钨丝性能
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- 发布于 2017年1月12日 星期四 19:56
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钨丝常用于白炽灯灯丝,因其具有良好的高温使用性能、室温使用性能和丝径一致性等特点。
高温使用性能
钨具有良好的高温性能,钨丝的工作温度在2300~2800℃之间。早期,钨丝灯泡寿命较短,其主要是应为钨灯丝的工作温度超过了其再结晶温度,导致灯丝出现了下垂现象,导致灯泡失效。为了解决该问题,在钨的粉末冶金过程中掺杂了少量的硅、钾、铝等氧化物,其含量不超过1%,制得新型高温掺杂钨丝。这种新型的高温钨丝可以改善纯钨丝下垂现象,其原因主要是掺杂钨丝的再结晶温度较高,且其晶体结构呈长条状互相搭结的粗大晶粒,能够大大提高其高温抗下垂的能力。
纳米AlN颗粒对钨铜复合材料的影响
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- 发布于 2017年1月09日 星期一 17:37
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钨铜复合材料硬度最经常使用的是布氏硬度(HB)或洛氏硬度(HR)。随着AlN添加量以及硬度测量值绘制变化曲线,我们不难得到钨铜复合材料的硬度随着纳米AlN颗粒的添加量的增加而提高,这也说明了AlN颗粒的加入虽然减小了W-W之间的连接,但是其起到了细晶强化和弥散强化的作用,尤其对基体铜有着更好的强化作用。而当添加量超过1%时,硬度的升高趋势变缓,这是因为钨铜复合材料的致密度下降,而导致基体中的孔隙增加。
在抗弯强度方面,当纳米AlN添加量≤1%时,钨铜复合材料的抗弯强度变化并不大,略有降低;而当其添加量>1%时,强度值发生大幅度下降。其主要是由于一方面致密度发生降低,另一方面是随着AlN纳米颗粒的含量增加,基体晶界上的增强相颗粒分布过多,大大降低了烧结过程中基体W之间的结合率,使得颗粒间的结合强度降低,抗弯强度也随之降低。
从W-Cu/AlN的断口形貌图上看,其烧结体致密度较高,内部没有明显的孔隙存在;从添加AlN的复合材料断口可以看出,其中的颗粒大小非常均匀,颗粒尺寸明显小于钨铜复合材料,这也与烧结体表面形貌分析不谋而合;另外,还能够确定的是添加AlN后的钨铜复合材料断裂面更为平整,这也进一步证实了AlN的加入一方面细化了组织晶粒,另一方面也导致了钨铜复合材料的韧性下降。
此外,由于钨铜复合材料常被用于电加工、电接触等领域,其导电和导热性能是钨铜复合材料最重要的两大性能。传导电流的能力就被称为导电性。各种配比的钨铜导电性各不相同,其中铜含量高其导电性也比较高,反之则导电性比较低。通常用电导率σ来表示它们的导电能力。热导率又称导热系数,是钨铜复合材料导热能力的量度。其指的是当温度垂直向下梯度为1℃/m时,单位时间内通过单位水平截面积所传递的热量,一般采用λ或K表示。对于导热性能来说,纳米AlN颗粒的添加并不会降低钨铜复合材料的热导率,相反还会有所升高。这是由于在低添加量时,材料的致密度保持在较高水平,而AlN在纳米级时具有较高的热导率。因而钨铜复合材料中添加纳米AlN颗粒,在保证致密度的前提下,对提高钨铜复合材料的热导率有一定的促进作用。而与之相反,随着AlN添加量的增加,钨铜复合材料的电阻率升高,电导率发生下降。这是由于AlN的电导率低于基体中的钨和铜,其含量的增多必然导致电阻率的升高,即电导率的下降。另外,随着AlN的含量增加,材料的致密度降低,尤其是在添加量≥2%时,致密度下降尤为明显。
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W-Cu/AlN复合材料XRD分析
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- 发布于 2017年1月09日 星期一 17:30
