三氧化鎢電致變色與氣敏性應用1/2
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納米鎢銅合金電極的研究
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鎢粉和銅粉的粉末粒度以及均勻性在一定程度上會影響鎢銅合金電極的燒結效果,粉末粒度的減小會使得材料的各項綜合性能,如密度、硬度、導電導熱性得到極大的改善。傳統意義上的粉末冶金方法(Powder Metallurgy, PM),其採用金屬粉末(或金屬氧化物粉末)作為原料經壓制燒結工藝所得到的複合材料的粉末粒度大多較粗。而相比之下,納米鎢銅材料具有較高的表面能,在燒結的過程中原子的運動以高介面能為驅動力,使得介面中一些微小的孔隙發生進一步收縮,防止了孔隙的擴散。因此對納米鎢銅合金的研究有利於實現較低溫度下燒結緻密化的進行。
雖然納米鎢銅合金的製備工藝大體上看起來與傳統粉末冶金工藝相類似,也是分為制粉備料-壓制成型-燒結三個工藝流程,但是納米顆粒所具有的特殊性也使得納米鎢銅合金的製備與傳統方法間存在一定的區別。總的來說,目前較為常見且應用較多的納米鎢銅合金製備方法研究有溶膠-凝膠法(Sol-Gel)、機械合金化(Metal Alloying, MA)、機械-熱化學工藝合成以及霧化乾燥等。
機械合金化(Metal Alloying, MA)是採用高能球磨機,將一定配比的鎢銅混合粉末球磨較長的一段時間,可得到粒度接近於20nm-30nm顆粒度的納米粉末。再將製備好的納米粉末壓制生坯,在氫氣H2的氛圍下燒結一段時間,便可得到具有較高相對密度的納米鎢銅合金。
所謂的溶膠-凝膠法(Sol-Gel)是採用含高化學組分的化合物作為前軀體,在液相下將這些原料均勻混合、水解、縮合等反應,在溶液中形成穩定的透明溶膠體系溶膠經陳化膠粒間緩慢聚合,形成三維空間網路結構的凝膠,凝膠網路間充滿了失去流動性的溶劑,形成凝膠。凝膠經過乾燥、燒結固化製備出分子乃至納米亞結構的材料。在目前的學術領域,已有研究人員通過此方法成功製備了高性能的鉬銅和鎢銅粉末,但是這種方法也存在一定的缺陷,如在氫氣還原的過程中難以控制雜質和水蒸氣的含量,而這些問題的存在將給後續的燒結工藝帶來一定的影響。
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APT結晶與粒度控制
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濺射鍍膜法製備氧化鎢薄膜4/4
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濺射鍍膜法製備氧化鎢薄膜3/4
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濺射鍍膜法製備氧化鎢薄膜2/4
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濺射鍍膜法製備氧化鎢薄膜1/4
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液膜法生產仲鎢酸銨
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鎢銅電極燒結機理與緻密度的關係(三)
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當溫度進一步升高達到液相燒結溫度時,液相銅開始生成,與此同時鎢顆粒在毛細管力的牽引下發生顆粒重排。如前文圖中所呈現的那樣包裹在銅相內部的鎢顆粒,相互接觸重排以及收縮。這樣一來,燒結後的粉體強度以及韌性都得到了有效的提升,其中的原因包括兩個:其一,顆粒與顆粒之間連接強度因重排而顯著增大,也就是化學中的原子間作用力的增大;另一方面,原本在坯體內部的顆粒接觸面能達到原子引力作用範圍的數量是有限的,而溫度的進一步提升使得原子振幅增大或發生擴散,從而使得接觸面上進入原子作用力範圍的數量增加,形成較大的粘結面。隨著粘結面不斷擴大,燒結體的強度也逐漸上升,並最終形成燒結頸,完成顆粒介面向晶界的的轉變。
此外,孔隙形狀的改變以及孔隙總數和體積的改變也是燒結強度增大的表現。下圖為球形顆粒模型,其所表示的是孔隙形狀的變化情況。由於燒結頸的不斷長大,孔隙不斷收縮呈閉孔後圓化。而在這期間變化的不僅僅是孔隙的形狀和性質,其總數和大小也在不斷地發生著改變。總的來說,孔隙的數量由於不斷收縮聚攏呈下降趨勢,而平均孔隙的大小有些許提升,小孔隙先於大孔隙縮小而消失。
燒結體體積的收縮的主要原因並不是粘結面的形成,這樣一來,緻密化就並不標誌著燒結過程的開始,而只有燒結體的強度增大才是燒結發生的明顯標誌。按照時間的推移來劃分,鎢銅合金粉末燒結過程還可分為幾個階段(界限不絕對):
1.粘結:燒結前期,顆粒接觸介面向晶界轉變,燒結頸在這一階段形成並長大。顆粒內的晶粒不發生變化,顆粒外形也基本不會發生變化,整個燒結體不收縮,密度增加也極小,但是燒結體的強度和導電性由於顆粒結合面增大而有明顯增加;
2.燒結頸長大:原子向顆粒結合面的大量遷移導致燒結頸的擴大,顆粒間距離縮短,形成連續的孔隙網路。此外,由於晶粒長大,晶界越過孔隙移動,被晶界掃過的地方,孔隙大量消失,燒結體的體積收縮、密度和強度增加是這個階段最為主要的特徵;
3.閉孔隙球化和縮小:在燒結後期,燒結體相對密度較高,多數孔隙被完全分割,閉孔數量大大增加,孔隙形狀趨近於球形並不斷縮小。在這個階段,整個燒結體仍可緩慢收縮,但主要是通過小孔隙的消失以及孔隙數量的減少來實現的。該階段的延續時間較長,但是仍會殘留少量的隔離小孔無法消除。
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鎢合金壓艙配重塊Ⅱ
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