Wolfram má nejvyšší bod tání ze všech kovů při komerčním použití, 3 410 stupňů Celsia, a tato jediná vlastnost vysvětluje většinu jeho průmyslových aplikací. Má také nejvyšší hustotu žáruvzdorných kovů asi 19,25 gramů na krychlový centimetr, nejnižší tlak par a koeficient tepelné roztažnosti zhruba 4,5 x 10^-6 na kelvin, což je blízko k borosilikátovým sklům používaným v pouzdrech lamp. Tyto vlastnosti společně udělaly z wolframu materiál, který proměnil žárovku z kuriozity v praktický výrobek, a stále podporují její použití v žárovkách, svařovacích elektrodách, odpařovacích zdrojích a hardwaru pro vysokoteplotní pece.
Typy vodičů a dopovací systémy
Wolframový drát je dodáván v několika skupinách, které se vyznačují aditivy, které řídí strukturu zrna a emisní chování. Systémy příměsí nejsou dekorativní; určují, zda se vlákno prohýbá, zda elektroda spolehlivě zapálí oblouk a jak dlouho součást přežije při teplotě.
| Typ drátu | Přidání | Typická aplikace |
|---|---|---|
| Čistý wolframový drát | Žádný | Topné články, odpařovací hady, výbojové elektrody, olověné dráty, háky a boční tyče |
| Dopovaný wolframový drát | 0,2-0,4 % Si02 s 0,3-0,4 % K20; 0,02-0,05 % A1203 | Vlákno a nosný drát pro žárovky a spirálové-výbojky, katodové trubice, odpařovací ohřívače |
| Dopovaný thoriovaný wolframový drát | 0,2-0,4 % Si02, 0,3-0,55 % K2O a 0,2-0,5 % Th02 | Žhavé dráty pro elektronky, svařovací elektrody |
| Thoriovaný wolframový drát | 1,0 %, 1,5 % nebo 2,0-2,5 % Th02 | Katodové trubice, vysoce intenzivní výbojové elektrody, žhavicí dráty pro regulaci emisí, háky a pružiny |
| Ceriovaný a yttriovaný wolframový drát | 1,5-3,0 % Ce02; 2,0-3,0 % Y203 | Pulzní trubicový topný drát, -netavitelné svařovací elektrody, elektrody výbojek |
| Lanthanovaný wolframový drát | 1,0-2,0 % La203 | Netavitelné svařovací elektrody |
| Wolfram-molybdenový drát | W-20Mo | Podpěrné háky, vývody lamp, ohřívače vakuových zařízení |
| Wolfram-rhenium drát | 1,0-26,0 % Re | Vlákna lampy, vlákna mikrovlnného zařízení, vlákna trubice elektronového paprsku |
Proč doping mění výkon
Přísady draslíku a hliníku v dopovaném wolframovém drátu nezůstávají jako jednoduché oxidy. Během slinování a tažení tvoří podlouhlé bubliny, které spojují hranice zrn podél osy drátu a vytvářejí vzájemně propletenou strukturu zrn známou jako -nepropustný wolfram. Vlákno z čistého wolframu rekrystalizuje při vysoké teplotě na rovnoosá zrna, poté se pod vlastní vahou prohýbá a selhává. Dopovaná struktura odolává tomuto tečení, což je důvod, proč jsou vlákna lampy vyrobena z dopovaného spíše než z čistého wolframu a proč se specifikace dopantu objevuje na nákupní objednávce. Přídavky oxidu thoria fungují jinak: snižují pracovní funkci povrchu, takže drát snadněji emituje elektrony a zapálí oblouk při nižším napětí, a proto v elektronkách a elektrodách pro svařování v inertním plynu dominuje thoriovaný wolfram.
Normy a formuláře produktů
Wolfram je specifikován spíše formou výrobku než jednotným materiálovým standardem. ASTM B760 pokrývá wolframové desky, plechy a fólie, definuje rozměry, tolerance a mechanické požadavky na mlýnské produkty. ASTM B777 se vztahuje na wolframové-kovy s vysokou hustotou, dva-fázové materiály kombinující wolfram s niklem-železem nebo nikl{7}}mědí, obvykle v rozmezí 90 % až 97 % wolframu; ty se používají tam, kde je třeba kombinovat vysokou hustotu a obrobitelnost, například v radiačním stínění, protizávažích a kinetických aplikacích. U drátu kupující specifikují průměr, toleranci, pevnost v tahu a přímost společně se systémem příměsí, protože dva dráty se stejným průměrem, ale různými příměsemi, jsou různé výrobky. Ložiskové slitiny rhenia-jsou určeny tam, kde záleží na tažnosti po rekrystalizaci, protože rhenium výrazně snižuje tvárnost-do-křehkého přechodu.
