钨粉,从外观上看,是一种带有金属光泽的灰黑色粉末,呈现体心立方结晶结构 。它在现代工业中扮演着极为重要的角色,是制备钨加工材、钨合金和各类钨制品的基础原料,在粉末冶金钨制品和钨合金的制作中,钨粉更是不可或缺的关键材料。
在粉末冶金领域,通过特定的工艺将钨粉与其他材料混合、压制和烧结,能够制造出各种高性能的钨制品,如钨丝、钨棒、钨管等。这些制品因其优异的耐高温、高强度、高硬度等特性,被广泛应用于电子、航空航天、机械制造等众多高端领域。以电子领域为例,钨丝是制造电灯泡灯丝、电子管部件的重要材料,其高熔点和良好的导电性保证了产品的稳定性能和长使用寿命。
在钨合金的制作过程中,钨粉作为主要成分,与其他金属粉末如钼、铼、铜等混合,经过一系列加工工艺,形成具有特殊性能的钨合金。比如钨钼合金具有良好的高温强度和导电性,常用于电子器件和高温结构件;钨铼合金则在热电偶、航空发动机部件等方面发挥着重要作用;钨铜合金结合了钨的高硬度和铜的良好导电性、导热性,被广泛应用于电接触材料、电子封装等领域 。这些钨合金凭借其独特的性能,满足了现代工业对材料高性能、多功能的严格要求,推动了相关产业的技术进步和发展。
纯度规格
(一)常见纯度标准
在市场上,钨粉的纯度有着多种标准,常见的有99.9%、99.95%等 。不同纯度的钨粉,因其所含杂质的多少不同,在应用场景上也存在明显差异。
纯度为99.9%的钨粉,在一些对纯度要求相对没有那么严苛,但又需要钨粉基本特性的领域有着广泛应用。比如在普通的硬质合金制造中,这种纯度的钨粉可以满足生产需求,制成的硬质合金刀具、模具等,能够用于一般的机械加工、矿山开采等行业,这些行业对产品的性能要求在一定范围内,99.9%纯度的钨粉所制成的产品可以有效降低成本,同时保证基本的使用性能 。
而纯度达到99.95%的钨粉,则更多地应用于对材料纯度要求较高的高端领域。在电子工业中,用于制造电子元器件如芯片中的钨互连、电子管部件等,高纯度可以确保电子器件的性能稳定,减少杂质对电子传输的干扰,提高电子设备的运行速度和可靠性。在航空航天领域,制造航空发动机的高温部件、航天器的结构件等,99.95%纯度的钨粉能够保证在极端环境下,部件依然具有良好的耐高温、高强度等性能,保障航空航天设备的安全运行 。
(二)纯度对性能影响
钨粉的纯度与产品性能之间存在着紧密的联系。高纯度的钨粉,杂质含量极低,这使得其在物理和化学性能上表现更为优异。高纯度钨粉制成的产品具有更高的密度和硬度,因为杂质的减少避免了晶格缺陷和应力集中点的产生,使得晶体结构更加致密和均匀。在高温环境下,高纯度钨粉的产品能够保持更好的热稳定性和抗氧化性,杂质的存在往往会加速材料在高温下的氧化反应,降低材料的使用寿命 。
正是由于这些性能优势,高纯度钨粉非常适合应用于高端精密领域。在半导体制造中,芯片的制造工艺对材料的纯度要求极高,哪怕是微量的杂质都可能影响芯片的性能和良品率。高纯度钨粉用于制造芯片中的钨布线等关键部件,能够确保电子信号的快速、准确传输,满足芯片不断提高的性能需求 。在医疗器械领域,一些高精度的手术器械和植入式医疗设备,需要使用高纯度钨粉制成的材料,以保证其生物相容性和长期稳定性,避免杂质对人体产生不良影响 。
粒度规格
(一)粒度表示方法
在描述钨粉的粒度时,常用的表示方法有目数和费氏粒度(FSSS) 。目数是指在 1英寸(25.4mm)长度的筛网上所具有的网孔数量,例如200目筛网,意味着在1英寸长度内有200个网孔,目数越大,筛网的孔径越小,通过筛网的钨粉颗粒也就越细 。费氏粒度则是基于稳流式空气透过法,在空气流速和压力不变的条件下,通过测定粉末的比表面积来换算得到的平均粒度值 。其原理是利用空气通过粉末堆积体时产生的压力降,根据压力降与粒度的对应关系计算出粒度值,被测颗粒越大,压力降越小,在粒度读数板上读出的粒度值越大 。
