鎢條與摻雜泡

鎢條在20世紀初,由美國研製出的一種高溫抗下垂鎢絲,在經過許多的試驗後,發現這種鎢絲的抗下垂性能是得益於少量的矽,鋁,鉀氧化物在還原前摻入氧化鎢中造成的。其中,有研究者提出了“氣泡說”。“氣泡說”認為摻雜劑在第一次還原過程中很容易會有摻雜效應的產生,並且的垂熔過程中形成摻雜泡。而這些泡在後續加工的時候會被拉伸,退火。然後就會形成了成串排列的細小的孔,但是這些孔會有可能對第二次再結晶過程中的鎢絲晶界的橫向運動產生影響,甚至會阻礙它的運動,最終導致使鎢絲形成特別的再結晶晶粒結構,這樣就會具備高溫抗下垂的性能。

通過試驗的初步計算可以得出結論是鎢條中的鉀含量主要有一點點的增加就是造成其有效導電橫截面積的明顯縮小。因為殘留的鉀在垂熔過程中會蒸發變成氣態,然後產生大量的摻雜泡,最終導致其有效點橫截面積的減少。當鉀含量在低於70ppm的情況下,摻雜氣泡的木瀆的變化更明顯,它會隨著鉀含量的減少而迅速降低,這樣就會降低鎢絲的高溫抗下垂性能。

鎢粉的原始細微性和鎢條中的鉀含量這兩種因素共同作用下會對鎢方條熔斷電壓值有很大的影響。在進行第一次還原的時候,鎢粉的細微性會隨著還原溫度的升高而迅速減小。如果還原溫度大於630℃的情況下,細微性的減小速度才會有所下降。熱力學的計算表明,在高溫情況下的摻雜氣泡中的鉀可能以雙原子氣態的形式存在。

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間接加熱燒結鎢條

鎢條鎢條可用於鎢絲的製備,迄今為止,大部分工廠還是使用錘熔燒結的方法製備,也就是電流通過坯條本身發熱而自燒結的方法。這種發發是在一個通水冷卻的鐘罩中進行的,但是鐘罩裡面沒有任何可以保溫的設備,大量的電能產生的熱能都用於水的加熱,熱水又需要冷卻裝置進行冷卻,這個過程就會消耗掉很多的電能。這種方法的溫場梯度比較大,導致同一批鎢條的密度,晶粒度和孔隙度不一樣,而且,坯條兩端的密度非常低,必須將其切除,這樣一來就浪費一部分資源。

採用間接加熱燒結的方法能一定程度上解決這些弊端,而且還能改善其坯條品質,具有優良的節能效果。1976就已經研製出了中頻感應燒結爐,這個設備就能滿足間接燒結鎢方條所需要的均勻溫場的條件。它是採用鎢管作為發熱體,並且用氧化鋯作為保溫材料,兩者構成一個密封體,電能產生的熱量會被這個密封體包圍,並且幾種在爐中間用來燒結鎢方條,且能保持溫場均勻。

用這種方法製備的燒結條的橫向和縱向的性能可以保持一致,還能具備均勻且細小的金相組織。坯條兩端的密度與其餘部分並沒有很大的區別,所以不需要切除。使用傳統的垂熔燒結製備的鎢製品不僅要花費很大的成本,而且還要消耗很多的能源,這種工藝不夠環保,遲早會被代替。用中頻感應爐間接加熱製備的鎢製品不僅能確保其品質的穩定性,更重要的一點是能節約資源,起到環境保護的作用。

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納米硬質合金—放電等離子燒結

放電等離子燒結技術(Spark Plasma Sintering,SPS)是基於電火花燒結基礎上發展起來的一項新型燒結技術。它是等離子燒結中的一類,利用瞬間、間隙放電能並在加壓環境中進行燒結。而另一類則是在真空的環境中,利用5000-20000K的等離子火焰加熱無加壓燒結,被稱為熱等離子燒結。放電等離子燒結的基本原理是利用脈衝能、放電脈衝壓力和焦耳熱產生的瞬間高溫來實現燒結過程,通過瞬間產生的放電等離子被燒結體內部每個顆粒產生均勻的自身發熱並使顆粒表面活化。簡單來說,SPS技術就是在粉末顆粒間直接通入脈衝電流進行加熱燒結,因而在一些文獻上也會經常被稱為等離子活化燒結或離子輔助燒結技術。脈衝電流產生的等離子體及燒結過程中的加壓有利於降低粉末的燒結溫度。同時低電壓、高電流的特徵,能使粉末快速燒結緻密。另外,由於升降溫的速率快、保溫時間短,有效地避免了表面擴散階段,阻礙了顆粒的長大,大大縮短了生產週期,提高了整體的效率。

