Вольфрамовый порошок высокой плотности
Оглавление
Высокая плотность вольфрамового порошка обладает наибольшей плотностью среди всех металлических порошков благодаря необычайно высокой собственной плотности вольфрама, приближающейся к плотности золота. Это уникальное свойство позволяет разрабатывать компактные и эффективные по весу компоненты в различных отраслях, используя технологии прессования и спекания тяжелых порошков.
Обзор вольфрамовый порошок
При плотности 19,3 г/см3 в твердом состоянии вольфрам обладает огромным весом в крошечном объеме. В силу этого, вольфрамовый порошок при прессовании обеспечивает непревзойденные уровни плотности, недостижимые при использовании любого другого материала. Детали, изготовленные из вольфрамового порошка высокой плотности, находят широкое применение в сложных условиях эксплуатации.
Основные факторы, способствующие использованию вольфрамового порошка высокой плотности, включают:
- Высокая плотность, подобная драгоценным металлам, таким как золото, платина
- Удваивает плотность по сравнению со свинцом, сталью
- Позволяет создавать тяжелые, но компактные размеры и формы
- Простой путь порошковой металлургии к конечным изделиям
- Изменение свойств путем смешивания легирующих элементов
- Возможность вторичной переработки высокоценного вольфрама
Приложения, использующие плотность, охватывают балласты, блокировку излучения, инерцию, утяжеление композитов, демпфирование вибраций и миниатюризацию компонентов.
Виды вольфрамового порошка высокой плотности
Хотя все разновидности вольфрамового порошка обладают высокой плотностью, некоторые сорта и составы обеспечивают оптимальный уровень плотности после формования и спекания:
| Тип | Описание | Типичная плотность |
|---|---|---|
| Чистый вольфрам | Высокая чистота свыше 99,95% обеспечивает надежную плотность | ≥18 г/см |
| Легированный вольфрам | Small rare earth oxide additions like Y2O3 improves sintered density | ≥18,5 г/см |
| Вольфрам-никель-железо | Легирование Ni-Fe обеспечивает превосходную конечную плотность | ≥18 г/см |
| Вольфрамовые тяжелые сплавы | 90-97% W со связующими фазами Ni-Cu-Fe | ≥17,5 г/см |
| Вольфрамовые композиты | Смешивается с золотом, танталом, обедненным ураном и т.д. | до 21 г/см |
Эти улучшенные составы расширяют возможности использования высокоэффективных материалов, выходя за рамки чистого вольфрама, и позволяют создавать индивидуальные комбинации свойств.
Состав вольфрамовый порошок
Высокочистый вольфрамовый порошок, подходящий для максимально возможной плотности, содержит более 99,95% вольфрама с незначительными остаточными примесями:
| Элемент | Максимальное содержание | Роль |
|---|---|---|
| Вольфрам (Вт) | 99.95% | Главный компонент |
| Углерод (C) | 100 стр. | Ингибитор роста зерна |
| Кислород (O) | 100 стр. | Поверхностный оксид |
| Медь (Cu) | 10 стр. | Остаточные следовые примеси |
| Кремнезем (Si) | 20 стр. | Примеси |
Специализированные тяжелые сплавы имеют преднамеренные легирующие добавки, такие как никель, медь, железо и т.д., а также вольфрам для дальнейшего улучшения свойств.
Свойства вольфрамовый порошок
Вольфрамовый порошок высокой плотности позволяет изготавливать детали практически сетчатой формы, отличающиеся высокой плотностью в сочетании с полезной прочностью, твердостью и термическими свойствами.
Физические свойства
| Недвижимость | Значение |
|---|---|
| Плотность | ≥18 г/см3 |
| Температура плавления | 3380-3410°C |
| Прочность | До 1000 МПа |
| Твердость | ≥400 VPN |
| Теплопроводность | ∼175 Вт/(м-К) |
| Коэффициент теплового расширения | ∼4,5 мкм/(м-К) |
Эти характеристики обусловлены присущей вольфраму атомной структурой и делают его идеальным материалом для приложений с высокой плотностью, требующих термомеханической целостности.
