高熔點(diǎn)高硬度的金屬鎢是一種重要的戰(zhàn)略物資,，廣泛應(yīng)用于碳化鎢刀具,、電燈絲,、工具鋼添加劑、火箭,、宇宙飛行器,、核反應(yīng)堆等領(lǐng)域。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,，對(duì)原料鎢粉也不斷提出新的特殊要求,，例如高質(zhì)量硬質(zhì)合金要求超細(xì)鎢粉；電子材料和過(guò)濾材料要求球形鎢粉,。
與普通鎢粉相比較,，球形鎢粉具有兩個(gè)顯著的特點(diǎn)。一是外觀呈球狀,，粉末流動(dòng)性好,；二是高振實(shí)密度。球形鎢粉作為熱噴涂,、多孔材料,、粉末冶金工業(yè)等行業(yè)應(yīng)用的高新材料，由于其制備技術(shù)的獨(dú)特性和優(yōu)異的使用性能,，已引起國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)和研究者的密切關(guān)注,，投入了大量的人力、物力進(jìn)行研究與開(kāi)發(fā),。我國(guó)是鎢資源大國(guó),，鎢資源占世界的2／3，研究開(kāi)發(fā)高性能球形鎢粉對(duì)發(fā)揮我國(guó)鎢資源優(yōu)勢(shì),，促進(jìn)我國(guó)材料工業(yè)的發(fā)展具有十分重要的意義,。
球形鎢粉的制備方法
1.物理法
1.1電弧噴槍法
劉康美等人用普通直流弧焊機(jī)串聯(lián)作電源，由簡(jiǎn)單的SCDP--3型電弧噴槍傳送控制兩根自耗電極鎢絲相交啟弧熔化,，用壓縮空氣霧化成球形鎢粉,。用千分尺測(cè)鎢絲的直徑，用電弧噴槍自身的儀器和裝置調(diào)節(jié)測(cè)量進(jìn)絲的速度,、熔化電流和兩根鎢絲極間的電壓,。研究鎢絲直徑、進(jìn)絲速度和極間電壓對(duì)工作電流,、噴粉效果及粉末質(zhì)量的影響,。用該方法制取的球形鎢粉粒度分布較寬，粗粉可用于制造過(guò)濾器,，細(xì)粉可制取多孔鎢離化器,。同時(shí)該方法具有設(shè)備簡(jiǎn)單易取，成本低的優(yōu)點(diǎn)，但是生產(chǎn)效率較低,，不利于工業(yè)化生產(chǎn),。
1.2 微波單膜腔法
李俊凹將鎢粉裝入石英玻璃管中，并在微波作用下單模腔燒結(jié)爐中進(jìn)行熱處理,，對(duì)FW-1牌號(hào)的鎢粉進(jìn)行球形化處理。結(jié)果表明,，在微波功率為450-1000w時(shí)對(duì)FW-1牌號(hào)的鎢粉處理不同時(shí)間后均可觀察到多面體原始鎢粉的球形化現(xiàn)象,。由于w粉顆粒大小基本相同，總表面積大,，粒徑小,，對(duì)于微波有足夠的投入深度，其相互加熱非常均勻,。隨著加熱功率和溫度的提高,，鎢粉的表面擴(kuò)散也就越強(qiáng)烈，得到的鎢粉的球化程度也就越高,，因此升高功率和延長(zhǎng)處理時(shí)間均有助于鎢粉的球形化,。
1.3等離子體法
所謂的等離子球化技術(shù)，是將普通鎢粉加到等離子射流體中,，使鎢粉顆粒表面(或整體)熔融,，形成熔滴。熔滴因表面張力而收縮形成球狀,，再通過(guò)快速冷卻,，將球形固定下來(lái)，從而獲得了球形鎢粉,。
2.化學(xué)法
2.1氣相沉積法
