簡介
抗震鎢絲是根據其鎢絲所具有的常溫和高溫抗震特性而命名的,它是在鎢粉中摻入K、Si和Al等元素製備而成的。它是鎢絲材料中具有特殊性能的一類產品,它不僅具有普通鎢絲的高溫抗下垂性能、良好的繞制性能,而且還具有極高的抗震和抗衝擊的性能。抗震鎢絲主要套用于震動環境下的照明系統,比如,各種交通照明燈、軍事用途的特種燈泡、航空航天發動機用加熱絲等,其中用量最大的是汽車、機車、拖拉機、飛機的照明燈。
抗震鎢絲的另一個重要套用領域是各種顯象管用陰極加熱絲,每年消耗也至少在6億米以上。隨著世界汽車、電子工業等行業的發展,這些數字每年都在擴展。據統計,1999年國內市場需求量為214億米,按每年8%的增長率計算,到2005年國內需求量將達到318億米,其產值將由1999年的314億元增長到2005年的514億元左右
但是,隨著社會的發展和科學技術的進步,對抗震鎢絲的質量也提出了更為嚴格的要求。一般工藝生產的抗震鎢絲,在高溫工作時,其抗震性能不理想,鎢絲的成形性較差,繞制雙螺鏇燈絲時易斷絲,燈絲易變形且光度分布不均。因此,最佳化生產過程、改進生產工藝,以製取高溫性能好、加工和繞絲性能優良的抗震鎢絲具有重要的現實意義。
分類
抗震鎢絲可分為3類:一是純粹摻雜Si、Al、K元素的抗震鎢絲,該抗震鎢絲的組織結構好,高溫下垂性值小。
二是在摻雜Si、Al、K元素基礎上再添加微量的Fe或Co元素,對抗震鎢絲耐高溫、抗下垂性能有所改良。
三是在摻雜Si、Al、K元素基礎上再添加少量的Re元素而形成的鎢錸合金絲等。含錸量低的鎢錸合金抗震鎢絲具有良好的組織結構、高的再結晶溫度、高的電阻率、高的塑性和延伸率等優異特性。
製作原料
製取抗震鎢絲所用原料有仲鎢酸銨(APT)、偏鎢酸銨(AMT)以及藍鎢(TBO)。比較用這3種原料摻雜製得的抗震鎢絲表明,由於藍鎢具有化學性高、摻雜效應好、比表面積大、還有速率快等優點,用藍鎢摻雜可以進一步地改善鎢絲的抗下垂性能,因此,工業上普遍採用藍鎢進行摻雜製取抗震鎢絲。
摻雜機理
在原料中摻入K和Al,不能獲得抗震鎢絲,但是其產品能獲得極好的加工性能;摻入K和Si,能獲得只有極少量的中等抗震鎢絲;摻入K、Si和Al,其產品能獲得極佳的抗震性能。摻雜K、Si、Al
(1)在原料中摻入Si,大部分Si以矽酸鹽或鎢酸鹽的形式保留在氧化鎢的表面上,它有利地保持了氧化層的疏鬆性和還原期間水分的滲透性,這樣有利於摻雜均勻,同時也有利於獲得所必需的鉀。這些鹽極容易被HF酸洗去;(2)摻入Al,鋁在還原過程中大幅度地提高鎢粉中鉀的含量,能獲得優質的抗震鎢絲;
(3)摻入K,是為了最終產品———抗震鎢絲能獲得鉀泡,鉀泡的彌散化可以明顯地降低鎢絲的低溫脆性,減少鎢絲劈裂,使其鎢絲獲得極佳的抗震性能。
摻雜壓坯
摻雜鎢粉經過壓製成型後進行燒結,在燒結過程中主要發生以下3個階段的變化:第一階段是使壓坯緻密化,以達到適於機械熱加工的密度和晶粒結構。
第二階段是調整壓坯的化學性質,包括K、Si、Al以及填隙濃度等,使壓坯更加適於機械加工。
第三階段是由於壓坯中含有鋁矽酸鉀(或矽酸鋁鉀),它能在燒結過程中產生鉀泡。
鉀泡的產生同燒結過程一樣,也主要分為3個階段:
第一階段是壓坯中的鋁矽酸鉀(或矽酸鋁鉀)遷移到燒結第一階段形成的孔隙頸部。
第二階段是鋁矽酸鉀(或矽酸鋁鉀)分解成低價氧化物,低價氧化物通過與表面連通的孔隙而揮發掉,在此階段大多數鋁和矽在進入固熔體之前就從與表面連通的孔隙中蒸發掉了。在第一和第二燒結階段期間,鉀僅位於亞微米球形孔隙中。
第三階段是氧從小的球形孔隙中而鉀從亞微米孔隙中擴散到不規則大孔隙中,鉀保留在鎢基體的小球形孔隙和不規則大孔隙中,當鉀擴散到大孔隙中時,其蒸氣壓力會阻礙這些孔隙的進一步收縮,使其緻密化受到限制。
燒結後壓坯
摻雜鎢壓坯燒結後,經過一系列熱加工時,含鉀的孔隙會變長成橢圓形,橢圓直徑隨熱加工的延續而變小,當含這些橢圓孔隙的摻雜鎢製品退火時,這些橢圓孔隙將會破裂成一排排球形小氣泡,或者它們收縮成單個氣泡,這就形成了鉀泡。當鉀泡形成後,它們就會增大至平衡尺寸為止。鉀泡中的鉀在高溫下呈蒸氣態充滿整個鉀泡,而在低溫下則以結晶態的薄層沉積在鉀泡的內壁上。總之,摻雜鎢壓坯燒結的主要特徵是因含摻雜劑的還原鎢粉中亞微米空隙,它使摻雜鎢壓坯產生鉀泡。與鉀泡的產生有關聯的化學性質對摻雜鎢壓坯的性能、鉀濃度、鉀泡分布、晶粒結構與密度,以及形成最終產品的性能都產生十分重要的影響。除了鉀泡的影響外,摻雜燒結鎢坯壓坯的密度和顯微結構也是很重要的。因此,這些問題還有待進一步深入地探討和研究。
