钨的性质和主要用途
钨冶炼技术的现状与发展

钨冶炼技术的发展将对全球经济产生重 要影响。随着钨在高新技术领域的应用 不断扩大,钨的需求量将不断增加,推
动钨冶炼技术的不断发展。
钨冶炼技术的进步将促进相关产业的发 展。钨冶炼技术的优化和改进将带动采 矿、化工、新材料等上下游产业的发展
,为全球经济的发展注入新的活力。
钨冶炼技术的国际合作与交流将进一步 加强。随着全球经济的融合和技术的快 速发展,各国在钨冶炼技术方面的合作 与交流将更加频繁和紧密,共同推动钨
新型钨冶炼技术的研究和应用将不断涌现。例如,生物冶金、化学冶金 等新型钨冶炼技术的研究和应用将为钨资源的开发利用提供新的途径。
钨冶炼技术与新材料技术的结合将更加紧密。随着新材料技术的不断发 展,钨冶炼技术将与新材料技术相结合,开发出具有优异性能的钨基新 材料,满足高新技术领域的需求。
钨冶炼技术对全球经济的影响
交流平台
建立钨冶炼技术交流平台,可以促进各国之 间的技术交流和合作,推动钨冶炼技术的共 同发展。
05
钨冶炼技术的前景展望
钨在高新技术领域的应用前景
钨在高新技术领域具有广泛的应用前景,如航空 航天、核能、电子、超导等。钨的高熔点、高密 度和良好的导电性能使其成为这些领域的关键材 料。
在核能领域,钨被用作核反应堆的反射层和遮蔽 剂,能够有效吸收和反射中子,提高核反应效率 。
钨的用途
钨在工业中广泛应用,主要用于 钢铁、有色金属、玻璃等材料的 添加剂,以及硬质合金、高温合 金、航天材料等领域。
钨冶炼技术的发展历程
早期钨冶炼技术
早期钨冶炼技术包括钨精矿的焙烧、 酸浸、沉矾、还原等工序,但该技术 流程长、能耗高、环境污染严重。
现代钨冶炼技术
现代钨冶炼技术包括酸分解、溶剂萃 取、离子交换、萃取剂回收等技术, 具有流程短、能耗低、环保等优点。
钨及其化合物

钨及其化合物1. 简介钨(符号:W)是一种重金属元素,原子序数为74。
它是地壳中含量很少的元素之一,但在自然界中主要以矿石的形式存在,如钨矿石和钨酸盐。
钨具有高熔点、高密度和良好的耐腐蚀性能,因此被广泛应用于各个领域。
钨及其化合物具有许多重要的应用,包括工业、冶金、电子、化学、医药等领域。
本文将深入探讨钨及其化合物的性质、制备方法以及应用领域。
2. 钨的性质2.1 物理性质钨是一种银白色金属,具有很高的密度(19.3 g/cm³),仅次于铂和金。
它具有很高的熔点(3422 °C)和沸点(5930 °C),使得它在高温环境下表现出优异的稳定性。
此外,钨还具有良好的导电和导热性能。
2.2 化学性质钨是一种非常稳定的元素,不受大多数酸和碱的侵蚀。
它可以与氧、硫、氮等元素形成多种化合物。
钨的最常见的氧化态是+6,但它也可以形成+4和+5的氧化态。
3. 钨化合物3.1 氧化钨(WO₃)氧化钨是一种常见的钨化合物,具有黄色或淡黄色的颜色。
它具有很高的稳定性和光学特性,因此被广泛应用于陶瓷、涂料、染料和催化剂等领域。
3.2 钨酸盐钨酸盐是一类以钨酸根离子(WO₄²⁻)为主要成分的化合物。
它们通常具有良好的溶解性和稳定性,在催化剂、电池、材料科学等领域有重要应用。
4. 钨及其化合物的制备方法4.1 钨的提取钨通常以矿石形式存在,如黑钨矿(FeWO₄)和白钨矿(CaWO₄)。
提取钨的方法包括浮选、重选、浸出等步骤,最终得到钨精矿。
然后,通过化学反应和冶炼过程,将钨精矿转化为纯净的钨金属。
4.2 钨化合物的合成钨化合物的合成方法多种多样,包括溶液法、固相法、气相法等。
具体方法根据目标化合物的性质和应用需求选择。
5. 钨及其化合物的应用领域5.1 工业领域由于钨具有高熔点和高密度,它被广泛应用于工业领域。
例如,钨被用作高温炉、电弧焊接电极、切削工具等。
5.2 冶金领域钨在冶金领域中也有重要应用。
金属钨

二,金属钨的化学性质
它的防腐性能非常好,大多数无机酸对它的侵 蚀很小.在空气里它的表面上形成一层保护性 的氧化物,但是在高温下它会被完全氧化.钢 里加入少量钨可以大大地增高钢的硬度.
