钨粉分级在粗晶碳化钨粉生产中的应用

粗晶WC-Co系列合金具有高硬度和高韧性,被广泛应用于矿山凿岩工具、石油钻采工具、冲压模具、耐磨耐腐蚀零件、耐高温高压、金属压力加工工具、钢材轧制用辊环、硬面材料等方面。随着中国经济的迅速发展,硬质合金耐磨材料的应用范围日益扩大。
 
传统制造粗颗粒碳化钨粉工艺主要为钼丝炉高温还原和碳管炉高温碳化;90年代主要为氧化钨掺杂中温还原和高温碳化,此工艺可生产301xm~401xm左右粗颗粒碳化钨粉;添加钴、镍高温碳化,获取特粗碳化钨粉;美国Kennametallne公司开发铝热法生产碳化钨和俄罗斯化学工艺研究院开发了钨精矿的“炉外”铝热还原法,直接从钨精矿生产碳化钨,其方法得到的金属相含碳化钨X光衍射分析证明,产品仅含碳化钨一个相,晶粒粗大;H.C.斯达克股份有限公司开发了一种通过在碱金属化合物存在下对氧化钨粉末进行还原和碳化处理,生产超粗粒单晶碳化钨及由此制备的硬质金属。以上部分方法生产的粗颗粒碳化钨粉普遍存在粒度不均匀,结晶不完整,细颗粒比较多,粒度分布范围宽;部分方法对设备要求高或对环境影响大。大量资料论述了碳化钨粉微观结构同原生钨粉间存在继承性,钨粉的形态与结构直接影响碳化钨的特性。通过对钨粉分级再碳化工艺的研究,有效解决粉末夹粗夹细现象,制造粗晶碳化钨粉。
 
粉末性能不仅仅由粉末粒度来衡量,必须同时考虑粉末粒度结构组成、颗粒形貌、颗粒的表面特征等。经过分级处理后,A1粉晶粒形貌一致性比较好。根据颗粒的比重、粒度和形状在空气中所受重力和介质阻力的不同,具有不同的沉降速率来进行分级,能有效改变粉末物理性能。同时尽管采用气流和铁容器作为分级载体,但对粉末的氧和铁等微量元素影响不大。在产品性能指标范围内,不会对后面的工艺处理产生负面影响。 

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球形钨粉应用于阴极基体

阴极作为电真空器件的电子发射源,其研究和发展的方向及水平在很大程度上影响着电真空器件甚至武器装备系统的发展水平。
 
现代储备式阴极是时下阴极研究的重点之一。其常见结构通常由以下三个部分组成:多孔钨基、发射物质和热子组件。 其中多孔钨基是整个阴极的“骨架”和发射物质的载体。从热阴极发展历程可以看出,多孔钨基的出现是热阴极不断追求高发射电流密度和高可靠性的结果。多孔钨基体的性能,尤其是孔隙结构和孔隙分布将直接影响阴极的发射大小、蒸发率高低、发射均匀性和寿命。实际生产中,阴极要求基体能够有24-26%的分布均匀的孔度。多孔钨基的工艺主要包括压制成型工艺和烧结工艺,工艺的发展依赖于粉末冶金工艺水平的进展,同时受基体粉末性能的影响。如果通过工艺控制能够对基体的孔隙度和孔隙分布进行合理控制,则将对阴极的研究起到积极的作用。
 
球形钨粉具有形状规则、均匀性好且流动性佳的优点。这些优点特别适合采用自动填料的自动填料的自动压机进行压制,而且能够得到孔隙大小适合且分布均匀的多孔钨基,与常规钨粉相比有着不可小视的优势。使用球形钨粉制备阴极的过程中,初始孔度和压制压力的关系基本符合Heckel’s Law。烧结工艺方面,球形钨粉有其显著特点。随着烧结温度的升高及烧结保温时间的降低,基体的孔度呈下降趋势。通过实验结果,分别得到了阴极基体平均孔度与烧结温度及烧结保温时间之间的数学关系。可以通过对粉末压制烧结工艺的控制,得到孔度为26%左右的较为理想的阴极基体。阴极的脉冲发射测试结果显示,在1050℃,采用球形钨粉制备的阴极基体能够得到20.46A/cm2的拐点电流密度。完全可以满足目前工程应用的需要。

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含铜量对钨铜药型罩的性能影响

钨铜药型罩被称作是弹药的心脏,它同时具有钨高硬度、高强度、低热膨胀系数的特性以及铜良好塑性和优良的导电导热率。相比于单一金属药型罩,这种复合型药型罩能量转换与吸收机制更合理、化学能的利用率更充分、破甲性能更优越、造价也更低,具有广泛的开发前景。随着生产技术及工艺的革新,密实药型罩逐渐被粉末药型罩所替代。钨铜粉末药型罩因其密度高、延展性好、穿深大、杵堵少等优势,已逐步在聚能弹药等军工领域起到了至关重要的作用。但是,在制备钨铜药型罩过程中随着制备温度的升高,铜的流失始终是个不可避免的问题。铜相的流失会使得材料的致密度和强度发生一定程度的下降。

