Каталог
Глава 1 Введение
1.1 Определение и обзор вольфрамовых стержней
1.2 Важность вольфрамовых стержней в промышленности
1.3 Историческая справка и развитие
Глава 2 Виды вольфрамовых стержней
2.1 Вольфрамовые стержни классифицируются по составу
2.1.1 Стержни из чистого вольфрама
2.1.2 Вольфрамовые стержни высокой чистоты (≥99.95%)
2.1.3 Легированные вольфрамовые стержни (редкоземельное легирование, оксидное легирование)
2.2 Вольфрамовые стержни классифицируются в соответствии с технологическим процессом
2.2.1 Стержни из спеченного вольфрама
2.2.2 Кованые вольфрамовые стержни
2.2.3 Прокатанные вольфрамовые стержни
2.2.4 Вытягивание вольфрамовых стержней
2.2.5 Экструдированные вольфрамовые стержни
2.3 Вольфрамовые стержни классифицируются в зависимости от их использования
2.3.1 Вольфрамовые стержни промышленного назначения
2.3.2 Вольфрамовые стержни для электроники
2.3.3 Вольфрамовые стержни военного назначения
2.3.4 Прочие вольфрамовые стержни специального назначения
2.4 Вольфрамовые стержни классифицируются в соответствии со спецификациями
2.4.1 Вольфрамовые стержни малого диаметра (<5 мм)
2.4.2 Вольфрамовые стержни среднего диаметра (5–20 мм)
2.4.3 Вольфрамовые стержни большого диаметра (>20 мм)
2.5 Вольфрамовые стержни классифицируются в зависимости от состояния их поверхности
2.5.1 Черные кожаные палочки
2.5.2 Палочки для картовых фонарей
2.5.3 Полировальные стержни
2.6 Специальные вольфрамовые стержни
2.6.1 Калийно-вольфрамовые стержни
2.6.2 Вольфрамовые стержни, легированные торием
2.6.3 Вольфрамовые стержни, легированные церием
2.6.4 Вольфрамовые стержни, легированные лантаном
2.6.5 Вольфрамовые стержни, легированные цирконием
2.6.6 Вольфрамовые стержни, легированные иттрием
2.6.7 Композитные редкоземельные вольфрамовые стержни
2.7 Сравнение международных моделей и марок
2.7.1 Марки стержней из чистого вольфрама
2.7.2 Марки легированных вольфрамовых стержней
2.7.4 Отечественные и зарубежные марки (GB/T, ASTM, ISO)
Глава 3 Характеристики вольфрамовых стержней
3.1 Физические свойства вольфрамовых стержней
3.1.1 Высокая температура плавления вольфрамовых стержней
3.1.2 Высокая плотность вольфрамовых стержней
3.1.3 Низкий коэффициент теплового расширения вольфрамовых стержней
3.1.4 Тепло- и электропроводность вольфрамовых стержней
3.1.5 Низкое давление пара вольфрамовых стержней
3.2 Химические свойства вольфрамовых стержней
3.2.1 Коррозионная стойкость вольфрамовых стержней
3.2.2 Химическая стабильность вольфрамовых стержней
3.2.3 Реакционная способность вольфрамовых стержней с другими элементами
3.3 Механические свойства вольфрамовых стержней
3.3.1 Высокая прочность и твердость вольфрамовых стержней
3.3.2 Сопротивление ползучести вольфрамовых стержней
3.3.3 Ударная вязкость и обрабатываемость вольфрамовых стержней
3.4 Сравнение характеристик различных типов вольфрамовых стержней
3.4.1 Стержни из чистого вольфрама и прутья из вольфрама высокой чистоты
3.4.2 Особые свойства легированных вольфрамовых стержней
3.5 Вольфрамовые стержни MSDS от CTIA GROUP LTD
Глава 4 Подготовка и технология производства вольфрамовых стержней
4.1 Подготовка сырья для вольфрамовых стержней
4.1.1 Добыча и очистка вольфрамовой руды
4.1.2 Приготовление вольфрамового порошка
4.1.3 Добавление легирующих элементов и легирующих примесей
4.2 Технология порошковой металлургии вольфрамовых стержней
4.2.1 Смешивание и прессование порошка
4.2.2 Высокотемпературное спекание
4.2.3 Оптимизация эксплуатационных характеристик спеченных вольфрамовых стержней
4.3 Технология обработки деформации вольфрамового стержня
4.3.1 Горячая штамповка (молотковая ковка, ротационная ковка)
4.3.2 Горячая экструзия
4.3.3 Прокатка