Механические свойства
Тщательное прессование и спекание порошка придает ему превосходные механические свойства:
| Недвижимость | Значение |
|---|---|
| Твердость | До 550 VPN |
| Предел текучести | ∼900 МПа |
| Прочность на разрыв | До 1000 МПа |
| Удлинение | ∼10% - 15% |
| Вязкость разрушения | ∼20 МПа√m |
| Усталостная прочность | 500 МПа |
Легирующие элементы, такие как никель, железо и т.д., способствуют повышению пластичности, вязкости и качества обработки.
Физические атрибуты
Основные физические характеристики высокой плотности вольфрама порошок полезно для дизайнеров:
| Параметр | Значение | Единица |
|---|---|---|
| Плотность | 18 - 19,3 | г/см3 |
| Электрическое сопротивление | 5.5 | μΩ-см |
| Теплопроводность | 170 | Вт/(м-К) |
| Температура плавления | 3410 | °C |
| Температура кипения | 5930 | °C |
| Удельная теплота | 132 | Дж/(кг-К) |
Сверхвысокая температура плавления и теплопроводность обеспечивают сохранение прочности и размерной целостности при экстремальных температурах.
Производство вольфрамовый порошок
| Сцена | Описание | Key Points |
|---|---|---|
| 1. Raw Material Acquisition | The process begins with mining tungsten ore, which primarily consists of wolframite and scheelite. | * Tungsten ores are found worldwide, but major producers include China, Peru, and Bolivia. * Mining methods vary depending on the deposit, but common techniques include open-pit and underground mining. * The mined ore undergoes crushing, grinding, and concentration processes to remove impurities and enrich the tungsten content. |
| 2. Chemical Processing | The concentrated ore is then converted into an intermediate chemical compound suitable for further purification and reduction. | * Ammonium paratungstate (APT) is the most widely used intermediate. It’s produced through a series of chemical reactions involving leaching, filtration, and precipitation. * APT offers advantages like high purity and good handling characteristics. * Other intermediate compounds like tungstic acid or tungsten oxides may also be used depending on the specific production process. |
| 3. High-Purity Oxide Production | Further purification steps ensure the removal of remaining impurities and achieve the desired level of tungsten oxide for reduction. | * APT undergoes additional purification steps like recrystallization or solvent extraction to meet the stringent purity requirements for tungsten powder production. * Tungsten oxides like WO3 (tungsten trioxide) or WO2 (tungsten dioxide) are often the final product of this stage. * The choice of oxide and its specific characteristics can influence the final tungsten powder properties. |
| 4. Hydrogen Reduction | The purified tungsten oxide is then reduced to metallic tungsten powder using hydrogen gas in a controlled furnace environment. | * This stage is the heart of tungsten powder production. Hydrogen acts as a reducing agent, taking oxygen away from the tungsten oxide and leaving behind pure tungsten metal particles. * The reduction process occurs in pusher furnaces or rotary furnaces at precisely controlled temperatures (typically between 600°C and 1100°C) and hydrogen gas flow rates. * Careful control of these parameters is crucial for achieving the desired tungsten powder properties like particle size, morphology, and purity. |
| 5. Powder Classification and Finishing | The raw tungsten powder from the reduction furnace undergoes further processing to achieve the final desired characteristics. | * The powder is screened and classified to obtain specific particle size distributions. Different applications require powders with varying particle sizes and morphologies. * Additional processes like milling or granulation may be used to refine the particle size and shape further. * The powder may also be subjected to degassing treatments to remove any residual hydrogen from the reduction process. |
| 6. Контроль качества | Throughout the production process, rigorous quality control measures are implemented to ensure the final tungsten powder meets all the required specifications. | * Chemical analysis determines the elemental composition and purity of the powder. * Particle size distribution and morphology are analyzed using techniques like laser diffraction and electron microscopy. * Other tests may assess properties like density, flowability, and sintering behavior. * Maintaining consistent quality is essential for the performance of tungsten products made from the powder. |
Приложения вольфрамовый порошок
