Продажа вольфрама и других материалов. История и происхождение вольфрама. Вольфрам - особенности металла

Тип: 

Вольфрам

Порошок вольфрама
    На этом фото – вольфрамовый порошок. Обычно его получают восстановлением оксида вольфрама водородом при температуре 400-800 градусов. Чем выше температура востановления, тем более крупные частицы вольфрама образуются. Восстановление проводят во вращающихся печах в противотоке водорода.

  Спеченный вольфрамовый штабик
    Если хотят получить более компактный образец вольфрама, порошок спрессовывают. В промышленности из него получают штабики плотностью 13-15 г/см3, но они обладают низкой механической прочностью, поэтому дальше их спекают. Нагрев до 2000 °C в вакууме или в атмосфере водорода проводят прямым пропусканием электрического тока через металл. Размеры штабиков после спекания уменьшаются, а плотность возрастает до 17,5 г/см3. На фото – как раз такой вольфрамовый штабик.

  Цилиндр из вольфрама
    Дальше, такой спеченный металл можно либо обрабатывать прокаткой при высокой температуре, либо переплавлять в дуговой печи в слитки. Для маленького набора я выбрал маленький пруток вольфрама, полученный прокаткой. Поверхность прутка очистил электротравлением.
    Коэффициент температурного расширения вольфрама близок к таковому у кремния, поэтому на вольфрамовые подложки припаивают кремниевые кристаллы мощных транзисторов – чтобы избежать растрескивания этих кристаллов при нагреве.

  Вольфрамовые электроды
    Еще одно применение вольфрама, это изготовление электродов для мощных дуговых ламп (например таких, как на страничке с ксеноном). Однако, как можно видеть на фото, даже вольфрам не вполне устойчив к воздействию мощной электрической дуги – концы электродов оплавлены.

  Монокристалл вольфрама Вольфрам, монокристаллический слиток
    Ну и мои любимые образцы – монокристаллы вольфрама. Если взять монокристалл в руку, то первое, что вызывает удивление – его вес. Плотность вольфрама больше плотности железа в два с половиной раза! (И в семь раз больше плотности алюминия.) Она почти равна плотности золота (отличается менее, чем на 1%). Такие кристаллы выращивают зонным методом, с нагревом электронным пучком. При этом методе, заготовка (вольфрамовый штабик) укрепляется вертикально в вакуумной камере. Вокруг заготовки располагается кольцевой катод электроной пушки, с которого вылетают ускоренные высоким напряжением электроны. Попадая на образец, они вызывают расплавление его небольшого участка. В полученной расплавленной зоне, жидкий металл удерживается от стекания силами поверхностного натяжения. Катод (а вместе с ним и расплавленная зона) медленно продвигается вдоль кристалла. При этом происходит несколько полезных процессов: все летучие примеси улетают из образца (в вакуумной камере поддерживается давление ниже 10-5 мм рт. ст., а температура составляет 3500 градусов – при таких условиях большинство примесей покидает образец в виде пара); после нескольких проходов, как и при зонной плавке, оставшиеся нелетучие примеси концентрируются с одной из сторон образца. Также, происходит направленная кристаллизация слитка, которая при использовании затравки позволяет получить монокристалл с заданной ориентацией. Такие монокристаллы применяются для изготовления анодов рентгеновских трубок, в физических исследованиях. Нити накала высококачественных галогенных ламп также изготавливаются из монокристаллических слитков, что позволяет продлить их срок службы в несколько раз.

  Вольфрамовый тигель
    Еще один очень интересный образец вольфрама (и, пожалуй, самый тяжелый образец в моей коллекции, он весит больше 6 кг) – вольфрамовый тигель. Вольфрам с трудом поддается механической обработке, поэтому выточить или отштамповать такой тигель было бы если не невозможно, то крайне сложно (его стенки не должны быть пористыми, поэтому прессование порошка тут не подходит). Тигель изготовлен по процессу газофазного восстановления гексафторида вольфрама водородом (кстати, WF6 это, пожалуй, самый тяжелый газ из известных науке). При его восстановлении водородом на поверхности нагретого медного цилиндра, вокруг последнего образуется плотный слой вольфрама. После получения слоя заданной толщины, медный цилиндр удаляют. Такие тигли применяют для дистилляции редкоземельных металлов и изготовления сплавов. Поскольку вольфрам окисляется на воздухе, тигли используют в вакуме или в инертной атмосфере.

