燒結溫度與氣氛對三氧化鎢陶瓷熱電性能影響2/2
- 分類：鎢的知識
- 發佈於：2015年12月23日
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燒結溫度都為1100℃，分別在空氣、氧氣、氮氣以及真空情況下燒結三氧化鎢（WO3）陶瓷，並且從晶粒尺寸、緻密度、電導率、賽貝克以及功率因數這五點分析不同的燒結氣氛對WO3陶瓷造成的影響。
通過實驗資料得出：不同的燒結氣氛使陶瓷的晶粒大小與緻密度變化非常大，氮氣情況下，顆粒變為不規則形狀，晶粒尺寸無法計算；真空情況下，晶粒尺寸偏小，晶粒生長明顯被抑制；氧氣情況下，晶粒尺寸與緻密度最大。從電導率來看，不同氣氛下燒結的WO3陶瓷電導率大小關係為：真空>氮氣>空氣>氧氣，主要的原因為不同燒結氣氛下，三氧化鎢陶瓷氧空位濃度的濃度會有所不同。真空與氮氣氣氛下燒結的陶瓷中有大量的氧空位，一個氧空位能夠為WO3陶瓷提供兩個電子，載流子濃度上升，電導率變大，；而氧氣氣氛下的陶瓷氧空位濃度低，所以電導率更小。在四種燒結氣氛中燒結的WO3陶瓷，賽貝爾係數絕對值最大為氧氣氣氛，真空與氮氣數值差別不大，並且數值最小。而由於賽貝克係數數值大小與載流子濃度成反比，所以真空與氮氣燒結出的陶瓷賽貝克係數絕對值更小。從功率因數方面來看的話，真空與氮氣氣氛下燒結的陶瓷比空氣氣氛下的稍微大一些，氧氣氣氛下的功率因數最小。
綜合分析，真空與氮氣氣氛下燒結出的WO3陶瓷功率因數最好，並且相差不大。而空氣氣氛下燒結出的陶瓷雖功率因數不如前兩者，大約為前兩者的90%，但是由於真空與氮氣氣氛下陶瓷緻密性很差，空氣下燒結緻密性顯著好於前兩者，多了15%左右，所以認為空氣為WO3陶瓷改善熱電性能的最佳燒結氣氛。
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燒結溫度與氣氛對三氧化鎢陶瓷熱電性能影響1/2
- 分類：鎢的知識
- 發佈於：2015年12月23日
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三氧化鎢（W03）陶瓷是n型熱電材料，熱電材料在熱電發電以及製冷設備上已經得到廣泛應用，熱電發電具有體積小、無污染、噪音小等特點，今後有可能會替代部分傳統的化石能源發電方式，所以研究提高三氧化鎢陶瓷的熱電性能的方法具有一定的意義。WO3陶瓷是由WO3經過研磨、與PVA混合成漿料、漿料再經過乾燥、造粒、壓片以及燒結出陶瓷。本文主要從生產工藝參數中的燒結溫度與燒結氣氛入手，結合實驗資料，分析最合適的工藝參數。
主要從陶瓷晶粒尺寸、緻密度、電導率、賽貝克係數以及功率因數這五個方面來分析燒結溫度對三氧化鎢陶瓷造成的影響。
WO3陶瓷在燒結過程中WO3陶瓷的晶粒大小會隨著燒結時的溫度升高而變大，同時燒結過程中受到蒸汽壓影響，WO3陶瓷緻密性也隨著溫度改變而變化，當溫度為1100℃時，緻密度達到最大，當溫度大於1200℃時，陶瓷會出現揮發現象，品質會下降並且失去原有形狀，所以一般採用1100℃作為燒結溫度。經過對不通溫度下燒結的陶瓷進行電導率測試，發現電導率與燒結溫度成正相關關係，燒結溫度為1150℃時電導率為最大，同時也發現了燒結溫度為1150℃時，陶瓷的晶粒尺寸最大。實驗所採用的陶瓷材料成分、載流子種類和濃度都差別不大，經分析，電導率大小影響因素主要在微觀結構上，較大的晶粒具有更大的載流子遷移率。根據賽貝克效應係數，燒結溫度為1100℃的熱電WO3陶瓷，當工作溫度為750℃時，相比其他燒結溫度的陶瓷，具有最大的賽貝克係數絕對值。功率因數是通過電導率與賽貝克計算得出的，通過計算燒結溫度為1100℃的陶瓷工作在750℃時功率因數最大。
綜合上述的五種資料，分析得出想要WO3陶瓷具有最佳的熱電性能最佳燒結溫度為1100℃。
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三氧化鎢熱電材料
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隨著科技與社會的發展，人們已經意識到能源危機，傳統的化石能源經過長期不斷地開採不但日益減少，而且這些化石能源的大量使用對環境造成巨大污染，因此開發新型的環保能源已經成為科學研究的重中之重。
