铁系金属氧化物掺杂对三氧化钨陶瓷热电性能影响2/5

制备掺杂三氧化钨(WO3)陶瓷。制备过程:首先,将三氧化钨与掺杂物研磨成粉末,为了使研磨出更细腻的混合粉末,研磨过程中加入适量酒精;然后,将混合粉末干燥后预烧处理,温度为600℃;其次再进行研磨,研磨过程中加入聚乙烯醇(PVA),形成均匀混合的浆料;最后,将浆料经过干燥、造粒、成形后在1100℃下烧结出掺杂的WO3陶瓷。
 
WO3陶瓷掺杂铁系金属氧化物前后微观结构变化。单从晶体尺寸上来看,只有氧化铁(Fe2O3)的掺杂使WO3陶瓷晶粒变小,而氧化钴(Co2O3)与氧化镍(NiO)的掺杂使得WO3陶瓷的晶粒尺寸变大。随着掺杂浓度的提高过程中,掺杂Fe2O3的陶瓷晶粒尺寸逐渐变大,孔间隙率逐渐变小并且一直小于未掺杂的陶瓷;掺杂Co2O3与NiO的陶瓷晶粒尺寸逐渐变小,孔间隙率逐渐变大,甚至超过了未掺杂陶瓷的孔间隙率。三者之间的共同性为:掺杂量较小时,陶瓷材料都获得了更好的致密性;但掺杂量较大时,颗粒中都出现杂质,这些杂质都基本存在于晶界上并随着掺杂量增大而变多。不同的掺杂物在WO3陶瓷中的溶解度不同,当掺杂浓度在溶解度之下时,掺杂物溶解在WO3陶瓷中;当掺杂浓度在溶解度之上时,就会产生第二相,分别为FeWO4,Co2O3、NiWO4,这些产物即为晶界上得杂质,掺杂浓度越高,第二相就越明显,杂质就越多。这些第二相的生成原因主要原因为:铁系金属氧化物的浓度超过了本身在WO3中的溶解度,随后与WO3发生了化学反应。
掺杂三氧化钨陶瓷微观结构
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铁系金属氧化物掺杂对三氧化钨陶瓷热电性能影响1/5

三氧化钨(WO3)属于过渡金属氧化物,不仅具有变色特性、气敏特性、被用于诸多领域,而且还被发现具有属于电学领域的特性,具有压敏特性以及热电热性,对于热电特性目前的主要运用方向为热电发电与制冷。WO3虽然具有热电特性,但想要直接用来制作热电器件还必须改善其热电性能,提高热电转换效率,掺杂是改善或增强材料某一特性的主要手段,文中分析了铁系金属氧化钨掺杂WO3后对其热电特性的影响。
氧化铁、氧化钴、与氧化镍
铁系金属氧化钨。目前发现的铁系元素有三种,分别为:铁、钴、镍,这三种元素性质很相似,被统称为铁系元素,文中掺杂物分别为这三种铁系金属的氧化物,分别为:氧化铁(Fe2O3)、氧化钴(Co2O3)、氧化镍(NiO)。三氧化二铁(Fe2O3)是生活中铁锈的主要成分,可作为颜料、抛光剂、催化剂以及炼铁原料等,最主要应用于橡胶、油墨、油漆等领域中等;氧化钴(Co2O3)可作为催化剂、染料以及生产超耐热合金、硬质合金、绝缘材料和磁性材料的原材料等,主要应用于精炼石油催化剂、搪瓷和陶瓷颜料、油漆添加剂、电池行业等;氧化镍(NiO)可作为催化剂、电子元件材料、搪瓷的密着剂和着色剂以及生产镍锌铁氧体等,主要应用于主要磁性材料、冶金、显像管、搪瓷涂料和蓄电池材料等。这三种金属氧化物都能用于颜料、催化剂、作为生产金属、金属合金的原材料,并且都具有良好的电导特性,也正因为铁系金属氧化物具有良好的电导特性所以被选择作为WO3的掺杂物来改善其热电特性。
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纳米硬质合金与传统硬质合金对比

由于纳米硬质合金有效地调和了硬度以及韧性之间的矛盾,使其在力学以及机械性能等各个方面相较于普通结构硬质合金都有一个较大的提升,我们主要从以下两个方面出发,将纳米结构硬质合金与传统硬质合金进行一个更为直观的对比:

1.孔隙缺陷:

