原位冶金反應氧化鎢製備碳化鎢

原位冶金反應氧化鎢製備碳化鎢WC合金俗稱硬質合金,是由難熔金屬化合物和粘結金屬用粉末冶金的方法製成的一種高硬度、高強度、高耐磨性的陶瓷材料,廣泛應用於機械加工、礦山開採、石油鑽探等領域川。傳統的硬質合金生產流程:仲鎢酸鉸(APT)-氧化鎢(WO3)一W-碳化鎢(WC)-配料一燒結成塊體團,工藝過程繁多,各個工序都有使原料髒化的可能,且多次反復高溫過程使最終產品的晶粒度不易控制,其中WO3的還原與碳化過程、配料球磨過程和燒結過程都需要消耗大量的能量,這不但使硬質合金的生產週期變長、產品品質不易控制,還使得生產成本變得很高。目前世界各國都在大力研發各種粉末製備方法和燒結技術以開發高性能的硬質合金材料。

 

有關學者研究了用原位合成法製備鎢基硬質合金(原位冶金反應),分析了WO3與C反應的熱力學原理、產物的微觀組織和微觀組織形成機理、成分、相組成等。(1)在相對密閉的環境下反應,生成的產物是W、W2C、A12O3,W、W2C與A12O3:的界而很清晰,產物多孔,且硬度很大;在開放環境中,由於WO3的汽化,產物中鎢元素的含量很低。W2C和WC幾乎沒有生成,產物主要為含鐵相,硬度不高。(2) W的碳化以及WO3的還原是一個受擴散控制的過程,試驗的溫度對生成物影響很大;在外加電弧的作用下,有利於W2C的形核與長大。(3)可以通過控制電弧熱量輸入、微合金化、增加保溫工序等解決物相偏離的問題。

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鎢加熱子消耗大的原因——老化

老化是鎢加熱子消耗大的一個重要因素之一。通常情況下,鎢加熱子的使用壽命是多於300次的,但是如果操作不當,還沒到這個次數,加熱子就會變色發黃,然後在加熱子中部就會產生不規則的裂縫從而無法正常進行蒸鋁的過程,這就是加熱子老化現象。

在蒸發鋁的時候,鋁在飽和蒸氣壓(1.33Pa)的情況下蒸發溫度為1490K。如果蒸發過程中的電壓過高,輸入的功率過高就會造成加熱子的溫度太高,從而大大縮短了加熱子的使用壽命。圖1為加熱子電壓和使用壽命關係的曲線圖。從圖中可以明顯看出隨著蒸發次數的增加,電壓會呈下降趨勢,而不是上升。這是因為使用時間的增加會使材料老化,從而降低加熱子的電阻。如果使用同樣或者更高的電壓,這無疑會增加輸入加熱子的功率,引發加熱子自身溫度上升,導致其使用壽命大幅度縮短。但是由於加熱子使用的時間不一致,電壓沒辦法進行統一的調整,除非一次性更換所有用於蒸鋁的加熱子,但這樣以來就會影響生產,還會增加成本,而且加熱子壽命的長短也不一樣,統一更換不現實。

針對這個問題,操作源可以縮短蒸散的時間,一般保持20~30s,在保證鋁完全蒸散的情況下儘量減少加熱子加有電壓的時間,這樣就可以減少鋁蒸發後仍有電壓幹燒加熱子的時間。通過減少蒸散的時間來減少過熱的時間,從而避免加熱子溫度過高,老化過快,達到延長加熱子的使用壽命的目的。圖2為加熱子電壓和時間關係的曲線圖。

鎢加熱子電壓與使用壽命和與時間的關係

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鎢粒對銅鎢系電觸頭材料的影響

目前在國內外,銅鎢系電觸頭材料被廣泛應用於少油、多油、六氟化硫斷路器、變壓器轉換開關、真空接觸器等。由於銅鎢系電觸頭材料主要由高熔點、高硬度的鎢粒和高導電、高導熱的銅構成,因此具有良好的耐電弧侵蝕性、抗熔焊性和高強度等優點。

觸頭在使用中失效形式有好多種,有著極其複雜影響因素,但歸結起來也不外乎兩種。一為外部因素,即觸頭的工作環境和工作特性,包括周圍介質、電流特性、觸頭的關合分斷速度和初壓力等;二為內部因素,即觸頭本身的鎢粒配合、製造工藝、結構尺寸和應用場合。本文從鎢粒組成來闡述影響鎢銅系電觸頭材料的有關因素。

