WO3基半導體NO2氣體感測器研究進展

WO3納米球、納米棒和納米片二氧化氮(NO2)主要源於汽車尾氣、工業廢氣,高濃度的NO2會引起多種環境問題,如光學煙霧、酸雨等,它是影響空氣品質的重要污染物之一。同時,較高濃度的NO2也對人體產生危害,研究表明,當濃度超過200ug/m3時,二氧化氮會嚴重危害人體呼吸系統。三氧化鎢作為近年來發展起來的半導體功能材料,它對NO2氣體展現出良好的氣敏性能。
 
最早發現並報導三氧化鎢對二氧化氮的氣敏性質是在1991年,Aliyama等發現了三氧化鎢在300°C時是檢測二氧化氮的良好敏感材料。二氧化氮在三氧化鎢表面的反應機理為:當二氧化氮到達三氧化鎢表面時,由於NO2親電子能力比吸附氧強,NO2就會從吸附氧離子中或從三氧化鎢導帶中奪得電子,從而使得WO3表面耗盡層寬度及勢壘高度提高,WO3導電率下降,電阻升高。
 
傳統的製備三氧化鎢基半導體NO2氣體感測器的方法是溶膠-凝膠法,這種方法製備的感測器對二氧化氮的靈敏度較高,但是其回應恢復慢,並且難以控制加入的濃鹽酸的量。另外,有研究提出氣相反應法和改進的溶膠-凝膠法,得到對低濃度二氧化氮有非常高的靈敏度、回應恢復速度快的納米三氧化鎢NO2氣體感測器。此外,也有利用熱噴塗法製備三氧化鎢氣敏層的報導,其對低濃度的二氧化氮氣體展現出良好的回應性。
 
近年來,物理氣相沉積法也被廣泛應用於三氧化鎢基氣敏層的製備,李偉等利用磁控濺射製備了平均粒徑小、比表面積大的三氧化鎢薄膜,顯著提高了三氧化鎢對二氧化氮氣體的靈敏程度,具有良好的選擇性;趙岩等採用脈衝鐳射濺射技術沉積三氧化鎢薄膜,經熱處理,得到具有三斜晶系的三氧化鎢薄膜,其靈敏度隨著工作溫度的降低不斷提高,但是回應和恢復時間延長了。
 
另外,低維納米材料,如納米片、納米線、納米管等三氧化鎢氣敏感測器,不僅增加氣敏元件的比表面積,還可以控制材料的暴露面,使得WO3基NO2氣體傳感器具有良好的回應,改善靈敏度。
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鎢加熱子的國家標準——尺寸要求

由於應用領域的不同,鎢加熱子常常可以根據樣品或圖紙的具體要求,被絞合成單股或多股,所使用的鎢絲可以是純鎢絲或摻雜鎢絲。但並不是所有樣式的加熱子都能最終合格得以使用。中和人民共和國國家標準GB SJT 11063-1996 中對該鎢製品的尺寸做出了明確的規定。

首先,其技術要求規定鎢絞絲加熱子的兩腿應該在同一平面上,而且要保持平行。其次,該產品的試驗方法可以用肉眼,直尺或遊標卡尺進行檢驗。

針對A型的鎢加熱子,該標準對其總寬,線圈的長度,總的高度,內徑,圈的數量和絞絲規格和旋轉的方向都做出了下列規定,如表1所示。

鎢加熱子

由圖1可以看出A型鎢絲加熱子的兩腿都有一個直角弧度的彎曲,且方向朝下,兩腳距離較長。

鎢加熱子

B型的尺寸規定如表2。從圖2可以看出B型鎢絲加熱子的兩腳之間的距離比較短。

鎢加熱子

鎢加熱子

從表3可以清楚得知C型鎢絞絲加熱子的尺寸和規格,C型鎢絲加熱子的規格只有兩種。由單股鎢絲繞制而成,加熱子兩腿向兩邊延伸,總寬度較A,B兩種類型的鎢絞絲加熱子要寬很多。具體樣子可以參照圖3所示。

鎢加熱子

鎢加熱子

上述三種類型是比較常見的形狀和規格,實際上,為了後續使用的便利,加熱子經常被製作成各種不同的形狀和規格,達目前為止,我們可以查閱到的應用領域裡的加熱子形狀應該不低於100多種。

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鎢加熱子的國家標準——技術要求

得益於鎢加熱子具有較高的熔點和高耐腐蝕性,所以廣泛應用於真空鍍金、鋁等裝飾物品,鍍鉻等鏡子,塑膠製品,加熱元件。而目前隨著科技的高速發展,真空鍍膜技術也廣受歡迎。因此,廠家和買賣雙方更應掌握鎢絲加熱子的國家標準,以提高該產品的生產品質和銷售水準。