一,钨和单质的反应
(1)钨和卤素反应
钨可以和氟气反应,粉状的钨在200℃反应, 微粉常温下便能和氟气反应,而钨棒在300℃ 才和氟气反应.钨和氟气反应主要牵扯到以下 反应: W+3F2==WF6; 2W+5F2==2WF5; W+3F2==WF5+F 在有氧气存在时,会有四氟氧化钨(WOF4)生成. 六氟化钨为无色体心立方或斜方晶,熔点2℃, 17.1℃沸腾,遇水分解.四氟氧化钨为无色单 斜晶,熔点110℃,沸点185.9℃,极易潮解, 在潮湿空气中转黄,生成氢氟酸及钨酸,不溶 于四氯化碳.
溶解的方程式如下: 氟王水: W+2HNO3+6HF→WF6+2NO↑+4H2O 3W+12HF+6HNO3→3WOF4+6NO↑+9H2O 王水: W+2HNO3→WO3+2NO↑+H2O W+2HCl+2HNO3→WO2Cl2+2NO↑+2H2O 在230℃钨粉可以溶解在90%磷酸中: 12W+H3PO4+36H2O→H3 [P(W3O10) 4]+36H2↑ 钨在碳酸(饱和CO2水溶液),油酸中无显 著侵蚀.
钨的稳定同位素有:182W(丰度26.50%), 183W(丰度14.30%),184W(丰度30.64%), 186W(丰度28.43%)
【三,金属钨】
一,金属钨的物理性质 钨的核性质
钨是一种化学元素,它的化学符号是W,它 的原子序数是74,是一种非常硬的,锡白 色的过渡金属.纯钨很脆,不易加工.含 有钨的矿物有黑钨矿和白钨矿等.钨的物 理特征非常强,尤其是它的熔点非常高, 是所有非合金金属中最高的.纯钨主要用 在电器和电子设备中,它的许多化合物和 合金也被用在许多其它应用中(最常见的 有灯泡的灯丝,在X射线管中以及在高温合 金中也有钨使用).