4.3.4 Вытягивание
4.4 Подготовка крупногабаритных вольфрамовых стержней
4.4.1 Технические трудности и проблемы
4.4.2 Способ получения вольфрамовых стержней высокой плотности
4.4.3 Оптимизация процессов и инновации
4.5 Технология последующей обработки вольфрамовых стержней
4.5.1 Термическая обработка
4.5.2 Обработка поверхности (полировка, чистка)
4.5.3 Прецизионная обработка и резка
4.6 Технологические характеристики различных типов вольфрамовых стержней
4.6.1 Процесс получения стержня из чистого вольфрама
4.6.2 Процесс получения вольфрамовых стержней высокой чистоты
4.6.3 Процесс легирования вольфрамовым стержнем
Глава 5 Использование вольфрамовых стержней
5.1 Промышленное применение вольфрамовых стержней
5.1.1 Стержни с вольфрамовым сердечником для кварцевой печи
5.1.2 Получение монокристаллических кремниевых пластин
5.1.3 Очистка редкоземельных элементов
5.1.4 Вольфрамовый тигель для печи из сапфирового стекла
5.2 Вольфрамовые стержни используются в военной и национальной обороне
5.2.1 Бронебойные ядра
5.2.2 Взрывчатые вольфрамовые стержни
5.3 Вольфрамовые стержни используются в электронике и освещении
5.3.1 Вольфрамовая нить (нить, опорная проволока)
5.3.2 Электроды (вольфрамовые электроды, редкоземельные вольфрамовые электроды)
5.3.3 Распыление мишеней
5.4 Вольфрамовые стержни используются в автомобилестроении и аэрокосмической промышленности
5.4.1 Компоненты автомобильной автоматики
5.4.2 Высокотемпературные компоненты для аэрокосмической промышленности
5.5 Вольфрамовые стержни используются в медицинских и научных исследованиях
5.5.1 Медицинские устройства (радиационная защита)
5.5.2 Экспериментальное оборудование (высокотемпературные эксперименты)
5.6 Вольфрамовые стержни используются в других областях
5.6.1 Спортивные товары (дротики из карбида вольфрама)
5.6.2 Ювелирные изделия (ювелирные изделия из карбида вольфрама)
5.6.3 Специальные инструменты и пресс-формы
Глава 6 Оборудование для производства вольфрамовых стержней
6.1 Оборудование для порошковой металлургии вольфрамовых стержней
6.1.1 Смесители
6.1.2 Прессы
6.1.3 Высокотемпературная печь для спекания
6.2 Оборудование для обработки деформации вольфрамового стержня
6.2.1 Пневматические молоты и электрогидравлические молоты
6.2.2 Ротационные обжимные машины
6.2.3 Горячие экструдеры
6.2.4 Прокатные станы и волочильные машины
6.3 Оборудование для последующей обработки вольфрамовых стержней
6.3.1 Печи для термообработки
6.3.2 Оборудование для полировки и очистки
6.3.3 Оборудование для прецизионной обработки (токарные станки, шлифовальные станки)
6.4 Передовое производственное оборудование для вольфрамовых стержней
6.4.1 Оборудование для плазменного спекания
6.4.2 Вакуумные плавильные печи
6.4.3 Системы автоматического управления и контроля
6.5 Выбор оборудования и обслуживание вольфрамовых стержней
6.5.1 Требования к оборудованию для различных типов вольфрамовых стержней
6.5.2 Техническое обслуживание оборудования и управление его жизненным циклом
Глава 7 Отечественные и зарубежные стандарты на вольфрамовые стержни
7.1 Международные стандарты на вольфрамовые стержни
7.1.1 Стандарт ISO (ISO 24370: Вольфрам и вольфрамовые сплавы)
7.1.2 Стандарт ASTM (ASTM B777: вольфрамовый сплав высокой плотности)
7.1.3 RWMA класс 13
7.1.4 Другие международные стандарты
7.2 Китайский стандарт для вольфрамовых стержней
7.2.1 GB/T 4187-2017 (Национальный стандарт на вольфрамовый стержень)
7.2.2 GB/T 3459-2017 (Вольфрам и вольфрамовые сплавы)
7.2.3 Промышленный стандарт (YS/T 695-2009: Вольфрамовый электрод)
7.3 Сравнение стандартов и применимость вольфрамовых стержней
7.3.1 Различия между отечественными и зарубежными стандартами
