摻雜對鎢銅觸頭性能的影響

鎢銅觸頭又被稱作鎢銅觸點,其是一些高壓、高載荷電器斷路器中的關鍵元件,主要是對電流起著接通和分斷的作用,它的穩定性直接影響了電器整體運行的可靠性以及使用壽命。而鎢銅材料是由W和Cu兩相均勻分佈的既不固溶又不會形成化合物的複合材料,其在具有W高密度、高熔點、高強度、優良的抗電蝕能力以及抗熔焊能力的同時,還具有Cu良好的導電導熱率、可塑性極佳、易於加工等優點。不過其中最大的優勢在於鎢銅材料中是一種特殊的發汗熱沉材料,其中的Cu在電弧高溫下蒸發可吸收大量的電弧能量並有效降低電弧溫度,從而達到改善使用條件和降低電蝕作用的效果。隨著電網市場的飛速發展,高壓開關設備逐漸向著高電壓、大容量、小型化的方向發展,而相應的斷路器容量也就不斷增大,滅弧室空間逐漸縮小,這就使得觸頭單位面積上所承擔的負荷增大,對鎢銅觸頭材料性能有了更高的要求。

以W80-Cu20鎢銅觸頭為例,分別添加0.3%B硼,2.0%Nb鈮,1.5%Ce鈰,利用高速攝影捕捉不用鎢銅觸頭材料在高電壓與大電流共同作用下的引弧、燃弧以及滅弧的過程,並計算各個階段所消耗的時間,同時利用示波器記錄放電時的截流值。通過觀察可以發現添加了B和Nb元素的鎢銅觸頭起弧時間約為未添加任何元素的W80-Cu20觸頭的1.5倍。此外,未摻雜元素的鎢銅觸頭穩定燃燒時,弧根寬度較小、等離子雲體積最小,顏色最深,這就說明了其電弧等離子雲電子密度大而使得電離層溫度升高;而摻雜其他元素的觸頭材料的弧根寬度較大,鋪散面積大,電子的運動區域也較大,說明了摻雜元素可以起到分散電弧的作用。綜上所述,摻雜元素的鎢銅觸頭形弧時間更長,截流值較小,其能有效分散電弧,使其能量分散。

之後再進行抗電弧燒蝕試驗,在惰性氣體保護下進行氬弧焊、等離子切割,期間選取同樣的工作電壓和電流,每隔一定時間對觸頭的燒蝕品質損失進行稱量,並採用掃描電鏡對燒蝕後表面形貌進行觀察。通過資料分析可以發現未添加任何組元的鎢銅觸頭的燒蝕量最大,而摻雜一定比例的不同組元的觸頭燒蝕量都有明顯的減少。這是由於未添加元素的鎢銅觸頭,電擊穿發生在富Cu區,電弧在該區域聚集並發生局部溶化,從而引起銅液的飛濺;而加入B和Nb元素後改善了銅相的分佈,使銅相分佈細小而均勻,在燃弧過程中電弧不會發生在富Cu區,而是均勻分佈在材料表面,從而有效避免了電弧能量集中、局部燒蝕而導致觸頭材料的失效。另外,NB與W還能形成連續固溶體,起到固溶強化的作用,從而提高W在高溫下的強度,且W-Nb合金在所有鎢基合金中具有最好的強度、塑性配合和抗氧化性能。

鎢銅觸頭

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鎢青銅和抗遲滯驅動方法工作原理

現在應用最廣的是以機械串聯、電學並聯方式極化而成的多層壓電陶瓷驅動器。當在驅動器上施加恒定壓力時,其壓電方程可以表示為:△L-Nd33V。式中,N為陶瓷疊層數;d33為壓電常數;V為所加的電壓;△L為沿厚度方向所產生的位移。
 
圖1為鎢青銅系列壓電陶瓷驅動器在開環控制下實際測量得到的壓電陶瓷電壓-位移曲線,從中可以看出,當電壓從最大值開始減小時,其位移不是從上升的位移曲線返回,而是出現了較大的位移滯後,特別是在50V的控制電壓下,相同輸入電壓對應的位移滯後已經達到0.231μm。
 
