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  • Mo 钼
  • Ta 钽
  • W 钨
  • W-MMC Metal Matrix Composites

钨

在任何涉及高热应用的地方几乎都会出现钨。因为论及耐热性,没有任何金属能够与钨媲美。钨是所有金属中熔点最高的金属,适用于具有极高温度要求的应用。极低的热膨胀系数和较高的尺寸稳定性也是钨的亮眼特征。钨几乎坚不可摧。我们使用这种材料制造高温炉部件、灯具部件以及医疗和薄膜技术部件。

原子序数 74
CAS 编号 7440-33-7
原子质量 183.84 [g/mol]
熔点 3420℃
沸点 5555℃
20℃ 时的密度 19.25 [g/cm3]
晶体结构 体心立方
20℃ 时的线性热膨胀系数
4.4 × 10-6 [m/(mK)]
20℃ 时的热导率
164 [W/(mK)]
20℃ 时的比热 0.13 [J/(gK)]
20℃ 时的电导率 18.2 × 106 [S/m]
20℃ 时的电阻率 0.055 [(Ωmm2)/m]
材料范围

纯钨与钨合金

您可以信赖我们的质量。从金属粉末到成品,我们完全自主生产钨产品。我们只使用最纯净的氧化钨作为原材料。确保为您提供极高的材料纯度。我们保证钨的纯度达到 99.97%(不含 Mo 的金属纯度)。剩余成分包含以下元素:

元素 典型最大值
[μg/g]
保证最大值
[μg/g]
Al 1 15
Cr 3 20
Cu 1
10
Fe 8
30
K 1
10
Mo 12 100
Ni
2
20
Si 1
20
C 6
30
H 0 5
N 1
5
O 2
20
Cd 1 5
Hg* 0 1
Pb 1
5

*Anfangswert

Die Anwesenheit von Cr (VI) und organischen Verunreinigungen kann durch den Produktionsprozess ausgeschlossen werden (mehrfache Wärmebehandlung bei Temperaturen über 1.000°C in H2.)

材料名称 化学成分(质量百分比)
钨(纯) > 99.97% W
WK65
60–65 ppm K
MVM 30–70 ppm K
WVMW 15–40 ppm K
S-WVMW 15–40 ppm K
WC
WC20
2.0% CeO2
WL WL10
WL15
WL20
1.0% La2O3
1.5% La2O3
2.0% La2O3
WL-S 1.0% La2O3
WLZ 2.5% La2O3 /0.07% ZrO2
WRe
 WRe5
WRe26
5.0% Re
26.0% Re
WCu 10–40% Cu
W 高密度
重金属合金
Densimet®
Inermet®
Denal®
1.5%–10% Ni、Fe、Mo
5%–10% Ni、Cu
2.5%–10% Ni、Fe、Co

我们会针对特殊应用准备钨材料。我们可以通过添加各种合金得到以下特性:

  • 物理特性(例如熔点、蒸汽压、密度、电导率、热导率、热膨胀率、热容、电子逸出功)
  • 机械特性(例如强度、断裂性能、蠕变性能、延展性)
  • 化学特性(耐腐蚀性、蚀刻性能)
  • 可加工性(机械加工性、可成形性、可焊接性)

此外,我们还可以通过定制制造工艺改变钨在其他方面的特性。结果:可根据相应应用定制的具有不同特性的钨合金。

  • WK65(钨钾)

    我们向钨中掺杂 60 到 65 ppm 的钾,再将这种材料制成具有细长堆叠结构的丝材产品。这种结构赋予材料优异的高温特性,例如良好的抗蠕变性和尺寸稳定性。可以使用特殊步骤生产 WK65,使其抗负荷能力高于 WVM。

  • WVM(钨真空镀敷金属)

    WVM 是在纯钨中掺入少量钾制得的产物。我们主要提供蒸发旋管或发热灯丝使用的 WVM 棒材或丝材。也可以提供蒸发舟使用的 WVM 片材。这种掺杂操作以及与具有高度方向依赖性的成形工艺之间的相互影响,产生了堆叠结构,从而提高了高温下的尺寸稳定性。