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XRD(X-ray Diffraction)X射线衍射,其通过对材料进行X射线衍射,分析其衍射图谱,获得材料的成分、材料内部原子或分子的结构或形态等信息的研究手段。X射线是一种波长很短(约为20~0.06埃)的电磁波,能穿透一定厚度的物质,并能使荧光物质发光、照相乳胶感光、气体电离。在用电子束轰击金属“靶”产生的X射线中,包含与靶中各种元素对应的具有特定波长的X射线,称为特征(或标识)X射线。而通过对比热压烧结W-Cu和W-Cu/AlN烧结体得到的XRD图谱,可以看出热压烧结后W、Cu衍射峰强度明显升高、宽度变窄,这就说明了在烧结过程中W和Cu都发生了晶粒长大现象。在相同条件下烧结后,添加了纳米AlN颗粒的烧结体中W、Cu的衍射峰强度,低于未添加AlN颗粒的烧结体,其原因是纳米AlN颗粒在烧结过程中有效地抑制了W和Cu晶粒的长大。因此,纳米AlN的添加进一步保证了W-Cu复合材料的纳米结构特征,有效地降低了烧结后复合材料的晶粒尺寸。
通过对比不同添加量的AlN的烧结体的表面背散射电子形貌图,可以看出热压烧结后W-Cu和W-Cu/AlN复合材料都有较为致密和均匀的显微组织结构。其中,热压烧结的钨铜材料表面存在少量的大颗粒,这是由于W-W连接长大造成的。而随着AlN添加量的不断增加,其大大降低了W-W之间的接触几率,进而促使烧结后颗粒不断得到细化。但是,当纳米AlN添加量到达一定程度时,复合材料中出现了较多的铜池和孔隙,其主要原因是AlN颗粒在高温时与铜之间的润湿性较差,其添加量的增加阻碍了铜的液相流动,进而造成烧结体中的成分偏析和致密度的降低。另外,由于含量增加后团聚和烧结后晶粒长大的原因,AlN的颗粒尺寸也较大。AlN颗粒全部散于Cu相之中,这是因为AlN颗粒的添加方式为短时间球磨混粉,使其并未与基体中的W或Cu固体产生界面反映,并且AlN在高温下具有较好的稳定性,因此热压烧结后仍然较好的保持颗粒本身的性质。
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硬质合金喷嘴—离子体活化烧结
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- 发布于 2017年1月09日 星期一 17:16
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等离子体活化烧结(Plasma Activated Sintering,简称PAS)是利用开关直流脉冲电压在粉末颗粒间或空隙内产生瞬间的高温等离子体。而等离子体是一种高温、高活性离子化的电导气体,能产生4000-10000K的高温。也正因为其这样的特性,等离子体能迅速消除粉末颗粒表面所吸附的杂质和气体,促使物质产生高速度的扩散和迁移,从而有效地降低烧结温度,加快烧结的整体过程,极大地提高了烧结的效率。与自蔓延高温合成和微波烧结相似,它也是利用粉末内部产生的热量而实现快速烧结的工艺。
硬质合金喷嘴等离子体活化烧结工艺技术总的概括起来有四个主要阶段
1.对粉末施加单轴向的压力;
2.通脉冲电流放电产生等离子体对粉末颗粒进行活化作用;
3.用直流电对样品进行电阻加热至所需温度并保持一段时间;
4.最后消除应力的阶段。
而其中的第三阶段就是放电等离子体烧结与等离子体活化烧结工艺最大的不同之处,SPS工艺主要依靠脉冲电流进行加热,在整个烧结的过程中并没有使用到直流电作为热源。与常见的热压烧结法、无压常规烧结法、热等静压烧结法相比,硬质合金喷嘴等离子体活化烧结具有许多优势。其中较为突出的就是它采用直流电直接对粉末材料和石墨模具进行加热,而且采用开关直流脉冲电压使颗粒之间或空隙内产生高温活化等离子体。这样一来操作更为方便并且在烧结过程中可更为精确地控制烧结能,在材料内部进行均匀加热,提高了热传导效率,提高了材料的致密性。此外,PAS法可提供的工作压力范围和烧结温度可控范围更广,能有效抑制晶粒的长大,保持原始颗粒的微观结构,目前在梯度功能材料、金属间化合物、微晶材料、超导材料、纤维强化材料等用常规烧结法较难制备的材料中得到了较为广泛的运用。
