碳化鉬的應(yīng)用領(lǐng)域

發(fā)布時(shí)間：

2021-07-09

從全球的消費(fèi)結(jié)構(gòu)看，鉬確實(shí)稱(chēng)得上是鐵的同盟軍。西方發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)鉬的需求80%源于鋼鐵，不銹鋼吸納30%的鉬，低合金鋼吸納30%，鉆探刀頭和切削刀具占10%，鑄鋼占10%。另外20%的鉬消費(fèi)在鉬化學(xué)制品、鉬基潤(rùn)滑劑和石油精煉等方面。頗為典型的美國(guó)1998年在鋼鐵生產(chǎn)中鉬的消費(fèi)比例是75%。

　　從全球的消費(fèi)結(jié)構(gòu)看，鉬確實(shí)稱(chēng)得上是鐵的同盟軍。西方發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)鉬的需求80%源于鋼鐵，不銹鋼吸納30%的鉬，低合金鋼吸納30%，鉆探刀頭和切削刀具占10%，鑄鋼占10%。另外20%的鉬消費(fèi)在鉬化學(xué)制品、鉬基潤(rùn)滑劑和石油精煉等方面。頗為典型的美國(guó)1998年在鋼鐵生產(chǎn)中鉬的消費(fèi)比例是75%。

　　此外以鉬為基的合金在電子、金屬加工及航天工業(yè)中也得到日益廣泛的應(yīng)用。

　　1.鉬合金

　　TZM合金具有優(yōu)異的高強(qiáng)度及綜合性能，是應(yīng)用最廣泛的鉬合金。美國(guó)用TZM合金制作發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪盤(pán)，其用鉬量占鉬總用量的15%。我國(guó)生產(chǎn)包括TZM鉬合金在內(nèi)的鉬材已不下于22個(gè)牌號(hào)，20世紀(jì)90年代初我國(guó)鉬及鉬制品的產(chǎn)量已近200噸。

　　TZM和TZC鉬合金的高機(jī)械性能比純鉬好，廣泛用于制造高工、模具及各種結(jié)構(gòu)件。我國(guó)早在20世紀(jì)年代即已成功地將它們制成各種無(wú)縫鋼管的熱穿孔頂頭。此種用粉冶技術(shù)制造的燒結(jié)鉬頂頭減少了原料消耗(為鑄態(tài)的50%)，平均使用壽命提高1.5～2倍。

　　鉬錸合金(含50%Re)制成的無(wú)縫管高性能優(yōu)良，可在接近其熔點(diǎn)的度下使用，用作熱電偶套管和電子管陰極的支架、環(huán)、柵極等零件。

　　鉬及鉬合金除具有高強(qiáng)度，良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱和低的熱膨脹系數(shù)(與電子管用玻璃相近)外，還擁有較鎢易于加工的優(yōu)勢(shì)，因此用常規(guī)加工方法生產(chǎn)的板、帶、箔、管、棒、線(xiàn)和型材等在電子管(柵極和陽(yáng)極)、電光源(支撐材料)零件，金屬加工工具(壓鑄和擠壓模、鍛模、穿孔頂頭、液態(tài)金屬濾篩)及渦輪盤(pán)等部件中得到廣泛應(yīng)用。

　　2.鋼的合金元素

　　鉬作為鋼材的盟友，和鎳、鉻一起作為合金元素能夠減少合金鋼在熱處理時(shí)經(jīng)常發(fā)生的脆變。在高速鋼中用鉬代替鎢在解決鎢資源不足方面，美國(guó)走在了前面。據(jù)計(jì)算，鉬具有兩倍于鎢的“能力”。這樣一來(lái)含鎢18%的鋼可由含鉬9%的鋼代替(同時(shí)加入鉻與釩)，大大降低了鋼的生產(chǎn)成本。鉬在不銹鋼內(nèi)的作用是提高耐蝕性、增加高強(qiáng)度及改善可焊性?？梢?jiàn)鉬在鋼鐵工業(yè)中有著非同凡響的作用。

　　3.其他應(yīng)用

　　鉬在真空爐工作的度和壓力下，具有極低的蒸氣壓。因此鉬零件對(duì)爐內(nèi)工件或工作物質(zhì)的污染最少，并且蒸發(fā)損失肯定不會(huì)制約諸如加熱元件和隔熱包封等鉬質(zhì)高零件的使用壽命。

　　在制造玻璃制品方面鉬的高強(qiáng)度使它成為快速加熱期間最為理想的電極與處理和加工設(shè)備。鉬與大多數(shù)玻璃組分在化學(xué)上是相容的，更不會(huì)由于小量鉬溶解在玻璃熔槽內(nèi)而造成有害的發(fā)色效應(yīng)。作為玻璃熔煉爐中的加熱電極，其壽命可長(zhǎng)達(dá)3～5年。

