钨在高温环境下仍能正常工作。因为任何金属在耐热性上都无法与钨相媲美。钨在所有金属中熔点最高,因此适用于具有极高温度要求的应用场合。此外,钨还具有极低的热膨胀系数和极高的形态稳定性特征。 钨几乎具有不可破坏性。例如,我们可使用这种材料来制造高温炉部件、灯具部件以及医疗和薄膜技术部件。

阳极
阳极
坩埚
坩埚
旋转靶
旋转靶
开关触头
开关触头
钨的特性
原子序数74
CAS编号7440-33-7
原子质量183.84
熔点3 420 °C
沸点5 900 °C
原子体积0.0159 [nm3]
20 ℃时密度19.30 [g/cm³]
晶体结构体心立方
晶格常数0.3165 [nm]
地球的地壳丰度1.25 [g/t]
应用
应用
钨合金
合金
钼特性
特性
天然状态和制备
状态
粉末冶金术
粉末-
冶金

纯度品质保证

您希望获得真正优异的质量吗?我们将是您的最佳选择。从金属粉末到成品,我们自主制造钨产品。仅使用纯度最高的氧化钨作为原料,从而确保了您能从极高的材料纯度中受益。 了解更多。

我们保证攀时钨材料的纯度达到99.97%(Mo除外的金属纯度),剩余的成分包含以下元素:

元素典型最大值 [µg/g]保证最大值 [µg/g]
Al115
Cr320
Cu110
Fe830
K110
Mo12100
Ni220
Si120
C630
H05
N15
O220
Cd15
Hg*01
Pb15

*初始数值

通过生产工艺的特点(超过1000℃,氢气气氛,多重热处理),Cr(VI)及有机杂质的存在可完全被排除

具有特殊性能的材料

我们的钨产品在各种特殊工业应用中均有使用。在此,我们对其中三个特性进行简要介绍:

卓越的抗蠕变性和较高纯度

在蓝宝石晶体生长领域,我们的钨产品在熔化和凝固容器中的应用非常广泛。由于其纯度较高,因而防止了蓝宝石晶体受到任何污染;而其良好的抗蠕变性则保证了产品的尺寸稳定性。甚至在极端高温的条件下,该工艺仍能保持稳定。

优异的纯度和导电性

在所有金属中,钨的热膨胀系数最低,同时导电性较高,因此钨是薄膜应用的理想之选。钨的导电性较高,同时扩散性较低,不易进入邻层中;这就意味着,钨是TFT-LCD 屏中所用的TFT的重要部件。当然,我们还能为您提供超高纯度溅射靶材形式的涂层材料。没有任何一家其他制造商有能力提供更大尺寸的钨靶。

很长的使用寿命和极高的熔点

即使在极高温度条件下,攀时的钨熔炼坩埚和心轴仍具有很长的使用寿命,甚至能够轻松耐受熔融的石英玻璃。由于我们的钨具有优异的纯度,因此能可靠地防止气泡生成或熔融的石英出现变色现象。

纯钨或钨合金?

在相关的特定应用中,我们制备的钨均拥有完美的性能表现。通过添加各种合金,我们可对以下特性进行控制:

  • 物理特性(如熔点、蒸气压、密度、导电性、热导行、热膨胀系数、热容和电子溢出功)
  • 机械特性 (例如强度、断裂性能、抗蠕变性、延展性)
  • 化学特性 (例如抗腐蚀性、可蚀刻性)
  • 可加工性 (例如切削工艺、成型性能、可焊接性)
  • 结构和再结晶特性(如再结晶温度、脆化性和老化效应)

其它更多特性:通过我们自身的定制制造工艺,我们可将钨的其它多种特性在较广的数值范围内进行调整。结果:我们精确地设计并制出具有多种不同特性的钨合金,它们均能满足各种应用的要求。

材料名称化学成分
(重量百分比)
W(纯)>99.97 % W
WK6560 - 65 ppm K
WVM30 - 70 ppm K
WVMW15 - 40 ppm K
S-WVMW15 - 40 ppm K
WCWC202.0 % CeO2
WLWL10
WL15
WL20
1.0 % La2O3
1.5 % La2O3
2.0 % La2O3
WL-S1.0 % La2O3
WLZ2.5 % La2O3/ 0,07 % ZrO2
WReWRe5
WRe26
5.0 % Re
26.0 % Re
WCu10 - 40 % Cu
W — 高密度
钨基高比重合金
Densimet®
Inermet®
Denal®
1.5 % - 10 % Ni, Fe, Mo
5 % - 10 % Ni, Cu
2.5 % - 10 % Ni, Fe, Co

