沒有出現超導電性,呈現出順磁性行為。
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鎢銅複合材料在微電子封裝領域的應用

隨著積體電路(Integrated Circuit)晶片技術的飛速發展,對於微電子封裝領域也不斷提出了新的要求,日漸向著小型、輕薄、低成本以及無鉛的方向發展。再者,微電子積體電路的集成規模逐步擴大,積體電路的單位面積功率和發熱量也隨之上升,這也是微電子封裝材料面臨的最主要挑戰。目前微電子封裝複合材料主要有三大類:聚合物基複合材料(Polymer-matrix Composites,PMC)、金屬基複合材料(Metal-matrix Composites,MMC)、碳-碳複合材料(Carbon-carbon Composites,CCC)。而其中的金屬基電子封裝材料是目前研究和發展的重點方向。而向金屬基體內部添加低熱膨脹係數的高性能陶瓷或其他添加劑又可進一步提高金屬基電子封裝複合材料的綜合性能。

鎢銅電子封裝材料就是一種金屬基複合材料,他可以通過調整W和Cu之間的成分比例獲得合理的膨脹係數,進而與微電子器件中的矽片、砷化鎵等半導體材料及陶瓷材料進行很好的匹配聯結,從而避免了熱應力所引起的熱疲勞破壞。與此同時,還能獲得較好的導電導熱性能以及優異的微波遮罩功能。另外,鎢銅作為一種高效散熱的熱沉發汗材料,當工作溫度超過銅的熔點時,由於鎢的熔點遠高於銅,銅液化甚至蒸發帶走了大多數熱量,使得相關設備能夠正常工作。因此,近年來鎢銅複合材料在大型積體電路和大功率微波器件中得到了廣泛的運用,如在微處理器、微波元件、無線電通訊裝置和RF動力裝置等高新技術產品中,其極大地提高了微電子器件的使用功率,促使其進一步小型化。

鎢銅電子封裝片

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鈰摻雜納米WO3的氣敏元件

氣敏感測器是感測器領域的一個重要分支,WO3作為一種n型半導體材料,是一種具有高靈敏度的氣敏材料,特別對氧化氮、硫化氫、氨氣、氫氣等的氣敏材料有靈敏反應。WO3氣敏材料研究和開發應用等方面都已經有了很大的進展,同時需要克服一些困難。如敏感元件在低濃度時的靈敏度低,工作溫度高及回應恢復時間長,穩定性不足,重複性差等缺點。

三氧化鎢和氣敏件
 
摻雜能克服一些難題,特別是稀土摻雜對WO3氣敏性能的提高有明顯效果,其所起的作用大部分歸結於細化晶粒、修飾材料表面、通過摻雜形成雜質缺陷而提高材料的導電性等,進而有效改善了WO3的氣敏性能。鈰是第ΙΙΙ族副族鑭系元素,一種稀土元素,它是一種銀灰色的活潑金屬。文章利用溶膠-凝膠法製備了鈰摻雜的納米WO3氣敏元件,並研究其性能;其製備步驟如下:
1. 將適量的仲鎢酸銨加入到蒸餾水中,在70°C超聲溶解,得到弱酸性的溶液;
2. 用3mol/L的氨水調節上述溶液,使得pH值為7~9,;
3. 滴加適量的硝酸鈰乙醇溶液,得到白色粘稠溶膠;
4. 用硝酸調節上述溶膠至pH值為2~4,然後加熱蒸發30分鐘,直至溶膠濃縮至20~25mL,得到白色凝膠;
5. 轉入鼓風乾燥箱中於80°C乾燥1小時,再在馬弗爐中於500°C煆燒1小時,即得到Ce摻雜的納米WO3粉體。
 
分析表明,不同Ce摻雜量的三氧化鎢元件對乙醇、苯、甲苯、甲醛、CO等的靈敏度有不同程度的反應,如純WO3元件對硫化氫的靈敏度達到2600以上,而對其它氣體的靈敏度都不超過10,摻雜1%鈰的納米WO3元件較其它摻雜量的元件有更好的靈敏度,其中NO靈敏度達360,等。另外,Ce摻雜的WO3氣敏元件有較好的抗濕性。
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納米結構鎢銅複合材料發展與應用

相比於常規結晶材料,納米結構鎢銅複合材料具有不同的特異性能,如更高的緻密度、更高的強度、更好的氣密性以及更為優良的導電導熱性能,因而受到了國內外相關材料研究人員的廣泛關注。經過不同工藝制得的鎢銅納米複合粉體,粉末粒度極大地細化,分散度大大提高,這都將有效地改善W-Cu系統的燒結特性,從而有利於鎢銅複合材料獲得接近完全的緻密度。

目前納米結構鎢銅複合材料的研究重點主要在製備工藝和燒結特性兩個方面。製備工藝上,國內外研究較多是機械合金化法(Mechanical Alloying)、機械-熱化學法(Mechanical Thermo-chemical Process)、噴霧乾燥法(Spray Drying Method)、溶膠-凝膠法(Sol-Gel)等工藝。有研究表明鎢銅氧化物共還原粉在高度彌散狀態下,僅依靠毛細管作用就能引起顆粒重排,從而實現完全緻密化。採用噴霧乾燥燃燒結合後續還原處理製備的納米結構鎢銅複合粉體,在銅含量在20%-40%時,通過1250℃保溫1h的燒結可以獲得緻密度98%以上;採用機械-熱化學法與液相燒結結合的方法在沒有燒結活化劑情況下,制得了平均顆粒尺寸1μm的鎢顆粒;採用機械合金化法,在較低溫度下(1100℃)液相燒結可有效強化粉體的燒結性能,這是由於鎢銅假合金中同種顆粒W-W之間的相互作用以及不同顆粒間W-Cu的相互作用。其次,從燒結特性上看,由於納米粉末的晶粒較為細小(一般粒徑不大於100nm),比表面積較大,表面活性較強,粉末之間的接觸面積也較大,燒結驅動力大,因而所需燒結溫度較低且緻密化速度快。

鎢銅配件

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