| Категория | Приложение | Задействованная недвижимость | Примеры |
|---|---|---|---|
| Industrial & Manufacturing | Machining & Cutting Tools | Чрезвычайная твердость, износостойкость | – Drill bits – Milling inserts – End mills – Turning tools |
| Dies & Molds | High melting point, thermal stability | – Extrusion dies for wires and filaments – Hot stamping dies – Plastic injection molding tools | |
| Электроды | Высокая температура плавления, хорошая электропроводность | – Inert gas welding (TIG) electrodes – Resistance welding electrodes | |
| Filaments & Heating Elements | Высокая температура плавления, хорошая электропроводность | – Incandescent light bulb filaments – Furnace heating elements | |
| Катализаторы | High surface area, ability to promote chemical reactions | – Ammonia production catalysts – Hydrocarbon processing catalysts | |
| Pigments & Coatings | High density, opacity to X-rays | – Radiation shielding for medical equipment – X-ray contrast agents | |
| Электротехника и электроника | Электрические контакты и переключатели | High melting point, good electrical conductivity, arc resistance | – Relay contacts – Circuit breaker contacts – High-voltage switchgear contacts |
| Теплоотводы | Высокая теплопроводность | – Electronic component heat dissipation | |
| Semiconductor Manufacturing | High density, etch resistance | – Tungsten plugs and vias in integrated circuits – Gate electrodes in transistors | |
| Потребительские товары | Спортивные товары (Golf Clubs, Fishing Weights) | High density for weight distribution | – Golf club weighting for improved swing – Fishing weights for deeper, faster sinking |
| Демпфирование вибрации | Высокая плотность | – Dampeners in tennis rackets and archery equipment – Vibration dampers in machinery | |
| Advanced Applications | Аддитивное производство (3D-печать) | Fine particle size, good flowability | – 3D printed components for aerospace and automotive industries – Medical implants |
| Атомная энергия | High melting point, neutron absorption | – Control rods in nuclear reactors – Nuclear waste shielding | |
| Military & Defense | Бронебойные пенетраторы | High density, extreme hardness |
Технические характеристики
Определены основные параметры порошка вольфрама высокой плотности:
Grades of Tungsten Powder
| Grade Designation | Average Particle Size (Microns) | Purity (Minimum % Tungsten) | Приложения |
|---|---|---|---|
| Ultrafine Tungsten Powder | < 1.0 | ≥ 99.95 | – Thermal Spray Coatings for turbine blades and other high-wear applications due to excellent sinterability and flowability. |
| 1.0 – 3.0 | ≥ 99.95 | – Diamond Tools with superior wear resistance and sharpness for cutting and grinding hard materials. | |
| 3.0 – 5.0 | ≥ 99.9 | – Electronic Substrates with minimal impurities for high electrical conductivity and thermal stability in integrated circuits. | |
| Fine Tungsten Powder | 5.0 – 10.0 | ≥ 99.5 | – Cemented Carbide Cutting Tools offering a good balance between hardness, toughness, and fracture resistance for machining various materials. |
| 10.0 – 15.0 | ≥ 99.0 | – Heavy Duty Electrical Contacts requiring high melting point, arc resistance, and electrical conductivity in power switching applications. | |
| 15.0 – 22.0 | ≥ 98.5 | – Electrodes for Tungsten Inert Gas (TIG) Welding due to their ability to produce a stable arc and concentrated heat. | |
| Medium Tungsten Powder | 22.0 – 32.0 | ≥ 98.0 | – Penetrators and Kinetic Energy Projectiles leveraging tungsten’s high density for superior armor penetration. |
| 32.0 – 45.0 | ≥ 97.0 | – Radiation Shielding Materials in medical equipment and nuclear facilities due to tungsten’s ability to absorb X-rays and gamma rays. | |
| Coarse Tungsten Powder | 45.0 – 75.0 | ≥ 96.0 | – Ballast Weights for counterweights and vibration dampeners utilizing tungsten’s high density for compact size and effectiveness. |
| > 75.0 | ≥ 95.0 | – Shot Peening Media for surface strengthening metal components through a cold working process. |
Standards of Tungsten Powder
| Недвижимость | Описание | Важность | Типичные стандарты |
|---|---|---|---|
