Вольфрам — это тугоплавкий материал с высокой температурой плавления. Для некоторых сфер производства используется только этот металл, поэтому он высоко ценится горняками.
История
Люди занимаются обработкой металла несколько тысячелетий, но работать с тугоплавкими металлами начали лишь в XIX веке. Шведский химик обнаружил это вещество при работе с вольфрамитом. Вольфрам периодически встречался в разных видах руд, он мешал их переплавлению.
Первое упоминание зарегистрировано в 1781 году, когда ученый работал с шеелитом. Он обрабатывал материал кислотой и в результате обнаружил новый элемент. Через 2 года после этого другие ученые создали из него новый вид металла.
Характеристика
Тугоплавкие материалы переходят из твердого состояния в жидкое при высоких критических температурах. Этот материал плавится при температуре 3410 °C.
Вольфрам экологичен, имеет высокую степень прочности. Он устойчив к сильным нагрузкам даже после нагревания, благодаря чему используется в промышленности. Недостатков у металла не так много, но они существенные:
- Хладноломкость. Под давлением материал не так легко обрабатывать, он быстро переходит из вязкого состояния в хрупкое, из-за чего возникают трудности.
- Восприимчивость к кислотам. Чтобы при температуре свыше 1000 °C не начиналось окисление, на материал наносят гальваническое покрытие.
Помимо перечисленного, у металла наблюдается еще и повышенная плотность, из-за этого он подходит не для каждой отрасли производства.
В чистом виде материал почти не используется, он чаще выступает легирующей основой в сплавах с никелем, железом. Элементы добавляют для изменения физических свойств металла. С их помощью сплав станет более надежным, прочным и устойчивым к коррозии. В таких случаях вольфрама содержится не более 75%.
Тугоплавкость и твердость позволяют использовать металл в оружейной сфере для создания боеголовок, оружия, ракет, снарядов, а также в электроснабжении. Периодически металл используют для создания псевдосплавов. В них вольфрам не обладает легирующими свойствами, он просто наполняется медью или серебром. Образованная разница в температуре плавления обеспечивает лучшие электропроводные свойства.
Добыча и месторождения
В промышленных целях металл получают во время добычи руды, если ее предварительно обогащают. Во время этого процесса происходит флотация, дробление и шлифовка. Из полученного концентрата выделяют триоксид окиси, который восстанавливают до металла с помощью водорода и температурного воздействия.
Для получения материала используют 2 способа:
- Метод порошковой металлургии. Процесс протекает в несколько этапов. Сначала подготавливается порошок из чистого металла, сплава или сложного соединения, затем происходит прессование в специальных формах, а на финальном этапе начинается химическая обработка, благодаря которой вольфрам получает свои физические и химические свойства. Метод позволяет равномерно вводить присадок, что является его основным достоинством.
- Плавка в электронно-духовых печах. Во время этого процесса металлический порошок или вольфрамовая нить полностью расплавляются в пучок электронов. Для этого используется вакуумная камера, в которой исключается окисление, а также используемые в сплаве реактивные материалы не ставят под угрозу безопасность процесса. Наличие вакуума исключает сталкивание молекул газа электронов. Благодаря этому оборудованию удастся получать большие заготовки металла, вес каждой из них достигает 3 тонн.
В природных условиях вольфрам встречается только в окисленных отложениях. Образуется материал из трехокиси с железом, кальцием, марганцем. Во время анализа состава иногда встречается медь, свинец и другие редкие элементы. Минералы обнаруживают в горных породах, они выглядят как мелкие вкрапления. Тяжелого металла в них содержится до 2%.
Самые крупные запасы обнаружены в США, Китае, Канаде, Казахстане. В России и Португалии тоже есть месторождения. Ежегодно в мире производится 50 тонн вольфрама. В чистом виде он почти не используется из-за своей редкости.
Применение
После открытия тугоплавкие материалы использовали только для транзисторов электроники и конденсаторов. Сфера применения расширилась только в середине XX века. В то время такие металлы стали использовать еще для изготовления станков, ракет, автомобилей, при самолетостроении.
Вольфрам считается самым тугоплавким материалом из всей категории, но его сфера применения ограничена из-за хладноломкости. То есть, делать из этого материала выдержит высокие нагрузки, но если она упадет с большой высоты, то моментально раскрошится на части.
Перечислим основные отрасли, где применяют металл:
- Благодаря пластичности из него выполняют нити накаливания для освещения, их ставят в кинескопы или вакуумные трубки.
- Подходит в качестве электрода во время аргонно-дуговой сварки.
- Выступает основой тяжелых сплавов. Из них делают противовесы, снаряды для оружия, пули и детали для ракет.
- Сплавы подходят для создания медицинских инструментов, танковой брони, деталей двигателей, защитных контейнеров для опасных веществ.
- Является нагревательным элементом в вакуумных печах сопротивления.
- Благодаря высокой плотности используется для защиты от излучения ионов. Выполненные из вольфрама детали более дешевые и эффективные, если сравнивать материал со свинцом.
- Для обработки металлоконструкций или в отрасли машиностроения используются материалы с карбидом вольфрама.
- В ядерной физике вольфроматы кальция или свинца применяют в качестве детекторов рентгеновского излучения.
Сплавы на основе вольфрама используются для бурения скважин, создания высокотемпературной смазки, с их помощью создают преобразователи, которые делают из тепла электричество. В промышленности на основе тугоплавкого материала выпускают электроды, проволоку, порошок, листы. Материал не имеет аналогов, поэтому вся выполненная из него продукция отличается уникальными физическими и химическими свойствами.
Как вам статья?