从一些生产经验以及理论上分析,晶粒度越小,其所存在的孔隙缺陷也越小,断裂韧性增强。这就使得纳米硬质合金的孔隙缺陷比传统硬质合金的孔隙缺陷要小得多。当晶粒尺寸小于30nm时,缺陷只有几纳米甚至更小,此时断裂韧性得到极大的改善。

2.界面

相比之下,纳米硬质合金的界面比传统结构的硬质合金的界面多了许多,裂纹路径通过硬质相WC界面和粘结相Co界面,换句话说,穿过晶界的裂纹在纳米晶材中大量地增加,其正说明了裂纹不优先沿着界面而是通过粘结相前进,在硬质合金材料中形成密集的浅韧窝。在通过B/C界面断裂的粘结相存在大量的塑性变形,提高通过B/C界面的裂纹路径的百分比会显著提高过程的断裂能力,从而增强纳米硬质合金材料的整体韧性。此外,从与变形机制有关的界面效应上看,当晶粒尺寸达到纳米级别,晶粒的迁移与位错运动都变得相对困难,取而代之的是晶界的滑动以及小范围的扩散,如晶粒形状的改变、晶粒的旋转。纳米WC颗粒被包覆在纳米Co中,当纳米晶Co称为控制相时,相应的硬质合金的力学性能也发生的改变。要注意的是纳米硬质合金的耐磨性要高于传统硬质合金,但是其并不遵循传统硬质合金随晶粒尺寸下降而耐磨性提高的机制。

纳米硬质合金铣刀

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三氧化钨的还原方法

我国是世界储钨和产钨大国,对世界钨商品贸易的影响是举足轻重的。近年来,我国在钨制品的生产、质量研究及出口量上取得了长足进展。但我国碳化钨在世界贸易中所占比例仍然很低。如何合理地利用我国丰富的钨资源,发展和提高钨产品深加工技术水平,提高深加工产品质量,开拓钨的新应用领域,搞好钨副产品的综合利用,不仅对硬质合金行业的发展有深远的影响,而且对铁合金行业也有重要意义。
 
真空碳还原三氧化钨法:
真空碳还原三氧化钨法是指在钨粉中允许杂质碳存在(包括WC)或杂质成分要求不是很严的那些情况下,用工业纯碳还原制取钨粉或碳化钨粉是简便而经济的方法。如以下表格所示,用碳还原的钨粉或碳化钨粉,做为铸造碳化钨的物料是完全可以满足要求的。为此。可以使用纯度为98%的三氧化钨或纯度较高的人造白钨,以碳黑石墨粉等为还原剂,在真空炉内还原和碳化而制得钨粉和碳化钨粉。
铸造碳化钨技术条件
 
碳还原三氧化钨法:
碳还原三氧化钨法是指用碳还原三氧化钨,此方法的原理与用氢还原极其类似。在常压下,温度高于750℃时加热三氧化钨与炭黑或石墨粉的混合物。开始发生下列反应:WO3+3C=W+3 CO;WO3+4C=WC+3CO。在1000℃以下,主要是由CO参加还原反应,生成CO2并发生CO2与碳的气化反应:WO3+3CO=W+3CO2;CO2+C=2 CO2
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钨合金配重件在滑雪板中的应用

滑雪运动在现代深受人们的喜爱,也逐渐发展成为一项竞技比赛,其项目和领域也在不断地扩展。滑雪所使用的滑雪板一般采用木材、塑料以及金属材料等混合制成。为了使滑雪板具备更好的平衡性和速度通常可以在滑雪板中增加配重块,重量可调节。
 
滑雪板在平放时没有收到任何重力的挤压会有形状,而当承受了人体的重量时滑雪板就会发生变形被踩平,不同的滑雪板型会有不同的形变压力从而产生不同的弹性能量。但为了在弯道时保持稳定平衡的滑行效果,需对滑雪板增加配重。
 
对于滑雪板而言,由于经常性地在雪地上摩擦,且板身较为轻薄,因此用以制作滑雪板配重件的材料应具备密度大、体积小、抗腐蚀、耐磨性好,坚固耐用、加工性能好以及不易变形等等一系列的性能。如果滑雪板重量过轻,会使得滑行过程中产生较大的震动从而失去滑雪板的控制平衡性。因此用钨合金材料可以根据需要加工成各种形状的钨合金配重件运用于滑雪板中,达到平衡滑雪板、减轻滑行震动以及控制滑行速度的目的。
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龙年首周钨价开门红。