يتمتع التنغستن بأعلى نقطة انصهار لأي معدن يُستخدم تجاريًا، عند 3410 درجة مئوية، وهذه الخاصية المنفردة تشرح معظم تطبيقاته الصناعية. كما أنها تتمتع بأعلى كثافة من المعادن المقاومة للحرارة بحوالي 19.25 جرامًا لكل سنتيمتر مكعب، وأدنى ضغط بخار، ومعامل تمدد حراري يبلغ تقريبًا 4.5 × 10^-6 لكل كلفن، وهو قريب من زجاج البورسليكات المستخدم في أغلفة المصابيح. جعلت هذه الخصائص معًا التنغستن المادة التي حولت المصباح المتوهج من فضول إلى منتج عملي، ولا تزال تدعم استخدامه في خيوط المصباح، وأقطاب اللحام، ومصادر التبخر، وأجهزة الأفران ذات درجة الحرارة العالية.
أنواع الأسلاك وأنظمة Dopant
يتم توفير سلك التنغستن في عدة عائلات، وتتميز بالمواد المضافة التي تتحكم في بنية الحبوب وسلوك الانبعاثات. الأنظمة المشابهة ليست زخرفية. فهي تحدد ما إذا كان الخيط يتدلى، وما إذا كان القطب الكهربائي يصطدم بالقوس بشكل موثوق، ومدة بقاء الجزء في درجة الحرارة.
| نوع السلك | إضافة | تطبيق نموذجي |
|---|---|---|
| سلك التنغستن النقي | لا أحد | عناصر التسخين، ملفات التبخر، أقطاب التفريغ، أسلاك الرصاص، الخطافات والقضبان الجانبية |
| سلك التنغستن مخدر | 0.2-0.4% SiO2 مع 0.3-0.4% K2O؛ 0.02-0.05% Al2O3 | خيوط وأسلاك داعمة للمصابيح المتوهجة والملفوفة-وأنابيب الكاثود وسخانات التبخر |
| سلك التنغستن المخدر | 0.2-0.4% SiO2، 0.3-0.55% K2O و0.2-0.5% ThO2 | الأسلاك الساخنة لأنابيب الإلكترون، وأقطاب اللحام |
| سلك التنغستن المثور | 1.0%، 1.5% أو 2.0-2.5% ThO2 | أنابيب الكاثود، أقطاب التفريغ عالية الكثافة، الأسلاك الساخنة للتحكم في الانبعاثات، الخطافات والينابيع |
| سلك التنغستن السيريتيد واليتريت | 1.5-3.0% CeO2؛ 2.0-3.0% Y2O3 | سلك تسخين أنبوبي نبضي،-أقطاب لحام غير مستهلكة، أقطاب مصباح تفريغ |
| سلك التنغستن اللانثانيت | 1.0-2.0% La2O3 | أقطاب اللحام غير-المستهلكة |
| سلك التنغستن-الموليبدينوم | دبليو-20مو | خطافات الدعم، ومنافذ المصابيح، وسخانات جهاز التفريغ |
| سلك التنغستن-الرينيوم | 1.0-26.0% إعادة | خيوط المصباح، خيوط جهاز الميكروويف، خيوط أنبوب شعاع الإلكترون |
لماذا يؤدي تعاطي المنشطات إلى تغيير الأداء؟
لا تبقى إضافات البوتاسيوم والألومنيوم في سلك التنغستن المخدر كأكاسيد بسيطة. أثناء التلبيد والرسم، فإنها تشكل فقاعات ممدودة تثبت حدود الحبوب على طول محور السلك، مما ينتج بنية الحبوب المتشابكة المعروفة باسم التنغستن غير المتدلي. تتم إعادة تبلور خيوط التنغستن النقي عند درجة حرارة عالية إلى حبيبات متساوية، ثم تتدلى تحت وزنها وتفشل. يقاوم الهيكل المخدر هذا الزحف، وهذا هو السبب في أن خيوط المصباح مصنوعة من التنغستن المخدر بدلاً من التنغستن النقي، ولهذا السبب تظهر مواصفات المنشطات في أمر الشراء. تعمل إضافات أكسيد الثوريوم بشكل مختلف: فهي تقلل من وظيفة عمل السطح، وبالتالي فإن السلك يبعث الإلكترونات بسهولة أكبر ويضرب قوسًا عند جهد كهربائي أقل، ولهذا السبب يهيمن التنغستن الثوري في أنابيب الإلكترون وأقطاب اللحام بغاز التنغستن الخامل.
المعايير ونماذج المنتجات
يتم تحديد التنغستن من خلال شكل المنتج وليس من خلال معيار مادة واحدة. يغطي ASTM B760 ألواح التنغستن والصفائح والرقائق، ويحدد الأبعاد والتفاوتات والمتطلبات الميكانيكية لمنتجات المطاحن. يغطي ASTM B777 معادن التنغستن- الأساسية عالية الكثافة، والمواد ذات الطورين- التي تجمع التنغستن مع النيكل-الحديد أو النيكل-النحاس، عادةً في نطاق 90% إلى 97% من التنغستن؛ يتم استخدامها عندما يجب الجمع بين الكثافة العالية وقابلية التشغيل الآلي، على سبيل المثال في الحماية من الإشعاع، والأثقال الموازنة، والتطبيقات الحركية. بالنسبة للأسلاك، يحدد المشترون القطر والتسامح وقوة الشد والاستقامة جنبًا إلى جنب مع نظام التشحيب، لأن السلكين لهما قطر متطابق ولكن إشابات مختلفة هما منتجان مختلفان. يتم تحديد السبائك الحاملة للرينيوم- عندما تكون الليونة بعد إعادة البلورة مهمة، نظرًا لأن الرينيوم يقلل بشكل ملحوظ من درجة الحرارة الانتقالية -إلى-درجة الحرارة الانتقالية الهشة.