  • WVMW/S-WVMW(WVM-钨)

    WVMW 和 S-WVMW 专门用于直径大于 15 mm 的短弧灯的阳极材料。为了生产这两种材料,我们在纯钨中掺入硅酸铝钾。S-WVMW 特别适用于直径大于 30 mm 的棒材。得益于特殊的 S-WVMW 生产工艺,我们能够在棒芯中实现高密度。

  • WC20(氧化钨铈)

    有了 WC20,谁还需要钍?WC20 是非放射性材料变体非辐射性变体材料,也是 WT20 的最佳替代品。其被用作焊接电极的材料。我们向钨中掺杂 2%(重量百分比)的氧化铈;与纯钨相比,由此获得的材料具有更低的电子逸出功、更好的点火特性和更长的使用寿命。

  • WL(钨镧氧化物)

    我们在钨中掺杂了 1%、1.5% 和 2.0%(重量百分比)的氧化镧 (La2O3),提高其抗蠕变性和再结晶温度。由于其结构中精细分布的氧化物颗粒,我们的 WL 还更易于加工。钨镧氧化物的电子逸出功显著低于纯钨。WL 因此成为离子源、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 专门高压放电灯的灯杆(支撑杆)开发。我们使用特殊生产工艺制得产品,其结构比标准质量钨镧氧化物更为精细。得益于这种特殊结构,即使暴露在高热环境下,该材料的断裂强度也高于标准质量的 WL 和 WVM。因此,WL-S 是高压放电灯支撑杆的理想材料。WL-S 支撑杆必须能够将阳极和阴极精确地保持在正确的位置。

  • WLZ(钨镧氧化物-氧化锆)

    我们在钨中掺杂氧化镧和氧化锆,让材料获得高抗蠕变性和低电子逸出功。WLZ 是用于高负荷环境的阴极的优良材料。其具有非常好的点火性能,在极高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韧转变温度,我们混合钨和铼制成合金。这样制得的钨铼合金还具有较高的再结晶温度和较好的抗蠕变性。我们使用 WRe 标准成分(WRe5 和 WRe26)制造应用温度高达 2000℃ 的热电偶材料。这种材料也用于航空航天工业。

  • WCu(钨铜)

    WCu 复合材料是通过在多孔钨基材料中掺杂大约 10-40%(重量百分比)的铜制成。我们主要使用 WCu 制造高压断路器和 EDM 电极(以 Sparkal® 商标销售)。WCu 具有较低的电弧烧蚀趋势,并表现出良好的电导率、高热导率和低热膨胀率。我们的钨铜复合材料还用作雷达技术、光电(激光二极管、光纤)和高频放大器中的基板和散热器。我们可以调整这些材料的铜含量,以便针对应用优化热性能。

特性

全能型材料:钨材料特性

钨属于高熔点金属一族(也称为难熔金属)。难熔金属是熔点高于铂 (1772℃) 的金属。在难熔金属中,各原子的结合能特别高。难熔金属具有高熔点、低蒸汽压、高弹性模量和良好的高温稳定性。此类金属还具有低热膨胀系数和较高密度等典型特征。
钨在所有金属中具有最高熔点,也具有非常高的弹性模量。钨的特性与钼大体相似。这两种金属在元素周期表中位于同一族。然而,钨的某些特性比钼更加显著。钨具有出色的热性能,可以轻松承受相当高的温度。

通过改变所添加合金元素的类型和数量,以及使用相应生产工艺,我们能改变钨及其合金的特性。

我们主要使用向钨掺杂其他金属的方法来改变材料特性。例如,我们会掺杂少量钾来制得 WVM 和 WK65。钾对钨的机械特性有积极影响,尤其是与高温有关的特性。合金添加剂 CeO2 和 La2O3 可确保较低的电子逸出功,让钨适合作为阴极材料。

