Вольфрам металл или неметалл

Содержание
  1. Вольфрам металл или неметалл
  2. Физические свойства вольфрама:
  3. Химические свойства вольфрама:
  4. Свойства атома
  5. Химические свойства
  6. Термодинамические свойства простого вещества
  7. Кристаллическая решетка простого вещества
  8. Прочие характеристики
  9. Описание
  10. Факторы, ограничивающие применение вольфрама
  11. Свойства вольфрама
  12. Минусы
  13. Применение
  14. Вольфрам
  15. СТРУКТУРА
  16. СВОЙСТВА
  17. Запасы и добыча
  18. ПРОИСХОЖДЕНИЕ
  19. ПРИМЕНЕНИЕ
  20. Кристаллографические свойства
  21. Вольфрам — самый тугоплавкий металл
  22. Как его нашли
  23. Свойства
  24. Месторождения и добыча
  25. Получение
  26. Сплавы
  27. Плюсы и минусы металла
  28. Цена вопроса
  29. Свойства и температура плавления вольфрама
  30. Краткое описание
  31. Структура и характеристики
  32. История открытия и изучения
  33. Получение из руды и месторождения
  34. Промышленное получение
  35. Марки
  36. Химические
  37. Физические
  38. Сферы применения
  39. Преимущества и недостатки
  40. Вольфрам: свойства, температура плавления, плотность, история открытия. Применение, продукция из вольфрама
  41. Что такое вольфрам?
  42. История открытия
  43. Основные характеристики
  44. Вольфрам обладает важными химическими свойствами:
  45. Какие марки существуют?
  46. Преимущества и недостатки
  47. Применение вольфрама и сплавов востребовано в разных сферах:
  48. Виды продукции

Вольфрам металл или неметалл

Вольфрам металл или неметалл

Вольфрам (W) – удивительный металл с прекрасными физическими и химическими характеристиками. Его активно применяют практически во всех отраслях промышленности.

Физические свойства вольфрама:

  • твердый тугоплавкий и тяжелый металл (вес вольфрама почти в 2 раза больше, чем у свинца);
  • масса вольфрама составляет 184 г/моль;
  • сплавы W отличаются прочностью, твердостью и высоким сопротивлением к высоким температурам;
  • цвет зависит от способа получения (порошок имеет серый, темно-серый или черный цвет, сплавленный W – серый оттенок, напоминающий цвет платины);
  • плотность вольфрама при нормальних условиях равна 19, 25 г/м3.

Температура плавления вольфрама составляет 3410 °C — соизмерима с температурой на поверхности Солнца – 6690 °C. Высокая твердость вольфрама позволяет применять его в химической промышленности и металлургии. При этом сопротивление вольфрама зависит только от температуры.

Химические свойства вольфрама:

  • в природе состоит из стабильных изотопов (5 штук), массовые числа которых находятся в пределах 180-186;
  • отделение 74 электронов атома W происходит легко;
  • обладает 6 валентностью, в соединениях может иметь 0, 2, 3, 4 и 5-валентным;
  • орбита элемента включает 2 яруса, что позволяет образовать крепкую химическую связь.

Наука относит вольфрам к химически активным элементам. Он может вступать в различные реакции и образовывать как простые, так и сложные соединения. В сплавах W чаще всего остается химически связанным. При этом с окислителями (например, с кислородом) он реагирует быстрее, чем другие металлы рода «тяжеловесов».

В случае нагревания элемента он еще быстрее вступает в реакцию с кислородом. Если в реакции участвуют водные пары, реакция протекает гораздо быстрее. Ученые выяснили: при нагреве элемента до 500 °C получается WO2 — низкий окислитель с высокой устойчивочтью.

Он затягивает поверхность металла коричневой пленкой. Если повышать температуру — можно получить еще один окислитель, который называют промежуточным (W4O11). Он имеет синюю окраску, а если продолжить нагрев до температуры в 923°C, она изменится на лимонно-желтую.

Этому будет способствовать WO3.

Если с вольфрамом смешивают сухой фтор, то даже при небольшом подогреве можно получить вещество WF6. Его именуют гексафторидом. Оно может плавиться даже при 2,5 градусах, а кипеть при 19,5. Такое же соединение можно получить и при использовании хлора. Однако для этой реакции потребуется высокая температура — около 600 °C.

Также вольфрам легко вступает в реакции с йодом и бромом. С ними он образовывает такие малоустойчивые соединения как дибромид, ментамид, а также дииодид и тетрадид. При высоких температурах вольфрам соединяется с селеном, азотом, серой, а также с кремнием и углеродом.

Одним из интересных соединений считают карбонил. В этой реакции вольфрам реагирует на окись углерода. Именно здесь и проявляется его нулевая валентность. Однако это вещество сложно назвать устойчивым. Поэтому его можно получить только при создании специальных условий. Из карбонила получают плотные и ультратонкие покрытия чистого вольфрама.