钨的用途和应用领域及前景

钨的用途和应用领域及前景钨是一种重要的金属元素,具有高熔点、高密度、高硬度、高强度和良好的耐腐蚀性等特点,因此具有广泛的用途和应用领域。
下面我将详细介绍钨的用途和应用领域,以及其未来的发展前景。
1. 钨的用途(1)燃烧器和火箭发动机:钨是一种热稳定材料,具有极高的熔点和抗热腐蚀性,因此广泛应用于燃烧器和火箭发动机等高温环境下。
钨的高熔点使其能够在高温下保持稳定的性能,抗热腐蚀性使其能够抵御高温下的氧化和腐蚀。
(2)电子和电力工业:钨具有良好的导电性,低的膨胀系数和高的熔点,因此广泛应用于电子和电力工业。
例如,钨电极用于电弧焊接、电弧切割和电弧炉。
此外,钨的高熔点使其成为电子元件中的重要材料,如耐高温的电子电极、阴极和触发电子器件。
(3)合金材料:钨可以与其他金属形成高强度的合金材料,具有良好的实用性能。
例如,钨合金用于生产高速切削工具、高温合金、钢铁冶炼工具、航空航天部件等。
钨合金具有高硬度、高熔点、耐腐蚀和优良的耐磨性,使其在制造业中得到广泛应用。
(4)防弹材料:钨具有高密度和高硬度,因此被用于制造防弹材料和护甲。
钨合金可以提供更好的防弹效果和抗冲击性能,用于制造坦克、装甲车辆和防弹衣等。
(5)医疗领域:钨具有良好的生物相容性和抗溶性,因此被广泛应用于医疗领域。
例如,钨制的医疗器械和手术工具,在手术和治疗中被广泛使用。
此外,钨也被用于放射治疗中的X射线防护装置和核医学。
2. 钨的应用领域(1)航空航天工业:钨具有高强度和高温稳定性,在航空航天工业中有广泛的应用。
例如,钨合金用于制作航天器的发动机喷嘴和火箭发动机的喷管。
此外,钨也被用于生产航空发动机中的叶片和制动器件等。
(2)能源领域:随着能源需求的增加和清洁能源的发展,钨在能源领域的应用也逐渐增多。
例如,钨合金被用作电池材料、核反应堆中的包覆材料以及太阳能电池组件等。
(3)汽车工业:钨合金被广泛应用于汽车制造中,例如用于制造发动机活塞环、汽油喷嘴、刹车盘和变速器部件等。
钨丝断的熔点

钨丝断的熔点钨丝是一种高温金属材料,具有很高的熔点。
钨丝主要用于制造电子器件和照明器具等。
为了更好地了解钨丝断的熔点,我们需要了解钨丝的物理性质和热学性质。
一、钨丝的物理性质1. 密度:钨的密度是19.25克/立方厘米,这是一种比较高的密度。
由于钨丝的密度较大,因此钨丝比其他金属线更加坚韧。
2. 延展性:钨具有很好的延展性,可以轻松制成钨丝。
这是由于钨的结晶结构和金属键有关。
3. 导电性:钨是一种良好的导体,它对电流的导通率相对较高。
1. 熔点:钨的熔点是3410℃,是所有金属中的最高值。
由于钨的熔点非常高,因此钨丝是一种耐高温材料,可以承受高温环境下的高温和蒸汽。
2. 导热性:钨的导热性非常好,可以承受高温环境下的很高热传导。
3. 热膨胀系数:钨具有较小的热膨胀系数,意味着即使在高温下,钨线也能保持它的形状和稳定性。
钨丝的熔点是3410℃,是所有金属中的最高值。
这种高熔点是由于钨的原子结构和金属键的特殊性质所决定的。
钨的电子排布使其具有高的熔点和高的阻值。
钨丝的制造一般采用拉伸法。
在拉伸过程中,钨坯经过多次卷绕、拉扯、加热和冷却等工序,使其变得细而长。
最终的钨丝具有非常好的稳定性和耐热性。
由于钨丝的熔点比其他材料都要高,因此它可以在高温下长时间工作而不被熔化或退化。
因此,它经常用于制造高强度的电子设备和灯泡。
钨丝由于其物理和热学性质的优点而被广泛应用于各种高温加热设备和照明用途。
在制造过程中,钨丝可以通过滚动、切割、拉伸、焊接等方式进行加工,以适应不同的应用领域。
钨熔点高的用途

钨熔点高的用途引言钨是一种重要的金属元素,具有很高的熔点。
它的熔点达到3422摄氏度,是所有金属中熔点最高的。
由于其特殊的性质,钨被广泛应用于各个领域。
本文将详细介绍钨熔点高的用途。
1. 钨合金钨合金是将钨与其他金属元素(如铁、镍等)合金化制成的材料。
由于钨具有高熔点和高密度等特点,钨合金具有以下优势:•高温稳定性:由于钨合金的高熔点,它能够在极端高温下保持稳定性,不易软化、变形或融化。
钨合金常被用作高温工具、耐火材料和航空航天器件等。
•高密度:钨合金具有较高的密度,比大多数其他材料都要重。
这使得它在一些需要提供惯性力或增加质量的应用中非常有用。
在汽车工业中,钨合金被用作平衡块以提供稳定性。
•耐腐蚀性:钨合金能够抵抗多种化学物质的侵蚀,因此在一些要求耐腐蚀性的场合中得到广泛应用,如化工设备、医疗器械等。
•高硬度:钨合金具有很高的硬度,比大多数金属都要硬。
这使得它在切割、钻孔和磨削等领域中成为理想的材料。
2. 电子行业由于钨具有良好的导电性和高熔点,它在电子行业中得到了广泛应用。
•钨丝:由于钨具有良好的导电性和高熔点,它被用来制造灯丝。
在白炽灯和卤素灯中,钨丝被作为发光源使用。
•电子极片:在电子器件中,钨也常被用作极片材料。
由于其高熔点和低膨胀系数,钨极片能够在高温环境下保持稳定性,并具有较长的使用寿命。
•钨箔:由于钨具有良好的导电性和高熔点,它被用来制造电容器和集成电路等电子元件。
钨箔的高熔点使得它能够承受高温焊接过程。
3. 航空航天工业航空航天工业对材料的要求非常严格,需要材料具有高强度、耐高温和耐腐蚀等特性。
钨由于其高熔点和其他优异的性能,被广泛应用于航空航天工业中。
•引擎零件:由于钨合金具有高温稳定性和耐腐蚀性,它被用作航空发动机的关键部件。
喷气发动机中的喷嘴、涡轮和涡轮叶片等部件通常采用钨合金制造。
•火箭喷嘴:火箭发动机需要承受极端高温和高压环境,而钨由于其高熔点和耐腐蚀性,在火箭喷嘴中得到了广泛应用。
钨 稀有元素

钨稀有元素-概述说明以及解释1.引言1.1 概述钨是一种稀有元素,属于周期表中的第74号元素,化学符号为W。
它具有高熔点、高密度、高硬度等优良物理性质,因此在工业和科学领域有着广泛的应用。
钨的发现和开发历史悠久,其在现代社会中地位重要,但钨资源却相对稀缺。
本文将从钨的发现历史、物理化学性质、工业与科学应用、资源保护与开发以及未来发展趋势等方面对钨进行深入探讨,希望能够更全面地了解这一重要稀有元素的价值和意义。
1.2 文章结构文章结构部分:本文分为引言、正文和结论三部分。
在引言部分,将概述钨元素的基本信息,介绍钨的历史和发现,并明确本文的目的。
在正文部分,将详细讨论钨的发现与历史、钨的物理性质与化学性质,以及钨在工业与科学中的应用。
最后,在结论部分,将总结钨在现代社会中的地位,讨论钨资源的保护与开发,以及展望钨的未来发展趋势。
整个文章结构清晰,层次分明,有助于读者全面了解钨这一稀有元素的重要性和未来发展方向。
1.3 目的:本文旨在探讨钨这一稀有元素的重要性和广泛应用,介绍钨的发现与历史、物理性质与化学性质,以及其在工业与科学中的应用。
同时,分析钨在现代社会中的地位,探讨钨资源的保护与开发,以及钨的未来发展趋势。
通过本文的研究,旨在让读者更深入地了解钨这一稀有元素在人类社会中的重要性和未来发展的潜力。
部分的内容2.正文2.1 钨的发现与历史钨是一种稀有元素,它在自然界中并不常见。
钨最早是在青铜时代被发现的,当时人们并不知道这种物质的存在。
直到1783年,西班牙化学家德尔皮亚杰首次从一种新矿石中分离出了钨。
他将这种矿石命名为"沃尔芬矿",后来被命名为钨矿。
在19世纪,随着化学分析和矿产学的发展,人们对钨有了更深入的了解。
南非、葡萄牙和康瓦尔的矿区开始开采钨矿,成为钨的主要生产地。
随着对钨的应用需求不断增长,钨的重要性也日益凸显。
它被广泛应用于灯丝、电机、工具和合金等领域。
钨的发现与历史不仅是对这种稀有元素的认识,也反映了人类对材料科学和工业发展的不断探索和进步。
钨的应用特点及原理 (2)

钨的应用特点及原理1. 介绍钨(符号:W)是一种化学元素,属于过渡金属。
它的特点在于其高熔点、高密度和良好的电子发射性能。
由于这些特点,钨在许多领域具有广泛的应用。
本文将介绍钨的应用特点及其原理。
2. 应用特点钨具有以下几个显著的应用特点:•高熔点:钨具有非常高的熔点,达到3422°C。
这使得钨可以在高温环境下保持其稳定性和原有性能,使其非常适合用于高温工艺和高温设备中。
•高密度:钨具有非常高的密度,为19.3克/立方厘米。
这使得钨具有良好的抗辐射能力,在核设备、航天器和高速工具等领域得到广泛应用。
•良好的电子发射性能:钨具有优异的电子发射性能,可以在低电压下产生高电子能量。
这使得钨被广泛应用于电子器件、电视显像管和射频管等领域。
3. 应用原理钨的应用原理主要基于其特殊的物理和化学性质。
以下是钨的一些应用原理:•高熔点的应用原理:钨的高熔点使其在高温环境下具有良好的稳定性。
这使得钨可以用于制造高温炉、热电偶、高温容器等设备。
•高密度的应用原理:钨的高密度使其具有良好的辐射抗性。
在核工程中,钨被用作辐射屏蔽材料,可以有效减少核辐射对人体的危害。
•良好的电子发射性能的应用原理:钨的电子发射能力较好,可以在低电压下产生高能量的电子。
这使得钨被广泛应用于电子器件中,如电视显像管、射频管等。
4. 应用领域钨的应用领域十分广泛,涵盖了许多重要的工业和科学领域。
以下是钨常见的应用领域:•电子器件:钨被广泛应用于电视显像管、射频管、真空断路器等电子器件中,主要是因为其良好的电子发射性能。
•核工程:由于钨具有高密度和辐射抗性,因此在核工程中被用作辐射屏蔽材料和控制材料。
•航空航天器:钨的高密度和高熔点使其成为航空航天器中重要的材料,用于制造发动机喷嘴、燃烧室等部件。
•高温工艺:钨的高熔点和良好的稳定性使其非常适合在高温工艺中使用,例如高温炉、高温容器等设备。
•光学器件:钨被用作制造X射线管的阴极材料。
钨的高熔点和电子发射性能使其成为理想的阴极材料。
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钨的性质和主要用途㊣钨钼材料的应用钨钼材料常常因为以下 9 种性质而在不同工业中得到重要应用。
1)高熔点2)极低的蒸气压(这对难熔和真空行业的应用尤其重要。
)3)高温物理强度大(用于高温环境中的结构件)4)抗蠕变(高温负载结构件。
尺寸稳定性高。
如:大型航空发动机涡轮叶片的锻造模具。
)5)高的弹性模量6)极低的热胀系数(对于金属-陶瓷结构,金属-半导体结构,金属-石墨结构的应用非常重要。
如在 LED 领域,被视为大功率 LED 的未来的 V-LED 将会使用钼或者钼铜材料作为基底材料)7)优良的导电率(金属特性)8)优良的导热性(金属特性)9)选择性的抗侵蚀能力(一)钨的性质钨的熔点为3410℃,沸点约为5900℃,热导率在10~100℃时为174瓦/米·K,在高温下蒸发速度慢、热膨胀系数很小,膨胀系数在0~100℃时,为4.5×10-6·K-1。
钨的比电阻约比铜大3倍。
电阻率在20℃为10-8欧姆·米。
钨的硬度大、密度高(密度为19.25克/厘米3),高温强度好,电子发射性能亦佳。
钨的机械性能主要决定于它的压力加工状态与热处理过程。
在冷状态下钨不能进行压力加工。
锻压、轧压、拉丝均需在热状态下进行。
常温下钨在空气中稳定,在400-500℃钨开始明显氧化,形成蓝黑色的致密的W03表面保护膜。
常温下钨不易被酸、碱和王水浸蚀,但溶解于氢氟酸和王水的混合液内。
(二)钨的主要用途钨及其合金广泛应用于电子、电光源工业。
用于制造各种照明用灯泡,电子管灯丝使用的是具有抗下垂性能的掺杂钨丝。
掺杂钨丝中添加铼。
由含铼量低的钨铼合金丝与含铼量高的钨铼合金丝制造的热电偶,其测温范围极宽(0~2500℃),温度与热电动势之间的线性关系好,测温反应速度快(3秒),价格相对便宜,是在氢气氛中进行测量的较理想的热电偶。
钨丝不仅触发了一场照明工业的革命,同时还由于它的高熔点,在不丧失其机械完整性的前提下,成为电子的一种热离子发射体,比如作扫描电(子显微)镜和透射电(子显微)镜的电子源。
还用于作X射线管的灯丝。
在X射线管中,钨丝产生的电子被加速,使之碰撞钨和钨铼合金阳极,再从阳极上发射出X射线。
为产生X射线要求钨丝产生的电子束的能量非常之高,因此被电子束碰撞的表面上的斑点非常之热,故在大多数X射线管中使用的是转动阳极。
此外大尺寸的钨丝还用作真空炉的加热元件。
钨的密度为19.25克/厘米3,约为铁(7.87克/厘米3 )的2.5倍,是周期系最重的金属元素之一。
基于钨的这一特性制造的高密度的钨合金(即高比重钨合金)已成为钨的一个重要应用领域。
采用液相烧结工艺,在钨粉中同时加入镍、铁、铜及少量其他元素,即可制成高密度钨合金。
根据组分的不同,高密度钨合金可分为钨—镍—铁和钨—镍—铜两个合金系。
通过液相烧结,其密度可达17~18.6克/厘米 3 。
所谓液相烧结是指混合粉末压坯在烧结温度下有一定量液相存在的烧结过程。
其优点在于液相润湿固相颗粒并溶解少量固体物质,大大加快了致密化和晶粒长大的过程,并达到极高的相对密度。
比如对通常在液相烧结时使用的镍铁粉而言,当烧结进行时,镍铁粉熔化。
尽管在固相钨(占95%的体分数)中液态镍铁的溶解度极小,但固态钨却易于溶解在液态镍铁中。
一旦液体镍铁润湿钨粒并溶解一部分钨粉,钨颗粒则改变形状,其内部孔隙当液流进入时立即消失。
过程继续下去,则钨颗粒不断粗化和生长,到最后产生接近100%致密且具有最佳显微组织的最终产品。
用液相烧结制成高密度钨合金除密度高外还有比纯钨更好的冲击性能,其主要用途是制造高穿透力的军用穿甲弹。
碳化钨在1000℃以上的高温仍能保持良好的硬度,是切削、研磨的理想工具。
1923年德国的施罗特尔(Schroter)正是利用WC的这一特性才发明WC-Co硬质合金的。
由于WC-Co硬质合金作为切削刀具及拉伸、冲压模具带来了巨大的商机,很快在1926~1927年便实现了工业化生产。
简单地说,先将钨粉(或W03)与碳黑的混合物在氢气或真空中于一定温度下碳化,即制成碳化钨(WC),再将WC与金属粘结剂钴按一定比例配料,经过制粉、成型、烧结等工艺,制成刀具、模具、轧辊、冲击凿岩钻头等硬质合金制品。
目前使用的碳化钨基硬质合金大体上可分为碳化钨—钴、碳化钨—碳化钛—钴、碳化钨—碳化钛—碳化钽(铌)—钴及钢结硬质合金等四类,在当前全球每年约5万吨钨的消费量中,碳化钨基硬质合金约占63%。
据最近的消息,全球硬质合金的总产量约33000吨/年,消耗钨总供应量的50%~55%。
钨是高速工具钢、合金结构钢、弹簧钢、耐热钢和不锈钢的主要合金元素,用于生产特种钢的钨的用量很大。
钨可以通过固溶强化、沉淀强化和弥散强化等方法实现合金化,借以提高钨材的高温强度、塑性。
通过合金化,钨已形成多种对当代人类文明有重大影响的有色金属合金。
钨中加入铼(3%~26%)能显著提高延展性(塑性)及再结晶温度。
某些钨铼合金经适当高温退火处理后,延伸率可达到5%,远较纯钨或掺杂钨的1%~3%为高。
钨中加入0.4%~4.2%氧化钍(ThO2)形成的钨钍合金,具有很高的热电子发射能力,可用作电子管热阴极、氩弧焊电极等,但ThO2的放射性长期未得到解决。
我国研制的铈钨(W-CeO2)合金及用La2O3和Y203作弥散剂制成的镧钨、钇钨合金(氧化物含量一般在2.2%以下)代替W-Th02合金,均已大量用作氩弧焊、等离子焊接与切割及非自耗电弧炉等多种高温电极。
钨铜、钨银合金是一种组成元素间并无反应因而不形成新相的粉冶复合材料。
钨银、钨铜合金实际上不是合金,故被视为假合金。
钨银合金即是常提及的渗银钨。
此类合金含20%~70%铜或银,兼有铜、银的优异导电导热性能与钨的高熔点、耐烧蚀等性能,主要用作火箭喷嘴、电触点及半导体支承件。
国外一种北极星A-3导弹的喷嘴就是用渗有10%~15%银的钨管制造的,重量达数百千克的阿波罗宇宙飞船用的火箭喷嘴也是钨制造的。
钨钼合金具有比纯钨更高的电阻率、更优异的韧性,已用作电子管热丝、玻璃密封引出线。
钨作为合金元素,在有色金属合金中要提及的还有超合金。
上个世纪40年代为适应航空用涡轮发动机对高温材料的需要,在隆隆的炮火中诞生了超合金。
超合金由镍基、钴基、铁基三类特种结构合金组成。
它们在高温(500~1050 ℃)下作业时仍能保持极高的强度、抗蠕变性能、抗氧化性能及耐蚀性。
此外,它们在长达数年的使用期限内,可保证不会断裂,也就是具有耐高周期疲劳和低周期疲劳的特性。
这类性能对人命关天的航空航天产业万分重要。
目前使用的知名超合金共有35~40个牌号,其中相当一部分的主成分之一这些合金中钨的用量最低为0.6%,最高为15%,占有比例并不高,但从高温工程如航空工业和热电厂对他们的需求绝对数量看,其用量将十分可观。
估计全球在超合金中,大约2/3以上用于航空航天业,1/7用于核电站、燃气涡轮电站,另1/7用于海事作业和运输业。
钨的主要问题是咨源短缺。
为此一些钨资源短缺地区如欧洲开展了以钼代钨的研究,另外从节约材料的角度考虑,国外还出现了高工效的涂层硬质合金。
估计硬质合金涂层本身在硬度、化学稳定性、耐磨性能、摩擦系数(要求低)、热导率以及阻挡钴和碳从基材(衬底)扩散的有效性等方面大体已经解决。
