鎢棒的應用

鎢棒擁有特殊的性質，如低的熱膨脹與良好的熱傳導性，足夠的抗電阻性，高的彈性模量。因此鎢棒被廣泛的應用于各個領域。如支持線，導入線，印表機針，各種電極和石英爐，燈絲，高速工具，汽車自動産品，濺射靶材。中鎢在線能夠提供帶有磨光面的和燒結、鍛造的鎢棒。根據尺寸和條件，直徑可從1到30毫米，長度到500毫米。除此之外，我們不但能夠根據客戶的要求提供産品，而且免費設計産品。

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純鎢是生産純鎢産品的材料。純鎢是所謂的純其純度超過99.95％。純鎢制成的産品具有最高密度的鎢制品，包括鎢合金以及硬質合金産品。純鎢産品是由客戶的首選，其高密度，耐高溫，高耐腐蝕性，高耐磨性，高硬度，以及較低的熱膨脹。

鎢是壹種化學元素，化學符號W和原子序數74。

在標准的情況下，硬質與稀有金屬未結合，鎢是地球上發現的自然化合物。在1781年被認定爲的壹個新元素，首先在1783年的金屬分離出。其重要的礦石包 括黑鎢礦以及白鎢礦。的自由要素顯著的是它卓越的防腐性能，特別是在于它的所有非合金金屬的熔點最高的碳之後的所有元素的第二最高紀錄。同樣引人注目的是 其19.3倍水的高密度，可比鈾和黃金，遠高于少量的雜質lead.Tungsten（約1.7倍）即往往是脆，硬，使其難以工作。然而，十分純鎢，盡管還很難，更加韌性，並可以用硬鋼鋼鋸切割。

非合金的元素的形式主要是用來在電氣應用。鎢的合金具有許多應用中，最引人注目的是白熾燈泡的細絲，X射線管（長絲和目標），和高溫合金。鎢的硬度和高密度賦予它穿透力射彈的軍鎢化合物是最常用的工業催化劑。

鎢被人們廣泛地了解是在生物時代居于化學元素中第三和第四的過渡系，在任何有機體中，都是廣爲人知的重金屬元素。然而，在某種程度上，鎢、钼、銅的分解對動物都會有毒性。

純鎢産品包括鎢電極，鎢絲，鎢觸點，鎢加熱子，鎢絲，鎢坩埚，等等。

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自然形態的鎢通常來自黑鎢礦 (Fe, Mn)，WO4和 CaWO4粉末。 因爲我們原來 70%的鎢原料已經被消耗殆盡，已發現淨化比較差的礦石的方法。

加熱子鎢絲的質量由很多種原因決定。材料和制造過程中要進行嚴格的控制。用于生産有韌性的金屬的粉末要求要有很高的純度。爲了抑制晶粒的增長，部分揮發性堿矽酸鹽等，如氧化钍，氧化鋁，鈣質非揮發性氧化物被極少量添加到鎢粉中。

混合後，鎢粉被壓制成杆狀，然後放在3000攝氏度的高溫下燒結。時間和溫度在這壹過程中要受到嚴 格的控制，並且要在壹密集的環境下，這樣以確保成品加熱子的性能能得到控制。在大約1300攝氏度溫度下，燒結棒被接卸捶打或鍛打，通過這壹過程，燒結棒 每次通過壹更小的芯片後，橫截面積減少了15%。在這壹過程之後，鎢棒通過壹硬質合金拉絲模加熱拉制，通過高度抛光拉制，從而獲得更細的加熱絲。最後，通過拉制並減少表面積，絲的強度可得到增強，甚至到 500,000 lbs/sq.in.

在電，以及物理、化學等方面對鎢進行了深入研究。雖然鎢的電阻率不及其他的材料，但其3400攝氏度的高金屬熔點使其成爲最理想的加熱材料。

在常溫下，鎢絲的電阻率變化是很小的，這取決于其先前的待遇。盡管這些變化很小，但鎢絲在高溫下也顯示出相似的電阻率，這壹特性非常的重要。因此特性，可以根據統壹的電壓和電流等級進行加熱器的批量生産。

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自從1927年，當加熱陰極件第壹次被間接地介紹出來，加熱子的外觀設計有著很大的差別。 在當時，壹個發夾鎢加熱子是由壹擠壓陶瓷絕緣體支持，並且四周被鎳套所包圍。

