鎢的知識

真空鍍膜加熱器的選擇——鎢加熱子

發佈於：2016年7月07日

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鎢加熱子真空鍍膜是現代新科技應用極廣的一門尖端技術，也是高等院校“近代物理試驗”中科研、應用的一個重要課題。作為實驗教學，傳統的常規辦法是利用難熔金屬也就是熔點最高的鎢（熔點為3380℃）和鉬（熔點為2620℃）作為加熱元件。被鍍的金屬一般選用熔點較低的銀（熔點為960℃）和金（熔點為1063℃）。為了確保鍍膜的品質，一般選用高純度的金和銀，但是公用購買金銀需要經過公安部門審批，而且價格很貴。所以才鍍膜材料的選擇上，需要考慮到方方面面的問題。

經過實驗證明，不管用鎢杆還是鎢舟做加熱器，或者是鉬杆還是鉬舟作加熱器，鋁從預熱到熔化，當鋁發紅剛要熔化的時候，鎢杆、鎢舟或鉬杆、鉬舟在溫度最高處會發生脆裂而使鍍膜電流中斷，鍍膜失敗。用鎢杆或鎢舟作為加熱器鍍銅的時候恰當控制加熱溫度可以鍍膜成功，但是成功率很低，用鉬杆或鉬舟作加熱器鍍銅，則成功率可達95%，所以結論是，用鍍鋁膜需要用鎢作加熱器，鍍銅宜選金屬鉬作加熱器。

鎢和鉬都是難熔金屬，且具有優異的高溫強度和耐酸蝕能力，是軍事工業和化學工業的重要材料。但是，在使用中有兩個問題必須要考慮到的是鎢和鉬的“冷脆性”和在高溫下與周圍氣體發生激烈的作用。就是因為這兩個問題極大限制了鎢加熱子鍍鋁膜的應用。

因此，真空鍍膜必須注意以下幾點：

1.加熱器材料和被鍍金屬的選擇；
2.盡可能提高鍍膜室的真空度（1×10^-4mmHG~1×10^-5mmHG）；
3.鍍膜前鍍膜室必須長時間烘烤（30~45分鐘）；
4.採用轟擊棒低真空下長時間轟擊（20~30分鐘），以上措施均為清除鍍膜室內各種雜離子及其他氣體分子；
5.控制預熱溫度，把握鍍膜時間，實現理想鍍膜。

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加熱器材料用鎢（鎢加熱子）和鉬的對比

分類：鎢的知識

發佈於：2016年7月07日

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鎢加熱子常見金屬中熔點最低的有錫（232℃）、鉛（327℃）、鎂（651℃）、鋅（419℃）、銻（630℃）、鋁（660℃）、銅（1083℃）等，然而錫在低溫時（0℃以下）會自毀；鉛質軟，強度不高，無金屬光澤鎂、鋅化學性質活潑，即在通常情況下易與非金屬起化學反應而變質。銻性脆，且受熱易揮發。總之，均無鍍膜價值。而鋁和銅都具有人所喜愛的金屬光澤，又穩定性高，價格低廉，且隨手可得。從鍍膜品質及材料的來源考慮，鋁和銅是“最理想”的鍍膜材料。

鎢和鉬在高溫下容易被氧化，這是決定它們作為高溫結構材料運用前途的關鍵性問題。“鍍膜機”的鍍膜室中雖然是“真空”，但這僅是對大氣而言，並非毫無空氣分子且鍍膜空中最難排除的是水分子及附著在鍍膜室中的其他氣體分子，如氮、氯、澳等。由於每次清洗鍍膜室均要用到酒精和乙醚，這就更增加了排除鍍膜室的水分子和附著氣體分子的難度了。

鉬在低於300℃條件下，相對穩定，超過的話就會在表面生成藍色的氧化膜，高於500℃的話，生成的氧化膜會揮發，溫度越高，揮發的速度就越快，超過700℃時形成MoO₃白煙。

鎢加熱子中的鎢在400~500℃條件下，在空氣中開始氧化，600℃以上，表面形成WO₃薄膜，由於WO₃比容大於基體，所以在達到這一溫度後會產生龜裂，使氧化速度顯著增加，超過900℃，WO₃揮發，金屬以更快的速度氧化。

