原位冶金反应氧化钨制备碳化钨

原位冶金反应氧化钨制备碳化钨碳化钨(WC)合金俗称硬质合金,是由难熔金属化合物和粘结金属用粉末冶金的方法制成的一种高硬度、高强度、高耐磨性的陶瓷材料,广泛应用于机械加工、矿山开采、石油钻探等领域川。传统的硬质合金生产流程:仲钨酸铰(APT)-氧化钨(WO3)一W-碳化钨(WC)-配料一烧结成块体团,工艺过程繁多,各个工序都有使原料脏化的可能,且多次反复高温过程使最终产品的晶粒度不易控制,其中WO3的还原与碳化过程、配料球磨过程和烧结过程都需要消耗大量的能量,这不但使硬质合金的生产周期变长、产品质量不易控制,还使得生产成本变得很高。目前世界各国都在大力研发各种粉末制备方法和烧结技术以开发高性能的硬质合金材料。

有关学者研究了用原位合成法制备钨基硬质合金(原位冶金反应),分析了WO3与C反应的热力学原理、产物的微观组织和微观组织形成机理、成分、相组成等。

(1)在相对密闭的环境下反应,生成的产物是W、W2C、A12O3,W、W2C与A12O3:的界而很清晰,产物多孔,且硬度很大;在开放环境中,由于WO3的汽化,产物中钨元素的含量很低。W2C和WC几乎没有生成,产物主要为含铁相,硬度不高。

(2) W的碳化以及WO3的还原是一个受扩散控制的过程,试验的温度对生成物影响很大;在外加电弧的作用下,有利于W2C的形核与长大。

(3)可以通过控制电弧热量输入、微合金化、增加保温工序等解决物相偏离的问题。

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钨加热子消耗大的原因——氧化

钨加热子钨加热子消耗大的另一原因就是氧化。钨加热子氧化是指钨丝会与空气中的氧气发生反应,有可能会导致断裂,从而缩短其使用寿命。镀铝时间过长,也会导致钨丝直接烤工件表面铝层,产生氧化发黄。

加热子材料的氧化温度一般是850℃左右,蒸发后如果冷却不充分的话就会使暴露在空气中的加热子与空气中的氧气进行反应,导致氧化。在进行大批量生产的过程中,蒸铝是连续进行的。蒸铝屏下料之前要往真空容器中加入空气,不然蒸铝屏就没办法搬取,因此事先靠泄漏阀向真空容器中吹入空气,也就是泄露工位。如果加热子没办法得到充分的冷却,空气中的氧气很容易就会氧化加热子。氧化后的加热子的使用效果会降低,从而影响镀膜效率。

针对氧化问题,可以先让加热子最大限度冷却后再打开泄漏阀,减少加热子的高温氧化。还需要对蒸铝所需要的配套设备进行定期维护和检查,保持清洁度。提高蒸镀过程的真空度,可以有效避免加热子在高温下氧化,以此延长加热子的寿命。另外,定期清洗加热子夹具以便备用交换,不要使用脏的夹具,这样会影响真空度。加热子夹具槽内要保持光洁平整,避免槽内有残留的异物损伤加热子。通过这些改善的措施,可以减少操作员交换加热子的频率,还提高可生产效率,减少资材的耗损。

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钨粒对铜钨系电触头材料的影响

目前在国内外,铜钨系电触头材料被广泛应用于少油、多油、六氟化硫断路器、变压器转换开关、真空接触器等。由于铜钨系电触头材料主要由高熔点、高硬度的钨粒和高导电、高导热的铜构成,因此具有良好的耐电弧侵蚀性、抗熔焊性和高强度等优点。

触头在使用中失效形式有好多种,有着极其复杂影响因素,但归结起来也不外乎两种。一为外部因素,即触头的工作环境和工作特性,包括周围介质、电流特性、触头的关合分断速度和初压力等;二为内部因素,即触头本身的钨粒配合、制造工艺、结构尺寸和应用场合。本文从钨粒组成来阐述影响钨铜系电触头材料的有关因素。

 

