飞轮是转动惯量很大的盘形零件主要用于大型机械的零部件或装置，其作用如同一个能量存储器。对于AP1000三代核电主泵电机来说，由于它是一种世界先进的立式单级、整体密封式、高惯量、离心的屏蔽电机，所以主泵的电气、水力和惰转性能至关重要。但是如果在没有电源的情况下，惰转将不能正常进行，也就无法保证反应堆的安全。而在主泵电机上设置飞轮则可以提供大转动惯量从而提高惰转时间，保证反应堆的安全。

 

这种高惯量飞轮为重金属钨合金镶嵌结构，由内轮毂、12块重金属钨合金插件、保持环、上下盖板以及外套组成。由于转速慢的偏心造成的偏载会小一些，但是像飞轮这样转速高的则一定要加配重块以保持其平衡性。将钨合金块安装到飞轮的轮毂上将其固定即可达到为飞轮配重从而保持其在高转速下亦能平衡的目的。这是由于钨合金具有较高的密度和较好的耐磨损性，高密度使其能很好地用于保持飞轮转动时的平衡；当飞轮在高速运转的情况产生较大的摩擦力，钨合金则可以很好地克服这一点不至于被磨损消耗。

烧结的目的是把粉状材料转变为块体材料，并赋予材料特有的性能。液相烧结钨合金配重件时主要分为三个阶段：1、液相生成与颗粒重排阶段。2、溶解-析出阶段；3、固相骨架形成与晶粒长大阶段。而经过液相烧结后的两相合金，其密度与理论密度相近。这意味着用液相烧结法制备钨合金配重件可以很好地保留其原有的高密度特性，从而使得钨合金配重件能更好地应用于各个领域，发挥其效能。

 

1、液相生成与颗粒重排阶段

 

这是制备钨合金配重件时所需时间最短的一个阶段，在该阶段，镍、铁粉末会随着温度升高而产生液相，继而产生毛细管力，使得粉末发生快速的致密化。镍是制备钨合金配重件必不可少的元素，适量的镍（0.5%~12%）可以增加粉末间的粘性，使其更好地致密化。颗粒重排时的致密化程度则取决于液体数量、颗粒尺寸、固体在液体中的溶解度等等，如果液相数量足够（35%），压坯可完全致密。

 

2、溶解-析出阶段

 

经过重排阶段后致密化速度变慢，溶解和扩散效应则成为了该阶段的主导。小颗粒的粉末将优先溶解于液相之中，而随颗粒尺寸溶解的小颗粒通过扩散产生物质迁移而沉析在大颗粒的表面上，使得颗粒粗化长大，同时使得材料进一步致密化。

 

3、固相骨架形成与晶粒长大阶段

 

颗粒在经过液相生成与颗粒重排，溶解-析出阶段之后会互相靠拢，在颗粒接触表面同时产生固相烧结，形成牢固的固相骨架。但此阶段的烧结时间不宜过长。

 

钨合金通过液相烧结工艺可以使金属间达到全致密性，再根据具体需求制作出各类不同形状的配重件，这些配重件都具有高密度、高导电导热以及耐腐蚀抗氧化等等优异的特性，使得其成为许多需要配重产品领域的首选。

钨合金是以钨为基体添加少量Cr、Mo、Ni、Cu、Fe、Co等元素组成的两相复合的合金材料，即高熔点的钨相和低熔点的γ相（Ni-Fe，Ni-Cu等等），主要分为两大类，即钨镍铜系合金以及钨镍铁系合金，它们各自都具有一系列优异的物理机械性能。但相较于钨镍铁系合金，钨镍铜的可塑性会较为低一些，这也使得对钨镍铁系合金的使用更为广泛。钨合金配重件的使用可谓广泛，上至航空下至水陆，即可应用于航空航天等尖端科学技术中，军事上用做导航仪的陀螺转子、配重螺钉、调整片等，在机械制造及压力铸造等工业中则被用作平衡的配重元件等等。

 

钨合金配重件主要是由钨、镍、铁粉末经混合压制烧结而成。其中钨的含量最多，达到80%~97%，而镍和铁粉末则主要起到黏结剂的作用。由于两相熔点差异巨大，因此它是一种典型的液相烧结合金，制备钨合金配重件时也主要是用该方法。

