60Co治疗机射线屏蔽

60Co治疗机是一种医院对肿瘤的放射治疗大型医疗设备,一般应用于对各种囊性肿瘤进行放射治疗。60Co治疗机是将60Co储存在一个钨合金的防护罩内,治疗机的钴能够释放出γ射线杀伤癌细胞,对肿瘤实施治疗。在治疗时通过机械汽动,牵引,将放射源移至防护罩的窗孔,使射线从窗孔对准病变部位照射。利用放射性核素在衰变过程中产生的射线,用来治疗种瘤。

60Co治疗机一般由下列部分组成:一个密封的钴-60放射源、一个源容器及防护机头、具有开关的遮线器装置、具有定向限束的准直器、具有定向限束的限光筒用以调节线束方向、支持机头的机械系统设备、辐射安全及连锁系统。钴-60治疗机工作原理:钴源采用气动机构来推动,治疗时,只要是电磁阀通电,将气源接通,气缸活塞推杆使将钴源筒推出300毫米。停留在放射口处,进行照射,当定时照射结束钴源筒便主动退回,将钴源稳定,可靠地停放在贮藏位置,治疗过程中当突然发生断电时,钴源筒能自动返回原位,以确保治疗安全。

钴-60机使用的是永久性放射源,具有极强的辐射性,能导致脱发,会严重损害人体血液内的细胞组织,造成白血球减少,引起血液系统疾病。因此,60Co要用钨合金屏蔽容器密闭保存。对放射性射线的防护主要是对穿透能力强的γ射线的屏蔽防护,钨合金由于具有高的密度和原子序数,是理想的防辐射屏蔽材料,具有比重大、硬度大、强度高、吸收射线能力强、无毒环保等诸多特性,在医学上,已被广泛地运用于各种放射源的屏蔽。

60Co治疗机图片
 

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大型集装箱检查系统

集装货物/车辆检查系统是海关港口急需的检测设备之一。目前国内外港口对集装货物的检查主要采用开箱检查或辐射成像的方法。开箱拆货检查时间长、日检量低、检查成本高。对辐射成像而言,国内外现在已经研制出用加速器或钴-60做辐射源的大型集装货物/车辆检查系统。

                                                         大型集装箱检查系统

进出口货物品种日益丰富,形成了钢材、煤炭、废纸、纸浆、木材、石材等特色货种的转运中心,对放射性检测的要求越来越高。使用钴-6做辐射源大型集装箱检查系统属于大型放射性检测系统,近年来在我国较大的港口码头开始普及。这种仪器由大容量塑料闪烁体和信号探测分析系统组成,该系统对过往的集装箱、大型车辆、行李物品等进行放射性物质实时监测,实现对异常的放射性同位素夹带实时联动预警的功能,基于特征谱分布动态扫描和甄别的人工核素识别技术,能够有效地降低系统的识报率和漏报率,由于其探测器面积大,不间断扫描时检测,极大地提高了检验检疫和通关速度。

由于钴-60是人造放射性同位素,是β衰变核素,会发射β-和γ射线,有极强的放射性。因此,在大型集装箱检查系统中同时大量运用了鎢合金屏蔽件来屏蔽辐射源对人体造成的伤害。防辐射能力和屏蔽材料密度有关,密度越大屏蔽性能越好。鎢合金材料具有高的密度和原子序数,作为理想的防辐射材料具有很多优势,吸收射线能力强、比重大、强度高、具有良好的可焊性和加工性、无毒環保,综合的优异性能使得鎢合金成為大型集裝箱檢測設備射線防護障蔽的最佳选择。
 

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钨合金多叶光栅叶片

多叶光栅系统主要用于放射医疗中控制X射线的方向和辐照范围,作用是替代手工制作的不规则铅挡块,在治疗过程中,由计算机控制多叶光栅系统各个叶片的运动,形成临床所需的不规则形状射野进行照射。多叶光栅系统由120个钨合金光栅叶片组成,其中叶片的制造材料采用钨合金材料,这比用铅做的挡板叶片产生的危害要小得多。

                                                           钨合金多叶光栅叶片

多叶光栅系统广泛运用在放射医疗技术中,主要基于钨合金对放射性物质的屏蔽效应。钨合金是一种高致密金属材料,研究证实高密度金属材料可对放射性物质产生屏蔽效应。由于金属钨对放射线有较强的防护性,所以目前多叶光栅叶片的材料多数都是由金属钨制成。整个多页光栅包括两组叶片,两组叶片相向排列安装于支架上,叶片可以在支架上移动,移动的方向与射线束轴线方向垂直,每个叶片都由步进电机独立驱动;由于在叶片之间为减少运动时的相互摩擦而留有适当的间隙,为减少放射线通过此间隙的泄露,还在两组叶片的下面各安装一个可移动的挡板,通过挡板的适当移动来遮挡泄露的放射线。为了防止相对应的两片钨叶在闭合实时发生碰撞,闭合的两片钨叶之间也留有微小的间隙,同样为了降低在此间隙泄露的放射线,也可以在与两组钨叶相垂直的方向再安排一族防漏挡板。

