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钨的加工与应用

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钨的加工与应用

2022-07-08
    世界上每年消费大约50000t钨,主要用作硬质合金、钢和其它合金添加剂,其它应用包括灯丝、电气和电子接触、线材、棒材和电炉部件。
  作为硬质合金添加剂的碳化钨、用于合金化的元素钨和白炽灯的钨丝,都采用粉末冶金制造。生产钨的矿石大部分是锰铁钨矿(WO4)和白钨(CaWO4),矿石可用多种方法加工,但大多数工艺Z终得到的钨是以铵仲钨酸盐(APT)的形式出现,这种化合物还原成氧化钨,再用氢将氧化钨还原制造钨粉末。钨粉末可被压制和烧结供各种应用,或进一步反应制成碳化钨之类产品。
  钨的Z重要应用之一是白炽灯灯丝。早已开发出的掺铝-钾-硅 的钨现在用于所有白炽灯灯丝。开发的关键是粉末加工,将钾混入钨。通过氧化钨粉末与含铝-钾-硅元素的水溶液混合掺杂,氧化粉末还原成钨,掺杂的粉末压成型并烧结成锭,制锭的温度要求在1900~2400℃。烧结过程中,铝和硅脱出,钾(比其他二种元素扩散慢)保留在锭的孔隙中。这种锭可机加工至所需尺寸,如Z终产品是线材,锭需在高温下进行压延或锻制,随后拉丝并产生显微结构。
  钨丝不仅用于灯丝。由于高熔化温度,钨可被加热而成为电子的热离子发射体,不失去机械完整性,因此,钨丝常用作扫描电镜和透射电镜的电子源,用作X射线管的灯丝。大尺寸的钨丝也常用作真空炉的加热元件。值得注意的是,在上述这些应用中,钨均是被置于受控制的环境中,以防止其氧化。
  用于制造上述产品的烧结工艺包括钨粉的压制和烧结,不添加其他粉末,经几步热机械加工后可使其完全致密。但一些应用要求活性烧结,粉末中需添加一种元素,以提高烧结速率和降低烧结温度。例如,在高密度钨合金材料中,钨粉末液相烧结,(通常含有镍-铁粉末)制取复合材料,其中钨约占95%(体积比)。烧结过程中,钨铁粉末熔化,虽然液态镍-铁在固态钨中的溶解度小,但固态钨容易在液态镍-铁中溶解。液体浸湿钨颗粒并溶解部分粉末,颗粒改变形状,液体流入孔隙,孔隙消除。随着加工的继续进行,颗粒聚结和生长,产生Z终产品,它几乎100%致密并有显微结构。用这种方法制造的主要产品之一是军用装甲车的动能穿甲弹,这种应用利用了钨的高密度。据知,液态烧结材料比用普通粉末加工的纯钨具有更好的冲击性能。
  粉末冶金是制取体状钨产品Z通用的方法,与粉末冶金完全不同的一种方法是化学气相淀积(CVD),即在衬底上产生钨涂层。六氟化钨是CVD工艺用的Z普通的钨源。这一工艺Z重要的应用在电子工业,用于集成电路。


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