早期的剑，不管是长剑还是短剑、西洋剑或者中国的剑都是冷兵器时代主要的兵器。中世纪的欧洲骑士善于用剑，也会在剑柄处加上一个配重球，其目的主要是用以调整剑身的重心，在使用者的腕力的基础上，调节威力和灵活的平衡性。如果重心偏向剑身，那么劈砍或者刺的威力就很大，但是手腕不好转动，加了配重球或者配重块后就可以较好地控制手腕的转动。

 

而对于欧洲剑来说，它的剑一般都比较长而且重，如果没有在剑柄上增加配重球就会难以把握。也就是说，为剑柄增加配重的目的就是让剑的整体重量达到每个人的重量平衡习惯，使使用者用起来更加舒适。可以作为剑柄配重的材料有很多，但是钨合金配重材料由于其能在较小体积的情况拥有较大比重而成为剑柄配重的重要制造材料。

 

给钨合金剑柄配重主要是通过在剑柄顶端加入钨合金配重以及在手柄上加入钨合金配重。在柄端加入钨合金配重是为了使重心尽可能地远离尖端，因此这是降低平衡点以及增加配重的最有效的方法。由于重量比在刀刃上会更重，因此在相同的平衡点上它需要比柄端的配重更重，所以在手柄上加入钨合金配重则会使得剑的手柄的直径更长从而更容易制作。

 

钨合金的高密度特性使得剑柄在不增加很大的体积的前提下达到配重需求，耐腐蚀和抗氧化特性则使其在使用者手中不被汗液侵染腐蚀而朽坏，而无毒环保特性也使其成为众多环保人士的宠儿。钨合金配重在剑柄中的使用会让剑使用起来更加舒适。

手表在人们生活中的使用频率可谓非常之高，许多人为避免麻烦在晚上睡觉时也并未脱下手表，特别是夜光手表，这会对人体造成危害。夜光手表是将添加了以硫化锌为基质的夜光粉涂抹在指针和表盘上方便在黑暗时看清时间的一种手表，具有很高的实用性和观赏性。而由于硫化锌即便在阳光或灯光照射后能产生一定时间的光、但时间依然有限。因此为了维持它的夜视功能，一般会掺杂一定量的放射性元素，即镭元素，镭放出的射线可以激发硫化锌发光。因此，晚上戴夜光手表睡觉，会遭到镭辐射进而危害身体健康。

 

那么如何才能有效地降低夜光手表的镭辐射，从而实现实用与观赏性兼得呢?钨合金对辐射的屏蔽能力早已受到许多行业的认同，良好的吸收射线能力，良好的耐腐蚀性和抗氧化性，以及良好的可焊接性都为其在制作各种屏蔽件时打下了坚实的基础。通过将由钨合金制成的小型芯片（该芯片即为屏蔽辐射装置）植入手表内部，将夜光手表放射出的多余射线吸收，从而达到防辐射的目的。

镭（Ra）是法国科学家Marie Skłodowska-Curie及其丈夫从沥青铀矿中发现的，是生产铀时的副产物，随后通过研究证明该元素的辐射可以对繁殖速度极快的细胞产生有效的抑制作用。镭元素虽然不是最早被发现的放射性元素，但却是现代核工业兴起最重要的放射性物质，可以广泛应用于科研、工业、医疗等领域。

 

镭在医疗上的应用主要在于癌症的治疗，是利用放射线治疗肿瘤的一种局部治疗方法。放射线包括放射性同位素产生的α、β、γ射线和各类x射线治疗机或加速器产生的x射线、电子线、质子束及其他粒子束等。由于镭的放射性很强，它在衰变时会放出α和γ两种射线。而这两种射线均可以破坏体内的癌细胞等有害细胞因此被较好地应用于医疗领域。强辐射的放射性治疗在带来良好治疗效果的同时，也带来了另外的伤害---辐射，长期处于镭射线辐射的状态下易使人诱发诸多不良反应如头晕、恶心、脱发等症状，严重的可诱发骨癌。

 

众所周知，用以制作屏蔽件的材料需首先具备的性能就是高密度，钨作为一种高密度元素，虽然不是世界上密度最高的元素，但却是用以制作屏蔽件最合适的材料。早在20世纪30年代钨合金就被成功地研制出来并应用于防辐射的屏蔽材料。由此可见，将钨合金屏蔽材料应用在镭疗术上能够很好地弥补其使用中存在的短板，让治疗成为真正的治疗。

自然界中存在的碳元素有三种同位素，包括稳定同位素碳-12，碳-13和具有放射性的同位素碳-14。碳-14是透过宇宙射线撞击空气中的碳-12原子所产生，其半衰期约为5730年，衰变方式为β衰变，碳-14原子转变为氮原子。碳同位素技术在地质学、环境学、海洋学、气象学以及植物学等领域均得到了广泛的应用。碳-14标记化合物在医学的应用在于诊断患者的体内及体外病症，除了该实际应用外还广泛用于病理的研究，以及用于体外诊断的竞争放射性分析。体外诊断的竞争放射性分析是一种微量分析技术，它的特异性强，灵敏度高，且准确性和精密性好，因此可以在早期发现许多潜伏的疾病，能够有效地预先防治疾病。

 

以碳-14呼气检测仪是新一代的检测幽门螺旋杆菌的仪器，患者只需要吹气5分钟，且不会出现其他任何不适，即可进行检测。这种呼气试验检测仪使众多的高血压、心脏病及对胃镜过敏的患者，成功地避免了做胃镜时所出现的不适感，也是目前比较理想的理想检测方法之一。但是由于碳-14是具有放射性的同位素元素，因此该检测仪不可避免地会存在辐射，这将制约该检测仪的适用性（如孕妇等人将不适宜使用该检测仪）。

 

钨合金由于其良好的高密度及环保特性一直深受人们的欢迎，也是制作屏蔽材料的首选。将钨合金屏蔽材料应用于碳-14呼气检测仪，可以较好地屏蔽该检测仪的辐射、使得其适用范围扩大，真正发挥其效用。同时碳-14标记化合物作为灵敏的示踪剂，也具有非常广泛的应用前景。而随着科研技术的发展碳-14也逐步应用到了生物材料，生物产品，可再生能源等新技术行业，这也意味着以钨合金为主导的屏蔽材料也将伴随着碳-14的发展逐步深化和应用。

简单介绍一下目前常用的三种放射性同位素元素：

 

1、碘-131

 

碘-131是元素碘的一种放射性同位素，是核裂变的产物，也是人为产生的。它是β衰变核素，主要发射99%的β射线和 1%的γ射线。主要用于核医学中治疗甲状腺疾病和检查甲状腺功能等。而针对其存在的辐射，在治疗时可以采用一定厚度的钨合金屏蔽即可。

 

2、铯-137

 

铯-137是在1945年第一颗原子弹爆炸后才产生的新元素，即由核弹、核武器试验以及核反应堆内裂变产生的衍生物之一，它释放的是γ射线。铯-137是一个高辐射的放射源，其对人体健康的影响随着辐射强度和剂量的增大而增大。若长期受到铯-137的大剂量照射，甚至会导致死亡。由于钨合金对γ射线有着很好的屏蔽功能，因此在对铯-137的屏蔽应用上效果也十分显著。

 

3、钴-60

 

钴-60为金属元素钴的放射性同位素之一，属于高毒性核素。它能透过β衰变放出能量高达315KeV的高速电子成为镍-60，同时释放出两束的γ射线，其半衰期为5.272年。钴-60常常以放射源的形式为人们所应用，因此对于钴-60的屏蔽主要在于屏蔽放射源。将钴-60密闭保存在钨合金屏蔽容器（如图）中即可达到屏蔽的目的。

 

化学元素存在着相对原子质量和放射性不同而其他物理化学性质相同的变种，这些变种应处于周期表的同一位置上，称做同位素。而放射性同位素是指存在放射性的同位素元素，每一种元素都有放射性同位素，但不是每一种同位素都具有放射性。有些放射性同位素是自然界中存在的，有些则是人为产生的。由于同位素具有辐射性，若长时间处于同位素的环境下就会对人体产生伤害。但是利用钨合金屏蔽材料就可以对放射性同位素元素产生良好的屏蔽效能，这是由于钨合金的密度大，而高密度的材料可以对辐射起到很好的吸收作用。

 

我国放射性同位素的生产和辐射技术的应用始于五十年代，而随着放射性同位素和辐射技术的广泛应用，放射性同位素生产、运输的数量和品种逐年增加。目前利用同位素生产的产品诸如放射性药物、各种放射源、氢-3、碳-14等标记化合物、放化制剂和放射免疫分析用的各种试剂盒和稳定同位素及其标记化合物等等。这也意味着对于会产生放射性物质的同位素实施屏蔽将成为生产过程中不可或缺的一环。

三氧化钨为一种常用的金属陶瓷，金属陶瓷具有密度小、硬度高、耐磨、导热性好，兼有陶瓷和金属的优点，金属陶瓷既具有金属的韧性、高导热性和良好的热稳定性，又具有陶瓷的耐高温 、耐腐蚀和耐磨损等特性。三氧化钨陶瓷不仅具有一般金属陶瓷的特性还具有压敏特性，研究者为了提高三氧化钨陶瓷的压敏特性，一般会选择掺杂的方式，合适的添加掺杂物对陶瓷优良压敏特性的形成起了关键的作用。一般情况会下压敏陶瓷中添加掺杂元素主要要以下三个目的：

 

（1）三氧化钨陶瓷烧结性能差，掺杂的方式能改变三氧化钨陶瓷烧结性能，达到助烧结目的，没有掺杂烧结三氧化钨陶瓷不能致密化。例如，低熔点金属氧化钨能在三氧化钨陶瓷烧结的过程中形成液相来促进三氧化钨陶瓷的致密化。（2）三氧化钨陶瓷之所以存在压敏特性，是因为晶粒内部与外表面存在不同的缺陷，使得内外电阻率不同，通过控制掺杂元素的种类、掺杂量等间接控制缺陷的种类与分布，缺陷对压敏特性其至关重要。（4）掺杂元素能控制晶粒生长的情况，调节压敏电压大小。Bi、Co、Sb和Pr等过渡金属是能显著地改善陶瓷结烧性能与压敏性能的掺杂元素。

 

掺杂Bi2O3和Pr6O11可以有效地提高三氧化钨的烧结性能但是为了能获得高致密性以及压敏特性优良的三氧化钨陶瓷，需要在其基础上，进一步寻找合适的掺杂元素来提高三氧化钨陶瓷的压敏特性。

三氧化钨陶瓷压敏特性明显不同于传统的压敏陶瓷（如ZnO与SnO2基陶瓷），传统压敏陶瓷之所以产生压敏行为是由晶界掺杂的元素作用形成势垒。而三氧化钨陶瓷的压敏行为可解释为：晶粒表面发生氧化作用形成势垒。这种势垒主要起源于烧结陶瓷过程中晶粒内部与表面热处理后温度下降时间与氧含量情况不同造成晶粒表面与内部存在不同的缺陷，使得晶粒表面与晶粒内部形成巨大的电阻值差异。因此三氧化钨陶瓷晶粒表面与内部形成一个结，外加电场时，电子穿过该结时会形成势垒，导致三氧化钨陶瓷出现压敏行为。

 

当三氧化钨陶瓷经过高温淬火，晶粒的内部与外表面的缺陷受热后会被迅速降温，此时可以认为晶粒内外部缺陷与高温时差别不大，所以三氧化钨陶瓷电阻率极低却不存在压敏行为。在氮气中对三氧化钨陶瓷进行热处理也能使其无压敏行为，三氧化钨陶瓷内外缺陷主要是由于与氧气发生氧化反应而形成。在氮气中热处理缺失氧气，无法发生氧化反应，晶粒表面与内部电子值差异小；而在空气或氧气中热处理的三氧化钨陶瓷，晶粒表面发生氧化反应形成高阻抗，三氧化钨陶瓷具有压敏特性。正是由于三氧化钨晶粒内外巨大的电阻值差异，在晶界中形成电子势垒，所以三氧化钨陶瓷才具有非线性（压敏特性）。