钨合金辐射防护窗

钨合金辐射防护窗随着科技的发展,辐射技术被广泛应用于生物学研究、医学、工业以及农业等领域。辐射指的是由场源发出的电磁能量中,一部分脱离场源(以电磁波或粒子的形式)向远处传播,而后再返回场源的现象。根据辐射能量的高低及其对物质的电离能力,可将辐射分为电离辐射或非电离辐射。其中,辐射一般指的是电离辐射。电离辐射主要有α、β及γ辐射三种。α射线又称为α粒子束,是高速运动的氦原子核。α粒子由2个质子和2个中子组成;β射线是高速运动的电子流,其电离作用弱,但贯穿能力很强; γ射线又称γ粒子流,是原子核能级跃迁蜕变时释放出的射线,其波长短于0.01埃。γ射线具有很强的穿透力,工业上可用于工业探伤或流水线的自动控制。

辐射虽然为人们的生活带来很多便利,但其所产生的辐射危害也需要被重视。如γ射线具有极强的穿透力。当人体受到γ射线照射时,γ射线可以进入到人体内部,与人体内部细胞发生电离作用,侵蚀复杂的有机分子(如蛋白质、核酸和酶),从而干扰人体内的正常化学过程,甚至引起细胞死亡。此外,电离辐射还能改变细胞的化学平衡(包括引起癌变)以及损伤体内细胞中的遗传物质,导致新生一代出现畸形、先天白血病等症状。所以在医院放射科、放射性实验室、放射性药物储藏室等场所可设置钨合金防护窗以避免辐射泄露对人体造成危害。

钨合金辐射防护窗采用具备高密度的高比重钨合金制作而成。据专家研究,金属材料的辐射屏蔽性能会随着其密度的增大而增强,密度越大则意味着辐射屏蔽性能越高。与其它传统材料(如铅)相比,钨合金具备更高的密度,因而其制作的辐射防护窗具备更高的辐射屏蔽性能,可以避免辐射泄露造成辐射损伤。

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钨粉用于钨靶材的制作

真空溅镀是由电子在电场的作用下加速飞向基片的过程中与氢原子发生碰撞,电离出大量的氢离子和电子,其中,电子飞向基片,氢离子在电场的作用下加速轰击靶,所述靶是由靶材和支撑靶材的背板组成,溅射出大量的靶材原子,呈中性的靶材原子(或分子)沉积在基片上成膜,而最终达到对基片表面镀膜的目的。
 
大规模集成电路经常使用钨靶材进行真空溅镀,尤其需要使用大尺寸的钨靶材,目前的半导体领域中,大尺寸的钨靶材的直径为300mm-450mm,厚度为6mm-15mm。可是随着半导体行业的发展,大尺寸的钨靶材的尺寸并不局限于此。由于钨金属属于难熔金属,行业内采用粉末冶金的方法实现加工钨靶材,该粉末冶金工艺是通过制取金属粉末实施成形和烧结,制成材料或制品的加工方法。在具体的粉末冶金过程中,通过将准备好的粉末装在特质模具中,然后置于真空热压炉中热压(Hot Pressing, HP)成型。需要根据靶材的尺寸设计相配套的模具和相配套的真空热压炉。然而,对于大尺寸的钨靶材的加工,受到模具尺寸和热压炉使用温度的限制,采用粉末冶金制作大尺寸钨靶材难以一次成型,需要将钨粉末先预制成型,即形成一个大尺寸钨靶材坯料,然后采用轧制工艺将此大尺寸钨靶材坯料进行延展(轧制工艺是利用轧机来对钨靶材坯料进行压延的,通常分为热轧和冷轧,在再结晶温度以上进行的轧制称为热轧,低于再结晶温度的轧制称为冷轧),以达到尺寸要求,即形成尺寸合格的钨靶材产品。
 
但是钨金属在常温下硬脆,不易在常温下进行冷轧,另外,当空气温度超过400℃时,钨金属的氧化速度非常快,因此钨靶材坯料的热轧工艺不能在空气中实施。有鉴于此,有必要提出一种新的钨靶材的制作方法,尤其是大尺寸的钨靶材的制作方法,以克服现有技术的缺陷。
 
一种钨靶材的制作方法,包括:提供钨靶材坯料;对所述钨靶材坯料表面进行机械加工;将所述机械加工后的所述钨靶材坯料放置入真空包套并抽真空;对真空包套内的钨靶材坯料进行锻造;对所述锻造后的真空包套内的钨靶材坯料进行压延;完成所述压延后,进行冷却并去除真空包套。采用本发明提供的钨靶材的制作方法,避免使用模具,避免在空气中对钨靶材坯料进行加工延展时出现裂缝和表面易氧化的问题,能够制作出内部组织结构均匀,晶粒大小符合溅射靶材要求的钨靶材,而且具有易加工、废品率低的优点,应用上述方法对大尺寸的钨靶材的制作更加需要。
 
钨靶材
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LED钨铜散热基板与其他材料基板的对比

在大多数的LED产品中,通常需要将多个LED组装在电路基板上。电路基板不仅需要承载LED模块结构,还同时起着散热的作用。LED散热基板主要由两大部分组成,其一系统电路板,另一个则是LED晶粒基板。系统电路板大多采用金属材料,利用金属材料自身散热佳的特性,达到散热的目的。但是随着LED亮度以及效能要求的不断提高,散热的瓶颈就会出现在LED晶粒基板上。为了突破这一散热的瓶颈,国内外的研究人员通过寻找和研发高散热系数的基板材料。目前,常见的几种LED散热基板包括硬式印刷电路板、高热导系数铝基板、陶瓷基板、软式印刷电路板、金属复合材料。

