钨青铜系列压电陶瓷驱动器迟滞特性

随着纳米测量技术的发展,对于能够实现纳米级定位的多自由度微动工作台的研究越来越受到人们的重视。微动工作台驱动元件的选择和使用直接影响着最终的性能指标。目前,在实践中采用的微小位移驱动元件有很多种,而压电陶瓷驱动器以其体积小、重量轻、驱动电压不高、精度和位移分辨率高、频率响应快、不发热、不产生噪声、承载力大等特性,成为微定位控制领域应用最广的驱动元件之一。
 
但是,压电陶瓷材料所固有的非线性特性、迟滞特性、蠕变特性等,都大大限制了压电陶瓷驱动器定位精度的进一步提高,其中迟滞误差对精度的影响最大。因此,如何改善压电陶瓷驱动器的迟滞特性成为我们实现超精密定位所需解决的首要问题。对此国内外专家学者进行了大量的研究,并提出了一系列的理论和方法来改善其特性。目前在驱动器的开环或半闭环控制中提出的减小迟滞的方法主要有:(1)电荷控制法;(2)在压电陶瓷两端串联小电容的方法;(3)Preisach模型;(4)通用化的Maxwell模型;(5)多项式近似模型;(6)采用电容和电阻组成桥路。这些方法大都是通过建立复杂的数学模型来进行控制。
 
研究采用了一种新型的硬性钨青铜结构的压电陶瓷驱动器,这种驱动器和软性的钙钛矿结构压电陶瓷驱动器相比,迟滞特性、蠕变误差均有很大改善,特别在性能方面上比较稳定。根据其电畴结构与晶体结构在变形过程中产生迟滞的主要原因,有学者提出了一种新的“抗迟滞”驱动方式,“抗迟滞”驱动方法可以大大降低压电陶瓷驱动器迟滞误差的影响,可用于在控制过程中不要求连续定位的微动器件的高精度开环控制,大大改善了压电陶瓷驱动器的迟滞特性。

压电陶瓷驱动器特性实验系统示意图
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钨粒的应用

钨粒的主要用途是分析红外碳硫氧化物的助熔燃烧物,或者是对钢铁、合金等金属和非金属中的碳硫含量进行分析测定。钨粒作为一种常用的助熔剂具有能降低燃烧物的熔点的特性和稳定性好的特点,钨粒助熔剂可以促进碳硫的释放。其主要成分是大于99.95%的钨。

钨粒还可以作为添加剂应用于红外碳硫分析仪中。红外碳硫分析仪的特点是瞬间发热值高、反应速度很快。钨粒不仅在红外碳硫分析仪中起到助熔的作用,还有能发热和对介质的酸碱性进行调节的功能。红外碳硫分析仪中的氧化钨金属微粒,在燃烧过程中,有助于降低燃烧物的熔点,促进碳和硫的释放。除此之外,钨粒还具有搅拌,催化,稳燃和抗干扰等多重分析作用。红外碳硫分析仪中的钨粒可以使红外碳硫仪分析出来的碳硫值更为精准,所以,大部分红外碳硫分析仪都需要用到钨粒作为添加剂。

随着钨业的快速发展,钨粒的应用业得到相应的推广。但是,在对钨粒应用和加工的过程中还存在着较多问题,比如钨粒资源的利用率较低,对钨的不合理开采导致生态环境受到污染。针对这些问题,业内专家呼吁,我国钨产业应控制总量,加强技术改造和创新,提高钨粒的在回收利用,通过推进资源整合和企业重组来促进产业结构调整和优化升级,重视再生利用工作,促进我国钨产业全面可持续发展。

钨粒

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三氧化钨脱硝催化剂制备原料及作用

二氧化钛催化剂是SCR脱硝技术的核心部分,决定了整个脱硝系统的运行效率和经济性。目前国内SCR脱硝催化剂的生产主要原料有二氧化钛,五氧化二钒、三氧化钨、硬脂酸、偏矾酸铵、聚氧化乙烯、单乙醇胺、羧甲基纤维素、乳酸、木浆及玻璃纤维等。其中二氧化钛作为载体材料,所占比例较大,约85%左右;三氧化钨和五氧化二钒作为主要的活性成分,占了10%左右,其中五氧化二钒约占7%。以上三种成分占到催化剂总质量的95%左右,其它成分虽然所占比重相对较小,但各种成分的物理化学性能不同,所起的作用一样重要。
 
成分及作用分析:
1.二氧化钛,俗称钛白粉,作为脱硝催化剂的载体,具有化学性质稳定、水分散性好、表面积大等优点;
2.三氧化钨,坊间也称作氧化钨、钨酸酐,主要起到提高钛白粉的温度适应能力,提高钛白粉的热稳定性,避免催化剂在短时间内的高温(420°C)情况下产生烧结而丧失活性;另外,三氧化钨能提高脱硝催化剂的抗硫化中毒能力,从而提高催化剂的运行效率;
3.硬脂酸,也称十八酸,作为润滑剂存在于脱硝催化剂中;
4.偏矾酸铵,即矾酸铵,用于制备脱硝催化剂的主要活性成分——五氧化二钒;
5.聚氧化乙烯是脱硝催化剂的粘合剂和造孔剂;
6.单乙醇胺用于制备偏矾酸铵溶液;
7.乳酸,也被成为丙醇酸,作为吸附剂存在;
8.羧甲基纤维素(CMC)作为粘胶剂、可塑剂存在。
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纤维结构钨铜触头材料