電熱材料是一種新型能源材料，相對傳統能源具有體積小、無噪音、無污染、壽命長等特點。熱電材料能作為電能與熱能轉換的仲介材料，只要材料兩端存在電勢差，材料中就會出現溫差，而且這種電熱轉換是可逆。傳統的熱電材料按工作環境主要分為三種：低溫區的Bi-Te-Sb合金；中溫區的Mg-Si合金；高溫區的Si-Ge合金，這些傳統熱電材料具有較高的ZT值(優值係數，係數越高熱電轉換效率越高)，而且具有成熟的製備工藝，已被廣泛應用於熱電發電與製冷裝置中。研究者們逐漸發現一些新型的熱電材料，雖然這些材料具有更高的ZT值，但是大部為具有毒性以及貴重元素組成分的金屬合金，使用這些材料會加重環境的負擔。
三氧化鎢（WO3）是一種重要的高技術材料，在電致變色、光降解催化、氣體檢測等多領域具有很強的應用潛力，同時WO3是一種n型熱電材料。目前熱電材料研究現狀為P型熱電材料性能普遍優於n型材料，但是製作熱電器件必需p型與n型相匹配。早期研究證明WO3經過摻雜能使其熱電性能得到提升，如果發現一種能顯著改善WO3熱電性能的摻雜物以及最佳的工藝參數，則有可能將WO3應用於熱電材料領域。
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鎢合金屏蔽材料在核電廠中的應用
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核電廠指的是利用核裂變或核聚變反應所釋放的能量產生電能的發電廠，核反應堆（維持可控自持鏈式核裂變反應，以實現核能利用的裝置）是其最關鍵的設備。核電廠在生產清潔可持續利用的核能源的同時也帶來了壹系列的輻射問題，而這些輻射對環境，乃至人體健康往往都會造成很大的傷害，特別是壹些輻射較強的放射源。因此對於核電廠來說，屏蔽放射源的輻射跟生產核能必須同時重視和兼顧。
核電廠對於有害輻射源的屏蔽防護措施可以歸納為兩個，即外照射防護和內照射防護。外照射防護措施主要包括：
1、屏蔽防護：即利用射線穿透物質時會減弱的特性有效選擇該穿透物質作為屏蔽物設置在輻射源與人體之間從而達到屏蔽輻射的目的。鎢合金屏蔽材料由於其高密度特性使其在射線吸收能力占有絕對的優勢，利用鎢合金屏蔽材料制成各類的屏蔽件即可降低輻射水平，保證核電廠工作人員的人身安全。
2、距離防護：距離防護顧名思義就是擴大放射源與人體的距離從而達到防護的目的，但這種方法比較難保證人體可以在壹定的距離範圍中就不受輻射。
3、時間防護：時間防護措施就是減少人體在放射源危險範圍內停留的時間。
4、源強防護：將壹定量的屏蔽物質包裹於輻射源中，以此來減弱核輻射源強，從而起到屏蔽防護的作用。該屏蔽物質也可以用鎢合金材料來制成，其優勢與屏蔽防護措施壹樣。
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超細納米硬質合金簡介
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如何平衡普通結構硬質合金的耐磨性和韌性一直是硬質合金研究的一個重要方向。在新的一些研究中發現在硬質合金粘結相（如鈷Co）含量不變的情況下，碳化鎢（WC）硬質相的晶粒度減小為0.8μm以下時，相應的合金的硬度和強度都有著一定的提升，且晶粒度進一步減小，提升的效果也愈發明顯。因此，超細納米硬質合金也逐漸成為如今硬質合金領域的一大熱點。目前一般所指的納米晶硬質合金為250nm以下的納米結構的硬質合金，而完全固結後晶粒尺寸小於30nm的硬質合金還處於研發階段，未真正得到實際的推廣使用。
超細納米硬質合金的出現給硬質合金的硬度和強度間存在的矛盾提供了新的解決途徑，兼具高硬度和高強度的超細納米硬質合金在加工一些硬脆材料時顯示出普通結構硬質合金無法比擬的性能優勢，如超細納米硬質合金WC-Co其硬度可達HRA93，而橫向斷裂強度大於5000MPa，極大地滿足了現代加工工業以及一些特種材料加工領域的高要求，尤其適用于高負荷、高應力磨損、對銳利和剛性要求較高的工具和模具，具有代表性的如PCB（印刷電路板）微鑽和微銑刀、整體硬質合金鑽頭等一些高端領域產品。
然而超細納米硬質合金還存在著一些問題亟待解決。一般來說，傳統硬質合金的晶粒尺寸越細，其硬度相應變高，但斷裂韌性有所下降。這就使得當晶粒減小到一定程度時，如達到納米尺寸時，斷裂韌性是否下降很多，目前的研究尚存在一定的不確定性。有研究表明，當硬質合金晶粒細化到納米級時，其力學行為和性能會發生難以預料的的變化。
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