  Капля вольфрама полученная аргонно дуговой плавкой
    Кроме электронно-лучевой плавки, существует еще один способ расплавить вольфрам. Это аргонно-дуговая плавка. Таким же методом изготовлен один из образцов рения. В отличие от электронно-лучевой плавки, при плавлении в дуге примеси летучих металлов удаляются хуже (поскольку плавление проводят при атмосферном давлении, а не в вакууме). Но именно этот метод позволяет приготовить сплавы вольфрама с такими летучими металлами, которые в вакууме запросто улетают из сплава.

Поверхность этой капли подвергнута травлению, и можно видеть, что слиток состоит из нескольких кристаллов (они имеют немного разную окраску). В монокристаллах вольфрама таких окрашенных зон меньше и они соответствуют граням кристалла.

  Капля вольфрама полученная электронно-лучевой плавкой
    А вот похожая капля, но полученная уже электронно-лучевой плавкой. Она имеет намного более чистую поверхность и более крупные кристаллиты (без травления это плохо видно на фото). Вообще говоря, электронный луч это намного более мощный и гибкий инструмент, чем электрическая дуга. Например, система магнитных или электростатических линз позволяет как сфокусировать десятки киловатт мощности в точку диаметром несколько миллиметров (и испарять любой металл), так и рассредоточить эту мощность на площадь в десятки квадратных сантиметров и обеспечить равномерное и медленное охлаждение образца. Используя кольцевой катод, электронный луч можно направить на цилиндрический образец равномерно со всех сторон (как в случае выращивания монокристаллов). Но, разумеется, у этого метода есть и свои недостатки. Во-первых, электроны могут свободно летать только в высоком вакууме. В некоторых случаях (например, для удаления летучих примесей) это удобно, но когда надо нагреть что-то летучее (например, приготовить сплав с марганцем), лучше использовать дуговой нагрев (иначе марганец очень быстро улетит из сплава). Ну и, разумеется, оборудование для электроно-лучевого нагрева на порядки сложнее и, соответственно, стоит намного дороже. Дуговую печку, в принципе, можно собрать в домашних условиях (в качестве источника питания, берётся, например, маломощный сварочный инвертор). Некоторые коллекционеры имеют самостоятельно построенные печки, а вот про самодельную электронно-лучевую установку я не слышал ни разу ;).

  Маленький кристалл вольфрама
    Еще один, на этот раз совсем маленький кристалл вольфрама. Он был частью мишени для напыления пленок вольфрам-титан. Как мне рассказали, в решетку из титана вставлялись вот такие кристаллы, и получающаяся мишень использовалась для магнетронного напыления пленок.

  Вольфрамовое кольцо осажденное из газовой фазы
    Это вольфрамовое кольцо, так же, как и тигель, получено кристаллизацией вольфрама из газовой фазы. По-видимому, напыление проходило в несколько других условиях, потому что кристаллы на поверхности кольца получились гораздо большего размера и блестят сильнее.

  Вольфрамовая лодочка для резистивного испарения
    На этом фото - вольфрамовые лодочки, используемые для резистивного напыления пленок в вакууме. Поскольку вольфрам имеет достаточно высокое электрическое сопротивление, высокую температуру плавления и хорошую устойчивость к металлическим расплавам, он, наряду с танталом, является самым подходящим материалом для изготовления таких лодочек. Для напыления металла (например, серебра, золота или какого-то другого), его помещают внутрь лодочки, находящейся в вакуумной камере. Затем через эту лодочку начинают пропускать электрический ток (обычно, несколько вольт и 200-500 ампер). Вольфрам нагревается, и вещество, находящееся на нем, испаряется, а затем конденсируется на какой-нибудь холодной поверхности.

  Лампа накаливания с вольфрамовой спиралью Вольфрамовая спираль в форме буквы W
    Я специально не поместил здесь фотографии обычной лампы накаливания – несмотря на то, что это одно из самых известных применений вольфрама. Просто мне хотелось найти именно такую лампочку, какая изображена на картинке. По-моему, достаточно наглядное фото ;). Спираль имеет форму химического символа, обозначающего вольфрам, – что-то вроде газоразрядных трубок в форме символов элементов.