Нужно уделить внимание и вольфрамовым соединениям. Некоторые из них поддаются полимеризации, в частности окись вольфрама.

Свойства атома

  • Имя, символ, номер  —   Вольфрам/Wolframium (W), 74
  • Атомная масса (молярная масса), г/моль  —   183,84 а. е. м.
  • Электронная конфигурация  —   [Xe] 4f14 5d4 6s2
  • Радиус атома, пм  —   141

Химические свойства

  • Ковалентный радиус, пм  —  170
  • Радиус иона, пм  —  (+6e) 62 (+4e) 70
  • Электроотрицательность, шкала Полинга  —  2.3
  • Электродный потенциал, В  —  W < W3+ 0,11 
  • W < W6+ 0,68
  • Степени окисления  —  6, 5, 4, 3, 2, 0
  • Энергия ионизации, кДж/моль(1-й ионизац. потенциал, эВ)  —  769,7 (7,98)

Термодинамические свойства простого вещества

  • Плотность, кг/м3 (при н. у., г/см3)  —  19300 (19,3)
  • Температура плавления, °C, K  —  3422, 3695
  • Температура кипения, °C, K  —  5555, 5828
  • Теплота плавления, кДж/кг, кДж/моль  —  191, 35
  • Теплота испарения, кДж/кг, кДж/моль  —  4482, 824
  • Теплоемкость, кДж/(кг·°С)  —  0,134
  • Молярная теплоемкость, Дж/(K·моль)  —  24,27
  • Молярный объем, см3/моль  —  9,53

Кристаллическая решетка простого вещества

  • Структура решетки  —  кубическая объемноцентрированая
  • Параметры решетки, A  —  3,160
  • Температура Дебая, K  —  310,00

Прочие характеристики

  • Теплопроводность, K, Вт/(м·К)  —  300, 173
  • Удельное электросопротивление при 20°С, ом·мм2/м  —  5,03
  • Коэффициент теплопроводности при 20°С, кал/ (см·сек·град)  —  0,4
  • Коэффициент линейного расширения, 1/град  —  43·10-6
  • Временное сопротивление при растяжении, кг/мм2  —  35

К группе металлов, отличающихся высокими показателями тугоплавкости, относится и вольфрам. Он был открыт в Швеции химиком по имени Шееле. Именно ему удалось первому в 1781 году из минерала вольфрамит выделить оксид неизвестного металла. Вольфрам в чистом виде ученому удалось получить по прошествии 3 лет.

Описание

Вольфрам относится к группе материалов, которые часто используются в различных отраслях промышленности. Он обозначается буквой W и в таблице Менделеева имеет порядковый номер 74.

Для него характерен светло-серый цвет. Одно из его характерных качеств — высокая тугоплавкость. Температура плавления вольфрама составляет 3380 градусов Цельсия.

Если рассматривать его с точки зрения применения, то самыми важными качествами этого материала являются:

  • плотность;
  • температура плавления;
  • электрическое сопротивление;
  • коэффициент линейного расширения.

Вычисляя его характерные качества, необходимо выделить высокую точку кипения, которая находится на уровне 5 900 градусов Цельсия. Еще одна его особенность — малая скорость испарения. Она невысока даже в температурных условиях 2000 градусов Цельсия. По такому свойству, как электропроводность этот металл в 3 раза превосходит такой распространенный сплав, как медь.

Факторы, ограничивающие применение вольфрама

Есть ряд факторов, которые ограничивают применение этого материала:

  • высокая плотность;
  • значительная склонность к ломкости в условиях низких температур;
  • малое сопротивление окислению.

По своему внешнему виду вольфрам имеет сходство с обычной сталью. Его основное применение связано главным образом с производством сплавов с высокими прочностными характеристиками.

Этот металл поддается обработке, но только если его предварительно нагреть. В зависимости от выбранного типа обработки нагрев производится до определенной температуры.

Например, если стоит задача выковать прутки из вольфрама, то заготовку необходимо предварительно нагреть до температуры 1450-1500 градусов Цельсия.

На протяжении 100 лет вольфрам не применялся в промышленных целях. Его использование при производстве различной техники сдерживалось его высокой температурой плавления.

Начало его промышленного применения связано с 1856 годом, когда он впервые стал использоваться для легирования инструментальных марок стали. При их производстве в состав стали добавлять вольфрам общей долей до 5%. Присутствие этого металла в составе стали позволило повысить скорость резки на токарных станках с 5 до 8 м в минуту.

Развитие промышленности во второй половине XIX века характеризуется активным развитием отрасли производства станков. Спрос на оборудование с каждым годом постоянно возрастал, что требовало от машиностроителей получения качественных характеристик машин, а помимо этого повышения их рабочей скорости. Первым импульсом в деле повышения скорости резки стало использование вольфрама.

