LED鎢銅散熱基板

隨著全球重視環保意識的提升,節能省電已經是當下不可阻擋的趨勢。而LED產業就是其中發展最為迅速的行業之一,LED產品不但在節能省電方面有極大的優勢,而且其效率高、反應時間快,使用週期長,不含有毒物質等優勢也是同類產品裏較為突出的。一般來說LED高功率產品的輸入功率大約有15%的電能轉化為光能,另外85%的電能則轉化為熱能消散。這樣一來,若LED發光時所產生的熱能無法及時導出,就會使得LED介面的溫度過高,從而影響其發光效率、穩定性以及產品生命週期。因此,要提升LED的發光效率,對於LED系統的熱散管理和設計就是一個重要的研究課題。散熱的主要途徑分為:空氣散熱、基板導出散熱、金線導出散熱、通孔散熱等等。這裏我們主要介紹基板散熱。在LED產品中通常需要將多個LED組裝在一電路基板上。電路基板除了負責承載LED模組結構,另一方面還需要扮演散熱的角色。

LED散熱基板主要是利用其散熱基板材料本身所具有的優良的傳導性將熱源從LED晶粒導出。因而從LED散熱途徑可將LED散熱基板細分為兩大類,即LED晶粒基板與系統電路板,此兩種不同的散熱基板分別乘載著LED晶粒與LED晶片將LED晶粒發光時所產生的熱能,經由 LED晶粒散熱基板至系統電路板,而後由大氣環境吸收,以達到熱散之效果。而從材料劃分,LED散熱基板的種類包括硬式印刷電路板、高熱導係數鋁基板、陶瓷基板、軟式印刷電路板、金屬複合材料。鎢銅材料具有高強度、低熱膨脹係數以及優良的可塑性和導電導熱性,是LED散熱基板一個極佳的選擇。相比于單一金屬,如鋁基板容易與LED晶片發生熱失配的情況,鎢銅材料具有更好的穩定性以及更好的散熱效果。

鎢銅散熱基板

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鍍鋁機用鎢加熱子操作流程——電源控制

鎢加熱子作為加熱元件常用於鍍鋁機中來製備鋁膜。鍍鋁機的操作首先要對電源進行控制。

開控制電源,打開各迴圈水閥,冷卻其真空系統,開維持泵給擴散泵預抽真空30分鐘後,加熱擴散泵1小時左右後進行抽真空鍍鋁。

工件車清理乾淨,放置鎢加熱子,鉬絲氟化鎂,錫紙板兩張,安裝掛具,並放上鍍鋁工件,工件車放入室體內,關室體門,打開機械泵5—7秒後,打開預抽閥F2,打開複合真空計,真空計上有高真空和低真空,兩個可視屏。低真空表顯示4.0E—0時,關閉預抽閥F2,打開前置閥F3,打開高真空閥F1。當高真空表顯示4.0E—2時候打開工件車轉動電壓調整在50V—70V之內,轉動正常後,打開FK3閥開流量顯示儀,關高真空擋板閥控制高真空表顯示4.0E—0後打開轟擊電源調整電壓控制在800V—1200V之間進行離子清洗5分鐘,關轟擊電源,關轉動電源,關FK3閥,關流量顯示儀,開高真空擋板閥進行抽真空,高真空表顯示2.0E—2後進行鍍鋁。

開轉動電源,調整電壓置150V—200V開蒸發1鍍鋁電源,調整電壓2.5V---3V,當室體內每個鎢絲的鋁片融化80%左右,調整電壓,均勻平穩加到6V—7.5V後觀察室體內鋁片,融化到95%---100%後,關蒸發1鍍鋁,等鎢絲完全不亮後,打開蒸發2鍍氟化鎂,電壓調整在2.5V—3V。待室體內鉬絲全部亮起後調整電壓均勻平穩加到6V—7V後,待鉬絲內氟化鎂融化3—4粒後關閉蒸發2電源,待室體內鉬絲完全不亮後,關高真空閥F1,關前置閥F3,關羅茨真空泵L,關複合真空計,待羅茨真空泵停止後,打開FQ2室體內充氣完畢後關閉轉動電源,打開室體大門取出工件車,進行下一週期。

鍍鋁機和鎢加熱子

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鍍鋁機用鎢加熱子操作流程——安裝鎢絲

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鋁工業。鍍鋁機是在真空條件下,利用電子束加熱待蒸材料,使之氣化蒸發後凝結在晶片表面上成膜的設備。在安裝鎢絲的時候有些注意事項需要操作員嚴格操作。

