涂层硬质合金简介
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- 分类：钨业知识
- 发布于 2015年12月28日 星期一 18:26
- 作者：xiaobin
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为了解决硬质合金材料中所无法避免的矛盾-硬度与韧性，相关研究人员相继提出了不少改进与优化措施，其中目前较为有研究价值的有两个方向，其一是超细纳米硬质合金，另一个就是涂层硬质合金。涂层硬质合金指的是在传统硬质合金的表面涂覆上一层耐磨的碳化钛（TiC）、氮化钛（TiN）、碳氮化硼（TiCN）、立方氮化硼（CBN）、刚玉（氧化铝， AL2O3）等薄层所形成的表面涂层硬质合金。该方法在硬质合金刀具基体上涂覆一层或多层硬度高且耐磨性好的材料，既减小了刀具的磨损，又充当了热屏障与化学屏障的角色，很好地协调了传统硬质合金刀具强度与硬度之间的矛盾，提高了加工精度和加工效率，也延长了硬质合金刀具的使用寿命。目前为止，涂层硬质合金已有40多年的发展历史，涂层的材料多种多样且由单一涂层逐渐发展到复合涂层。较为常见的涂层方法包括化学气相沉积法（CVD）、物理气相沉积法（PVD）、等离子体化学气相沉积法（PCVD）、溶胶-凝胶法（Sol-Gel）以及真空阴极电弧沉积法（VCAD）等等。
现如今，涂层硬质合金呈涂层成分多元化、涂层结构多层化、工艺组合多样化、基体结构梯度化的发展趋势。
1. 涂层成分的多元化主要表现在：由于单涂层刀具基材与涂层两者间的晶格类型、硬度、弹性模量以及热膨胀系数存在较大的差距，导致结合力较弱。若在单涂层中加入其他新元素，可极大地改善涂层硬质合金的一些综合性能，如加入硅（Si）可显著提高材料硬度以及抵抗化学扩散，稀土元素钇（Y）可提高材料的抗氧化性，锆（Zr）、钒（V）、铪（Hf）等元素的加入可改善材料的抗磨损性能。
2. 涂层结构多层化是目前涂层硬质合金的主要发展趋势，通过不同的涂层组合，发挥出各涂层的优良性能，每层的厚度也越来越薄，逐渐趋于纳米化。
3. 工艺组合多样化适合于现代切确加工日渐复杂的工作环境条件，如将CVD与PVD的工艺有机结合起来，使得CVD-TiCN涂层具有较高的耐磨性，且基体与涂层间结合强度大大提高，而PVD-TiN涂层具有压缩残余应力的效果，两者的结合使得硬质合金刀具具有更好的综合性能。
4. 基体结构梯度化是指对硬质合金基体进行梯度处理，从而有效地阻止裂纹向合金内部扩展，防止由于裂纹扩展而导致材料的失效。
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三氧化钨材料晶体结构
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- 发布于 2015年12月28日 星期一 17:51
- 作者：huahuo
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三氧化钨化学式为WO3是一种酸性氧化物，当温度高于800℃出现明显的升华趋势，在酸性试剂中微溶于氢氟酸，可溶于碱性试剂并生成钨酸盐。
三氧化钨的化学计量数虽然看起来简单，但是它的相转变与结构扭曲比较复杂，理想的情况下，三氧化钨为[WO6]八面体，钨为正离子W6+位于八面体的中心，氧为负离子O2分布在八面体的每个顶角，通过共用顶角的形式构成立体异构体。但是-实际情况下，三氧化钨因为钨离子W6+容易偏离中心的位置，使得八面体发生形变，形成：四方晶体（α-WO3），稳定温度区间为T>740℃；正交晶系（β-WO3），稳定温度区间为740℃>T>330℃；单斜晶系（γ-WO3），稳定温度区间为330℃>T>17℃；三斜晶系（δ-WO3），稳定温度区间为17℃>T>-43℃；和单斜晶系（ε-WO3），稳定温度区间为-43℃>T这五种结构。
同时M.Figlarz等课题研究组报道：一定的条件下六方向的三氧化钨（h-WO3）同样能以稳定的形式存在，当退火的温度超过400℃时便会转换为单斜晶系（γ-WO3）。被应用于光电领域所研究的三氧化钨纳米与三氧化钨块状会有所不同，其主要区别为相转变温度出现明显的下降，因此造成特殊情况下会出现部分纳米结构的正交晶系（β-WO3）的三氧化钨，并且能在室温下稳定存在。
总之三氧化钨具有多种晶体结构，晶体结构的转换都会对其性能造成影响，甚至会使其性能发生很大的改变，但是也正因为如此，使得三氧化钨具有多种特性，能广泛应用于生活中的许多领域。
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石墨烯与氧化钨复合薄膜2/2
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- 发布于 2015年12月28日 星期一 17:44
- 作者：huahuo