 Применение вольфрама в промышленности и металлургии

Вольфрам. Применение вольфрама в промышленности и металлургииВольфрам долгое время не находил практического применения. И только в конце XIX века замечательные свойства этого металла стали использоваться в промышленности. В настоящее время около 80 процентов добываемого вольфрама применяется в вольфрамовых сталях, около 15 процентов вольфрама используют для производства твердых сплавов. Важной областью применения чистого вольфрама и чистых сплавов из него является электротехническая промышленность, где он используется при изготовлении нитей накаливания электрических ламп, для деталей радиоламп и рентгеновских трубок, автомобильного и тракторного электрооборудования, электродов для контактной, атомно-водородной и аргоно-дуговой сварки, нагревателей для электропечей и др. Соединения вольфрама нашли применение в производстве огнестойких, водоустойчивых и утяжеленных тканей, как катализаторы в химической промышленности.
Ценность вольфрама особенно повышает его способность образовывать сплавы с различными металлами железом, никелем, хромом, кобальтом, молибденом, которые в различных количествах входят в состав стали. Вольфрам, добавленный в небольших количествах к стали, вступает в реакции с содержащимися в ней вредными примесями серы, фосфора, мышьяка и нейтрализует их отрицательное влияние. В результате сталь с добавкой вольфрама получает высокую твердость, тугоплавкость, упругость и устойчивость против кислот. Всем известно высокое качество клинков из дамасской стали, в которой содержится несколько процентов примеси вольфрама. Еще в. 1882 году вольфрам стали использовать при изготовлении пуль. В орудийной стали, бронебойных снарядах также содержится вольфрам. Сталь с присадкой вольфрама идет на изготовление прочных рессор автомобилей и железнодорожных вагонов, пружин и ответственных деталей различных механизмов. Рельсы, изготовленные из вольфрамовой стали, выдерживают намного большие нагрузки, и срок их службы значительно дольше, чем рельсов из обычных сортов стали. Замечательным свойством стали с добавкой 918 процентов вольфрама является ее способность к самозакаливанию, то есть при увеличении нагрузок и температуры эта сталь становится еще прочнее. Это свойство явилось основанием для изготовления целой серии инструментов из так называемой «быстрорежущей инструментальной стали». Применение резцов из нее позволило в свое время в несколько раз увеличить скорость обработки деталей на металлорежущих станках.
И все же инструменты, изготовленные из быстрорежущей стали, по скорости резания в 35 раз уступают инструментам из твердых сплавов. К их числу относятся соединения вольфрама с углеродом (карбиды) и бором (бориды). Эти сплавы по твердости близки к алмазам. Если условная твердость самого твердого из всех веществ алмаза выражается 10 баллами, то твердость вольфрамо-карбида (вокара) 9,8. К числу этих сплавов относится и широко известный победит сплав углерода с вольфрамом и добавкой кобальта. Сам победит вышел из употребления, но это название сохранилось применительно к целой группе твердых сплавов. В машиностроительной промышленности из твердых сплавов изготавливают также штампы для кузнечных прессов. Они изнашиваются примерно в тысячу раз медленнее стальных.
Особенно важной и интересной областью применения вольфрама является изготовление элементов накала (нитей) электрических ламп накаливания. Для изготовления нитей электроламп используют чистый вольфрам. Свет, излучаемый раскаленной нитью вольфрама, близок к дневному. А количество света, излучаемое лампой с вольфрамовой нитью, в несколько раз превышает излучение ламп из нитей, изготовленных из других металлов (осьмия, тантала). Световое излучение (световая отдача) электроламп с вольфрамовой нитью в 10 раз выше, чем у ранее применявшихся ламп с угольной нитью. Яркость свечения, долговечность, экономичность в потреблении электроэнергии, небольшие затраты металла и простота изготовления электрических ламп с вольфрамовой нитью обеспечили им самое широкое применение при освещении.
  Широкие возможности применения вольфрама обнаружились в результате открытия, сделанного известным американским физиком Робертом Уилъямсом Вудом. В одном из опытов Р. Вуд обратил внимание на то, что свечение вольфрамовой нити с торцовой части катодной трубки его конструкции продолжается и после отключения электродов от аккумулятора. Это настолько поразило его современников, что Р. Вуда стали называть чародеем. Исследования показали, что вокруг нагретой вольфрамовой нити происходит термическая диссоциация молекул водорода они распадаются на отдельные атомы. После отключения энергии атомы водорода снова соединяются в молекулы, и при этом выделяется большое количество тепловой энергии, достаточное, чтобы раскалить тонкую вольфрамовую нить и вызвать ее свечение. На этом эффекте разработан новый вид сварки металлов атомно-водородный, давший возможность сваривать различные стали, алюминий, медь, латунь в тонких, листах с получением чистого и ровного шва. Металлический вольфрам при этом используется в качестве электродов. Вольфрамовые электроды применяются также и при более широко распространенной аргонодуговой сварке.
В химической промышленности вольфрамовая проволока, очень стойкая против кислот и щелочей, применяется для изготовления сеток различных фильтров. Вольфрам нашел применение также как катализатор с его помощью изменяют скорость химических реакций в технологическом процессе. Группа вольфрамовых соединении в промышленности и лабораторных условиях используется как реактивы для определения белка и других органических и неорганических соединений.
Вольфрамовые соединения используются и в полиграфической промышленности в качестве красок (шафрановая, вольфрамовая синь, вольфрамовая желть). Пиротехники добавляют соединения вольфрама в состав горючих смесей и получают разноцветные огни ракет и фейерверков. В свето-печатании используется бумага, обработанная вольфрамитом натрия. В текстильной промышленности солью вольфрамовой кислоты вольфраматом натрия протравливают ткани при крашении. Такие ткани непромокаемы и не боятся огня. Дерево тоже становится огнестойким, если его обработать этим веществом.