7.3.2 Стандартные требования к различным типам вольфрамовых стержней
7.3.3 Руководящее значение стандартов для производства и испытаний
Глава 8 Обнаружение вольфрамовых стержней
8.1 Испытание физических свойств вольфрамовых стержней
8.1.1 Испытание вольфрамовых стержней на плотность
8.1.2 Испытание на твердость вольфрамовых стержней (Виккерса, Бринелля)
8.1.3 Испытание вольфрамовых стержней на прочность и ударную вязкость
8.1.4 Испытание вольфрамовых стержней на тепловое расширение и теплопроводность
8.2 Анализ химического состава вольфрамовых стержней
8.2.1 Спектроскопический анализ (ИСП-МС, РФБ)
8.2.2 Обнаружение микроэлементов и примесей
8.3 Анализ микроструктуры вольфрамовых стержней
8.3.1 Наблюдение под микроскопом (СЭМ, ПЭМ)
8.3.2 Размер зерна и однородность микроструктуры
8.4 Неразрушающий контроль вольфрамовых стержней
8.4.1 Ультразвуковой контроль
8.4.2 Рентгеновский контроль
8.4.3 Магнитопорошковые испытания
8.5 Проверка эксплуатационных характеристик вольфрамовых стержней
8.5.1 Испытание на работу при высоких температурах
8.5.2 Испытание на коррозионную стойкость
8.5.3 Испытание на проводимость и ползучесть
8.6 Ключевые моменты обнаружения различных типов вольфрамовых стержней
8.6.1 Обнаружение чистых вольфрамовых стержней
8.6.2 Обнаружение вольфрамовых стержней высокой чистоты
8.6.3 Обнаружение легированных вольфрамовых стержней
Глава 9 Состояние отрасли вольфрамовых стержней и тенденции развития
9.1 Обзор рынка вольфрамовых стержней в Китае
9.1.1 Анализ рыночного спроса и предложения
9.2 Обзор международного рынка вольфрамовых стержней
9.2.1 Основные страны и регионы-экспортеры
9.2.2 Зависимость от импорта и состояние цепочки поставок
9.3 Тенденции развития технологий вольфрамовых стержней
9.3.1 Новые материалы и технологии легирования
9.3.2 Зеленое производство и энергосберегающие технологии
9.3.3 Интеллектуальное и автоматизированное производство
9.4 Проблемы и возможности вольфрамовых стержней
9.4.1 Технические узкие места и прорывы
9.4.2 Рыночная конкуренция и глобализация
9.4.3 Требования в области охраны окружающей среды и устойчивого развития
Глава 10 Выводы
10.1 Основная ценность и перспективы применения вольфрамовых стержней
10.2 Будущее направление развития вольфрамовых стержней
10.3 Рекомендации по развитию отрасли
Приложение
А. Глоссарий
B. Ссылки
Глава 1 Введение
1.1 Определение и обзор вольфрамовых стержней
Вольфрамовый стержень представляет собой металлический материал в форме стержня, изготовленный из вольфрама (символ химического элемента W, атомный номер 74) или его сплава в качестве основного компонента, с помощью процессов порошковой металлургии, ковки, волочения или экструзии. Вольфрамовые стержни известны своими превосходными физическими, химическими и механическими свойствами, включая чрезвычайно высокую температуру плавления (3410°C), высокую плотность (19,25 г/см³), отличную коррозионную стойкость и отличную механическую прочность. Эти свойства делают вольфрамовые стержни незаменимыми во многих требовательных отраслях промышленности, таких как аэрокосмическая, электронная, военная, медицинская и высокотемпературная промышленность.
Основной состав вольфрамового стержня
Вольфрамовые стержни можно разделить на три категории в зависимости от их состава: чистые вольфрамовые стержни, вольфрамовые стержни высокой чистоты и легированные вольфрамовые стержни.
Чистый вольфрамовый стержень: с вольфрамом высокой чистоты (чистота≥99,9%) в качестве основного компонента, он подходит для высокотемпературных, высокопрочных и коррозионностойких сред, таких как катоды вакуумных трубок, мишени рентгеновских трубок и стержни сердечника высокотемпературных печей в электронной промышленности.