Aplikace Beyond Filaments
Moderní osvětlení stále spotřebovává wolframový drát, ale největší objemy nyní směřují do průmyslového hardwaru. Wolfram se používá pro odpařovací cívky a čluny při vakuové metalizaci, pro topné články a radiační štíty ve vysokoteplotních -pecích, kde kovový prvek musí přežít teplotu vyšší než 2 000 stupňů Celsia, pro elektrody výbojek a pro-tavitelné elektrody pro obloukové svařování. Kompozity mědi-wolframu a stříbra{7}}wolframu, které se vyrábějí spíše infiltrací než tavením, slouží jako elektrické kontakty a elektrody pro odporové svařování, protože kombinují odolnost proti erozi wolframu obloukem s vodivou kovovou matricí. Chrom-wolfram a další wolframové oceli zůstávají menším, ale zavedeným odbytištěm v dodavatelském řetězci feroslitin.
Poznámky k nákupu
O tom, zda bude objednávka wolframového drátu fungovat podle očekávání, rozhodují tři parametry. Tolerance průměru řídí, zda vlákno pasuje na navíjecí nástroj. Pevnost v tahu a prodloužení při specifikovaném průměru předpovídají prasknutí při manipulaci během navíjení a montáže. Dopantový obsah a distribuce rozhodují o chování při vysokých-teplotách. Vzhledem k tomu, že struktura dopovaných bublin závisí na historii termomechanického zpracování, získávání ze stejné procesní cesty je pro wolframový drát stále důležitější než pro většinu žárovzdorných kovových výrobků. Kupující by si měli vyžádat analýzu dopantu a chování při rekrystalizaci na certifikátu spíše než přijmout specifikaci, která uvádí pouze čistotu a průměr.
Často kladené otázky
Q:Proč se wolfram používá pro žárovky?
Odpověď: Má nejvyšší bod tání ze všech komerčních kovů při 3 410 stupních Celsia, nejnižší tlak par a koeficient tepelné roztažnosti asi 4,5 x 10^-6 na kelvin, což odpovídá obalům z borosilikátového skla.
Q:Co je to -neprůhybový wolframový drát?
A: Dopovaný wolframový drát obsahující 0,2-0,4% SiO2 s 0,3-0,4% K2O a malé přísady Al2O3. Příměsi tvoří podlouhlé bubliny, které spojují hranice zrn a poskytují tak propletenou strukturu zrna odolnou proti tečení namísto prověšené rovnoosé.
Q:Jaký je rozdíl mezi thoriovanými, cerovanými a lanthanovanými wolframovými elektrodami?
Odpověď: Thoriované elektrody obsahují 1,0 % až 2,5 % ThO2 a nabízejí nejsnazší spouštění oblouku; ceriované a yttriované typy používají 1,5-3,0 % CeO2 nebo 2,0–3,0 % Y2O3 a lanthanované typy používají 1,0–2,0 % La2O3, to vše pro služby svařování bez spotřebního materiálu.
Q:Které normy ASTM platí pro výrobky z wolframových mlýnů?
Odpověď: ASTM B760 se vztahuje na wolframové desky, plechy a fólie a ASTM B777 se vztahuje na wolframové-kovy s vysokou hustotou na bázi niklu-železa nebo niklu{4}}mědi, obvykle v rozmezí 90 % až 97 % wolframu.
Q:Proč používat wolfram-rhenium drát?
Odpověď: Přídavky rhenia o 1,0 % až 26,0 % snižují tvárnou-až{3}}teplotu křehkého přechodu, takže drát po rekrystalizaci přežije manipulaci a tepelné cykly, což je důležité pro vlákna elektronových trubic a mikrovlnných zařízení.
Q:Co by měla obsahovat specifikace nákupu wolframového drátu?
Odpověď: Průměr a tolerance, pevnost v tahu a prodloužení, přímost, systém příměsí a jeho analýza a chování při rekrystalizaci, protože vysoký-výkon určuje spíše historie procesu než samotná čistota.