這種電壓-位移間的滯後關係就是壓電陶瓷驅動器的遲滯特性。這是因為,只有當材料是單晶單疇狀態且處於弱電場時,d才為常數。但是對於由多晶體構成的壓電陶瓷材料來說,由於其組成晶體存在著大量的電疇,當存在強電場作用時,電疇的轉向運動使得d不再是常數,而成為了隨電場強度E變化的函數。這樣,驅動器所產生的位移量不僅與電壓有關,並且還與變化的壓電常數有關。當電疇處於轉角為180°的狀態時,當其反轉時$驅動器不會產生位移滯後現象;但是當電疇處於轉角為90°的狀態時,當電壓下降時,90°疇的反轉就會使驅動器在平行或垂直於電場方向上的位移量成非線性增加,而這也就導致壓電陶瓷驅動器出現電壓-位移遲滯現象。
 
根據以上的原理分析可得,非180°電疇的存在直接導致了壓電陶瓷遲滯特性的形成。為了改善這部分電疇的工作狀態,我們考慮在控制時使驅動電壓的改變不再是單一的上升或下降,而是通過在目標電壓附近的高頻往復振動,再達到目標電壓值。這樣即可以使電疇的轉向不再按照單一的規律變化,而成為多次的往復轉向,使它盡可能接近180°電疇的特性,從而達到降低遲滯的作用。根據以上分析,我們設計了如圖2所示的“抗遲滯”驅動方式,並編寫了相應的控制軟體,作了大量的實驗。

驅動器遲滯曲線圖
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TiO2——矽鋁纖維紙複合載體三氧化鎢脫硝催化劑

矽鋁纖維紙目前,廣泛使用的SCR脫硝催化劑為五氧化二釩-三氧化鎢-二氧化鈦基整體式脫硝催化劑,其中,二氧化鈦為載體;五氧化二釩為主要活性成分;三氧化鎢在其中起到增強催化劑酸性、擴大SCR脫硝反應的溫度視窗、抑制銳鈦礦向金紅石轉化、減少二氧化硫向三氧化硫轉化、提高催化劑抗中毒能力等作用。
 
文章介紹一種以二氧化鈦——矽鋁纖維紙為複合載體製備新型三氧化鎢脫硝催化劑的方法。其製備方法為:
1. 選取矽鋁纖維紙、工業級銳鈦礦型二氧化鈦為原料,首先製備二氧化鈦料漿(其中添加助劑氨穩定型30%矽溶膠),並使之形成圓柱形;
2. 在100°C下乾燥1小時,進行分段煆燒(在100°C、200°C、300°C、500°C分別保溫1小時),制得催化劑載體;
3. 採用濕式浸漬法製備三氧化鎢脫硝催化劑,其中偏礬酸銨品質分數為1%~5%、鎢酸銨品質分數為5%~15%,鉬酸銨品質分數為0%~5%;
4. 將催化劑置於100°C乾燥1小時,進行分段煆燒(在100°C、200°C、300°C、500°C分別保溫1小時),制得三氧化鎢SCR脫硝催化劑。
 
實驗表明以二氧化鈦——矽鋁纖維紙為複合載體的SCR脫硝催化劑,在煆燒溫度為500°C,載體和催化劑均能保持較好的多孔結構,同時銳鈦礦二氧化鈦未金紅石化;另外,當催化劑活性成分五氧化二釩、三氧化鎢、三氧化鉬品質分數分別為3%、7%、4%的時候,脫硝效率高達92%。
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三氧化鎢脫硝催化劑的鹼金屬中毒

煙氣脫硝催化劑三氧化鎢脫硝催化劑在運行過程中往往會受煙氣中大量的粉塵和毒性物質影響而失活。鹼金屬中毒主要是由於鹼金屬能夠直接與活性位作用而使催化劑鈍化,其機理為鹼金屬能與催化劑表面的V-OH酸位點發生反應生成V-OM,使催化劑吸附氨的能力下降,從而使參與一氧化氮還原反應的氨的吸附量減少,並降低了其參與SCR反應的活性;其顆粒物還可以沉積在催化劑表面或堵塞催化劑的部分孔洞,阻礙一氧化氮和氨氣向催化劑內部擴散,使催化劑失活。一般認為,鹼金屬(Ca,Mg)主要是物理性中毒,可以沉積在催化劑表面造成孔結構堵塞,阻礙氨和NO與催化劑活性位接觸,導致催化劑失活。
 