Вольфрамовый стержень высокой чистоты (≥ 99,95%): вольфрам с чистотой 99,95% или более и очень низким содержанием примесей (<50 ppm) предназначен для полупроводниковых, медицинских и высокотехнологичных электронных устройств, требующих высокой чистоты и точности, таких как компоненты устройств ионной имплантации и мишени для распыления.
Легированный вольфрамовый стержень (легирование редкоземельными элементами, легирование оксидами): редкоземельные элементы (такие как церий, лантан, иттрий) или оксиды (такие как оксид тория, цирконий) добавляются в вольфрамовую матрицу для улучшения стабильности дуги, сопротивления ползучести и производительности обработки, а также широко используются в сварочных электродах (таких как аргонодуговые сварочные электроды) и элементах высокотемпературных печей.
Форма и технические характеристики вольфрамового стержня
Вольфрамовые стержни бывают различных форм, с диаметром от микрон (например, тянутые вольфрамовые стержни для нитей) до десятков миллиметров (например, крупномасштабные промышленные вольфрамовые стержни). Их длина часто настраивается в соответствии с потребностями приложения, варьируясь от нескольких сантиметров до нескольких метров. Состояние поверхности также варьируется в зависимости от процесса обработки, включая черные стержни (необработанные с оксидным слоем), полировальные стержни (гладкая поверхность после обработки) и полировальные стержни (с чрезвычайно высокой чистотой поверхности для прецизионных работ).
Процесс подготовки вольфрамового стержня
Вольфрамовые стержни обычно получают по технологии порошковой металлургии, а основной процесс включает в себя:
Приготовление вольфрамового порошка: вольфрамовый порошок высокой чистоты очищается от вольфрамовой руды (например, вольфрамита или шеелита).
Прессование порошка и спекание: вольфрамовый порошок прессуется в заготовку и спекается при высокой температуре (2000-3000°C) с образованием плотного спеченного вольфрамового стержня.
Деформационная обработка: дальнейшая обработка методом горячей штамповки, ротационной обжимки, прокатки или волочения для улучшения плотности и механических свойств материала.
Постобработка: включая термическую обработку, полировку поверхности или очистку в соответствии с конкретными потребностями применения.
Уникальные свойства вольфрамовых стержней
Вольфрамовым стержням отдают предпочтение из-за их уникального сочетания свойств:
Высокая температура плавления: вольфрам имеет самую высокую температуру плавления среди всех металлов и подходит для сред с экстремально высокими температурами, таких как кварцевые печи и печи с сапфировым кристаллом.
Высокая плотность: близость к плотности золота дает ему преимущество в областях, где требуются высококачественные противовесы, таких как аэрокосмические весы.
Коррозионная стойкость: Вольфрам обладает отличной коррозионной стойкостью к большинству кислот и оснований при комнатной температуре и будет медленно реагировать только в высокотемпературных и сильных окислительных средах (таких как азотная кислота).
Механическая прочность: вольфрамовый стержень по-прежнему сохраняет высокую прочность и сопротивление ползучести при высоких температурах и подходит для деталей с длительными нагрузками.
Электро- и теплопроводность: Хотя он менее проводящий, чем металлы, такие как медь, его стабильность при высоких температурах делает его отличным для электродов и нитей.
Классификация и номенклатура вольфрамовых стержней
Вольфрамовые стержни часто называют в зависимости от их состава, использования или международных стандартов. Например:
Международные стандарты: такие как ASTM B760 (чистый вольфрамовый стержень).
Марки легированных вольфрамовых стержней: такие как WT20 (вольфрамовый стержень, легированный торием), WL15 (вольфрамовый стержень, легированный лантаном, 1,5%), в соответствии со стандартом AWS A5.12.
Национальные стандарты, такие как GB/T 4187-2017, определяют химический состав, допуски по размерам и требования к эксплуатационным характеристикам вольфрамовых стержней. Эти системы номенклатуры облегчают глобальную торговлю и применение, обеспечивая единообразие и прослеживаемость спецификаций материалов.
Обзор мирового рынка вольфрамовых прутков
Будучи высокоэффективным материалом, вольфрамовый стержень широко используется в глобальных промышленных системах. Китай является крупнейшим в мире производителем вольфрама и вольфрамовой продукции, на долю которого приходится более 80% мирового производства вольфрама, в основном экспортируемого в США, Европу и Японию. Производство вольфрамовых стержней сосредоточено на небольшом количестве специализированных предприятий, а рыночный спрос в основном обусловлен производством полупроводников, новой энергетикой, аэрокосмической и оборонной промышленностью.