| Чистота | Tungsten powder purity refers to the percentage of tungsten metal (W) present in the powder by weight. Impurities can significantly affect the physical and mechanical properties of tungsten products. | Higher purity generally translates to better performance in applications that rely on properties like electrical conductivity, melting point, and strength. However, extremely high purity may not always be necessary or cost-effective. | – High Purity (99.9% W and above): Used for electronics, filaments, and electrodes where excellent electrical conductivity is crucial. – Standard Purity (99.5% W – 99.9% W): Suitable for various applications like cemented carbide cutting tools, heat sinks, and radiation shielding. – Lower Purity (Below 99.5% W): Used in some specific applications like plastic fillers or as a raw material for further purification. |
| Размер и распределение частиц | Particle size refers to the average diameter of individual tungsten particles in the powder. Particle size distribution describes the variation in particle sizes within a powder sample. | Particle size and distribution significantly impact the processing behaviour and final properties of tungsten products. For example, finer particles can offer better sinterability but may be more challenging to handle. | – Micron-Sized Powders (1 – 50 microns): Commonly used for cemented carbide production, thermal spraying, and additive manufacturing. – Submicron Powders (Below 1 micron): Used in applications requiring high surface area, like catalysts and conductive coatings. – Nano Powders (Below 100 nanometers): Emerging area with potential applications in electronics and composite materials. |
| Кажущаяся плотность | Apparent density represents the weight of tungsten powder per unit volume, considering the spaces between particles. It influences how much powder can be packed into a mold and the final density of the sintered product. | Higher apparent density allows for more efficient use of powder and can lead to denser final products with improved mechanical properties. | – High Density Powders (>10 g/cm³): Used for applications requiring high strength and wear resistance, like cemented carbide tools. – Standard Density Powders (7 – 10 g/cm³): Commonly used for various applications where a balance between density and processing ease is desired. – Low Density Powders (<7 g/cm³): May be used in applications where loose packing or flowability is important, such as some thermal spraying processes. |
| Текучесть | Flowability refers to the ease with which tungsten powder can move and be poured. It is crucial for efficient handling and processing in various applications. | Good flowability ensures smooth powder feeding in machinery and minimizes segregation of different particle sizes within the powder. | – Free-Flowing Powders: Achieved through specific particle size distribution and surface treatments to minimize particle-particle interactions. – Добавки: May be used to improve flowability by reducing friction between particles. |
| Морфология | Morphology refers to the shape and form of individual tungsten particles. | Particle morphology can influence packing behaviour, sintering characteristics, and the final microstructure of tungsten products. | – Сферические порошки: Offer good packing density and flowability. – Angular Powders: May create a more interlocking network during sintering, potentially leading to improved strength. – Dendritic Powders: Can be used for specific applications where their branching structure offers advantages. |
| Содержание кислорода | Oxygen content refers to the amount of oxygen present in the tungsten powder, typically as oxides. Excessive oxygen can affect the final properties of tungsten products. | – Low oxygen content is generally desired for most applications to ensure optimal performance. – Strict oxygen limits are often specified for high-performance applications like electronics and filaments. | |
| Плотность отвода | Tap density is a measure of the packing density of tungsten powder achieved through a standardized tapping process. It provides an indirect measure of flowability and apparent density. | – Higher tap density indicates better packing efficiency and can be used as a quality control parameter. | – Industry standards often specify minimum tap density requirements for different tungsten powder grades. |
Ценообразование
Представитель цены на вольфрамовый порошок подходит для высокой плотности использования:
| Класс | Цена |
|---|---|
| Сверхтонкий | $800 - $1200 за кг |
| Субмикронный | $500 - $900 за кг |
| Fine | $100 - $250 за кг |
| Средний | $50 - $150 за кг |
| Тяжелые сплавы | $40 - $100 за кг |
Меньший размер частиц, высокая чистота, специальные легирующие добавки и меньшее количество увеличивают стоимость. Порошок из переработанного лома стоит дешевле.
