タングステン

タングステンは超高温部品に使用されます。タングステンは金属の中で最も融点が高いため、超高温の用途に広く使用されています。また、熱膨張率が低く、超高温での
形状安定性がきわめて高いのも特徴です。
タングステンは破壊困難です。この材料は、たとえば高温炉材、照明部品、医療・薄膜技術の分野で使用されます。

良質のタングステンをお探しでしたら、プランゼーまでご連絡ください。金属パウダーから最終製品まで、プランゼーは自社ですべての工程を管理しています。投入材料には自社で管理する最高純度の酸化タングステンを使用しています。
だから、お客様にも超高純度材料をお届けできるのです。 データでご覧ください。

プランゼーのタングステンは純度99.97 %であることを保証いたします。（モリブデンを含まない金属純度）
それ以外の元素は以下が含まれます。

工業用途でプランゼーのタングステンが使われる用途には、この材料が持つユニークな特性が反映されています。そのうちの3つを以下に簡単に紹介します。

プランゼーのタングステンの用途として最も多いのは、サファイア単結晶成長用の溶融固化容器です。純度が高いので結晶への不純物の混入を防げ、良好なクリープ特性で製品の形状安定性も確保できます。

熱膨張率が全金属中で最も小さく、電気伝導度の高いプランゼーのタングステンは、薄膜用途に理想的な材料です。電気伝導度が高く、隣接層への拡散性も低いので、TFT-LCDスクリーン用の薄膜トランジスタに使用すると大きな効果を発揮します。また、コーティング材料として超高純度スパッタターゲットもお届けしています。プランゼーほど大きなタングステンターゲットをお届けできるメーカーはほかにありません。

超高温でも寿命が長いプランゼーのタングステン製溶解るつぼやマンドレルシャフトは、溶融石英ガラスにも耐えることができます。プランゼーのタングステンは純度がきわめて高いため、溶融石英の気泡や変色も確実に防ぐことができます。

プランゼーはタングステンならでの用途で最適に機能する材料をお届けします。各種の合金成分を加えることによって、以下の特性を自由にコントロールすることができます。

• 物理的特性（融点、蒸気圧、密度、導電性、熱伝導性、熱膨張率、熱容量、電子仕事関数など）
• 機械的特性（強度、破壊挙動、耐クリープ性、延性など）
• 化学的特性（耐食性、エッチング性など）
• 機械加工性（切削性、成形性、溶接性など）
• 微細構造・再結晶特性（再結晶温度、脆化特性、経時効果など）

これ以外の各種特性も、プランゼー独自の製造工程により、幅広く調整することができます。 その結果、さまざまな各種条件に応じて特性を正確に調整したタングステン合金をお届けすることも可能です。

タングステンに 60～65ppm のカリウムをドープして材料を成形し、長大結晶粒積層構造を持つワイヤーを作ります。この微細構造が材料に良好な耐クリープ性や形状安定性などの優れた高温特性を持たせます。特殊な製造工程を利用すると、WK65の負荷耐性をWVMより高くすることができます。

WVMは純タングステンに微量のカリウムをドープしたものです。プランゼーのWVMは蒸着コイルまたは加熱フィラメントでの使用を想定し、主にロッドまたはワイヤーで製造されています。方位依存性の強い冷間加工とも相互作用するこのドーピングでは、積層微細構造ができ、その結果、高温での形状安定性が増します。.

WVMWとS-WVMWは直径15mm以上のショートアークランプのアノード材料用に開発されました。どちらの材料もアルミニウム-カリウム-シリケートをドープしたタングステンを用いて作ります。S-WVMWはとくに直径が30mmを超えるロッドに適しています。特殊な工程で製造するため、S-WVMWではロッドコアを高密度にすることができます。

WC20があれば、トリウムは無用です。WC20は非放射性材料であり、WT20の代替品として最適です。溶接棒の材料として使用されます。タングステンに2重量%の酸化セリウムをドープし、純タングステンより電子仕事関数が低く、着火特性に優れ、寿命の長い材料にします。

タングステンに1.0～2.0重量%の酸化ランタン（La₂O₃）をドープし、クリープ特性を改善し、再結晶温度を高めています。プランゼーのWLは構造内に酸化物粒子が細かく分布しているので、機械加工が容易です。電子仕事関数は純タングステンより大幅に低くなります。このため、イオンソース、ランプ電極、溶接棒によく使われています。.