WK65 (钨钾)

我们向钨中添加了60至65ppm的钾,由此形成的材料可以制造具有延长、堆叠的微观结构的导线产品。凭借这种微观结构,这种材料获得了优异的高温特性,如良好的抗蠕变性和尺寸稳定性。采用特殊的制造步骤之后,WK65的抗载能力可超过WVM。

WVM (钨真空镀敷金属)

WMV通过向纯钨中添加少量的钾而制成。我们主要提供杆材和线材形式的WMV,它们可用在蒸发旋管或加热丝中。这种添加操作与具有高度方向依赖性的冷加工之间相互影响,还能产生堆叠型微观结构,从而提高在高温条件下的尺寸稳定性。

WVMW/S-WVMW(WVM钨)

WVMW和S-WVMW是专门用于直径大于15mm短弧灯的阳极材料。为了制造这两种材料,我们向纯钨中添加了铝钾的硅酸盐。S-WVMW特别适用于直径超出30mm的杆材。由于采用了特殊的生产工艺制造S-MVMW,我们能够达到高度杆芯密度。

WC20 (钨二氧化铈)

拥有WC20之后,谁还需要钍呢?WC20 是我们的非辐射性变体材料,也是 WT20的最佳替代品。它被用作焊接电极材料。我们向钨中添加了2%(按质量计算)的二氧化铈,以便与纯钨相比,能获得电子溢出功更低、点火特性更佳、使用年限更长的材料。

WL (钨镧氧化物)

我们在钨中添加重量在1%与2%之间的氧化镧(La2O3)来提高其抗蠕变性与再结晶温度。由于其结构中氧化物颗粒的精细分布,我们的钨镧合金也易于机加工。钨镧氧化物的电子功函数显著低于纯钨。因此,钨镧是离子源、灯电极和焊接电极的热门选择。

WL-S (钨镧氧化物杆件)

这种特殊的WL专门开发用在高压放电灯的灯杆(支撑杆)中。我们针对标准质量的钨镧氧化物,使用特殊的生产工艺来制造具有更细粒度的微型结构。由于存在这种微型结构,这种材料的折断强度比标准质量的 WL和WVM 要高,即使之后承受的热负载较高,情况依然如此。因此,WL-S 是理想的支撑杆材料。在高压放电灯的整个使用期限之内,支撑杆都必须保持阳极和阴极始终精确地处在同一个位置。

WLZ (钨镧氧化物氧化锆)

我们掺杂氧化镧和氧化锆钨来获得耦合低电子功函数高蠕变电阻。WLZ是用于高负载环境阴极的优良材料。WLZ有很好的点火性能,即使在非常高的温度范围内也能保持稳定。

WRe (钨铼)

为了获得更大的延展性和更低的“脆性 - 延展性”的转变温度,我们将钨与铼混合,制成合金。此外,钨铼合金的再结晶温度更高,抗蠕变性更佳。我们使用WRe标准组分 — W5Re和W26Re 作为材料来制造在超过2,000℃应用中使用的热电偶。这种材料还被用在航天与航空工业中。

WCu (钨铜)

WCu组分由多孔性钨基材料组成,其中混有约10%至40%(质量百分比)的铜。我们主要使用WCu来制造适用于电子工业的高压断路器(在ELMET® 旗下进行销售)和散热器,以及腐蚀电极(在 SPARKAL® 旗下进行销售)。WCu对电弧腐蚀具有很强的耐受性、良好的导电率、高度的热导率,以及较低的热膨胀性。

优良的全功能型材料—钨的材料特性

钨属于耐高温金属族。耐高温金属为熔点比铂 (1,772℃) 更高的金属。在耐高温金属中,将单个原子约束在一起的能量特别高。耐高温金属的沸点较高,蒸汽压较低,弹性模量较高,热稳定性也非常出色。此外,耐高温金属还常具有的特征是较低的热膨胀系数和相对较高的密度。

