白熾燈“下崗”，鎢會“失業(yè)”嗎

蘇更林

在人們的印象里，鎢是與燈泡燈絲聯(lián)系在一起的。正是“鎢絲文明”，把人類帶進(jìn)了電氣照明的新時(shí)代。如今白熾燈“下崗”了，那鎢是不是該“失業(yè)”了呢？

燈絲應(yīng)用，“我的地盤我做主”

1879年，愛迪生發(fā)明了白熾燈，但美中不足的是，燈絲發(fā)光效率不高，壽命也不長。原來，第一個(gè)取得商業(yè)化應(yīng)用的白熾燈采用的是碳化纖維燈絲，在電流的作用下僅能持續(xù)燃燒14小時(shí)。選擇高電阻的耐熱材料來充當(dāng)燈絲材料是當(dāng)時(shí)的研究方向。為了延長燈絲的使用壽命，愛迪生費(fèi)盡周折。他用18個(gè)月做了1200次實(shí)驗(yàn)，測試了6000多種纖維材料，找到一種可燃燒1200小時(shí)的碳化竹纖維燈絲。

尋找合適燈絲材料的競賽還在進(jìn)行，目標(biāo)是讓電燈更明亮、更耐久。柯立芝就是探索隊(duì)伍中的一員，1911年，他發(fā)明的鎢絲燈照亮了世界。

柯立芝是在元素周期表中尋找突破口的，鎢不是他的第一個(gè)目標(biāo)，不過很快他就鎖定了鎢。由于鎢極耐高溫（熔點(diǎn)3422℃），并且具有極低的蒸氣壓，因此可以提高燈泡的亮度和壽命。不過，要把純鎢制成燈絲并不是一件容易的事。按照慣例，要制成金屬絲需要把金屬加熱軟化后再拉制。可是拉制鎢絲就沒有那么簡單了，鎢本身是一種堅(jiān)硬易碎的金屬，并且一般工具都難以存在于軟化鎢的溫度條件下。

柯立芝采用鎢粉冶金和加入摻雜劑的方法，成功馴服了這個(gè)“叛逆”的金屬。他先把鎢金屬粉末壓制、燒結(jié)并鍛造成細(xì)棒，然后再用這些棒拉出纖細(xì)的韌性鎢絲，并賦予了燈絲在白熱溫度下（1200℃～1500℃）不下垂的特性。

如今，即便白熾燈已經(jīng)下崗了，但鎢絲仍是照明、電子等行業(yè)的關(guān)鍵材料。像碘鎢燈、投影儀、泛光燈、汽車燈、反射燈以及醫(yī)療設(shè)備和光纖系統(tǒng)等仍在使用鎢絲材料。

硬質(zhì)合金，用“牙齒”說話

硬質(zhì)合金以硬見長，具有高韌性、高強(qiáng)度、高硬度的特點(diǎn)。說到鎢基硬質(zhì)合金，不能不說碳化鎢。那可是一種硬度極高的鎢碳化合物，幾乎像鉆石一樣堅(jiān)硬。圓珠筆筆尖上的球珠，最初是由不銹鋼制成的，從1961年開始改用碳化鎢制作。

單一的碳化鎢材料脆性大、韌性低，所以往往通過加入黏結(jié)劑金屬（鐵、鎳、鈷等）來改善合金的性能。硬質(zhì)合金的制造，一般是先制得鎢粉，再通過與炭黑混合、碳化等工序制成碳化鎢。然后以碳化鎢為硬質(zhì)相，鈷等為黏結(jié)相，經(jīng)一系列工藝制得硬質(zhì)合金。按照含鈷量的不同，硬質(zhì)合金可分為高鈷（20%～30%）、中鈷（10%～15%）和低鈷（3%～8%）三類。

被譽(yù)為“工業(yè)牙齒”的鎢基硬質(zhì)合金，一直是鎢的最大消費(fèi)領(lǐng)域。它主要應(yīng)用于切削工具、沖壓工具、模具、采礦機(jī)械和筑路工程機(jī)械等領(lǐng)域。

特種鎢鋼，“量力求才”是王道

鎢作為最重要的合金元素，極大地促進(jìn)了特種鋼的發(fā)展。鎢特鋼具有良好的耐高溫力學(xué)性能，被廣泛應(yīng)用于航天、航空、電子、電力、冶金、機(jī)械、體育器材等行業(yè)。

高速鋼是一種具有高硬度、高耐磨性和高耐熱性的工具鋼。高速鋼中添加的金屬元素一般是鎢、鉬、鉻、鈷、釩等，其中含鎢9%～24%。高速鋼也稱空氣硬化鋼，淬火時(shí)在空氣中冷卻也能使其硬化。