放置鎢絲要平行,螺絲緊固不可鬆動,(鎢絲不平行的情況下進行加熱,會導致鋁融化後向高處流,導致崩濺或鎢絲結晶無法使用。螺絲沒有緊固會影響蒸發電流不穩導致崩濺,或鎢絲燒斷)。放置鉬絲時要把開口處向上傾斜一點進行緊固,(傾斜是為了氟化鎂容易放進鉬絲內防止材料脫落影響托鋁)。放置錫紙板要全新乾淨平整,且折邊處無翹起,(使用後的錫紙會變色,且電擊處氧化無光澤的話,如果再使用會起不到離子轟擊效果,從而導致工件吸鋁效果不好影響到托鋁,有翹起錫紙板會導致連電無法離子轟擊)。安裝掛具時要緊固好固定螺絲以免轉動時掛具脫落影響鍍鋁。放上工件時手不要接觸工件鍍鋁的一面,(以免鍍鋁後產生手印、手套上的油污﹑汗水而產生發黃或發黑的工件。就算沒有這樣的顯現也會影響到實驗托鋁),放在掛具上的工件要牢牢緊固以免脫落,影響鍍鋁或是劃傷其他工件。

鍍鋁時間過長,導致鎢絲直接烤工件表面鋁層,產生氧化發黃。鎢絲表面殘留鋁如果過多,鎢絲加熱時會滴落到託盤上,就會產生崩濺。鎢絲使用時間過長,蒸發時斷開就會產生崩濺。

鍍鋁機和鎢加熱子

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鎢粉用於碳化鎢粉合成的影響因素

粉末原料的影響
在超細鎢粉時,粉末原料的選取對鎢粉品質的說法不一。王剛等學者在對比藍鎢和紫鎢作為原料制取超細粉末時得出結論:藍鎢和紫鎢在一定的還原條件下都能生產超細鎢粉。紫鎢由於其特殊的孔結構,使其具有良好的透氣性能,能夠迅速地從還原氣氛中排出水汽,從而生產出細而均勻的鎢粉,並且鎢粉粒度受裝舟量和氫氣流量影響小,從而可體現出它在產能上的優勢。紫鎢在乾燥的氫氣中還原可不經過產生WO2的中間階段,從而得到細而均勻的鎢粉。還原過程中應控制好工藝條件,避免產生WO2聚集體。
 
氫氣流的影晌
氫氣的流量、通氫方向、濕度等都會影響所還原出鎢粉的粒度。氫氣濕度越大、氣流越小得到的粉末越粗,反之越細。一般生產中氫氣的流向都與物料進行的方向相反,即所謂的逆流通氫,而前蘇聯科學家認為,順流通氫可得到較細的鎢粉。
 
還原工藝的影響
還原工藝對鎢粉粒度的影響主要包括還原溫度、推舟速度、物料厚度。
溫度太低,還原不充分,太高又會引起鎢粉顆粒長大,一般細顆粒鎢粉經兩次還原階段制取,第一階段大約為620-660℃,第二階段大約為760-800℃。而粗顆粒可在高溫(1200℃)直接一步還原生成。推舟速度過快,氧化鎢在低溫區來不及還原便被推入高溫區,將使得鎢粉顆粒長大或含氧量增高。舟皿中物料越薄,所得鎢粉粉末越細,但產量又會下降。鎢粉性能指標有粒度分佈、含其他雜質元素量、鎢粉微觀形貌等。而氧化鎢氫還原工藝不容易引入雜質元素,所以粒度分佈與微觀形貌成為鎢粉的重要性能。鎢粉越細、比表面積越大、粒度分佈越窄,粉末性能越好。鎢粉形貌越不規則,其成型性能越好。
 
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鎢粉用於碳化鎢粉合成

金屬鎢粉與碳粉可生成WC及W2C兩種碳化物。在工業生產過程中,受很多因素的影響,大多數碳化物碳含量偏離理論碳含量6.12%,造成碳化不完全。因此,在工業生產的碳化鎢可能會含有W2C或游離碳。碳化鎢有兩種晶體結構,β-WC是面心立方在2785℃下由包晶反應形成的,但只在高溫下穩定;α-WC是常見的碳化晶體結構為六方晶系,是標準的間隙相。鎢粉碳化過程的總反應式為:W+C→WC
 
鎢粉還原機理
目前一般認為還原過程中鎢粉顆粒長大的機制是揮發沉積引起的,也有其他幾種有爭議的理論,下面主要介紹揮發沉積機制。
 
在高溫下,氧化鎢與水蒸氣反應會生成WO12(OH)2中間產物。其揮發性極強。WO2(OH)2揮發後與H2發生還原反應,還原產物沉積在已形核的金屬鎢晶粒上然後長大。這種反應機理還原的產物形態與原料相比會發生顯著改變。
 
還原過程與化學氣相沉積反應相結合,鎢通過氣相反應而被遷移,主要通過WO2(OH)2氣相遷移,使得固相形貌變化相當大。在高溫下,氧化鎢與水蒸氣接觸就有WO2(OH)2氣相生成。它是揮發性極強的鎢化合物。其化學反應按下列式子進行:
 