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钨铜FGM粉浆浇注法
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- 发布于 2016年12月20日 星期二 17:40
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钨铜FGM粉浆浇注法是将原料粉末均匀混合成浆料,注入模型内干燥后进行连续控制浆料配比,从而形成成分连续变化的工艺。其属于无压成型工艺中的一种,最早起源于陶瓷工业中,直到上世纪40年代才开始在钨、钼、硬质合金和金属陶瓷等硬脆粉末的成形中应用。1956年用来成形不锈钢件。现在已用于制造纤维增强高温合金如钨合金纤维增强镍基高温合金,喷气发动机部件如涡轮叶片和燃气室零件等。
钨铜FGM粉浆浇注工艺包括制备粉浆和模具、浇注、注件干燥3个阶段。粉浆由金属粉末或纤维与母液构成。对粉浆的要求是具有一定的浓度(粉末重量占40%~70%);粉末与母液润湿良好,颗粒表面不粘附气体;粉浆均匀悬浮不沉降等。用于粉浆浇注的原料粉末以细粉为宜,粒度常为5~10tim。母液是各种添加剂与水的混合液。添加剂有多种成分,包括粘结剂、分散剂、悬浮剂(稳定剂)、除气剂和滴定剂等。它们各有其作用。粘结剂可粘结粉末,提高注件强度,常用藻肮酸钠、聚乙烯醇。分散剂和悬浮剂可防止颗粒聚集,改善粉末与母液的润湿,形成稳定的悬浮液。
影响钨铜FGM粉浆浇注的因素有金属粉末特性如粒度、形状、粉浆特性(固液比、pH值、添加剂等)、热处理特性(注件在模内和出模后的干燥速度以及模具的孔隙度等)。为了得到不同类型的注件,粉浆浇注有实心浇注和空心浇注两种工艺。前者采用储存器或其他方法补充料浆,以使模具中完全充满料浆而得到实心注件;后者是控制粉浆的静置时间,当模壁上形成的粉层厚度适当时,将多余粉浆倒出而得到空心注件。
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钨铜FGM喷射沉积法
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- 发布于 2016年12月20日 星期二 17:38
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钨铜FGM喷射沉积技术,也叫喷射成形技术,是近30年来发展起来的一种利用快速凝固技术直接制备金属材料坯料或半成品的先进成型技术。主要由熔融金属的气体雾化、雾化熔滴的沉积等连续过程组成。钨铜FGM喷射沉积技术主要包括以下几个步骤:
喷射轧制:喷射沉积形成连续的带材产品,随后进行热轧或冷轧;
喷射锻造:目的在于生产供热锻用的喷射铸造预型坯,或者在喷射铸造中空坯后挤压;
离心喷射沉积:熔融金属被离心雾化,沉积在冷衬底上,由衬底上可取下形成的大管子;
喷射涂层:涂层结合在衬底上,同时喷射喷丸,可制得全致密热加工的无应力沉积物。钨铜FGM喷射沉积技术的最主要优势在于能够制造大型薄壁零件和获得连续带材,可得到细晶粒和性能优异的材质,节约能源,降低成本。
喷射沉积的基本原理是:熔融金属经导流管流出,被雾化喷嘴出口的高速气流破碎,雾化为细小弥散的熔滴射流;雾化熔滴射流在高速气流动量作用下加速,并与气流进行强烈的热交换;到达沉积表面以前,小于某一临界尺寸的熔滴凝固成为固体颗粒,较大尺寸的仍然为液态,而中间尺寸的熔滴则为含有一定比例液相的半凝固颗粒;这些大大小小凝固程度不同的熔滴高速撞击沉积表面,并在沉积表面附着、铺展、堆积、熔合形成一个薄的半液态层后顺序凝固结晶,逐步沉积生长成为一个大块致密的金属实体沉积坯。总的来说,喷射沉积技术实际上是通过两个过程完成的。第一步是采用喷射技术将合金液雾化成细小的液滴。这些液滴在飞行过程中散热,获得一定的过冷度,甚至发生部分凝固。在完成凝固之前在基板上沉积并进一步冷却、凝固,完成第二个过程,即快速凝固过程。
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钨铜材料—自蔓延高温合成法