通過與傳統真空燒結技術的對比,SPS燒結技術所製備的納米硬質合金晶粒度較細、緻密化程度更高、組織更為均勻、沒有明顯的孔隙缺陷。而真空燒結的樣品組織結構疏鬆、顆粒間留有大量孔隙,晶粒長大的現象較為明顯。從緻密度上看,真空燒結達到完全緻密的燒結溫度比放電等離子燒結技術高近300℃,燒結時間也長近6h,且在SPS燒結過程中樣品緻密化程度並沒有發生超過某一最佳燒結溫度,緻密化程度反而下降的情況。這是由於在SPS燒結過程中並沒有出現Co相的揮發,樣品緻密化一直隨著燒結溫度的升高而增加。從硬度上看,SPS燒結後的樣品洛氏硬度和顯微硬度都明顯高於傳統真空燒結的樣品。這是由於真空燒結的熱源在樣品外部,熱傳導過程是由外向內的,表面首先達到燒結溫度,但是內部的熱量還未得到有效的傳導,存在一定的孔隙,難以達到完全緻密。而SPS燒結過程中,放電等離子的存在使得燒結體內部的每個顆粒自身均勻發熱,顆粒表面原子處於活化狀態,整個緻密化過程一起進行的,沒有緻密化先後的問題存在。

硬質合金鑽頭

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鎢合金防輻射遮罩件與輻射防護

鎢合金防輻射遮罩件與輻射防護隨著輻射技術在生活中的廣泛應用,“輻射防護”一詞也逐漸引起人們的關注。輻射防護是一門綜合性邊緣學科,其主要研究人類如何免受或少受電離輻射的危害,內容包括輻射防護技術、輻射防護標準、輻射劑量學、輻射防護評價以及輻射防護管理等。對環境、從事放射性相關工作的人員、公眾及其後代的健康安全進行保護,並促進原子能事業的發展是輻射防護的基本任務。輻射防護的三要素包括距離、時間和遮罩,換言之,其主要方法是距離防護、遮罩防護和時間防護。其中,遮罩防護指的是在射線源和人體之間設置能夠有效吸收輻射的遮罩材料,以減弱射線的強度,從而保護人體免受輻射損傷。鎢合金防輻射遮罩件可以有效遮罩輻射,因而被廣泛用作輻射防護的遮罩材料。

根據輻射的能量高低和電離物質的能力,其可分為電離輻射和非電離輻射。輻射一詞普遍指的是電離輻射。電離輻射具有很高的能量,可電離物質。當其照射到人體時,可引起放射病,使得人體幾乎所有器官、系統發生病變,其中最為明顯的是神經系統、消化系統和造血器官。長期受輻射的照射,還會使人體產生不適,導致白血病、腫瘤、早衰、眼底病變、生殖系統疾病等各種疾病的產生。電離輻射對人體的損傷分為急性放射損傷和慢性放射損傷。急性放射損傷指的是在短時間內接受一定劑量的照射所引起的疾病,常見於核事故和放射治療病人;而慢性放射損傷則指的是較長時間內接受分散輻照所引起的疾病,如白細胞減少、造血障礙、皮膚損傷、生育力受損等。

據研究,金屬材料的輻射遮罩性能隨著其密度的增高而增大,因為鎢合金防輻射遮罩件具有很高的密度,因此其具有很好的輻射遮罩性能。在輻射源和人體之間放置鎢合金防輻射遮罩件可以有效吸收輻射,減弱輻射的強度,從而避免其對人體造成危害。另外,與其它傳統材料(如鉛)相比,鎢合金防輻射遮罩件無毒無害,不會危害人體健康,也不會污染環境,是極其環保友好的遮罩件材料。