Уже в начале XX века скорость резки была доведена до 35 метров в минуту. Добиться этого удалось за счет легирования стали не только вольфрамом, но и другими элементами:

  • молибденом;
  • хромом;
  • ванадием.

В дальнейшем скорость резания на станках возросла до 60 метров в минуту. Но, несмотря на такие высокие показатели, специалисты понимали, что есть возможность улучшить эту характеристику.

Какой способ выбрать для повышения скорости резания, специалисты долго не думали. Они прибегли к использованию вольфрама, но уже в виде карбидов в союзе с другими металлами и их видами.

В настоящее время вполне обычной является скорость резания металла на станках 2000 метров в минуту.

Свойства вольфрама

Как и у любого материала, у вольфрама имеются свои особые свойства, благодаря которым он попал в группу стратегических металлов. Выше мы уже сказали о том, что одним из достоинств этого металла является высокая тугоплавкость. Именно благодаря этому свойству материал можно использовать для изготовления нитей накаливания.

Температура плавления у него находится на уровне 2500 градусов Цельсия. Но только этим качеством положительные свойства этого материала не ограничиваются. Имеются у него и другие преимущества, о которых следует сказать. Одно из них — высокая прочность, демонстрируемая в условиях обычных и повышенных температур.

Минусы

Однако, перечисляя преимущества вольфрама, нельзя не отметить и недостатки, которые присущи этому материалу.

  • В качестве главного можно называть его низкое сопротивление окислению при температурных условиях выше 700 градусов Цельсия. Поэтому для материалов из вольфрама необходимо дополнительно обеспечить соответствующую защиту.
  • Другой недостаток сплавов на основе вольфрама заключается в их низкой пластичности в условиях температуры 500 градусов Цельсия.
  • Вольфрам — дефицитный материал, что также можно считать недостатком этого металла.

Вольфрам, который выпускается в настоящее время, содержит в составе торий 2%. Такой сплав называется торированный вольфрам. Для него характерен предел прочности 70 МПа при температуре 2420 градусов Цельсия. Хотя значение этого показателя невысоко, но отметим, что только 5 металлов вместе с вольфрамом не меняют своего твердого состояния в условиях такой температуры.

В эту группу входят молибден, у которого температура плавления составляет 2625 градусов. Еще один металл — технеций. Однако сплавы на его основе в ближайшее время вряд ли будут производиться. Рений и тантал не обладают высокой прочностью при таких условиях температуры.

Поэтому вольфрам — единственный материал, который в состоянии обеспечить достаточную прочность при высоких температурных нагрузках. По той причине, что он относится к числу дефицитных, если имеется возможность для его замены, то производители используют альтернативу ему.

Однако при производстве отдельных компонентов нет материалов, которые могли бы полноценно заменить вольфрам.

Например, при изготовлении нитей накаливания электроламп и анодов дуговых ламп постоянного тока применяется только вольфрам, поскольку подходящих заменителей просто нет.

Также его используют при изготовлении электродов для аргонодуговой и атомно-водородной сварки. Также с применением этого материала изготавливается нагревательный элемент, используемый в условиях от 2000 градусов Цельсия.

Применение

Вольфрам и сплавы, изготавливаемые на его основе, получили широкое распространение в различных отраслях промышленности.

Их используют при производстве авиационных двигателей, применяют в сфере ракетостроения, а также для производства космической техники.

В этих сферах с использованием этих сплавов изготавливают реактивные сопла, вставки критических сечений в двигателях ракет. Кроме этого, подобные материалы используются в качестве основных для изготовления сплавов ракет.

Производство сплавов из этого металла имеет одну особенность, которая связана с тугоплавкостью этого материала. В условиях высоких температур многие металлы меняют свое состояние и превращаются в газы или сильно летучие жидкости. Поэтому для получения сплавов, в составе которых присутствует вольфрам, используют методы порошковой металлургии.

Такие методы предполагают прессование смеси порошков металлов, последующее спекание и дальнейшее подвергание их дуговой плавке, осуществляемой в электродных печах.

В отдельных случаях спекаемый вольфрамовый порошок дополнительно пропитывают жидким раствором какого-либо другого металла.

Таким образом, получаются псевдосплавы из вольфрама, меди, серебра, используемые для контактов в электрических установках. По сравнению с медными, долговечность у таких изделий выше в 6-8 раз.

Вольфрам

Вольфрам металл или неметалл

Вольфрам — самый тугоплавкий из металлов. Более высокую температуру плавления имеет только неметаллический элемент — углерод. При стандартных условиях химически стоек.