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- 发布于 2016年12月14日 星期三 17:47
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钨铜材料自蔓延高温合成法(self-propagation high-temperature synthesis,简称SHS),又被称为燃烧合成(combustion synthesis),其是利用反应物之间高的化学反应热的自加热和自传导作用来合成材料的一种技术。当反应物一旦被引燃,便会自动向尚未反应的区域传播,直至反应完全,是制备无机化合物高温材料以及功能梯度材料(FGM)的一种新型工艺方法。
燃烧引发的反应或燃烧波的蔓延速度很快(0.1~20.0cm/s,最高可达25.0cm/s),燃烧波的温度或反应温度(通常都在2100~3500K以上,最高可达5000K)。SHS以自蔓延方式实现粉末间的反应,与制备材料的传统工艺比较,工序减少,流程缩短,工艺简单,一经引燃启动过程后就不需要对其进一步提供任何能量。由于燃烧波通过试样时产生的高温,可将易挥发杂质排除,使产品纯度高。同时燃烧过程中有较大的热梯度和较快的冷凝速度,有可能形成复杂相,易于从一些原料直接转变为另一种产品。并且可能实现过程的机械化和自动化。另外还可能用一种较便宜的原料生产另一种高附加值的产品,成本低,经济效益好。
钨铜SHS烧结可采用以下3种方式进行:
1.直接在空气中燃烧合成;
2.将经过预先热处理的钨铜混合粉末放在真空反应器内进行合成;
3.在充有反应气体的高压反应容器内进行合成。
此外,为了进一步提高钨铜材料的致密度,发展了多种自蔓延高温合成材料的合成与致密化同时进行的一体化技术,如SHS致密化技术以及SHS焊接技术。
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钨铜材料电弧熔炼法
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- 发布于 2016年12月14日 星期三 17:44
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钨铜材料电弧熔炼法是用粉末冶金法所制取的合金作为可熔电极,在真空或惰性气氛中进行自耗熔化,经快速凝固—时效—固溶处理得到细晶、致密化程度高、密度偏析小和具有优良抗蚀性的钨铜合金材料。真空电弧炉由炉体、电源、真空系统、电控系统、光学系统和水冷系统组成。炉体部分由炉壳、电极、结晶器及电极升降装置构成。工作时,在电极(负极)和水冷铜结晶器(正极)形成的两极之间,建立低电压(20~40V)大电流(若干kA),产生电弧放电,靠电弧释放出的热量来熔化金属。电炉一般是直流供电,一根电极。按照熔炼过程中电极是否消耗(熔化),分成非自耗电极电弧炉熔炼和自耗电极电弧炉熔炼两种。
按照其加热方式的不同,电弧熔炼法还可细分为:
1.直接加热式:电弧产生在电极棒和被熔炼的炉料之间,炉料受电弧直接加热,电弧是熔炼得以进行的唯一热量来源,它还能细分为:
a.非真空直接加热式三相电弧熔炼法:多见于炼钢工艺中,电弧炉内可以通过造渣将炉内气氛控制到呈弱氧化性甚至还原性。电弧炉内合金成分烧损较少,加热过程比较容易调节。因此,尽管电弧熔炼需要消耗大量的电能,但工业上仍然用这种方法来熔炼各种高级合金钢;
b.直接加热式真空电弧炉熔炼法:它主要用来熔炼钛、锆、钨、钼、钽、铌等活泼和高熔点金属以及它们的合金,也用来熔炼耐热钢、不锈钢、工具钢、轴承钢等合金钢。经直接加热式真空自耗电弧炉熔炼出来的金属,其气体和易挥发杂质含量下降,铸锭一般不会出现中心疏松,锭子结晶较均匀,金属性能得到改善。
2.间接加热式:电弧产生在两根石墨电极之间,炉料被电弧间接加热。这种熔炼方法主要用来熔炼铜和铜合金。间接加热式电弧熔炼由于噪声大、熔炼金属质量较差,正逐渐被其他熔炼方法所取代。
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钨铜材料纤维增强法