WRe、WCu 以及重金属变体的合金含量可高达 40%。这些金属也因此被称为钨合金。添加铼可以增加钨的延展性。添加铜可以提高该材料的电导率。这些重金属合金具有出色的可加工性,适合用来制造具有复杂几何结构的产品。例如,可将它们用作屏蔽材料或减辐及吸收部件。

  • 物理特性

    难熔金属通常具有较小的热膨胀系数和较高的密度。钽也是如此。虽然钽的热导率低于钨和钼,但该材料的热膨胀系数却高于许多其他金属。钽的热物理特性会随温度变化。下图显示了最重要变量的曲线:

    • 难熔金属的蒸汽压
    • 钨和钼的线性热膨胀系数
    • 钨和钼的热容
    • 钨和钼的电阻率
    • 钨和钼的热导率
    • 图表总结了钨的与温度有关的发射率值(显示为蓝色散射带)。可以在散射带的上端找到 Plansee 样品在典型交付条件下的发射率实验测量值。
  • 机械特性

    我们能优化材料纯度,确定合金成分的类型和数量,以及通过热处理(退火)和特别调整的成形工艺改变钨的微观结构。因此,我们能够为各种应用提供定制的机械特性。钨的机械特性与钼相似。与钼一样,这些特性取决于试验温度。在所有金属中,钨的熔点最高,达到了 3420℃。该材料具有出色的高温稳定性和较高的弹性模量,能使钨实现较高的抗蠕变性。

    • 在试验温度下,钨弹性模量与其他难熔金属弹性模量的对比图。

    与钼一样,钨具有体心立方晶格,也因此具有相同的脆韧转变特征。通过成形和合金炼制可降低脆韧转变温度。该材料的会强度随着变形度的增加而增加。不过,与其他金属不同的是,这还会增加钨的延展性。用于提高钨整体延展性的主要合金元素是铼。

    Doping:

    “Doping”一词来源于拉丁语“Dotare”,意思是“掺杂”。在冶金领域,“掺杂”是指加入一种或者多种以 ppm 计量的合金元素。也常用“Microalloying”(微合金化)术语表示。在掺杂过程中加入的合金含量可达到数百 ppm。缩写“ppm”表示“百万分之几”,即 10-6

    如果打算在高温下使用钨,应考虑该材料的再结晶温度。该材料的机械特性(如延展性和断裂韧性)会随再结晶程度的提高而降低。掺杂少量氧化物颗粒(如氧化镧或氧化铈)可提高钨的再结晶温度和抗蠕变性。此外,通过材料成形减小氧化物粒度,可进一步提高该材料的再结晶温度。

    下表列出了钨基材料在不同变形程度时的再结晶温度:

    材料 100% 再结晶温度 [℃](退火时间:1 小时)
      变形程度 = 90% 变形程度 = 99.99%
    钨(纯) 1350 -
    WVM - 2000
    WC20 1550 2600
    WL10 1500 2500
    WL15 1550 2600
    WRe5 1700 -
    WRe26 1750 -
    • 钨钼板材在应力消除和/或再结晶条件下 0.2% 的典型屈服强度值(薄板厚度:钨 = 1 mm/钼 = 2 mm)
    • 钨钼板材在应力消除和/或再结晶条件下的典型极限抗拉强度(薄板厚度:钨 = 1 mm/钼 = 2 mm)
    • 钨钼棒材在应力消除和/或再结晶条件下 0.2% 的典型屈服强度值(直径:25 mm)
    • 钨钼棒材在应力消除和/或再结晶条件下的典型极限抗拉强度(直径:25 mm)

    对钨进行机加工需要真实感受该材料。弯制或折叠等无屑成形工艺通常必须在高于脆韧转变温度的条件下进行。钨的这一温度比钼要高。待加工的板材越厚,所需的预热温度就越高。与折叠操作相比,板材切割和冲孔需要更高的预热温度。对钨采用机加工工艺十分困难。我们使用氧化铈或氧化镧的钨合金比较容易进行机加工。然而,工具磨损程度仍然十分严重,并有可能出现崩刃。如果您对难熔金属的加工有任何问题,我们很乐意利用我们的多年经验为您提供帮助。

