钨电极化学成分对电弧性能的影响

稀土钨电极

纯钨电极具有较高的电子逸出功,不利于电子流发射,使得电极不能在高负荷状态下工作。为了提高钨电极的应用领域和焊接性能,研制出了不同类型的钨电极,包括钍钨、钨锆、镧钨、钇钨电极等。根据物理学热发射机制下的电流密度公式Je=AT2exp(-eØ/kT)(A为常数,k为玻耳兹曼常数,T为阴极温度,e为电子电量,Ø为功函数)可以知道,当温度相同,eØ的数值越小,则Je数值越大。因此为了减小电极的eØ,会在钨电极材料中添加少量的稀土氧化物。添加不同稀土氧化物的钨电极具有特定的Je值,即具有特定的电弧性能。

同一种稀土钨电极,稀土氧化物含量较高的电极引弧性能较好。另外,稀土氧化物分布的均匀性及扩散迁移的行为也会影响电极的电弧性能。电弧性能的恶化主要因为稀土氧化物的蒸发和分解引起电子发射性能降低导致的。由此可知钨电极的化学成分的种类、含量、分布及其高温特性决定了电弧的引燃性和稳定性。

在焊接过程中,电极会出现Rim现象,即在电极的端部表面会出现环状伞形瘤状物,这种现象能很好的解释电极化学成分对电弧性能的影响。Rim现象的出现主要是因为,电极表面稀土氧化物的含量高于电极的中心部分,因此有利于电极在短时间内引弧,但是在引弧过程中会混入少量的O2或者焊接工艺参数调到短时过负荷状态都有可能出现Rim现象。这是钨电极化学成分在高温下发生变化的结果,这种现象虽然一开始有利于引弧,但是长时间后会导致表层稀土氧化物浓度的贫化,从而降低电极的电弧性能。

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镀铝用钨加热子——真空条件

钨加热子真空蒸发用钨加热子就是在真空中把蒸发物质加热到相当高的温度,使其达到汽化状态,这时蒸发物质以直线轨迹飞向衬底,并在衬底表面凝积成一层薄膜,这个过程就叫做蒸发淀积。为了确保蒸发物质能有效地沉积在荧光屏上,必须使蒸发物质的平均自由程大于蒸发源到衬底的距离。因此蒸发的过程必须在一定的蒸气压下进行。铝具有有延展性,常制成棒状、片状、箔状、粉状、带状和丝状。在潮湿空气中能形成一层防止金属腐蚀的氧化膜。

首先打开镀膜机,将真空室的真空抽到高真空达5×10-5托以上,对蒸发物质进行预熔,然后再打开充氩。蒸发距离为6.5厘米,被蒸镀物质的面积直径为5.5厘米。可以在真空室内电极上面加上一个钟罩和支撑板。这种小面积蒸发镀膜的方法,每次只能镀一个荧光屏。这种方法镀出来的铝的质量比较好,但是效率不高,一次只能镀一个荧光屏,而且镀膜的面积比较小,而且还不均匀。是由于蒸发镀膜距离较低,荧光屏不能承受太高的温度,所以只能快速蒸发。

直接在2×10-1托的真空条件下蒸发镀黑铝。蒸发材料为5条铝,每条长0.8厘米,钨绞丝加热子总长8.5厘米,直径0.5毫米,当蒸发镀膜室的真空达到2×10-1E的时候,先将铝丝进行预熔,然后再向真空室放入空气,将真空度调到2×10-1E。在这样的真空条件下进行蒸发镀膜。

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WO3基硫化氢气敏传感器

WO3硫化氢气敏传感器硫化氢,分子式为H2S,是一种重要的化学原料,标准状况下是一种易燃的酸性气体,无色,低浓度时有臭鸡蛋气味,有剧毒, 其水溶液为氢硫酸。硫化氢为易燃危化品,与空气混合能形成爆炸性混合物,遇明火、高热能引起燃烧爆炸。即使是低浓度的硫化氢,也会损伤人的嗅觉;高浓度时反而没有气味(因为高浓度的硫化氢可以麻痹嗅觉神经),因而用鼻子作为检测这种气体的手段是致命的。故而,使用一定的检测工具和手段对其浓度进行检测是非常有必要的。
 