由于钨合金材料具有对各种射线的屏蔽本领高的优点,非常适合于对多叶光栅系统这一类空间分辨率要求高的场合,钨合金材料有着很高的密度减小了射线屏蔽件的尺寸,却不影响射线屏蔽效果,同时还具有无害环保的特性,在放射医疗技术中广泛运用。
 

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注射成型硬质合金粘结剂类型

注射成型硬质合金粘结剂有蜡和其它高聚物构成,另外会加入各种过程助剂。
 
蜡的选择
注射成型粘结剂中了较多,适用的粉末原料也各不相同。对于硬质合金的注射工艺,一般采用以蜡为主的粘结剂。常见的蜡包括石蜡、蜂蜡、棕榈蜡以及类似石蜡的短链聚合物。这些蜡具有较低的粘流态温度,润湿性好,粘度较低,分解时较其它聚合物体积变化较小。蜡的相对分子量较小,易挥发,有利于脱脂。
 
多组分粘结剂
使用单一的蜡会使脱脂困难,因为熔化温度较窄,热脱脂极慢,也不能采用溶剂脱脂等其它脱脂方式。单组分粘结剂还存在填充不均匀等问题。故常采用与其它聚合物、润滑剂等混合形成多组分粘结剂。这样由于不同组分的脱脂过程不同,在脱脂时,一种组分可以优先排出,先形成气体通道,另一种组分起着骨架支撑的作用。理想的硬质合金粘结剂中,常含有体积分数为30%-70%的一种主要成分。除蜡以外常见的组分有烹调油、醋酸纤维素、棕榈油、樟脑、萘、聚乙烯醇、水、油酸、硬脂酸、硬脂酸铝、乙醇、花生油、鱼肝油、聚乙烯丁缩醛等。
 
其它成分
为改善粉末的润湿、模具润湿、混合料粘度、残余应力等脱脂行为,实际生产中,常在混合料添加过程助剂、模具防黏剂、配合剂、塑化剂、溶剂、润滑剂、增强剂等。
 
硬质合金粘结剂图片
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硬质合金注射成形制品原料控制

传统的硬质合金生产方法(压制-烧结法)只能生产形状较为简单的制品, 因而限制了硬质合金的应用范围。冷、热等静压能生产形状复杂的制品,但成本很高,不适合大规模生产。粉末注射成形工艺的出现,为进一步扩大硬质合金材料的应用领域(如下图产品示例)带来了契机。因硬质合金的力学性能对于极小的杂质、孔洞或其它小缺陷引起的断裂源都特别敏感,故研究工艺中各工序可能产生的缺陷及其原因,提出预防措施和解决办法,就显得至关重要。由于硬质合金粉末一般为不规则多角状、粒度细,因而粉末间相互摩擦大、堆积密度低,其原料的质量控制就显得尤为重要。
 
注射成型硬质合金图片
 
原料控制点
1 利用表面活性剂,如硬脂酸、邻苯二甲酸二丁脂等来改善喂料流变行为和粉末与粘结剂间的润湿性。
 
2 粉末氧含量。粉末氧含量是影响硬质合金注射成形制品性能的主要因素,是对烧结后的合金的碳化量影响巨大。
 
3 粘结剂选择和组分比例控制。目前广泛用于硬质合金注射成形工业中的粘结剂为石蜡基多组元体系的粘结剂。石蜡基粘结剂的组成要根据粉末特性不同做出相应调整, 从而得到具有良好均匀性、保形性和流动性的喂料。粉末粒度和形状的变化应调整表面活性剂含量和粉末装载量, 粉末粒度分布不同应调整粘结剂的粘度。
 
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硬质合金催化脱脂炉

硬质合金催化脱脂炉是注射成型硬质合金进行催化脱脂反应的设备。催化脱脂炉一般由催化反应炉、催化剂加入机构、惰性气体供应机构和废弃处理机构等几部分组成。
 
催化脱脂炉根据其是否能实现连续化生产可分为两种:一种是非连续催化脱脂炉, 一种是连续催化脱脂炉。非连续催化脱脂炉主要用于实验室和小规模的工业生产;大规模的注射成形催化脱脂工业生产中应用的主要是连续催化脱脂炉, 能实现注射成形的自动化连续生产, 大大降低了
注射成形的成本。
 
非连续催化脱脂炉
非连续催化脱脂炉(如下图所示)由催化反应炉、催化剂加人装置、惰性气体供应装置和废气处理装置等几部分组成如下图所示。非连续炉可根据不同材料和在炉中的装载量, 调节温度和催化剂浓度, 很容易控制脱脂速度;载体氮气中的解聚产物甲醛在废气处理装置中氧化燃烧。
 