鎢粉品質的影響因素
鎢粉品質主要包括粉以下幾個方面:
粉末粒度與純度。鎢粉粒度有粗、中、細三類之分。粗顆粒鎢粉通常採用一階段直接還原法(1200℃)制取;中、細顆粒鎢粉採用二階段或多階段氫還原法制取。雖然鎢粉顆粒長大的實質是還原過程中的揮發沉積,但與原料和氫氣流速、工藝條件等都有密切的影響。
 
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微波在鎢粉生產中的應用

當微波能與粉末材料發生作用時,即可通過電磁場和材料分子及電子結構的相互作用在材料內部產生熱量。內部加熱效應與顆粒材料的電參數及粒子上是否存在高微波作用吸收層(水)有關。 
 
內加熱很可能是在鎢生產的原材料(APT、AMT、WO3•H2O)常規加熱方式的有前途的代用加熱法。記錄的微波加熱鎢化合物試樣的加熱速率曲線給出了與材料有關的性能:成份、晶體結構、含水量。 
 
原材料的微波加熱特性及其分解產物的研究可加深瞭解常規煆燒和還原過程並且可以找出替換常規加熱的另一種方式,形成新的形貌特徵。基於被還原鎢氧化物的不同介電性能的試驗方法也很有希望.
 
記錄微波效率的變化(也許由高溫過程引起)。APT、AMT和WO3•H2O的微波加熱特性示於圖2。圖 3的例子表示完全相同化學性質和晶體結構的化學計量試樣在微波加熱特性上相似,只有稍許差異。藍色氧化鎢是金屬、極化子和離子導熱相的混合物,因此,表現介電損耗因數和加熱特性可能改變,如圖4所示。WO3或WOx(x接近0)的晶體結構和電子結構 代表一種特殊情況。本研究的斜方和單斜 WO3由高純APT制取,且只在制取後的乾燥試樣測定加熱特性,結果示於圖1。單斜 WO3是一種高微波作用材料,而斜方WO3與APT類似。根據圖1的溫度與時間曲線可證實Walkiewicz et el早先觀測到WO3的結果。然而,對WO3 似乎需要準確定義晶體的異型結構。
 
值得注意的是,加熱速率近似比例于微波功率,由加熱速率公式表達。實測介電損耗因數和觀測加熱速率斜率不太相符,計算微波加熱性能時似乎需要考慮其他參數。
 
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稀土對鎢電極焊接性能的影響

瞭解稀土含量對鎢電極焊接性能的影響,對于提高鎢電極焊接性能具有重要的意義。在相同製備工藝下將不同含量的稀土含量的稀土鎢電極的焊接性能進行比較,從而瞭解稀土含量對焊接性能的影響。衆所周知,釷鎢電極具有優良的焊接性能,因此稀土鎢電極也要和釷鎢電極進行比較。

引弧性能
在實驗中陰極爲水冷黃銅。從30V電壓下開始進行引弧實驗,每次按1V電壓間隔升高空載電壓,每個電壓下進行引弧實驗30次,每次打高頻1秒內起弧爲引弧成功,1~10內起弧爲引弧滯後,超過10秒則爲引弧失敗。從實驗數據可知,稀土鎢電極的引弧性能優于釷鎢電極。因爲稀土鎢電極具有較低的逸出功,因此引弧性能較好。添加多種稀土制得的複合稀土鎢電極的引弧性能優于單元稀土鎢電極,其中含有高氧化釔的鎢釔電極的引弧性能較好。

抗燒損性能
在實驗中將鎢電極接在負極,在250A焊接電流下燃弧30分鐘。然後用DP-100光學分析天平測量實驗前後電極質量的變化。從實驗數據可知,稀土鎢電極的質量高于釷鎢電極,即稀土鎢電極的燒損率優于釷鎢電極,其中釔鎢電極表現出較爲優异的抗燒損性能。在其他條件都相同的情况下,電極表面的逸出功越低,其工作溫度也就越低,燒損量也就越少。添加稀土的鎢電極,其表面形成了較低逸出功的活性層,因此稀土鎢電極的抗燒損性能較爲良好。