實驗研究表明:
1. Ca、Mg的氧化物對催化劑活性的影響
三氧化鎢催化劑在300°C時的NO轉化率為95.84%,而摻入Ca和Mg的氧化物後,活性下降比較明顯;當Ca和Mg與V的物質的量比為3.0時,其活性分別下降至82.0%和71.24%。
2. Ca、Mg對催化劑表徵的影響
Ca和Mg的氧化物的摻入對三氧化鎢脫硝催化劑中的五氧化二釩在載體上的分佈不造成影響,即五氧化二釩仍以無定型態或高分散狀態分佈在二氧化鈦表面。另外,CaO和MgO也能以無定型或高分散狀態分散於催化劑表面,未形成CaO和MgO結晶。隨著Ca和Mg濃度的增大,B酸量減少,致使催化劑表面對氨的吸附能力減弱,最終影響SCR反應的進行。
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鎢電極材料組織結構對電弧性能的影響

鎢電極

在焊接過程中,電弧的特性除了與電源裝置和環境條件有關,在很大程度上取決於鎢電極材料的性能。良好的電弧性能直接決定鎢電極的使用和應用範圍。鎢電極材料的組織結構在對鎢電極的性能具有一定的影響。一般來說,鎢電極組織結構的完整性和均勻性會直接影響電極的電弧性能。如果鎢電極內部存在劈裂、分層、微裂紋、空洞、夾層或嚴重的晶粒結構不均勻,則引弧過程不穩定,會發生斷弧、爆弧、漂移等,嚴重的話還會引起導熱、導電能力下降,從而使局部產生過熱、熔融、變形,降低電弧性能。另外,在高溫下,電極的組織結構與化學成分密切相關。高溫條件下,容易使得添加的稀土氧化物發生遷移、蒸發、貧化,導致再結晶粗化,產生裂紋等。

鎢電極的組織結構和化學成分會影響其物理性能和機械性能,從而影響其電弧性能。鎢電極作為焊接工具中的重要部分,要具備良好的物理性能和機械性能,例如高熔點、高沸點、低蒸氣壓、良好的導熱、導電性、高溫強度、高的再結晶溫度和抗蠕變性等特性。如果鎢電極的物理性能和機械性能存在缺陷,則會導致鎢電極在焊接過程中變形、熔融等,從而惡化電弧性能。不同類型的稀土鎢電極具有不同的抗變形和耐高溫性能,其中三元電極優於二元電極,而二元電極高於純鎢電極。

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硬質合金插齒刀

插齒刀從外觀上看是呈齒輪形或齒條形,其常用於加工內、外嚙合的直齒和斜齒圓柱齒輪。尤其是其還可加工多聯齒輪、人字齒輪以及帶台肩齒輪等,具有特殊形狀的插齒刀還能加工出多種異形工件,如凸輪、內花鍵等。根據外形分類,插齒刀還能分為盤形、筒形、碗形以及錐柄形。每種形狀的插齒刀可對應加工不同的工件。盤形插齒刀主要用於加工內外嚙合的直齒、斜齒以及人字齒輪;筒形插齒刀可用於加工內齒輪以及模數相對較小的外齒輪;碗形插齒刀主要用於多聯和帶台肩的內外嚙合直齒輪的加工,其在工作時夾緊用的螺母可容納在插齒刀體內,不會妨礙加工過程的進行;錐柄插齒刀主要應用於內嚙合的直齒和斜齒齒輪的加工。如今在實際生產中,插齒刀以高速鋼材料最為普遍,但是已有不少研究表明與之相比硬質合金插齒刀具備更優良的性能。在硬度、強度以及耐磨性等方面,硬質合金插齒刀都得到了極大的提升。

一般用於硬齒面加工用的硬質合金插齒刀都呈頂刃負前角形式,使得兩側切削刃獲得相應的負刃傾角,插齒過程便具有斜角切削特性。通過增大負切深剖面前角的方法提高插齒刀刀尖與側刃的抗崩刃能力以及耐磨性。而這一切削特性不僅適合於硬齒面滾齒加工,在硬齒面插齒加工中同樣適用。為了在保持硬質合金插齒刀齒形精度的基礎上提高其切削性能,頂刃前角一般採用-5°為宜。硬質合金插齒刀的齒側面為漸開螺旋面,而這個螺旋面僅在其截斷面中才會有漸開線齒形。然而當硬質合金插齒刀作出前角與後角後,切削刃就偏離了截斷面,其形狀與理論漸開線是存在一定誤差的,並且這一誤差難以直接測量。因此這也就難以在磨齒過程中對切削刃的形狀進行進一步修正,而需要對硬質合金插齒刀的齒形角進行修正。

