钨棒的应用

钨棒拥有特殊的性质，如低的热膨胀与良好的热传导性，足够的抗电阻性，高的弹性模量。因此钨棒被广泛的应用于各个领域。如支持线，导入线，印表机针，各种电极和石英炉，灯丝，高速工具，汽车自动产品，溅射靶材。中钨在线能够提供带有磨光面的和烧结、锻造的钨棒。根据尺寸和条件，直径可从1到30毫米，长度到500毫米。除此之外，我们不但能够根据客户的要求提供产品，而且免费设计产品。

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纯钨是生产纯钨产品的材料。纯钨是所谓的纯其纯度超过99.95％。纯钨制成的产品具有最高密度的钨制品，包括钨合金以及硬质合金产品。纯钨产品是由客户的首选，其高密度，耐高温，高耐腐蚀性，高耐磨性，高硬度，以及较低的热膨胀。

钨是一种化学元素，化学符号W和原子序数74。

在标准的情况下，硬质与稀有金属未结合，钨是地球上发现的自然化合物。在1781年被认定为的一个新元素，首先在1783年的金属分离出。其重要的矿石包 括黑钨矿以及白钨矿。的自由要素显著的是它卓越的防腐性能，特别是在于它的所有非合金金属的熔点最高的碳之后的所有元素的第二最高纪录。同样引人注目的是 其19.3倍水的高密度，可比铀和黄金，远高于少量的杂质lead.Tungsten（约1.7倍）即往往是脆，硬，使其难以工作。然而，十分纯钨，尽管还很难，更加韧性，并可以用硬钢钢锯切割。

非合金的元素的形式主要是用来在电气应用。钨的合金具有许多应用中，最引人注目的是白炽灯泡的细丝，X射线管（长丝和目标），和高温合金。钨的硬度和高密度赋予它穿透力射弹的军钨化合物是最常用的工业催化剂。

钨被人们广泛地了解是在生物时代居于化学元素中第三和第四的过渡系，在任何有机体中，都是广为人知的重金属元素。然而，在某种程度上，钨、钼、铜的分解对动物都会有毒性。

纯钨产品包括钨电极，钨丝，钨触点，钨加热子，钨丝，钨坩埚，等等。

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自然形态的钨通常来自黑钨矿 (Fe, Mn)，WO4和 CaWO4粉末。 因为我们原来 70%的钨原料已经被消耗殆尽，已发现净化比较差的矿石的方法。

加热子钨丝的质量由很多种原因决定。材料和制造过程中要进行严格的控制。用于生产有韧性的金属的粉末要求要有很高的纯度。为了抑制晶粒的增长，部分挥发性碱硅酸盐等，如氧化钍，氧化铝，钙质非挥发性氧化物被极少量添加到钨粉中。

混合后，钨粉被压制成杆状，然后放在3000摄氏度的高温下烧结。时间和温度在这一过程中要受到严 格的控制，并且要在一密集的环境下，这样以确保成品加热子的性能能得到控制。在大约1300摄氏度温度下，烧结棒被接卸捶打或锻打，通过这一过程，烧结棒 每次通过一更小的芯片后，横截面积减少了15%。在这一过程之后，钨棒通过一硬质合金拉丝模加热拉制，通过高度抛光拉制，从而获得更细的加热丝。最后，通过拉制并减少表面积，丝的强度可得到增强，甚至到 500,000 lbs/sq.in.

在电，以及物理、化学等方面对钨进行了深入研究。虽然钨的电阻率不及其他的材料，但其3400摄氏度的高金属熔点使其成为最理想的加热材料。

在常温下，钨丝的电阻率变化是很小的，这取决于其先前的待遇。尽管这些变化很小，但钨丝在高温下也显示出相似的电阻率，这一特性非常的重要。因此特性，可以根据统一的电压和电流等级进行加热器的批量生产。

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自从1927年，当加热阴极件第一次被间接地介绍出来，加热子的外观设计有着很大的差别。 在当时，一个发夹钨加热子是由一挤压陶瓷绝缘体支持，并且四周被镍套所包围。

图中A显示的是一种早期常见的加热子所使用的检测器和放大器的管子。这种加热子的使用需要有2.5伏的电压供应。它有一个20~30秒的预热时间。

图中B显示了0.002“直径的钨丝缠绕在一氧化铝绝缘管的螺旋口上。通过中间的绝缘棒返回。通常，氧化铝涂层覆盖整个钨丝。

图中C 说明了一个0.070”直径的钨丝缠绕在一氧化铝绝缘管的螺旋口上。一个钼棒从中间的管通过，起着承杆的作用。这种加热器被设计运行在5伏和60安培的环境下。
左图中D显示了一个 0.025“直径的加热子支持和挤压在绝缘管内。

所有的这些加热子都被做成各种规格以达到不同的热能要求。陶瓷绝缘套通常由氧化铝，氧化镁，氧化钍，氧化铍或电瓷组成。但由于各种各样的原因，如成本高，环境污染，预热时间慢等，降低了这些加 热器的使用。

