硅钼棒电热元件是一种以二硅化钼为基础制成的耐高温、抗氧化、低老化的电阻发热元件。在高温氧化性气氛下使用时，表面生成一层光亮致密的石英（SiO2）玻璃膜，能够保护硅钼棒内层不再氧化，因此硅钼棒元件具有独特的高温抗氧化性。硅钼棒，分子式：MoSi2 【理化性能】 密度：5.5～5.6g/cm3 抗弯强度：15MPa(20℃) 维氏硬度(HV)：570kg/mm2 气孔率：7.4% 吸水率：1.2% 热伸长率：4% 辐射系数：0.7～0.8(800～2000℃)根据加热设备装置的结构、工作气氛和温度，对电热元件的表面负荷进行正确地选择，是硅钼棒电热元件的使用寿命的关键。硅钼棒电热元件产品广泛应用于冶金、炼钢、玻璃、陶瓷、耐火材料、晶体、电子元器件、半导体材料的研究、生产制造等领域，特别是对于高性能精密陶瓷、高等级人工晶体、精密结构 金属 陶瓷、玻璃纤维、光导纤维及高级合金钢的生产。硅钼棒中的硅是一种化学元素，它的化学符号是Si，旧称矽。原子序数14，相对原子质量28.09，有无定形硅和晶体硅两种同素异形体，属于元素周期表上IVA族的类 金属 元素。硅也是极为常见的一种元素，然而它极少以单质的形式在自然界出现，而是以复杂的硅酸盐或二氧化硅的形式，广泛存在于岩石、砂砾、尘土之中。硅在宇宙中的储量排在第八位。在地壳中，它是第二丰富的元素，构成地壳总质量的25.7%，仅次于第一位的氧（49.4%）。硅钼棒中的硅名称的由来，来自拉丁文的silex,silicis，意思为燧石（火石）。 民国初期，学者原将此元素译为“硅”而令其读为“xi（圭旁确可读xi音，如畦字）”（又，“硅”字本为“砉”字之异体，读huo）。然而在当时的时空下，由于拼音方案尚未推广普及，一般大众多误读为gui。由于化学元素译词除中国原有命名者，多用音译，化学学会注意到此问题，于是又创 “矽”字避免误读。台湾沿用“矽”字至今。 1787年，拉瓦锡首次发现硅存在于岩石中。然而在1800年，戴维将其错认为一种化合物。1811年，盖-吕萨克和Thénard可能已经通过将单质钾和四氟化硅混合加热的方法制备了不纯的无定形硅。1823年，硅首次作为一种元素被贝采利乌斯发现，并于一年后提炼出了无定形硅，其方法与盖-吕萨克使用的方法大致相同。他随后还用反复清洗的方法将单质硅提纯。硅钼棒在氧化气氛下、最高使用温度为1800℃，硅钼棒电热元件的电阻随着温度升高而迅速增加，当温度不变时电阻值稳定。在正常情况下元件电阻不随使用时间的长短而发生变化，因此，新旧硅钼棒电热元件可以混合使用。

铝线功率要视不同型号和规格的铝线而定。10平方的铝线明装的载流量：57A。假如穿钢管敷设电流还要小１０Ａ到１５Ａ之间。根据公式：P= U×I代入式：57A×220V=12KW如在380的电路中：57A×380V=21ＫＷ4平方铝线最大负荷32A的电流,负荷7000w。纯的铝很软，强度不大，有着良好的延展性，可拉成细丝和轧成箔片，大量用于制造电线、电缆、无线电工业以及包装业。它的导电能力约为铜的三分之二，但由于其密度仅为铜的三分之一，因而，将等质量和等长度的铝线和铜线相比，铝的导电能力约为铜的二倍，且 价格 较铜低，所以，野外高压线多由铝做成，节约了大量成本，缓解了铜材的紧张。所以选购铝线是要了解自己的需求，想要了解更多资讯，请浏览上海 有色 网（ www.smm.cn ）

铜线一平方毫米带的功率：按最经济电流密度取电流值为一平方毫米2.5安(A)，取这个可长期运行，它对线的老化、电的线损综合计算为最经济。单相每千瓦约4.55A，三相每千瓦约1.9A。如果你短时用（单线分开），线不长，通风好，不计线损和线的寿命可用到10A。  一般铜线安全计算方法是：2.5平方毫米铜电源线的安全载流量－－28A。4平方毫米铜电源线的安全载流量－－35A 。6平方毫米铜电源线的安全载流量－－48A 。10平方毫米铜电源线的安全载流量－－65A。16平方毫米铜电源线的安全载流量－－91A 。25平方毫米铜电源线的安全载流量－－120A。  一平方毫米的铜线,BV导线型明配最大允许电流为19安培，在220V电压下最大可承受4180W的用电器、BX型导线明配最大允许电流为21安培，在220V电压下最大可承受4620W的用电器。关于铜线功率的信息请查询上海 有色 网。 

我国是能源消耗大国，石油、煤炭等能源资源稀少，太阳能利用技术的研究有十分重要的意义。而多晶硅片是太阳能电池的主要材料的一种型号。当前，衡量各种太阳能电池组件电性能的主要指标是在标准测试条件下的额定输出功率。  由于光照变化，太阳能电池组件的输出功率也在不断变化，因此，在实际使用时，仅以额定输出功率衡量太阳能电池组件的电性能，不能完全反映其实际发电效能。对用户来说，更关心的是在户外条件下太阳能电池组件每瓦在一段时间内的比额定功率发电量，包括这段时间内所有户外光照情况下的发电量总和，它能较好反映太阳能电池组件在应用中的实际发电能力。由于地球上的纬度不同，日照和气候条件差别很大，而太阳能电池对日照条件非常敏感，因此，在某一地点得出的实验结论，在其他地点是否相同，尚需进一步验证。为了便于比较分析，本文针对地处北纬22.16°、东经114.1°深圳地区的非晶硅和单、多晶硅太阳能电池组件的比额定 功率发电量进行模拟，并对其结果进行了分析。  介绍和比较了非晶硅和单、多晶硅太阳能电池组件的优缺点。针对它们在并网光伏发电系统中的应用，采用PVsyst 软件对各种太阳能电池组件的比功率发电量进行模拟。