在所有金属中,钨的熔点最高,弹性模量也非常高。通常情况下,其特性与钼相似。在元素周期表中,这两种金属位于同一种类中。然而,与钼相比,钨的某些特性表现更为明显。

由于具有优异的热特性,钨能够耐受甚至最为炽热的温度。您可从下表中了解到这一点:

特性
原子序数74
原子质量183.85
熔点3 420 °C / 3 693 K
沸点5 900 °C / 6 173 K
原子体积1.59 · 10-29[m3]
蒸汽压在1800 ℃温度下 在2200 ℃温度下2 · 10-9 [Pa]
6 · 10-6 [Pa]
20 ℃ (293 K)时密度19.3 [g/cm3]
晶体结构体心立方
晶格常数3.165 · 10-10[m]
20 ℃ (293 K)时硬度退火,消除应力之后
再结晶之后
>460 [HV30]
~ 360 [HV30]
20 ℃ (293 K)时弹性模量405 [GPa]
泊松数0.28
20 ℃ (293 K)时线性膨胀系数4.2 · 10-6[m/(m·K)]
20 ℃ (293 K)时导热性164 [W/(m·K)]
20 ℃ (293 K)时比热0.13 [J/(g·K)]
20 ℃ (293 K)时导电性18 · 106[1/(Ω·m)]
20 ℃ (293 K)时电阻0.050 [(Ω·mm2)/m]
20 ℃ (293 K)时声音传播速度纵波
横波
5 180 [m/s]
2 870 [m/s]
电子溢出功4.54 [eV]
热中子俘获截面1.92 · 10-27[m2]

我们能够改变添加的合金元素的类型和数量,以及采用的生产工艺,从而对钨及其合金的特性施加影响。

我们主要使用掺杂钨材料。例如,我们添加少量的钾来生产WVM和WK65。钾对机械性能有积极的影响,特别是在高温下。添加剂CeO2和La2O3保证较低的电子功函数,从而使钨适合作为阴极材料。

WRe和WCu,还有我们的重金属合金变体中的合金含量更高,最高可达40%。因此,它们被称为钨合金。我们向钨中添加了铼,以便增加钨的延展性。铜能够增加材料的导电率。此外,您还可使用我们的重金属合金来制造具有复杂几何结构的产品,因为它们均易于进行机加工。它们可以用作 — 例如 — 屏蔽材料或减辐及吸收部件。

特性WWK65WVM
(S-)WVMW
WC20
合金组分
(重量百分比)
99.97 % W60 - 65 ppm K30 - 70 ppm K
15 - 40 ppm K
2.0 % CeO2
导热性~~~~
高温稳定性,
抗蠕变性
~
++
++
+
+
再结晶温度~+++++
晶粒精细度~+++
延展性~+++
机械加工 / 可加工性~++++
电子溢出功~~~--
特性WLWL-SWLZWRe
合金组分
(重量百分比)
1.0 % La2O3
1.5 % La2O3
2.0 % La2O3
1.0 % La2O32.5 % La2O3
0.07 % ZrO2
5 % / 26 % Re
导热性~~~-
高温稳定性,
抗蠕变性
++++++
再结晶温度++++++
晶粒精细度++++~
延展性+++++
机械加工 / 可加工性++++++
电子溢出功------+
特性WCuDensimet®
Inermet®
Denal®
合金组分
(重量百分比)
10 - 40 % Cu1.5 - 10 % Ni, Fe, Mo
5 - 9.8 % Ni, Cu
2.5 - 10 % Ni, Fe, Co
导热性+-
高温稳定性,
抗蠕变性
---
再结晶温度
晶粒精细度+
延展性++++
机械加工 / 可加工性++++
电子溢出功

~ 对纯钨具有可比性 + 高与纯钨 ++ 远高于纯钨 - 低于纯钨 -- 远低于纯钨

热物理特性

在所有的耐高温金属中,钨的熔点最高;此外,钨还具有较低的热膨胀系数和相对较高的密度。钨还拥有更具价值的特性,即良好的导电率和优异的导热性。与钼相比,钨的所有这些特性的数值更高。虽然它们位于元素周期表的同一个族中,但是钨位于钼之后一个周期处。

钨的热金属特性随温度发生变化。下图显示的是最重要的变量对比曲线图:

难熔金属的蒸汽压
难熔金属的蒸汽压
钽、钼的线性热膨胀系数
钨和钼的热容
钨、钼电阻率
钨、钼导热性
放射钨

图表概述钨发射率的温度依赖值(显示为蓝色散射带)。散射带的上端显示的是在典型交货条件下实验测得的攀时样品价值。

机械特性

我们通过热处理(退火)和特别改造的成型工艺来优化材料纯度,对合金组分的类型和数量进行控制,以及修改钨的微观结构。结果:警械特性经定制之后,能适用于最为多样化的应用。钨的机械特性与钼相仿。钼的这些特性取决于测试温度。在所有金属中,钨的熔点最高,达到3,420℃。这种材料具有较高的热稳定性和弹性模量,能使钨实现较高的抗蠕变性。

钨与其他耐高温金属的弹性模量对测试温度曲线对比图

与钼相似,钨亦具有体心立方晶格,因此亦具有相同的“脆性 - 延展性”转移特征。通过冷加工或铸成合金可降低“脆性 - 延展性”转移温度。随着冷加工程度不断加深,材料的强度亦在增加。然而,与其他金属有所不同,这亦会增加钨的延展性。提高钨的总体延展性所用的主要合金元素为铼。

“doping”一词来源于拉丁语“dotare”,意思是“给…提供”。在冶金领域,doping是指一个或者多个以ppm计量的合金元素的引入。“微合金化(microalloying)”也经常使用。在掺杂过程中引入的合金含量能达到几百ppm。缩写ppm表示“百万分之...”,即10-6。

若要在高温条件下使用钨,则应将这种材料的再结晶温度纳入考虑范畴。随着在再结晶温级的增加,这种材料的机械特性 —— 如延展性和断裂韧性 — 降低。添加少量的氧化物颗粒(如氧化镧或二氧化铈)可增加钨的再结晶温级和抗蠕变性。此外,对材料进行冷加工可降低氧化物的粒度,并进一步增加材料的再结晶温度。

此表显示的是钨基材料在不同形变程度时的再结晶温度。

材料100%再结晶温度[℃](退火时间:1小时)
变形率 = 90%变形率 = 99.99 %
W(纯)1350-
WVM-2000
WC2015502600
WL1015002500
WL1515502600
W5Re1700-
W26Re1750-
钨钼薄板材料的典型0.2%屈服强度
钨钼薄板材料的典型0.2%屈服强度
分别在应力消除与再结晶条件下
(薄板的厚度: 钨 = 1 毫米 / 钼 = 2 毫米)
钨钼薄板材料的典型极限抗拉强度
钨钼薄板材料的典型极限抗拉强度
分别在应力消除与再结晶条件下
(薄板的厚度: 钨 = 1 毫米 / 钼 = 2 毫米)
钨钼棒材的典型0.2%屈服强度
钨钼棒材的典型0.2%屈服强度
分别在应力消除与再结晶条件下
(直径: 25毫米)
钨钼棒材的典型极限抗拉强度
钨钼棒材的典型极限抗拉强度
分别在应力消除与再结晶条件下
(直径: 25毫米)
钨薄板的光学显微图像
钼板的光学显微图像
(应力消除)
钨薄板的光学显微图像
钨薄板的光学显微图像
(再结晶)
扫描电子显微图像
扫描电子显微图像
带有钾填充泡沫的WVM断面
照片:弗莱贝格工业大学
 

对钨进行机加工需要对这种材料有一个真正的了解。成型工艺 — 如弯曲和折叠 — 通常必须在高于“脆性 - 延展性”转移温度的情况下进行。钨的这一转移温度比钼要高。待处理板材的厚度越高,需要预热的温度也就越高。与折叠操作相比,对板材进行切割和冲孔所需的预热温度更高。对钨采用机加工工艺十分困难。我们采用二氧化铈或氧化镧的钨合金稍易切割。然而,工具磨损程度仍十分严重,并有可能出现豁口。在耐高温金属的成形和机加工方面,我们拥有多年丰富经验;如果您在这方面存有某些疑问,我们非常乐意为您提供帮助。

