金属钨的应用

背景及概述^[1]

金属钨粉不仅是硬质合金的主要原料，而且也是金属钨基合金的主要原料，其应用涉及机械加工、矿山开采、地质钻探、建筑工具、灯泡照明和军事工程等领域。为了不断地提高含金属钨材料的性能，将粉末细化是一种趋势，以制备性能更加优异的产品。超细金属钨粉具有广阔的市场前景，已成为许多高科技领域不可缺少的材料，如微电子工业、精细化工、表面技术和航空航天工业等领域对超细金属钨粉有很大的需求。

目前，超细金属金属钨粉制备的方法主要包括高能球磨法、WO3氢还原法、卤化金属钨氢还原法、金属钨酸盐氢还原法、熔盐电解法、等离子体法和自蔓延高温还原法等。这些方法虽有各自优点，但都存在一定的不足。利用高能球磨工艺将粉末磨至亚微米级甚至纳米级超细粉体，球磨时间往往需要数十小时或更长，随着球磨时间的延长，球耗、能耗等成本相应增加，磨机生产能力下降，且在球磨过程中容易导致杂质夹带掺入，影响粉末的纯度，所得到的粉末亦易于团聚且不易分散。在“干氢还原”条件下还原WO3，可得到超细金属钨粉，但该工艺需要耗费大量的氢，生产成本较高。

卤化金属钨氢还原法制取超细金属钨粉的主要特点是纯度高、颗粒细、颗粒尺寸均匀、颗粒呈球状和热稳定性高，但由于采用卤化金属钨氢还原制备金属钨粉，在反应时有大量的HC1或HF气体生成，对环境造成污染，而且腐蚀生产设备，因此目前较少采用此方法。采用金属钨酸盐氢还原法可制备颗粒较细的金属钨粉，但存在着金属实收率较低、工序较多和成本较高等问题。

熔盐电解法是利用电解原理将氧化金属钨在电解槽中先以离子形式电解，再利用阴极沉积的方法来制备金属钨粉，采用熔盐电解法所制备的粉末团聚严重，且生产成本较高。用等离子体可以制备超细、纳米级球形金属钨粉，但该方法有时会出现反应物转化不完全和产品相成分较复杂以及作业过程难以稳定、连续持久地进行等问题。自蔓延高温合成法制备超细金属钨粉具有高效、节能等优点，但是由于其反应速度太快，通常反应无法完全进行，导致杂质相较多，而且其反应过程、产物结构以及性能都不容易控制。

应用^[2-4]

金属钨粉应用涉及机械加工、矿山开采、地质钻探、建筑工具、灯泡照明和军事工程等领域。其应用举例如下：

1）制备一种金属钨增强压型石墨管，所述的金属钨增强压型石墨管包括最外层的形状记忆合金、中间层的金属钨和最内层的石墨组合而成，所述形状记忆合金为镍钛合金，所述的形状记忆合金占金属钨增强压型石墨管总体分量的6%-10%，所述的金属钨占金属钨增强压型石墨管总体分量的5%-6%，所述的石墨占金属钨增强压型石墨管总体分量的83%-91%。本发明提供一种金属钨增强压型石墨管，具有提高了压型石墨管力学性能的优点。

2）利用金属钨作为磁约束反应堆的壁材料的结构，壁材料采用金属钨，高热负荷区由壁材料、中间冷却热沉材料和后支撑材料按三明治结构热等静压焊接而成，在金属钨与中间冷却热沉材料之间和中间冷却热沉材料与后支撑材料之间分别设有中间适配层，在中间冷却热沉材料和后支撑材料上都分布有冷却通道；低热负荷区由壁材料和后支撑材料热等静压焊接而成，在壁材料与后支撑材料之间设有中间适配层，后支撑材料上分布有冷却通道；所述的中间冷却热沉材料为铬锆铜，后支撑材料为马氏体/铁素体不锈钢。本发明使磁约束反应堆在燃料再循环接近零滞留的条件下，满足对低材料腐蚀、低燃料滞留的长时间稳态运行的要求。

3）金属钨板做电解槽阳极，优用原料氟化锂铍共晶体做电解质，熔点范围适合电解且无氟化氢成分，能从源头上切断四氟化碳及氟化氢等有害成分对成品六氟化钨的污染。电解槽内生成的六氟化钨气体以及夹带的熔融盐扬尘和少量未与金属钨反应的氟气沿电解槽气体出口管进入气体纯化罐，用扬尘过滤板及扬尘吸附剂去除六氟化钨夹带的电解质微尘；用钨微球反应层将未反应的少量氟气全部转化成六氟化钨，用微孔过滤器将夹带的金属钨微粒全部滤掉，最终产出高纯六氟化钨气体。本发明实现了电解法直接合成高纯六氟化钨，具有工艺路线简洁、成品杂质少、收率高，综合生产成本极具竞争力等优点。

制备^[1]

一种生产成本低、合成工艺简单、合成过程易于控制、产率高的金属钨超细粉体的制备方法，用该方法制备的金属钨超细粉体活性高、粉体粒径分布均匀、颗粒团聚小、纯度高、无杂相和产业化生产的前景大。技术方案是：将12~25wt%的钨酸钠粉体、1.5~5.0wt%的金属铝粉体和70~86wt%的卤化物粉体混合均匀，制得混合物；将混合物置入管式电炉内，在氩气气氛下以2~8℃/min的升温速率升至600~1100℃，保温3~6小时，再将所得产物放入浓度为2.0~4.0mol/L的盐酸中浸泡3~8小时，过滤，用去离子水清洗至清洗液为中性，然后在110℃条件下干燥10~24小时，即得金属钨超细粉体。

主要参考资料

[1] CN201310255598.4一种金属钨超细粉体及其制备方法

[2] CN201610316135.8金属钨增强压型石墨管

[3] CN201210069674.8一种利用金属钨作为磁约束反应堆的壁材料的结构

[4] CN201910015696.8金属钨做阳极电解熔融盐合成高纯六氟化钨