圖中A顯示的是壹種早期常見的加熱子所使用的檢測器和放大器的管子。這種加熱子的使用需要有2.5伏的電壓供應。它有壹個20~30秒的預熱時間。

圖中B顯示了0.002“直徑的鎢絲纏繞在壹氧化鋁絕緣管的螺旋口上。通過中間的絕緣棒返回。通常，氧化鋁塗層覆蓋整個鎢絲。

圖中C 說明了壹個0.070”直徑的鎢絲纏繞在壹氧化鋁絕緣管的螺旋口上。壹個钼棒從中間的管通過，起著承杆的作用。這種加熱器被設計運行在5伏和60安培的環境下。
左圖中D顯示了壹個 0.025“直徑的加熱子支持和擠壓在絕緣管內。

所有的這些加熱子都被做成各種規格以達到不同的熱能要求。陶瓷絕緣套通常由氧化鋁，氧化鎂，氧化钍，氧化铍或電瓷組成。但由于各種各樣的原因，如成本高，環境汙染，預熱時間慢等，降低了這些加 熱器的使用。

 

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生産鎢絲是壹個複雜和困難的工藝。整個過程必須受到嚴格的控制，通過控制適當的化學成分以確保成品鎢絲的物理性質。在生産過程中，如果想通過偷工減料以降低生産成本，都會導致成品鎢絲性能不佳。

由于鎢絲的熔點是所有金屬最高的，因此想用傳統的方法從礦石中獲得鎢是不可能的。鎢是通過壹系列的化學反應從礦石中獲得的。准確的工藝會因爲供應商和礦石成分的不同有所改變，但礦石粉碎後，烘烤或通過壹系列的化學反應、沈澱 和洗滌以獲得仲鎢酸铵（APT）. APT可以直接被銷售或進壹步加工成氧化鎢。氧化鎢通過在氫氣環境中烘烤獲得純鎢粉和水蒸氣。鎢粉是生産包括鎢絲在內的鎢壓制産品的起點。

從鎢粉到鎢絲需要經過以下步驟：

1.模壓 鎢粉被篩選和混合。固定重量的粉末被放進不鏽鋼模具中，粉末被擠壓成壹整根棒，但是是易碎的。將模具移開。

2.預燒結 這根易碎的棒被放置在難容金屬器皿，並放入氫氣燒結爐中。高溫使金屬顆粒不斷地凝聚在壹起。這壹過程中，致密性可到達約60% - 70%，粒度不會增加。

3.完全燒結 棒被放置到壹個特殊的水冷卻處理裝置。通過棒的電流，産生的熱量會使鎢棒的致密性達到約85％至95％。與此同時，棒的內部鎢晶體開始形成。

4.擠鍛壓加工 這時候的鎢棒是比較結實的，但在常溫下還是比較脆的。通過提高它的溫度到 1200℃到1500℃，鎢棒可以變得更有韌性。在這壹溫度下，鎢棒可以錘鍛機器被擠壓。錘鍛機是通過壹種模具每分鍾10000次有規律地捶打鎢棒來減少 鎢棒的直徑的裝置。通常，每捶打壹次鎢棒的直徑會減少12%。通過擠鍛壓，使晶體結構拉成變成纖維結構。但要使成品的強度和柔韌性得到改善，鎢棒必須不斷 地被從新加熱，且捶打要壹直持續到鎢棒的直徑達到0.25 到 0.10英寸。

5.拉拔 被擠鍛壓過的鎢棒直徑約0.10英寸，接下來要通過拉絲模拉拔使其直徑變得更 細。絲被通過硬質合金拉絲模或金剛石拉絲模潤滑和拉拔。最終要減少到的精確的尺寸取決于精確的化學組成和最終要使用的鎢絲。當鎢絲被拔拉，其纖維結構會再 次拉長，抗拉強度也由此而增加。某些時候鎢絲還需要被進壹步的加工達到更細的直徑，甚至可以到達0.005inch。

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鎢絲的用途：除少量用作高溫爐的發熱材料、電子管的熱子和複合材料的加強筋等外，絕大部分都用于制作各種白熾燈和鹵鎢燈的燈絲以及氣體放電燈的電極。