研究表明,用较大或较小的钨粒制造的触头,其抗电弧烧损都很差,最理想的是大小钨粒以一定的比例的混合来制造,但需要注意的是不同的触头材料应有不同的比例来配合。在当前的实际生产中,为了减少工艺的难度,通常采用某一很广范围内的钨粒混合来烧结钨材料的办法。

 

随着电触头材料应用的日益广泛,对其质量要求也越来越高。国内铜钨系电触头材料的生产质量尚不稳定,一些生产厂商对制造工艺的某些关键环节认识不清、掌握不熟。除了从触头的结构尺寸、制造工艺、钨铜百分含量、一些使用当中的客观因素外,也应从钨粒大小的配合来来提高其质量。所以本文先对影响其的内在因素之一,即钨粒大小的配合来分析。

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钨加热子消耗大的原因——老化

老化是钨加热子消耗大的一个重要因素之一。通常情况下,钨加热子的使用寿命是多于300次的,但是如果操作不当,还没到这个次数,加热子就会变色发黄,然后在加热子中部就会产生不规则的裂缝从而无法正常进行蒸铝的过程,这就是加热子老化现象。

在蒸发铝的时候,铝在饱和蒸气压(1.33Pa)的情况下蒸发温度为1490K。如果蒸发过程中的电压过高,输入的功率过高就会造成加热子的温度太高,从而大大缩短了加热子的使用寿命。图1为加热子电压和使用寿命关系的曲线图。从图中可以明显看出随着蒸发次数的增加,电压会呈下降趋势,而不是上升。这是因为使用时间的增加会使材料老化,从而降低加热子的电阻。如果使用同样或者更高的电压,这无疑会增加输入加热子的功率,引发加热子自身温度上升,导致其使用寿命大幅度缩短。但是由于加热子使用的时间不一致,电压没办法进行统一的调整,除非一次性更换所有用于蒸铝的加热子,但这样以来就会影响生产,还会增加成本,而且加热子寿命的长短也不一样,统一更换不现实。

针对这个问题,操作源可以缩短蒸散的时间,一般保持20~30s,在保证铝完全蒸散的情况下尽量减少加热子加有电压的时间,这样就可以减少铝蒸发后仍有电压干烧加热子的时间。通过减少蒸散的时间来减少过热的时间,从而避免加热子温度过高,老化过快,达到延长加热子的使用寿命的目的。图2为加热子电压和时间关系的曲线图。

钨加热子电压与使用寿命和与时间的关系

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氧化钨做为正极在高容量快充电致变色电池中的应用

氧化钨在光致变色电池中的应用电致变色是指材料在紫外、可见光或(和)近红外区域的光学属性(透射率、反射率或吸收率)在外加电场作用下产生稳定的可逆变化的现象,在外观上表现为颜色和透明度的可逆变化。具有电致变色性能的材料称为电致变色材料。用电致变色材料做成的器件称为电致变色器件。

电池作为能量存储器件,在人们的生产和生活中扮演着至关重要的角色。将电池技术与其他先进技术融合,使其在完成能量存储功能的同时赋予其更多新功能,是当今电池研发的前沿和方向之一。电致变色电池是将电池技术与电致变色技术相融合制备的一种新型电池,它拥有独特的颜色变化特性,能够通过自身颜色差异来显示电池容量的多少,在用户和电池之间建立了一种交互界面。然而作为一个新的研究领域,现阶段电致变色电池面临着诸多挑战,其容量、充电时间和循环稳定性能等都不够理想。

最近,科学家研制出一种高容量、快速充电的电致变色电池。这种电池以氧化钨纳米线和金属铝分别作为正、负极,具有别具特色的新优势:(1)能够和用户建立一个可以通过颜色变化识别容量多少的界面,透明状态时电量为充满状态,颜色逐渐变蓝标志着存储电量开始消耗,颜色最深时代表电量耗尽;(2)此电池可通过加入微量双氧水实现快充(8s内充满),也可以使用传统的外接电源来充电以及利用空气中的氧气实现自充电;(3)电池容量高出同类电池6倍多。

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