この特殊なWLは高圧放電ランプのステム（支柱）用に特別に開発されたものです。特別な生産工程を用いて標準的なタングステンランタンより微細な粒子構造を作ります。この特殊な微細構造のおかげで、高い熱負荷に曝露したあとでも材料の破壊強度は標準的なWLやWVMより高くなります。このため、高圧放電ランプの寿命が来るまでアノードとカソードを同位置に保つ支柱として、WL-Sは理想的な材料です。

タングステンに酸化ランタンと酸化ジルコニウムをドープし、高い耐クリープ性と低い電子仕事関数を同時に実現しています。WLZは高負荷環境で使用するカソードの優れた材料です。WLZは非常に良好なアーク特性を有し、極高温域でも安定を保ちます。

延性を高め、脆性延性遷移温度を下げるため、タングステンとレニウムを合金にしています。タングステンレニウムは、再結晶温度も高くなり、耐クリープ性も向上します。2000°Cを超える用途の熱電対の材料には、標準的なWRe、つまりW5ReやW26Reを使用します。この材料は航空産業や航空宇宙産業でも使用されています。

WCuは多孔質のタングステンマトリックスに10～40重量%の銅を含浸させた複合材料です。通常、プランゼーのWCuは高電圧遮断器（Elemet®）の製造、エレクトロニクスデバイス用ヒートシンク、放電加工用電極（Sparkal®）に使用します。WCuは耐アーク特性がきわめて高く、良好な電気伝導度、高い熱伝導度、低い熱膨張率を示します。

タングステンは高融点金属に属します。高融点金属とは、融点がプラチナ（1772°C）より高い金属をさします。高融点金属では、個々の原子がとくに強いエネルギーで結合しています。融点が高いほかに、蒸気圧が低く、弾性係数が高く、熱安定性が高いのが特徴です。また、通常は熱膨張率が低く、比較的密度も高くなります。

タングステンは全金属中で最も融点が高く、弾性係数も著しく高い値を示します。全般的に、その特性はモリブデンと似ています。この2つの金属は周期表で同族に属します。しかし、タングステンの一部の特性はモリブデンより顕著です。

タングステンは熱特性が優れているので、超高熱にも容易に耐えられます。データでご覧ください。

タングステンとその合金の特性は添加する合金元素の種類や量を変えることにより、また、選択する製造工程により変えることができます。

プランゼーでは主にドープタングステン材料を使用します。たとえば、WVMやWK65を製造するときはカリウムを少量加えます。カリウムは、とくに高温下で機械的特性を向上させる効果があります。CeO₂と La₂O₃加えると、電子仕事関数が低下し、その結果、タングステンをカソードに適した材料にすることができます。

WReとWCuはヘビーメタル合金とともに合金元素含有量が多く、40%に達することもあります。このため、これらはタングステン合金と呼ばれています。レニウムはタングステンの延性を高めるために添加します。銅は材料の導電性を高めます。ヘビーメタル合金は機械加工性が高いので、複雑な形状にも使用することができます。たとえば、シールド材としても、また、減衰・衝撃吸収部品としても使用することができます。

～ 純Wと同程度 + 純Wより高い ++ 純Wより大幅に高い - 純Wより低い -- 純Wより大幅に低い

タングステンは高融点金属の中でも最も融点が高く、熱膨張率が低く、密度が比較的高い金属です。電気伝導性がよく、熱伝導性に優れているところも、材料としては貴重です。これらの特性の値はすべてモリブデンよりタングステンのほうが高くなっています。どちらも周期表で同じ族に属していますが、周期はタングステンのほうがモリブデンより下位に当たります。

タングステンの熱物理的特性は温度とともに変化します。下のグラフは、最も重要な比較対象変数の曲線を示します。

図は、タングステンの温度依存性放射率の値をまとめたもの（青いスキャッタバンド）です。納入状態におけるプランゼー製品のサンプルの実験的測定値は、スキャッタバンドの上端に見ることができます。

プランゼーでは、材料の純度を最適化し、合金元素の種類と量を決定し、熱処理（焼鈍）と独自の成形工程を通してタングステンの微細構造を調整します。その結果、幅広い用途に対応するプランゼーならではの機械的特性が生まれます。タングステンの機械的特性はモリブデンと似ています。モリブデン同様、機械的特性は温度によって変化します。タングステンは融点が3420°Cと、全金属中で最も高い金属です。熱安定性が高く、弾性率も高いので、耐クリープ性も高くなっています。

