世界上每年消費大約50000t鎢,主要用作硬質合金、鋼和其它合金添加劑,其它應用包括燈絲、電氣和電子接觸、線材、棒材和電爐部件。
作爲硬質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(dōu)采用粉末冶金制造。生産鎢的礦石大部分是錳鐵鎢礦(WO4)和白鎢(CaWO4),礦石可用多種(zhǒng)方法加工,但大多數工藝*終得到的鎢是以铵仲鎢酸鹽(APT)的形式出現,這(zhè)種(zhǒng)化合物還(hái)原成(chéng)氧化鎢,再用氫將(jiāng)氧化鎢還(hái)原制造鎢粉末。鎢粉末可被(bèi)壓制和燒結供各種(zhǒng)應用,或進(jìn)一步反應制成(chéng)碳化鎢之類産品。
鎢的*重要應用之一是白熾燈燈絲。早已開(kāi)發(fā)出的摻鋁-鉀-矽 的鎢現在用于所有白熾燈燈絲。開(kāi)發(fā)的關鍵是粉末加工,將(jiāng)鉀混入鎢。通過(guò)氧化鎢粉末與含鋁-鉀-矽元素的水溶液混合摻雜,氧化粉末還(hái)原成(chéng)鎢,摻雜的粉末壓成(chéng)型并燒結成(chéng)錠,制錠的溫度要求在1900~2400℃。燒結過(guò)程中,鋁和矽脫出,鉀(比其他二種(zhǒng)元素擴散慢)保留在錠的孔隙中。這(zhè)種(zhǒng)錠可機加工至所需尺寸,如*終産品是線材,錠需在高溫下進(jìn)行壓延或鍛制,随後(hòu)拉絲并産生*顯微結構。
鎢絲不僅用于燈絲。由于高熔化溫度,鎢可被(bèi)加熱而成(chéng)爲電子的熱離子發(fā)射體,不失去機械完整性,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(zhè)些應用中,鎢均是被(bèi)置于受控制的環境中,以防止其氧化。
用于制造上述産品的燒結工藝包括鎢粉的壓制和燒結,不添加其他粉末,經(jīng)幾步熱機械加工後(hòu)可使其完全緻密。但一些應用要求活性燒結,粉末中需添加一種(zhǒng)元素,以提高燒結速率和降低燒結溫度。例如,在高密度鎢合金材料中,鎢粉末液相燒結,(通常含有鎳-鐵粉末)制取複合材料,其中鎢約占95%(體積比)。燒結過(guò)程中,鎢鐵粉末熔化,雖然液态鎳-鐵在固态鎢中的溶解度小,但固态鎢容易在液态鎳-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。随著(zhe)加工的繼續進(jìn)行,顆粒聚結和生長(cháng),産生*終産品,它幾乎100%緻密并有*顯微結構。用這(zhè)種(zhǒng)方法制造的主要産品之一是軍用裝甲車的動能(néng)穿甲彈,這(zhè)種(zhǒng)應用利用了鎢的高密度。據知,液态燒結材料比用普通粉末加工的純鎢具有更好(hǎo)的沖擊性能(néng)。
粉末冶金是制取體狀鎢産品*通用的方法,與粉末冶金完全不同的一種(zhǒng)方法是化學(xué)氣相澱積(CVD),即在襯底上産生鎢塗層。六氟化鎢是CVD工藝用的*普通的鎢源。這(zhè)一工藝*重要的應用在電子工業,用于集成(chéng)電路。