  • 化学特性

    钨在相对湿度低于 60% 时具有耐腐蚀性。在潮湿的空气中,钨开始出现褪色现象。不过,与钼相比,这种现象不太明显。即使在非常高的温度下,玻璃熔体、氢气、氮气、惰性气体、金属熔体和氧化物陶瓷熔体基本上对钨没有腐蚀性,前提是它们不含氧化剂。

    下表列出了钨的耐腐蚀性能。除非另有说明,否则这些规格仅适用于未混有空气或氮气的纯溶液。微小浓度的化学活性杂质会显著影响钼的耐腐蚀性能。如果您有关于复杂腐蚀相关话题的任何问题,我们很乐意利用我们的经验和内部腐蚀实验室为您提供帮助。

    介质 耐腐蚀  (+),不耐腐蚀 (-)
       
    冷水和温水< 80 °Cd>+  
    > 80℃ 的热水,已除气 +  
    不超过 700℃ 的蒸汽 +  
       
    氢氟酸 (HF) +
    < 100 °Cd>
    盐酸 (HCI) +  
    磷酸 (H3PO4) + < 270 °Cd>
    硫酸 (H2SO4) + < 70%, < 190 °Cd>
    硝酸 (HNO3) +  
    王水 (HNO3 + 3 HCl) + < 30 °Cd>
    有机酸 +  
    碱液    
    氨溶液 (NH4OH) +  
    氢氧化钾 (KOH) + < 50%, < 100 °Cd>
    氢氧化钠 (NaOH) + < 50%, < 100 °Cd>
    卤素    
    氟 (F2) -  
    氯 (Cl2) + < 250 °Cd>
    溴 (Br2) + < 450 °Cd>
    碘 (I2) + < 450 °Cd>
    非金属    
    硼 (B) + < 1200 °Cd>
    碳 (C) + < 1200 °Cd>
    硅 (Si) + < 900 °Cd>
    磷 (P) + < 800 °Cd>
    硫 (S) + < 500 °Cd>
    气体*    
    氨 ( NH3) + < 1000 °Cd>
    一氧化碳 (CO) + < 1400 °Cd>
    二氧化碳 (CO2) + < 1200 °Cd>
    碳氢化合物 + < 1200 °Cd>
    空气和氧气 (O2) + < 500 °Cd>
    惰性气体 (He, Ar, N2) +  
    氢气 (H2) +  
    水蒸气 + < 700 °Cd>
    *必须特别注意气体的露点。潮湿会导致氧化。
    熔体    
    玻璃熔体* + < 1700 °Cd>
    铝 (Al) +
    < 700 °Cd>
    铍 (Be) -  
    铋 (Bi) + < 1400 °Cd>
    铯 (Cs) + < 1200 °Cd>
    铈 (Ce) + < 800 °Cd>
    铜 (Cu) + < 1300 °Cd>
    铕 (Eu) + < 800 °Cd>
    镓 (Ga) + < 1000 °Cd>
    金 (Au) + < 1100 °Cd>
    铁 (Fe) -  
    铅 (Pb) + < 1100 °Cd>
    锂 (Li) + < 1600 °Cd>
    镁 (Mg) + < 1000 °Cd>
    汞 (Hg) + < 600 °Cd>
    镍 (Ni) -  
    钚 (Pu) + < 700 °Cd>
    钾 (K) + < 1200 °Cd>
    铷 (Rb) + < 1200 °Cd>
    钐 (Sm) + < 800 °Cd>
    钪 (Sc) + < 1400 °Cd>
    银 (Ag) +  
    钠 (Na) + < 600 °Cd>
    锡 (Sn) + < 980 °Cd>
    铀 (U) + < 900 °Cd>
    锌 (Zn) + < 750 °Cd>
    炉体结构材料    
    氧化铝 (Al2O3) + < 1900 °Cd>
    氧化铍 (BeO) + < 2000 °Cd>
    石墨 (C) + < 1200 °Cd>
    菱镁矿 (MgCO3) + < 1600 °Cd>
    氧化镁 (MgO) + < 1600 °Cd>
    碳化硅 (SiC) + < 1300 °Cd>
    氧化锆 (ZrO2) + < 1900 °Cd>