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生产钨丝是一个复杂和困难的工艺。整个过程必须受到严格的控制，通过控制适当的化学成分以确保成品钨丝的物理性质。在生产过程中，如果想通过偷工减料以降低生产成本，都会导致成品钨丝性能不佳。

由于钨丝的熔点是所有金属最高的，因此想用传统的方法从矿石中获得钨是不可能的。钨是通过一系列的化学反应从矿石中获得的。准确的工艺会因为供应商和矿石成分的不同有所改变，但矿石粉碎后，烘烤或通过一系列的化学反应、沉淀 和洗涤以获得仲钨酸铵（APT）. APT可以直接被销售或进一步加工成氧化钨。氧化钨通过在氢气环境中烘烤获得纯钨粉和水蒸气。钨粉是生产包括钨丝在内的钨压制产品的起点。

从钨粉到钨丝需要经过以下步骤：

1.模压 钨粉被筛选和混合。固定重量的粉末被放进不锈钢模具中，粉末被挤压成一整根棒，但是是易碎的。将模具移开。

2.预烧结 这根易碎的棒被放置在难容金属器皿，并放入氢气烧结炉中。高温使金属颗粒不断地凝聚在一起。这一过程中，致密性可到达约60% - 70%，粒度不会增加。

3.完全烧结 棒被放置到一个特殊的水冷却处理装置。通过棒的电流，产生的热量会使钨棒的致密性达到约85％至95％。与此同时，棒的内部钨晶体开始形成。

4.挤锻压加工 这时候的钨棒是比较结实的，但在常温下还是比较脆的。通过提高它的温度到 1200℃到1500℃，钨棒可以变得更有韧性。在这一温度下，钨棒可以锤锻机器被挤压。锤锻机是通过一种模具每分钟10000次有规律地捶打钨棒来减少 钨棒的直径的装置。通常，每捶打一次钨棒的直径会减少12%。通过挤锻压，使晶体结构拉成变成纤维结构。但要使成品的强度和柔韧性得到改善，钨棒必须不断 地被从新加热，且捶打要一直持续到钨棒的直径达到0.25 到 0.10英寸。

5.拉拔 被挤锻压过的钨棒直径约0.10英寸，接下来要通过拉丝模拉拔使其直径变得更 细。丝被通过硬质合金拉丝模或金刚石拉丝模润滑和拉拔。最终要减少到的精确的尺寸取决于精确的化学组成和最终要使用的钨丝。当钨丝被拔拉，其纤维结构会再 次拉长，抗拉强度也由此而增加。某些时候钨丝还需要被进一步的加工达到更细的直径，甚至可以到达0.005inch。

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钨丝的用途：除少量用作高温炉的发热材料、电子管的热子和复合材料的加强筋等外，绝大部分都用于制作各种白炽灯和卤钨灯的灯丝以及气体放电灯的电极。

钨 丝促进了灯具行业的起源和发展。在灯具方面的使用是钨丝最大的应用。它的这个用途取决于钨丝在高温环境下的抗蠕变能力。钨因为其具有极高的熔点（〜 3,695 K）和高温下的低蒸气压，很适合作为灯丝材料。但钨本性比较脆，这使钨丝的制作非常困难。今天，处理灯丝使其不易破损的能力是整个电灯制造行业的重心。。

钨丝的主要用途是用在各种类型的白炽灯。最常见的类型是一般的家用灯，汽车灯，泛光灯或投影仪及反射灯。 钨丝也被广泛使用在很多专业灯具，如视听投影机，光纤系统，视频照相灯，机场跑道标记，医疗和科学仪器，舞台或工作室系统等等。

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直径和公差

钨丝的直径一般用毫米（mm）或英寸（inches）表示。一般直径0.02mm到0.5mm的较细的钨丝，用单位长度重量来测量，也就是说，用每200 毫米的钨丝的重量来表示（mg/200mm）。标准的直径公差是重量标准的3%，更严格的公差也可以做到，这取决于钨丝产品的用途。

直径0.5mm到6.5mm的较粗的钨丝以毫米（mm）来测量，公差是按直径的百分比表示，标准的公差是1.5%。

抗拉强度

钨丝的抗拉强度通常用g/mg/200mm表示。标准的抗拉强度范围在40到110克之间。一般而言，当抗拉强度增加时，钨丝的直度会下降。

直度

钨丝可以通过机械的或热处理过程被矫直。通常，钨丝的直度的测量方法是，剪下一段10英寸的丝，将它压在一个平整且干净的平面上。直线在它长度方向上的最大偏差即是其直度的定量测量。

裂度

纵向裂纹的深度如果超过钨丝直径的15％被称为裂缝。用涡流分离器来检测钨丝是否有裂缝。通常给定长度钨丝的裂度不会大于5%。

质量和表面情况

钨丝表面要严格杜绝划痕、扭曲和打结的情况，因为这些都会影响其最终的使用。由于拉制的条件，表面情况一般有两种，当氧化物和润滑剂仍覆盖在表面时，表面是黑的，称为黑钨丝，或者，当用氢气或电化学腐蚀去除表面杂质后，表面是光亮的，称为白钨丝。

盘卷

钨丝是盘绕在干净的没有缺陷的卷轴上的。直径较大的钨丝是自己盘绕成线圈。线轴被水平的填充直至边缘。线的末端必须被适当地标示出来，并且牢牢固定在卷轴上自身的线圈上。

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钨丝工业的发展从一开始就是同照明灯泡工业紧密联系在一起的。1878年，爱迪生 (T．A．Edison)发明了碳丝灯泡。但这种灯泡存在着严重的缺点， 主要是寿命太短。将近20年后(1897年)，碳丝被锇丝和钽丝所取代，但由于Os、Ta熔点较低，因而工作温度和光效低。1903年，根据杰司特 (A．Just)和汉纳门(F．Hannaman)的专利，匈牙利首次制造出钨灯丝。它是将碳丝在含有自由氢的钨的卤氧化物蒸汽中通过电流加热到高温，使 碳完全被钨置换。这样制得的白炽灯丝或多或少地含有碳，不仅脆性相当严重，而且灯泡在使用时，灯丝不断致密化，因而灯丝的电参数会发生变化。1904年， 杰司特和汉纳门认识到了碳对脆性的影响，采用无碳的粘结剂与钨的化合物混合，再挤压成丝，然后在氢中加热还原成金属。这种方法制得的钨丝非常脆，但由于它 的光效要好得多，还是取代了碳丝、锇丝和钽丝用于制作灯泡。

上述这些方法都不能制备细钨丝。为了解决这个问题，1907 年，一种低镍含量的钨合金问世， 它是通过机械加工方法制备的，但是严重的脆性妨碍了它的应用。直到1909年，美国通用电器公司的库利奇(w．D．Coolidge)通过粉末冶金法制得 钨坯条，再利用机械加工生产出在室温下具有延性的钨丝，从而奠定了钨丝加工业的基础，也奠定了粉末冶金的基础。

然而这种“延性”钨灯丝在灯泡点燃后表现出明显的脆性。1913年，平奇(Pintsch)发明了 钍钨丝(ThO2的 含量为1％～2％)，从而使白炽灯丝的脆性大大降低。起初，灯丝的下垂(见钨丝的抗下垂性能)并不是一个问题，因为此时的灯丝是直丝，但1913年以后， 兰米尔(Langmuir)将直丝改为螺旋丝，这样，当灯泡使用时，高的工作温度和自重的作用使灯丝下垂，因而纯钨和钍钨都难以满足使用要求。

为了解决钨丝下垂和寿命短等问题，1917年，柏斯(A．Pacz)发明了高温下“不变形”的钨丝。起初，他在制备纯钨时采用耐火坩埚焙烧WO3，无意中 发现用这种WO3还原所得钨粉制成的钨丝螺 旋，经再结晶后异常神秘地不再下垂。随后，经过218次反复实验验证，他终于发现在钨酸(WO3•H2O)中添加钾和钠的硅酸盐，经过还原、压制、烧结、 加工等制得的钨丝，再结晶后形成相当粗的晶粒结构，既不软又抗下垂，这是最早的不下垂钨丝。柏斯的发现奠定了不下垂钨丝的生产基础，直到现在美国仍称不下 垂钨丝为“218钨丝”，以纪念柏斯的这项重大发现。

不过，最早生产的不下垂钨丝的脆性比钍钨丝严重，以致有些灯泡厂坚持使用钍钨丝作灯丝。但随 着不下垂钨丝生产工艺的不断发展和完善，人们逐渐认识到在氧化钨中同时添加K、Si、Al的化合物，可以使钨灯丝在高温下具有良好的抗下垂性能，同时经再 结晶后又具有满意的室温延性。这就是现在人们常说的“AKS钨丝”，即“不下垂钨丝”或“掺杂钨丝”，米尔掺chan纳(T．Millner)在1931 年将这种改进的不下垂效应称为“GK效应”。

掺杂钨丝的生产工序冗长，包括钨冶炼、粉末冶金制坯和塑性加工几个主要阶段。

掺杂钨丝的生产通常选用仲钨酸铵(APT)为原料。从 钨精矿制取仲钨酸铵除了传 统的经典工艺外，20世纪50年代国际上开展了萃取法和离子交换法的研究，中国在70年代也采用了这些工艺，从而简化了工艺流程，提高了钨的回收率。20 世纪60年代以来，许多国家都相继采用蓝色氧化钨掺杂工艺代替三氧化钨掺杂，从而提高了掺杂效果。钨粉的酸洗是20世纪60年代开始应用于生产的，其主要 目的在于洗去钨粉中多余的掺杂剂、超细粉和部分有害杂质，从而改善加工性能，提高钨丝的高温性能。从20世纪60年代开始，孔型轧制法不断得到应用。孔型 轧制是使坯料在一对旋转着的轧辊的孔 型中通过，在轧辊压力的作用下使断面减缩和长度延伸。

虽然只有少部分钨矿最终被做成灯钨丝和类似的产品，钨在科学上和技术上所承担的最重要的意义就是其研究成果向实际应用的转换。所获得的知识在粉末冶金新的领域，尤其是在硬质合金的制造上具有不可估量的价值。

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