所以，選用鎢或鉬作為加熱器材料應該根據被鍍材料來決定，並且要恰當控制溫度。

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鎢粉用於WO3納米薄膜

分類：鎢的知識

發佈於：2016年7月07日

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WO₃薄膜極好的變色特性已越來越引起人們的廣泛關注。這種材料通過電子與小陽離子(H⁺、Li⁺、Na⁺和K⁺等)雙重注入、紫外光子輻照、氣體分子吸附等，會發生光學、電學等特性的顯著變化，因此可作為電致變色、光致變色、氣致變色、氣體傳感、智能偽裝等器件的核心材料，在建築與汽車的節能、資訊顯示與儲存、環境監控、食品工業、軍事等方面具有極大的應用前景。

至今人們已對WO₃薄膜的電致變色特性進行了廣泛而深入的研究，尤其在WO₃薄膜性能的優化方面。近年來研究表明，納米結構的WO₃薄膜可突破傳統結構WO₃薄膜的性能，使得薄膜的特性明顯提高。採用納米晶結構WO₃薄膜作為感測器，靈敏度能顯著提高；作為光致變色材料，致色效應更強，並且致色峰藍移；採用納米多孔WO₃薄膜作為電致和氣致變色器件，致色回應速度更快，大面積致色更加均勻。因此，納米結構的WO₃薄膜為製備性能更優良的致色、氣體傳感、智能偽裝材料等提供了新的途徑。目前大多採用特殊的濺射技術、高壓反應氣體沉積等技術製備納米結構WO₃薄膜，但工藝控制複雜，製造成本高，薄膜純度低。採用電化學沉積技術則可以低成本、大面積製備出納米結構WO₃薄膜，但是薄膜生長速率很慢，薄膜很易產生裂紋。另一方面，溶膠-凝膠技術可以裁剪納米顆粒微結構．從而控制薄膜的特性，不僅能製備出納米晶氧化物薄膜，而且能製備出納米多孔材料，並且製備方法簡單、成本低，便於工業化生產。目前溶膠·凝膠技術製備WO₃薄膜有離子交換法、鎢酸鹽酸化法和鎢粉過氧化聚鎢酸法等方法。離子交換法工藝較為複雜而且溶膠不穩定，易於形成凝膠，未交換完全的金屬離子對薄膜性能影響較大；鎢酸鹽酸化法工藝過程控制困難，易於形成沉澱；而以鎢粉為原料，同過氧化氫反應製備WO₃薄膜，工藝過程簡單易控，而且形成的溶膠穩定，適合於鍍膜。

WO₃薄膜具有很好的氣致變色特性。致色較退色慢，致色回應時間短於60s，而退色回應時間短於20s，並且致色態與退色態透射率相差很大。圖給出了經100℃熱處理的WO₃薄膜氣致變色前後可見光區透射光譜的變化。可以發現致色時平均透射率低於10%，而退色時平均透射率則高於70%，平均透射率變化超過60%，550nm處變化達65%以上，具有很好的光譜調控性能。

經過400℃熱處理的WO₃薄膜氣致變色性能降低。特別是致退色回應速度變慢。這種現象在電、氣致變色的WO₃薄膜中均發現過，這主要由薄膜的結構變化引起的。通常非晶WO₃薄膜具有較晶態更好的致色特性，而多孔WO₃薄膜能夠提高離子、氫原子的擴散速率，提高致色回應速度。從前面薄膜折射率的變化、SEM和XRD分析可發現．100℃熱處理的薄膜由納米顆粒構成，孔隙率較高(為41.5% )，而且為非晶結構，H擴散通道舒暢；而400℃熱處理的薄膜孔隙率明顯較低．僅為25.0% ，薄膜比較緻密．而且具有晶態結構．這樣就降低了薄膜的致色特性。

WO₃薄膜的這種氣致變色效應主要涉及了3個反應步驟：首先氫分子在催化劑Pt表面化學吸附、分解；然後H沿著薄膜孔洞擴散、遷移；最後同WO₃反應，形成鎢青銅結構。致色機理基本相同於電致變色，H擴散到WO₃薄膜中，同WO₃反應形成了極化子，極化子從一個晶格(W⁺⁵)向另一個晶格(W⁺⁵)的“跳躍”導致了光吸收，從而產生了氣致變色。

