酸化タングステン(IV)

酸化タングステン(IV)(さんかタングステン、tungsten(IV) oxide)は、化学式が WO2 の無機化合物である。青銅色の固体で、結晶は単斜晶系である[1]。短い W-W 結合 (248 pm) を持つ八面体配位の WO6 を中心とした歪んだルチル型の構造をとる。それぞれのW中心は d 2 の電子配置をとるため、大きな電気伝導性を持つ。
合成
900°Cで40時間かけて酸化タングステン(VI)をタングステン粉末で還元することによって合成する。この反応は中間体として部分的に還元され、混合原子価状態の W18O49 を経て進行する。モリブデン類縁体である酸化モリブデン(IV) MoO2 も同様に合成される。
2 WO3 + W → 3 WO2
単結晶は、ヨウ素を使った化学輸送法によって得られる。ヨウ素は揮発性の WO2I2 の形で WO2 を輸送する 。
 
 
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酸化タングステン

酸化タングステン(VI)(Tungsten(VI) oxide)または三酸化タングステン(tungsten trioxide)、無水タングステン酸(tungstic anhydride)は、化学式がWO3の無機化合物である。鉱物からのタングステン回収時の中間物として得られる。タングステン鉱石はWO3を作るために、アルカリで処理される。さらに、炭素あるいは水素ガスを三酸化タングステンに反応させることによって純粋な金属タングステンに還元される。
 
2WO3 + 3C + heat → 2W + 3CO2
WO3 + 3H2 + heat → W + 3H2O
 
酸化タングステン(VI)は天然には、重石華(WO3・H2O)、メイマカイト(WO3・2H2O)、加水重石華(組成はメイマカイトと同じだが組成式はH2WO4と書かれる)のように水和物の形で存在する。これらの鉱物は非常に稀少である。
 
合成について
CaWO4または灰重石を塩酸と反応させ、高温で水と反応してWO3に分解するタングステン酸を作る。
 
CaWO4 + 2HCl → CaCl2 + H2WO4
H2WO4 + heat → H2O + WO3
 
酸化条件でパラタングステン酸アンモニウム(APT)を焼成することによって合成することもできる。
 
(NH4)10[H2W12O42]・4H2O → 12 WO3 + 10NH3 + 11H2O
 
構造について
三酸化タングステンの結晶構造は温度に依存する。740℃以上では正方晶系、330℃から740℃では斜方晶系、17℃から330℃では単斜晶系、-50℃から17℃では三斜晶系となる。WO3の一般構造は空間群がP21/nの単斜晶である。
 
用途について
三酸化タングステンは日常生活において様々な用途で使われている。X線スクリーンの蛍光面や建物の不燃加工に使われるタングステン酸塩が三酸化タングステンから工業的に製造されている。鮮やかな黄色をしているため、陶磁器や顔料にも使われる。
最近では、三酸化タングステンはエレクトロクロミックウインドウやスマートウインドウの製造に採用されている。これらウインドウは光の透過性を電荷の印加によって切り替えることができる。
 
 

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タングステンの特徴

タングステンは、一般的に直接わたしたちが目にするところであまり使われたりはしていません。タングステンは特徴がはっきりしていて、それを利用した使われ方をしています。 タングステンの主な特徴を挙げると、以下の表のようになります。
 
 
重りなどによく使われる鉛よりも重く、少ない場所でたくさんの重量が必要なところに使われます。 鉛が環境によくない物資であるので、その代替え材料として用いられることもあります。
 
タングステン自体はやわらかい金属ですが、不純物を入れることにより非常に硬いものになります。タングステンと炭素との化合物は、人類が現在知っている物質のなかで3番目に固い物質となります。
 
タングステンは金属の中で最も高い温度でしか溶けることがありません(融点が高い)ので、この特性を利用しているのが、再三紹介してきている電球のフィラメントです。 電球の長寿命化が一気にすすんだわけです。
 
 

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タングステンにおけるフライス加工のポイント

加工条件の設定が不適切な場合、特に硬い材料の場合はワークが熱を持ち、加工硬化を起こします。
 
トラブルを防ぐためには、荒加工は湿式で行うと同時に、回転数を落として加工します。
その上で仕上げ加工は乾式で行います。
仕上げ加工を湿式で行うと刃物が逃げる傾向があり、仕上がりが安定しないので注意が必要です。
 
タングステンにおいては、荒加工は湿式で行い、仕上げ加工は乾式で行うことにより、安定した仕上がりを実現できる。
 

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炭化ケイ素

炭化ケイ素(Silicon Carbide、化学式SiC)は、炭素(C)とケイ素(Si)の1:1 の化合物で、天然では、隕石中にわずかに存在が確認される。鉱物学上「モアッサン石」と呼ばれ、また、19世紀末に工業化した会社の商品名から「カーボランダム」と呼ばれることもある。

