鎢及其合金的加工和處理

近日，來自巴斯大學的研究團隊最近發表了關於鎢（W）及其合金的加工和處理的最新研究進展。W屬於週期表的第6組，與鉬、鉻、硼一起。它是一種難熔金屬（在所有已知的純金屬中最高），具有非凡的耐熱性和耐磨性。W除了具有非常高的熔化溫度，還以高密度，高彈性模量，高導熱性，以及在高溫下的優良機械性能而為大家所知。W是聚變能源和其他應用中高溫結構的理想材料。

對電力的需求正以前所未有的速度增長，電力在最終能源消費總量預計也將從2018年的19%增加到2040年的24%。在氣候變化的影響下，一些國家設定了本世紀中葉的淨零排放目標，以實現2015年巴黎氣候協定的目標。然而，根據聯合國環境規劃署（UNEP）最近的排放差距報告，這些雄心勃勃的目標並非沒有障礙。即使這些目標得以實現，本世紀全球氣溫從工業化前的水準上升仍將超過3℃，這將遠遠超過巴黎協議中規定的2℃。這迫切需要在全球範圍內進行技術創新和持續的政策干預，以扭轉這一趨勢。

自20世紀50年代以來，核裂變已被廣泛用作電力來源。另一方面，核聚變具有固有的優勢，有助於鼓勵其在現代能源基礎設施中的應用。除其他好處外，核聚變不會造成有害排放，其反應可以得到更好的控制。反應堆的精心設計為提供高效、廉價和安全的能源留下了空間。為了實現可靠的、大規模的核聚變，在製造能夠承受反應堆內極端條件的抗輻射材料方面需要技術和科學的進步。

W的豐富歷史，從發現其礦石和化合物到後來的重要技術發現，刺激了早期的廣泛應用。W礦物的發現可以追溯到中世紀薩克森-波西米亞和康沃爾的錫礦，遠早於該元素本身的分離。雖然W的分離是由Torbern Bergmann在1781年首次提出的，但Juan José de Elhuyar和他的兄弟Fausto在1783年通過用木炭粉還原鎢酸來製備這種金屬。這種金屬也被命名為黑鎢，這在今天的德語和瑞典語中仍然是其官方名稱。

W的最早應用是作為一種合金元素來生產特種鋼。很快，它就作為白熾燈的燈絲獲得了突出的地位，取代了碳燈絲。從那時起，這種材料已經在各個領域得到廣泛採用，包括航空、汽車、電子、醫藥、軍事、化學和體育。其應用包括加熱絲、電子發射器、散熱器、加熱元件和高溫爐中的輻射遮罩、動能穿透器、賽車和航空航太中的平衡砝碼、鐘錶業的轉子、重型電接觸材料和焊接、等離子和X射線電極等。

儘管W的特性對其應用有利，但W延展性和高熔點等特性也導致了在大規模製造由W及其合金製成的部件時存在一些挑戰，限制了這些複雜幾何形狀的生產。在這篇文章中，研究人員強調了加工方法，如粉末冶金學和增材製造，可以產生近似於網狀的部件。然而，這需要有後處理技術來補充這些方法。他們對W的不同製造方法進行了深入探索和討論，並確定了與每種方法相關的挑戰和差距。它包括傳統和非常規的加工工藝，以及使用各種方法改善鎢的延展性的研究，如合金化、熱力學處理和晶粒結構細化。

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