连续催化炉图片
 
连续催化脱脂炉
由于催化脱脂速率快、时间短, 使得注射成形工业中采用连续脱脂和烧结成为可能。连续催化脱脂炉结合连续烧结炉运用于注射成形连续生产线上,实现了注射成形的自动化连续生产, 降低了注射成形的生产成本, 大大提高了注射成形这一近净成形方法的竞争力。
 
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催化脱脂率影响因素

催化脱脂的脱脂程度收到多方面的影响,最常见的影响有粘结剂组分、催化气体流量、脱脂时间、脱脂温度这几种。
 
评价脱脂过程的程度主要是用脱脂率来衡量,其计算公式如下:
Wd%=(Wi-W)/Wi×100
式中:
Wi 是注射坯中原始粘结剂的重量(g);
W是脱脂坯中残留粘结剂的重量(g)。
 
1.粘结剂组分对催化脱脂率的影响(如下图所示)
注射成形催化脱脂过程的关键因素是粘结剂在特定酸性气氛下的快速分解, 为此在注射成形粘结剂中必须含有能在特定的酸性气氛下发生快速降解的组分。同时为保证聚醛树脂脱除后坯体能保证一定强度,需要添加其他辅助组分。在催化脱脂型粘结剂中, 聚醛树脂的含量越多, 注射坯中粘结剂的脱除率越高, 但脱脂坯的保形性越差。所以需要组分达到一个平衡值。
 
粘结剂组分图片
 
2.催化气体流量对催化脱脂率的影响
催化脱脂过程中通常会在脱脂炉中引入高速惰性气流(氮气、氩气、氦气及其混合物)以加速小分子的扩散,调节脱脂速率。通过控制催化剂的浓度可以控制脱脂速率。而且随着惰性气体流动速率的降低, 脱脂区的催化剂浓度增加, 整个脱脂速率增加。因此, 惰性气流的流动速率要控制在适中的范围内。但是H酸性气体的流量也不能太大,比如HNO3,如果HNO3浓度太大催化气体会具有一定的腐蚀性, 会对粉末和设备造成危害。
 
3.脱脂时间对催化脱脂率的影响
催化脱脂率和脱脂时间的关系, 随着催化脱脂时间增加, 注射成形坯脱脂量增加, 而且随着时间增加, 脱脂量增加趋势变平稳, 这一变化趋势与热脱脂时脱脂量随脱脂时间的变化规律不同。
 
4.脱脂温度对催化脱脂率的影响
催化脱脂率随脱脂温度的升高而增加。主要是由于聚甲醛在酸性作用下是由末端开始进行逐步分解的, 随着反应温度的增加,这种解聚反应的速度增加, 因此脱脂速率增大。
 
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注射成型硬质合金脱脂催化剂的选择

注射成型硬质合金催化脱脂速率由于反应机理的优势,远高于传统的注射成型硬质合金脱脂技术。
 
催化速率
催化反应仅在气体—粘结剂界面上进行,由生坯外部逐渐向内部发展, 催化脱脂从外向内的脱脂机制不产生裂纹和孔洞, 并且可以得到很高的脱脂速率。气体粘结剂界面向内部的移动速率为2-4mm/h, 远高于传统的脱
脂技术。而一般粘结剂为基的注射成形坯的脱脂速率为0.2mm/h, 催化脱脂速率是传统脱脂工艺速率的10~20倍。粘结剂组分、催化气体流量、脱脂时间和脱脂温度具会对催化脱脂率的影响,呈正相关关系。
 
注射成型硬质合金脱脂催化剂的选择
注射成型硬质合金脱脂催化脱脂过程中可在脱脂炉中引入高速惰性气流(氮气、氩气、氦气及其混合物)以加速小分子的扩散, 调节脱脂速率。通过控制催化剂的浓度可以控制脱脂速率。而且随着惰性气体流动速率的降低,脱脂区的催化剂浓度增加, 整个脱脂速率增加。因此, 惰性气流的流动速率要控制在适中的范围内。对于大多数陶瓷注射成型(CIM)粉末原料而言, 硝酸是合适的催化剂。硝酸具有强氧化性和很强的气化倾向,在正常的脱脂条件下, 硝酸蒸气不会沉积在脱除有机载体后的陶瓷零件的毛细管孔内,不会腐蚀炉子结构。对于因氧化而形成硝酸盐的粉末如Y2O3(烧结Si3N4 和SiC的添加剂)等, 草酸是可克服硝酸的缺点成为另一种应用广泛的催化剂。草酸是一种挥发性的有机酸, 室温是固态, 100℃以上升华为气态, 187℃以上分解为CO、CO2 和H2O。因此, 用草酸做催化剂, 催化后的废气处理也比较简单。草酸的应用, 拓宽了原料范围的选择。此外矿物酸、三氟化硼和有机酸等也有一定的应用范围。硝酸作催化剂时, 脱除速率为0.7—1.5mmh-1,且脱脂速率快慢顺序为Si3N4 >ZrO2 >SiC。草酸作催化剂时, 脱脂速率为0.9—1.5mmh-1, 脱脂快慢顺序为ZrO2 >SiC>Si3N4 。可见不同催化剂的催化作用存在很大的差异。两种催化剂作用下的脱脂效果进行了比较, 如图1, 图2所示。
 
