硬质合金脉冲喷嘴

硬质合金脉冲喷嘴是基于自激振荡的原理,依靠喷嘴自身所具有的自己振荡腔室,将连续射流转变为脉冲射流,即射流由喷嘴上段内的异流进水腔室,经上、下两个撞面反射,上撞面的反射压力波与向下运动的水流压力波的初相相等,形成波型叠加;与下撞面反射的射流相碰,产生强大的圆形剪切应力,使高喷射流剪切成瞬时真空形成交替的水弹,真空中产生的高压,把水弹以高速度排出,形成不连续的水弹射流。从而克服了现有连续射流喷嘴持续能量小的缺点,提高了射流的瞬时打击力、有效喷射距离和射流到达井底时的水力能量。

在钻头钻进的过程中,被从母岩上剥离的岩屑容易被较大的压力差压在底部,也是产生所谓的“岩屑压持效应”。这会使得其极容易形成较大的塑性团块并在牙轮钻与井底岩石间形成一层“垫层”,从而影响钻进效率、加速了钻头的磨损。而提高钻进效率的关键在于射流的能量大小,硬质合金脉冲喷嘴的瞬时射流能量是普通连续射流喷嘴的1.5倍之多,有效的喷射距离也提高了将近2倍,钻速提高了20%-40%。钻头进尺提高15%-25%,这就使得井底的压力得到有利的分布,促进了破岩的进行。此外,脉冲射流破岩还具有两大优势:其一是脉动特性可以使冲击圈内以及整个井底形成不连续、不均匀的压力分布;另一个则是横向漫流可通过三种形式(速度、动能以及剪切应力)有效清理岩屑。

硬质合金脉冲喷嘴

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钨锆电极杆的加工

钨锆电极

通过粉末冶金法制得钨锆合金条,然后对电极杆进行旋锻、拉丝等一系列加工程序才可以制得钨锆电极。对制得的钨锆电极进行硬度测试发现,工作面上的硬度值与负工作面上的硬度值差不多,但是上棱硬度值明显高于下棱的硬度值,因此在电极杆在旋锻的过程中下棱容易产生横裂纹,甚至断裂。

ZrO2是一种可逆的相变。在垂熔的过程中温度的变化会引起ZrO2的相变,从单斜晶转变为四方晶再、立方晶体的体积变化,其变化大致如下所示:

△V12=(0.14045-0.13420)/0.14045≈4%

△V13=(0.14045-0.13178)/0.14045≈6%

当单斜晶转变为四方晶,ZrO2的体积缩小了为4%,降温时,四方晶又转变为单斜晶,体积大约膨胀了4%。当锤锻的温度升至2300℃,其体积收缩约为6%,降温时体积膨胀6%。因此,在ZrO2质点的周围容易形成微小的空隙或裂纹,这些空隙和裂纹是造成钨锆合金条垂熔断裂的主要原因之一。ZrO2化学性质稳定,在高温下、氢气气氛中垂熔也不会被氢气还原为锆,但是在1600℃以上,ZrO2会与碳发生反应,在晶界上生成ZrC,ZrC比ZrO2更脆、更硬,因此容易形成脆断源。另外,在压条时负工作面上两条棱密度较低,如果开坯温度也低,则负工作面的密度低的棱上容易出现横裂纹。

ZrO2的相变和压条密度不均匀都容易造成电极杆产生裂纹或者断裂,影响其加工性能,对后续的使用造成一定的影响。

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二维二硫化钨/一水合三氧化钨横向异质结的制备

二维材料异质结是构建纳米电子学和光电子学“大厦”的基石,成为现代半导体工业的基本元素,其在高速的电子装置和光电设备中扮演着重要角色。二维层状材料,包括石墨烯、过渡金属(钨、钼等)二硫化物在内,由于其独特的电学、光学等性质可以充当异质结构的组成单元。横向异质结是两种材料通过共价键相连形成的,由于其构筑方法简单,在应用于带隙工程方面有更大的潜力。随着纳米科学和技术的出现,等离激元纳米结构迅猛发展,有科学家已经通过简单的H-溢出方法制备了氢掺杂MoO3和WO3,即含氢青铜(氢钼青铜与氢钨青铜),表现出在可见光区域的强局部表面等离激元共振。这一研究结果提供了在氢掺杂的金属氧化物半导体上实现等离激元共振的直接证据,并可能允许低价和地球丰富元素的大规模应用。

石墨烯-WO3横向异质结的离域化效果图
 
文章提供一种二维二硫化钨/一水合三氧化钨横向异质结的制备方法,其具体步骤如下:
1.将50-100质量份的二硫化钨分散于5-10体积份的水或乙醇中,形成分散液,其中乙醇可以是任意体积浓度;
2.将分散液置于超临界二氧化碳反应装置中,在40-45°C、6-20MPa下搅拌反应0.5~7h,反应结束,降至常压,并将未经剥离的二硫化钨除去;
3.空气中氧化后除去溶剂(其中氧化前溶液呈墨绿色,氧化后呈浅黄色或亮黄色),即得二维二硫化钨/一水合三氧化钨横向异质结。 
 