採用鎢粉過氧化形成聚鎢酸法制備WO₃納米薄膜，研究旋轉鍍膜速度、熱處理對薄膜的折射率、厚度、晶態結構、紅外吸收等特性的影響，然後原位研究WO₃納米薄膜的氣致變色特性。採用鎢粉過氧化形成聚鎢酸法，能製備出氣致變色性能很好的WO₃納米結構薄膜。熱處理使得薄膜緻密．折射率增大，厚度減小，薄膜結晶；隨著過氧鍵消失，WO₃微結構發生了變化，共角W-O-W鍵吸收越來越強，且向高波數方向移動。這些變化歸因於熱處理導致的WO₃顆粒形狀、團聚狀態的變化以及應變鍵的產生。WO₃納米薄膜致色態與退色態之間平均可見光透射率變化超過60%。致色機理在於H擴散到WO₃薄膜中產生的小極化子吸收。

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鎢銅電子封裝材料—高溫模鍛

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發佈於：2016年7月07日

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鎢銅電子封裝材料不但具有高密度、高強度、高熔點以及優良的耐磨耐蝕性，還具有極高的耐熱性和導電導熱性能，並且具有與晶片和陶瓷相匹配的熱膨脹係數和線膨脹係數，在射頻、微波、光通信領域等一些大功率電子元器件方面具有廣泛的運用前景。但是採用普通的粉末冶金熔滲法製備的鎢銅電子封裝材料，再滲銅後不可避免地會存在一些孔隙缺陷，電子封裝材料的氣密性產生不利影響。高溫模鍛工藝是將傳統粉末冶金工藝與高溫鍛造有機結合起來的一種新型工藝，其是將燒結後的預成型坯加熱後，在閉式模腔中進行鍛造。它不但能夠有效減少產品的切削量，又能夠使粉末冶金產品有效緻密化，改善其組織，綜合性能得到提高。

從微觀組織上看，經過高溫模鍛後的鎢銅複合材料沒有出現直徑較大的銅富集區，銅相分佈較為均勻。同時鎢顆粒之間結合得更加緊密，產品緻密度得到了大幅提升。另外，在經歷2次鍛造後，鎢銅複合材料的微觀組織變化並不明顯，此時表明了樣品內部的變形阻力和鍛造壓力相當，樣品內部不再產生明顯的變形和錯位。經過高溫模鍛，鎢銅材料內部的孔隙減少，緻密度增加，氣密性和物理性能得到明顯提高。經過超聲波掃描分析可以發現未鍛造樣品內部存在許多微小孔洞，而鍛造後幾乎不存在白色圓點。另一方面，鎢銅材料的加工經過高溫模鍛後內部不產生裂紋，較大的孔隙也逐漸縮小甚至消失，從而提高鎢銅材料的緻密度，鎢銅的組織均勻性進一步提高。

鎢銅電子封裝片

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SF6斷路器鎢銅觸頭

分類：鎢的知識

發佈於：2016年7月07日

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SF6斷路器是一種以SF6氣體作為絕緣介質的斷路器。與傳統空氣斷路器相比，其也屬於氣吹斷路器，但是其工作氣壓較低，在吹弧過程中，氣體不排向大氣，而是在封閉系統中迴圈使用。由於SF6氣體優良的絕緣和滅弧性能，使得SF6 斷路器具有眾多優點，如開斷能力強；斷口電壓適於做得較高；允許連續開斷次數較多；適用於頻繁操作；噪音小；無火災危險；機電磨損小等，是一種性能優異的"無維修"斷路器，在高壓電路中應用越來越多。而隨著SF6斷路器上所施加的電壓等級越來越高，對其開斷的物理性能以及電學性能要求也隨之提高。

一般來說，SF6斷路器的設計要求應滿足觸頭硬度＞HRB82，密度＞13g/cm3，電導率≥50%IACS，且經過20次全容量開斷試驗後，觸頭表面燒損量應不大於3mm，常規的配比有W-Cu40和W-Cu35兩種，其中W的含量不宜過高（≤70%），否則燒損率會偏大。首先在鎢粉顆粒尺寸選擇上，較細的鎢粉燒損程度較小，但是鎢粉顆粒太細也會使得銅液難以浸滲，易在基體上形成團粒狀缺陷。若添加燒結助劑則會降低電導率，並且在開斷後觸頭表面燒損有增大的趨勢。另外，粒度的組成也需要有一個合適的混合比；製備工藝上，混合時添加適量的誘導Cu粉，壓制成型時需留有一定的複壓量，燒結熔滲時浸滲的液態銅的體積必須等於鎢骨架的孔隙體積，燒結後冷卻進行觸頭表面清理；冷複壓和熱複壓時需控制好溫度以及保壓時間。

鎢銅觸頭

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