相关研究人员通过对压制压力、烧结温度及时间等因素对含铜率的变化规律的分析,总结出含铜量和相对密度对药型罩射流性能的影响,为制备钨铜粉末药型罩提供一定的理论基础。实验表明,烧结样品的含铜率随压制压力的增大而增大,随烧结时间和烧结温度的增大而减小,铜流失率则相反。这是由于:
1.压制压力的增大有效地缩小W颗粒间的间距,使Cu颗粒很难从材料内流失,从而减缓材料内部Cu颗粒向外挥发的速度;
2.增大压制压力使得Cu颗粒表面的接触面积逐步增大,使原本具有较大自由能的Cu颗粒在熔化的过程中更容易与相邻Cu颗粒融合形成较大的颗粒,降低了微小颗粒在高温阶段的挥发几率,使含铜量保持稳定。
因此,钨铜粉末药型罩的含铜率对其射流穿深的影响明显小于相对密度,但对射流稳定性起着重要作用,铜流失率越小的药型罩射流穿深稳定性越好。

钨铜药型罩

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钨铜合金薄板性能表征

钨铜合金薄板性能表征指的是钨铜合金薄板的物相分析、显微组织观察以及各项性能测试。其中物相分析还可细分为差热分析(Differential thermal analysis,DTA)、XRD物相分析(X-ray diffraction)以及成分测试等。差热分析采用的是差热分析仪,其原理是通过在一定温度下不发生任何化学反应和物理变化的稳定物质作为参照物与等量的待测物(钨铜合金薄板)在相同环境中等速变温的情况下进行比较。待测物任何物理和化学上的变化与它所处同一环境中的标准物温度相比都会出现暂时的升高或降低。而XRD物相分析则采用铜靶K辐射,调整工作电流、电压以及扫描速率,利用特征X谱线测出钨铜合金薄板试样中的主要组成相。

对于钨铜材料来说,成分测试一般采用稀硝酸—氢氟酸溶液,这是因为在硝酸介质中钨会以钨酸的形式沉淀并与铜分离。之后用氢氧化铵将钨酸沉淀溶解,以钨酸铵灼烧重量法测定钨;再以电感耦合等离子体原子发射光谱法测定滤液中所残余的钨,二者相加即为钨的总量。对钨铜合金薄板进行显微组织观察的过程是砂纸磨制→水冲洗→抛光(刚玉Al2O3)→水冲洗→酒精清洗→烘干→浸蚀(浸蚀剂采用1:1铁氰化钾和氢氧化钠混合溶液)→水冲洗→酒精清洗→烘干→观察试样。

各项性能的测试包括密度测试、硬度测试(维氏硬度HV)、电阻率(电导率)测试、热导率测试、热膨胀系数检测等。其中密度测试采用的是经典的阿基米德排水法;显微硬度采用的是金刚石压头以规定载荷压入试样表面后的压痕长度来确定;电阻率的测定通常采用电桥法;热导率则是先在钨铜合金薄板试样的表面喷涂上碳粉以防止表面反射入射光,然后在一定温度下采用闪光法导热分析仪将加热元的氙灯发射一束脉冲打在样品下表面,并由红外探测器测量升温情况得到热扩散系数。

钨铜合金薄板

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氧化钨太阳能电池

太阳能电池的开发和应用是当前新能源领域的研究热点,如何提高转化效率和降低成本是太阳能电池研究的两个关键问题。目前市场上的硅太阳能电池制造成本过高,不利于推广应用。纳米TiO2太阳能电池由于具有廉价的成本、简单的工艺及稳定的性能等优点,已成为第一代太阳能电池的有力竞争对手。其制作成本仅为硅太阳能电池的1/5~1/10,光电效率稳定在10%,寿命能达到20年以上,但是如何提高转换效率一直是科学家们研究的焦点。

太阳能电池

纳米氧化钨材料具有无毒、无害、容易制备、性能稳定、价格低廉以及优良的可见光响应等优点,是一种较为理想的光电化学反应体系光阳极半导体材料,在光电化学领域如光解水、光降解有机污染物及太阳能电池得到了广泛的应用。

染料敏化太阳能电池的光阳极材料大部分采用TiO2,其原因是相对于钌系光敏材料,TiO2是与其具有最佳能级匹配关系的半导体材料。氧化钨是PEC光电化学池常用的光阳极催化材料之一。相对TiO2、ZnO等光阳极材料(能隙约3.4eV),WO3具有更窄的能隙(2.5~2.8eV)。其中钙钛矿结构通过A位和B位掺杂或取代更容易进行结构调控。因此,钨基氧化物光阳极材料是一类具有良好潜在开发前景的太阳能光电化学电池阳极材料。

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2024年1月份赣州钨协预测均价与下半月各大型钨企长单报价。

 

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龙年首周钨价开门红。