　　4.新興應(yīng)用

　　解決鉬的低延性和高氧化問(wèn)題的主要途徑就是開(kāi)發(fā)一種以二硅化鉬(MoSi2)為基的先進(jìn)復(fù)合材料。

　　鉬與氧接觸形成的Mo02在800℃升華，冷凝時(shí)得到一種黃白色的翳狀物，給發(fā)揮鉬在高強(qiáng)度和抗蠕變性能上的優(yōu)勢(shì)造成了嚴(yán)重的工程問(wèn)題。為此采用了有自愈能力的富硅涂層，然而這種涂層抗熱循環(huán)效應(yīng)的能力極差。而以二硅化鉬作基體的復(fù)合材料Mo-Si-B的高強(qiáng)度和抗氧化能力很好，但延性差，僅限生產(chǎn)小批量商用產(chǎn)品。為解決延性問(wèn)題，確定了這種鉬—硅—硼系復(fù)合材料的組成范圍，使之除抗氧化性能奇佳外，高機(jī)械性能與TZM合金相當(dāng)。該復(fù)合材以Mo5SiB(T2)為基體相，以金屬鉬為第二相。金屬相提高了復(fù)合材料的延性，基體相可形成自愈性的氧化皮。制成的同時(shí)加入鈦的Mo-6Ti-2.2Si-1.1B復(fù)合材料在1370℃下暴露在空氣中2小時(shí)，肉眼幾乎看不到變化，較之TZM還要優(yōu)越。這是鉬基合金一項(xiàng)了不起的成就。

　　鉬的第二項(xiàng)新成就是作充填藥彈頭的內(nèi)襯(軍事上叫藥型罩)，這種彈頭在軍事和工業(yè)應(yīng)用中可穿透和切削很深的深度。在這類(lèi)裝置內(nèi)，內(nèi)襯周?chē)乃幰钥煽氐姆绞狡鸨?，使?nèi)襯以一種非常奇特的方式變形。變形使內(nèi)襯材料產(chǎn)生有極高速度、極大張力的棒狀碎片(噴射器)可深深地穿入靶材或目標(biāo)。

　　襯鉬藥藥型罩的開(kāi)發(fā)是一個(gè)嶄新的研究領(lǐng)域。傳統(tǒng)彈頭藥型內(nèi)襯材料是銅，但鉬的聲速為5.12千米/秒(銅為3.94千米/秒)、密度10.2克/厘米3(銅為8.93克/厘米3)。為獲得高速相干噴射，尖頭必須要有高的聲速。使用鉬的藥型設(shè)計(jì)可使噴射尖頭的速度大于12千米/秒，而使用銅速度尚不足10千米/秒。兩者速度相差20%～25%，其原因就在于高聲速使尖頭的能量增加，從而導(dǎo)致穿透力提高。最新的藥藥型罩以錐形和嗽叭型為好。用鉬代銅將是軍械上的一項(xiàng)重要改革。

　　鉬的第三項(xiàng)新成就是制造平板型顯示設(shè)備。在電子行業(yè)，平板型顯示設(shè)備仍然使用有源矩陣液晶顯示(LCD)技術(shù)。但LCD正與處于不同開(kāi)發(fā)階段的場(chǎng)發(fā)射顯示(FED)、電致發(fā)光顯示(EL)、等離子體顯示面板(PDP)、陰極射線(xiàn)發(fā)光顯示(CRT)及真空熒光顯示(VFD))進(jìn)行著全方位的激烈競(jìng)爭(zhēng)。在這項(xiàng)顯示工藝中，顯示借兩塊被真空隔離的玻璃薄片實(shí)現(xiàn)。背面的玻璃當(dāng)作陰極，在這片玻璃上以場(chǎng)發(fā)射極陣列的形式分布著5億個(gè)以上的發(fā)射極尖端，發(fā)射極間的間隔比電視屏幕上的象素小得多。發(fā)射極尖端即由鉬制造，它們?cè)陲@示時(shí)既可單獨(dú)控制亦可分組控制。鑒于它們的視角寬，響應(yīng)時(shí)間快，有寬的度范圍公差，特別是功耗低，與要求清晰、明亮、可移動(dòng)、耐用的潮流一起，成為發(fā)展乎板顯示工藝的主要推動(dòng)力。顯示市場(chǎng)有高達(dá)100億美元以上的市場(chǎng)。平板顯示工藝用電子束蒸發(fā)將鉬沉積在發(fā)射極尖端上，其用量雖少，但對(duì)發(fā)展大屏幕、高清晰度電視卻有著不可限量的前程。