鎢 絲促進了燈具行業的起源和發展。在燈具方面的使用是鎢絲最大的應用。它的這個用途取決于鎢絲在高溫環境下的抗蠕變能力。鎢因爲其具有極高的熔點（〜 3,695 K）和高溫下的低蒸氣壓，很適合作爲燈絲材料。但鎢本性比較脆，這使鎢絲的制作非常困難。今天，處理燈絲使其不易破損的能力是整個電燈制造行業的重心。。

鎢絲的主要用途是用在各種類型的白熾燈。最常見的類型是壹般的家用燈，汽車燈，泛光燈或投影儀及反射燈。 鎢絲也被廣泛使用在很多專業燈具，如視聽投影機，光纖系統，視頻照相燈，機場跑道標記，醫療和科學儀器，舞台或工作室系統等等。

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直徑和公差

鎢絲的直徑壹般用毫米（mm）或英寸（inches）表示。壹般直徑0.02mm到0.5mm的較細的鎢絲，用單位長度重量來測量，也就是說，用每200 毫米的鎢絲的重量來表示（mg/200mm）。標准的直徑公差是重量標准的3%，更嚴格的公差也可以做到，這取決于鎢絲産品的用途。

直徑0.5mm到6.5mm的較粗的鎢絲以毫米（mm）來測量，公差是按直徑的百分比表示，標准的公差是1.5%。

抗拉強度

鎢絲的抗拉強度通常用g/mg/200mm表示。標准的抗拉強度範圍在40到110克之間。壹般而言，當抗拉強度增加時，鎢絲的直度會下降。

直度

鎢絲可以通過機械的或熱處理過程被矯直。通常，鎢絲的直度的測量方法是，剪下壹段10英寸的絲，將它壓在壹個平整且幹淨的平面上。直線在它長度方向上的最大偏差即是其直度的定量測量。

裂度

縱向裂紋的深度如果超過鎢絲直徑的15％被稱爲裂縫。用渦流分離器來檢測鎢絲是否有裂縫。通常給定長度鎢絲的裂度不會大于5%。

質量和表面情況

鎢絲表面要嚴格杜絕劃痕、扭曲和打結的情況，因爲這些都會影響其最終的使用。由于拉制的條件，表面情況壹般有兩種，當氧化物和潤滑劑仍覆蓋在表面時，表面是黑的，稱爲黑鎢絲，或者，當用氫氣或電化學腐蝕去除表面雜質後，表面是光亮的，稱爲白鎢絲。

盤卷

鎢絲是盤繞在幹淨的沒有缺陷的卷軸上的。直徑較大的鎢絲是自己盤繞成線圈。線軸被水平的填充直至邊緣。線的末端必須被適當地標示出來，並且牢牢固定在卷軸上自身的線圈上。

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鎢絲工業的發 展從壹開始就是同照明燈泡工業緊密聯系在壹起的。1878年，愛迪生 (T．A．Edison)發明了碳絲燈泡。但這種燈泡存在著嚴重的缺點， 主要是壽命太短。將近20年後(1897年)，碳絲被锇絲和坦絲所取代，但由于Os、Ta熔點較低，因而工作溫度和光效低。1903年，根據傑司特 (A．Just)和漢納門(F．Hannaman)的專利，匈牙利首次制造出鎢燈絲。它是將碳絲在含有自由氫的鎢的鹵氧化物蒸汽中通過電流加熱到高溫，使 碳完全被鎢置換。這樣制得的白熾燈絲或多或少地含有碳，不僅脆性相當嚴重，而且燈泡在使用時，燈絲不斷致密化，因而燈絲的電參數會發生變化。1904年， 傑司特和漢納門認識到了碳對脆性的影響，采用無碳的粘結劑與鎢的化合物混合，再擠壓成絲，然後在氫中加熱還原成金屬。這種方法制得的鎢絲非常脆，但由于它 的光效要好得多，還是取代了碳絲、锇絲和坦絲用于制作燈泡。

上述這些方法都不能制備細鎢絲。爲了解決這個問題，1907 年，壹種低鎳含量的鎢合金問世， 它是通過機械加工方法制備的，但是嚴重的脆性妨礙了它的應用。直到1909年，美國通用電器公司的庫利奇(w．D．Coolidge)通過粉末冶金法制得 鎢坯條，再利用機械加工生産出在室溫下具有延性的鎢絲，從而奠定了鎢絲加工業的基礎，也奠定了粉末冶金的基礎。