Физические свойства

Вольфрам — светло-серый металл, имеющий самые высокие доказанные температуры плавления и кипения (предполагается, что сиборгий ещё более тугоплавок, но пока что об этом твёрдо утверждать нельзя — время существования сиборгия очень мало).

Некоторые физические свойства приведены в таблице (см. выше). Другие физические свойства вольфрама:

    твердость по Бринеллю 488 кг/мм².
    удельное электрическое сопротивление при 20 °C 55·10−9 Ом·м, при 2700 °C — 904·10−9 Ом·м.
    скорость звука в отожжённом вольфраме 4290 м/с.
    магнитная восприимчивость 0,32·10−9 (парамагнетик).

Вольфрам является одним из наиболее тяжелых, твердых и самым тугоплавким металлом. В чистом виде представляет собой металл серебристо-белого цвета, похожий на платину, при температуре около 1600 °C хорошо поддается ковке и может быть вытянут в тонкую нить.

Вольфрамовые сплавы обладают прочностью и твердостью в условиях высоких температур.

Если сравнивать вольфрамовые стали со сплавами других металлов, первые не теряют твердости после достижения температуры каления и последующего процесса по их воздушному охлаждению, они обладают высокой красностойкостью, делают интенсивную металлообработку доступной.

Наша компания предлагает данную продукцию по сходным ценам. На изделия из такого материала как вольфрам продажа в нашей компании не ограничена.

К вашим услугам изготовленные ковкой, литьем и прокаткой вольфрамовые ленты, электроды для теплоизоляции печей, а также проволока для обмотки.

Практические опыты по применению нити из вольфрама в начале прошлого века послужили толчком к началу его использования в электротехнике.

Обладая многими достоинствами, такими как износоустойчивость и твердость, данный металл имеет и существенные минусы, которые заключаются в сложности его получения в чистом виде и хрупкости при низкой температуре. Наиболее востребованные на рынке изделия из вольфрамовых сплавов – электроды (пруток) и проволока.

История и происхождение вольфрама

Вольфра́м — химический элемент с атомным номером 74 в периодической системе, обозначается символом W (лат. Wolframium), твёрдый серый переходный металл.

Вольфрам — самый тугоплавкий из металлов. Более высокую температуру плавления имеет только неметаллический элемент — углерод. При стандартных условиях химически стоек.

