鎢的加工與應用

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。

　　作為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，都采用粉末冶金制造。生產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，但大多數工藝Z終得到的鎢是以銨仲鎢酸鹽(APT)的形式出現，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供各種應用，或進一步反應制成碳化鎢之類產品。

　　鎢的Z重要應用之一是白熾燈燈絲。早已開發出的摻鋁-鉀-硅 的鎢現在用于所有白熾燈燈絲。開發的關鍵是粉末加工，將鉀混入鎢。通過氧化鎢粉末與含鋁-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成錠，制錠的溫度要求在1900～2400℃。燒結過程中，鋁和硅脫出，鉀(比其他二種元素擴散慢)保留在錠的孔隙中。這種錠可機加工至所需尺寸，如Z終產品是線材，錠需在高溫下進行壓延或鍛制，隨后拉絲并產生顯微結構。

　　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，在上述這些應用中，鎢均是被置于受控制的環境中，以防止其氧化。

　　用于制造上述產品的燒結工藝包括鎢粉的壓制和燒結，不添加其他粉末，經幾步熱機械加工后可使其完全致密。但一些應用要求活性燒結，粉末中需添加一種元素，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)制取復合材料，其中鎢約占95％（體積比）。燒結過程中，鎢鐵粉末熔化，雖然液態鎳-鐵在固態鎢中的溶解度小，但固態鎢容易在液態鎳-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。隨著加工的繼續進行，顆粒聚結和生長，產生Z終產品，它幾乎100％致密并有顯微結構。用這種方法制造的主要產品之一是軍用裝甲車的動能穿甲彈，這種應用利用了鎢的高密度。據知，液態燒結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品Z通用的方法，與粉末冶金完全不同的一種方法是化學氣相淀積(CVD),即在襯底上產生鎢涂層。六氟化鎢是CVD工藝用的Z普通的鎢源。這一工藝Z重要的應用在電子工業，用于集成電路。