Название Wolframium перешло на элемент с минерала вольфрамит, известного ещё в XVI в. под названием лат. Spuma lupi («волчья пена») или нем. Wolf Rahm («волчьи сливки», «волчий крем»).

Название было связано с тем, что вольфрам, сопровождая оловянные руды, мешал выплавке олова, переводя его в пену шлаков («пожирает олово как волк овцу»).

СТРУКТУРА

Кристалл вольфрама имеет объемноцентрированную кубическую решетку. Кристаллы вольфрама на холоду отличаются малой пластичностью, поэтому в процессе прессования порошка они практически почти не изменяют своей основной формы и размеров и уплотнение порошка происходит главным образом путем относительного перемещения частиц.

В объемно-центрированной кубической ячейке вольфрама атомы располагаются по вершинам и в центре ячейки, т.е. на одну ячейку приходится два атома. ОЦК-структура не является плотнейшей упаковкой атомов. Коэффициент компактности равен 0,68. Пространственная группа вольфрама Im3m.

СВОЙСТВА

Вольфрам — блестящий светло-серый металл, имеющий самые высокие доказанные температуры плавления и кипения (предполагается, что сиборгий ещё более тугоплавок, но пока что об этом твёрдо утверждать нельзя — время существования сиборгия очень мало). Температура плавления — 3695 K (3422 °C), кипит при 5828 K (5555 °C).

Плотность чистого вольфрама составляет 19,25 г/см³. Обладает парамагнитными свойствами (магнитная восприимчивость 0,32·10−9). Твердость по Бринеллю 488 кг/мм², удельное электрическое сопротивление при 20 °C — 55·10−9 Ом·м, при 2700 °C — 904·10−9 Ом·м. Скорость звука в отожжённом вольфраме 4290 м/с. Является парамагнетиком.

Вольфрам является одним из наиболее тяжелых, твердых и самых тугоплавких металлов. В чистом виде представляет собой металл серебристо-белого цвета, похожий на платину, при температуре около 1600 °C хорошо поддается ковке и может быть вытянут в тонкую нить.

Запасы и добыча

Кларк вольфрама земной коры составляет (по Виноградову) 1,3 г/т (0,00013 % по содержанию в земной коре). Его среднее содержание в горных породах, г/т: ультраосновных — 0,1, основных — 0,7, средних — 1,2, кислых — 1,9.

Процесс получения вольфрама проходит через подстадию выделения триоксида WO3 из рудных концентратов и последующем восстановлении до металлического порошка водородом при температуре около 700 °C.

Из-за высокой температуры плавления вольфрама для получения компактной формы используются методы порошковой металлургии: полученный порошок прессуют, спекают в атмосфере водорода при температуре 1200—1300 °C, затем пропускают через него электрический ток.

Металл нагревается до 3000 °C, при этом происходит спекание в монолитный материал. Для последующей очистки и получения монокристаллической формы используется зонная плавка.

ПРОИСХОЖДЕНИЕ

Вольфрам встречается в природе главным образом в виде окисленных сложных соединений, образованных трехокисью вольфрама WO3 с оксидами железа и марганца или кальция, а иногда свинца, меди, тория и редкоземельных элементов.

Промышленное значение имеют вольфрамит (вольфрамат железа и марганца nFeWO4 * mMnWO4 — соответственно, ферберит и гюбнерит) и шеелит (вольфрамат кальция CaWO4).

Вольфрамовые минералы обычно вкраплены в гранитные породы, так что средняя концентрация вольфрама составляет 1—2 %.

Наиболее крупными запасами обладают Казахстан, Китай, Канада и США; известны также месторождения в Боливии, Португалии, России, Узбекистане и Южной Корее.

Мировое производство вольфрама составляет 49—50 тысяч тонн в год, в том числе в Китае 41, России 3,5; Казахстане 0,7, Австрии 0,5. Основные экспортёры вольфрама: Китай, Южная Корея, Австрия.

Главные импортёры: США, Япония, Германия, Великобритания.
Также есть месторождения вольфрама в Армении и других странах.

ПРИМЕНЕНИЕ

Тугоплавкость и пластичность вольфрама делают его незаменимым для нитей накаливания в осветительных приборах, а также в кинескопах и других вакуумных трубках.

Благодаря высокой плотности вольфрам является основой тяжёлых сплавов, которые используются для противовесов, бронебойных сердечников подкалиберных и стреловидных оперенных снарядов артиллерийских орудий, сердечников бронебойных пуль и сверхскоростных роторов гироскопов для стабилизации полёта баллистических ракет (до 180 тыс. об/мин).

Вольфрам используют в качестве электродов для аргоно-дуговой сварки. Сплавы, содержащие вольфрам, отличаются жаропрочностью, кислотостойкостью, твердостью и устойчивостью к истиранию.

