钨的加工与应用

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。