История и происхождение названия

Название Wolframium перешло на элемент с минерала вольфрамит, известного ещё в XVI в. под названием «волчья пена» — «Spuma lupi» на латыни, или «Wolf Rahm» по-немецки. Название было связано с тем, что вольфрам, сопровождая оловянные руды, мешал выплавке олова, переводя его в пену шлаков («пожирает олово как волк овцу»).

В настоящее время в США, Великобритании и Франции для вольфрама используют название «tungsten» (швед. tung sten — «тяжелый камень»).

В 1781 знаменитый шведский химик Шееле, обрабатывая азотной кислотой минерал шеелит, получил жёлтый «тяжёлый камень» (триоксид вольфрама).. В 1783 испанские химики братья Элюар сообщили о получении из саксонского минерала вольфрамита как растворимой в аммиаке жёлтой окиси нового металла, так и самого металла[источник не указан 146 дней]. При этом один из братьев, Фаусто, был в Швеции в 1781 и общался с Шееле. Шееле не претендовал на открытие вольфрама, а братья Элюар не настаивали на своём приоритете.

Нахождение в природе

Кларк вольфрама земной коры составляет (по Виноградову) 1,3 г/т(0.0013 % по содержанию в земной коре). Его среднее содержание в горных породах, г/т: ультраосновных — 0,1, основных — 0,7, средних — 1,2, кислых — 1,9.

Вольфрам встречается в природе главным образом в виде окисленных сложных соединений, образованных трехокисью вольфрама WO3 с оксидами железа и марганца или кальция, а иногда свинца, меди, тория и редкоземельных элементов. Промышленное значение имеют вольфрамит (вольфрамат железа и марганца nFeWO4 * mMnWO4 — соответственно, ферберит и гюбнерит) и шеелит (вольфрамат кальция CaWO4). Вольфрамовые минералы обычно вкраплены в гранитные породы, так что средняя концентрация вольфрама составляет 1-2 %.

Месторождения

Наиболее крупными запасами обладают Казахстан, Китай, Канада и США; известны также месторождения в Боливии, Португалии, России и Южной Корее. Мировое производство вольфрама составляет 49-50 тысяч тонн в год, в том числе в Китае 41, России 3,5; Казахстане 0,7, Австрии 0,5. Основные экспортёры вольфрама: Китай, Южная Корея, Австрия. Главные импортёры: США, Япония, Германия, Великобритания.
Также есть месторождения вольфрама в Армении и других странах.

Вольфрам - особенности металла

     В 14-16 веках немецкие металлурги при выплавке олова сталкивались с тем, что в ряде случаев при прокаливании оловянноу руды с углем большая часть олова оказывается в составе пенистого шлака. Позднее это было объяснено присутствием в оловянной руде SnO2 (касситерите), примеси вольфрамита OsO4(Fe,Mn)WO4. Оксид вольфрама WO3 впервые был выделен в 1781 шведским исследователем к.Шееле. Металлический вольфрам был получен через несколько лет испанскими химиками — братьями д'Элуяр.
Название Wolframium перешло на элемент с минерала вольфрамит, известного ещё в XVI в. под названием «волчья пена» — «Spuma lupi» на латыни, или «Wolf Rahm» по-немецки. Название было связано с тем, что вольфрам, сопровождая оловянные руды, мешал выплавке олова, переводя его в пену шлаков («пожирает олово как волк овцу»).

В настоящее время в США, Вееликобритании и Франции для вольфрама используют название «tungsten» (швед.tung sten - «тяжелый камень»).
Применение вольфрама определяется его исключительными свойствами (тугоплавкость, химическая стойкость и высокая механическая прочность, эмиссионная способность и светоотдача в накаленном состоянии), которые позволяют использовать  его в производстве качественных сталей, сверхтвердых   и кислотоупорных  сплавов, карбидов, и специальных  материалов для многих отраслей  промышленности.
В 1864 году англичанин Роберт Мюшет впервые ввел вольфрам (примерно 5%) как легирующую добавку в сталь. Сталь, вошедшая в историю металлургии под названием «само-кал Мюшета», могла выдерживать красное каление, не только сохраняя, но и увеличивая свою твердость, т. е. обладала свойством «самозакалки». Резцы, изготовленные из этой стали, позволили в полтора раза повысить скорость резания металла (7,5 метров в минуту вместо 5).