國(guó)外于20世紀(jì)60年代就開(kāi)始了制備難熔金屬及其化合物球形粉末的研究,。1963年，美國(guó)的聯(lián)合化學(xué)公司(Allied Chemical Company)發(fā)明了一種通過(guò)氣相沉積從WF6中得到大粒度(40 ~ 650μm)球狀鎢粉的工藝,。該工藝涉及到強(qiáng)烈腐蝕性的HF,，勞動(dòng)條件惡劣，對(duì)環(huán)保要求很高,。
2.2鎢粉重氧化-還原法
謝中華等用鎢粉通過(guò)在一定的溫度,、氧化時(shí)間(溫度650~850℃，氧化時(shí)間20~40min)和空氣氣氛下局部氧化形成一種特殊氧化鎢,。這種特殊氧化鎢相成分復(fù)雜,、粒度比較細(xì)(一般為1~3μm)、比表面積比較發(fā)達(dá),，所以活性很高,，在下一步的還原過(guò)程中，有利于與氫氣充分反應(yīng)，利于原始鎢粉邊角和棱角的去除,。特殊氧化鎢經(jīng)相同工藝二次還原,，所得鎢粉多呈球形或者近球形，粒度分布范圍比較窄,，粗大和超細(xì)粒子較少,，產(chǎn)品經(jīng)生產(chǎn)鋇鎢陰極廠家試用已取得成功。
該方法沿用傳統(tǒng)設(shè)備,，部分改進(jìn)流程,，通過(guò)對(duì)工藝參數(shù)做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整和優(yōu)化、通過(guò)分級(jí)對(duì)粉末粒度組成進(jìn)行控制從而制備高質(zhì)量球形或準(zhǔn)球形鎢粉,，且成本較低,，其缺點(diǎn)是球化不充分，球化率低,。
2.3仲鎢酸銨循環(huán)氧化還原法
傅小明以特純仲鎢酸銨為原料,，通過(guò)特純仲鎢酸銨在氬氣中煅燒獲得紫鎢，紫鎢在純度為99.99%,，露點(diǎn)小于-40℃的氫氣中進(jìn)行還原,，紫鎢還原的鎢粉在空氣中被氧化為三氧化鎢，三氧化鎢再在氫氣中還原,。這種循環(huán)氧化還原方法制備亞微米鎢粉所使用的工藝路線(xiàn)和設(shè)備雖然與傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)鎢粉末的工藝路線(xiàn)和設(shè)備相似,，但是工藝路線(xiàn)長(zhǎng)，工藝參數(shù)不易于控制,，不適合于工業(yè)化生產(chǎn),。
2.4鎢酸銨超聲攪拌-干燥-還原法
該發(fā)明先將飽和鎢酸銨溶液與分散劑超聲波攪拌混合均勻，分散劑以鎢酸銨溶液
為基準(zhǔn)加入量為1%~2%,；然后在超聲波攪拌下加入濃硫酸,，濃硫酸與鎢酸銨的體積比為(15~20):100；在攪拌過(guò)程中生產(chǎn)沉淀,，然后將沉淀濾出,，干燥、破碎后置于氫氣還原爐中還原,，還原溫度為680~ 720℃,，得到粒度為1.2~2.8μm的微細(xì)球形鎢粉。該法在鎢粉粒度細(xì)化上有顯著的作用,，并且能得到球形鎢粉,，但存在著生產(chǎn)成本較高、工序較多,、金屬實(shí)收率較低和廢液需要處理等問(wèn)題,，限制了該法在工業(yè)上的應(yīng)用。
球形鎢粉的應(yīng)用概況
由于常規(guī)鎢粉顆粒形狀不規(guī)則，不僅流動(dòng)性差,，而且堆積密度小,，限制了它的應(yīng)用。近年來(lái),，隨著多孔鎢材料,、熱噴涂以及粉末冶金注射成型等技術(shù)的發(fā)展，球形鎢粉的需求與日俱增,。
