掺杂钨丝的百年发展史Ⅲ—硬质金属的发明

硬质金属的发明

掺杂钨丝发展历史年表中的下一个重要里程碑是1923年，它标志着德国柏林欧司朗（OSRAM）研究小组的首席工程师K.Schröter通过混合、压制和液相烧结将碳化钨（WC）和钴粉相结合的方法制成的硬质合金或硬金属。

相应的专利于1923年3月30日提交，并于1925年10月30日被授予。Karl Schröter被称作是唯一的发明者，但他表示这一成功是整个研究小组共同的成果，在这一时期的团队由Franz Skaupy领导。与此同时，H.Baumhauer在欧司朗的另一个部门 - 位于柏林-夏洛滕堡（Berlin-Charlottenburg）的线材部门开发了一种用于生产拉丝的模具的技术供内部使用，即用铁对烧结的碳化钨骨架进行渗透。然而，渗透工艺（infiltration process）并没有得到商业上的利用，因为它被更佳的工艺所取代，即使用碳化钨和钴粉的液相烧结制造硬质合金或硬金属。

图10. 钨的PM加工步骤（E. Kimmel, Towanda, PA）

起初，欧司朗的目标在于为拉丝工艺中的粗糙的钢和昂贵的金刚石模具寻找坚硬的替代材料，这一点已经得到解决。1923年，欧司朗的拉丝部门对新的模具材料进行了现场测试，结果非常成功，金刚石模具很快被替换为0.3毫米的模具，欧司朗管理层决定，由于照明业务方面的不兼容性，要出售许可权。因此，在1925年底，专利权被位于德国埃森的Friedrich Krupp AG购买。然而，美国的通用电气公司也获得了专利权，用于生产1928年推出的“Carboloy”牌产品。

早在1927年的莱比锡春季博览会上，名为WIDIA（指德语单词“Wie Diamant”-即像钻石一样）的新材料开始了全球范围内的成名史。这一发展将产生革命性的影响 - 不仅仅是对钨。现在，硬质合金生产是钨粉的主要用途。但是，硬金属产业也需要越来越多的其他碳化物成型金属，如钽、钛和钒。最后，现代涂层技术在上世纪60年代出现。

图11. 钨线圈

从钨丝发展年表的第一个十年开始的下一个新材料：“重金属钨”，在钨的基础上添加铁、镍、钴或铜，大约于1935年开始生产。

此外，在上世纪下半叶，白炽灯的照明工业有了一些了不起的发现。1959年的一个重大突破为E. Fridrich和E. G. Zubler成功地将第一个再生卤素气体循环应用于高性能白炽灯。这使得对钨纯度和钨灯丝的蠕变强度有了更高的要求。图12显示了在卤素灯丝圈的温度梯度内钨的再沉积和明显的晶体生长。以及1953年恢复了钍化钨，1956年发现了铼对钨和钼的延展作用，同时还出现了新的和特殊的应用。

20世纪60年代和70年代是有关掺杂钨的微观结构的广泛研究的开始，导致了钾泡（potassium-filled bubbles）的发现，它们的形成和演变以及它们对再结晶和高温蠕变的影响（见下一段）。最后，在20世纪80年代，由于卤素灯灯泡的红外反射（红外线）涂层的成功开发，对蠕变强度和钾泡分布的精确控制的要求进一步提高，将辐射的热量反射回灯丝。为实现更加节能的生产，意味着在使用寿命内保持线圈在反辐射焦点内的准确位置，即非常高的蠕变强度。

（文章来源: P. Schade “100 years of doped tungsten wire”，《国际难熔金属与材料杂志》，2010年第6期，第28卷，第648-660页，ISSN 0263-4368）

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