ダイヤモンドの弟分、あるいはダイヤモンドとシリコンの中間的な性質を持ち、硬度、耐熱性、化学的安定性に優れることから、研磨材、耐火物、発熱体などに使われ、また半導体でもあることから、電子素子の素材にもなる。

結晶の光沢を持つ、黒色あるいは緑色の粉粒体として、市場に出る。

1 . 工業的製造法

ここでいう「工業的」とは、一度に10トンの単位で作られ、製品が最高純度ではないというような意味の、19世紀末以来の方法である。

電極に電圧をかけると、黒鉛粉が発熱して周囲の原料を加熱する。1500℃を越えると微細な3Cが生成しはじめ、昇温とともに3Cは消え4H、6H、15Rなどが発達するが、この環境では、2200℃以上でそれらは分解して黒鉛の粉を残す。反応は SiO2+3C→SiC+2CO でまとめられる。

電圧を切ったあとの横方向の断面が図2の右である。同心円の中心部の黒鉛粉はSiCが分解した分だけ太り、その外側に(斜線を付けた)SiCの塊が チクワ状に生成する。その外側は温度が1500℃くらいにしか上がらなかった3Cの薄い層、その又外側は反応しなかった原料で、未反応物は次の操炉の原料 に混ぜる。 SiCの塊は、中心から外側へ放射状に発達した結晶粒の集まりで、通気性に富む。

炉に原料や黒鉛粉を積む → 通電する → 停めて冷す → SiC塊を取出すの各工程の長さは、数日ずつである。

この炭化ケイ素の製造には多量の電力が必要で、安価な電力が得られる立地で行われる。

製品の塊から不純物を除き、粉砕し、さらに不純物を除き、粒度ごとに篩い分け、製品にする。

2 . 用途

研磨材、耐火煉瓦の原料、鋳鉄への加炭化ケイ素剤、高級釣り竿(リール竿)のガイド(釣り糸を通す輪)、登山鉄道車両の非常ブレーキ用シューなどに大量に使われる。鋳鉄用は低純度品である。

電気素子の素材としては、発熱体、アレスタ、バリスタなどに長く使われてきた。シリコンに比べてバンドギャップが大きい事から、高温、高線量下で利用できる半導体材料として注目され、1980年代以降の結晶成長技術の発展にともない、青色発光ダイオード、高速ショットキーバリアダイオード、MOSFET(電界効果トランジスタ)、などに使われるようになった。熱伝導率が高いので、他の半導体の基板としても重宝がられている。

ファインセラミックス、エンジニアリングセラミックスとしての用途も、開けている。金型プレス成形、静水圧成形、射出成形、スリップキャスト成形、押出成形、などの成型法、反応焼結、常圧焼結、加圧焼結、再焼結などの焼結法が行われている。

近年、ディーゼル車の排出する煤塵の集塵用フィルター(DPF)材料としての用途が急拡大されている。

また、大粒のものを装飾用宝石として用いる、果ては「モアッサナイトダイヤモンド」と称してダイヤモンドの一種であるかのように扱い、高額で売却する悪質な例もある。

 

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タングステン合金の紹介

 

 

タングステン合金

タングステン合金素材

タングステン合金の特徴

  1. 高比重18.0g/cm3
  2. 剛性がある。
  3. 磁性品と非磁製品がある。
  4. 耐酸性がある。
  5. 耐熱性がある。(400℃まで酸化しません。)
  6. 低熱膨張(5.5X10-6/℃)
  7. 高熱伝導率(85W/m・K)
  8. 放射線の遮蔽。
  9. X線とγ線の吸収。

タングステン合金の製造方法

  1. 各種金属パウダーを均一に混ぜる。
    タングステンを主成分にNiFe,NiCuをバインダーにする。
  2. プレス成形
  3. 焼結
  4. 素材完成

タングステン合金使用例

 

航空産業

機構の均衡を図る為最小の体積で製作できます。
*ヘリコプターのプロペラ(錘)
*航空機の方向蛇(錘)
*レーダーアンテナ(錘)

自動車産業

エンジン開発で重要なポイントの一つは最小スペースで製作することです。
*クランクシャフトとフライホイールの錘

医療産業

放射線遮蔽のコーリメータ及び容器。

半導体製造業

セラミックと金属の緩衝材
製造治具

製造業

切削深穴加工において加工精度と加工面は重要です。
超硬ホルダーと違い一体製作で剛性が出ます。
たわみ・びびりを解消しました。
*内径加工用ホルダー

 

 

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絶縁ガラス用Cs 0.32 WO 3粒子

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