Спустя примерно 40 лет появилась быстрорежущая сталь, содержащая уже до 8% вольфрама. Теперь скорость резания металла достигла 18 метров в минуту. Прошло еще несколько лет, и скорость обработки металла возросла до 35 метров в минуту. Так примерно за полвека вольфрам сумел повысить производительность металлорежущих станков в 7 раз!

Чтобы расплавить вольфрам, его нужно нагреть до такой температуры, при которой большинство металлов уже испаряется—почти до 3400°С. Сам же вольфрам мог бы оставаться в жидком состоянии даже вблизи самого Солнца: температура кипения его свыше 5500°С. Тугоплавкость этого элемента и обеспечила ему применение в одной из важнейших отраслей промышленности — электротехнике.
С тех пор как в 1906 году вольфрамовая нить вытеснила применявшиеся ранее для изготовления электрических ламп угольные, осмиевые и танталовые нити. Высокая прочность металлического вольфрама сочетается с хорошей пластичностью: из него можно вытянуть тончайшую проволоку, 100 километров которой весят всего 250 граммов!

Ученые и инженеры постоянно совершенствуют электрическую лампу, стремясь к тому, чтобы ее «жизнь» продолжалась как можно дольше. Подобно тому как тает горящая восковая свеча, при включении лампы вольфрам начинает испаряться с поверхности нити накаливания. Чтобы уменьшить испарение и тем самым продлить срок службы лампы, в нее под давлением обычно вводят различные инертные газы. А недавно предложено использовать для этой цели пары иода, который, как выяснилось, играет любопытную роль: он «ловит» испарившиеся молекулы вольфрама, вступает с ним в химическую связь, а затем оседает на нити, возвращая ей тем самым «беглецов»,—лампа становится намного долговечнее.
Вольфрамовая проволока, электроды и контакты  используются в электронике, электротехнике (в осветительных и нагревательных  приборах), а также при сварке. Разнообразные вольфрамовые  продукты широко используются  в производстве  различных видов  вооружения и военной техники, теплопоглотителей, сплавов  тяжелых металлов, материалов с высокой  плотностью, суперсплавов  для лопастей турбин, антикоррозионных  покрытий и других изделий. В химической  промышленности  вольфрам  находит  применение  в качестве катализаторов, а также сырья  для производства неорганических пигментов и высокотемпературных смазочных материалов.

Учеными разработан плазменно-дуговой метод выращивания крупных монокристаллов вольфрама, молибдена и других тугоплавких металлов. Благодаря высокой чистоте такой металл отличается необычными механическими свойствами: при очень низких температурах он сохраняет пластичность, а при значительном нагреве почти не теряет своей прочности. Монокристаллы находят применение во многих электровакуумных приборах.
Благодаря высокой плотности вольфрам используется для противовесов, бронебойных сердечников подкалиберных и стреловидных оперенных снарядов артиллерийских орудий, сердечников бронебойных пуль и сверхскоростных роторов гироскопов для стабилизации полёта баллистических ракет (до 180 тыс. об/мин).

В 1907 году был создан сплав, состоящий из вольфрама, хрома и кобальта—стеллит, ставший родоначальником широко известных ныне твердых сплавов, которые позволили еще более повысить скорость резания. В наши дни она достигает уже 2000 метров в минуту.
Важнейшей областью использования вольфрама стало его применение в виде карбида вольфрама в производстве  режущих и износостойких материалов, применяемых  в металлообработке, горном деле, строительной индустрии. Для механической обработки металлов и неметаллических конструкционных материалов в машиностроении (точение, фрезерование, строгание, долбление), бурение скважин, в горнодобывающей промышленности широко используются твердые сплавы и композиционные материалы на основе карбида вольфрама (например, победит, состоящий из кристаллов WC в кобальтовой матрице; широко применяемые марки — ВК2, ВК4, ВК6, ВК8, ВК15, ВК25, Т5К10, Т15К6, Т30К4), а также смесей карбида вольфрама, карбида титана, карбида тантала (марки ТТ для особо тяжёлых условий обработки, например, долбление и строгание поковок из жаропрочных сталей и перфораторное ударно-поворотное бурение крепкого материала).