此外,為了突破傳統構型(錐面)硬質合金插齒刀易崩刃、插齒精度低,研究人員還嘗試了新構型的硬質合金插齒刀,以異形凸面代替了傳統的錐面並作為插齒刀刀齒的前刀面。這樣一來會使得剖面負前角絕對值大幅增加;異形凸曲前刀面與側後刀面的交線同時位於底角一定的圓錐面上,使得側刃空間曲線變化趨於平緩,從而有效地預防了一些在傳統構型插齒刀中因切削刃空間曲線形狀不易控制而導致的畸變,為刀具的切削性能以及工件加工表面品質提供了保障。總的來說,異形凸曲面硬質合金插齒刀有效地解決了傳統構型中存在的刀具構型精度以及刀具傾角之間所存在的矛盾,進而提高刀具的耐磨性和抗崩刃能力。

硬質合金插齒刀

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紅外碳硫分析儀器中鎢粒的特點

紅外碳硫分析儀器主要是對冶金,機械,化工等行業中的有色金屬,黑色金屬等物質中的碳,硫元素的含量進行分析的一種儀器。用紅外碳硫分析儀器分析碳硫元素的含量具有準確,快速,靈敏度高的特點。

鎢粒是稀有的高熔點金屬,位於元素週期表第六週期的VIB的序列。鎢粒是由鎢加工後形成的金屬顆粒。鎢是最難熔化的金屬,它的熔點是3380℃,而且它的純度很高,可以達到99.95%以上。鎢粒作為紅外碳硫分析儀的主要添加劑可以提升分解結果的準確性和穩定性。對於紅外碳硫分析儀器在分析時,鎢粒不僅有助熔的功能,還具有發熱,催化和穩燃等其他功能,這樣可以大大提高紅外碳硫分析儀器的工作效率。高溫條件下的鎢粒會很容易被氧化,並且產生大量的熱,而且反應速度很快。鎢粒氧化後產生的三氧化物有利於二氧化碳和二氧化硫的釋放,不會覆蓋試樣,從而充分的發揮出鎢粒的作用。一般情況下,錫會和鎢粒同時作為紅外碳硫分析儀器的助溶劑,錫主要是用來降低鎢粒助熔作用不足所帶來的影響,使分析結果更穩定,準確。

鎢粒作為紅外碳硫分析儀器的助溶劑,通對燃燒物熔點的降低,可以使碳硫的得到充分的釋放。添加劑鎢粒的細微性最好控制在0.84-0.42,mm之內,孔隙度大約在15%,表面緻密光滑,這樣不僅能避免氧氣流的干擾,還能加速氧化燃燒,減少表面的吸附。鎢粒的雜質元素很低,所以在紅外碳硫分析儀器中得到廣泛的應用。

紅外碳硫分析儀器

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鎢粒的簡介

鎢粒是一種主要用於高頻紅外碳硫分析中高頻燃燒的助熔劑,常應用於高頻反應爐。鎢粒又名為鎢助熔劑或者純鎢助熔劑。通過對金屬鎢加工後成為細小的顆粒,這便是鎢粒。鎢粒的純度很高,可以達到99.95%以上,細微性為20-40目。作為助熔劑,鎢粒具有很好的助熔效果和極其穩定的分析結果。在電子化工業上,鎢粒得到廣泛運用。

鎢粒是外形呈多面體的顆粒狀,顏色為亮灰色。鎢是鎢粉的主要成分。鎢作為鎢粒的主要成分是因為鎢很容易被氧化成三氧化鎢,氧化鎢屬酸性氧化鎢,它的生成有利於二氧化碳和二氧化硫的釋放。以此可以用來測定氧化鋁粉中的碳硫含量,且測定結果較為穩定。在1781,鎢是由瑞典化學家和礦物學家克朗斯泰特發現的一種礦物。

鎢粒的空白值很低,也就是它的雜質元素的含量非常少。其中碳的含量低於0.0008%,硫的含量低於0.0005%,氧的含量低於0.05%。所以鎢粒具有高純度的特性。鎢粒的細微性或者粗細度為20-40目。一般情況下是1000g裝一瓶,因規格的不同,其重量也會有所差異。