(二)常见粒度范围及用途
钨粉的粒度范围较为广泛,常见的粒度范围在0.1μm - 50μm 之间 。不同粒度范围的钨粉在实际应用中有着各自的优势和适用领域。粒度在2 - 10μm的钨粉,被广泛应用于硬质合金的制造。在硬质合金刀具的生产中,这个粒度范围的钨粉与粘结剂(如钴等)混合后,经过压制和烧结等工艺,能够使制成的刀具具有良好的硬度和耐磨性,满足各种金属切削加工的需求 。
粗粒度的钨粉,如粒度大于10μm的,由于其颗粒较大,在一些对材料强度和韧性要求较高的领域表现出色 。在制造矿山开采工具时,粗粒度钨粉制成的硬质合金产品能够承受更大的冲击力和摩擦力,有效延长工具的使用寿命,提高开采效率 。
细粒度的钨粉,尤其是粒度小于1μm的超细钨粉,因其具有较高的比表面积和反应活性,在电子材料、催化剂等领域有着独特的应用价值 。在电子材料中,超细钨粉可用于制造电子元器件中的电极、布线等,其高活性有助于提高电子器件的性能;在催化剂领域,超细钨粉能够作为高效催化剂的活性成分,加速化学反应的进行 。
(三)粒度对产品性能影响
钨粉的粒度大小对最终产品的性能有着显著的影响。较小粒度的钨粉,制成的产品往往具有更高的硬度和强度 。这是因为细颗粒的钨粉在烧结过程中,能够形成更加致密的微观结构,颗粒之间的结合更加紧密,减少了内部缺陷和孔隙的存在,从而提高了产品的硬度和强度 。在制造钨基合金刀具时,使用细粒度钨粉可以使刀具的切削刃更加锋利,切削性能更优,能够更好地加工高硬度材料 。
然而,细粒度钨粉也可能导致产品韧性下降 。由于细颗粒之间的结合力较强,在受到外力冲击时,裂纹更容易在颗粒间产生和扩展,从而降低了产品的韧性 。相比之下,粗粒度钨粉制成的产品虽然硬度相对较低,但韧性较好 。在一些需要承受冲击载荷的应用中,如冲击钻的钻头,使用粗粒度钨粉制成的产品能够更好地抵抗冲击,不易发生断裂 。
粒度还会影响产品的烧结性能 。细粒度钨粉由于比表面积大,在烧结过程中反应活性高,能够在较低的温度下实现烧结致密化 。但同时,细粒度钨粉也容易在烧结过程中发生团聚现象,导致烧结不均匀,影响产品质量 。粗粒度钨粉则需要较高的烧结温度和更长的烧结时间才能达到较好的致密化效果 。
松装密度与摇实密度
(一)概念及测量意义
松装密度,是指钨粉在自然堆积状态下,单位体积的质量 。简单来说,就是将钨粉自由地倒入一个容器中,在不施加任何外力压实的情况下,测量此时单位体积内钨粉的质量,它反映了钨粉在松散状态下的堆积特性 。摇实密度则是对装有钨粉的容器进行一定方式的振动,使钨粉在容器内达到紧密堆积状态后,单位体积的质量 。这种振动过程能够减少钨粉颗粒之间的空隙,让钨粉堆积得更加紧密,从而得到一个相对较大的密度值 。
松装密度和摇实密度在钨粉的生产和应用过程中有着重要的指导意义 。在粉末装填环节,松装密度可以帮助确定在一定体积的容器中能够装填多少钨粉,这对于生产中的原料计量和包装设计至关重要 。在粉末成型阶段,摇实密度能够反映出钨粉在经过振动等外力作用后,可能达到的紧密程度,这对于预测成型产品的密度和质量,以及选择合适的成型工艺参数具有重要参考价值 。如果松装密度和摇实密度的测量值不准确,可能会导致在生产过程中原料装填过多或过少,影响产品的质量和生产效率 。
(二)常见数值范围及影响因素
一般情况下,常见钨粉的松装密度数值范围在2.5 - 5.0 g/cm³ 之间 ,摇实密度数值范围在4.0 - 6.0 g/cm³ 之间 。不过,这些数值并非固定不变,会受到多种因素的影响 。
生产工艺是影响松装密度和摇实密度的重要因素之一 。不同的制粉工艺,如氢还原法、碳热还原法等,会使钨粉的颗粒形状、粒度分布等特性产生差异,进而影响其密度 。以氢还原法制备的钨粉为例,通过控制还原温度、氢气流量等工艺参数,可以调整钨粉的粒度和颗粒形貌 。如果还原温度较高,氢气流量较大,可能会得到粒度较大、形状较为规则的钨粉颗粒,这种情况下,钨粉的松装密度和摇实密度可能会相对较大 。