鎢絲加熱子的牌號分為WJ0Z,WJ1Z,WJ2Z,WJ3Z,其材料分別為WJ0,WJ1,WJ2,WJ3。前三種牌號的加熱子主要應用於電真空器件蒸鋁、制鏡蒸鋁和塑膠塗鍍等的加熱元件。WJ3牌號的鎢絞絲加熱子則主要應用於制鏡蒸鋁、塑膠塗鍍等的加熱元件。

該鎢製品的技術要求應符合下列要求:
1.鎢絲加熱子的化學成分應該符合GB4181《鎢絲》中2.1條的規定。
2.鎢絲加熱子的使用週期:用於電真空器件蒸鋁不能少於8次/個,用於其他領域不能少於10次/個。
3.該鎢製品的表面應該呈現銀白色或銀灰色且光亮,沒有明顯的毛刺,裂紋和氧化的現象。
4.對鎢絞絲加熱子如果有特別的要求的話,需要由供需雙發協商解決。

試驗方法有以下要求:

1.根據該鎢製品技術要求中的第一條,化學成分要按照GB《鎢絲》中2.1條進行分析。
2.按照技術要求的第四條,產品表面品質可先用肉眼進行檢驗,如果有疑問的地方,則使用5倍放大鏡進行檢驗。
只有按照國家標準生產的鎢絞絲加熱子才能不斷提高產品品質。

鎢加熱子

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鎢粉粒度大小對鎢銅電極所造成的影響

因其較高的強度、良好的導電導熱性能以及抗電弧燒蝕能力,鎢銅電極材料已經逐漸成為了重要的電極應用材料之一。影響鎢銅電極材料性能的因素有很多,而目前所能查閱到的絕大多數文獻大多集中在製備工藝(鎢骨架、密度、硬度、均勻性)對鎢銅電極材料的影響,而這裏我們主要探討鎢粉粒徑或粒度大小對鎢銅合金電極性能的影響。在組織結構上,具有相同成分的鎢銅合金,其鎢粉粒度越細,合金中鎢晶粒尺寸越小,局部區域的鎢W粉分散較為均勻,但其出現閉孔和缺陷的可能性也越大,銅Cu富集較多,整體的均勻性較差。

對於密度和硬度方面,隨著粉末粒度變大,不同粒度鎢粉所製備的鎢骨架的壓制密度與脫脂密度基本相同,且熔滲後鎢銅合金的整體密度呈下降趨勢。以鎢銅W-30Cu合金為例,鎢粉粒徑為2.65μm時,硬度最高,布氏硬度可達222HB。隨著粉末粒度增大,硬度減小,當鎢粉粒徑為8μm時硬度最低,布氏硬度為190HB。這是由於鎢的密度較大且脆性也較大,粉末粒度減小,比表面積增大,表面能相對較高,燒結活性越大,燒結後體積收縮更加明顯,使得合金中的W含量相應升高,合金整體密度增大,硬度也相對增加。在導電率的影響方面,鎢粉粒度越小越容易造成壓制時組織的不均勻性,燒結後的骨架中的通道容易發生閉合和堵塞,從而導致材料中產生銅的富集或孔隙缺陷,並造成銅液熔滲不足或不能有效補縮,降低了熔滲後銅網路格的完整性,使得電導率越小。

鎢銅電極

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鎢銅電極與石墨電極對比

電火花加工(EDM,Electrical Discharge Machining),其採用的電極材料的自身性能將影響到整體加工的各項性能指標(如工具的損耗率、材料的去除率、工件表面的品質等等)。因而,在EDM過程中,電極材料的選擇是加工品質的最主要影響因素。電極材料不僅需要具備良好的導電導熱性能,還要具備較低的熱膨脹係數以及滿足一些力學性能要求,從而保證EDM中具備優良的耐熱能力、抵抗變形能力以及低損耗率。隨著EDM技術日益的普及和發展,相關的電極材料以及製備方法也在不斷推陳出新。目前,已經投入生產的以及正在研發過程中的電極材料已有石墨、鎢(W)、銅(Cu)、等單質金屬或非金屬單質,鋼、鑄鐵、以銅(Cu)或鎢(W)為基體的合金複合材料,或是聚合物複合材料、金剛石等等。

石墨材料電極可運用於放電電流較大的電火花加工,粗加工時的損耗率較小,而精加工時電極損耗較大,難以達到要求的表面粗糙度。另外,石墨電極的比重相對較輕,脆性較大,很難用一般的機械加工發加工製成較薄或較細的形狀,因而在一些精細或形狀複雜的電火花加工應用中一直受到一定的限制。相比之下,鎢銅材料具有高強度、低熱膨脹係數以及優良的耐電火花燒蝕能力是一種新型的高性能電極材料。其主要被應用於加工模具鋼和碳化鎢WC工件,其中的Cu、W含量之比通常為25:75。然而,由於鎢銅電極的價格比普通的石墨材料電極或銅Cu材料電極價格相對要高,這也是阻礙了鎢銅材料電極的推廣的一個重要因素。