含有鎢、鈷和鉻的合金具有優(yōu)異的耐磨性能，可應(yīng)用于軸承、活塞等耐磨場合。含有鎢、銅或者含有鎢、銀的合金，具有耐高溫、強(qiáng)度高、耐電弧燒蝕、導(dǎo)電好、導(dǎo)熱好的特性，可應(yīng)用于高壓開關(guān)、斷路器、點(diǎn)焊電極以及微電子材料等。

在鎢合金中加入錸可以提高鎢的高溫性能，并具有良好的耐磨性和焊接性，可作為空間站的核反應(yīng)堆材料。某些含鎢合金還可用作火箭發(fā)動機(jī)的噴嘴擋板，其燃燒溫度可達(dá)3400℃以上。

鎢重合金，密度才是“砝碼”

鎢不但硬度很高，而且密度也很高，是生產(chǎn)鎢基高密度合金的理想材料。所謂鎢基高密度合金，是以鎢為基體（含鎢85%～99%）加入少量鎳、鐵、銅、鈷、鉬、鉻等元素組成的合金，密度可達(dá)16.5～19.0克每立方厘米。

高密度鎢合金在醫(yī)學(xué)上可用作輻射屏蔽材料，因此是保證人們免受輻射危害的新型材料。金屬材料吸收X射線及γ射線的能力與其密度大小成正比。之前多選用鉛作為醫(yī)用防輻射材料，其密度大約為11.3克每立方厘米。高密度鎢合金的密度要比鉛高出許多，意味著具有更高的吸收和阻擋射線的能力。

不同元素組成的鎢基高密度合金具有不同的密度，可用作電動機(jī)的減震器、手機(jī)的振動器、某些工具的振動阻尼塊、自動手表的擺錘、加速傳感器的慣性質(zhì)量塊等。

在航空航天工業(yè)中，鎢基高密度合金可用作平衡塊、減震器和升降控制器等。如衛(wèi)星、火箭、導(dǎo)彈、飛機(jī)等的導(dǎo)航陀螺儀的外緣轉(zhuǎn)子就是用鎢基高密度合金制作的，可以提高陀螺儀的穩(wěn)定性和控制精度。

看過飛鏢比賽的朋友是否想過，飛鏢是用什么材料制成的？在飛鏢專業(yè)比賽中，飛鏢主體部分就是用鎢基高密度合金材料制造的。這種材質(zhì)的飛鏢具有密度大、體積小、耐腐蝕、抗氧化等優(yōu)點(diǎn)。

為了芯片，鎢元素在行動

制造芯片離不開超高純?yōu)R射靶材。濺射靶材體量雖小，但卻是制備太陽能板、半導(dǎo)體、平板顯示器的核心材料之一。濺射靶材的作用就是給半導(dǎo)體穿一層“衣服”（鍍膜），不過這不是為了保護(hù)，而是為了導(dǎo)電。集成電路領(lǐng)域的濺射靶材純度要求在99.999%以上。

濺射靶材的種類很多，可以依據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類。其中，鎢濺射靶材按照化學(xué)成分不同可分為純鎢濺射靶材、鎢合金濺射靶材和氧化鎢濺射靶材。

電子特種氣體是制造大規(guī)模集成電路的關(guān)鍵材料，一向被稱作電子工業(yè)的“血液”，具有不可替代的作用。我國研制的高純六氟化鎢就屬于電子特種氣體，并打破了國外長達(dá)十幾年的壟斷。在鎢的氟化物中，六氟化鎢是唯一穩(wěn)定并被工業(yè)化生產(chǎn)的品種。在電子工業(yè)中，六氟化鎢可作為金屬鎢化學(xué)氣相沉積（CVD）工藝的原材料，特別是用它制成的硅化鎢可用作大規(guī)模集成電路的配線材料。此外，六氟化鎢還被廣泛用作氟化劑、聚合催化劑及光學(xué)材料的原料等。

我國是鎢資源第一大國，儲量占全球總量的58%。贛南是中國鎢業(yè)的發(fā)祥地，被譽(yù)為“世界鎢都”，是我國乃至全球鎢的主產(chǎn)區(qū)。現(xiàn)在，鎢產(chǎn)品已被廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、鋼鐵工業(yè)、航空航天、采油開礦和信息產(chǎn)業(yè)等諸多領(lǐng)域，是一種不可替代的重要戰(zhàn)略資源。