耐化学性

在相对湿度低于 60% 的条件下,钨具有抗腐蚀性。在潮湿的空气中,钨开始出现褪色现象。然而,与钼相比,这种现象不太明显。甚至在非常高的温度条件下,玻璃熔体、氢气、氮气、惰性气体、金属熔体和氧化物陶瓷熔体在很大程度上对钨也不具有侵入性,只要它们不含氧化剂。

下表显示的是钨的抗腐蚀性。除非对相反情况予以指明,否则这些规格均与不含空气和氮气的纯溶液存在关联。即使极小浓度的外来化学活性物质亦能对耐腐蚀性造成很大影响。对于有关腐蚀性的复杂论题,您是否存在疑问?在这一方面,我们拥有丰富经验,并设有室内腐蚀性实验室,非常乐意为您提供帮助。

钨的耐腐蚀性

冷水和小于 80 ℃ (353 K)的温水 耐腐蚀
> 80 ℃ (353 K) 的热水 耐腐蚀
含氮气或抑制剂的热水 耐腐蚀
无机酸 < 100 ℃ (373 K)的氢氟酸 耐腐蚀
王水,冷 耐腐蚀
最高达到270 ℃ (543 K)的正磷酸 耐腐蚀
硝酸,冷或热 耐腐蚀
盐酸,冷或热 耐腐蚀
190 ℃ (463 K)以下浓度<70 %的硫酸 耐腐蚀
多硫酸 不耐腐蚀
碱液 氨水溶液 耐腐蚀
100 ℃ (373 K)以下氢氧化钾(KOH < 50 %) 耐腐蚀
氢氧化钾(KOH > 50 %) 不耐腐蚀
最高达到100 ℃ (373 K)的氢氧化钠 (NaOH < 50 %) 耐腐蚀
氢氧化钠(NaOH> 50 %) 不耐腐蚀
次氯酸钠溶液,冷和热 不耐腐蚀
有机酸甲酸,室温 耐腐蚀
100 ℃ (373 K) 以下蚁酸 耐腐蚀
浓缩乳酸,室温 耐腐蚀
草酸,室温 耐腐蚀
酒石酸,室温 (18.4 %) 耐腐蚀
非金属 最高达到1800 ℃ (12073 K) 的硼 耐腐蚀
最高达到1200 ℃ (1 473 K) 的碳 耐腐蚀
800 ℃ (1 073 K) 以下磷 耐腐蚀
最高达到500 ℃ (773 K)的硫 耐腐蚀
最高达到900 ℃ (1173 K) 的硅 耐腐蚀
室温下的氟 不耐腐蚀
250 ℃ (523 K)以下氯 耐腐蚀
450 ℃ (723 K)以下溴 耐腐蚀
450 ℃ (723 K)以下碘 耐腐蚀
玻璃熔体* 1700 ℃ (1 973 K)以下 耐腐蚀

*不包括含氧化剂的玻璃(例如铅玻璃)

对气体的抗腐蚀性
氨气 < 1000 ℃时耐腐蚀空气和氧气 < 500 ℃时耐腐蚀
惰性气体无反应氮气无反应
二氧化碳 < 1200 ℃时耐腐蚀氢气无反应
一氧化碳 < 1400 ℃时耐腐蚀水蒸汽 < 700 ℃时耐腐蚀
< 1200 ℃时耐腐蚀
对陶瓷炉结构材料的抗腐蚀性
氧化铝 < 1 900 ℃时耐腐蚀氧化镁 < 1 600 ℃时耐腐蚀
氧化铍 具有耐腐蚀性,温度 < 1,200℃碳化硅 < 1 300 ℃时耐腐蚀
石墨 < 1200 ℃时耐腐蚀氧化锆 < 1 900 ℃时耐腐蚀
镁块 < 1 600 ℃时耐腐蚀


特别地,与钼、锌和锡的熔体相比,钨的耐受性更强。

对金属熔体的抗腐蚀性
< 700 ℃时耐腐蚀 < 600 ℃时耐腐蚀
不耐腐蚀不耐腐蚀
< 1 100 ℃时耐腐蚀 < 700 ℃时耐腐蚀
有氧铅 < 500 ℃时耐腐蚀 < 600 ℃时耐腐蚀
< 1200 ℃时耐腐蚀 < 1200 ℃时耐腐蚀
不耐腐蚀 < 1400 ℃时耐腐蚀
< 1000 ℃时耐腐蚀稀土 < 800℃时耐腐蚀
< 1200 ℃时耐腐蚀耐腐蚀
< 1 300 ℃时耐腐蚀 < 900 ℃时耐腐蚀
< 1 100 ℃时耐腐蚀 < 1400 ℃时耐腐蚀
< 1 600 ℃时耐腐蚀 < 750℃ 时耐腐蚀
< 1000 ℃时耐腐蚀 < 980℃ 时耐腐蚀