Вольфрамовый стержень является экологически чистым и устойчивым
Производство вольфрамовых прутков включает в себя добычу вольфрамовой руды и высокотемпературную обработку, которая является энергоемкой и может производить выхлопные газы и остатки. В последние годы для снижения воздействия на окружающую среду стали внедряться экологически чистые производственные технологии (например, агломерация с низким энергопотреблением, переработка отходов). Кроме того, высокая прочность и пригодность вольфрамовых стержней для вторичной переработки делают их устойчивыми на протяжении всего срока службы.
1.2 Значение вольфрамовых стержней в промышленности
Вольфрамовые стержни играют ключевую роль в мировой промышленности благодаря своим превосходным характеристикам и широко используются в высокотехнологичных, требовательных областях, таких как производство полупроводников, аэрокосмическая, оборонная, энергетическая, медицинская и легкая промышленность. Его важность отражается в его уникальных свойствах, которые отвечают материальным потребностям экстремальных условий, стимулируя технологический прогресс и промышленную эффективность. Важность вольфрамовых стержней в промышленности подробно обсуждается с разных точек зрения.
Основные области применения в высокотемпературных средах
Высокая температура плавления вольфрамового стержня (3410°C) делает его незаменимым материалом в условиях высоких температур. В кварцевой плавильной печи непрерывного действия вольфрамовый стержень используется в качестве стержня, выдерживающего экстремальные температуры более 2000 °C для производства кварцевого стекла высокой чистоты, которое широко используется в оптическом волокне и полупроводниковой промышленности. Точно так же в печи для производства сапфирового стекла вольфрамовые стержни перерабатываются в тигли или подложки для производства искусственных кристаллов сапфира, которые используются в светодиодных подложках и оптических окнах. Сопротивление ползучести вольфрамовых стержней обеспечивает стабильность конструкции даже при длительных высоких температурных нагрузках, которые не имеют себе равных среди других металлических материалов, таких как никель и молибден.
Основа полупроводниковой и электронной промышленности
Производство полупроводников требует чрезвычайно высокой чистоты и производительности материала, и вольфрамовые стержни играют в этом важную роль. Например, при производстве монокристаллического кремния вольфрамовые стержни используются в качестве нагревательных элементов или опорных конструкций для высокотемпературных печей для обеспечения стабильности и равномерности роста кристаллов. Кроме того, легированные вольфрамовые стержни (такие как вольфрамовые стержни, легированные церием или лантаном) широко используются в качестве аргонодуговых сварочных электродов для прецизионной сварки полупроводникового оборудования, а их превосходная стабильность дуги и износостойкость повышают качество и эффективность сварки. Вольфрамовые стержни также перерабатываются в мишени для распыления для использования в процессах физического осаждения из газовой фазы (PVD) для изготовления тонких пленочных слоев для интегральных схем и дисплеев.
Стратегические материалы в сфере обороны и военного дела
Высокая плотность и твердость вольфрамовых стержней делают их стратегическим материалом для военной промышленности. Стержни из вольфрамового сплава (например, вольфрамового никелево-железного сплава, плотностью до 18,5 г/см³) перерабатываются в бронебойные сердечники для поражения противотанковых и бронированных целей, обладающие высокой кинетической энергией и пробивной способностью, значительно превосходящими таковые у обычных сталей. Кроме того, вольфрамовые стержни были задуманы в концепции «кинетического оружия» как кинетические боеголовки высокой плотности, и хотя они еще не были фактически развернуты, их потенциал показывает важность вольфрамовых стержней в будущих военных технологиях. Высокая термостойкость и коррозионная стойкость вольфрамовых стержней также делают их пригодными для сопел ракет и броневых деталей.
Надежный выбор для аэрокосмической промышленности
Вольфрамовые стержни широко используются в аэрокосмической промышленности, где материалы чрезвычайно требовательны к весу, прочности и устойчивости к высоким температурам. Стержни из вольфрамового сплава используются в качестве противовесов для самолетов и спутников благодаря своей высокой плотности, обеспечивающей точное распределение веса и устойчивость в полете. Например, в несущих винтах вертолетов и системах ориентации космических аппаратов противовесы из вольфрамовых стержней значительно снижают требования к объему. Кроме того, вольфрамовые стержни превращаются в высокотемпературные компоненты, такие как футеровка сопел ракетных двигателей и компоненты тепловой защиты для возвращаемых аппаратов, чьи антиабляционные свойства продлевают срок службы компонентов.