硫化氢气敏传感器是用以监测环境空气中硫化氢气体的浓度,传感器一般由两片薄片组成:一片是加热片,另一片是对硫化氢气体敏感的气敏片。WO3基气敏材料被认为是检测硫化氢的最有前景的新型氧化物气敏材料之一。WO3基气敏材料用于检测硫化氢气体最早报道于1990年,当时报道WO3在469K时对0.005%硫化氢具有较高的灵敏度,尽管响应时间较长(达稳定阻值90%的响应时间为7~8分钟),这项成果依然为推动WO3基硫化氢气敏材料的发展做了巨大贡献。而此后,关于WO3基薄、厚膜硫化氢气敏材料的制备、结构、电性能、气敏机理的研究逐渐活跃起来。
 
WO3基气敏传感器对硫化氢气体的作用机理在于,当三氧化钨接触硫化氢之后,引起负电荷载流子数目增大,进而引起n型半导体WO3的电阻下降。另外,有报道表示通过贵金属(Au,Pd,Pt等)的掺杂,其达稳定阻值90%的响应时间可以被缩短至1s以内。由此可见,贵金属掺杂可以极大的提升半导体气敏传感器的灵敏度。
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镀铝用钨加热子——大面积膜层

钨加热子一般真空蒸发的速率,均匀性,膜层厚度和真空蒸发和钨加热子的形状,尺寸都有很大的关系。蒸发源与工件的距离由蒸镀时真空的程度和所需要蒸发膜的厚度等其他因素决定。当蒸发距离为6.5厘米的时候,由于蒸镀距离比较近,膜层会不均匀,并且每次只能镀一个荧光屏,工作效率不够高,且不能满足大面积屏的要求。一般在研究工作中都要求荧光屏的数量要足够多,且黑铝又要求其均匀度要达到标准。所以要把原来的6.5厘米的蒸发距离加大到28厘米,这样蒸发面积的直径就能达到26.5厘米,把所要蒸发的铝条增加6个点,每个点之间的距离控制在0.5厘米,每条铝丝的长度为1.8厘米,钨绞丝加热子的直径为0.7毫米,总长为15厘米。这样就能制备出大面积膜层,且均匀度达标。

黑铝可以用薄膜厚度测量仪和光学薄膜控制仪来测量和控制膜层的厚度。这两种仪器都可以用来测量薄膜的厚度,但是光学薄膜厚度控制仪测量的比较准确。厚度根据管子的试验,采用50%的透过率为最佳,这样的厚度不会影响入射电子能量,也不会影响荧光屏的分辨率。

除此之外,镀膜真空室内要保持清洁,当镀完后要用无水乙醇擦净。真空室内各零件准备下次在用。镀膜时要注意真空度是否稳定,达到所要求的真空度时并选择合适的蒸发速度,最好是快速蒸发,这样蒸镀后的膜层质量好,均匀度好且光泽好。

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三氧化钨纳米线气敏传感器

三氧化钨是诸多金属氧化物中的一种过渡金属氧化物,属于n型半导体,其用途十分广泛。作为半导体气敏传感器,三氧化钨已被认为是检测NO x、SOx、NH3、H2S等最有前景的新型氧化物气敏材料之一。自从1991年碳纳米管被发现以来,一维纳米材料所呈现的更加新颖的电、磁、光、热等物理和化学特性越来越受到关注,展现出其应用价值和广阔的应用前景。而三氧化钨纳米线比传统的氧化钨材料具有更大的比表面积,其在气敏传感器、电致发光、光致发光、电导电极及光催化等方面均具有广泛的应用前景。另外,三氧化钨纳米线还具有更高的表面活性和更强的吸附能力,加快与气体的反应,从而大大提高了灵敏度并进一步降低了传感器的工作温度。

纳米线气敏传感器
 
三氧化钨纳米线气体传感器的制备步骤如下:
1. 以钨酸钠为原料通过水热法制备三氧化钨纳米线;
2. 以氧化钨纳米线为主体材料,配合粘合剂——乙基纤维素和松油醇,并添加适量的玻璃料以增强敏感材料和氧化铝基板之间的粘附力,以上材料按比例混合、搅拌均匀,得到气敏材料浆料;
3. 烧结气敏元件过程:将上述料浆印刷在被有银电极和引线的氧化铝基板上,置于80°C的空气中充分干燥,转入300〜450°C的箱式炉中烧结1〜2小时,制得三氧化钨纳米线气敏传感器元件;
4. 元件老化过程:将气敏元件在300°C老化120小时,最终得到氧化钨纳米线气敏传感器。
 
实验表明个,这种氧化钨纳米线气敏传感器对低浓度(l〜100ppm)氢气、 CO和氨气都具有很高的灵敏度、优良的重复性和很好的稳定性等优点。
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