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石墨烯-氧化钨复合薄膜的光电性质。随着石墨烯（RGO）量的添加，复合膜的光电流密度先提升到一定数值后呈现下滑趋势，说明石墨烯（RGO）的复合在一定范围内能使氧化钨(WO3)的光电转换能力随着RGO的含量增加而提升，当含量为某一值时，光电转换能力最佳。光电性能达到最佳值后又会随着RGO含量下降的主要因素为：在低含量的范围内向半导体添加RGO，因为RGO的优良导电性提高了光生电子的快速传递；当RGO的含量过大时，由于RGO吸收了大部分的光，从而降低了WO3对光的有效吸收，影响薄膜整体光电转化能力。测试RGO含量对石墨烯-氧化钨复合膜电化学阻抗的影响，得出的与光电流密度类似的结果，随着石墨烯（RGO）量的添加，复合膜的阻抗先减小后增大。
本文以偏钨酸铵为钨源、聚乙烯吡咯烷酮作为链接剂，氧化石墨烯（GO）作为前驱体溶液制备石墨烯-氧化钨复合膜，并以氧化石墨烯（GO）含量作为变量，得出如下结论。在一定范围内，具有较高GO含量的前驱体更有利于提高复合膜的光电转化能力。通过瞬态光电流法的研究表明，在相同的电极电位下，复合膜的瞬态时间常数大于纯氧化钨薄膜，说明与石墨烯复合后薄膜电子空穴对的寿命延长，而且复合石墨烯后薄膜的电子传输时间缩短了，为原来的47.5%，复合石墨烯能大大提高氧化钨薄膜的光电转换性能。
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影响三氧化钨光电转换的因素
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- 发布于 2015年12月28日 星期一 17:47
- 作者：huahuo
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三氧化钨是一种黄色粉末，不溶于水，微溶于酸，溶于碱液，可由钨矿与纯碱共熔后加酸而制得。主要用于煅烧还原生产钨粉和碳化钨粉，进而用于生产硬质合金产品，如刀具和模具的制造，也可用于制造纯钨制品、钨条、钨丝，钨电极；和用途配重和辐射的屏蔽材料。同时三氧化钨是一种功能材料，具有光致变色、电致变色以及气致变色等特性，可作为气敏材料、光催化剂等，本文主要分析影响三氧化钨光电转换的主要因素。
三氧化钨（半导体材料）的光电转换过程，光照射到半导体材料上，价带电子会吸收光子的能量，只有当价带电子吸收的光子能量足够大，大到满足电子跃迁跃迁到导带上，最终光生电子-空穴分离，驱动反应的进行。光生电子-空穴分离后，空穴在材料的表面的氧化位点，对有机污染物进行氧化降解，然而电子到跃迁到导带后会迁移到还原点会重新迁移到外电路而形成电流或者在还原点实现光解水制取氢气。
三氧化钨材料的光电转化过程主要分为三部分：电子吸收光能量、电子吸收光能量发生跃迁与空穴分离以及电子传输到外电路中。经过分析影响三氧化钨光电转化性能的主要因素有：光阳极制备的过程；纳米结构材料的结晶性与维度；纳米结构薄膜的形貌；光电子与空穴的复合和分离；光电子的传输及三氧化钨表面缺陷等。
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石墨烯与氧化钨复合薄膜1/2
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- 发布于 2015年12月28日 星期一 17:42
- 作者：huahuo
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石墨烯被称为“黑金”是目前被发现的最薄、强度最大、导热导电性能最强的新型纳米材料，是“新材料之王”， 甚至有科学家预言石墨烯将会“彻底改变21世纪”。非常有可能会掀起一场席卷全球，颠覆性的新技术革命。
太阳能是可再生能源，利用太阳能来将空气中的水分离为氢气和氧气，并以氢气作为一种新能源是有望解决目前能源匮乏以及环境问题，因此受到人们的广泛关注。在半导体中，能作为光催化制氢的材料，且具有性能稳定及低廉的成本特点的氧化钨成为了热门的研究材料。但是氧化钨（WO3）本身光生电子-空穴容易复合，限制了其光电性能，因此为了提高其光电转化性能常用的方式有半导体复合、表面敏化、贵金属沉积、离子掺杂等。将还原氧化石墨烯（RGO）作为电子的传递介质能提高半导体材料中的光电子迁移速率，大大降低光生电子-空穴复合的几率，提高半导体材料光电转化的效率。本文选择以氧化石墨烯（GO）作为制备石墨烯的前驱体，采用提拉法制备石墨烯与氧化钨制备复合膜并对其进行热处理，探究石墨烯是否能提高氧化钨光电转化性能。
石墨烯-氧化钨复合薄膜物相和形貌表征。提拉法制备的复合膜结构比较平滑，存在裂纹以及空隙，热处理之后，薄膜呈现多孔形态。复合RGO后会限制WO3纳米颗粒的生长，使其结晶度受到一定的影响，颗粒尺寸变小，同时孔间隙率也降低，整体而言薄膜较为致密。在微观状态下石墨烯与氧化钨时互相接触，WO3分布在RGO表面或者被RGO表面包裹。
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