Плюсы и минусы
| Преимущества | Недостатки |
|---|---|
| Unmatched High Melting Point: Tungsten powder boasts the highest melting point of any metal, reaching a staggering 3,422°C (6,192°F). This exceptional property allows it to excel in applications exposed to extreme temperatures, like furnace linings, rocket nozzles, and heat shields for spacecraft re-entry. | Costly Investment: Extracting and processing tungsten is a complex procedure, leading to a higher price tag compared to more common metals. This can be a significant hurdle for applications where cost is a major factor. |
| Superior Heat and Electrical Conductivity: Tungsten powder excels in conducting both heat and electricity efficiently. This makes it ideal for applications requiring efficient thermal management, like heat sinks in electronics, or electrical components like filaments in incandescent lamps and electrodes for welding. | Dense and Demanding: Tungsten’s remarkable density, a direct consequence of its tightly packed atomic structure, translates to its powder form as well. This high density can pose challenges during processing. Specialized techniques and equipment might be necessary to handle and shape tungsten powder effectively. |
| Exceptional Wear and Corrosion Resistance: Tungsten powder exhibits outstanding resistance to wear and tear, alongside exceptional corrosion resistance. This makes it perfect for applications requiring exceptional durability in harsh environments, like armor-piercing projectiles, drill bits for tough materials, and components used in chemical processing plants. | Потенциальные риски для здоровья: Tungsten powder, if inhaled, can irritate the lungs and potentially lead to health complications. Strict safety protocols and proper ventilation are crucial when working with tungsten powder to minimize exposure risks. |
| Tailorable Alloying Potential: Tungsten powder readily forms alloys with various metals, significantly enhancing their properties. This allows engineers to create custom-designed materials with specific combinations of strength, hardness, and heat resistance for applications like high-performance cutting tools and jet engine components. | Limited Global Supply: The primary source of tungsten is geographically concentrated, with China dominating global production. This can lead to supply chain vulnerabilities and potential price fluctuations. |
| Биосовместимые приложения: Tungsten exhibits good biocompatibility, making its powder form suitable for certain medical applications. For instance, tungsten-based implants can be used for hip replacements due to their exceptional strength and wear resistance. | Specialized Suppliers: Due to the unique properties and potential safety concerns of tungsten powder, sourcing it from reputable and experienced suppliers is essential. These suppliers can provide high-quality, well-characterized powder alongside technical support to ensure safe handling and optimal performance in the desired application. |
| Emerging Applications in 3D Printing: Tungsten powder is finding new applications in the rapidly advancing field of additive manufacturing, also known as 3D printing. Its unique combination of properties makes it suitable for printing high-performance metal parts for aerospace, automotive, and medical industries. | Counterfeit Concerns: The high value of tungsten powder can attract manufacturers of counterfeit products. Working with qualified suppliers with rigorous quality control practices helps mitigate the risk of receiving inferior or impure material. |
Поставщики
Известные торговцы и производители, поставляющие высокой плотности вольфрама и вольфрамового сплава порошки глобально включают:
| Компания | Места |
|---|---|
| Буйволиный вольфрам | Соединенные Штаты |
| Компания Вольфрам | Австрия |
| Группа Plansee | Европа |
| Вольфрам Среднего Запада | Соединенные Штаты |
| Сямыньский вольфрам | Китай |
| JX Nippon | Япония |
| Материалы Тошиба | Япония |
| GTP Шефер | Германия |
Эти корпорации поставляют надежные порошки мирового класса на коммерческие рынки.
