间接加热烧结钨条

钨条钨条可用于钨丝的制备,迄今为止,大部分工厂还是使用锤熔烧结的方法制备,也就是电流通过坯条本身发热而自烧结的方法。这种方法是在一个通水冷却的钟罩中进行的,但是钟罩里面没有任何可以保温的设备,大量的电能产生的热能都用于水的加热,热水又需要冷却装置进行冷却,这个过程就会消耗掉很多的电能。这种方法的温场梯度比较大,导致同一批钨条的密度,晶粒度和孔隙度不一样,而且,坯条两端的密度非常低,必须将其切除,这样一来就会浪费掉一部分资源。

采用间接加热烧结的方法能一定程度上解决这些弊端,而且还能改善其坯条质量,具有优良的节能效果。1976就已经研制出了中频感应烧结炉,这个设备就能满足间接烧结钨方条所需要的均匀温场的条件。它是采用钨管作为发热体,并且用氧化锆作为保温材料,两者构成一个密封体,电能产生的热量会被这个密封体包围,并且集中在炉中间用来烧结钨方条,且能保持温场均匀。

用这种方法制备的烧结条的横向和纵向的性能可以保持一致,还能具备均匀且细小的金相组织。坯条两端的密度与其余部分并没有很大的区别,所以不需要切除。使用传统的垂熔烧结制备的钨制品不仅要花费很大的成本,而且还要消耗很多的能源,这种工艺不够环保,迟早会被代替。用中频感应炉间接加热制备的钨制品不仅能确保其质量的稳定性,更重要的一点是能节约资源,起到环境保护的作用。

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钨合金防辐射屏蔽件与辐射防护

钨合金防辐射屏蔽件与辐射防护随着辐射技术在生活中的广泛应用,“辐射防护”一词也逐渐引起人们的关注。辐射防护是一门综合性边缘学科,其主要研究人类如何免受或少受电离辐射的危害,内容包括辐射防护技术、辐射防护标准、辐射剂量学、辐射防护评价以及辐射防护管理等。对环境、从事放射性相关工作的人员、公众及其后代的健康安全进行保护,并促进原子能事业的发展是辐射防护的基本任务。辐射防护的三要素包括距离、时间和屏蔽,换言之,其主要方法是距离防护、屏蔽防护和时间防护。其中,屏蔽防护指的是在射线源和人体之间设置能够有效吸收辐射的屏蔽材料,以减弱射线的强度,从而保护人体免受辐射损伤。钨合金防辐射屏蔽件可以有效屏蔽辐射,因而被广泛用作辐射防护的屏蔽材料。

根据辐射的能量高低和电离物质的能力,其可分为电离辐射和非电离辐射。辐射一词普遍指的是电离辐射。电离辐射具有很高的能量,可电离物质。当其照射到人体时,可引起放射病,使得人体几乎所有器官、系统发生病变,其中最为明显的是神经系统、消化系统和造血器官。长期受辐射的照射,还会使人体产生不适,导致白血病、肿瘤、早衰、眼底病变、生殖系统疾病等各种疾病的产生。电离辐射对人体的损伤分为急性放射损伤和慢性放射损伤。急性放射损伤指的是在短时间内接受一定剂量的照射所引起的疾病,常见于核事故和放射治疗病人;而慢性放射损伤则指的是较长时间内接受分散辐照所引起的疾病,如白细胞减少、造血障碍、皮肤损伤、生育力受损等。

据研究,金属材料的辐射屏蔽性能随着其密度的增高而增大,因为钨合金防辐射屏蔽件具有很高的密度,因此其具有很好的辐射屏蔽性能。在辐射源和人体之间放置钨合金防辐射屏蔽件可以有效吸收辐射,减弱辐射的强度,从而避免其对人体造成危害。另外,与其它传统材料(如铅)相比,钨合金防辐射屏蔽件无毒无害,不会危害人体健康,也不会污染环境,是极其环保友好的屏蔽件材料。

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储能型三氧化钨光催化剂

光催化作用产生的两个条件:光照和光触媒同时存在。一般,二氧化钛光催化剂在特定波长(388nm)的光照射下,会产生类似植物中叶绿素光合作用的一系列能量转化过程,把光能转化为化学能而赋予光触媒表面很强的氧化能力,可氧化分解各种有机化合物和 矿化部分无机物,并具有抗菌的作用。然而,二氧化钛只能在足够强度的紫外光照射时呈现很高的光催化活性,而在可见光下几乎没有活性。室内光中几乎都不含有紫外线,故而,二氧化钛在室内光线较弱或者无光环境中几乎不能自身完成光催化反应。

光催化原理图
 
有研究指明通过掺入储能型材料,能很好的解决这个问题。三氧化钨和三氧化钼是储能及能还原能量的材料,二氧化钛在光的激发下产生电子和空穴,传递给储能型材料;储能型材料在获得电子的同时,为内部保持一定电荷以吸引阳离子,释放能量同时还原氧而形成过氧酸,达到在暗处抗菌性的作用。这里的储能型光催化剂是在光照较弱或者无光情况下依然能持续发挥高效光催化活性作用。
 
另外,该种储能型材料还加入稀土元素为激活剂,使得复合材料的储能型光催化剂能在弱光及无光状态下进行光催化作用。稀土元素储能的实质是未填满的4f层电子跃迁而产生的,由于4f层电子被5s和5p电子层的电子所屏蔽,晶体场对谱线位置影响较小,所以晶体场中的能级类似于自由电子的能级,表现为分离能级。物体发光的实质就是能量的转换,故而,稀土元素具有无法比拟的光特性。另外,稀土元素的特殊电子结构使其具有非常强的光谱性质,其发光范围几乎覆盖了整个固体发光的范畴,能将吸收到的能量以光的形式发出;同时,丰富的电子能级为不同的能级跃迁创造了条件,使得稀土元素获得多种发光性能。
 
