氧化鐠（Pr6O11）摻雜三氧化鎢陶瓷1/3
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- 發佈於：2015年12月22日
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三氧化鎢（WO3）陶瓷與氧化錫（SnO2）系陶瓷都是金屬陶瓷，不僅具有金屬陶瓷硬度高、耐磨、耐高溫、耐腐蝕等特性，且都具有電學性能中的壓敏特性，但兩者形成壓敏特性的機理不同，也因此採用摻雜多種稀土元素來提高壓敏特性及電學穩定性時，SnO2系陶瓷性能得到改善，WO3陶瓷無明顯作用。陶瓷摻雜Sb、Co和 Pr等過渡金屬元素能使其壓敏特性和燒結得到顯著改善，Pr系壓敏陶瓷相比傳統的Bi系壓敏陶瓷在微結構以及化學組成上具有較大的優勢，而且具有更好的電學穩定性。採用Pr6O11摻雜三氧化鎢陶瓷，並分析摻雜Pr6O11對三氧化鎢微觀結構、燒結性能以及電化學性能的影響。
摻雜Pr6O11影響WO3 陶瓷微觀結構。WO3陶瓷的晶粒大小隨著燒結溫度與摻雜濃度增加而增大並氣孔減少，呈現緻密化結構。同時WO3陶瓷的形貌隨著燒結溫度變化發生明顯的變化，當燒結溫度在950℃左右時，表面顆粒會出現大小不均勻的現象；當結燒溫度增加時，表面顆大小逐漸向均勻發展；當燒結溫度達到1100℃以後，燒結時間與溫度增加均能促進WO3陶瓷晶粒生長，由此可判斷出1100℃為最佳燒結溫度。Pr6O11的熔點為935℃左右，在低溫情況下Pr6O11無法形成液相保留在晶界，對陶瓷的緻密性起不到影響，所以當WO3陶瓷燒結溫度為950℃時，才會出現表面顆粒會出現大小不均勻的現象。摻雜Pr6O11能改善WO3陶瓷的緻密性與表面形貌。
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鎢銅電極金相及性能分析
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鎢銅粉末燒結材料其形態分佈為以鎢為骨架均勻分佈在銅基體上。由於鎢W的高熔點和高硬度的特性，鎢在1000℃下，其極限抗拉強度仍有50kgf/mm2，比常溫下的低碳鋼強度還要高，這就使得鎢銅材料在銅熔點溫度以下（約1000℃左右），仍具有極高的抗磨損性和熱硬性。而鎢骨架以銅為基體粘為一體，並且構成了燒結材料的良好導體和散熱的通路，從而使得鎢骨架在使用的過程中不會產生局部過熱的現象。
常用金屬的室溫強度主要決定於兩個基本因素，即金屬原子結合力以及對位錯運動阻力。在鎢銅材料作為電阻焊電極時常採用增加對位錯運動阻力的方法來提高強度，包括冷作硬化和拆出強化等方法。但是，這些方法所得到的強化效果會隨著鎢銅合金的溫度升高而顯著降低，最終消失。舉個例子，冷作硬化後的紫銅電極，室溫下硬度可達到HB100-110，然而當溫度升高至200-250℃時，這種冷作硬化效應會全部消失。此外，大多數靠沉澱相析出強化的銅合金，在溫度達到500-650℃時，由於沉澱相重新融入基體，而使得強度迅速降低。相比之下，銅鎢粉末燒結材料在高溫下不會發生相變，再結晶或重結晶等現象。一些對鎢銅材料研究資料表明，鎢銅W-30Cu的硬度和電導率高於鈹銅，軟化溫度則為鈹銅的兩倍以上。因此，以鎢銅材料來作為閃光對焊或弧焊用的電極，尤其是連續在高溫下作業的情況下，對導電性以及耐磨性要求較高的場合，更能凸顯鎢銅電極材料的優越性。
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APT雜質行為分析
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APT工藝的現代方法是使用高純APT取代鎢酸，借助於鎢酸銨溶液的熱不穩定性，溶劑中氨易於氣化的特點，用快速加熱、劇烈攪拌的方法，使溶劑與溶質間的平衡發生破壞，呈過飽和狀態，APT從鎢酸銨溶液中經成核，晶體生長而結晶出來。
據文獻研究指出，鎢酸銨溶液存在的雜質P、As、SiO2、Na、Mg、Ca、Fe、Mo等在ATP結晶過程中的行為取決於它們與仲鎢酸鹽的相互作用特性及其所形成的化合物的溶解度，雜多酸型可溶性雜質(NH4)3PW12O40;(NH4)3AsW12O40;(NH4)3SiW12O40在仲鹽結晶過程中實際上完全留在母液中，最高可達1kg/L以上，而在仲鹽中的含量不超過0.005%。
P、As、Si雜質會降低仲鹽結晶率。其他雜質的淨化效率Mo>Na>Mg>Ca>Fe，並取決於原始溶液中的濃度。
仲鹽對雜質的淨化效率除取決於它們在原始溶液中的濃度外，還取決於APT蒸發工藝。迴圈蒸發由於結晶器結垢等原因，最終產品不穩定。在槽罐中間接蒸發，股入空氣攪拌，與同樣槽罐密封真空狀態下蒸發，雜質P、As、SiO2、Fe、Mo等在APT晶體中和母液中的分配相差很大（見表1），符合文獻所指仲鹽結晶過程中各種雜質的淨化規律。
加晶種蒸發過程中定量補加AT溶液可避免生產複晶，除能得到均勻的APT具體外，可進一步淨化雜質，提高APT純度。將國外介紹的數據與株洲硬質合金廠黑鎢精礦萃取新工藝加晶種蒸發結晶的數據相比，可以看出，株洲廠的工藝對產品進一步的提純有一定的優點（見表2）。
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鎢合金飛輪配重
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飛輪是轉動慣量很大的盤形零件主要用於大型機械的零部件或裝置，其作用如同壹個能量存儲器。對於AP1000三代核電主泵電機來說，由於它是壹種世界先進的立式單級、整體密封式、高慣量、離心的屏蔽電機，所以主泵的電氣、水力和惰轉性能至關重要。但是如果在沒有電源的情況下，惰轉將不能正常進行，也就無法保證反應堆的安全。而在主泵電機上設置飛輪則可以提供大轉動慣量從而提高惰轉時間，保證反應堆的安全。
這種高慣量飛輪為重金屬鎢合金鑲嵌結構，由內輪轂、12塊重金屬鎢合金插件、保持環、上下蓋板以及外套組成。由於轉速慢的偏心造成的偏載會小壹些，但是像飛輪這樣轉速高的則壹定要加配重塊以保持其平衡性。將鎢合金塊安裝到飛輪的輪轂上將其固定即可達到為飛輪配重從而保持其在高轉速下亦能平衡的目的。這是由於鎢合金具有較高的密度和較好的耐磨損性，高密度使其能很好地用於保持飛輪轉動時的平衡；當飛輪在高速運轉的情況產生較大的摩擦力，鎢合金則可以很好地克服這壹點不至於被磨損消耗。
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液相燒結法制備鎢合金配重件Ⅱ
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燒結的目的是把粉狀材料轉變為塊體材料，並賦予材料特有的性能。液相燒結鎢合金配重件時主要分為三個階段：1、液相生成與顆粒重排階段。2、溶解-析出階段；3、固相骨架形成與晶粒長大階段。而經過液相燒結後的兩相合金，其密度與理論密度相近。這意味著用液相燒結法制備鎢合金配重件可以很好地保留其原有的高密度特性，從而使得鎢合金配重件能更好地應用於各個領域，發揮其效能。
1、液相生成與顆粒重排階段
這是制備鎢合金配重件時所需時間最短的壹個階段，在該階段，鎳、鐵粉末會隨著溫度升高而產生液相，繼而產生毛細管力，使得粉末發生快速的致密化。鎳是制備鎢合金配重件必不可少的元素，適量的鎳（0.5%~12%）可以增加粉末間的粘性，使其更好地致密化。顆粒重排時的致密化程度則取決於液體數量、顆粒尺寸、固體在液體中的溶解度等等，如果液相數量足夠（35%），壓坯可完全致密。
2、溶解-析出階段
經過重排階段後致密化速度變慢，溶解和擴散效應則成為了該階段的主導。小顆粒的粉末將優先溶解於液相之中，而隨顆粒尺寸溶解的小顆粒通過擴散產生物質遷移而沈析在大顆粒的表面上，使得顆粒粗化長大，同時使得材料進壹步致密化。
3、固相骨架形成與晶粒長大階段
顆粒在經過液相生成與顆粒重排，溶解-析出階段之後會互相靠攏，在顆粒接觸表面同時產生固相燒結，形成牢固的固相骨架。但此階段的燒結時間不宜過長。
鎢合金通過液相燒結工藝可以使金屬間達到全致密性，再根據具體需求制作出各類不同形狀的配重件，這些配重件都具有高密度、高導電導熱以及耐腐蝕抗氧化等等優異的特性，使得其成為許多需要配重產品領域的首選。
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