Вольфрамовую проволоку

Вольфрам — металл серо-стального цвета, один из самых тяжелых и тугоплавких. Последнее обстоятельство затрудняет непосредственную выплавку, и вольфрам добывается из руд химическим путем с образованием вольфрамовой кислоты или вольфрамового ангидрида, из которых восстанавливают металлический порошок вольфрама для дальнейшей переработки методами металлокерамики в монолитный металл.

формы (получаемый восстановлением • вольфрамового ангидрида

Диаграмма состояния Sb - W не построена. Данные различных исследователей противоречат друг другу. Согласно работе [1] в системе может быть синтезировано соединение WSb (60,17 % (по массе) W) путем электролиза окиси Sb и вольфрамового ангидрида в ванне расплавленной буры и фтористого натрия. В более поздней работе [2] при изучении системы в интервале концентраций 50-100 % (ат.) W установлено, что компоненты слабо взаимодействуют друг с другом, и эквиатомного соединения (типа NiAs) в системе не образуется, что, по-видимому, больше соответствует действительности.

Принципиально к обогатительным процессам можно отнести также процессы первичной металлургической переработки рудного сырья, направленной на выделение из него ценного компонента в самостоятельный продукт методами химических воздействий. Типичными примерами такого «химического» обогащения могут служить получение глинозема (АЬОз) из алюминиевых руд, производство вольфрамового ангидрида (WO3) из вольфрамовых руд и ряд Других процессов, которые рассматриваются в соответствующих разделах учебника.

Реальные технологические схемы получения вольфрамового ангидрида WO3 отличаются друг от друга только способами получения вольфрамовой кислоты. В .настоящее время для вскрытия вольфрамовых концентратов в зависимости от вида сырья и масштабов производства применяют щелочную или кислотную обработку. Наибольшее распространение в современной вольфрамовой промышленности получили щелочные способы. Кислотное разложение успешно применяют только для разложения шеелитовых концентратов.

Конечной целью переработки растворов вольфрамата натрия является получение вольфрамового ангидрида WOs с суммарным содержанием примесей не более 0,05—ОД %, пригодного для производства металлического вольфрама или его карбида.

К качеству получающихся при восстановлении вольфрамового ангидрида порошков, помимо их высокой чистоты, предъявляются также требования к размеру и форме зерен и их гранулометрическому составу. От этих характеристик порошков в значительной степени зависят результаты последующего их превращения в компактный металл.

Восстановление вольфрамового ангидрида водородом описывается следующей суммарной реакцией:

Восстановление вольфрамового ангидрида водородом— сложный гетерогенный процесс, включающий следующие элементарные стадии: подвод восстановителя к реакционной твердой поверхности, сорбцию водорода твердой частицей и диффузионное проникновение его внутрь оксидной частицы, химическое взаимодействие водорода с WO3, встречную диффузию паров воды — продукта восстановления.

Наиболее производительными и механизированными печами для восстановления вольфрамового; ангидрида являются непрерывно действующие трубчатые вращающиеся печи с электрообогревом, разработанные в Советском Союзе (рис. 180).

Восстановление вольфрамового ангидрида по реакции WO3+3C = W+3CO проводят при 1500°С в электрических трубчатых печах с трубой из графита, которая служит одновременно нагревателем. Шихту из вольфрамового ангидрида и восстановителя брикетируют или загружают в цилиндрические патроны из графита, которые перемещают по раскаленной графитовой трубе.

1. Сначала получают грубый порошок вольфрама путем восстановления вольфрамового ангидрида WO3 в потоке водорода при 700—900° С или сажей при 1500° С. Полученный грубый порошок вольфрама измельчают в течение примерно 9 ч на шаровой мельнице и просеивают.

Рентгеновские лучи возникают тогда, когда поток быст-ролетящих электронов встречает на своем пути материю. При резком торможении часть энергии летящих электронов переходит в энергию рентгеновских лучей. Все эти процессы осуществляются в специальных вакуумных приборах, называемых рентгеновскими трубками. Внутри рентгеновской трубки (рис. 6.6) помещен катод, представляющий вольфрамовую проволоку, и массивный анод — пластина, выполненная из 1/=10кВ

Вольфрамовую проволоку, прутки, листы и трубы используют в качестве нагревательных элементов высокотемпературных печей, работающих при температурах до 3000° С.

Рентгеновские лучи возникают тогда, когда поток быст-ролетящих электронов встречает на своем пути материю. При резком торможении часть энергии летящих электронов переходит в энергию рентгеновских лучей. Все эти процессы осуществляются в специальных вакуумных приборах, называемых рентгеновскими трубками. Внутри рент- •* геновской трубки (рис. 6.6) помещен катод, представляющий вольфрамовую проволоку, и массивный анод — пластина, выполненная из и=10кВ вольфрама или молибдена. РИС. 6.6. Рентгеновская трубка: Катод При Прохождении ПО 1 — анод, 2 — электроны, 3 — катод, нему электрического тока 4-контакты нити накала катода,