鎢銅電極

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科研成果表彰用鎢金塊

任何國家都在致力於科研,以期能夠在世界的科研領域有所建樹,而對於那些默默工作在實驗室,夜以繼日地付出體力和腦子的科研工作者進行表彰,也顯得尤為必要。對於許多科研人員而言,科研成果就是他耗費諸多努力和心血的結晶,也是對他努力許久所創造的價值的肯定,而科研成果對國家而言也是一種智力性的財富。這不僅能夠調動他們的工作熱情,感受到祖國對其工作的肯定和讚賞,對於其本人而言,這樣的表彰又何嘗不是一種激進?科研成果所具有的創造性和社會價值是不可估量的,它不僅可以促進本國技術的提升,也能促進社會經濟的發展。
 
科研成果表彰用鎢金塊是以鎢合金為原料壓製成塊後可在其表面鍍金的收藏品、紀念品或者禮品。它無毒環保、耐腐蝕、耐磨損,價值雖不及黃金,但卻同黃金一般精美。科研成果表彰是對科研人員的鼓勵,從而調動他們繼續科研工作的積極性。用這樣的鎢金塊來表彰為科研工作默默付出並取得優秀科研成果的工作者,既富有豐富的紀念價值,也能被永久保存而不朽壞。科研成果表彰用鎢金塊的大小、重量、表面鍍金、刻字等工藝均可按照您的要求進行定制。但由於鎢合金獨有的高密度和高硬度特性,科研成果表彰用鎢金塊並不能在其表面刻上過多複雜的圖形,然而對於紀念和表彰而言的鎢金塊,簡單的文字,簡單的圖形更勝千言萬語。
科研成果表彰用鎢金塊
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真空鍍膜機用鎢加熱子注意事項

所謂真空鍍膜就是置待鍍材料和被鍍基板於真空室內,通過鎢加熱子採用一定方法加熱待鍍材料,使之蒸發或昇華,並飛行濺射到被鍍基板表面凝聚成膜的工藝。真空鍍膜機操作應注意事項

1.設備要經常保持清潔,特別是鐘罩內各零部件,要定期用NaOH液清洗,不許有灰塵雜質和油污。
2.未經培訓的人員不許單獨操作設備。操作工必須嚴格執行鍍膜機操作程式;操作工應該明白,操作順序有一項失誤,就可能導致損壞設備零件。特別是電離管極易燒壞。
3.開擴散泵前必須通水冷卻。冷卻水最好用經處理的軟化水,防止迴圈水管路結垢,影響水冷卻效果。如果自來水冷卻,注意應定期(1~2年)用20%鹽酸水清洗。操作時應帶膠皮手套和眼鏡。
4. PVDF薄膜的鍍金屬電極工作,不用烘烤程式。訂購鍍膜機時不用帶此部分零部件。
5.轉動調壓器手輪時,動作要緩慢,不許用急速衝擊動作操作方式工作,因為移動碳刷容易磨損和折斷。
6.鐘罩升降要注意安全,不許用手錘類硬工具撞擊鐘罩機座的結合面,防止劃傷和衝擊痕出現,影響鐘罩與機座  結合面的密封效果。
7.注意經常檢查真空泵內潤滑油量,做到及時補足潤滑油。擴散泵內用油和鐘罩升降絲杠潤滑要定期加油。
8.真空泵檢修時要由有經驗的維修鉗工維修,零件拆卸和維修時不許用手錘敲擊和刮刀修理零件。加潤滑油和換油,一定要經過濾後再注入泵體內。

鎢加熱子

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礦用硬質合金發展趨勢

硬質合金材料除了在切削領域扮演著重要角色之外,在挖掘以及鑽探行業也有著較為廣泛的運用。礦用硬質合金的主要產品就是硬質合金球齒。其通過裝配在礦用工具上利用鑽壓以及自身旋轉所產生的衝擊載荷破碎岩石。在鑿岩過程中,鑽頭不但需要經受高頻衝擊載荷,還需要承受扭轉、彎曲、拉伸以及壓縮等多種複合應力的作用以及在高速回轉碰撞的環境下經受岩石、礦水等工作介質的磨損與腐蝕。因此,礦用硬質合金工具對耐磨性以及韌性都有著極高的要求。

