什么是粉末冶金难熔金属材料?

[拼音]：fenmo yejin nanrong jinshu cailiao

[外文]：refractory metals made by powder metallurgy

用粉末冶金方法生产的难熔金属（主要指钨、钼、钽、铌）及其合金材料。粉末冶金工艺是难熔金属，特别是钨、钼材料的主要生产工艺。

1903年德国博尔顿(W.von Bolton)制得钽丝，作为白炽灯丝。1909年美国库利吉(W.D.Coolidge)用粉末冶金制得钨丝取代钽丝，用于白炽灯。1910年用同样工艺制成钼丝，从而开拓了钨、钼粉末冶金的道路。早期钨、钼等难熔金属制品都是小尺寸的棒、丝、箔和带材，主要用于灯泡和电子工业。40年代以来，由于航空、航天和原子能等部门对高性能、大尺寸的难熔金属材料的需要，发展了真空冶炼技术，研制成大型等静压机和高温烧结炉(2400℃)，从而推进了粉末冶金工艺的发展。中国于50年代中期开始工业生产电光源和电子工业所需的钨、钼材料；50年代末60年代初又研制成钨铼合金丝、高比重合金和钨基触头材料；60年代中期建成大型冷等静压机和高温烧结炉，研制成和生产出一系列大型和高性能的钨、钼材料和制品。

同熔炼工艺比较，难熔金属粉末冶金工艺的优点是：能生产的合金种类多，制成的合金成分和组织均匀，晶粒尺寸小，工艺流程短，能耗低，材料收得率高。但这种方法生产的材料纯度不如真空冶炼法生产的高（间隙元素如碳、氧、氮等含量较高），因此影响了某些制品的性能。

粉末冶金钨、钼材料的制取工艺包括粉末的制取、压制、烧结和加工等工序。工业上采用氢气还原三氧化钨和三氧化钼制取钨粉和钼粉。还原工艺制度主要是根据生产粉末所要求的粉末粒度和粒度组成而定。还原温度愈高，所得钨粉和钼粉的粒度愈粗。制取细颗粒粉末一般采用二次还原:第一次是在较低温度(W550～800℃，Mo450～650℃)下把三氧化物还原为二氧化物，第二次再在较高温度(W750～900℃，Mo900～950℃)下把二氧化物还原为金属粉末。制取较粗的粉末采用一次还原，即在较高温度下把三氧化物直接还原为金属粉末，或者提高二次还原温度制得粗颗粒金属粉末。近年来发展还原蓝色氧化钨的工艺来制取钨粉。钨粉和钼粉的粒度对其压制性、烧结性及最终产品性能均有重要的影响。

由粉末制取致密的钨、钼产品的粉末冶金工艺工业上有两种途径：

（1）将钨粉或钼粉用金属模压制成坯条，再垂熔烧结，然后旋锻，再锻棒、拉丝或轧成片材；可用于制取小尺寸的丝、箔、带材。

（2）将钨粉和钼粉采用冷等静压成形，再烧结成坯料或成品，这种工艺能生产大尺寸和异形制件；如坩埚、模具、顶头和各种管材等。

粉末冶金难熔金属材料除了电子工业和灯泡工业大量应用的丝、带、管、片和棒材外，用量较大的还有玻璃工业上用的钼电极，无缝钢管穿孔用的钼钛锆合金顶头，高比重合金，钨铜、钨铜镍、钨镍铁、钨银假合金等。下面分别介绍这几种材料：

（1）电熔玻璃用钼电极。钼具有优异的耐熔融玻璃腐蚀的性能，用它来代替熔化玻璃的铂电极，使用效果很好，可节约贵金属铂，大大降低了生产费用。此项用途的用量占金属钼材的60％以上。粉末冶金纯钼电极是采用冷等静压成形，高温烧结(2000～2200℃)然后在1200～1250℃下热轧或热锻，制成板状或棒状电极。

（2）耐热钢无缝钢管穿孔用的钼钛锆合金顶头。现已生产两种粉末冶金的钼合金顶头：烧结态顶头和烧结－变形态顶头。粉末冶金顶头的晶粒细、塑性好，工作时不易产生裂纹，使用寿命长，穿管质量好。它是将钼粉与TiH2粉、ZrH2粉混合，冷等静压成形，高温（约2000℃）烧结制成，为进一步提高性能，可进行挤压或锻造加工。

（3）高比重合金。以钨为基（含钨量90～98％），添加少量的Fe、Ni、Cu等元素，通过液相烧结制得的合金，具有高的比重(16.5～18.8g/cm3)，故称为高比重合金。高比重合金分为W-Ni-Fe和W-Ni-Cu两大系列，由于它们具有高的比重、高的强度和强的吸收 X射线和γ射线能力，广泛用作惯性元件、穿甲d芯和放射性物质的储存器和屏蔽。由于 W中添加了Ni、Fe等元素，因此在烧结过程中出现液相，使其烧结温度大大降低，造成所谓“活化烧结”。工业上生产高比重合金的烧结温度一般为1400～1550℃。

（4）钨铜、钨银假合金。钨和铜（或银）不发生合金化(不形成固溶体)，也不形成化合物，其物理性质相差极大，无法用熔炼工艺制取，而只能用粉末冶金方法制取。它们是具有两相结构、综合两种金属性能的复合材料，所以称为“假合金”。这类假合金耐电弧烧蚀性高，抗熔焊性好，有良好的导电、导热性，早在20世纪30年代就被用作电器开关的接点（触头）。W-Ag比W-Cu的接触电阻低，多用作接触器接点，W-Cu多用作高压断路器的触头，特别是W-20Cu用作高压断路器触头是最成功的材料（见粉末冶金电工材料）。W-Cu还用作电阻焊和电火花加工的电极。由于在高温下，W-Ag和W-Cu中的Ag或Cu具有发汗冷却作用，所以60年代以来又被用作固体燃料火箭发动机的燃气喷口喉衬，使用温度可达3000℃以上。

参考书目

Stephen W.H. Yih，Tungsten: Sources，metallurgy，Properties and Application，Plenum，New York，1979.F. V. Lenel，Powder metallurgy Principles and Applications，metal Powder Industries Federation，Princeton，New Jersey，1980.