稀土鎢電極的焊接性能

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梯度結構塗層硬質合金刀片

傳統硬質合金雖然組織成分均勻一致,且各項綜合性能相比於其他材料都具有一定的優勢,但是其存在一個不可避免的矛盾,即硬度與韌性之間的平衡問題。這也是一直限制傳統硬質合金材料應用的一個重要因素。而採用新型的製備技術,使傳統硬質合金材料在結構上呈現梯度變化,可以有效調和這一組內部矛盾。梯度結構硬質合金通過組織成分呈梯度分佈而實現良好的性能,尤其是在高性能硬質合金切削工具方面具有極大的優勢。經梯度處理後,合金在表面區域形成缺立方相氮化物和碳氮化物的韌性區域,相應的粘結劑含量高於基體名義粘結劑的含量。在此基礎上,採用CVD或PVD的方法在硬質合金基體上沉積塗層,得到塗層梯度硬質合金。當塗層中形成的裂紋擴展到梯度韌性區域時,由於其良好的塑性和韌性,可以有效吸收裂紋擴展時的能量,從而有效地阻止裂紋向合金內部擴展並提高硬質合金切削工具的使用性能。

通過實驗發現,隨著合金中Co含量的增多,梯度結構合金強度與磁飽和度得到提高,硬度、磁力、密度減小,合金成分梯度結構愈明顯,梯度層也越厚;而隨著合金中的Ti(CN)含量的增多,梯度結構合金硬度提高,磁力增大,強度和密度發生減小,合金梯度層厚度變薄;在基體和塗層成分相同的情況下,有梯度結構的塗層硬質合金刀片的切削性能與無梯度結構塗層硬質合金刀片的切削性能更為優良(在同一磨損高度的條件下,切削刀具的使用壽命提高了近一倍)。此外,Co含量較高的梯度塗層硬質合金刀片的切削性能普遍優於Co含量較低的梯度塗層刀片的切削性能。

塗層硬質合金可轉位刀片

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鎢粉應用要求物理性能的提高

隨著近代材料科學的迅速發展,對原料鎢粉的物理性能提出了越來越高的要求。 目前實際生產中基本上只控制粉末的平均粒度(或具有類似表徵意義的松裝密度 、搖實密度,比表面等),已經遠遠不夠。因為,眾所周知,這些參數表徵的物 理含義具有綜合性的意義。要確定地反映一種粉末的物理性能,還必須考慮粉末 的粒度組成,顆粒形貌,顆粒的表面性質,甚至它們的顯微結構等等。

例如,J.L.Cronin指出,目前使用的鎢粉已不能滿足下一個十年(九十年代)對 鋇鎢陰極性能的設計要求(將要求壽命超過50000-1000000小時,具有高度重視性 和可預測性的2-10安/釐米2的陰極),將會要求採用粒度組成更窄(可能達到± 1.0μm範圍),比目前使用的角形鎢粉在形狀上更球形化的鎢粉。學者們近年的 實踐也表明,窄化鎢粉的粒度組成,可以克服等離子球化鎢粉粒度組成寬化作用 的有害影響,大幅度提高鋇鎢陰極的發射性能;可以有效地嚴格控制離化器材料 的孔隙均勻度和透過率等物理性能。電光源鎢絲用原材料鎢粉的生產,實際上也 意識到這一點,人們往往將採用不同工藝制度生產的不同鎢粉進行搭配,求取原 料鎢粉的最佳粒度組成,結合摻雜鉀含量的嚴格控制,達到合乎要求的高溫性能 和加工性能。可見,提高金屬鎢粉物理性能的控制水準是當前材料科學提出的一 個實際而又急迫的課題。

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鎢銅電觸頭的外部影響因素

除了鎢銅電觸頭自身的結構尺寸、粒度及其分佈、製造工藝等內部因素外,一些外部的因素,如電流特性、周圍介質、應用場合、觸頭的關合分段速度和初壓力等也都會對鎢銅電觸頭的使用性能產生一定的影響。實驗發現,不同成分的觸頭材料都有其最佳的適用場合,如在SF6斷路器中以Cu20-30/W70-80為主;在空氣或真空開關中以Cu10/W90為主;在油斷路器中以Cu15-20/W80-85的組分配比抗電弧燒蝕能力最強。研究還發現,不同特性的電流在通斷的過程中所產生的暫態特性不同,對觸頭的燒損強度也不同。但是當電觸頭選定之後,其電流特性也就是一個既定值;周圍介質對電觸頭的滅弧能力影響較大。如果介質的滅弧能力較強,就可以大大減少觸頭材料的電弧燒蝕量,這也是電觸頭失效的主要原因之一。

在中低壓開關中常用的滅弧介質是空氣或者真空狀態,而相比之下,中高壓斷路器中常用油或者SF6作為滅弧介質。這就要求電觸頭不僅要具有要具有高的導電導熱性、低熱膨脹係數,還要求具有良好的耐磨耐蝕性。此外觸頭的通斷、閉合的速度以及閉合的初壓力對觸頭本身也有著很大的的影響。這是由於通斷速度尤其是初開速度決定著燃弧時間,提高初開速度會極大縮短燃弧時間,從而減少鎢銅電觸頭的燒損。而增加初壓力可以有效減弱電觸頭因撞擊而引起的機械振動,從而減少機械磨損和電弧燒損。

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