目前礦用硬質合金主要發展趨勢包括雙晶結構、雙粘結相結構、蜂窩結構以及低鈷粗晶硬質合金三類。雙晶結構硬質合金也被稱為非均勻晶粒硬質合金,由於其在WC晶粒分佈曲線上具有兩個峰值,故又被稱為雙峰結構硬質合金。其中粗晶WC結構提供良好的塑性與韌性,一定比例的細晶WC則提供高的耐磨性;雙粘結相結構硬質合金與普通結構硬質合金相比在顯微結構設計方面具有更大的自由度(包括硬質相尺寸、硬度、韌性、體積率以及基體的強度與韌性)。其可通過顯微結構和性能的單獨控制來匹配所需的各項性能;蜂窩結構硬質合金是通過成分結構與性能設計,使合金中既有低鈷細晶組織,又有高鈷粗晶組織且呈蜂窩結構;低鈷粗晶硬質合金的結構設計原理是:WC晶粒較粗,比表面積較小,使合金中Co層增厚,從而提高合金的衝擊韌性;合金中Co含量的減少及WC含量的增加,使得合金的耐磨性提高。

硬質合金球齒

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切削刀具用硬質合金發展趨勢

隨著難加工材料越來越多以及數控機床的普及和發展,對於切削工具要求也越來越高,尤其是在對切削精度、切削效率、可靠性以及專用化等方面。傳統刀具材料已經難以滿足現代製造業提高效率和降低成本的需要,硬質合金材料因其獨特而優異的性能逐漸在切削領域佔據了主導地位。硬質合金材料主要由硬質相WC以及粘結相Co構成,WC相主要負責貢獻耐磨性,而Co相則承擔則增強韌性的角色。但是,耐磨性與韌性是一對難以協調的矛盾,耐磨性強則相應的韌性變弱,反之亦然。為了平衡這一矛盾,相關研究人員也進行了深入的研究,通過強化粘結相、熱處理、表面塗層以及功能梯度結構等方法製備出多種新型硬質合金,使其同時具備高韌性和高耐磨性。

目前硬質合金切削刀具主要發展趨勢包括功能梯度結構、高鈷細晶結構以及塗層硬質合金三類。功能梯度結構硬質合金是基於FGM(Functionally Graded Materials)原理,改變傳統硬質合金微觀結構的分佈,使成分或組織在一維空間、二維空間甚至於三維空間形成梯度結構。其可顯著提高刀具的切削效率以及延長刀具使用壽命;高鈷細晶硬質合金,顧名思義就是含Co量較高,而晶粒度較細。細晶硬質合金的緻密度、硬度及強度都顯著高於普通晶粒硬質合金,再適當提升Co含量,不但能滿足現代加工業以及特種應用領域對新材料的加工需要,尤其適用于製造高負荷、高應力磨損以及銳利的精密模具和工具;塗層硬質合金則是在原有基體上通過CVD(Chemical Vapor Deposition)、PVD (Physical Vapor Deposition)等方法沉積一層極薄的耐磨層,以提高基體的耐磨性。且該塗層可根據實際工作所要求的性能進行不同元素的組合添加,可以實現單層多元素以及多層塗層。

硬質合金切削刀具

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TIG焊中鎢電極rim現象的研究

在TIG焊(鎢極惰性氣體保護焊),鎢電極在大電流、氬氣保護效果不好的情況下容易發生凸緣現象,即在電極尖端附近出現凸緣或者圓環(rim)。rim會阻礙氬氣的流動和電極表面稀土氧化物的遷移,加劇電極的燒損,破壞電極的穩定性。

在相同條件下,對W-La2O3、W-Y2O3和W-CeO3三種電極進行rim試驗,W-CeO2最早出現rim,其次是W-Y2O3,最後是W-La2O3。另外,氬氣流量、電弧長度也會對rim產生一定的影響。

氬氣流量的影響:試驗中,電極弧長為3mm,電流為160A,起弧電壓為76V。通過改變氬氣的流量發現,氬氣流量越小,rim出現的時間越短。

電弧長度的影響:試驗中,氬氣流量為3L/min,電弧電流為160A,電弧電壓為76V。通過改變電弧的長度發現,電弧長度越長,rim出現的時間越短。

觀察電極的SEM照片發現,電極從尖端後根部被分為3個區域,A區域粗糙,B區域光滑,C區域粗糙。而rim出現的位置一般在C區域與B區域之間。這個區域枝晶結構,說明rim的長大方式是以枝晶方式進行的。

在電弧燃燒的過程中,在電弧和電阻熱的共同作用下,電極表面的鎢一方面會出現熔化和蒸發,另一方面會發生重結晶,通過枝晶的長大方式從電極表面向外部生長。在C區域,由於鎢重結晶長大的速率大於鎢熔化和蒸發的速率,因此會出現rim現象。另外一方面,焊接過程中雖然有氬氣保護,但是還是存在少部分氧化性氣體雜質,加上空氣中氧分子的侵入,電極表面的鎢會在溫度較低的C區域氧化生成鎢的氧化物。這些氧化物在高溫下會發生分解,在重結晶枝晶上沉積,最終形成了rim。

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