天然状态和制备

中世纪时期,人们在锡的还原过程中,在中欧的奥雷山脉中首次发现了钨。然而,钨在当时被认为是一种多余的伴生成分。在锡的还原过程中,钨矿石的存在有利于矿渣的形成,因此对锡的产量构成妨碍。锡的德语名称(Wolfram,意为“狼的口水”)就是出自其拥有的吞锡矿石的名声“其消耗锡就像狼吃羊一样”。

1752年,化学家克郎斯塔特 (Axel Fredrik Cronstedt) 发现了一种重金属,将其命名为“Tung Sten”,在瑞典语中意为“沉重的石块”。直至 30 年之后,Carl Wilhelm Scheele 才成功地从矿石中制出钨酸。仅两年之后,其两位助手,即 Juan Jose和Fausto de Elhuyar 兄弟,通过对三氧化钨进行还原,从而制出了钨。现在,人们认为这两位兄弟是钨的真正发现者。“Wolframium”这一名称和配套的符号 W 由 JönsJakob Berzelius 提议使用。

天然的钨矿最常以黑钨矿 ((Fe/Mn)WO4) 和白钨矿 (CaWO4) 的形式存在。人们发现最大的钨矿床在中国、俄罗斯和美国;在奥地利,菲尔德基森 (Felbertauern) 地区的米特斯尔 (Mittersill) 也存在白钨矿床。

这些钨矿石中均含有 WO3,其质量百分比在 0.3% 至 2.5% 之间,含量高低因矿床而异。通过粉碎、研磨、浮选和煅烧过程,WO3的含量可增至约 60%。剩余的杂质主要通过氢氧化钠的消化进行清除。然后采用通常称为离子交换萃取的工艺来将获得的钨酸钠转化为 APT(仲钨酸铵)。

在 500 至 1,000℃ 之间的温度条件下,还原反应在氢气氛中进行。

在氢气氛层中还原

我们的姊妹公司GTP专于 APT 的制备、萃取和还原。GTP 为我们提供纯度极高、质量一贯优异的金属钨。

我们如何做到?粉末冶金术!

那么,粉末冶金术是什么?众所周知,目前大多数工业用的金属与合金,例如钢、铝和铜都采用模具内熔化和铸造的方法进行生产。与之相反,粉末冶金术摒弃了熔化操作,其做法是先挤压金属粉末,然后在低于材料熔化温度的条件下进行热处理(烧结)并制得产品。粉末冶金术中最重要的因素是金属粉末本身、挤压工艺和烧结工艺。我们能够在内部对上述所有因素进行控制和优化。

为什么要采用粉末冶金术?通过粉末冶金术,我们可以生产熔点为2000 ℃及以上的材料。该工艺特别经济实惠,即使生产少量产品也不例外。除此之外,通过使用定制的粉末混合物,我们能够生产一系列非常均匀的材料,并赋予其某些特殊性质。

将钨粉与适当的合金元素相混合,然后注入铸模中。接着在高达2000bar的压力下,将混合物压实。再将生成的压制品(亦称为“生坯”)放在特殊的高温炉中,在超出2,000℃的温度条件下进行烧结。在此期间,压制品便获得了相应的密度和微观结构形制。材料的非常特殊的属性 — 如优异的热稳定性、硬度或流动特征 — 均取决于使用适当的成型方法,如锻造、辊轧或拉拔。仅当所有这些步骤完美切合之后,我们才能达到确切的质量要求,制出具有优异纯度和质量的产品。

氧化物
还原
混合
炼制合金
我们将金属粉末与粉末混合,在高达2吨/平方厘米压力(每平方厘米2吨)下压制成一个“生坯”。当需要生产特别苛刻的几何形状的成品时,我们会确保“生坯”在压制阶段形成适当的形状。
压制
压制
成形

处理
机械
处理
焊合
质量
保证
回收利用

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