鎢的性質(zhì)和主要用途

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1、鎢的性質(zhì)和主要用途(一)鎢的性質(zhì)鎢的熔點為3410℃，沸點約為5900℃，熱導(dǎo)率在10～100℃時為174瓦/米·K，在高溫下蒸發(fā)速度慢、熱膨脹系數(shù)很小，膨脹系數(shù)在0～100℃時，為4.5×10-6·K-1。鎢的比電阻約比銅大3倍。電阻率在20℃為10-8歐姆·米。鎢的硬度大、密度高(密度為19.25克/厘米3)，高溫強度好，電子發(fā)射性能亦佳。鎢的機械性能主要決定于它的壓力加工狀態(tài)與熱處理過程。在冷狀態(tài)下鎢不能進行壓力加工。鍛壓、軋壓、拉絲均需在熱狀態(tài)下進行。常溫下鎢在空氣中穩(wěn)定，在400-500℃鎢開始明顯氧化，形成藍黑色的致密的W03表面保護膜。常溫下鎢不易

2、被酸、堿和王水浸蝕，但溶解于氫氟酸和王水的混合液內(nèi)。(二)鎢的主要用途鎢及其合金廣泛應(yīng)用于電子、電光源工業(yè)。用于制造各種照明用燈泡，電子管燈絲使用的是具有抗下垂性能的摻雜鎢絲。摻雜鎢絲中添加錸。由含錸量低的鎢錸合金絲與含錸量高的鎢錸合金絲制造的熱電偶，其測溫范圍極寬(0～2500℃)，溫度與熱電動勢之間的線性關(guān)系好，測溫反應(yīng)速度快(3秒)，價格相對便宜，是在氫氣氛中進行測量的較理想的熱電偶。鎢絲不僅觸發(fā)了一場照明工業(yè)的革命，同時還由于它的高熔點，在不喪失其機械完整性的前提下，成為電子的一種熱離子發(fā)射體，比如作掃描電(子顯微)鏡和透射電(子顯微)鏡的電子源。還用于

3、作X射線管的燈絲。在X射線管中，鎢絲產(chǎn)生的電子被加速，使之碰撞鎢和鎢錸合金陽極，再從陽極上發(fā)射出X射線。為產(chǎn)生X射線要求鎢絲產(chǎn)生的電子束的能量非常之高，因此被電子束碰撞的表面上的斑點非常之熱，故在大多數(shù)X射線管中使用的是轉(zhuǎn)動陽極。此外大尺寸的鎢絲還用作真空爐的加熱元件。鎢的密度為19.25克/厘米3，約為鐵(7.87克/厘米3)的2.5倍，是周期系最重的金屬元素之一。基于鎢的這一特性制造的高密度的鎢合金(即高比重鎢合金)已成為鎢的一個重要應(yīng)用領(lǐng)域。采用液相燒結(jié)工藝，在鎢粉中同時加入鎳、鐵、銅及少量其他元素，即可制成高密度鎢合金。根據(jù)組分的不同，高密度鎢合金可分為

4、鎢—鎳—鐵和鎢—鎳—銅兩個合金系。通過液相燒結(jié)，其密度可達17～18.6克／厘米3。所謂液相燒結(jié)是指混合粉末壓坯在燒結(jié)溫度下有一定量液相存在的燒結(jié)過程。其優(yōu)點在于液相潤濕固相顆粒并溶解少量固體物質(zhì)，大大加快了致密化和晶粒長大的過程，并達到極高的相對密度。比如對通常在液相燒結(jié)時使用的鎳鐵粉而言，當(dāng)燒結(jié)進行時，鎳鐵粉熔化。盡管在固相鎢(占95％的體分數(shù))中液態(tài)鎳鐵的溶解度極小，但固態(tài)鎢卻易于溶解在液態(tài)鎳鐵中。一旦液體鎳鐵潤濕鎢粒并溶解一部分鎢粉，鎢顆粒則改變形狀，其內(nèi)部孔隙當(dāng)液流進入時立即消失。過程繼續(xù)下去，則鎢顆粒不斷粗化和生長，到最后產(chǎn)生接近100％致密且具有最

5、佳顯微組織的最終產(chǎn)品。用液相燒結(jié)制成高密度鎢合金除密度高外還有比純鎢更好的沖擊性能，其主要用途是制造高穿透力的軍用穿甲彈。碳化鎢在1000℃以上的高溫仍能保持良好的硬度，是切削、研磨的理想工具。1923年德國的施羅特爾(Schroter)正是利用WC的這一特性才發(fā)明WC-Co硬質(zhì)合金的。由于WC-Co硬質(zhì)合金作為切削刀具及拉伸、沖壓模具帶來了巨大的商機，很快在1926～1927年便實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。簡單地說，先將鎢粉(或W03)與碳黑的混合物在氫氣或真空中于一定溫度下碳化，即制成碳化鎢(WC)，再將WC與金屬粘結(jié)劑鈷按一定比例配料，經(jīng)過制粉、成型、燒結(jié)等工藝，制

6、成刀具、模具、軋輥、沖擊鑿巖鉆頭等硬質(zhì)合金制品。目前使用的碳化鎢基硬質(zhì)合金大體上可分為碳化鎢—鈷、碳化鎢—碳化鈦—鈷、碳化鎢—碳化鈦—碳化鉭(鈮)—鈷及鋼結(jié)硬質(zhì)合金等四類，在當(dāng)前全球每年約5萬噸鎢的消費量中，碳化鎢基硬質(zhì)合金約占63％。據(jù)最近的消息，全球硬質(zhì)合金的總產(chǎn)量約33000噸/年，消耗鎢總供應(yīng)量的50％～55％。鎢是高速工具鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、彈簧鋼、耐熱鋼和不銹鋼的主要合金元素，用于生產(chǎn)特種鋼的鎢的用量很大。鎢可以通過固溶強化、沉淀強化和彌散強化等方法實現(xiàn)合金化，借以提高鎢材的高溫強度、塑性。通過合金化，鎢已形成多種對當(dāng)代人類文明有重大影響的有色金屬合金。

7、鎢中加入錸(3％～26％)能顯著提高延展性(塑性)及再結(jié)晶溫度。某些鎢錸合金經(jīng)適當(dāng)高溫退火處理后，延伸率可達到5％，遠較純鎢或摻雜鎢的1％～3％為高。鎢中加入0.4％～4.2％氧化釷(ThO2)形成的鎢釷合金，具有很高的熱電子發(fā)射能力，可用作電子管熱陰極、氬弧焊電極等，但ThO2的放射性長期未得到解決。我國研制的鈰鎢(W-CeO2)合金及用La2O3和Y203作彌散劑制成的鑭鎢、釔鎢合金(氧化物含量一般在2.2％以下)代替W-Th02合金，均已大量用作氬弧焊、等離子焊接與切割及非自耗電弧爐等多種高溫電極。鎢銅、鎢銀合金是一種組成元素間并無反應(yīng)因而不形成新相的粉冶

8、復(fù)合材料。鎢銀、鎢銅合金