鎢的加工與應(yīng)用

世界上每年消費(fèi)大約50000t鎢，主要用作硬質(zhì)合金、鋼和其它合金添加劑，其它應(yīng)用包括燈絲、電氣和電子接觸、線材、棒材和電爐部件。

　　作為硬質(zhì)合金添加劑的碳化鎢、用于合金化的元素鎢和白熾燈的鎢絲，都采用粉末冶金制造。生產(chǎn)鎢的礦石大部分是錳鐵鎢礦(WO4)和白鎢(CaWO4),礦石可用多種方法加工，但大多數(shù)工藝Z終得到的鎢是以銨仲鎢酸鹽(APT)的形式出現(xiàn)，這種化合物還原成氧化鎢，再用氫將氧化鎢還原制造鎢粉末。鎢粉末可被壓制和燒結(jié)供各種應(yīng)用，或進(jìn)一步反應(yīng)制成碳化鎢之類產(chǎn)品。

　　鎢的Z重要應(yīng)用之一是白熾燈燈絲。早已開發(fā)出的摻鋁-鉀-硅 的鎢現(xiàn)在用于所有白熾燈燈絲。開發(fā)的關(guān)鍵是粉末加工，將鉀混入鎢。通過(guò)氧化鎢粉末與含鋁-鉀-硅元素的水溶液混合摻雜，氧化粉末還原成鎢，摻雜的粉末壓成型并燒結(jié)成錠，制錠的溫度要求在1900～2400℃。燒結(jié)過(guò)程中，鋁和硅脫出，鉀(比其他二種元素?cái)U(kuò)散慢)保留在錠的孔隙中。這種錠可機(jī)加工至所需尺寸，如Z終產(chǎn)品是線材，錠需在高溫下進(jìn)行壓延或鍛制，隨后拉絲并產(chǎn)生顯微結(jié)構(gòu)。

　　鎢絲不僅用于燈絲。由于高熔化溫度，鎢可被加熱而成為電子的熱離子發(fā)射體，不失去機(jī)械完整性，因此，鎢絲常用作掃描電鏡和透射電鏡的電子源，用作X射線管的燈絲。大尺寸的鎢絲也常用作真空爐的加熱元件。值得注意的是，在上述這些應(yīng)用中，鎢均是被置于受控制的環(huán)境中，以防止其氧化。

　　用于制造上述產(chǎn)品的燒結(jié)工藝包括鎢粉的壓制和燒結(jié)，不添加其他粉末，經(jīng)幾步熱機(jī)械加工后可使其完全致密。但一些應(yīng)用要求活性燒結(jié)，粉末中需添加一種元素，以提高燒結(jié)速率和降低燒結(jié)溫度。例如，在高密度鎢合金材料中，鎢粉末液相燒結(jié)，(通常含有鎳-鐵粉末)制取復(fù)合材料，其中鎢約占95％（體積比）。燒結(jié)過(guò)程中，鎢鐵粉末熔化，雖然液態(tài)鎳-鐵在固態(tài)鎢中的溶解度小，但固態(tài)鎢容易在液態(tài)鎳-鐵中溶解。液體浸濕鎢顆粒并溶解部分粉末，顆粒改變形狀，液體流入孔隙，孔隙消除。隨著加工的繼續(xù)進(jìn)行，顆粒聚結(jié)和生長(zhǎng)，產(chǎn)生Z終產(chǎn)品，它幾乎100％致密并有顯微結(jié)構(gòu)。用這種方法制造的主要產(chǎn)品之一是軍用裝甲車的動(dòng)能穿甲彈，這種應(yīng)用利用了鎢的高密度。據(jù)知，液態(tài)燒結(jié)材料比用普通粉末加工的純鎢具有更好的沖擊性能。

　　粉末冶金是制取體狀鎢產(chǎn)品Z通用的方法，與粉末冶金完全不同的一種方法是化學(xué)氣相淀積(CVD),即在襯底上產(chǎn)生鎢涂層。六氟化鎢是CVD工藝用的Z普通的鎢源。這一工藝Z重要的應(yīng)用在電子工業(yè)，用于集成電路。