钨铜薄板坯烧结过程研究

钨铜材料完美结合了钨高硬度、高熔点、高强度、低热膨胀系数以及优良的耐磨耐蚀性的优点和铜高塑性以及优良的导电导热性,并且其还具有一个其他材料难以具备的优势:就是由于钨和铜二者的熔点相差较大(钨为3380℃,铜为1083℃)约2000℃,在超过铜熔点温度下,铜发生蒸发气化带走大部分热量,使得基体能够保持良好的工作性能,因此其也被称为发汗热沉材料。随着如今电子器件发展趋向于小型化和高功率化发展,相关器件的发热和散热是一个必然过程,而钨铜合金所具备的优良性能能够满足大功率器件的散热需求,并且其还可以调节热膨胀系数,与微电子器件器件中不同的半导体材料进行很好的匹配连接,从而有效避免的热应力所引起的热疲劳破坏。因此,在一些大规模集成电路与大功率微波器件中钨铜合金薄板作为电子封装基板、散热片、连接件以及其他微电子壳体材料等方面有着较为广阔的而应用前景。

钨铜合金板作为电子封装材料时对理论密度有着较为严格的要求,一般要大于98%,厚度一般要求小于1mm,采用传统钨铜粉末冶金制造技术难以满足日益增多的性能需求。近几年来,相关的研究人员和学者研究了超细粉末制备、致密性工艺和合金成型技术等方面。对于钨铜合金薄板烧结过程,钨铜两相的表面润湿性对烧结致密化、合金组织与性能影响极大,而钨铜两相润湿性取决于烧结温度。通过实验可以发现,在1200℃烧结时,钨颗粒发生团聚,铜相并没有进入钨颗粒团中,在钨颗粒团和铜相之间存在很多细小的孔隙,这是说明在该温度下,铜相对钨颗粒的浸润性较差;当烧结温度升高到1300℃时,钨铜两相的浸润性提高,铜相能够浸入大部分团聚的钨颗粒之间,有利于孔隙的流动和钨颗粒发生重排,两相均匀分布,从而致密度大幅度提高。随着烧结温度的提高,这时会出现铜相的聚集,即铜池或铜洼现象,为钨颗粒间重新发生团聚并相互连接长大提供了条件,使钨铜合金在高温烧结阶段密度迅速增加。另外,通过结合非晶体粘性流动烧结理论分析,可以较为科学地论证钨铜合金薄板烧结的动力学特征。

钨铜薄板

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真空镀膜用钨加热子的外形设计

钨加热子钨加热子主要的原料是钨丝。得益于它较高的熔点和较强的耐腐蚀性,广泛应用于真空镀金,铝等装饰物品。真空镀膜主要是通过物理方法制备薄膜材料的技术。该技术研发于20世纪30年代,一经推出就得到了广泛的运用。此项技术最先用于生产光学镜片,如航海望远镜镜片等。后延伸到其他功能薄膜,唱片镀铝、装饰镀膜和材料表面改性等。如手表外壳镀仿金色,机械刀具镀膜,改变加工红硬性。钨加热子可根据用途的不同,被绞合成单股或者多股的外形。

首先在设计加热子的表面时,要确保绞丝和热子的表面要干净,光亮,没有任何裂痕和可以看得见的沾染杂质,比如氧化物和拉丝润滑剂等。如果该产品表面附有杂质,会影响真空的卫生,还会阻止金属的自由蒸发率,这样以来就会降低其真空镀膜的效果。针对钨丝加热子的表面积设计,应该是秉持着尽量大的原则,但是这要在功率不变的前提下。面积的大小与蒸发率和蒸发速率是成正比的,面积越大,蒸发越快,而且对蒸镀的质量和铝的浸润流动性能具有直接的作用。如果是单股钨丝的话,应该要选择比较细的,其丝面的直径应该要在0.5~0.8mm之间。绞丝可以采用空心松绞。在设计螺旋内径的时候要考虑到是否能使铝多次插入,并且同时保证热量能有效集中。螺距的设计则要考虑热量的集中和熔铝的表面张力,避免出现熔滴现象。

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邂逅三氧化钨光触媒

涂覆光触媒的汽车后视镜二十一世纪被说成是环境的时代。光触媒的很大特征就是利用太阳能和雨作为主要能源,而不对环境增添负荷。发现光催化现象已经有40多年,大概20年前,人们发现镜子的玻璃进行氧化钛的表面涂层处理后,镜子就不会朦胧不清。其原因是在强光照射下,镜子表面的一部分氧被去除,从而使水更容易吸附,更亲近水,创造出一个水滴形成平面的表面,也就是超亲水性反应。
 
这种光触媒的超亲水性效果也使用于汽车侧后视镜。由于光催化剂表面上的水平滑地附着状况不稳定,若放到暗处,则会回到原来氧化钛的表面状态。但是,如果同时使用硅和光催化剂进行表面涂层处理,由于硅很容易储存水,可以带来相辅相成的效果。
 
光触媒主要用于4个领域中,即空气净化、自动清洁、水净化、抗菌与杀菌。例如,放置在吸烟板上的使用光催化技术的脱臭装置;安置在天花板上的光催化剂式空气清洁机,能依靠光催化剂分解掉烟气中的乙醛和氨;一些车站的月台使用添加光催化剂的帐篷;人造花的叶子经过光催化剂表面涂层处理,用以吸附房间空气中的烟味,等等。
 