结果表明，非晶硅太阳能薄膜电池板的比功率发电量大于单、多晶硅的比功率发电量。PVsyst 软件中图分类号：TM914.4 文献标识码：A 文章编号：1007-3175(2010)04-0030-03 几种太阳能电池组件比功率发电量的模拟与比较 31 电工电气 (2010 No.4) 生产技术成熟，是光伏 市场 上的主导产品。国际公认最高效率在AM1.5( 即大气质量1.5) 条件下为 24%，空间用高质量的效率在AM0( 即大气质量为0，日- 地平均距离为一个天文单位时，太阳的总辐射度和光谱分布) 条件下为13.5% ～18%，地面用大量生产的在AM1 条件下多在11% ～18%。大晶粒多晶硅太阳能电池的转换效率最高达18.6%。多晶硅 太阳能电池没有光致衰退效应，材料质量有所下降时也不会导致太阳能电池受影响，是国际上正掀起的前沿性研究热点。随硅元件使用的多少以及纯度的改变，单件功率不确定，同样面积的板块功率可以变化。薄膜晶体硅太阳能电池能够大大降低晶硅用量，但目前还处于研发阶段，尚未工业化。晶体硅片太阳能电池的优点是可在单位面积上获得较高的发电功率和稳定的发电性能。如果其中一小部分被遮挡，会产生孤岛效应，但由于其强光发电的特性，只有保障与阳光的合理角度才能达到应有的光电转换率，因此必须考虑安装角度问题，这使得可安装的总面积和平面布局都受到限制。

1 什么是碳化硅    碳化硅（SIC）是半导体界公认的“一种未来的材料”，是新世纪有广阔发展潜力的新型半导体材料。预计在今后5～10年将会快速发展和有显著成果出现。促使碳化硅发展的主要因素是硅（SI）材料的负载量已到达极限，以硅作为基片的半导体器件性能和能力极限已无可突破的空间。    硅（SI）和碳化硅（SIC）以及其它半导体材料在电气特性和物理特性上有很大不同（表一），但有众所周知的相似元素和结构组成。            表（一） 几种半导体材料性能比较   特性 材料 SIC（4H-） SI GaAs禁带宽度（ev） 3.3 1.12 1.43临界电场（10-6v/cm） 3.0 0.25 0.50热导率（w/cmk） 5.0 1.50 0.50Vsat(107 cm/s) 2.0 1.00 1.00     事实上，碳化硅不是一种新发现的材料。有些人甚至争论说它是所有半导体的曾祖父。关于碳化硅的第一份报告是来自于1842年瑞典人之手。碳化硅不象其它矿物质那样有其自身矿藏，它也不会在自然界中自然出现，而需要用精炼炉的冶炼技术控制工艺来实现。早期碳化硅仅是用於研磨和切割用的材料。上一个世纪碳化硅的发展极其缓慢而艰难。表二显示了SIC的发展主要经历。                           表（二） SIC材料发展史1905年 第一次在陨石中发现碳化硅1907年 第一只碳化硅发光二极管诞生1955年 理论和技术上重大突破，LELY提出生长高品质碳化概念，从此将SIC作为重要的电子材料1958年 在波士顿召开第一次世界碳化硅会议进行学术交流1978年 六、七十年代碳化硅主要由前苏联进行研究。到1978年首次采用“LELY改进技术”的晶粒提纯生长方法1987年～至今 以CREE的研究成果建立碳化硅生产线，供应商开始提供商品化的碳化硅基片     预计十年内（21世纪头十年）= 碳化硅器件会有突破性发展。无论是SIC单晶材料还是SIC器件制造工艺都有重大发展，碳化硅材料开始走向成熟。与硅材料一起共同作为当前和今后主要半导体材料，在有些器件领域起到不可替代的作用并占有恰当市场    碳化硅是原子的复合体而不是单晶体，主要差异和性能在于硅和碳原子的相对数目，以及原子排列的不同结构。碳化硅的物理特性取决于晶体的碳硅原子排列结构，最普通和典型的是6方晶系的结构，称之为6H、4H和3C碳化硅。[next]    SIC属于“宽禁带”半导体，物理特性与硅有很大不同。单晶碳化硅（SIC）比单晶硅（SI）具有很多优越的物理特性，例如（1）大约10倍的电场强度；（2）大约高3倍的热导率；（3）大约宽3倍禁带宽度；（4）大约高一倍的饱和漂移速度（见图1）。                                                       图1 单晶SIC和SI材料性能比较    理论上SIC器件的工作温度在500℃或更高温度，而硅器件是无法实现的。碳化硅的导热率超过铜的导热率，器件产生的热量会快速传递，这无疑对器件的通流性能提高非常有利。    SIC有很强的耐辐射性，作成的器件可以在核反应堆附近及太空中电子设备应用，较小的透射，高的电场强度以及高的饱和漂移迁移率有利于器件体积减少和复杂内部结构建立。    因此可以预见到不久将来，SIC材料和器件工艺的完善。部分SI领域被SIC来替代是指日可待的目标。    半导体材料发展的历史表明，“宽禁带”材料始终处在困难和进展缓慢的状态，如果要获得成功的快速发展，必须满足以下条件：    l 适用及高效的衬底材料    l 超大面积和高质量单晶体薄膜的生长    l 能有效和精确地控制N型区和P型区的掺杂    l 具有合适的有效的绝缘方法，例MIS器件    l 开发表面造型和腐蚀工艺    半导体材料开发成功与否的判据主要是做成器件的性能和适用程度。SIC器件用在功率变流装置领域和高温工作状态是十分理想的材料,。上个世纪末，SIC器件开发成绩显著，PN结器件最高电压4.5KV已经诞生，并取得成功应用的实践。已经显示SIC光控二极管的灵敏度比SI同类器件高4个数量级，另外电流特性可实现更高的功率密度。这对电力电子装置的体积、效率和性能都有显著的改进作用。还可以用于雷达、汽车、飞机、通讯等特殊要求的领域。随着SIC材料和器件工艺完善和成熟，在潜在领域真正实现其价值，而其它半导体是无法达到的环境条件，特别象太空的苛刻条件将为SIC器件优点提供一个绝好应用场合。因此无论如何 ，SIC是一种 “未来的材料”。[next]    2 理想的功率开关器件    电力半导体器件最主要特征是高电压,大功率,通态损耗小, 即功率半导体器件通态电阻小(通态压降小),开关速度(频率)快,开关损耗小.    无功率损耗的功率开关器件是不存在的,但近几年来出现了几种与此接近的器件,即与传统的功率半导体器件相比, 通态压降,开关损耗都非常小,几乎接近理想的半导体器件.    SI材料的MOSFET是一种驱动简单，开关频率和速度很快,功率损耗或称开关损耗很小的功率半导体器件,但至命缺点是电压不高 , 而且随电压升高 , 功耗迅速增加.IGBT是MOSFET的改进功率器件,同样具有MOSEFT器件驱动电路简单开关速度快的特点. 在20世纪80年代IGBT取代双极型结型晶体管, 耐压水平从几百伏很快上升到2KV以上的新型功率半导体器件.但高於2KV的功率装置系统,GTO或IGCT仍然牢牢的占领和控制着市场, 令IGBT望尘莫及. GTO、IGCT作为一种功率开关器件，具有高电压,大电流,能产生很高功率的一种器件, 但需 要用比MOSFET和IGBT更复杂和功率较大的控制电路来驱动.    电力电子线路设计工程师希望有一种器件象MOSFET一样简单易用,还能象IGCT 和 GTO 一样产生很大功率的器件. SIC的MOSFET 器件基本能实现上述要求.    由表（一）清楚地看出,SIC材料具有比SI材料更高的临界电场强度，;Emax (sic)的值大约是硅的10倍.因此同样设定PN结耐压,SIC器件所需衬底材料厚度将是SI器件的十分之一. PN结耐压与衬底材料厚度关系由图(2)三角形电场分布来描述，并由公式（1）计算最大阻断电压。                                                   图2 P+n-二极管阻断状态空间电场分布    Vb是PN耐压；Emax是击穿电场强度; W耗尽层宽度（图2）耗尽层宽度W主要由掺杂量决定的（见公式（2），低掺杂层提供了耗尽层的大部分     Nd是低掺杂浓度，ε是相对介电常数，ε0是真空电容率，V是外加电压，Vdo是内建电势。    低掺杂层提供较宽耗尽区（见图2）。SIC的击穿电场强度比SI大一个参数级，这意味有相同阻断电压的器件，为了增加更宽的耗尽层宽度，SI器件的掺杂浓度需低二个数量级，因此SI器件的有效基区宽度也近似为SIC的10倍。    以5KV耐压的整流二极管硅器件为例，根据方程式（1），耗尽层的宽度大约是350μm，方程式（2）计算出的相应掺杂浓度约2.5×1013cm-3 。而相同耐压的SIC器件高达8×1015cm-3 左右。虽然上述计算比较近似，但已明显显示出SIC器件的优点。    同样考虑5KV整流二极管，SI器件的少子寿命在10～100μs数量级，而SIC器件要求少子寿命比SI器件低1～2个数量级就足够了。 因为长的少子寿命不利于器件关断。    另外热稳定性能能确保器件高温正常工作。因为器件的所有功耗会产生热量。它只能由衬底耗散。为了保证允许的工作温度，必须配置大的冷却装置将热量耗散。由于SIC的高热导率和高温的热稳定性，与SI相比较，冷却装置明显缩小，整个系统也做的较小。    SIC的MOSEFT具有低的传导损耗    MOSEFT器件是一种性能良好的开关器件,尤其适用于20KC频率以上的电力电子装置.器件击穿电压的关系由公式(3)定性给出    方程(3)中Rds,on 是阻断PN结的特征电阻 (Ω-cm2);Vb是PN结阻断耐压;ε是介电常数; ε0是真空电容率;Emax最大临界场 μ是载流子（电子）迁移率。    半导体物理特性显示，电阻Rds.on值随着漂移区宽度的增加而增大，随着掺杂浓度的增加而减少，这是因为载流子流动数量增加的缘故。[next]    按照方式（3）不难看出，MOSFET漂移区的阻值随着击穿电压的增加成平方增加，对硅材料仅在几百伏就达到临界的最高值。而阻值是随着临界电场的增加成立方增加。因为SIC临界电场强度比硅要高10倍，所以SIC的MOSFET的传导损耗远低于硅器件。    10KV双极型SIC晶闸管    前面讨论可以断定，SIC制成的MOSFET器件和肖特基二极管的耐压远高于SI器件。可以高达几千伏电压水平，所以MOSFET器件有望在很多领域得到应用。    SIC的双极型器件，例如晶闸管10KV耐压水平也是很容易制造，少子寿命只要能保持在1μs～10μs之间就能获得良好的开关特性。双极型SI晶闸管，典型击穿电压6KV-7KV，这是器件的制造成本特性。也是与通态损耗、开关损耗之间最佳折衷。极限条件为硅片厚度1mm左右，少子寿命为100μS左右。这种器件只能用于工频条件下的系统中，由于开关损耗的过大而限制了应用范围。    SIC器件的工作温度    SI双极型功率半导体器件，合适的工作温度小于125℃。单极型器件，例如MOSFET，最高工作温度为150℃。最高承受的温度是半导体材料的极限温度，即载流的密度不再由掺杂决定，而是由半导体的禁带宽度所决定，通常称为本征温度。此极限温度之上，所有电流控制能力和电压阻断能力都会消失。对SI而言，极限温度是300℃左右。SIC器件的工作温度比SI器件工作温度高得多。由于SIC的PN结漏电流极小，它能够在远高于300℃时还有阻断能力，极限温度可达到1000℃以上。    美国一个研究中心开发出的碳化硅MOSFET，工作温度为650℃，这种高温能力为电力电子系统设计工程师创造很多有利条件。SIC器件的低损耗都是以硅器件对比而言的。 SIC器件和SI器件性能主要差异见表三                      表三 SI器件与SIC器件性能比较   材料性能 SI器件 SIC器件电流密度（A/cm2） 30 100～300(可达500)最高工作温度（℃） 180-200(PN) 600(max)(PIN)器件耐压 1 5～10(倍)通态损耗 1 1/4～1/10开关损耗 1 1/10～1/100工作温度（℃） 180 300～500     3 SIC器件制造     SIC器件研发工作与SIC材料一样，西方发达国家，以大学和有实力的大公司为主体,投入大量资金、人力，并取得一定成果， 有很高水平的实验室样品，仅PN结耐压高达上万伏。但是真正具有商业价值，能有一定生产量的功率器件很少。最主要原因是SIC材料质量的制约。    电力电子装置所需器件要求高电压、大电流、开关损耗小等特点。就电力电子器件而言，ABB公司在SIC器件研究开发方面在投入资金、成果水平都处在世界领先水平。研究成果之一是击穿电压为4.5KV PIN二极管和2.5KV JBS（结型势肖特基二极管）    当前SIC的单极型器件的生产，材料质量问题的影响不大，仅影响大容量器件生产成品率，大功率器件采用几个芯片并联连接的形式进行封装。    SIC材料的现状，对高压双极型器件，材料质量仍存在较大问题。可靠性指标还须不能满足实际需要，而且生产成品率很低。显而易见对电力电子器件而言，SIC材料仍然是一种可敬又可畏的材料。SIC的大功率器件实现实用性和商品化之前必须先解决材料的质量问题，最需解决是贯穿基片的微管缺陷的小孔（直径为0.1μm～5μm之间）。商品化可用的基片的微管密度不大于102～103/cm2,其次是能较好形成低掺杂浓度（小于1015cm-3）的厚层（50μm以上）和双极型器件的少子寿命。[next]    美国CREE公司是世界上研发、生产SIC材料和器件最著名的公司。其中Φ35mm 4H-SIC晶片,采用热盘CVD生长35～45 μm厚的外延层，掺杂浓度为1015cm-3以下。这种掺杂取决于采用的临界电场强度，理论阻断电压是4.5～６ＫＶ。ABB公司采用一台有特殊功能的光学显微镜，将20mm2 、40mm2面积二极管方形芯片放置在无缺陷的晶片位置。这台仪器可将每一片从CREE公司购进的晶片进行检验，用计算机自动检测，识别并记录在电脑中每个缺陷在SIC晶片上正确位置。并自动生成20mm2，40mm2芯片的位置，而且还自动形成工艺性文件资料，并绘制出芯片的布置平面图形。                                        图3 SIC晶片上各种尺寸芯片平面布图    检查微管缺陷采用激光探头，计算机识别，数据分析并绘出一个晶图片上芯片分布图，大面积的芯片位置之外的剩余地方布置小型（1～5mm2）检测器件。（图3）    ABB公司研究中心的器件研究重点，工艺包括腐蚀，介质淀积、氧化、光刻、金属化和欧姆接触的形成。光刻工艺采用激光系统平板印刷技术（Laser Lithagraphic system）。这与传统IC工艺不同，主要原因是SIC晶片表面粗糙不平，而且需进行9次曝光。重要的是Laser系统与计算机机系统连用便于自动定位。    目前SIC器件，特别是双极型功率器件难于商品化、批量生产，主要原因:    （1）SIC单晶材料缺陷多，至今材料质量还未真正解决；    （2）设计和工艺控制技术比较困难；     （3）工艺装置特殊要求，技术标准高，例离子注入, 外延设备，激光曝光光刻机等；     （4）资金投入很大，运行费用和开发费用昂贵,一般很难开展研发工作。    当前世界上研发SIC器件有美国的Cree公司，德国西门子公司，日本的东芝公司，三菱公司，富士公司。ABB公司与瑞典等合作，投入巨资开展了主要用于输变电工程的二极管，取得商品化成功。德国西门子公司的产品定位在1200V以下低压，小功率器件，已经达到商用化。ABB公司的产品主要定位在4500V，高压大电流器件。[next]    4 为什么SIC器件还不能普及    早在20世纪60年代，碳化硅器件的优点已经为人们所熟知。之所以目前尚未推广普及，是因为存在着许多包括制造在内的许多技术问题。直到现在SIC材料的工业应用主要是作为磨料（金刚砂）使用。    SIC在能够控制的压力范围内不会融化，而是在约2500℃的升华点上直接转变为气态。所以SIC 单晶的生长只能从气相开始，这个过程比SIC的生长要复杂的多，SI在大约1400℃左右就会熔化。使SIC技术不能取得商业成功的主要障碍是缺少一种合适的用于工业化生产功率半导体器件的衬底材料。对SI的情况,单晶衬底经常指硅片（wafer）,它是从事生产的前提和保证。一种生长大面积 SIC衬底的方法以在20世纪70年代末研制成功。但是用改进的称为Lely方法生长的衬底被一种微管缺陷所困扰。    只要一根微管穿过高压PN结就会破坏PN结阻断电压的能力，在过去三年中，这种缺陷密度已从每平方毫米几万根降到几十根。除了这种改进外，当器件的最大尺寸被限制在几个平方毫米时，生产成品率可能在大于百分之几，这样每个器件的最大额定电流为几个安培。因此在SIC功率器件取得商业化成功之前需要对SIC的衬底材料作更大技术改进。                             图4 SIC工业生产的晶片和最佳晶片的微管密度的进展    制造不同器件成品率为40% 和90% 的微管密度值    图4看出，现在SIC材料，光电子器件已满足要求，已经不受材料质量影响，器件的工业生产成品率，可靠性等性能也符合要求。高频器件主要包括MOSFET SCHOTTKY二极管内的单极器件。SIC材料的微管缺陷密度基本达到要求，仅对成品率还有一定影响。高压大功率器件用SIC材料大约还要二年的时间，进一步改善材料缺陷密度。总之不论现在存在什么困难，半导体如何发展， SIC无疑是新世纪一种充满希望的“未来的材料”。

近年来，大功率LED发展较快，在结构和性能上都有较大的改进，产量上升、价格下降；还开发出单颗功率为100W的超大功率白光LED。与前几年相比较，在发光效率上有长足的进步。结合成本工艺优势，铝合金散热器成了LED散热设计首选材料    例如，Edison公司前几年的20W白光LED，其光通量为700lm，发光效率为35lm/W。2007年开发的 100W白光LED，其光通量为6000lm，发光效率为60lm/W。又例如，Lumiled公司最近开发的K2白光LED，与其Ⅰ、Ⅲ系列同类产品比较如表1所示。从表中可以看出：K2白光LED在光通量、最大结温、热阻及外廓尺寸上都有较大的改进。    Cree公司新推出的XLamp XR～E冷白光LED，其最高亮度挡QS在350mA时光通量可达107～114lm。这些性能良好的大功率LED给开发LED白光照明灯具创造了条件。前几年，各种白光LED照明灯具主要是采用小功率Φ5白光LED来做的。如1～5W的灯泡、15～20W的管灯及40～60W的路灯、投射灯等。这些灯具使用了几十到几百个Φ5白光LED，生产工艺复杂、可靠性差、故障率高、外壳尺寸大，并且亮度不足。    为改进上述缺点，这几年逐步采用大功率白光LED来替代Φ5白光LED来设计新型灯具。例如，用18个2W的白光LED做成的街灯，若采用Φ5白光LED则要几百个。另外，用一个1.25W的 K2系列白光LED，可做成光通量为65lm的强光手电筒，照射距离可达几十米。若采用Φ5白光LED来做则是不可能的。图1 结温TJ与相对出光率关系图 用大功率LED做的灯具其价格比白炽灯、日光灯、节能灯要高得多，但它的节能效果及寿命比其他灯具也高的多。如果在路灯系统及候机大厅、大型百货商场或超市、高级宾馆大堂等用电大户的公共场所全部采用LED灯具，其一次性投资较高，但长期的节电效果及经济性都是值得期待的。    目前主要采用1～3W大功率白光LED作照明灯，因为其发光效率高、价格低、应用灵活。   大功率LED的散热问题LED是个光电器件，其工作过程中只有15%～25%的电能转换成光能，其余的电能几乎都转换成热能，使LED的温度升高。在大功率LED中，散热是个大问题。例如，1个10W白光LED若其光电转换效率为20%，则有8W的电能转换成热能，若不加散热措施，则大功率LED的器芯温度会急速上升，当其结温（TJ）上升超过最大允许温度时（一般是150℃），大功率LED会因过热而损坏。因此在大功率LED灯具设计中，最主要的设计工作就是散热设计。    另外，一般功率器件（如电源IC）的散热计算中，只要结温小于最大允许结温温度（一般是125℃）就可以了。但在大功率LED散热设计中，其结温TJ要求比125℃低得多。其原因是TJ对LED的出光率及寿命有较大影响：TJ越高会使LED的出光率越低，寿命越短。 图2  K2系列的内部结构图1是K2系列白光LED的结温TJ与相对出光率的关系曲线。在TJ=25℃时，相对出光率为1；TJ=70℃时相对出光率降为0.9；TJ=115℃时，则降到0.8了。 表2是Edison公司给出的大功率白光LED的结温TJ在亮度衰减70%时与寿命的关系（不同LED生产厂家的寿命并不相同，仅做参考）。图3  NCCWO22的内部结构在表2中可看出：TJ=50℃时，寿命为90000小时；TJ=80℃时，寿命降到34000小时；TJ=115℃时，其寿命只有13300小时了。TJ在散热设计中要提出最大允许结温   　　 图4 LED与PCB焊接图 大功率LED的散热路径.　　大功率LED在结构设计上是十分重视散热的。图2是Lumiled公司K2系列的内部结构、图3是NICHIA公司NCCW022的内部结构。从这两图可以看出：在管芯下面有一个尺寸较大的金属散热垫，它能使管芯的热量通过散热垫传到外面去。图5 双层敷铜层散热结构 　　大功率LED是焊在印制板（PCB）上的，如图4所示。散热垫的底面与PCB的敷铜面焊在一起，以较大的敷铜层作散热面。为提高散热效率，采用双层敷铜层的PCB，其正反面图形如图5所示。这是一种最简单的散热结构。 　　 图6 散热路径图 热是从温度高处向温度低处散热。大功率LED主要的散热路径是：管芯→散热垫→印制板敷铜层→印制板→环境空气。若LED的结温为TJ，环境空气的温度为TA,散热垫底部的温度为Tc（TJ＞Tc＞TA），散热路径如图6所示。在热的传导过程中，各种材料的导热性能不同，即有不同的热阻。若管芯传导到散热垫底面的热阻为RJC（LED的热阻）、散热垫传导到PCB面层敷铜层的热阻为RCB、PCB传导到环境空气的热阻为RBA,则从管芯的结温TJ传导到空气TA的总热阻RJA与各热阻关系为：　　RJA=RJC+RCB+RBA 　　各热阻的单位是℃/W。 　　可以这样理解：热阻越小，其导热性能越好，即散热性能越好。 　　如果LED的散热垫与PCB的敷铜层采用回流焊焊在一起，则RCB=0，则上式可写成： RJA=RJC+RBA　　散热的计算公式 　　若结温为TJ、环境温度为TA、LED的功耗为PD,则RJA与TJ、TA及PD的关系为： 　　RJA=（TJ－TA）/PD (1) 　　式中PD的单位是W。PD与LED的正向压降VF及LED的正向电流IF的关系为： 　　PD=VF×IF (2) 　　如果已测出LED散热垫的温度TC，则(1)式可写成： 　　RJA=(TJ－TC)/PD+(TC－TA)/PD 　　则RJC=(TJ－TC)/PD (3) RBA=(TC－TC)/PD (4)在散热计算中，当选择了大功率LED后，从数据资料中可找到其RJC值；当确定LED的正向电流IF后，根据LED的VF可计算出PD；若已测出TC的温度，则按（3）式可求出TJ来。在测TC前，先要做一个实验板（选择某种PCB、确定一定的面积）、焊上LED、输入IF电流，等稳定后，用K型热电偶点温度计测LED的散热垫温度TC。在（4）式中，TC及TA可以测出，PD可以求出，则RBA值可以计算出来。若计算出TJ来，代入（1）式可求出RJA。这种通过试验、计算出TJ方法是基于用某种PCB及一定散热面积。如果计算出来的TJ小于要求（或等于）TJmax，则可认为选择的PCB及面积合适；若计算来的TJ大于要求的TJmax，则要更换散热性能更好的PCB，或者增加PCB的散热面积。另外，若选择的LED的RJC值太大，在设计上也可以更换性能上更好并且RJC值更小的大功率LED，使满足计算出来的TJ≤TJmax。这一点在计算举例中说明。各种不同的PCB目前应用与大功率LED作散热的PCB有三种：普通双面敷铜板（FR4）、铝合金基敷铜板（MCPCB）、柔性薄膜PCB用胶粘在铝合金板上的PCB。　　MCPCB的结构如图7所示。各层的厚度尺寸如表3所示。 　　 图7 MCPCB结构图 其散热效果与铜层及金属层厚如度尺寸及绝缘介质的导热性有关。一般采用35μm铜层及1.5mm铝合金的MCPCB。柔性PCB粘在铝合金板上的结构如图8所示。一般采用的各层厚度尺寸如表4所示。1～3W星状LED采用此结构。　　采用高导热性介质的MCPCB有最好的散热性能，但价格较贵。 　　 　　 图8 散热层结构图 计算举例 　　这里采用了NICHIA公司的测量TC的实例中取部分数据作为计算举例。已知条件如下： 　　LED：3W白光LED、型号MCCW022、RJC=16℃/W。K型热电偶点温度计测量头焊在散热垫上。 　　PCB试验板：双层敷铜板（40×40mm）、t=1.6mm、焊接面铜层面积1180mm2背面铜层面积1600mm2。 　　LED工作状态：IF=500mA、VF= 3.97V。 按图9用K型热电偶点温度计测TC，TC=71℃。测试时环境温度TA= 25℃.1.TJ计算 　　TJ=RJC×PD+TC=RJC（IF×VF）+TC 　　TJ=16℃/W（500mA×3.97V） 　　+71℃=103℃ 　　 图9 TC测量位置图 2.RBA计算 　　RJA=（TC－TA）/PD 　　=（71℃－25℃）/1.99W 　　=23.1℃/W 3.RJA计算 　　RJA=RJC+RBA 　　=16℃/W+23.1℃/W =39.1℃/W如果设计的TJmax=90℃，则按上述条件计算出来的TJ不能满足设计要求，需要改换散热更好的PCB或增大散热面积，并再一次试验及计算，直到满足TJ≤TJmax为止。　　另外一种方法是，在采用的LED的RJC值太大时，若更换新型同类产品RJC=9℃/W(IF=500mA时VF=3.65V)，其他条件不变，TJ计算为： 　　TJ=9℃/W（500mA×3.65V）+71℃ =87.4℃上式计算中71℃有一些误差，应焊上新的9℃/W的LED重新测TC（测出的值比71℃略小）。这对计算影响不大。采用了9℃/W的LED后不用改变PCB材质及面积，其TJ符合设计的要求。PCB背面加散热片　　若计算出来的TJ比设计要求的TJmax大得多，而且在结构上又不允许增加面积时，可考虑将PCB背面粘在“∪”形的铝型材上（或铝板冲压件上），或粘在散热片上，如图10所示。这两种方法是在多个大功率LED的灯具设计中常用的。例如，上述计算举例中，在计算出TJ=103℃的PCB背后粘贴一个10℃/W的散热片，其TJ降到80℃左右。 　　 图10 “∪”形铝型材 这里要说明的是，上述TC是在室温条件下测得的（室温一般15～30℃）。若LED灯使用的环境温度TA大于室温时，则实际的TJ要比在室温测量后计算的TJ要高，所以在设计时要考虑这个因素。若测试时在恒温箱中进行，其温度调到使用时最高环境温度，为最佳。另外，PCB是水平安装还是垂直安装，其散热条件不同，对测TC有一定影响，灯具的外壳材料、尺寸及有无散热孔对散热也有影响。因此，在设计时要留有余地。结束语采用一定散热面积的PCB、装上LED的试验板，在LED工作状态下测出TC再计算的方法来作散热设计是一种简便、有效的方法，可以较好地设计出满足结温TJmax要求的散热结构（PCB材质及面积）。　　这种散热设计方法除适用于大功率白光LED的照明灯具外，也适用于其他发光颜色的大功率LED灯具，如警示灯、装饰灯等。

一、电极糊单位耗费     电极糊耗费是电极在熔炼过程中氧化焚烧的成果。清耗量除与电极糊质量有关外，主要与经过电极引进的功率成正比。因而，与电流强度及电压凹凸均有联系。此外操作要素也影响电极糊的耗费，如炉膛温度高，炉内漏入空气多将促进电极氧化而添加耗费。电极邻近料坡高对电极起维护效果则氧化速度减慢。炉猜中不稳定的固体氧增多，电极刺进渣层深度添加，都将添加电极糊的单位耗费。     铜电炉熔炼的电极糊单位耗费量实例见表1。 表1  电极糊单位耗费实例表厂别电炉功率kVA电极数电极直径mm电极糊耗费Kg/t炉料Kg/1000kW·h云冶30000612001.5～2.53.3～5.5苏力切尔玛300038500.48依玛特拉9000314002.454.6罗斯卡12000612001.65.0布利赫勒克300037802.54.85今贾5500310502.465.3马弗利拉36000616002.04杰兹卡兹干50000612001.4阿纳康达36000616501.89    二、电炉功率利用率     电炉功率利用率与厂商供电状况和工厂操作条件有关。规划率利用率一般可取0.9～0.975。     三、年工作日     电炉的年工作日由开、停炉及修理时刻决议。开、停炉质量直接影响炉体寿数和停炉后的检修工作量。     （一）开炉所需的时刻     一般新砌的炉体开炉所需时刻为25～30d，旧炉体需13～15d。大修后炉子开炉时刻组织实例见表2。 表2  电炉开炉时刻组织实例开炉阶段天数，d温度操控规模，℃电阻丝烘炉15250～300木柴烘炉2400～450电弧烘炉3800熔渣洗炉3800～830加料出铜2500～550算计25    （二）停炉时刻     停炉时刻，包含从炉内放出熔体及保温缓慢冷却一般需10～15d。     （三）修理时刻     电炉小修（包含修补炉顶、替换水冷石墨衬套）一般不断炉。大、中修需停炉进行。大、中修状况见表3。 表3  大、中修状况项目中修大修检修周期3～5a13～20a检修时刻30～40d60d检修内容1、除炉底以外的悉数砌体包含端墙，侧墙，炉顶从头砌筑 2、悉数设备检修，部分设备和金属组织替换1、炉子悉数从头砌筑 2、设备和金属结构部分替换，悉数设备修理 3、进行某些技术改造     （四）实践年工作日     电炉的实践年工作日为310～320d。

金属 硅又称 结晶硅 或 工业硅 ，其主要用途是作为非 铁 基合金的添加剂。 金属 硅是由石英和焦炭在电热炉内冶炼成的产品，主成分硅元素的含量在98%左右（近年来，含Si量99.99%的也包含在 金属 硅内），其余杂质为铁、铝、钙等。中文名称: 金属 硅中文别名:结晶硅;工业硅;硅微粉;硅粉;多晶硅;单晶硅;硅光学窗;硅英文名称:Silicon 定义“ 金属 硅”（我国也称工业硅）是上世纪六十年代中期出现的一个商品名称。它的出现与半导体 行业 的兴起有关。国际通用作法是把商品硅分成 金属 硅和半导体硅。 金属 硅是由石英和焦炭在电热炉内冶炼成的产品，主成分硅元素的含量在98%左右（含Si量99.99%的也包含在 金属 硅内），其余杂质为铁、铝、钙等。半导体硅用于制作半导体器件的高纯度 金属 硅。是以多晶、单晶形态出售，前者价廉，后者价昂。因其用途不同而划分为多种规格。据统计，1985年全世界共消耗 金属 硅约50万吨，其中用于铝合金的 金属 硅约占60%，用于有机硅的不足30%，用于半导体的约占3%，其余用于钢铁冶炼及精密陶瓷等。硅的性质硅是半 金属 之一,旧称“矽”。熔点为1420℃，密度为2.34克每立方厘米。质硬而脆。在常温下不溶于酸，易溶于碱。 金属 硅的性质与锗、铅、锡相近，具有半导体性质。硅在地壳中资源极为丰富，仅次于氧，占地壳总重的四分之一还多，以二氧化硅或硅酸盐形式存在。最纯的硅矿物是石英或硅石。硅有两种同素异形体：一种为暗棕色无定形粉末，性质活泼，在空气中能燃烧；另一种为性质稳定的晶体（晶态硅）。一般硅石和石英用于玻璃和其它建材，优质的石英用于制作合金、 金属 和单晶。硅的用途硅大量用于冶炼成硅铁合金作钢铁工业中合金元素，在很多种 金属 冶炼中作还原剂。硅还是铝合金中的良好组元，绝大多数铸造铝合金都含有硅。硅是电子工业超纯硅的原料，超纯半导体单晶硅做的电子器件具有体积小、重量轻、可靠性好和寿命长等优点。掺有特定微量杂质的硅单晶制成的大功率晶体管、整流器及太阳能电池，比用锗单晶制成的好。非晶硅太阳能电池研究进展很快，转换率达到了8%以上。硅钼棒电热元件最高使用温度可达1700℃，具有电阻不易老化和良好的抗氧化性能。用硅生产的三氯氢硅，可配制几百种硅树脂润滑剂和防水化合物等。此外，碳化硅可作磨料，高纯氧化硅制作的石英管是高纯 金属 冶炼及照明灯具的重要材料。 八十年代的纸张——硅 人们称硅为“八十年代的纸张”。这是因为纸张只能记录信息，而硅不仅能记载信息，还能对信息进行处理加工以获得新的信息。1945年制造的世界上第一台电子计算机，装有18000个电子管、70000只电阻、10000只电容，整个机器重30吨，占地170平方米，相当于10间房子大小。而今天的电子计算机，由于技术的进步和材质的改善，在一个指甲盖大小的硅片上，可以容纳上万个晶体管；并且有输入、输出、运算、存储和控制信息等一系列功能。 微孔硅钙保温材料微孔硅钙保温材料是一种优良的保温材料。它具有热容量小、机械强度高、导热系数低、不燃烧、无毒无味、可切割、运输方便等特点，可广泛用于冶金、电力、化工、船舶等各种热力设备及管道上。经测试，节能效益优于石棉、水泥、蛭石和水泥珍珠岩等保温材料。特种硅钙材料可用作催化剂载体，在石油炼制、汽车尾气净化等多方面广泛应用。

铁矾渣是湿法炼锌厂产生的工业废渣，成分复杂，除含有大量的硫酸根和铁离子外，还含有丰富的铅、锌、银等有价金属元素，具有综合回收价值[1]。另外含有的铜、镉、砷等重金属元素在长期堆放过程中不断溶出，污染地下水和土壤。因此，开展铁钒渣的综合利用研究[2-5]可以减少环境污染、提高资源综合利用率意义重大。薛佩毅[3]等对黄钾铁矾渣采用中低温焙烧?NH4Cl浸出?碱浸工艺，同时回收有价金属和铁，但工艺生产效率低。路殿坤[4]等将铁矾渣在900℃还原焙烧后磁选，磁选精矿铁品位为58%，含硫2.5%~3%，但磁选精矿中锌含量仍较高，不能作为原料返回高炉冶炼。史玉娟[5]等利用黄钾铁矾渣和赤泥的反应制备石膏、芒硝和赤铁矿砂的方案，但是不能回收铅、锌等有价元素。本文采用配碳球团直接还原—磁选—反浮选工艺综合回收铁矾渣中铁、铅、锌。此工艺生产效率高，分离效果好，工艺简单。 1 试验 1.1 试验原燃料 以某铅锌厂湿法炼锌工艺固废铁矾渣为研究对象，试验用吉林森工无烟煤为还原剂，分析纯氢氧化钙为熔剂。铁钒渣和无烟煤的分析结果见文献[6]。 1.2 试验方法和流程 铁矾渣含水量较大(35%左右)，因此，先在110℃鼓风干燥箱内充分干燥，然后按照一定比例将铁矾渣、消石灰、煤粉、黏结剂和水在混料机中混合均匀，再用造球机造球，将冷固结含碳球团烘干后称重装入刚玉坩埚放入硅钼棒加热井式炉内进行还原试验。直接还原结束后将金属化球团进行磨样，采用化学容量法、ICP法测定还原球团中全铁、金属铁和铅、锌含量，计算金属化率和铅、锌挥发率。金属化球团磨样后经Φ50mm磁选管、磁场强度47.76～238.8kA/m (60~300 mT，1 mT=796 A/m)的条件下进行磁选，分别计算磁选铁精矿品位和铁的回收率。最后在3L单槽浮选机内对磁选铁精矿进行浮硅抑铁的反浮选，脱除硅质脉石提高铁精矿品位。 2 试验结果与讨论 2.1 直接还原过程金属化率的变化 高金属化率球团的制备是磁选回收铁精矿的基础。试验条件：还原温度1 300℃、配碳比1.4、碱度2.5(铁钒渣原始碱度为0.31，通过加入氢氧化钙调节)，试验结果如图1所示。 从图1可见，随着还原时间的增加，金属化率逐渐增加，还原10 min时金属化率为86.3%，还原30min时金属化率达到98.47%，之后趋于稳定。前期试验发现，自然碱度下球团熔点较低，在1 100～1 200℃间，还原温度不可以设定得太高，还原金属化率最高仅为90.60%，提高碱度后熔点提高，有利于高温下碳的气化反应进行，促进直接还原发生。 2.2直接还原过程铅、锌挥发率的变化 试验条件：还原温度1 300℃、配碳比1.4、碱度2.5，还原时间对铅锌挥发率的影响如图2所示。图2表明，随着还原时间的延长，铅、锌挥发率逐渐增加，还原10min时铅、锌挥发率较低，分别为41.5%和53.2%，还原30min时，铅、锌挥发率分别达到86.26%和98.54%，分别提高了44.76%和45.34%，之后锌挥发率趋于稳定，铅挥发率略有提高，还原40min时，铅挥发率为90.1%。可见含碳球团直接还原可使铅、锌得到有效挥发，最终可以从烟尘中回收铅、锌。 2.3 磁选试验 直接还原试验得到金属化率为98.47%的金属化球团，经振动磨磨细后进行磁选试验。磁选设备为DTCXG-ZN50型磁选管，磁场强度0~450mT，磁选管直径50 mm，磁极间距52mm，磁选结果如图3所示。由图3可以看出，随着磁场强度的增加，铁的回收率逐渐增加，最后稳定在80%左右。铁精矿品位随着磁场强度增加呈下降趋势，50mT时铁精矿品位50.31%，但是收得率仅为33.93%，大部分的海绵铁随着渣相进入到尾矿。整体观察，磁场强度变化对铁精矿品位影响不大，对回收率影响比较大。综合考虑，适宜的磁场强度为200mT。此时铁精矿Ⅰ品位达到46.66%，并不能作为商用铁矿粉出售，低于普通铁精矿等级划分标准五级(54.0～ 2.4 反浮选试验 反浮选试验在XFD Ⅲ型单槽浮选机中进行，功率250 W，容积3 L，叶轮直径70 mm，主轴转速1 400 r/min。称取500g品位为46.66%的磁选铁精矿Ⅰ加水至3 L，调浆2 min;淀粉作为铁的抑制剂，添加比例为200 g/t，搅拌3min;碳酸钠作为pH调整剂(亦为强化分散剂[7])，添加比例为1 250 g/t，并搅拌3 min;之后添加阳离子捕收剂十二胺(分析纯)300 g/t并搅拌2min;最后在鼓气量为600 L/h的条件下反浮选6min，试验结果表明，反浮选铁精矿Ⅱ的品位提高至60.30%，铁回收率为83.15%，说明此工艺路线可行。 3 结论 (1)在配碳比为1.4、碱度为2.5、1 300 ℃还原30min的条件下，配碳球团直接还原金属化率达到98.47%，铅、锌挥发率分别为86.26%和98.54%。经磨矿磁选，得到品位46.66%的铁精矿Ⅰ，再经反浮选工艺可获得品位60.30%的铁精矿Ⅱ。 (2)铁矾渣含碳球团直接还原—磁选—反浮选工艺路线综合回收铅、锌和高品位铁精矿是可行的。 复制搜索 启动快捷搜索设置

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