钨铜散热基板是目前公认性能最为契合的一类材料。其具有高强度、较低的热膨胀系数、高的散热系数等优势。通过组分的调节还能弥补单一金属与LED芯片的热失配不足,在一些大规模集成电路、大功率器件中,作为散热元件得到迅速发展。采用电解抛光技术对钨铜箔片进行表面修整还能有效提高钨铜LED散热基板表面平整性以满足散热基板对平整性的严苛要求。厚膜陶瓷基板采用网印技术生产,藉由刮刀将材料印制于基板上,经过干燥、烧结、镭射等工艺制成。但是随着LED的尺寸及线路越来越小、精度要求越来越高,该类基板的精确度已无法达到。低温共烧多层陶瓷基板以陶瓷作为基材,将线路利用网印方式印刷于基板上,再整合多层的陶瓷基板,最后通过低温烧结而成。其存在的主要问题在于多层陶瓷叠压烧结后,还需要考虑到收缩比的问题,相对难以控制。另一种薄膜陶瓷基板适用于高功率、小尺寸、高亮度的LED,以及要求对位精确性高的共晶/覆晶封装制程。

钨铜散热基板

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国外高纯钨粉和钨材制备

随着工业技术和科学技术的发展,许多行业对钨粉的纯度要求越来越高,如高纯钨或超纯钨(5N或6N)具有对电子迁移的高电阻、高温稳定性以及能形成稳定的硅化物,在电子工业中以薄膜形式用作栅极、连接和障碍金属。
 
制备流程
 
日本山口悟等人报道,东芝公司钨精炼厂横滨金属和化合物分厂在1990年前后,为了提高产品质量,试图降低金属钨和钼中的杂质含量。特别是对用作半导体的配线用材,要求将钨粉和钼粉的纯度从通常的3N提高到5N以上。该厂采用了用酸分解通常的钨粉和钼粉,然后通过离子交换法精制,得到高纯度的氧化物。将高纯氧化物进氢还原,即可得到超高纯度的钨粉和钼粉。其生产流程如附图所示,超高纯钨粉和钼粉的化学成分与普通钨粉和钼粉的比较见表1。
 
文献著者未对酸分解和离子交换的情况作具体介绍。估计他们在酸分解钨粉和钼粉时,采用了双氧水、HNO3+HF或HF+H2SO4+HNO3之类能溶解钨粉和钼粉的酸类,使钨和钼以阴离子形态进入溶液中,然后再用阴离子交换树脂进行净化。
 
从1988年以来,用作溅射靶材的钨纯度在不断提高。用物理气相沉积法(PVD)生产的钨薄膜和溅射靶材,纯度为6N,已用于工业生产。
 
为制备高纯和超纯钨,最好选用含U和Th低的仲钨酸铵作原料。因为在所有的杂质元素中,要求U和Th的含量应特别低。这些天然放射性元素因具有a射线,在记忆回路中可引起“软误差”。
 
含U和Th低的仲钨酸铵,可通过多次再结晶的办法除去其他杂质,得到超纯仲钨酸铵。后者经煅烧得到WO3,经氢还原得到超高纯度的钨粉。文献给出了超纯W和WSix粉末的分析数据(见表2)。这种W粉可用来生产W、WSix或TiW的溅射靶材。
 
通过压形、烧结和电子束悬浮区域熔炼,可以进一步将U和Th以外的杂质含量进一步降低。
 
显然,在高纯的生产过程中,厂房内应保持高度清洁,以减少产品中的杂质。
 
W-Mo粉末组分
 
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LED钨铜散热基板

随着全球重视环保意识的提升,节能省电已经是当下不可阻挡的趋势。而LED产业就是其中发展最为迅速的行业之一,LED产品不但在节能省电方面有极大的优势,而且其效率高、反应时间快,使用周期长,不含有毒物质等优势也是同类产品里较为突出的。一般来说LED高功率产品的输入功率大约有15%的电能转化为光能,另外85%的电能则转化为热能消散。这样一来,若LED发光时所产生的热能无法及时导出,就会使得LED界面的温度过高,从而影响其发光效率、稳定性以及产品生命周期。因此,要提升LED的发光效率,对于LED系统的热散管理和设计就是一个重要的研究课题。散热的主要途径分为:空气散热、基板导出散热、金线导出散热、通孔散热等等。这里我们主要介绍基板散热。在LED产品中通常需要将多个LED组装在一电路基板上。电路基板除了负责承载LED模块结构,另一方面还需要扮演散热的角色。

LED散热基板主要是利用其散热基板材料本身所具有的优良的传导性将热源从LED晶粒导出。因而从LED散热途径可将LED散热基板细分为两大类,即LED晶粒基板与系统电路板,此两种不同的散热基板分别乘载着LED晶粒与LED晶片将LED晶粒发光时所产生的热能,经由 LED晶粒散热基板至系统电路板,而后由大气环境吸收,以达到热散之效果。而从材料划分,LED散热基板的种类包括硬式印刷电路板、高热导系数铝基板、陶瓷基板、软式印刷电路板、金属复合材料。钨铜材料具有高强度、低热膨胀系数以及优良的可塑性和导电导热性,是LED散热基板一个极佳的选择。相比于单一金属,如铝基板容易与LED芯片发生热失配的情况,钨铜材料具有更好的稳定性以及更好的散热效果。

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