三氧化钨是被发现且成功开发和批量生产的,具有传统光催化剂10倍以上活性的可视光型光触媒,其响应波长范围从400nm到800nm的光。这种新型的光触媒是在三氧化钨中添加铜离子,反应过程中电子由氧化钨向铜离子移动,铜离子储藏电子并高效地产生还原反应。这种高性能的可视光型光触媒被认为可以在室内发挥空气净化、防污、抗菌、抗病毒等作用,而且有望进一步实用化。
 
伴随高性能的可视光型光触媒的成功开发,人们对氧化钨的关注正在日益提高,特别是纳米三氧化钨,它是一种具有较大比表面积、表面效应显著、特殊的催化性能的氧化钨。作为一种宽带隙的n型半导体,纳米氧化钨光触媒在大气污染物、室内空气中的挥发性有机化合物(VOC)的分解消除以及除恶臭、防止传染病的世界性流行等,被寄予非常高的期望。
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当甲醛遇上三氧化钨光催化剂

光触媒去除甲醛甲醛(https://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%94%B2%E9%86%9B)是一种无色而对感官具有刺激性作用的气体,它的主要危害表现为对皮肤粘膜的刺激作用,当室内甲醛达到一定浓度时,人就有不适感。大于0.08 mg/m³的甲醛浓度可引起眼部不适、咽喉不适或疼痛、胸闷、气喘、皮炎等,另外它还具有致突变性、致癌性等不利影响。2011年美国国家毒理学计划描述甲醛为“已知人类致癌物”。

不仅如此,装修板材、涂料、家具以及汽车配件及其装饰物等携带的甲醛有害气体还可引起各种慢性呼吸道疾病。在国外,人们对甲醛的含量控制十分的严格。近日,浙江台州出口木制品首次因甲醛和挥发性物质超标遭到国外退运。如果它们能把建材或含甲醛的基材表面涂喷三氧化钨光触媒,就应该不至于出现这样的问题。当然,生产厂家从源头灭绝甲醛污染才是关键。

光催化剂清除建材的甲醛的原理在于:经紫外线照射后,光催化剂表面的氢氧离子会被电洞氧化成“氢氧自由基”,氢氧自由基会从其他的有机物(甲醛及各种挥发性有机物)抢走电子,而被抢走电子的有机物会因为失去键结能力而降解成为更小的分子,如二氧化碳、水。相对甲醛去除剂而言,光催化剂分解不会产生后续的有害有机化合物,从而避免了二次污染。

此外,由于三氧化钨光催化剂具有更大的光响应波段,能有效地利用可见光和室内人造光源,不再依赖太阳紫外线,因而,对与无法经常被强光照射的橱柜内部也能起到很好的甲醛分解效果。因而,光触媒因其安全性、能耗小、最终产物(二氧化碳和水)安全无害等,被认为是最理想的除甲醛材料。

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铯钨青铜粉体的固相合成法

WO3在电致变色、催化、气敏性等方面具有优良的性能,其复合氧化物——钨青铜,一般指有较深的金属光泽色的金属氧化物,并且通常是金属导体或金属半导体,钨青铜通式AxWO3,然而随着阳离子的种类及摩尔数的不同(A、X值的不同),化合物的结构及颜色的深浅会有所差异。目前做的多的有钾铯钨青铜、铯钨青铜,铯钨青铜因其低电阻及优异的可见光透过率和近红外遮蔽性能,而广泛地用于制备导电薄膜,用在玻璃透明隔热涂料中作为隔热剂。
 
目前制备铯钨青铜的方法有很多,有一种铯钨青铜粉体及其制备方法,采用钨酸为钨源,加入水或醇溶剂,Cs/W摩尔比为(0.01〜0.35): 1,180〜200°C条件下反应3天,获得的粉料晶相组成为Cs2WO3或Cs32WO3。这种液相合成法的制备周期长,制得的粉料的颜色较浅,红外阻隔效果较差。还有一种方法是在有氮气保护的条件下,分别在700℃、800℃、900℃保温1小时合成了 CsxWO3。在800℃条件下合成的Cs33WO3颗粒是典型的六方晶系钨青铜结构,并且具有优良的近红外吸收特性,粒径在30-100nm。卓越的近红外吸收波谱使其成为热屏蔽玻璃的替代材料。但是,在反应中通入惰性气体势必增加设备投入,气源成本也会提高。
 
针对上述现有技术存在的不足,有学者提出了一种无需外通气体保护、自真空烧结的铯钨青铜粉体的固相合成法。其特征在于包括以下步骤: (1)按W/Cs摩尔比(2〜3.5):1称取钨化合物、铯盐,研磨至混合均匀; (2)将研磨物装入密闭容器后入马弗炉中反应,反应温度为750〜800°C,反应时间为1 〜2h ; (3)反应后得到结晶度完整的蓝黑色铯钨青铜粉。
 
该方法首次采用固体原料、直接在密封容器内反应制得铯钨氧化物,不需要通惰性气体或还原气体,利用NH3、水蒸气或CO2等自身反应产生的气体作为保护气,使得到的粉体颜色为蓝黑色,节省气源,降低成本,且合成工艺简单,反应周期短,适合工业化生产。

铯钨青铜
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