Производство вольфрамовых стержней

Производство вольфрамовых стержней — это сложный технологический процесс, который включает несколько этапов, начиная от добычи сырья и заканчивая получением готового продукта. Вольфрам — это тугоплавкий металл с высокой плотностью, температурой плавления около 3422 °C и исключительной прочностью, что делает его востребованным в различных отраслях промышленности, таких как электроника, металлургия, аэрокосмическая и оборонная промышленность.

 

Добыча и подготовка сырья

Вольфрам в природе встречается в виде минералов, таких как вольфрамит (Fe, Mn)WO₄ и шеелит (CaWO₄). Процесс начинается с добычи руды:

• Добыча руды: Вольфрамовые руды добываются открытым или подземным способом.

• Обогащение руды: Руда измельчается и подвергается флотации или магнитной сепарации для отделения вольфрамовых минералов от пустой породы.

• Получение концентрата: В результате обогащения получают вольфрамовый концентрат, содержащий 50–70% оксида вольфрама (WO₃).

 

Получение оксида вольфрама (WO₃)

Концентрат перерабатывается для получения чистого оксида вольфрама:

• Щелочное выщелачивание: Концентрат обрабатывают щелочными растворами (например, NaOH) для получения растворимых вольфраматов.

• Осаждение: Из раствора осаждают паравольфрамат аммония (APT, (NH₄)₁₀[H₂W₁₂O₄₂]·4H₂O) путем добавления кислоты или других реагентов.

• Кальцинация: Паравольфрамат аммония прокаливают при температуре 500–800 °C для получения оксида вольфрама (WO₃).

 

Восстановление оксида вольфрама до металлического порошка

Оксид вольфрама восстанавливают до металлического вольфрама:

• Водородное восстановление: WO₃ нагревают в атмосфере водорода при температуре 700–1000 °C. Процесс проходит в несколько стадий:

  • WO₃ → WO₂ (оксид вольфрама IV)

  • WO₂ → W (металлический вольфрам).

• Получение порошка: В результате восстановления образуется мелкодисперсный порошок вольфрама с размером частиц от 1 до 10 мкм.

 

Прессование порошка

Металлический порошок вольфрама прессуют для получения заготовок:

• Прессование: Порошок помещают в пресс-формы и подвергают холодному изостатическому прессованию (CIP) или механическому прессованию под высоким давлением (200–400 МПа).

• Получение "зеленых" заготовок: После прессования получают заготовки, которые имеют низкую прочность и требуют дальнейшей обработки.

 

Спекание заготовок

Для повышения плотности и прочности заготовки подвергают спеканию:

• Предварительное спекание: Заготовки нагревают до температуры 1000–1200 °C в атмосфере водорода для удаления связующих веществ и упрочнения.

• Высокотемпературное спекание: Заготовки спекают при температуре, близкой к температуре плавления вольфрама (2500–3000 °C), в атмосфере водорода или вакууме. Это позволяет получить плотный металл с минимальной пористостью.

 

Обработка заготовок

После спекания заготовки подвергают механической обработке для получения стержней:

• Ковка и прокатка: Заготовки нагревают и подвергают ковке или прокатке для придания формы и улучшения механических свойств.

• Волочение: Для получения стержней точного диаметра используется волочение через фильеры. Процесс может включать несколько стадий с промежуточным отжигом для снятия напряжений.

• Шлифовка и полировка: Стержни обрабатывают для достижения требуемой чистоты поверхности и точности размеров.

 

Контроль качества

Готовые вольфрамовые стержни подвергают тщательному контролю:

• Измерение размеров: Проверяют диаметр, длину и геометрию стержней.

• Механические испытания: Проводят тесты на твердость, прочность и пластичность.

• Микроструктурный анализ: Исследуют структуру металла для выявления дефектов.

• Химический анализ: Проверяют чистоту вольфрама и содержание примесей.

 

Применение вольфрамовых стержней

Вольфрамовые стержни используются в различных областях:

• Электроника: Для изготовления нитей накаливания, электродов и термопар.

• Металлургия: В качестве легирующего элемента для повышения прочности сталей.

• Аэрокосмическая промышленность: Для производства деталей, работающих при высоких температурах.

• Медицина: В рентгеновских аппаратах и радиационной терапии.

• Оборонная промышленность: Для изготовления сердечников снарядов и других высокопрочных компонентов.

 

Особенности производства

• Высокая температура обработки: Вольфрам требует использования специального оборудования, способного работать при экстремально высоких температурах.

• Чистота материала: Для достижения высоких характеристик необходимо минимизировать содержание примесей.

• Энергоемкость: Процесс производства вольфрама требует значительных энергозатрат.

 

Производство вольфрамовых стержней — это высокотехнологичный процесс, требующий специализированного оборудования, строгого контроля качества и глубоких знаний в области металлургии.