隨著現代科學技術的高速發展,根據生產工藝的需要,鎢粒助熔劑被廣泛應用在在冶金,焊接,分析測試等各種工藝過程中。鎢粒助熔劑是目前先進的紅外和其他分析儀測定碳,硫的必須助熔材料。大約在大於650℃的溫度下同氧,鎢粒就會開始氧化,並釋放195.8千卡/摩爾的熱量。因此,它具有很強的助熔效果。

鎢粒

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鎢粒的應用

鎢粒的主要用途是分析紅外碳硫氧化物的助熔燃燒物,或者是對鋼鐵、合金等金屬和非金屬中的碳硫含量進行分析測定。鎢粒作為一種常用的助熔劑具有能降低燃燒物的熔點的特性和穩定性好的特點,鎢粒助熔劑可以促進碳硫的釋放。其主要成分是大於99.95%的鎢。

鎢粒還可以作為添加劑應用於紅外碳硫分析儀中。紅外碳硫分析儀的特點是瞬間發熱值高、反應速度很快。鎢粒不僅在紅外碳硫分析儀中起到助熔的作用,還有能發熱和對介質的酸鹼性進行調節的功能。紅外碳硫分析儀中的氧化鎢金屬微粒,在燃燒過程中,有助於降低燃燒物的熔點,促進碳和硫的釋放。除此之外,鎢粒還具有攪拌,催化,穩燃和抗干擾等多重分析作用。紅外碳硫分析儀中的鎢粒可以使紅外碳硫儀分析出來的碳硫值更為精准,所以,大部分紅外碳硫分析儀都需要用到鎢粒作為添加劑。

隨著鎢業的快速發展,鎢粒的應用業得到相應的推廣。但是,在對鎢粒應用和加工的過程中還存在著較多問題,比如鎢粒資源的利用率較低,對鎢的不合理開採導致生態環境受到污染。針對這些問題,業內專家呼籲,我國鎢產業應控制總量,加強技術改造和創新,提高鎢粒的在回收利用,通過推進資源整合和企業重組來促進產業結構調整和優化升級,重視再生利用工作,促進我國鎢產業全面可持續發展。

鎢粒

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鎢青銅系列壓電陶瓷驅動器遲滯特性

隨著納米測量技術的發展,對於能夠實現納米級定位的多自由度微動工作臺的研究越來越受到人們的重視。微動工作臺驅動元件的選擇和使用直接影響著最終的性能指標。目前,在實踐中採用的微小位移驅動元件有很多種,而壓電陶瓷驅動器以其體積小、重量輕、驅動電壓不高、精度和位移解析度高、頻率回應快、不發熱、不產生雜訊、承載力大等特性,成為微定位控制領域應用最廣的驅動元件之一。
 
但是,壓電陶瓷材料所固有的非線性特性、遲滯特性、蠕變特性等,都大大限制了壓電陶瓷驅動器定位精度的進一步提高,其中遲滯誤差對精度的影響最大。因此,如何改善壓電陶瓷驅動器的遲滯特性成為我們實現超精密定位所需解決的首要問題。對此國內外專家學者進行了大量的研究,並提出了一系列的理論和方法來改善其特性。目前在驅動器的開環或半閉環控制中提出的減小遲滯的方法主要有:(1)電荷控制法;(2)在壓電陶瓷兩端串聯小電容的方法;(3)Preisach模型;(4)通用化的Maxwell模型;(5)多項式近似模型;(6)採用電容和電阻組成橋路。這些方法大都是通過建立複雜的數學模型來進行控制。
 
研究採用了一種新型的硬性鎢青銅結構的壓電陶瓷驅動器,這種驅動器和軟性的鈣鈦礦結構壓電陶瓷驅動器相比,遲滯特性、蠕變誤差均有很大改善,特別在性能方面上比較穩定。根據其電疇結構與晶體結構在變形過程中產生遲滯的主要原因,有學者提出了一種新的“抗遲滯”驅動方式,“抗遲滯”驅動方法可以大大降低壓電陶瓷驅動器遲滯誤差的影響,可用於在控制過程中不要求連續定位的微動器件的高精度開環控制,大大改善了壓電陶瓷驅動器的遲滯特性。

壓電陶瓷驅動器特性實驗系統示意圖
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