Критически важные компоненты в светотехнической и энергетической промышленности
В светотехнической промышленности вольфрамовые стержни являются основным материалом традиционных ламп накаливания и галогенных ламп. Вольфрамовые стержни втягиваются в нити (которые могут быть до нескольких микрон в диаметре) и используются в качестве нитей, которые излучают свет в течение длительных периодов времени при высоких температурах из-за их высокой температуры плавления и низкого давления пара. Несмотря на то, что светодиодная технология постепенно вытесняет традиционное освещение, вольфрамовая нить по-прежнему незаменима в специальном освещении, таком как фотосветильники и сценические светильники. В области новой энергетики вольфрамовые стержни используются в контрольных стержнях и высокотемпературных экспериментальных устройствах ядерных реакторов для обеспечения безопасности и точности экспериментов.
Уникальный вклад в медицину и науку
Высокая плотность и радиационно-защитная способность вольфрамовых стержней позволяют им сиять в медицинской сфере. Стержни из вольфрамового сплава перерабатываются в коллиматоры и экраны для радиотерапевтического оборудования, которые используются для точного направления рентгеновских или гамма-лучей для защиты пациентов и медицинского персонала от нежелательного излучения. В области научных исследований вольфрамовые стержни используются в качестве нагревательных элементов или электродов в высокотемпературных экспериментальных печах, поддерживая передовые исследования в области материаловедения, физики и химии. Например, в экспериментах по высокотемпературной сверхпроводимости стабильность вольфрамовых стержней обеспечивает надежность экспериментальной среды.
Повышение эффективности и инноваций в промышленности
Разнообразные области применения вольфрамовых стержней не только отвечают существующим промышленным потребностям, но и способствуют технологическим инновациям. Например, в автомобильной промышленности вольфрамовые стержни используются для изготовления износостойких инструментов и пресс-форм для автоматизированных производственных линий, повышая эффективность производства и однородность продукции. В производстве спортивных товаров (например, клюшек для гольфа, дартса) и ювелирной промышленности стержни из вольфрамового сплава обрабатываются в прецизионные компоненты благодаря их высокой плотности и износостойкости для удовлетворения потребительского спроса на высокопроизводительную продукцию. Эти новые области применения демонстрируют широкие возможности адаптации вольфрамовых стержней как в традиционных, так и в современных отраслях промышленности.
Важность экономики и цепочки поставок
Будучи продуктом из редких металлов, вольфрамовый прут занимает важное положение в мировой экономике. Китай является крупнейшим в мире производителем вольфрама, контролируя около 80% рынка вольфрама и продуктов из него, а экспорт вольфрамовых прутков имеет решающее значение для международной цепочки поставок. Высокая добавленная стоимость и незаменимость вольфрамового прутка делают его стратегическим резервным материалом для промышленной системы многих стран. Например, Соединенные Штаты и Европейский союз классифицируют вольфрам как критически важный минерал, обеспечивая безопасность своей цепочки поставок для поддержки обороны и высокотехнологичного производства.
Вызовы и непреходящее значение
Несмотря на то, что вольфрамовые стержни незаменимы в промышленности, их производство сталкивается с такими проблемами, как высокое энергопотребление, загрязнение окружающей среды и нехватка ресурсов. В центре внимания отрасли стало развитие технологий «зеленого» производства и переработки вольфрамовых отходов. Тем не менее, эти проблемы не уменьшили важности вольфрамовых стержней, а привели к технологическому прогрессу, который позволит им продолжать играть центральную роль в отрасли будущего.
1.3 Историческая справка и развитие
Как важный материал в современной промышленности, процесс разработки вольфрамового стержня тесно связан с открытием, технологией очистки и промышленным применением вольфрама. От открытия вольфрама в конце 18 века до широкого использования вольфрамового стержня в 21 веке, история вольфрамового стержня отражает эволюцию материаловедения, металлургических технологий и промышленных потребностей. Ниже приведена подробная информация об истории вольфрамового стержня и траектории развития его технологии и применения.