超临界二氧化碳的高扩散性和低表面张力等特性使其可以作为渗透剂和膨胀剂打开二硫化钨层间的缝隙,搅拌最终使得片层分离,离心后上层液中的单层二硫化钨在空气中被氧化成一水合三氧化钨,而最终形成二维二硫化钨/一水合三氧化钨横向异质结。这种异质结构使得电子-空穴对分离,在光催化降解有机化合物和光催化制氢等领域有很好的发展前景。
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三氧化钨纳米线CO气敏传感器的制备

一氧化碳气敏传感器碳燃料不完全燃烧和在高温下发生裂解反应、氧化反应等的产物CO已然成为空气污染的主要来源之一,极大的威胁着生命健康和环境保护。人体对CO的最大容许极限值是10-4,而在欧洲则规定环境中的CO不得超过10-5。为此,对CO的检测和控制刻不容缓,三氧化钨基气敏传感器因具有结构简单、成本低廉、灵敏度高等优点,而被认为是NOx、O2和NH3等最具有发展前景的新型氧化物气敏传感器之一。文章给出一种三氧化钨纳米线CO气敏传感器的制备方法,如下:
 
1. 将称量好的分析纯二水合钨酸钠(Na2WO4.2H2O)溶于适量的去离子水中,冰水浴磁力搅拌0.5~1小时;
2. 将3mol/L的盐酸缓慢滴加至钨酸钠溶液中,直至反应完全,产生淡黄色胶束状的钨酸沉淀,继续搅拌1小时后离心分离20分钟;
3. 加入适量去离子水和化学纯的硫酸钾(K2SO4),用玻璃棒搅拌均匀后转入容积为50毫升的反应釜中,使反应釜中的填充体积为80%;
4. 密封,并置于180~270°C的烘箱中水热反应6~72小时,待反应结束,取出反应釜自然冷却至室温,将所得产物用去离子水和无水乙醇反复洗涤、过滤,再干燥后制得三氧化钨纳米线;
5. 按照一定比例称量混合敏感材料三氧化钨纳米线、溶剂松油醇和无水乙醇、粘接剂乙基纤维素,和适量低温玻璃料以增强浆料与基板的附着力,磁力搅拌2小时。超声波处理1.5小时,再充分磁力搅拌得到敏感料浆;
6. 采用丝网印刷法将敏感料浆印刷在被有叉指银电极的氧化铝基板上,在空气中经250°C~450°C保温热处理1小时,制得WO3纳米线CO气敏传感器。
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水煤浆用硬质合金喷嘴

水煤浆是70年代兴起的新型煤基液体燃料,主要由65%的煤、34%的水以及1%的化学添加剂组成。相比于其他类型的燃料,其具有许多优点,如含硫量较低、燃烧效率高、SO2及NOX等污染物排放量都低于普通燃油和燃煤,被广泛运用于电站锅炉、工业锅炉和工业窑炉代油、代气、代煤燃烧,是当今洁净煤技术的重要组成部分。而硬质合金喷嘴在水煤浆燃烧器中有着广泛的运用,其通过良好的燃料雾化使得水煤浆燃料得到更为充分而有效的燃烧。根据燃料的性质以及对于雾化质量的要求不同,硬质合金喷嘴还可分为气力式、机械式、旋杯式以及超声波式。其结构的合理性决定了水煤浆的雾化效果,其材料的抗磨、抗热冲击性能则决定喷嘴的使用寿命,并直接影响水煤浆应用的经济性和安全性。

水煤浆喷嘴工作时主要承受的是水煤浆的低角度冲蚀,磨损机理主要为塑性变形和微观切削。而硬质合金水煤浆喷嘴的磨损主要有晶粒脱落、脆性断裂和研磨损伤,并且硬质合金中的Co含量越高,其冲蚀磨损率越大,所以应该选用Co含量少或者没用高硬度粘结相合金或者直接粉末冶金铸造。。相比于其他金属材料制备的水煤浆喷嘴,硬质合金材料喷嘴有更好的耐磨耐蚀性且使用寿命较长(通常在1000h以上)。但是,硬质合金本身脆性较大,其硬度较大、韧性以及抗热冲击性能低于其他金属材料,不易于加工,不适合制作形状结构复杂的喷嘴。目前,较为常见且性能较为优良的硬质合金水煤浆喷嘴主要有美国、加拿大等国的Y型喷嘴以及我国的撞击式多级水煤浆雾化喷嘴,其通过在最容易发生磨损的部位镶嵌上硬质合金以改善其耐磨耐蚀性能。

水煤浆用硬质合金喷嘴

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