在多孔鎢材料的制備中,，鎢粉的形貌和大小對(duì)多孔鎢基的孔結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生很大影響，進(jìn)而影響鎢陰極的發(fā)射性能,。采用球形致密鎢粉制備的多孔鎢基體能夠提供均勻的連通孔結(jié)構(gòu)，可以為發(fā)射物質(zhì)鋇提供充足的儲(chǔ)存空間和遷移通道,，這樣就可以有效地提高發(fā)射電流密度,，提升整個(gè)陰極組件的性能，促進(jìn)現(xiàn)代微波電真空器件的發(fā)展,。當(dāng)采用規(guī)則致密的球形鎢粉壓制并燒結(jié)成多孔鎢基體時(shí),，球顆粒之間形成的空隙不僅互相關(guān)聯(lián)，并且空隙空間充足,，可以?xún)?chǔ)存比較多的鋇發(fā)射材料,。相反，當(dāng)采用不規(guī)則的鎢粉雎制并燒結(jié)成鎢基體時(shí),，不僅會(huì)導(dǎo)致部分空隙的通道被阻隔,，造成鋇擴(kuò)散的斷路，降低鋇的儲(chǔ)存空間,，而且,，小規(guī)則的通道還可能影響遷移到表面鋇的分布均勻性，導(dǎo)致電子發(fā)射不穩(wěn)定,。因此球形鎢粉可以取代常規(guī)的鎢粉用于制作多孔鎢部件,。如大功率脈沖微波管的陰極、電子的鋇鎢陰極,、火箭的發(fā)汗材料,、觸媒或觸媒的載體、高溫下的氣體分布板以及氣體過(guò)濾材料等,。
在熱噴涂領(lǐng)域,，球形鎢粉不僅流動(dòng)性好，而且得到的涂層更均勻,、致密,。因而產(chǎn)品具有更好的耐磨性。在粉末冶金工藝中，因球形鎢粉的壓坯在燒結(jié)過(guò)程中收縮非常均勻,，可實(shí)現(xiàn)良好的尺寸控制,。球形鎢粉正逐漸取代常規(guī)鎢粉。應(yīng)用于大功率脈沖微波管陰極,、人造衛(wèi)星定位推進(jìn)器,、火箭噴嘴襯套等。用球形鎢粉制造的火箭噴嘴襯套,，在熱應(yīng)力下具有良好的抗斷裂性和抗腐蝕性,。
在制造業(yè)中，球形鎢粉因其獨(dú)特的性能而備受關(guān)注,，現(xiàn)已應(yīng)用于多孔材料的制備,、板材業(yè)、熱噴涂,、電子信息,、軍工、汽車(chē),、粉末冶金等領(lǐng)域,。通過(guò)控制設(shè)備的工藝參數(shù)，球形鎢粉制備的多孔材料透氣性能也更趨完美,。
在粉末冶金工藝中,，球形鎢粉的壓坯在燒結(jié)過(guò)程中收縮非常均勻，可以較好地實(shí)現(xiàn)尺寸控制,。球形鎢粉及其合金因能耐高溫而用于制造高級(jí)汽車(chē)的曲軸,、缸筒，軍工里的槍筒,、炮筒,、穿甲彈等，同時(shí)由于球化后的鎢粉流動(dòng)性得到了提高,，因此應(yīng)用在熱涂層領(lǐng)域中制得的涂層致密性好,，而且耐磨性更好。盡管鎢可以作為高溫材料,，但是其抗氧化能力較差,，在1000℃以上便會(huì)發(fā)生氧化，生成三氧化二鎢,，因此,，在高溫中使用時(shí)需要以惰性氣體進(jìn)行保護(hù)。鑒于球形鎢粉良好的工業(yè)前景,，對(duì)其制備過(guò)程,、工藝及實(shí)際應(yīng)用的研究也需要更加深入,。
參考文獻(xiàn)：
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