Открытие вольфрама и ранние исследования
Открытие вольфрама датируется 1781 годом, когда шведский химик Карл Вильгельм Шееле обнаружил наличие вольфрамовой кислоты, анализируя вольфрамит. В 1783 году испанские братья Хуан Хосе и Фаусто Эльуяр впервые выделили вольфрам из вольфрамовой кислоты и назвали ее «вольфрам» (по-шведски «тяжелый камень»), названную так из-за высокой плотности. Ранние исследования вольфрама были в основном сосредоточены на химических свойствах, ограниченных лабораторными масштабами, а промышленное применение вольфрама еще не проводилось из-за его высокой температуры плавления и сложности обработки.
В середине 19 века, с развитием металлургических технологий, постепенно проявилась потенциальная промышленная ценность вольфрама. В 1850-х годах вольфрам начали испытывать в производстве легированных сталей для повышения твердости и износостойкости стали. Однако технология очистки и формовки чистого вольфрама еще не отработана, что ограничивает ее широкое применение.
Первоначальная индустриализация вольфрамовых стержней
Индустриализация вольфрамовых стержней началась в начале 20 века и тесно связана с потребностями светотехнической промышленности. В 1904 году венгерские инженеры Шандор Юст и Франц Ханаман разработали вольфрамовые лампы накаливания, которые должны были заменить неэффективные лампы с углеродной нитью. Высокая температура плавления вольфрама и низкое давление пара делают его идеальным материалом для филамента, но ранние вольфрамовые нити легко охрупчиваются, что затрудняет их переработку в стержни или нити.
В 1909 году Уильям Д. Кулидж из General Electric изобрел процесс подготовки пластичного вольфрама для производства вольфрамовых стержней и вольфрамовой проволоки с лучшей ударной вязкостью с помощью порошковой металлургии и технологии высокотемпературной штамповки. Этот прорыв позволил наладить массовое производство вольфрамовых стержней, значительно снизив стоимость ламп накаливания и произведя революцию в светотехнической промышленности. Процесс Кулича лежит в основе современного производства вольфрамовых прутков, включая основные этапы прессования порошка, спекания и текстурирования.
Применение вольфрамовых стержней в 20 веке расширилось
В первой половине 20 века применение вольфрамовых стержней распространилось от освещения до нескольких промышленных областей.
Электроника: В 1920-х годах вольфрамовые стержни использовались в катодах и электродах для вакуумных и рентгеновских трубок, а также хорошо зарекомендовали себя в высокотемпературной электронике благодаря своей высокой температуре плавления и электропроводности.
Военная промышленность: Во время Первой мировой войны вольфрам использовался для изготовления высокопрочных легированных сталей для улучшения характеристик танковой брони и артиллерийских снарядов. Во время Второй мировой войны стержни из вольфрамового сплава начали превращать в бронебойные сердечники, что значительно повысило эффективность противотанковых средств.
Технология сварки: В 1940-х годах вольфрамовые стержни были разработаны в качестве электродов для аргонодуговой сварки (сварки TIG), а вольфрамовые стержни, легированные торием (содержащие 2% оксида тория), стали стандартным материалом в сварочной промышленности благодаря их превосходной стабильности дуги.
В этот период технология производства вольфрамовых стержней продолжала совершенствоваться. Оптимизация процесса порошковой металлургии улучшает плотность и механические свойства вольфрамовых стержней, в то время как внедрение технологий деформационной обработки, таких как ротационная ковка и волочение, значительно повышает точность размеров и качество поверхности вольфрамовых стержней.
Стратегическое положение времен холодной войны и вольфрамовые стержни
Во время холодной войны вольфрамовые стержни стали стратегическим материалом для их применения в оборонном и аэрокосмическом секторах. В 1950-1970-е годы стержни из вольфрамового сплава широко использовались в лопатках турбин реактивных двигателей, компонентах ракет и противовесах космических аппаратов. И США, и Советский Союз включили вольфрам в список критически важных ресурсов, создав запасы для обеспечения безопасности цепочки поставок. Вольфрамовая промышленность Китая также быстро развивалась в этот период, опираясь на богатые ресурсы вольфрамовой руды, став крупнейшим в мире поставщиком вольфрамовой катанки.
В 1960-х годах был сделан прорыв в исследованиях и разработках легированных вольфрамовых стержней. Легированный калием вольфрамовый стержень (WK) улучшает сопротивление ползучести при высоких температурах за счет добавления следовых количеств калия и подходит для высокотемпературных печных элементов. Редкоземельные вольфрамовые стержни (например, легированные церием, лантаном) повышают долговечность и стабильность дуги электрода, постепенно заменяя легированные торием вольфрамовые стержни, которые слабо радиоактивны.