Из них изготовляют хирургические инструменты (сплав «амалой»), танковую броню, оболочки торпед и снарядов, наиболее важные детали самолетов и двигателей, контейнеры для хранения радиоактивных веществ. Вольфрам — важный компонент лучших марок инструментальных сталей.

Вольфрам применяется в высокотемпературных вакуумных печах сопротивления в качестве нагревательных элементов. Сплав вольфрама и рения применяется в таких печах в качестве термопары.

Для механической обработки металлов и неметаллических конструкционных материалов в машиностроении (точение, фрезерование, строгание, долбление), бурения скважин, в горнодобывающей промышленности широко используются твёрдые сплавы и композитные материалы на основе карбида вольфрама (например, победит, состоящий из кристаллов WC в кобальтовой матрице; широко применяемые в России марки — ВК2, ВК4, ВК6, ВК8, ВК15, ВК25, Т5К10, Т15К6, Т30К4), а также смесей карбида вольфрама, карбида титана, карбида тантала (марки ТТ для особо тяжёлых условий обработки, например, долбление и строгание поковок из жаропрочных сталей и перфораторное ударно-поворотное бурение крепкого материала). Широко используется в качестве легирующего элемента (часто совместно с молибденом) в сталях и сплавах на основе железа. Высоколегированная сталь, относящаяся к классу «быстрорежущая», с маркировкой, начинающейся на букву Р, практически всегда содержит вольфрам. ( Р18, Р6М5. от rapid — быстрый, скорость).

Сульфид вольфрама WS2 применяется как высокотемпературная (до 500 °C) смазка. Некоторые соединения вольфрама применяются как катализаторы и пигменты. Монокристаллы вольфраматов (вольфраматы свинца, кадмия, кальция) используются как сцинтилляционные детекторы рентгеновского излучения и других ионизирующих излучений в ядерной физике и ядерной медицине.

Дителлурид вольфрама WTe2 применяется для преобразования тепловой энергии в электрическую (термо-ЭДС около 57 мкВ/К). Искусственный радионуклид 185W используется в качестве радиоактивной метки при исследованиях вещества.

Стабильный 184W используется как компонент сплавов с ураном-235, применяемых в твердофазных ядерных ракетных двигателях, поскольку это единственный из распространённых изотопов вольфрама, имеющий низкое сечение захвата тепловых нейтронов (около 2 барн).

Вольфрам (англ. Tungsten) — W

Кристаллографические свойства

Вольфрам — самый тугоплавкий металл

Вольфрам металл или неметалл

› Металлы

01.07.2020

Металл получил название от минерала вольфрамита («Wolf Rahm» с немецкого). Минерал весил немало, и в Швеции горняки назвали его «тунг стен» — тяжелый камень.

Во Франции, США и Великобритании для вольфрама используют название «tungsten».

Как его нашли

История открытия связана со шведским химиком К.В. Шееле. Из неизученного минерала он выделил неизвестную «тунгстеновую» кислоту (WO3·H2O). Братья Элюар выделили из её солей новый элемент. Поскольку работали они с вольфрамитом, то  назван был элемент вольфрамом.

Вольфрамовые стержни с кристаллическими наростами

Свойства

Вольфрам относится к переходным металлам. Имеет серебристо-серый цвет. В периодической таблице Менделеева расположен в VI группе и носит атомный № 74.

Физические свойства металла:

  • плотность 19,25 г/см3;
  • кристаллическая структура объемноцентрированная, кубическая;
  • парамагнитен;
  • температура плавления 3422 °C;
  • цвет искры — желтый, дает пучок коротких прерывистых искр;
  • число стабильных изотопов 4.

Некоторые свойства вольфрама уникальны. Тугоплавкость — визитная карточка вольфрама, ею он отличается от других металлов.

Свойства атомаНазвание, символ, номерАтомная масса(молярная масса)Электронная конфигурацияРадиус атомаХимические свойстваКовалентный радиусРадиус ионаЭлектроотрицательностьЭлектродный потенциалСтепени окисленияЭнергия ионизации(первый электрон)Термодинамические свойства простого веществаПлотность (при н. у.)Температура плавленияТемпература кипенияУд. теплота плавленияУд. теплота испаренияМолярная теплоёмкостьМолярный объёмКристаллическая решётка простого веществаСтруктура решёткиПараметры решёткиТемпература ДебаяПрочие характеристикиТеплопроводностьНомер CAS
Вольфра́м / Wolframium (W), 74
183,84(1)[1] а. е. м. (г/моль)
[Xe] 4f14 5d4 6s2
141 пм
170 пм
(+6e) 62 (+4e) 70 пм
2,3 (шкала Полинга)
W ← W3+ 0,11 ВW ← W6+ 0,68 В
6, 5, 4, 3, 2, 0
 769,7 (7,98) кДж/моль (эВ)
19,25[2] г/см³
3695 K (3422 °C, 6192 °F)[2]
5828 K (5555 °C, 10031 °F)[2]
285,3 кДж/кг52,31[3][4] кДж/моль
4482 кДж/кг 824 кДж/моль
24,27[5] Дж/(K·моль)
9,53 см³/моль
кубическаяобъёмноцентрированная
3,160 Å
310 K
(300 K) 162,8[6] Вт/(м·К)
7440-33-7

Рекомендуем:  РТУТЬ – «кровь дракона» в лампах и реакторах

Месторождения и добыча

Для промышленной добычи пригодны вольфрамиты (гюбнерит, ферберит) и шеелит.

