高熔點(diǎn)高硬度的金屬鎢是一種重要的戰(zhàn)略物資，廣泛應(yīng)用于碳化鎢刀具、電燈絲、工具鋼添加劑、火箭、宇宙飛行器、核反應(yīng)堆等領(lǐng)域。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對原料鎢粉也不斷提出新的特殊要求，例如高質(zhì)量硬質(zhì)合金要求超細(xì)鎢粉；電子材料和過濾材料要求球形鎢粉。
與普通鎢粉相比較，球形鎢粉具有兩個顯著的特點(diǎn)。一是外觀呈球狀，粉末流動性好；二是高振實(shí)密度。球形鎢粉作為熱噴涂、多孔材料、粉末冶金工業(yè)等行業(yè)應(yīng)用的高新材料，由于其制備技術(shù)的獨(dú)特性和優(yōu)異的使用性能，已引起國內(nèi)外市場和研究者的密切關(guān)注，投入了大量的人力、物力進(jìn)行研究與開發(fā)。我國是鎢資源大國，鎢資源占世界的2／3，研究開發(fā)高性能球形鎢粉對發(fā)揮我國鎢資源優(yōu)勢，促進(jìn)我國材料工業(yè)的發(fā)展具有十分重要的意義。
球形鎢粉的制備方法
1.物理法
1.1電弧噴槍法
劉康美等人用普通直流弧焊機(jī)串聯(lián)作電源，由簡單的SCDP--3型電弧噴槍傳送控制兩根自耗電極鎢絲相交啟弧熔化，用壓縮空氣霧化成球形鎢粉。用千分尺測鎢絲的直徑，用電弧噴槍自身的儀器和裝置調(diào)節(jié)測量進(jìn)絲的速度、熔化電流和兩根鎢絲極間的電壓。研究鎢絲直徑、進(jìn)絲速度和極間電壓對工作電流、噴粉效果及粉末質(zhì)量的影響。用該方法制取的球形鎢粉粒度分布較寬，粗粉可用于制造過濾器，細(xì)粉可制取多孔鎢離化器。同時該方法具有設(shè)備簡單易取，成本低的優(yōu)點(diǎn)，但是生產(chǎn)效率較低，不利于工業(yè)化生產(chǎn)。
1.2 微波單膜腔法
李俊凹將鎢粉裝入石英玻璃管中，并在微波作用下單模腔燒結(jié)爐中進(jìn)行熱處理，對FW-1牌號的鎢粉進(jìn)行球形化處理。結(jié)果表明，在微波功率為450-1000w時對FW-1牌號的鎢粉處理不同時間后均可觀察到多面體原始鎢粉的球形化現(xiàn)象。由于w粉顆粒大小基本相同，總表面積大，粒徑小，對于微波有足夠的投入深度，其相互加熱非常均勻。隨著加熱功率和溫度的提高，鎢粉的表面擴(kuò)散也就越強(qiáng)烈，得到的鎢粉的球化程度也就越高，因此升高功率和延長處理時間均有助于鎢粉的球形化。
1.3等離子體法
所謂的等離子球化技術(shù)，是將普通鎢粉加到等離子射流體中，使鎢粉顆粒表面(或整體)熔融，形成熔滴。熔滴因表面張力而收縮形成球狀，再通過快速冷卻，將球形固定下來，從而獲得了球形鎢粉。
2.化學(xué)法
2.1氣相沉積法
國外于20世紀(jì)60年代就開始了制備難熔金屬及其化合物球形粉末的研究。1963年，美國的聯(lián)合化學(xué)公司(Allied Chemical Company)發(fā)明了一種通過氣相沉積從WF6中得到大粒度(40 ~ 650μm)球狀鎢粉的工藝。該工藝涉及到強(qiáng)烈腐蝕性的HF，勞動條件惡劣，對環(huán)保要求很高。
2.2鎢粉重氧化-還原法
謝中華等用鎢粉通過在一定的溫度、氧化時間(溫度650~850℃，氧化時間20~40min)和空氣氣氛下局部氧化形成一種特殊氧化鎢。這種特殊氧化鎢相成分復(fù)雜、粒度比較細(xì)(一般為1~3μm)、比表面積比較發(fā)達(dá)，所以活性很高，在下一步的還原過程中，有利于與氫氣充分反應(yīng)，利于原始鎢粉邊角和棱角的去除。特殊氧化鎢經(jīng)相同工藝二次還原，所得鎢粉多呈球形或者近球形，粒度分布范圍比較窄，粗大和超細(xì)粒子較少，產(chǎn)品經(jīng)生產(chǎn)鋇鎢陰極廠家試用已取得成功。
該方法沿用傳統(tǒng)設(shè)備，部分改進(jìn)流程，通過對工藝參數(shù)做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整和優(yōu)化、通過分級對粉末粒度組成進(jìn)行控制從而制備高質(zhì)量球形或準(zhǔn)球形鎢粉，且成本較低，其缺點(diǎn)是球化不充分，球化率低。
2.3仲鎢酸銨循環(huán)氧化還原法