    Korrosionsverhalten von Wolfram gegenüber ausgewählten Stoffen

钨合金与纯钨比较
 
  W
WK65
WVM
(S-)WVMW
WC20
WL
合金成分
(重量百分比)
99.97% W 60–65 ppm K 30–70 ppm K
15–40 ppm K
2.0% CeO2 1.0% La2O3
1.5% La2O3
2.0% La2O3
热导率 ~ ~
高温稳定性/抗蠕变性 ~ ++ ++
+
+ +
再结晶温度 ~ ++ ++ + +
细晶粒结构 ~ + + + +
延展性
~ + + + +
可加工性/可成形性
~ + + ++ ++
电子逸出功 ~ ~ ~ -- --

~ vergleichbar mit reinem W + größer als bei reinem W ++ viel größer als bei reinem W - geringer als bei reinem W -- viel geringer als bei reinem W

 
  WL-S WLZ WRe WCu Densimet®
Inermet®
Denal®
合金成分
(重量百分比)
1.0% La2O3 2.5% La2O3
0.07% ZrO2
5%/26% Re 10–40% Cu 1.5–10% Ni、Fe、Mo
5–9.8% Ni、Cu
2.5–10% Ni、Fe、Co
热导率 -
+
-
高温稳定性/抗蠕变性 ++ ++ + --
-
再结晶温度 ++ ++ +    
细晶粒结构 ++ +   +
延展性
+ + ++ ++ ++
可加工性/可成形性
++ + + ++ ++
电子逸出功 --
--
+
   

~ vergleichbar mit reinem W + größer als bei reinem W ++ viel größer als bei reinem W - geringer als bei reinem W -- viel geringer als bei reinem W

特性和应用

质量特性

我们的钨材料出现在特殊工业应用中,正是反映了钨的特性。下面会简要介绍其中三种特性:

  • 出色的抗蠕变性和高纯度

    在蓝宝石晶体生长领域,我们的钨材料常被用于制作熔化和凝固用容器。其高纯度可防止蓝宝石晶体受到任何污染,良好的抗蠕变性则保证了产品的尺寸稳定性。即使在极高温度下,这些特性也能保持稳定。

  • 高纯度和优异的电导率

    与其他金属相比,钨具有低热膨胀率和高电导率,是薄膜应用的理想之选。得益于高电导率和对相邻层的低扩散率,钨成为 TFT LCD 屏幕的薄膜晶体管的重要组成部分。当然,我们也可以为您提供超高纯度溅射靶材形式的涂层材料。除了我们,暂无其他制造商能够提供更大尺寸的钨靶。

  • 较长使用寿命和超高熔点

    即使在极高温度下,我们的钨坩埚和芯轴也具有较长的使用寿命,能够轻松承受石英玻璃熔体。我们的钨材料有着出色的纯度,可以可靠地防止任何气泡形成或石英熔体变色。

矿床

天然存在与人为制备

中世纪时期,在中欧的奥雷山脉中,人们在锡的还原过程中首次发现了钨。然而,当时钨被认为是没有用处的伴生元素。在锡还原过程中,钨矿会促进矿渣的形成,对锡产量产生不利影响。钨的德语名称(Wolfram =“狼的口水”)源于其吞噬锡矿石的名声“像狼吃羊那样吃掉锡”。1752 年,化学家 Axel Fredrik Cronstedt 发现了一种重金属。他将其命名为“Tung Sten”,在瑞典语中意为“重石”。直到 30 年后,Carl Wilhelm Scheele 才成功地从矿石中制得钨酸。仅仅两年之后,Scheele 的两个助手(Juan Jose 和 Fausto de Elhuyar 兄弟),通过还原三氧化钨制出了钨。如今,这两兄弟被认为是钨的真正发现者。“Wolframium”这个名称和伴随的符号 W 是由 Jöns Jakob Berzelius 提出。