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儲能型三氧化鎢光催化劑

光催化作用產生的兩個條件:光照和光觸媒同時存在。一般,二氧化鈦光催化劑在特定波長(388nm)的光照射下,會產生類似植物中葉綠素光合作用的一系列能量轉化過程,把光能轉化為化學能而賦予光觸媒表面很強的氧化能力,可氧化分解各種有機化合物和 礦化部分無機物,並具有抗菌的作用。然而,二氧化鈦只能在足夠強度的紫外光照射時呈現很高的光催化活性,而在可見光下幾乎沒有活性。室內光中幾乎都不含有紫外線,故而,二氧化鈦在室內光線較弱或者無光環境中幾乎不能自身完成光催化反應。

photocatalytic schematic
 
有研究指明通過摻入儲能型材料,能很好的解決這個問題。三氧化鎢和三氧化鉬是儲能及能還原能量的材料,二氧化鈦在光的激發下產生電子和空穴,傳遞給儲能型材料;儲能型材料在獲得電子的同時,為內部保持一定電荷以吸引陽離子,釋放能量同時還原氧而形成過氧酸,達到在暗處抗菌性的作用。這裡的儲能型光催化劑是在光照較弱或者無光情況下依然能持續發揮高效光催化活性作用。
 
另外,該種儲能型材料還加入稀土元素為啟動劑,使得複合材料的儲能型光催化劑能在弱光及無光狀態下進行光催化作用。稀土元素儲能的實質是未填滿的4f層電子躍遷而產生的,由於4f層電子被5s和5p電子層的電子所遮罩,晶體場對譜線位置影響較小,所以晶體場中的能級類似於自由電子的能級,表現為分離能級。物體發光的實質就是能量的轉換,故而,稀土元素具有無法比擬的光特性。另外,稀土元素的特殊電子結構使其具有非常強的光譜性質,其發光範圍幾乎覆蓋了整個固體發光的範疇,能將吸收到的能量以光的形式發出;同時,豐富的電子能級為不同的能級躍遷創造了條件,使得稀土元素獲得多種發光性能。
 
將能利用光源進行感光儲能的三氧化鎢、三氧化鉬和稀土元素與二氧化鈦結合運用起來,形成複合材料的儲能型三氧化鎢光催化劑,發揮各自優勢,拓寬光觸媒的運用領域。
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納米鉑擔載三氧化鎢光觸媒

染料廢水因其成分複雜、色度高、排放量大、毒性大、可生化性差等特點,一直是各種污染物中老大難的問題。國際上,常用的治理方法有物理化學脫色法、吸濾-焚燒法,然而,這兩者的局限性都比較大。納米二氧化鈦作為一種高效節能的光催化功能材料,具有化學性質穩定、無毒、氧化能力強、能耗低,並且能有效去除大氣和水中的污染物,而成為解決能源問題的理想材料。二氧化鈦的禁帶寬度(E=3.2 eV)較大,這顯示了它只能夠在波長較短的紫外光下被激發,卻不能夠很好的利用到其它波段的光能量,而這恰恰限制了它的應用;另外,它的光轉換效率很低(小於4%),不能有效地利用太陽能,因此,研究開發可見光回應的高活性的光催化劑變得十分熱門。

納米鉑和三氧化鎢
 
鎢系催化劑,如鎢單質、鎢的氧化物、鎢的硫化物及雜多鎢酸,它們對脫硝、加氫脫硫、氧化、烴類異構化、烷基化等許多反應具有良好的催化性能。尤其三氧化鎢是一種相對廉價並且非常重要的鎢化合物,它除了具有很好的光致變色性能和氣敏性能外,還有很好的光催化性能,既可以 做主催化劑又可以做助催化劑。
 
研究發現,三氧化鎢的禁帶寬度較低(2.4〜2.8eV),說明它能夠利用更大波段的光,尤其能夠有效的利用太陽光中的可見光。然而,正是以內它禁帶較窄,單一氧化鎢成分的光觸媒氧化還原能力較小;另外,氧化鎢半導體光觸媒受到光激發產生電子e-和空穴H+ ,由於H+容易與e-複合,從而大大降低了它的光催化活性。因此,提高光催化劑催化活性的關鍵在於如何降低其複合率,延長H+和e-的壽命。有研究指明貴金屬納米鉑擔載三氧化鎢光觸媒具有極高的光催化活性,能夠有效的解決氧化鎢光催化劑活性低的難題;同時能有效利用可見光,擴寬了它的應用領域。其方法如下:
 