Классификация месторождений:

  • штокверковый вольфрамитовый;
  • штокверковый шеелитовый;
  • жильный вольфрамитовый;
  • скарново-шеелитовый.

Крупнейшими запасами вольфрамовых руд обладают:

  • Китай;
  • Канада;
  • Россия;
  • Австралия;
  • США.

Российские запасы вольфрамовых руд происхождением из коренных месторождений.

Получение

Промышленное получение металла из руды предваряется обогащением. Это дробление, шлифовка, флотация. Затем из концентрата выделяют WO3, который затем восстанавливают до металла водородом при температуре около 700°С.

Компактный вольфрам получают:

  1. Методом порошковой металлургии. Достоинство метода — возможность равномерного введения присадок.
  2. Электронно-лучевая плавка, или плавка в электро-дуговых печах. Достоинство метода — возможность получать крупные (до 3 тонн) заготовки металла.

Сплавы

Присадки меняют характеристики полученных сплавов.

Марка российского сплаваПрисадки
ВД-20 80% вольфрама, 20% меди
ВНЖ-95 3% никеля, 2% железа
ВНМ 2-1 2% никеля, 1% меди
ВНЖ 7-3 7% никеля, 3% железа
ВД-30 70% вольфрама, 30% меди
ВНЖ-97.5 1.5% никеля, 1% железа

Плюсы и минусы металла

ПреимуществаНедостатки
Электрическое сопротивлениеВысокая плотность
Температура плавленияСлабая сопротивляемость окислению
Коэффициент линейного расширенияЛомкость при низких температурах

Цена вопроса

Средняя цена тонны W на конец июня 2020 года составила 24120-24600 долларов США.

Вольфрам — самый тугоплавкий металл Ссылка на основную публикацию

Свойства и температура плавления вольфрама

Вольфрам металл или неметалл

Вольфрам — самый тугоплавкий металл. Известны разные марки этого материала, которые обладают своим особенностями, свойствами. Температура плавления вольфрама — одна из главных характеристик этого металла. По ней специалисты определяют в каких отраслях промышленности его лучше использовать.

Вольфрам

Краткое описание

Вольфрам — тугоплавкий металл. В таблице Менделеева его можно найти под номером 74. Характерные качества — серый цвет, естественный металлический блеск.

Во Франции, Великобритании и США этот материал называется tungsten, что переводится как «тяжелый камень».

Структура и характеристики

Кристаллы вольфрама имеют объемноцентрированную кубическую решетку. Основная форма, размеры кристаллов не изменяются, если порошок прессуется при низких температурах.

Атомы в кубической ячейке металла расположены по всем вершинам и внутри самой ячейки. Коэффициент компактности вольфрама — 0,68.

История открытия и изучения

Свое название металл получил от минерала вольфрамит. Его начали добывать в XVI веке. Тогда его называли «волчьей пеной». Вольфрам часто встречался в оловянных рудах, мешал выплавлять этот металл. Он переводил его в пену шлаков.

Первое научное упоминание о нахождении нового химического элемента появилось в 1781 году. Тогда знаменитый химик из Швеции Карл Шееле работал с минералом шеелит. Он обрабатывал его азотной кислотой, в ходе чего получил новый химический элемент с желтым оттенком. Он назвал его «тяжелым камнем». Через два года, братья Элюар получили из саксонского минерала новый металл.

Если сравнивать защиту от ионизирующего излучения из свинца или вольфрама, второй вид металла выигрывает. Готовый защитный слой будет задерживать больше частиц при меньшем весе.

Вольфрамит ( Instagram / lopatkin_oleg)

Получение из руды и месторождения

В природе вольфрам можно встретить окисленными отложениями.  Они образуются из трехокиси этого металла, которая соединяется с кальцием, марганцем, железом. Иногда в составе можно встретить медь, свинец, торий, некоторые редкоземельные элементы.

Минералы, насыщенные вольфрамом, чаще встречаются в грунтовых породах небольшими вкраплениями. В таком случае средняя концентрация тяжелого металла — до 2%.

Самые крупные месторождения вольфрама находятся в США, Китае, Канаде. Среднее мировое производство за год — 50 тысяч тонн.