钨铜合金是由两种互不相溶且理化性能差别较大的金属W和Cu组成的假合金,其同时具有钨和铜的优点(钨的高硬度、高强度、良好的耐蚀性,铜的高导电导热性),因此在高压及高负荷的真空断路器以及微电子领域。由于钨铜材料自身的特殊性,如今基本采用的是粉末冶金PM(Powder Metallurgy)工艺进行制备,但也正因为此使得钨铜合金产品的结构和性能受到了一定的限制。为了使钨铜触头的组织结构更为合理,综合性能更为良好,近年来相关研究人员也做出了许多尝试,如金属粉末注射成型、梯度功能材料、纳米结构以及钨纤维强化W-Cu复合结构。这里我们着重探讨纤维结构钨铜触头的制备工艺并分析影响熔渗的因素和烧蚀性能。

其采用真空熔渗工艺,并选择织网叠层法,以钨丝为纬线、铜线为经线编织二维网。真空条件下,铜液的流动性较强,孔隙中不存在空气更利于铜液的填充。将编织的钨铜网(铜丝作为熔渗时的诱导铜)和铜坯,然后将二者叠放在一起置于真空烧结炉中熔渗,并在铜熔点以上进行烧结(约为1300℃)。铜在熔融状态下通过毛细管力渗入钨骨架的孔隙中,从而形成致密的互相连接的整体材料。采用该方法的优点在于钨丝能够均匀分布以及铜丝可发挥诱导作用。因为实现纤维结构的钨铜触头材料的最困难之处在于如何使纤维均匀分布在基体中,而纤维的分布均匀与否将会直接影响材料的各项性能。编织工艺能够很好地对钨丝实现控制,从而更好地控制纤维间距。另外,分布均匀的铜丝在高温下熔渗,其呈现液态并对预制件进行铜液的补充,在表面张力的作用下,融为一体减少了比表面能,促使钨铜触头材料的致密化。

影响该工艺的参数有许多,如钨丝的丝径、熔渗的温度及时间等。其所采用的钨纤维代替了传统粉末冶金采用的钨粉末。钨粉颗粒粒度大小常常会因为粒度不均而对最终产品性能产生影响,钨粉粒度太大会产生偏析作用,出现大面积的富Cu区,钨颗粒间的结合力也较差;而钨粉粒度太小则容易发生积聚,导致毛细管间难以形成通路,甚至形成闭孔阻碍熔渗的进行,这样一来抗电弧烧蚀能力就会急剧下降。而纤维结构的钨丝通道较直,所得到熔渗产品致密度较高。但是随着纤维直径的缩小,铜液熔渗时易形成尖角或楔形空间,且凝固阻力也较大,形成缺陷的可能性也会变大。此外,熔渗温度的高低和时间的长短都会在一定程度上影响钨铜触头的质量和生产效率。熔渗温度存在一个最佳范围,低于该温度则烧结后的骨架强度降低,且延长烧结时间既降低了效率又提高了能耗;高于该温度则铜液粘度降低利于熔渗,但另一方面铜液的表面张力也降低,对熔渗有不利影响。

钨铜触头

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三氧化钨应用于脱硫催化剂

硫是一种有害元素,含硫高的煤,在供燃烧气化或焦油使用时,其尾气都会带来很大的危害;如高硫煤作为燃料时,其燃烧后产生的二氧化硫气体,不仅严重腐蚀锅炉的管道,而且还会严重污染大气;用高硫煤制半水煤气时,由于煤气中硫化氢等气体较多且不易脱净,会使得催化剂中毒而失效。正常煤燃烧过程中,有机硫和硫化物在800~900°C就能全部分解,而硫酸盐中的硫需要达到1100~1200°C才开始分解,为保证煤中各形态的硫都能够分解,就需要较高的炉温。

脱硫催化剂
 
催化剂是能显著提高反应速率而本身化学性质和数量在反应前后不发生变化的物质,化学反应能否进行需根据自由能的变化,但仅仅根据自由能变化还不能判断反应能否发生,因为化学反应还取决于反应的能垒,即如果反应能垒很高,则必须提供一定能量越过能垒,完成反应,该能垒称为活化能,催化剂的作用就是降低反应的活化能。催化剂改变反应速率的关键在于它能改变反应途径,由一个需要较高能垒的反应途径改变为需要越过较低能垒的反应途径,降低反应的活化能。
 
三氧化钨作为一种主要活性物质均匀分散在脱硫催化剂载体上,能降低反应的活化能;另外,三氧化钨能缓解催化剂的硫化中毒和提高抗烧结能力,从而提高催化剂的活性,提高脱硫效率。
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