傅小明以特純仲鎢酸銨為原料，通過特純仲鎢酸銨在氬氣中煅燒獲得紫鎢，紫鎢在純度為99.99%，露點(diǎn)小于-40℃的氫氣中進(jìn)行還原，紫鎢還原的鎢粉在空氣中被氧化為三氧化鎢，三氧化鎢再在氫氣中還原。這種循環(huán)氧化還原方法制備亞微米鎢粉所使用的工藝路線和設(shè)備雖然與傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)鎢粉末的工藝路線和設(shè)備相似，但是工藝路線長，工藝參數(shù)不易于控制，不適合于工業(yè)化生產(chǎn)。
2.4鎢酸銨超聲攪拌-干燥-還原法
該發(fā)明先將飽和鎢酸銨溶液與分散劑超聲波攪拌混合均勻，分散劑以鎢酸銨溶液
為基準(zhǔn)加入量為1%~2%；然后在超聲波攪拌下加入濃硫酸，濃硫酸與鎢酸銨的體積比為(15~20):100；在攪拌過程中生產(chǎn)沉淀，然后將沉淀濾出，干燥、破碎后置于氫氣還原爐中還原，還原溫度為680~ 720℃，得到粒度為1.2~2.8μm的微細(xì)球形鎢粉。該法在鎢粉粒度細(xì)化上有顯著的作用，并且能得到球形鎢粉，但存在著生產(chǎn)成本較高、工序較多、金屬實(shí)收率較低和廢液需要處理等問題，限制了該法在工業(yè)上的應(yīng)用。
球形鎢粉的應(yīng)用概況
由于常規(guī)鎢粉顆粒形狀不規(guī)則，不僅流動性差，而且堆積密度小，限制了它的應(yīng)用。近年來，隨著多孔鎢材料、熱噴涂以及粉末冶金注射成型等技術(shù)的發(fā)展，球形鎢粉的需求與日俱增。
在多孔鎢材料的制備中，鎢粉的形貌和大小對多孔鎢基的孔結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生很大影響，進(jìn)而影響鎢陰極的發(fā)射性能。采用球形致密鎢粉制備的多孔鎢基體能夠提供均勻的連通孔結(jié)構(gòu)，可以為發(fā)射物質(zhì)鋇提供充足的儲存空間和遷移通道，這樣就可以有效地提高發(fā)射電流密度，提升整個陰極組件的性能，促進(jìn)現(xiàn)代微波電真空器件的發(fā)展。當(dāng)采用規(guī)則致密的球形鎢粉壓制并燒結(jié)成多孔鎢基體時，球顆粒之間形成的空隙不僅互相關(guān)聯(lián)，并且空隙空間充足，可以儲存比較多的鋇發(fā)射材料。相反，當(dāng)采用不規(guī)則的鎢粉雎制并燒結(jié)成鎢基體時，不僅會導(dǎo)致部分空隙的通道被阻隔，造成鋇擴(kuò)散的斷路，降低鋇的儲存空間，而且，小規(guī)則的通道還可能影響遷移到表面鋇的分布均勻性，導(dǎo)致電子發(fā)射不穩(wěn)定。因此球形鎢粉可以取代常規(guī)的鎢粉用于制作多孔鎢部件。如大功率脈沖微波管的陰極、電子的鋇鎢陰極、火箭的發(fā)汗材料、觸媒或觸媒的載體、高溫下的氣體分布板以及氣體過濾材料等。
在熱噴涂領(lǐng)域，球形鎢粉不僅流動性好，而且得到的涂層更均勻、致密。因而產(chǎn)品具有更好的耐磨性。在粉末冶金工藝中，因球形鎢粉的壓坯在燒結(jié)過程中收縮非常均勻，可實(shí)現(xiàn)良好的尺寸控制。球形鎢粉正逐漸取代常規(guī)鎢粉。應(yīng)用于大功率脈沖微波管陰極、人造衛(wèi)星定位推進(jìn)器、火箭噴嘴襯套等。用球形鎢粉制造的火箭噴嘴襯套，在熱應(yīng)力下具有良好的抗斷裂性和抗腐蝕性。
在制造業(yè)中，球形鎢粉因其獨(dú)特的性能而備受關(guān)注，現(xiàn)已應(yīng)用于多孔材料的制備、板材業(yè)、熱噴涂、電子信息、軍工、汽車、粉末冶金等領(lǐng)域。通過控制設(shè)備的工藝參數(shù)，球形鎢粉制備的多孔材料透氣性能也更趨完美。
在粉末冶金工藝中，球形鎢粉的壓坯在燒結(jié)過程中收縮非常均勻，可以較好地實(shí)現(xiàn)尺寸控制。球形鎢粉及其合金因能耐高溫而用于制造高級汽車的曲軸、缸筒，軍工里的槍筒、炮筒、穿甲彈等，同時由于球化后的鎢粉流動性得到了提高，因此應(yīng)用在熱涂層領(lǐng)域中制得的涂層致密性好，而且耐磨性更好。盡管鎢可以作為高溫材料，但是其抗氧化能力較差，在1000℃以上便會發(fā)生氧化，生成三氧化二鎢，因此，在高溫中使用時需要以惰性氣體進(jìn)行保護(hù)。鑒于球形鎢粉良好的工業(yè)前景，對其制備過程、工藝及實(shí)際應(yīng)用的研究也需要更加深入。
參考文獻(xiàn)：
張海寶等.球形鎢粉制備與應(yīng)用研究進(jìn)展
劉文勝等.球形鎢粉制備技術(shù)的探討
施陽和等.球形粉體的制備方法及應(yīng)用