将能利用光源进行感光储能的三氧化钨、三氧化钼和稀土元素与二氧化钛结合运用起来,形成复合材料的储能型三氧化钨光催化剂,发挥各自优势,拓宽光触媒的运用领域。
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纳米硬质合金—放电等离子烧结

放电等离子烧结技术(Spark Plasma Sintering,SPS)是基于电火花烧结基础上发展起来的一项新型烧结技术。它是等离子烧结中的一类,利用瞬间、间隙放电能并在加压环境中进行烧结。而另一类则是在真空的环境中,利用5000-20000K的等离子火焰加热无加压烧结,被称为热等离子烧结。放电等离子烧结的基本原理是利用脉冲能、放电脉冲压力和焦耳热产生的瞬间高温来实现烧结过程,通过瞬间产生的放电等离子被烧结体内部每个颗粒产生均匀的自身发热并使颗粒表面活化。简单来说,SPS技术就是在粉末颗粒间直接通入脉冲电流进行加热烧结,因而在一些文献上也会经常被称为等离子活化烧结或离子辅助烧结技术。脉冲电流产生的等离子体及烧结过程中的加压有利于降低粉末的烧结温度。同时低电压、高电流的特征,能使粉末快速烧结致密。另外,由于升降温的速率快、保温时间短,有效地避免了表面扩散阶段,阻碍了颗粒的长大,大大缩短了生产周期,提高了整体的效率。

通过与传统真空烧结技术的对比,SPS烧结技术所制备的纳米硬质合金晶粒度较细、致密化程度更高、组织更为均匀、没有明显的孔隙缺陷。而真空烧结的样品组织结构疏松、颗粒间留有大量孔隙,晶粒长大的现象较为明显。从致密度上看,真空烧结达到完全致密的烧结温度比放电等离子烧结技术高近300℃,烧结时间也长近6h,且在SPS烧结过程中样品致密化程度并没有发生超过某一最佳烧结温度,致密化程度反而下降的情况。这是由于在SPS烧结过程中并没有出现Co相的挥发,样品致密化一直随着烧结温度的升高而增加。从硬度上看,SPS烧结后的样品洛氏硬度和显微硬度都明显高于传统真空烧结的样品。这是由于真空烧结的热源在样品外部,热传导过程是由外向内的,表面首先达到烧结温度,但是内部的热量还未得到有效的传导,存在一定的孔隙,难以达到完全致密。而SPS烧结过程中,放电等离子的存在使得烧结体内部的每个颗粒自身均匀发热,颗粒表面原子处于活化状态,整个致密化过程一起进行的,没有致密化先后的问题存在。

硬质合金钻头

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纳米铂担载三氧化钨光触媒

染料废水因其成分复杂、色度高、排放量大、毒性大、可生化性差等特点,一直是各种污染物中老大难的问题。国际上,常用的治理方法有物理化学脱色法、吸滤-焚烧法,然而,这两者的局限性都比较大。纳米二氧化钛作为一种高效节能的光催化功能材料,具有化学性质稳定、无毒、氧化能力强、能耗低,并且能有效去除大气和水中的污染物,而成为解决能源问题的理想材料。二氧化钛的禁带宽度(E=3.2 eV)较大,这显示了它只能够在波长较短的紫外光下被激发,却不能够很好的利用到其它波段的光能量,而这恰恰限制了它的应用;另外,它的光转换效率很低(小于4%),不能有效地利用太阳能,因此,研究开发可见光响应的高活性的光催化剂变得十分热门。

纳米铂和三氧化钨
 
钨系催化剂,如钨单质、钨的氧化物、钨的硫化物及杂多钨酸,它们对脱硝、加氢脱硫、氧化、烃类异构化、烷基化等许多反应具有良好的催化性能。尤其三氧化钨是一种相对廉价并且非常重要的钨化合物,它除了具有很好的光致变色性能和气敏性能外,还有很好的光催化性能,既可以 做主催化剂又可以做助催化剂。
 
研究发现,三氧化钨的禁带宽度较低(2.4〜2.8eV),说明它能够利用更大波段的光,尤其能够有效的利用太阳光中的可见光。然而,正是以内它禁带较窄,单一氧化钨成分的光触媒氧化还原能力较小;另外,氧化钨半导体光触媒受到光激发产生电子e-和空穴H+ ,由于H+容易与e-复合,从而大大降低了它的光催化活性。因此,提高光催化剂催化活性的关键在于如何降低其复合率,延长H+和e-的寿命。有研究指明贵金属纳米铂担载三氧化钨光触媒具有极高的光催化活性,能够有效的解决氧化钨光催化剂活性低的难题;同时能有效利用可见光,扩宽了它的应用领域。其方法如下:
 
1.将三氧化钨粒子溶解于无水乙醇或甲醇或异丙醇,磁力搅拌处理后,再进行超声震荡、离心处理、真空干燥后待用;
2.将经过前处理的氧化钨加入到玻璃试管中,然后加入甲醇水溶液和氯铂酸溶液,加入磁力搅拌,超声震荡,再通入氮气后密封玻璃试管;
3.光照反应,在磁力搅拌条件下,将步骤2的玻璃试管在高压汞灯光照下反应,反应完毕后取出样品进行离心处理、去离子水洗、无水乙醇清洗、干燥,研磨成粉末,即得到纳米铂担载三氧化钨光触媒。
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