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- 发布于 2016年12月14日 星期三 17:38
- 点击数:713
钨铜材料纤维增强法,又被称为纤维强化法,其是采用具有一定方向性的纤维替代难容金属粉末颗粒(钨粉),与铜粉相互交替重叠或将短钨单丝纤维和铜粉混合冷压,烧结后所制备的纤维强化金属基复合材料不仅具有良好的横向力学性能,导电导热性能也十分优越且有较高的耐腐蚀性。以下是钨铜纤维材料的主要几种强化途径:
1.结晶强化:控制结晶条件,在凝固结晶后获得良好的宏观组织和显微组织,从而提高钨铜材料性能,它还能细分为:
a.细化晶粒:细化晶粒可以使金属组织中包含较多的晶界,由于晶界具有阻碍滑移变形作用,在改善韧性的同时强化了钨铜材料,其他强化机制较难达到;
b.提纯强化:在浇注过程中,把液态铜充分地提纯,尽量减少夹杂物,能显著提高钨铜材料的性能。采用真空冶炼等方法,可以获得高纯度的金属材料。
2.形变强化:经冷加工塑性变形,位错运动的阻力增加可提高强度;
3.固溶强化:通过合金化(加入合金元素)组成固溶体,使钨铜材料得到强化;
4.相变强化:通过热处理手段发生固态相变,获得需要的组织结构,其还可分为:
a.沉淀强化(弥散强化):在金属材料中能形成稳定化合物的合金元素,在一定条件下,使之生成的第二相化合物从固溶体中沉淀析出,弥散地分布在组织中,从而有效地提高材料的强度,通常析出的合金化合物是碳化物相;
b.马氏体强化:金属材料经过淬火和随后回火的热处理工艺后,可获得马氏体组织,使材料强化。但是,马氏体强化只能适用于在不太高的温度下工作的元件,工作于高温条件下的元件不能采用这种强化方法。
5.晶界强化:晶界部位的自由能较高,而且存在着大量的缺陷和空穴,在低温时,晶界阻 碍了位错的运动,因而晶界强度高于晶粒本身;但在高温时,沿晶界的扩散速度比晶内扩散速度大得多,晶界强度显著降低。因此强化晶界对提高钢的热强性是很有效的。
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钨铜封装片用于微波元件
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- 发布于 2016年12月09日 星期五 17:42
- 点击数:638
钨铜封装片用于微波元件起到了机械支撑以及热量传导的作用,其是微波系统中的重要器件之一。工作在微波波段(频率为300~300000兆赫)的器件,称为微波元件。微波器件按其功能可分为微波振荡器(微波源)、功率放大器、混频器、检波器、微波天线、微波传输线等。钨铜封装片用于微波元件起到了机械支撑以及热量传导的作用,其是微波系统中的重要器件之一。
微波元件按其工作原理和所用材料、工艺不同,又可分为微波电真空器件、微波半导体器件、微波集成电路(固态器件)和微波功率模块。微波电真空器件包括速调管、行波管、磁控管、返波管、回旋管、虚阴极振荡器等,利用电子在真空中运动及与外围电路相互作用产生振荡、放大、混频等各种功能。微波半导体器件包括微波晶体管和微波二极管,具有体积小、重量轻、耗电省等优点,但在高频、大功率情况下,不能完全取代电真空器件。微波集成电路是将具有微波功能的电路用半导体工艺制作在砷化镓或其他半导体材料芯片上,形成功能块,在固态相控阵雷达、电子对抗设备、导弹电子设备、微波通信系统和超高速计算机中,有着广阔的应用前景。
固态微波功率器件组合形成的器件,具有效率高、使用方便等优点,对雷达、通信、电子对抗等电子装备实现全固态化有重要意义。钨铜封装片用于微波振荡器(微波源)是微波系统中的重要器件,是电子装备的心脏,对其性能有直接影响。例如,在高功率微波武器系统中,高功率微波振荡器决定其杀伤效能;在雷达系统中,微波振荡器决定雷达的作用距离。微波振荡器将进一步向高功率、高效能、小型化、耗电省、成本低的方向发展。而钨铜封装片的出现将极大加速这一进程。
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