Вопросы и ответы
| Вопрос | Отвечать |
|---|---|
| Что такое вольфрамовый порошок высокой плотности? | Вольфрамовый порошок, обладающий плотностью от 18 до 19,3 г/см3 - самой высокой среди всех металлических порошков |
| Как производится вольфрамовый порошок высокой плотности? | Сокращение очищенного оксида вольфрама в сочетании со специализированным измельчением для получения частиц желаемого размера |
| Для чего используется вольфрамовый порошок высокой плотности? | Изготовление противовесов, радиационной защиты, балласта, утяжелителей, компонентов для гашения вибрации и т.д. |
| Какие существуют разновидности порошков высокой плотности? | Чистый вольфрам, легированный вольфрам с редкоземельными оксидами, сплавы вольфрама с никелем и железом, тяжелые сплавы вольфрама и т.д. |
| Каковы преимущества вольфрамового порошка высокой плотности? | Чрезвычайная плотность в компактных объемах, не сравнимая с другими порошками; возможность изготовления сложных деталей в форме сетки |
| Каковы ограничения вольфрамовых порошков при их использовании? | Относительно более низкая твердость по сравнению с карбидом вольфрама; ограниченная вязкость и пластичность создают проблемы при обработке |
| Как вольфрамовый порошок высокой плотности сравнивается с традиционными плотными материалами, такими как свинец? | Безопаснее токсичного свинца; температура плавления выше, чем у свинца; экономически выгодная цена по сравнению с драгоценными металлами с аналогичной плотностью |
Резюме
Обладая необычайной плотностью среди элементарных металлов, порошок вольфрама высокой чистоты предлагает дизайнерам уникальные возможности для чувствительных к весу приложений, требующих компактных профилей, недостижимых ранее. Достижения в производстве порошка, прессования, спекания и вторичной обработки преодолеть ограничения хрупкости разблокировать более широкое использование. Смешивание и легирование обеспечивает дополнительную настройку физических свойств в сложных электрических, ядерных, автомобильных и аэрокосмических областях, где высокая плотность сочетается критически с прочностью, твердостью и тепловой родословной.
Поскольку устойчивые источники поддерживают надежные глобальные цепочки поставок, разработчики теперь используют экстремальные значения плотности вольфрамового порошка для обеспечения функциональности точного машиностроения в отраслях, где тяжесть и компактность вместе определяют ценность. В ближайшее десятилетие ведущие производители будут стремиться преодолеть порог плотности выше 20 г/см3, поскольку вольфрам приобретает все большее стратегическое значение.
Поделиться
MET3DP Technology Co., LTD - ведущий поставщик решений для аддитивного производства со штаб-квартирой в Циндао, Китай. Наша компания специализируется на производстве оборудования для 3D-печати и высокопроизводительных металлических порошков для промышленного применения.
Сделайте запрос, чтобы получить лучшую цену и индивидуальное решение для вашего бизнеса!
Похожие статьи
О компании Met3DP
Последние обновления
Наш продукт
CONTACT US
Есть вопросы? Отправьте нам сообщение прямо сейчас! После получения Вашего сообщения мы всей командой выполним Ваш запрос.
Получите информацию о Metal3DP
Брошюра о продукции
Получить последние продукты и прайс-лист
Металлические порошки для 3D-печати и аддитивного производства
КОМПАНИЯ
ПРОДУКТ
ИНФОРМАЦИЯ О КОНТАКТЕ
- Город Циндао, Шаньдун, Китай
- [email protected]
- [email protected]
- +86 19116340731