天然钨矿最常以黑钨矿 ((Fe/Mn)WO4) 和白钨矿 (CaWO4) 形式存在。已探明的大型钨矿床分布在中国、俄罗斯和美国。奥地利 Felbertauern 区的 Mittersill 也有白钨矿床。

根据矿床的不同,这些钨矿的 WO3 含量在 0.3% 到 2.5%(重量百分比)之间。经过粉碎、研磨、浮选和焙烧工艺处理后,WO3 的含量可以提高到约 60%。剩余杂质主要通过氢氧化钠消化来去除。然后通过离子交换萃取工艺,将从中获得的钨酸钠转化为 APT(仲钨酸铵)。

氢气气氛下的还原反应在 500 至 1000℃ 的温度下进行:

WO­­3+ 3H2  W + 3H2O

GTP 徽标

 

 

我们的姊妹公司 GTP 专门从事 APW 的制备、提取和还原。GTP 为我们提供纯度极高的金属钨。

前往 GTP
生产过程

生产方法:粉末冶金法!

什么是粉末冶金法?众所周知,钢、铝和铜等大多数工业金属和合金如今都是在铸模中熔铸制成的。与之相反的是,粉末冶金法摒弃了熔化操作。该方法会先挤压金属粉末,然后在低于材料熔化温度的条件下进行热处理(烧结),以此制得产品。粉末冶金法中三个最重要因素分是金属粉末自身、挤压工艺和烧结工艺。我们能够在内部控制和优化所有这些因素。

为什么使用粉末冶金法?通过粉末冶金法,我们能够生产熔点远高于 2000℃ 的材料。即使只生产少量产品,该方法也非常实惠。此外,通过使用定制粉末混合物,我们可以生产一系列具有特定特性和极高同质性的材料。

将钨粉与合金元素混合后填入模具。然后用高达 2000 巴的压力挤压混合物。在温度高于 2000℃的专用高温炉内对压制坯料(也称为“生坯”)进行烧结。在此过过程中,坯料会形成所需的密度和微观结构。得益于采用的锻造、轧制或拉拔等适当成形方法,我们的材料具有非常特殊的特性,例如出色的高温稳定性和硬度或流动特性。只有在这些步骤正确无误时,才能满足严格的质量要求,制得具有出众纯度和品质的产品。

    氧化物
    还原
    混合合金
    压制
    烧结
    成形
    热处理
    机械加工
    质量保证
    回收利用
氧化物Molymet(智利)是世界上最大的钼精矿加工商,也是我们的主要三氧化钼供应商。Plansee 集团持有 Molymet 21.15% 的股份。Global Tungsten & Powders(美国)是 Plansee 集团的一个部门,也是我们主要的钨金属粉末供应商。
产品范围

钨及钨合金半成品概览:

 

材料 片材

板材
[厚度]
棒材
[直径]
丝材
[直径]  
W 0.025–20 mm 0.3–90 mm 0.025–1.50 mm
WVM
0.05–5 mm 0.3–12.99 mm 0.050–1.50 mm
WVMW/S-WVMW
  13–45 mm  
WC20   根据要求  
WK65     0.010–1.50 mm
WL05/WL10/WL15 根据要求 0.3–90 mm  
WRe05/WRe26   根据要求 0.4–1.50 mm
W-UHP 根据要求    
Densimet® 根据要求 3–400 mm  

如果您对上述尺寸有任何疑问,或者您对其他材料(例如 WCu 或 INERMET®)制成的半成品感兴趣,请联系我们。

网上商店

在我们的网上商店中,您可以快捷地订购由钨和钨合金制成的尺寸可配置的板材、棒材、带材、丝材以及其他产品。

您可在 Plansee 网上商店浏览我们的产品

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您想详细了解关于钨及其合金的信息吗?您想了解有关加工、连接技术和表面处理的更多信息吗?请查阅我们的材料手册或安全数据表。

安全数据表:W
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Metal Matrix Composites