1.將三氧化鎢粒子溶解于無水乙醇或甲醇或異丙醇,磁力攪拌處理後,再進行超聲震盪、離心處理、真空乾燥後待用;
2.將經過前處理的氧化鎢加入到玻璃試管中,然後加入甲醇水溶液和氯鉑酸溶液,加入磁力攪拌,超聲震盪,再通入氮氣後密封玻璃試管;
3.光照反應,在磁力攪拌條件下,將步驟2的玻璃試管在高壓汞燈光照下反應,反應完畢後取出樣品進行離心處理、去離子水洗、無水乙醇清洗、乾燥,研磨成粉末,即得到納米鉑擔載三氧化鎢光觸媒。
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廢鎢條制鎢粉——化學氣相遷移

隨著工業的迅速發展,雖然帶來的經濟效益很高,但是其對環境的破壞性也是逐年增加,因此各國對金屬的回收越來越重視。日本在1975年就專門設置了鎢回收專門委員會,簡稱為WR。該委員會估計每生產100噸硬質合金的時候可回收31.3噸的鎢,也就是31.3的回收率,日本的實際回收率為10%,美國是20%。其中氯化法所需要的設備比較簡單,對原料的適應性比較廣,目前,該方法被認為是比較有發展前景的方法之一。近年來,用化學氣相遷移的方法從廢棄的鎢條中制取鎢細粉得到廣泛關注。

首先是在950℃的環境下,用氯氣將鎢條垂熔時夾頭兩端的切塊進行氯化,氯化物會通過氬氣輸送到還原管裡,然後用氫氣進行還原反應。將氯氣裝入工業瓶中,然後經過濃硫酸脫水後與氬氣進行混合。用鈀石棉在350℃的條件下對氫氣進行去氧,然後使用矽膠,分子篩進行乾燥。最後將反應獲得的超細鎢粉收集放在收粉管裡面,在淨化和吸收其中的氯化氫之後,含氫廢氣會排放燃燒。最終製備的鎢細粉含氧量為0.64%,氯氣含量為0.075%,氯化殘渣為0.033%。

通過化學相遷移的方法也能製備相同品質的鎢細粉。雖然在純度上,鋁的含量稍微比較高,其他所有金屬雜質大多低於甚至等同於工藝鎢粉製備的超微鎢細粉。這樣以來不僅可以大大降低工業成本,還有利於鎢細粉的應用推廣。

鎢粉和鎢條

鎢條與衛星

衛星是指一種宇宙中的天體,它環繞著一顆行星並且按照一定的閉合軌道作週期性的運轉。在太陽系裡除了水星和金星以外,其他行星都是天然天體。目前被人類所發現的天然天體總數就至少有160顆。天然天體是指環繞著行星運轉的星球,而行星又環繞著恒星運轉。就比如在太陽系中,太陽是恒星,地球及其它行星環繞太陽運轉,月亮、土衛一、天衛一等星球則環繞著地球及其它行星運轉,這些星球就叫做行星的天然天體。

前不久,國際上出現了一種名為衛星動力炮的武器,人們稱之為“上帝權杖”。這是一種還在研製和開發當中的地外打擊裝置。理論上,這種武器可以通過軌道天體攜帶的鎢條對底面進行射擊,而且如果在理論條件下是可以覆蓋整個地球的任何一個範圍的。從太空發起的攻擊,不僅能夠摧毀大片地面建築群,就連深達數百米的地下掩體也無法避免。動力炮是通過重力打擊地面,可加速到3403米/秒。相當於核武器的殺傷力,但是不會造成災難性的核輻射。

在電影《特種部隊2》中提到的所謂“發射井”都可視為地球同步衛星,鎢條在沒有推力的情況下會和“發射井”一起繞著地球做橢圓運動。但是,根據能量守恆定律,該類型鎢製品落地的動能不超過其在近地軌道上擁有的勢能,而它在近地軌道上的勢能也不能超過發射它的火箭所擁有的動能。所以,實際上該類型鎢製品的落地動能大概不到火箭燃料能力的四分之一,因此,這種武器目前還停留在理論階段。