تطبيقات ما وراء الخيوط
ولا تزال الإضاءة الحديثة تستهلك أسلاك التنغستن، ولكن الكميات الأكبر منها تذهب الآن إلى الأجهزة الصناعية. يُستخدم التنغستن في ملفات التبخير والقوارب في عملية التعدين الفراغي، وفي عناصر التسخين والدروع الإشعاعية في الأفران ذات درجات الحرارة العالية-حيث يجب أن يبقى العنصر المعدني في درجة حرارة أعلى من 2000 درجة مئوية، وفي أقطاب مصابيح التفريغ، وفي-أقطاب اللحام القوسي غير القابلة للاستهلاك. تعمل مركبات التنغستن النحاسية - والتنغستن - النحاسية، التي يتم إنتاجها عن طريق التسلل بدلاً من الذوبان، كاتصالات كهربائية وأقطاب لحام مقاومة لأنها تجمع بين مقاومة التآكل القوسي للتنغستن ومصفوفة معدنية موصلة. ويظل التنغستن-والكروم وغيره من أنواع فولاذ التنغستن منفذًا أصغر ولكنه راسخ عبر سلسلة توريد السبائك الحديدية.
ملاحظات المشتريات
تحدد ثلاث معلمات ما إذا كان طلب سلك التنغستن سيعمل كما هو متوقع. يتحكم تسامح القطر فيما إذا كان الفتيل يناسب أدوات اللف. تتنبأ قوة الشد والاستطالة عند القطر المحدد بالتعامل مع الكسر أثناء اللف والتجميع. يحدد المحتوى المشابه والتوزيع سلوك درجة الحرارة المرتفعة-. نظرًا لأن بنية الفقاعة المخدرة تعتمد على تاريخ المعالجة الميكانيكية الحرارية، فإن الحصول على مصادر من نفس مسار العملية دائمًا ما يكون مهمًا بالنسبة لأسلاك التنغستن أكثر من معظم المنتجات المعدنية المقاومة للحرارة. يجب على المشترين أن يطلبوا تحليل المادة الشائبة وسلوك إعادة البلورة على الشهادة بدلاً من قبول المواصفات التي تنص فقط على النقاء والقطر.
الأسئلة المتداولة
Q:لماذا يستخدم التنغستن في خيوط المصباح؟
ج: لديه أعلى نقطة انصهار لأي معدن تجاري عند 3410 درجة مئوية، وأدنى ضغط بخار، ومعامل تمدد حراري يبلغ حوالي 4.5 × 10^-6 لكل كلفن يطابق أغلفة زجاج البورسليكات.
Q:ما هو سلك التنغستن غير-المرتخي؟
ج: سلك تنجستن مطلي يحتوي على 0.2-0.4% SiO2 مع 0.3-0.4% K2O وإضافات صغيرة من Al2O3. تشكل المواد المشابهة فقاعات ممدودة تثبت حدود الحبوب، مما يعطي بنية حبيبية متشابكة مقاومة للزحف بدلاً من البنية المتراجعة المتساوية المحاور.
Q:ما هو الفرق بين أقطاب التنغستن الثورية والسيرياتية واللانثانية؟
ج: تحتوي الأقطاب الكهربائية المثقبة على 1.0% إلى 2.5% ThO2 وتوفر أسهل بداية للقوس؛ تستخدم الأنواع المعتمدة والمتريتة 1.5-3.0% CeO2 أو 2.0-3.0% Y2O3، والأنواع اللانثانية تستخدم 1.0-2.0% La2O3، كل ذلك لخدمة اللحام غير المستهلكة.
Q:ما هي معايير ASTM التي تنطبق على منتجات مطحنة التنغستن؟
ج: يغطي ASTM B760 ألواح التنغستن والصفائح والرقائق، ويغطي ASTM B777 معادن التنغستن- الأساسية عالية الكثافة مع روابط النيكل-الحديد أو النيكل-النحاس، عادةً في نطاق 90% إلى 97% من التنغستن.
Q:لماذا نستخدم سلك الرينيوم التنغستن-؟
ج: تعمل إضافات الرينيوم بنسبة 1.0% إلى 26.0% على خفض درجة الحرارة الانتقالية -إلى-الليونة والهشاشة، وبالتالي يظل السلك قابلاً للمعالجة والتدوير الحراري بعد إعادة البلورة، وهو أمر مهم بالنسبة لأنبوب شعاع الإلكترون وخيوط جهاز الميكروويف.
Q:ما الذي يجب أن تتضمنه مواصفات شراء سلك التنغستن؟
ج: القطر والتسامح، وقوة الشد والاستطالة، والاستقامة، ونظام التشحيب وتحليله، وسلوك إعادة البلورة، نظرًا لأن تاريخ العملية، وليس النقاء وحده، هو الذي يحدد أداء درجات الحرارة المرتفعة.