粒度分布对密度的影响也较为显著 。当钨粉中细颗粒含量较多时,颗粒之间的空隙相对较小,松装密度可能会增加;但同时,细颗粒之间的团聚现象也可能更加严重,导致摇实密度降低 。相反,粗颗粒含量较多的钨粉,松装密度可能较小,但在振动过程中,粗颗粒之间更容易形成紧密的堆积结构,摇实密度可能会增大 。
颗粒形状同样会影响松装密度和摇实密度 。球形颗粒的钨粉,由于其在堆积时能够更加紧密地排列,减少颗粒间的空隙,所以松装密度和摇实密度通常比不规则形状颗粒的钨粉要大 。不规则形状的颗粒之间存在更多的机械啮合点,使得它们在堆积时难以达到高度紧密的状态 。
氧含量及其他杂质含量
(一)氧含量标准及控制
在钨粉的质量指标中,氧含量是一个关键的参数 。氧含量过高会对钨粉及其制成品的性能产生诸多不利影响 。过多的氧会使钨粉在烧结过程中与碳化物发生反应,吸收碳化物中的碳,从而导致硬质合金脱碳 。当脱碳严重时,会出现η相,这种相的出现会使合金变脆,极大地降低合金的强度和韧性,使其在使用过程中容易发生断裂,无法满足实际应用的需求 。
在行业内,对于氧含量有着严格的控制标准 。一般来说,普通用途的钨粉,氧含量通常要求控制在0.5%以下 ;而对于一些高端应用领域,如电子、航空航天等对材料性能要求极高的行业,氧含量的控制标准更为严格,往往要求低于0.1%。为了实现对氧含量的有效控制,生产过程中会采取一系列措施 。在原料选择上,优先选用纯度高、氧含量低的氧化钨作为制备钨粉的原料 。在氢还原制备钨粉的过程中,精确控制还原温度和氢气流量 。适当提高还原温度可以加速氧化钨的还原,减少氧残留;同时,确保氢气的高纯度和稳定流量,能够高效带走还原产生的水蒸气,防止二次氧化 。还会采用先进的检测设备,如高精度的氧氮分析仪,对生产过程中的氧含量进行实时监测,一旦发现氧含量超标,及时调整生产工艺参数 。
(二)其他杂质元素影响
除了氧含量外,钨粉中还可能存在其他杂质元素,如铁(Fe)、硅(Si)、铝(Al)等,这些杂质元素即使含量较低,也会对钨粉的性能产生不良影响 。
铁元素的存在会降低钨粉的熔点,使钨制品在高温环境下的热稳定性变差 。在高温应用场景中,如航空发动机的高温部件,铁杂质可能导致部件在高温下过早软化变形,影响设备的正常运行和使用寿命 。铁还可能影响钨粉的磁性,对于一些对磁性有严格要求的电子元器件制造,铁杂质会干扰电子信号的传输,降低产品的性能 。
硅元素会增加钨粉的脆性,使制成的钨制品在受到外力冲击时更容易发生破裂 。在机械加工领域,使用含有较多硅杂质的钨粉制成的刀具,在切削过程中容易出现崩刃现象,降低刀具的切削性能和使用寿命 。硅还会影响钨粉的烧结性能,导致烧结后的制品内部存在较多孔隙,降低制品的密度和强度 。
铝元素会影响钨粉的抗氧化性能,加速钨制品在空气中的氧化过程 。在一些需要长期暴露在空气中的应用中,如户外电子设备的零部件,铝杂质会使钨制品表面更快地形成氧化层,不仅影响外观,还会降低其耐腐蚀性能和电学性能 。铝杂质还可能在钨粉中形成硬质点,影响制品的加工精度和表面质量 。
总结
钨粉的常用规格参数,包括纯度、粒度、松装密度与摇实密度、氧含量及其他杂质含量等,每一项都对其性能和应用有着至关重要的影响 。在实际应用中,只有深入了解这些规格参数,才能根据具体需求,准确地选择合适的钨粉,确保产品质量和性能的可靠性 。无论是在粉末冶金、电子工业、航空航天,还是在其他众多依赖钨粉材料的领域,对规格参数的精确把控,都是实现高效生产、推动技术创新的关键所在 。因此,关注钨粉的规格参数,是每一位从事相关行业人员的必备技能 。