硝酸催化图片草酸催化图片

 

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注射成型硬质合金催化脱脂原理

注射成型硬质合金催化脱脂的脱脂原理是利用一种催化剂把有机载体分子解聚为较小的可挥发的分子, 这些分子比其它脱脂过程中的有机载体分子有较高的蒸气压, 能迅速地扩散出坯体。注射成型硬质合金催化脱脂工艺所采用的粘结剂体系一般是由聚醛树脂、起辅助框架作用的聚合物和起稳定作用的添加剂组成.
 
聚醛树脂
其中聚醛树脂的结构特点是重复的C-O键组成, 如图1所示。具有较强的粘接力、高光泽、高硬度和优良的耐候性、耐化学品性。常用于用作增黏树脂,提高粘接力和硬度。
 
催化脱脂过程图片
 
反应过程(如上图所示)
聚合物链的氧原子对酸的作用很敏感,当曝露在合适的酸催化剂中时, 在较低的温度下就能进行催化反应引起大分子聚醛树脂分裂成CH2O(甲醛)气体。一般用于注射成型硬质合金催化脱脂过程中的催化剂气体是硝酸和草酸气体。在110℃~130℃温度范围注射成型硬质合金催化脱脂的速率可以达到很高, 而该温度范围远低于聚醛树脂的熔化区间(160~180℃)。这种催化反应发生的条件特别适合于粉末注射成形中的粘结剂的脱除。这样, 生坯中的主粘结剂――聚醛树脂在催化剂的作用下直接由固态裂解为气态小分子, 达到快速注射成型硬质合金催化脱脂的目的。此时, 剩余的少量(低于10%)聚合物将起保形作用, 脱除了主粘结剂的生坯仍然是充分坚固的, 使零件在脱粘时具有延续的坚硬性, 避免任何塑性变形, 得到较好的公差。气态酸不透过粘结剂, 反应只是在气体与粘结剂的界面上进行。气体的扩散限制在已形成的多孔外壳上, 在生坯内部不会形成压力。而这些在生坯中残留的有机物质、分解剂、某些聚合物均可以在预烧结阶段迅速热解脱除。反应方程如下:
 
〖(CH_2-O)〗_2 □(→┴(acid(T>100℃)) nCH_2=O)
 
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注射成型硬质合金催化脱脂的特点

从注射成型硬质合金催化脱脂的脱脂原理中可以看出,注射成型硬质合金催化脱脂具有区别于传统脱脂方法(热脱脂和溶剂脱脂)的优异脱脂特性。
 
特点
1.脱脂速率快。在酸性催化剂的作用下聚醛树脂能够快速地分解成甲醛气体, 粘结剂――气态界面以1~2mm/h的线速度向内推进。注射成型硬质合金催化脱脂的速率可以达到2~4mm/h, 而一般粘结剂为基的注射成形坯的脱脂速率为0.2mm/h,注射成型硬质合金催化脱脂速率是传统脱脂工艺速率的10~20倍。由于注射成型硬质合金催化脱脂速率快, 脱脂时间短, 使得对注射成形坯尺寸厚度的限制小, 最大的脱脂厚度超过1英寸。
 
2.脱脂温度低。注射成型硬质合金催化脱脂的反应温度范围为100℃~ 140℃, 低于聚甲醛树脂的熔点(160℃~180℃), 避免了液相生成。这样就避免了热脱脂过程中由于生成液相而导致“生坯”软化, 或由于重力、内应力或粘性流动影响而产生变形和缺陷。
 
3.脱脂缺陷少。催化反应仅在气体—粘结剂界面上进行,由生坯外部逐渐向内部发展, 称之为“缩芯”机制。甲醛气体仅局限于在生坯的多孔“壳”区域产生, 可以容易地通过生坯的已是多孔的外部区域迅速逸出, 而不会在生坯内部产生应力, 不会产生生坯鼓泡、开裂等脱脂缺陷。
 
4.能实现连续脱脂和烧结。由于注射成型硬质合金催化脱脂速率快,脱除粘结剂所需的时间短, 使得注射成形中采用连续脱脂和烧结成为可能,下图为连续催化脱脂设备。
 
连续催化脱脂炉图片
 
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