Современные технологии изготовления вольфрамовых стержней и глобализация
В 21 веке применение и технология производства вольфрамового прутка вступили в новый этап.
Полупроводники и новая энергетика: Использование вольфрамовых стержней в производстве монокристаллического кремния, кристаллов сапфира и тонкопленочных солнечных элементов получило широкое распространение. Например, вольфрамовые стержни используются в качестве стержней для высокотемпературных печей и мишеней для распыления, способствуя быстрому развитию полупроводниковой и фотоэлектрической промышленности.
Экологичное производство: С повышением требований к защите окружающей среды, производство вольфрамовых прутков начало внедрять технологию спекания с низким энергопотреблением и процесс переработки отходов. Например, отходы вольфрамовых стержней могут быть химически очищены для переработки в вольфрамовый порошок, что снижает потребление ресурсов.
Новые сплавы и легирование: стержни из вольфрам-никель-медных сплавов используются в медицинских устройствах из-за их немагнитности и высокой плотности, а вольфрамовые стержни, легированные лантаном (WL20), стали основным выбором для сварочных электродов из-за их экологичности.
Мировой рынок вольфрамовых прутков сосредоточен в Китае, на долю которого приходится более 80% мирового производства. Некоторые международные компании присутствуют на рынке высококачественных вольфрамовых прутков, специализируясь на производстве высокоточных и специальных вольфрамовых прутков. Разработка международных стандартов (например, ASTM B777, ISO 24370) и национальных стандартов (например, GB/T 4187-2017) способствовала стандартизированной торговле вольфрамовыми стержнями.
Проблемы и будущее развития вольфрамовых стержней
Разработка вольфрамовых стержней сталкивается с такими проблемами, как нехватка ресурсов, давление на окружающую среду и высокая стоимость. Экологический ущерб, наносимый добычей вольфрама, побудил страны ужесточить регулирование, а высокая температура плавления и высокая твердость вольфрама увеличили сложность переработки и потребление энергии. В дальнейшем направление развития индустрии вольфрамовых прутков включает в себя:
Новые процессы, такие как плазменное спекание и аддитивное производство (3D-печать) для производства деталей вольфрамовых стержней сложной формы.
Новые материалы: разработка низкотоксичных легированных вольфрамовых стержней, которые полностью заменят торий-легированные вольфрамовые стержни.
Экономика замкнутого цикла: увеличение извлечения вольфрама и снижение зависимости от сырой руды.
ЧИТАТЬ ДАЛЕЕ: Энциклопедия вольфрамовых стержней
===================================================================
Customized R&D and Production of Tungsten, Molybdenum Products
Chinatungsten Online and CTIA GROUP LTD have been working in the tungsten industry for nearly 30 years, specializing in flexible customization of tungsten and molybdenum products worldwide, which are tungsten and molybdenum design, R&D, production, and overall solution integrators with high visibility and credibility worldwide.
Chinatungsten Online and CTIA GROUP LTD provide products mainly including: tungsten oxide products, such as tungstates such as APT/WO3; tungsten powder and tungsten carbide powder; tungsten metal products such as tungsten wire, tungsten ball, tungsten bar, tungsten electrode, etc.; high-density alloy products, such as dart rods, fishing sinkers, automotive tungsten crankshaft counterweights, mobile phones, clocks and watches, tungsten alloy shielding materials for radioactive medical equipment, etc.; tungsten silver and tungsten copper products for electronic appliances. Cemented carbide products include cutting tools such as cutting, grinding, milling, drilling, planing, wear-resistant parts, nozzles, spheres, anti-skid spikes, molds, structural parts, seals, bearings, high-pressure and high-temperature resistant cavities, top hammers, and other standard and customized high-hardness, high-strength, strong acid and alkali resistant high-performance products. Molybdenum products include molybdenum oxide, molybdenum powder, molybdenum and alloy sintering materials, molybdenum crucibles, molybdenum boats, TZM, TZC, molybdenum wires, molybdenum heating belts, molybdenum spouts, molybdenum copper, molybdenum tungsten alloys, molybdenum sputtering targets, sapphire single crystal furnace components, etc.
If you are interested in related products, please contact us:
Email: sales@chinatungsten.com|
Tel: +86 592 5129696 / 86 592 5129595