Критическая отметка температуры для этого металла — 13610°C. При нагревании до таких показателей он превращается в газ.

Промышленное получение

Получение вольфрама промышленными предприятиями начинается с добычи руды, ее доставки на производство. Следующий этап — выделение триоксида из расходного материала.

После этого он проходит процесс восстановления для получения очищенного металлического порошка. Процедуру восстановления проводят под воздействием водорода. При этом сырье нагревается до 700°C.

Готовый порошок прессуется, спекается при температуре 1300°C в защитной атмосфере из водорода.

Марки

Марки вольфрама:

  1. ВР — соединение вольфрама с рением.
  2. ВТ, ВИ, ВЛ — к основе добавляется присадка окиси лантана, тория, иттрия.
  3. ВРН — металл без присадок. Допускается наличие небольшого количества разных примесей.
  4. ВМ — к основе добавляются разные присадки. Основные — кремнещелочные, алюминиевые.
  5. МВ — соединение молибдена с вольфрамом. Сохраняется пластичность одновременно с повышением прочности.
  6. ВЧ — чистый металл без примесей, присадок.
  7. ВА — соединение основы с алюминием, кремнещелочными присадками.

Лампы накаливания не просто так имеют стеклянную герметичную капсулу. Поскольку вольфрам быстро окисляется на открытом воздухе, капсула заполняется инертным газом.

Лампа накаливания ( Instagram / climberam)

Химические

Свойства:

  1. Валентность чистого металла — 6. У соединений на его основе она может изменяться от 2 до 5.
  2. Молярная масса химического элемента —183,84.
  3. Элемент имеет орбиту, состоящую из двух ярусов.

Вольфрам — химически активный металл. Он вступает в реакции с разными веществами с образованием сложных, простых соединений. При нагревании реакции протекают быстрее. Для дополнительного ускорения реакции можно добавить водяные пары.

Физические

Свойства:

  1. Цвет — серый.
  2. Прозрачность — отсутствует.
  3. Металлический блеск — есть.
  4. Твердость — 7,5 (показатель указан согласно шкале Мооса).
  5. Плотность — 19,3 г/см3.
  6. Радиоактивность — 0.
  7. Теплопроводность — 173 Вт/(м·К).
  8. Электропроводность — 55·10−9 Ом·м.
  9. Показатель твердости по Бринеллю — 488 кгс/мм².
  10. Теплоемкость — 134,4 Дж/(кг·град).
  11. Температура плавления — 3380 °C (показатель зависит от количества примесей).
  12. Сопротивление электричеству — 55·10−9 Ом·м (при условии соблюдения температурного режима в 20°C).
  13. Температура кипения — около 5555 °C.

Лучше всего металл куется при нагревании до 1600°C.

На основе вольфрама изготавливают тяжелые сплавы. Общее содержание основы может достигать 97%. Готовые сплавы применяются для изготовления контейнеров, в которых будут храниться, переноситься радиоактивные вещества. особенность емкости — возможность поглощения части гамма-излучения.

Вольфрам ( Instagram / chemical_language)

Сферы применения

Вольфрам применяется при изготовлении:

  • нити накаливания;
  • электродов для аргонодуговой сварки;
  • хирургических инструментов;
  • танковой брони, оболочек для снарядов, торпед;
  • защитных костюмов, емкостей, листов от проникающего ионизирующего излучения;
  • ювелирных украшений.

Преимущества и недостатки

Положительные стороны:

  • тугоплавкость;
  • высокая прочность;
  • применение в разных сферах промышленности;
  • стойкость к большим нагрузкам после сильного нагревания;
  • экологичность.

Из главных недостатков можно выделить низкую пластичность, окисляемость при нагревании свыше 700°, высокую цену.

Вольфрам: свойства, температура плавления, плотность, история открытия. Применение, продукция из вольфрама

Вольфрам металл или неметалл

Среди всех металлов, которые известны сегодня, вольфрам является наиболее тугоплавким. Характеризуется высокой химической стойкостью.

Вольфрамовые свойства нашли применение в разных сферах, которые имеют связь с повышенными температурными режимами, особенно в металлургии.

Температура плавления вольфрама очень высокая, что дает возможность сделать его компонентом для получения сплавов и жаропрочных сталей, обладающих высокой прочностью.

Что такое вольфрам?

Вольфрам в периодической системе Д.И. Менделеева стоит в 4 группе, имеет номер атома 74, его атомная масса составляет 183,85. Для обозначения используется символ «W» (Wolframium).

В чистом виде в естественных условиях бывает редко, как правило, это сложные окисленные соединения, образующие трехокись вольфрама с оксидами таких веществ, как железо, марганец, а также калий, свинец, медь, торий.