モリブデン同様、タングステンも体心立方格子構造を持つので、脆性延性遷移特性も似ています。脆性延性遷移温度は冷間加工や合金化によって低下させることができます。材料強度は冷間加工の比率が増すと向上します。ただし、タングステンの場合は他の金属と違い、それで延性も高まります。タングステンの延性を全体的に高めるために主に用いられる合金元素はレニウムです。

モリブデン同様、タングステンも体心立方格子構造を持つので、脆性延性遷移特性も似ています。脆性延性遷移温度は冷間加工や合金化によって低下させることができます。材料強度は冷間加工の比率が増すと向上します。ただし、タングステンの場合は他の金属と違い、それで延性も高まります。タングステンの延性を全体的に高めるために主に用いられる合金元素はレニウムです。

タングステンを機械加工するには、難加工材についての知識と経験が必要です。曲げ、カシメなどの成形加工は一般に脆性延性遷移温度以上で行う必要があります。タングステンの場合は、この温度がモリブデンより高くなります。加工するシートが厚いほど、高い予熱温度が求められます。シートの予熱温度は、カシメより切削や打抜き加工でより高くする必要があります。タングステンの機械加工はきわめて厄介です。酸化セリウムや酸化ランタンを用いたプランゼーのタングステンでは、切削がやや容易になります。しかし、工具摩耗のレベルはまだかなり高く、チッピングが起こる可能性もあります。高融点金属の成形、機械加工についてご不明な点がございましたら、長年の経験を持つプランゼーにお問合せください。

相対湿度60%未満では、タングステンは耐食性を示します。湿度が高い空気中では、変色が始まります。しかし、モリブデンほど顕著ではありません。溶融ガラス、水素、窒素、希ガス、溶融金属、溶融酸化物セラミックスは、酸化性成分を含んでいなければ、超高温でもほとんどタングステンを腐食しません。

下表にタングステンの耐食性の有無を示します。別途の表示がないかぎり、仕様は空気や窒素の混じらない純粋溶液に関するものです。化学的に活性な物質が少しでも混じると、耐食性は大幅に変化する可能性があります。複雑な耐食性の問題について何かご不明な点はございますか？長年の経験と自前の腐食ラボを持つプランゼーが喜んで皆様のお力になります。

* 酸化性成分を含むガラス（鉛ガラスなど）を除く

とくに亜鉛やスズの融液に対しては、タングステンはモリブデンより耐性があります。

タングステンは中世に中欧のエルツ山地でスズを還元しているときに最初に発見されました。しかし、当時は不要な混入物と考えられていました。タングステン鉱石はスズの還元中にスラグの形成を促進し、結果的に生産効率を落としたからです。タングステンのドイツ名「ウォルフラム」（「オオカミのよだれ」の意）は 「羊を食べるオオカミのようにスズを食べる」スズをむさぼる鉱物といわれたところから来ています。

1752年、化学者Axel Fredrik Cronstedtが発見した重金属にスウェーデン語で「重い石」を意味するTung Sten（タング・ステン）という名前をつけました。Carl Wilhelm Scheeleがその鉱石からタングステン酸を取り出すことに成功したのは、その30年後のことでした。その2年後には、Scheeleのふたりのアシスタント、Juan JoseとFaustoのElhuyar兄弟が三酸化タングステンを還元してタングステンを取り出しました。現在では、このふたりの兄弟がタングステンの真の発見者と考えられています。ラテン語名Wolframiumとその頭文字をとった元素記号WはJöns Jakob Berzeliusの提案でつけられたものです。

タングステンは、自然界では鉄マンガン重石（（Fe/Mn）WO4）や灰重石（CaWO4）のかたちで存在しているのが最も一般的です。タングステンの最大級の鉱床は中国、ロシア、米国で見つかっています。オーストリアのFelbertauern地方のMittersillにも灰重石の鉱床があります。

タングステン鉱石中のWO3の含有率は鉱床によって異なりますが、0.3～2.5重量%です。破砕、粉砕、浮遊選鉱、焙焼のプロセスを利用すると、このWO3含有率を60 %程度まで上げることができます。残りの不純物は水酸化ナトリウムによる温浸によってほとんど除去されます。それによって得られるタングステン酸ナトリウムは、いわゆるイオン交換抽出のプロセスでAPT（パラタングステン酸アンモニウム）に変換します。