 

研究表明,用較大或較小的鎢粒製造的觸頭,其抗電弧燒損都很差,最理想的是大小鎢粒以一定的比例的混合來製造,但需要注意的是不同的觸頭材料應有不同的比例來配合。在當前的實際生產中,為了減少工藝的難度,通常採用某一很廣範圍內的鎢粒混合來燒結鎢材料的辦法。

 

隨著電觸頭材料應用的日益廣泛,對其品質要求也越來越高。國內銅鎢系電觸頭材料的生產品質尚不穩定,一些生產廠商對製造工藝的某些關鍵環節認識不清、掌握不熟。除了從觸頭的結構尺寸、製造工藝、鎢銅百分含量、一些使用當中的客觀因素外,也應從鎢粒大小的配合來來提高其品質。所以本文先對影響其的內在因素之一,即鎢粒大小的配合來分析。

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鎢加熱子消耗大的原因——氧化

鎢加熱子鎢加熱子消耗大的另一原因就是氧化。鎢加熱子氧化是指鎢絲會與空氣中的氧氣發生反應,有可能會導致斷裂,從而縮短其使用壽命。鍍鋁時間過長,也會導致鎢絲直接烤工件表面鋁層,產生氧化發黃。

加熱子材料的氧化溫度一般是850℃左右,蒸發後如果冷卻不充分的話就會使暴露在空氣中的加熱子與空氣中的氧氣進行反應,導致氧化。在進行大批量生產的過程中,蒸鋁是連續進行的。蒸鋁屏下料之前要往真空容器中加入空氣,不然蒸鋁屏就沒辦法搬取,因此事先靠洩漏閥向真空容器中吹入空氣,也就是洩露工位。如果加熱子沒辦法得到充分的冷卻,空氣中的氧氣很容易就會氧化加熱子。氧化後的加熱子的使用效果會降低,從而影響鍍膜效率。

針對氧化問題,可以先讓加熱子最大限度冷卻後再打開洩漏閥,減少加熱子的高溫氧化。還需要對蒸鋁所需要的配套設備進行定期維護和檢查,保持清潔度。提高蒸鍍過程的真空度,可以有效避免加熱子在高溫下氧化,以此延長加熱子的壽命。另外,定期清洗加熱子夾具以便備用交換,不要使用髒的夾具,這樣會影響真空度。加熱子夾具槽內要保持光潔平整,避免槽內有殘留的異物損傷加熱子。通過這些改善的措施,可以減少操作員交換加熱子的頻率,還提高可生產效率,減少資材的耗損。

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氧化鎢做為正極在高容量快充電致變色電池中的應用

氧化鎢做為正極應用在高容量快充電致變色電池電致變色是指材料在紫外、可見光或(和)近紅外區域的光學屬性(透射率、反射率或吸收率)在外加電場作用下產生穩定的可逆變化的現象,在外觀上表現為顏色和透明度的可逆變化。具有電致變色性能的材料稱為電致變色材料。用電致變色材料做成的器件稱為電致變色器件。

電池作為能量記憶體件,在人們的生產和生活中扮演著至關重要的角色。將電池技術與其他先進技術融合,使其在完成能量存儲功能的同時賦予其更多新功能,是當今電池研發的前沿和方向之一。電致變色電池是將電池技術與電致變色技術相融合製備的一種新型電池,它擁有獨特的顏色變化特性,能夠通過自身顏色差異來顯示電池容量的多少,在用戶和電池之間建立了一種交互介面。然而作為一個新的研究領域,現階段電致變色電池面臨著諸多挑戰,其容量、充電時間和迴圈穩定性能等都不夠理想。

最近,科學家研製出一種高容量、快速充電的電致變色電池。這種電池以氧化鎢納米線和金屬鋁分別作為正、負極,具有別具特色的新優勢:(1)能夠和用戶建立一個可以通過顏色變化識別容量多少的介面,透明狀態時電量為充滿狀態,顏色逐漸變藍標誌著存儲電量開始消耗,顏色最深時代表電量耗盡;(2)此電池可通過加入微量雙氧水實現快充(8s內充滿),也可以使用傳統的外接電源來充電以及利用空氣中的氧氣實現自充電;(3)電池容量高出同類電池6倍多。

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