б) на поверхности раздела образуется новая фаза; в) матрица и проволока взаимно растворяются. Причиной рекристаллизации периферийной части является диффузия кобальта, алюминия или никеля из медного сплава в вольфрамовую проволоку. Рекристаллизация приводит к охрупчиванию проволоки при комнатной температуре и, как следствие, к потере композитом прочности и пластичности. К снижению прочности и пластичности композита приводит и образование соединений вольфрама с титаном или цирконием, содержащихся в медном сплаве матрицы в случае легирования. Если легирующий элемент медного сплава растворим в вольфраме (например, хром или ниобий), то по мере его перехода в вольфрам на поверхности раздела образуется твердый раствор. В этом случае потеря пластичности композита мала; достаточную пластичность сохраняют и извлеченные из композита волокна: относительное уменьшение площади волокон превышает 7%. Сохранение пластичности хорошо согласуется с данными о том, что прочность композитов с легированной медной матрицей близка к прочности бинарной композиции медь —• вольфрам. Синьорелли и др., анализируя эти результаты в обзорной статье [34], пришли к выводу, что изменение свойств композита при легировании матрицы, вероятно, обусловлено реакциями на поверхности раздела. В то время эта точка зрения была общепринятой. Однако постепенно стали накапливаться сведения о том, что теоретически возможные значения механических свойств могут быть достигнуты и при наличии реакции на поверхности раздела, если степень реакции контролируется и если реакция не приводит к повреждению или разупрочнению волокон.

Механическая связь возникает в том случае, когда упрочни-тель имеет шероховатую поверхность. Такую поверхность имеют борные и другие волокна, выращенные осаждением из пара. Хилл и др. [16] исследовали этот тип связи, измеряя прочность армированного вольфрамом алюминия с различными степенями механического сцепления. Вольфрамовую проволоку диаметром 0,203 мм стравливали до 0,155 мм на длине 2,5 мм, оставляя диаметр неизменным на длине 0,63 мм. Композит с 12% волокна изготовляли путем вакуумной пропитки расплавленным алюминием. По результатам испытаний на продольное растяжение были оценены три состояния материала (табл. 1).

Система медь—вольфрам является примером композита, в котором незначительные .изменения характеристик поверхности приводят к заметным изменениям собственной прочности упрочнителя. Эти незначительные изменения связаны с переходом поверхностно-активного элемента — кобальта — в вольфрамовую проволоку и с влиянием свойств данного элемента. Другим медным сплавам, составляющим с вольфрамом систему второго класса, не свойственно столь значительное изменение характеристик упрочнителя. i

можно считать наиболее радиационностойкими. Влияние излучения на вольфрамовую проволоку, используемую для привода стрелок на шкалах приборов, нельзя считать вредным, поскольку было показано, что большинство металлов не поддается влиянию излучения.

Недостатками системы никель—вольфрам является ее нестабильность при высоких температурах. Указанные два компонента образуют систему с ограниченной растворимостью. Никелевый твердый раствор насыщается до равновесной концентрации 35% (по массе) вольфрама, а диффузионное проникновение десятых долей процента никеля в вольфрамовую проволоку снижает температуру рекристаллизации последней примерно на 200°, что одновременно приводит к снижению свойств таких материалов.

Очищенную от аквадака и обезжиренную вольфрамовую проволоку разрезали на куски определенной длины и укладывали в трубку из коррозионно-стойкой) стали с приваренным к ней донышком. Ко второму торцу трубки приваривали герметичным швом в вакууме тонкую мембрану, изготовленную также из коррозионно-стойкой стали. Затем предварительно подогретую до 1100—1250° С ампулу окунали торцом с мембраной в расплав ЖС6К- Плавку ЖС6К производили в открытой индукционной печи с основной футеровкой. Температура расплава составляла 1550—1650° С. В контакте с расплавом мембрана растворялась, и жидкий металл заполнял разреженное пространство полости ампулы. Были изготовлены образцы, содержащие 30—50 об.% однонаправленного вольфрамового волокна. Плотность мате-

Получение композиционного материала на основе меди, содержащего в качестве упрочнителя вольфрамовую проволоку, описано в работе [87]. По удельной прочности этот материал значительно уступает многим другим композициям и представляет интерес более как модельный материал для исследования напряженного состояния, микромеханики разрушения, чем как конструкционный. При содержании 40 об. % проволоки материал имел прочность, равную 134 кгс/мм2, и плотность 13 г/см3. Обычный электролит для осаждения медных покрытий содержит водный раствор сернокислой меди (188 г/л) и серной кислоты (74 г/л). Электролиз ведется при комнатной температуре при плотности тока 0,24 А/дм2.

Процесс их получения заключается в осаждении бора из паровой фазы смеси треххлористого бора с водородом на предварительно очищенную и нагретую током до 1090° вольфрамовую проволоку диаметром 12 микрон. Свойства волокон будут зависеть от точности соблюдения температурного режима, степени кристаллизации осаждаемого продукта, от примесей и скорости движения вольфрамовой проволоки в камере. Структура волокна выглядит так: центральный стержень борида вольфрама окружен слоем аморфного бора. Диаметр волокон бора лежит в пределах 100 микрон, предел прочности — 320 кг/мм2, модуль упругости — 42000 кг/мм2, плотность—около 2,6 г/см3.