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氦主要用于制冷、半導(dǎo)體、管道檢漏、焊接、金屬制造、深海潛水、光電子產(chǎn)品生產(chǎn)、氣球載、科研、軍事等領(lǐng)域。下面結(jié)合氦資源主要應(yīng)用對(duì)氦資源用戶進(jìn)行分析。
制冷(家用電器)領(lǐng)域
氦氣主要用于冷凝器、蒸發(fā)器、管道系統(tǒng)的檢漏。
半導(dǎo)體、光纖領(lǐng)域
氦氣主要用于半導(dǎo)體工業(yè)中生長(zhǎng)鍺和硅晶體的保護(hù)氣,光纖預(yù)制棒制作和光纖拉絲工藝中冷卻和保護(hù)性氛圍氣體。
焊接保護(hù)氣
用途:當(dāng)一些金屬在加熱或熔化時(shí),為了阻止其和大氣中的氧和氮反應(yīng),必須用惰性氣氛保護(hù)。氦氣提純是一項(xiàng)國(guó)際前沿研究領(lǐng)域,采用的方法有低溫冷凝、膜分離、變壓吸附、化學(xué)吸附等方法。金屬焊接加工中消耗了大量的氦。在惰性氣體保護(hù)的鎢電弧焊(TIG)中,不熔化的鎢電、灼熱的金屬填充物和焊接區(qū)域要用連續(xù)的氦或氦-混合進(jìn)行保護(hù)。保護(hù)焊接所用的氣體混合物,可以用氦按不同比例配制。根據(jù)焊接工藝、焊絲和被焊的母材的不同,混合氣的組成可以不同,通常氦-混合氣中氦的含量為15%-70%。
低溫工程領(lǐng)域
用途:由于氦的化學(xué)惰性和極低的液化點(diǎn),它在除極低溫度外的所有溫度下都接近理想氣體行為,且單位質(zhì)量的熱容量高,黏度低和熱導(dǎo)率高等特性,所以氦通常被用做封閉循環(huán)低溫制冷機(jī)的工作介質(zhì)、國(guó)家重大科學(xué)工程中低溫超導(dǎo)磁體和超導(dǎo)腔的冷卻介質(zhì)以及大專院??蒲袑?shí)驗(yàn)等。6、其他方面:氦氣可用作高真空裝置、原子核反應(yīng)堆在火箭、宇宙飛船上用作輸送液氫、液氧等液體推進(jìn)劑的加壓氣體。
航天航空領(lǐng)域
用途:在火箭和空間飛行器燃料系統(tǒng)中,氦氣用于清洗低溫燃料和氧化貯槽,以及加壓低溫貯槽液面上部空間,以提供直接輸送液體氫和液體氧的壓力或者僅給輸液泵提供凈吸入正壓,氦常用于氣動(dòng)控制系統(tǒng)中作為工作介質(zhì)。希望這將改善未來(lái)設(shè)備的用戶體驗(yàn),如傳感器集線器、可穿戴設(shè)備、音頻設(shè)備和工業(yè)應(yīng)用,這些設(shè)備由基于Cortex-M和氦氣技術(shù)的下一代SoCs驅(qū)動(dòng)。在火箭發(fā)射之前,為了在點(diǎn)火的初幾分鐘內(nèi)得到的推進(jìn)效率,低溫氦已用于預(yù)冷上一級(jí)液氫火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。液氦還廣泛用于低溫輻射檢測(cè)器以及用于空間探索計(jì)劃中其他專門儀表。
氣球載(浮空器)
用途:民用或浮空器、飛艇、氣球等充裝氣體。
汽車制造領(lǐng)域
用途:氦氣用于汽車安全氣囊中、在汽車鋁合金輪轂氣密性檢漏中、汽車空調(diào)蒸發(fā)器、壓縮機(jī)及冷凝器的氣密性檢漏中、氦氣在車架激光焊接中的應(yīng)用。
其它領(lǐng)域
核反應(yīng)堆、電光源、冶金和金屬加工工藝、分析測(cè)試載氣等。這部分氣一般不回收。
膜分離法是一種比較先進(jìn)的氦氣純化技術(shù),該技術(shù)采用先進(jìn)的氦分離膜材料為核心部件,利用膜兩側(cè)氣體的分壓差為推動(dòng)力,通過(guò)膜對(duì)不同組分氣體選擇透過(guò)性差異對(duì)氦氣進(jìn)行分離提純。在極低的溫度下,氦確實(shí)可以形成范德華力,但極其微弱,無(wú)法長(zhǎng)久保持。膜分離法可以在常溫下操作,壓力要求不高,且具有體積小、能耗低、操作簡(jiǎn)單、無(wú)需能源、自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)。但現(xiàn)階段膜分離法中的膜材料大多依靠進(jìn)口,我國(guó)在氣體分離膜材料研發(fā)水平上有待進(jìn)一步提高。
氦鈉化合物2017年2月6日,中國(guó)南開大學(xué)的王慧田、周向鋒團(tuán)隊(duì)及其合作者在《Nature Chemistry》上發(fā)表了有關(guān)在高壓條件下合成氦鈉化合物——Na2He的 ,結(jié)束了氦元素?zé)o化合物的歷史,標(biāo)志著我國(guó)在稀有氣體化學(xué)領(lǐng)域走到了前沿。六氟化硫在電力工業(yè)中的主要優(yōu)點(diǎn)如下:A、電絕緣性能和消弧性能好,絕緣性能為空氣的2~3倍,而且氣體壓力越大,絕緣性能越增z高。此前,研究人員已經(jīng)找到其他元素與氦進(jìn)行配對(duì)的方法。但一直以來(lái),都沒有形成什么能夠穩(wěn)定存在的物質(zhì)。常見的例子就是氦與其他元素的范德華力,無(wú)需共價(jià)鍵或者離子鍵就可以存在。在極低的溫度下,氦確實(shí)可以形成范德華力,但極其微弱,無(wú)法長(zhǎng)久保持。
氮?dú)獾挠猛荆?
由于氮的化學(xué)惰性,常用作保護(hù)氣體,如:瓜果,食品,燈泡填充氣。以防止某些物體暴露于空氣時(shí)被氧所氧化,用氮?dú)馓畛浼Z倉(cāng),可使糧食不霉?fàn)€、不發(fā)芽,長(zhǎng)期保存。液氮還可用作深度冷凍劑。
作為冷凍劑在醫(yī)院做除斑,包,豆等的手術(shù)時(shí)常常也使用,即將斑,包,豆等凍掉,但是容易出現(xiàn)疤B痕,并不建議使用。高純氮?dú)庥米魃V儀等儀器的載氣。用作銅管的光亮退火保護(hù)氣體。跟高純氦氣、高純二氧化碳一起用作激光切割機(jī)的激光Q氣體。
氮?dú)庖沧鳛槭称繁ur保護(hù)氣體的用途。在此基礎(chǔ)上,通過(guò)在膜分離法提純技術(shù)上取得突破,通過(guò)復(fù)合提純分離方法,將純度≥10%的低純氦氣提純至99。在化工行業(yè),氮?dú)庵饕米鞅Wo(hù)氣體、置換氣體、洗滌氣體、安全保障氣體。用作鋁制品、鋁型材加工,鋁薄軋制等保護(hù)氣體。用作回流焊和波峰焊配套的保護(hù)氣體,提高焊接質(zhì)量。用作浮法玻璃生產(chǎn)過(guò)程中的保護(hù)氣體,防錫槽氧化。