鎢條與衛星

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多元複合稀土鎢電極製備技術

鎢電極

多元複合稀土鎢電極具有良好的焊接性能,且無放射性,是釷鎢電極的最佳替代品。但是該電極成品率,生產成本高,因而大大限制了其應用範圍。摻雜稀土雖然有利於降低電極的逸出功,改善電極的焊接性能。但是稀土元素會阻礙鎢晶粒長大,在進行加工時,會提高材料的回復和再結晶溫度,使得鎢電極的變形抗力增大,使得材料燒結工藝不易控制,且加工率低。

對多元複合稀土鎢電極的製備技術進行改善有利於提高合金的成品率和降低製備成本。製備多元複合稀土鎢電極時,以APT和稀土硝酸鹽為原料,摻雜La、Y和Ce等稀土元素,可以實現均勻摻雜。採用二段還原法能夠製備性能良好的稀土鎢金屬粉末。在還原過程中,可以採用大溫度梯度還原法調控粉末粒度。燒結過程中,在燒結頸長大閉合前使稀土均勻分佈在鎢條中,可以獲得性能良好的燒結坯條。在加工過程中,適當提高加工階段的初始加工溫度,採用多道次加工變形技術,使得鎢條變形均勻,提高產品加工率和成品率。

通過嚴格控制多元複合稀土鎢電極製備過程的工藝技術,不僅可以提高產品的生產率,且制得的鎢電極具有優良的性能。另外,它還有利於實現複合稀土鎢電極的工業製備,降低電極的生產成本,擴大其應用範圍。

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鈈-239鎢防輻射遮罩件

鈈-239鎢防輻射遮罩件鈈-239是鈈的一種裂變同位素,其主要用於易裂變材料或其它材料的生產,或用於進行工業規模輻照。鈈-239能夠以比高濃縮鈾-235更低的成本生產大量純鈈-239,因此被廣泛應用於核武器和核電站。鈈-239是通過反應堆中產生的快中子轟擊鈾-238人工生產的,一個鈈-239原子可以裂變產生207.1兆電子伏特能量。在反應堆中,鈾-235通過原子裂變產生兩到三個中子,這些中子由鈾-238吸收並產生鈈-239和其它同位素。實際上,生產堆的作用就是燒掉一部分鈾-235來換取鈈-239,平均每燃燒一個鈾-235原子,將得到8個鈈-239原子。鈈-239也可吸收中子,其具有24110年的半衰期。在所有常用的核燃料中,鈈-239的臨界品質最小。

鈈-239具有毒性,且可以發射α粒子。α粒子具有放射性,主要由兩個質子和兩個中子組成,相當於氦-4的內核或電離化後的氦-4,即He2+。通常具有放射性且原子量較大的化學元素,會通過α衰變放射出α粒子,從而轉變成較輕的元素,直至該元素穩定為止。α粒子的體積較大,又帶有兩個正電荷,因此很容易就可以電離其它物質。一旦人類人體吸入或進食會釋放α粒子的放射性物質(如吸入輻射煙雨),α粒子會直接對內臟細胞進行破壞。雖然α粒子的穿透能力弱,但由於其具備強的電離能力,其對生物機體所造成的危害並不亞於其它輻射。

鈈-239鎢輻射遮罩件是用於遮罩放射性鈈-239同位素所產生輻射的遮罩件。與傳統的遮罩材料(如鉛)相比,鎢合金遮罩件體現了很好的輻射遮罩效果。鉛較早被用於遮罩件領域,但是在長期的使用過程中發現,鉛遮罩件的遮罩輻射能力不夠高,還會嚴重污染環境。而在同等厚度條件下,鎢遮罩件的輻射遮罩能力是鉛遮罩件的兩倍,且其重量比鉛少25%至50%。此外,鎢合金遮罩件材料是無毒的,其對人體沒有傷害。

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2024年1月份贛州鎢協預測均價與下半月各大型鎢企長單報價。

 

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