摻雜鎢絲的百年發展史Ⅲ—硬質金屬的發明

硬質金屬的發明

摻雜鎢絲發展歷史年表中的下一個重要里程碑是1923年，它標志著德國柏林歐司朗（OSRAM）研究小組的首席工程師K.Schröter通過混合、壓制和液相燒結將碳化鎢（WC）和鈷粉相結合的方法製成的硬質合金或硬金屬。

相應的專利于1923年3月30日提交，幷于1925年10月30日被授予。Karl Schröter被稱作是唯一的發明者，但他表示這一成功是整個研究小組共同的成果，在這一時期的團隊由Franz Skaupy領導。與此同時，H.Baumhauer在歐司朗的另一個部門 - 位于柏林-夏洛滕堡（Berlin-Charlottenburg）的綫材部門開發了一種用于生産拉絲的模具的技術供內部使用，即用鐵對燒結的碳化鎢骨架進行滲透。然而，滲透工藝（infiltration process）幷沒有得到商業上的利用，因爲它被更佳的工藝所取代，即使用碳化鎢和鈷粉的液相燒結製造硬質合金或硬金屬。

圖10. 鎢的PM加工步驟（E. Kimmel, Towanda, PA）

起初，歐司朗的目標在于爲拉絲工藝中的粗糙的鋼和昂貴的金剛石模具尋找堅硬的替代材料，這一點已經得到解决。1923年，歐司朗的拉絲部門對新的模具材料進行了現場測試，結果非常成功，金剛石模具很快被替換爲0.3毫米的模具，歐司朗管理層决定，由于照明業務方面的不兼容性，要出售許可權。因此，在1925年底，專利權被位于德國埃森的Friedrich Krupp AG購買。然而，美國的通用電氣公司也獲得了專利權，用于生産1928年推出的“Carboloy”牌産品。

早在1927年的萊比錫春季博覽會上，名爲WIDIA（指德語單詞“Wie Diamant”-即像鑽石一樣）的新材料開始了全球範圍內的成名史。這一發展將産生革命性的影響 - 不僅僅是對鎢。現在，硬質合金生産是鎢粉的主要用途。但是，硬金屬産業也需要越來越多的其他碳化物成型金屬，如鉭、鈦和釩。最後，現代塗層技術在上世紀60年代出現。

圖11. 鎢綫圈

從鎢絲發展年表的第一個十年開始的下一個新材料：“重金屬鎢”，在鎢的基礎上添加鐵、鎳、鈷或銅，大約于1935年開始生産。

此外，在上世紀下半葉，白熾燈的照明工業有了一些了不起的發現。1959年的一個重大突破爲E. Fridrich和E. G. Zubler成功地將第一個再生鹵素氣體循環應用于高性能白熾燈。這使得對鎢純度和鎢燈絲的蠕變强度有了更高的要求。圖12顯示了在鹵素燈絲圈的溫度梯度內鎢的再沉積和明顯的晶體生長。以及1953年恢復了釷化鎢，1956年發現了錸對鎢和鉬的延展作用，同時還出現了新的和特殊的應用。

20世紀60年代和70年代是有關摻雜鎢的微觀結構的廣泛研究的開始，導致了鉀泡（potassium-filled bubbles）的發現，它們的形成和演變以及它們對再結晶和高溫蠕變的影響（見下一段）。最後，在20世紀80年代，由于鹵素燈燈泡的紅外反射（紅外綫）塗層的成功開發，對蠕變强度和鉀泡分布的精確控制的要求進一步提高，將輻射的熱量反射回燈絲。爲實現更加節能的生産，意味著在使用壽命內保持綫圈在反輻射焦點內的準確位置，即非常高的蠕變强度。

（文章來源: P. Schade “100 years of doped tungsten wire”，《國際難熔金屬與材料雜志》，2010年第6期，第28卷，第648-660頁，ISSN 0263-4368）

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