在电子工业尤其是集成电路制造中,利用化学气相沉积(CVD)在衬底上形成薄膜的技术,是一项与粉冶技术生产钨的体材料(块材)产品完全不同的工艺。
最常见的是用六氟化钨作CVD沉积过程的钨源。
室温下的WF6是液体,但通过待涂覆的零件时WE6因本身极高的蒸气压而与氢气合流,在大约300℃通过WF6+3H2→W+6HF反应而有选择地涂在工件表面上。
如沉积在集成电路上形成的钨通道(vias)作为小的金属插头可连接到电路板的另一条水平导线上。
这种小插头的直径为0.4毫米,长径比为2.5,以后还可以把直径缩小到0.1毫米,使长径比达到5。
由于钨具有优异的导电性,且不与周围的材料反应等条件,因此CVD法是填充通道、净化不需要钨的表面的唯一方法。
钼的性质和主要用途钼的性质(熔点2610°、密度10.22g/cm³)钼与钨的性质非常相近,其沸点(5560°)和导电性能突出,线热膨胀系数小,较钨易于加工。
金属钼的热导率[135瓦/(米·开)]与比热[0.276千焦/(千克·开)]呈最佳搭配,使它成为抗热震和热疲劳的天然选择。
它的熔点为2620℃,次于钨、钽,但密度却较之低得多,因此其比强度(强度/密度)大于钨、钽等金属,在对重量要求极关键的应用中,更为有效。
钼在1200℃仍有高的强度。
钼的主要缺点是抗高温氧化性能差(高于600℃迅速氧化)和室温延性不佳。
为扬长避短,对高温氧化问题多采用涂层(如涂MoSi2、镀镍、镀铬等)办法控制;对塑性过差即通常说的低温脆化的欠缺,则通过合金强化和加人碳化物实现强化等措施解决。
钨(W)、铼(Re)、钽(Ta)、钛(Ti)和锆(Zr)等是常见的固溶强化元素。
钨是钼的主要固溶强化元素,铼可把延脆转变温度降到—200℃。
由它们形成的工业钼合金参见表。
其中由镧构成的钼镧合金显示出极为突出的抗蠕变及高温变形能力,其在高温下的这一特性表现得尤为明显。
钼的用途从全球的消费结构看,钼确实称得上是铁的同盟军。
西方发达国家对钼的需求80%源于钢铁,不锈钢吸纳30%的钼,低合金钢吸纳30%,钻探刀头和切削刀具占10%,铸钢占10%。
另外20%的钼消费在钼化学制品、钼基润滑剂和石油精炼等方面。
颇为典型的美国1998年在钢铁生产中钼的消费比例是75%。
此外以钼为基的合金在电子、金属加工及航天工业中也得到日益广泛的应用。
1.钼合金TZM合金具有优异的高温强度及综合性能,是应用最广泛的钼合金。
美国用TZM合金制作发动机的涡轮盘,其用钼量占钼总用量的15%。
我国生产包括TZM钼合金在内的钼材已不下于22个牌号,20世纪90年代初我国钼及钼制品的产量已近200吨。
TZM和TZC钼合金的高温机械性能比纯钼好,广泛用于制造高温工、模具及各种结构件。
我国早在20世纪年代即已成功地将它们制成各种无缝钢管的热穿孔顶头。
此种用粉冶技术制造的烧结钼顶头减少了原料消耗(为铸态的50%),平均使用寿命提高1.5~2倍。
钼铼合金(含50%Re)制成的无缝管高温性能优良,可在接近其熔点的温度下使用,用作热电偶套管和电子管阴极的支架、环、栅极等零件。
钼及钼合金除具有高温强度,良好的导电、导热和低的热膨胀系数(与电子管用玻璃相近)外,还拥有较钨易于加工的优势,因此用常规加工方法生产的板、带、箔、管、棒、线和型材等在电子管(栅极和阳极)、电光源(支撑材料)零件,金属加工工具(压铸和挤压模、锻模、穿孔顶头、液态金属滤筛)及涡轮盘等部件中得到广泛应用。