Самые крупные запасы на планете сегодня сосредоточены в таких странах, как Казахстан, Китай, Канада, Америка, Россия. Промышленность использует шеелит и вольфрамит.

История открытия

Рудокопы Саксонии в XIV-XVI вв. заметили, что после обработки оловянных руд остается много шлака. Работники в здешних копальнях называли его побочным продуктом, который «пожирает» олово, сравнивали с «волком, пожирающим овцу». Так и сформировалось название шлака «wolfrahm» («волчья пена» с немецкого языка).

Когда химик Карл Шееле обработал азотной кислотой «tungsten» («тяжелый камень» в переводе со шведского языка), удалось выделить новый метал, получивший такое же название. Событие произошло в 1781 г. Позже провели ряд анализов, которые показали, что шведскому химику удалось открыть не сам вольфрам, а его оксид. Поэтому минерал переименовали на «шеелит».

Через два года после открытия, сделанного Карлом Шееле, химики из Испании братья Элюар заявили, что смогли выделить из вольфрамита рудников Саксонии чистый вольфрам. Нужно отметить, что ни Шееле, ни братья Элюар не настаивали на том, что именно они стали первооткрывателями вольфрама.

До начала ХХ века химический элемент назывался «tungsten», его обозначали символом «Tu». Термин «вольфрам» и символ «W» был утвержден только в середине прошлого века.

Основные характеристики

Кроме самой высокой тугоплавкости, одно из наиболее тяжелых и твердых веществ. В Чистый вольфрам имеет серебристо-белый окрас. Отлично поддается ковке (при 1600 °С). В условиях вакуума характеризуется отличной устойчивостью.

Физические свойства:

•             плавится при достижении показателя температуры 3422 °С;

•             закипает при температуре 5555 °С;

•             плотность вольфрама – 19,25 г/см3;

•             сопротивление – 55⋅10−9 Ом•м (20°С);

•             магнитная восприимчивость – 0,32⋅10−9;

•             твердость (по Бринеллю) – 488 кг/мм2.

Вольфрам обладает важными химическими свойствами:

•             стойкий к кислотам в обычных условиях;

•             легче взаимодействует с окислителями, чем с тяжелыми металлами;

•             реагирует со многими элементами, в результате чего образуются различные по сложности соединения;

•             незначительно растворяется в щелочах при нагревании;

•             валентность в соединениях 2-6 (чем выше валентность, тем более устойчивы).

Какие марки существуют?

Вольфрам может быть чистым, с присадками, в составе сплава, куда входят и другие металлы.

Для обозначения чистого вольфрама используется маркировка ВЧ. Для маркировки сплава вольфрама и рения применяется обозначение ВР.

На наличие разных видов присадок указывают следующие комбинации букв:

•             ВА – кремнещелочной и алюминия;

•             ВМ – кремнещелочной и тория;

•             ВТ – окиси тория;

•             ВЛ – окиси лантана.

Указанные марки вольфрама используются наиболее часто в промышленности.

Преимущества и недостатки

Преимущества обусловлены высокими показателями:

•             плавления (очень высокий температурный режим);

•             прочности (лидер среди всех существующих металлов);

•             плотности;

•             электропроводности.

Кроме этого, вольфрам стойкий к воздействию коррозийных процессов, имеет низкий коэффициент теплового расширения.

Недостатками вольфрама можно считать хрупкость и возможность разрушения при ударе.

Применение вольфрама и сплавов востребовано в разных сферах:

•             металлургии;

•             судостроении;

•             медицине;

•             текстильном производстве;

•             электротехнической, радиоэлектронной, химической, атомной, горнодобывающей и ряде других отраслей промышленности.

Из него получают сверхтвердые стали и сплавы, которые применяются, чтобы обрабатывать металлы механическим путем, в бурении скважин, для изготовления деталей, из которых собираются двигатели самолетов.

Вольфрамовые электроды предназначаются для аргонодуговой сварки.

В ядерной физике и медицине нашли применение монокристаллы вольфраматов.

Элемент необходим для нитей накаливания и элементов электровакуумных приборов, артиллерийских снарядов, роторов гироскопов (сверхскоростных) и др.

Виды продукции

Свойства вольфрама дают возможность изготавливать такие виды продукции:

•             Электроды. Для работы с материалами разного состава, цветными металлами, высоколегированными сталями. Не плавятся, шов прочный и долговечный.

•             Проволока. Используется в лампах накаливания, благодаря сопротивлению вольфрама (нагреватели, спирали).

•             Порошок. Основа для сплавов и сталей.

•             Прутки. Изделия для изготовления вольфрамовых электродов.

•             Листы. Изделия из металла вольфрама необходимы для тепловых экранов, подставок и других элементов крепления для высокотемпературных печей.

Голосование:

584

13 января 2021

Сделай своими руками
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: