納米鎢銅複合材料

納米鎢銅複合材料也被稱為超細晶鎢銅複合材料,與普通顆粒的鎢銅複合材料相比有著更為優良的理化性能和力學性能,其顆粒尺寸一般介於1-100nm之間。通常,納米微粒具有以下幾點特徵:

1.小尺寸效應:當顆粒的尺寸與光波波長、德布羅意波長以及超導態的相干長度或透射深度等物理特徵尺寸相當或更小時,晶體週期性的邊界條件將被破壞,非晶態納米粒子的顆粒表面層附近的原子密度減少,導致聲、光、電、磁、熱、力學等特性呈現新的物理性質的變化;

2.表面效應:納米鎢銅微粒的表面原子與總原子之比隨著納米微粒尺寸的減小而大幅增加,粒子表面結合能也隨之增加,從而引起納米微粒性質變化;

3.量子尺寸效應:當鎢銅粒子尺寸下降到一定尺寸時,費米能級附近的電子能級由連續向分立能及轉化。其間存在不連續的被佔據的高能級分子軌道,與此同時也存在違背佔據的最低分子軌道,並且高低軌級間的間距隨納米顆粒的粒徑變小而增大;

4.宏觀量子隧道效應:電子具有波粒二象性和貫穿勢壘的能力,稱為隧道效應;

5.庫倫阻塞與量子隧穿:納米級尺寸中,充電和放電過程是不連續的,充入一個電子所需能量被稱為庫倫堵塞能。而在這樣的小體系中單電子運輸行為稱為庫倫堵塞效應,若兩個量子點通過一個結連接起來,一個量子點上的單電子穿過能壘到另一個量子點上的行為就是量子隧穿。

而納米顆粒的鎢銅材料在熱學性質、磁學性質、光學性質、超導性質、催化性質等方面有著更優良的特性。熱學性質上,在超低溫情況下,納米顆粒的鎢銅材料熱阻幾乎為零。磁學性質上,納米微粒尺寸超過一定臨界值時就會進入超順磁狀態,呈現較高的矯頑力。光學性質上,納米顆粒的量子尺寸效應更為顯著,在光學上表現為寬頻帶接收,使得分散系具有特殊的光學性能。納米鎢銅顆粒的超導轉變溫度也隨著粒度的減小而提高。另外,在催化性質方面,隨著粒徑的減小反應活性明顯增強,在適當的條件下能夠催化斷裂H-H、C-H、C-C、C-O等化學鍵。

鎢銅合金塊

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三氧化鎢光觸媒——空氣淨化大師

新型光觸媒
工業化進程的不斷推進,越來越多城市居民生活在極高空氣污染指數的環境中。近些年,隨著霧霾來襲,室內空氣的淨化更多受到人們的關注。鑒於空氣淨化需求的爆炸性增長,市場上光催化產品層出不窮。其中最為有代表性的是以二氧化鈦為主導的光觸媒,它以其優越的性能獨佔鰲頭。
 
三氧化鎢,是比二氧化鈦具有更寬的光譜回應範圍的一種光觸媒材料,它對可見光響應。相比傳統的二氧化鈦光催化劑產品,三氧化鎢對於使用環境的需求大大降低;主要是它能夠借助室內燈光或者太陽光,在微弱可視光下即可發揮高效應。並且,三氧化鎢比二氧化鈦具有30倍以上的分解淨化能力,對於多種異味、細菌、病毒和VOC物質都具有良好的分解消減效果,並且安全無毒、不產生二次污染,堪稱“空氣淨化大師”。
 
以氧化鎢為材料的光觸媒,能在室內微弱的燈光下,通過構成鎢系鈉離子,吸收光形成電子與空穴,釋放出氫氧自由基與活性氧,分解室內病毒、細菌、VOC及去除異味。在有效光線照射下,氧化鎢具有表面氧化還原的反應,這種氧化力是一般漂白水的數倍,可以廣泛應用於建築、廚房用品、醫療器具、空氣清淨濾網和廚房用品等方面。
 
當打開燈或者讓陽光進入房間的那一刻,乾淨美好的生活就已經開始了,空氣淨化大師——三氧化鎢光觸媒,真正給您帶來乾淨清新的居室環境。
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二氧化鈦-三氧化鎢光觸媒複合膜

光觸媒
光觸媒材料因具有氧化分解反應與親水現象,近年來頗受重視。如果將它大面積塗布在窗材玻璃上,就可以增大反應面積,從而更有效的分解污染物或有害氣體;另外,它的超親水現象能使得玻璃能永保潔淨。光觸媒作為一種納米級的過渡金屬氧化物,一般在室外光照中的UV (紫外線)和室內照明400nm以下波段就可以激發它產生催化反應,而不需要額外浪費能源。
 
二氧化鈦是現有的應用最為廣泛、光催化效果相當好的一種光催化劑。單一的二氧化鈦薄膜一般為透明的,其穿透力達到80%,加熱後其穿透力與反射率完全沒有減低,隨著膜厚度的增加穿透率反而下降。實驗發現,摻雜三氧化鎢後,複合膜面具有金屬的反射光澤,其反射率大於純二氧化鈦膜的。另外,加熱處理後,氧化鎢結晶會與更多的氧產生作用,使原本淺褐色的薄膜變得更加透明,更沒有金屬光澤。當加熱到450°C後,整個膜變成了白色,所以,在不影響薄膜光學性質的前提下,要控制適量的氧化鎢摻雜量。
 
由於Ti 與W 很容易生成氧的空缺,摻雜三氧化鎢會提高系統的電荷分離效率,拓展其光譜回應的範圍,增加可利用的光頻能量,在提供能量後激發與水分子的鍵結,產生親水性,進而增強原本二氧化鈦光觸媒的光催化活性。
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鎢青銅在陶瓷電容器上的應用

溫度穩定性對應用於電子產品的多層陶瓷電容器的製備來說非常重要。通過兩種或更多的具有相反介電常數溫度係數(τ ε)的多元化合物混合,產生較小介電常數溫度係數的固溶體,這種方法經常用來實現材料的溫度穩定性;或者,例如對於BaTiO3基電容器, 摻雜劑混合分散於陶瓷體產生室溫附近的鐵電-順電相轉變,得到了相對穩定的材料。目前,BaTiO3基化合物滿足X7R標準,其介電常數在-55℃〜125℃溫度範圍內相對於室溫介電常數的變化率不超過±15%,在1MHz下的介電損耗tan σ小於0.02。但是如果不摻雜 PbTiO3(Tc = 495℃ ),它們的最高工作溫度不超過130℃。
 
小型化的驅動和電腦的提速使更多的目光轉向到耐高溫部件,將來電容器必須能在150℃甚至200℃工作。然而,PbTiO3-BaTiO3複合多層陶瓷電容器的應用是不可取的, 一是1¾的毒性,二是在低氧分壓容易分解,並且它還會和Ni基金屬電極形成低熔點合金。 同樣的問題也出現在Bi2O3摻雜的BiTiO3基固溶體中。理想的新材料要求其相變溫度介於-50℃〜250℃,不含PbO和Bi2O3,包含相對常見的、便宜的原材料。
 
近來,國內外研究者發現一些鎢青銅結構鉭酸鹽具有較高的介電常數(>100)、 低的介電損耗,有望成為溫度穩定型介電材料而應用於多層陶瓷電容器,其中該系列陶瓷的介電常數ε r介於127〜175之間,IMHz下的介電損耗tan σ小於0.009,介電常數溫度係數τ ε介於-7¾〜-2500ppm/℃之間。但目前這些鎢青銅結構鉭酸鹽的介電常數溫度係數偏大,介電常數偏低,因此限制了其實際應用。

陶瓷電容器
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納米貴金屬改性的三氧化鎢光觸媒塗料

可作為光觸媒的材料有很多,其中包括二氧化鈦、氧化鋅、三氧化鎢等。其中氧化鈦因其氧化能力強,化學性質穩定無毒,成為世界上最當紅的納米光觸媒材料。理論上,波長小於 380nm的光可以激發銳鈦型二氧化鈦,帶來光催化效應。當然,隨著科技的進步,380nm的界限早已被突破,可見光下也有回應的光觸媒產品已經被發現。

光觸媒瓷磚
 
三氧化鎢的能帶間隙為2.kV,作為可見光回應光觸媒,其有害性小,價格便宜,擁有廣泛的應用前景。但是,由於技術限制,目前市面上的三氧化鎢光觸媒產品的效果不佳,光催化效果較差。因此,發明一種具有較高的反應活性並且適用於大規模工業化生產的光觸媒塗料的製備方法,顯得尤為重要。
 
1.將貴金屬鹽的水溶液和強鹼的水溶液按照一定比例加入到無水乙醇中,加熱反應,冷卻得到納米貴金屬溶液,其中貴金屬為Pt、Au、Pd或Ag,優選納米級Pt;
2.按配比將三氧化鎢粉末加入到去離子水中,超聲分散0.8-1.2h;
3.步驟2得到的溶液中添加強酸(鹽酸或者硫酸),控制溶液的pH值為2~5,然後繼續超聲分散 0. 8-1. 2h;
4.加入納米貴金屬溶液,超聲分散20-40min,獲得納米貴金屬改性的三氧化鎢光觸媒塗料。
 
該種光觸媒塗料具有較高的反應活性,且噴塗烘乾後即可得到高活性的可見光回應的光觸媒塗料薄膜,其製備方法簡單、工藝穩定,不需光催化還原,適於大規模工業化生產。
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納米三氧化鎢光觸媒紙基竹簾

納米三氧化鎢隨著人們生活和工作形態的改變,現代人呆在室內環境的時間日益延長,在室內度過的時間幾乎超過90%。現代建築中新型建築材料特別是化學合成建材被廣泛使用,室內空氣品質嚴重下降。光觸媒是一種以納米級二氧化鈦為代表的具有光催化功能的光半導體材料的總稱,是當前國際上治理室內環境污染的最安全的材料之一。光觸媒的作用機理是在光照環境下,介質材料產生正負電子荷,將空氣水分解為氫氧根離子,從而產生分解還原作用。
 
紡織、竹木材料大量應用於室內裝修、傢俱等領域,這些材料的環保性尤其受到社會關注。研究指明一種納米三氧化鎢光觸媒紙基竹簾的製備方法,如下:
1.製備納米氧化鎢光觸媒水性乳液:將鎢酸銨溶液在50~80°C下加熱後冷卻,再加入乙醇形成第一乳膠液;然後加入陽離子表面活性劑以保護膠體,通過機械混溶精製獲得第二乳膠液;
2.製備紙基竹簾:將紙基纖維與竹簾複合獲得紙基竹簾;
3.製備光觸媒紙基竹簾:將第二乳膠液噴塗至紙基竹簾上以成膜,獲得納米三氧化鎢光觸媒紙基竹簾。
 
這種紙基竹簾採用納米三氧化鎢作為光觸媒材料。因為它的禁帶寬度較低(2.4eV〜2.8eV),可見光達到較好的降解效果,且光轉換效率也比較高。價帶空穴(H+ )使吸附水分子氧化,導帶電子(e-)使空氣中的氧氣還原,從而氧化分解有機物和細菌有機物。
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鎢合金核輻射遮罩件

鎢合金核輻射遮罩件核輻射又稱為電離輻射,是原子核在狀態轉變過程中(從一種結構或一種能量狀態轉變為另一種結構或另一種能量狀態)所釋放出來的微觀粒子流。其可以引起物質的電離或激發。核輻射主要由核反應產生,或從裂變產物中釋放。核爆炸和核事故都會產生核輻射,主要包括α、β、γ三種射線。核輻射對人體具有危害,但人體的軀體和生殖細胞對核輻射的敏感性以及受損後效應不同。當軀體細胞受損時,會導致人體器官組織發生疾病,最終使得人體死亡,軀體細胞死亡後,損傷細胞不會轉移到下一代;而當生殖細胞受損時,下一代將繼承母體改變了的基因,從而導致後代出現缺陷。

核輻射的放射性物質包括碘131和銫137,這些放射性物質可通過呼吸吸入、皮膚傷口及消化道吸收進入體內,從而引起內輻射。其中,碘131一旦進入人體,可能會引起甲狀腺疾病;而銫137一旦進入人體,則會損傷人體的造血系統和神經系統,因此必須避免人體受到核輻射的照射。γ輻射還可穿透一定距離被人體吸收,造成外輻射損傷。內外輻射所引發的放射病症狀包括脫髮、白血病、出血、嘔吐、疲勞、皮膚發紅、頭昏、失眠、潰瘍、腹瀉等。有時還會增加畸變、癌症、遺傳性病變的發生率,對下一代的健康造成影響。一般來說,人體接受的核輻射能量越多,其放射病症狀越嚴重,致癌、致畸的風險越大。

鎢合金核輻射遮罩件具有很好的核輻射遮罩性能,是一種耐高溫、適用性很強的鎢合金遮罩件。鉛長期作為遮罩件的原材料,但其遮罩效果依然不如鎢合金遮罩件。鎢合金遮罩件是輻射遮罩的首選材料。由於鎢合金遮罩件的密度很高,其遮罩效果是鉛的兩倍,且重量只有鉛的25%到50%。此外,鉛及其化合物具有毒性,會危害人體健康,而鎢合金遮罩件無毒無害,是極其環保友好的遮罩件材料。

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納米硬質合金的發展

通常所使用的硬質合金主要是由難熔金屬碳化物(如WC、TiC等)與過渡族金屬或合金所組成的粘結相(如Fe、Co、Ni等)形成的超硬複合材料。其具有高硬度、高強度、高熔點、良好的熱硬性以及優良的耐磨耐蝕性等優點。早在20世紀20年代德國人就首先採用了粉末冶金的方法(Powder Metallurgy,簡稱PM)製備了WC硬質合金,從此推動了硬質合金在航太航空、機械加工、冶金、石油鑽井、礦山工具、電子通訊、建築、軍工等領域的廣泛運用。一開始硬質合金主要運用於拉絲模和一些耐磨零部件的製造,後來由於技術工藝的不斷改進,性能不斷得到提高,在金屬切削領域也逐漸演變為不可或缺的角色。隨著研究的不斷深入,研究人員發現硬質合金中WC晶粒的尺寸越小,其粘結相Co的平均自由程越短,會使得合金的硬度和強度有一個較大的提升,尤其是當WC晶粒尺寸降低至100nm左右時,其力學性能有著一個較為明顯的突破。

現如今在一些新興的工業領域以及一些難加工的金屬材料領域,如航空材料中的高溫合金加工、電子工業中使用廣泛的印刷電路板(PCB)鑽孔、複合板材加工、玻璃纖維增強結構的熱塑材料、點陣印表機針頭、玻璃的精密切割等,都需要硬度更高、強度更好的超細晶粒或納米晶粒硬質合金刀具來完成。然而在硬質合金的緻密化過程中不可避免地會存在晶粒長大的現象,因而要獲得納米級的硬質合金,首先必須合成晶粒更為細小的納米粉末。以下實際中較為常見的製備納米級硬質合金粉末的工藝方法:

1.機械合金化法(Mechanical Alloying,簡稱MA):其是一個通過高能球磨使粉末經受反復的變形、冷焊、破碎,從而達到元素間原子水準合金化的複雜物理化學過程。該工藝操作簡單方便、製備效率高、製作的粉末晶粒尺寸也能達到要求,但是往往會因為與罐體、球體摩擦造成粉末的污染;

2.噴射轉換法:噴射轉換法又稱噴霧轉化法(SCP),是美國學者研製出的一種新型工藝方法。其利用偏鎢酸銨(CH4)6(H2W12O40)和氯化鈷水溶液CoCl2·nH2O 或Co(en)3WO4和鎢酸H2WO4水溶液經噴霧乾燥以及流化床還原以及碳化反應生成組織均勻的晶粒粉末(20-50nm之間);

3.原位滲碳法(in-situ carburization):其結合了原位合成和滲碳的工藝,原位合成是利用不同元素或化合物間在一定條件下發生化學反應,而在金屬基體內生成一種或幾種陶瓷相顆粒,已達到改善單一金屬合金性能的目的。美國學者所採用的是將聚丙烯腈作為原位碳源,不需要氣相碳化,將鎢酸和鈷鹽溶解在聚丙烯腈溶液中,經低溫乾燥後移至90%氬氣Ar-10%氫氣H2的還原爐中直接還原呈硬質合金粉末,其晶粒度約為50-80nm;

4.共沉澱法:通常是在溶液狀態下將不同化學成分的物質混合,在混合液中加入適當的沉澱劑製備前驅體沉澱物,再將沉澱物進行乾燥或鍛燒,從而制得相應的粉體顆粒,是製備含兩種或兩種以上金屬元素的複合氧化物超細粉體的重要方法。有研究人員採用由鎢酸鈉或鎢酸銨和醋酸鈷共沉澱形成WC-Co前驅體粉末,再通過氫氣還原反應和碳化反應製成硬質合金粉末(約50nm)。但是該方法只適用於W/Co原子比接近於5.5的粉末,而採用鎢酸銨和鈷的氫氧化物共沉澱就能高邊W/Co的原子比,獲得範圍更廣的複合粉末。

此外,還有一些其他的合成方法,如氣相蒸發法、高頻等離子體合成法、高頻感應加熱合成法、離子電弧法等,這些方法都尚在研究階段,並未投入實際的生產當中。納米硬質合金顯微組織的細小且均勻,其力學性能也得到了顯著提高。鈷粘結相的平均自由程縮短,裂紋擴展阻力隨之提高,硬質合金的韌性也越好。在現如今使用越來越多的微鑽領域,納米晶粒硬質合金鑽頭鑽孔效率更高,磨損量越小,使用壽命也越長,是普通硬質合金鑽頭的十幾倍。

納米硬質合金鑽頭

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鎢條和鎢絲

鎢絲目前主要應用於白熾燈、鹵鎢燈等電光源中。用於燈泡中作各種發光體的細絲,還需要在冶制過程中摻入少量的鉀、矽和鋁的氧化物,這種鎢細絲稱為摻雜鎢絲也稱作218鎢絲或不下垂鎢絲。鎢條的密度均勻程度決定後續鎢絲製品的品質好壞。鎢條中的孔洞的數量,尺寸,分佈狀態不但對鎢絲的高溫性能具有較大影響,還會影響鎢絲的力學性能。

將同一批鎢粉原料生產出來的鎢圓條和鎢方條作進一步加工,將其拉伸至500W成品絲材以後,再使用日本和西德的裂紋探傷儀分別對50000m的鎢絲進行檢測。通過對比可以發現,圓鎢條製備出來的鎢絲,其裂紋的總長度大概是絲材全長的0.98%~1.20%。相比同樣規格的鎢方條,方條製備出的鎢絲的裂紋就占了全長的4.21%~58.82%。顯而易見,鎢圓條製備的鎢絲的裂紋要比方條加工出來的要小很多。通過其繞絲性能來看,相同條件下兩種鎢條製備的鎢細絲,圓條絲的繞絲性能會比方條絲的更好一些。根據螺旋回彈的檢測,可以看出鎢圓條的螺旋絲在拉伸的過程中不會發生斷裂現象,而且螺距之間的距離比較相等。相同情況下的方條螺旋絲就有出現劈裂的狀況。

總而言之,對任何鎢條加工的不均勻會造成材料變形,導致其內部組織不能均勻,從而引起絲材內壁的斷裂,尤其是在不均勻的組織的交界處,更容易出現裂紋。

鎢條和鎢絲

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廢鎢條與鎢粉

鎢粉是呈粉末狀的金屬鎢,是製備鎢加工材、鎢合金和鎢製品的原料。純鎢粉可製成絲、棒、管、板等加工材和一定形狀製品。鎢細粉與其他金屬粉末混合,可以製成各種鎢合金,如鎢鉬合金、鎢錸合金、鎢銅合金和高密度鎢合金等。鎢粉的另一個重要應用是製成碳化鎢粉,進而製備硬質合金工具,如車刀、銑刀、鑽頭和模具等。

比起從礦石中提煉金屬,回收再生產廢棄金屬不僅可以節約能源,降低成本,還有助於改善生態環境。所以,得到國際的廣泛關注。特別是日本,他們國家把這項工程認為是“第二礦業”的開發。其中包含鎢鋼廢料,金屬鎢及其合金廢料,硬質合金廢料,研磨硬質合金工具的磨屑,粉塵等二次原材料。許多國家已經開始設立專門的部門負責廢鎢條的回收利用。其中蘇聯設有研究所專門負責有色金屬廢料的回收再生利用。該研究所研製出的處理含鎢廢料流程,在通過一系列的工業試驗後,被認為是最具發展前景的工序。最近幾年,許多國家都在研製如何處理鎢廢條的方法,其中廢料再生產鎢的方法主要有電解法,鋅熔法,高溫氧化法,化學溶解法和氯化法。

鎢條的廢端塊經過試驗證明可以代替工業鎢細粉作為原料,並且可以制取同樣品質的超級細微顆粒的鎢細粉。這樣不僅大幅度的降低工業成本,最重要的是資源的合理再利用,可以改善現在工業迅速發展所帶來的弊端。

鎢粉與鎢條

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鎢鉬視頻

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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龍年首周鎢價開門紅。

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