然而這種“延性”鎢燈絲在燈泡點燃後表現出明顯的脆性。1913年，平奇(Pintsch)發明了 钍鎢絲(ThO2的 含量爲1％～2％)，從而使白熾燈絲的脆性大大降低。起初，燈絲的下垂(見鎢絲的抗下垂性能)並不是壹個問題，因爲此時的燈絲是直絲，但1913年以後， 蘭米爾(Langmuir)將直絲改爲螺旋絲，這樣，當燈泡使用時，高的工作溫度和自重的作用使燈絲下垂，因而純鎢和钍鎢都難以滿足使用要求。

爲了解決鎢絲下垂和壽命短等問題，1917年，柏斯(A．Pacz)發明了高溫下“不變形”的鎢絲。起初，他在制備純鎢時采用耐火坩埚焙燒WO3，無意中 發現用這種WO3還原所得鎢粉制成的鎢絲螺 旋，經再結晶後異常神秘地不再下垂。隨後，經過218次反複實驗驗證，他終于發現在鎢酸(WO3•H2O)中添加鉀和鈉的矽酸鹽，經過還原、壓制、燒結、 加工等制得的鎢絲，再結晶後形成相當粗的晶粒結構，既不軟又抗下垂，這是最早的不下垂鎢絲。柏斯的發現奠定了不下垂鎢絲的生産基礎，直到現在美國仍稱不下 垂鎢絲爲“218鎢絲”，以紀念柏斯的這項重大發現。

不過，最早生産的不下垂鎢絲的脆性比钍鎢絲嚴重，以致有些燈泡廠堅持使用钍鎢絲作燈絲。但隨 著不下垂鎢絲生産工藝的不斷發展和完善，人們逐漸認識到在氧化鎢中同時添加K、Si、Al的化合物，可以使鎢燈絲在高溫下具有良好的抗下垂性能，同時經再 結晶後又具有滿意的室溫延性。這就是現在人們常說的“AKS鎢絲”，即“不下垂鎢絲”或“摻雜鎢絲”，米爾摻chan納(T．Millner)在1931 年將這種改進的不下垂效應稱爲“GK效應”。

摻雜鎢絲的生産工序冗長，包括鎢冶煉、粉末冶金制坯和塑性加工幾個主要階段。

摻雜鎢絲的生産通常選用仲鎢酸铵(APT)爲原料。從 鎢精礦制取仲鎢酸铵除了傳 統的經典工藝外，20世紀50年代國際上開展了萃取法和離子交換法的研究，中國在70年代也采用了這些工藝，從而簡化了工藝流程，提高了鎢的回收率。20 世紀60年代以來，許多國家都相繼采用藍色氧化鎢摻雜工藝代替三氧化鎢摻雜，從而提高了摻雜效果。鎢粉的酸洗是20世紀60年代開始應用于生産的，其主要 目的在于洗去鎢粉中多余的摻雜劑、超細粉和部分有害雜質，從而改善加工性能，提高鎢絲的高溫性能。從20世紀60年代開始，孔型軋制法不斷得到應用。孔型 軋制是使坯料在壹對旋轉著的軋輥的孔 型中通過，在軋輥壓力的作用下使斷面減縮和長度延伸。

雖然只有少部分鎢礦最終被做成燈鎢絲和類似的産品，鎢在科學上和技術上所承擔的最重要的意義就是其研究成果向實際應用的轉換。所獲得的知識在粉末冶金新的領域，尤其是在硬質合金的制造上具有不可估量的價值。

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鎢絲絕大部分都用於製作各種白熾燈和鹵鎢燈的燈絲以及氣體放電燈的電極。人們對燈泡的產品品質和光電參數一致性的要求也越來越高，這就要求我們通過添加少量的其他元素含量來提高鎢絲的性能，使其能適應某些領域的特殊要求。

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絞合鎢絲元件具有高熔點和高抗腐蝕的性能。主要應用在鋁顯像管，制鏡，塑料，和其他裝飾用品的加熱元件。絞合鎢絲也常常被制作運用在其他半導體或加熱設備的加熱部件。

                                                                                 絞合鎢絲示意圖

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