Вольфрам: исторические применения и современные инновации

Взгляд назад на вольфрам circa 2007 года по материалам ITIA

Международная ассоциация вольфрамовой индустрии (ITIA) — авторитетная организация, в которой наши коллеги из Nippon Tungsten состоят много лет. Пока Metal Cutting экспертизирует в резке вольфрама и создании точных деталей из кованых прутков и тонкой проволоки, ITIA фокусируется на порошковых и тоннажных аспектах.

Однако ITIA интересна всем в вольфрамовый бизнесе: уникальные свойства — температура плавления 3422 °C, низкое паровое давление (> 1650 °C), высокая прочность на разрыв — делают материал незаменимым в широком спектре применений.

Нашлось старое издание ITIA «День семьи с вольфрамом» — решили обновить его. Прошло более десятилетия: вот как применения вольфрама 2007 года, переживаемые теоретической семьей из четырех (отец, мать, двое детей), прошли испытание временем.

Дома утром

День 2007 года начался с раннего пробуждения отца от вибрации мобильного под подушкой. Тип телефона в статье давно ушел — сменили тончайшие смартфоны. Но механизм: крошечная вольфрамовая деталь, вращаемая электрическим микромотором для создания вибрации — все еще используется сегодня.

Отец тихо ходил по дому, отмечая освещение: мягкое свечение прикроватной лампы с 15-ваттной лампой накаливания на вольфрамовой нити и яркие галогенные споты с высокопроизводительными вольфрамовыми проволоками.

Реальность сегодня: лампы накаливания с нитью накала уходят в прошлое, даже КЛЛ уступают место эффективности LED. (Настолько нить накала важна для нашего бизнеса, но мы не отрицаем LED!)

Вольфрам на дороге

В машине, ехав в аэропорт, отец включил обогрев лобового стекла — вольфрамовые нити в лобовом и заднем стеклах. Это применение не прижилось в автопроме США, но широко использовалось в Европе. Сейчас Metal Cutting поставляет вольфрамовые нити для обогрева лобовых стекол в авиации.

Отец отметил неожиданно гладкую работу 10-цилиндрового дизеля — почти 10 кг вольфрама вокруг коленчатого вала для демпфирования вибраций. Такая мысль ушла в прошлое вместе с 10-цилиндровыми дизелями в пользу легких и энергоэффективных авто.

Уклонившись от столкновения, отец нажал на клаxon — применение, тогда и сейчас требующее протекания тока и зависящее от выключателей из чистого вольфрама, что в свою очередь требует экспертизы в резке вольфрама.

В предрассвете тонкий слой вольфрамового бронза на зеркале заднего вида снижал слепоту от фар сзади. Это тоже используется сегодня.

Начался снег — отец вспомнил тестя в Финляндии, где шипы из цементированного вольфрамокарбида в шинах — и тогда, и сейчас полезны на льду (где закон разрешает). Твердость и износостойкость шипов предотвращают заносы.

Сейчас авто насыщены активными системами безопасности для повышения и безопасности, и производительности.

Подъезжая к аэропорту, отец увидел грузовики с ярлыками об экологичном оборудовании. Катализаторы DeNOx, тогда и сейчас на многих грузовых дизелях, снижают оксиды азота в выхлопах. Катализаторы из керамики, содержащей вольфрам — два материала, хорошо работающие вместе благодаря ультравысокой температуре плавления вольфрама.

Идеально размерные отверстия в дизельных форсунках для таких грузовиков делаются нашими вольфрамовыми электродами. Мы шлифуем отверстия с допуском по диаметру 0,5 мкм для максимизации полного сгорания и снижения выбросов сажи.

Вольфрам в воздухе

Садясь в самолет у крыла, отец заметил турбинные лопатки. В высокотемпературной зоне двигателя лопатки тогда и сейчас делаются из вольфрамосодержащих суперсплавов — еще одно применение, выигрывающее от высокой температуры плавления.

Во время взлета он смотрел в иллюминатор на механизм крыльев и элеронов. В 2007 и сегодня вольфрамовые тяжелые контровеса — часть механизма управления усилием на элеронах.

Иронично: сегодня мы платим за багаж и доплату за перевес, а самолеты полны тяжелых контровесов из вольфрамовых сплавов. Но они точно инженерированы для конкретных мест и безопасности — не жалуемся.

Отец достал ноутбук и iPod для работы и встречи. Устройства эволюционировали невероятно за десятилетие, но вольфрам все еще интегрален к их производству:

• Печатные платы внутри обрабатываются цементированными карбидными фрезами и микродрелями;
• Интегральные схемы используют вольфрамовые проводящие проволоки/пробки и вольфрамсилицид для гейтов;
• Вольфрамомолибденовые сплавы — в производстве дисплеев;
• Зонды из вольфрама или вольфрамрения тестируют каждый чип на уровне вейфера — гарантия, что в дальнейшее производство идут только рабочие чипы.

Вольфрам в медицинских и стоматологических применениях

Для матери семьи ITIA описала важные визиты с вольфрамом. Поход в больницу на КТ позвоночника для диагностики хронической боли в спине. Хотя МРТ сейчас чаще, тогда и сейчас КТ генерирует 3D-изображения через рентгеновские трубки с вольфрамовым электродом и вращающимся анодом из вольфрама или вольфрамрениевого сплава. Также вольфрам в экранировании всего КТ-аппарата.

После хороших результатов КТ — к стоматологу. Панорамный снимок зубов — снова вольфрамовые аноды в рентгенаппарате. Кальциевый вольфрамат как люминофор в рентгенопленке. Тяжелый защитный фартук матери — вольфрамовый порошок в латексе, экранирующий излучение, экологичнее свинца.

Сегодня цифровая визуализация чаще пленки, но база рентгена та же. В США стоматологи все еще используют свинцовые фартуки. Не было бы здорово, если бы перешли на экологичный вольфрам?

Возврат к 2007: плохие новости — маме нужно удаление нерва! Большинство бормашин для чистки и формирования — из мелкозернистого, сверхострых цементированного карбида. Тогда и сейчас: этот материал дает меньше трения — меньше тепла, меньше боли для пациента. Наконец, хорошие новости для мамы.

Вольфрам в течение учебного дня

Двое детей ушли в школу поездом. Двигатель содержал высоковольтные выключатели с контактными зонами из медновольфрамовых деталей — устойчивы к искровому эрозии благодаря высокой температуре плавления вольфрама.

Цементированные карбидные филиры для изготовления контактной сети и всех проводов двигателя. Тонкие медные листы двигателя и трансформаторов вырезались карбидными инструментами. Сегодня эти применения вольфрама остаются стандартом.

В поезде сын готовился к физике: читал о вольфраме в материалах первой стенки термоядерных реакторов (ITER). Проект был в планировании тогда и ВСЕ ЕЩЕ на стройке сейчас (www.iter.org).

За окном — открытый угольный карьер с гигантскими ковшами и системами на цементированных вольфрамокарбидных фитингах. Экономика угля неблагоприятна, но такое оборудование все еще используется в добыче и использует вольфрамокарбид.

В школе сын забыл канцтовары и попросил у сестры блокнот и шариковую ручку. Сегодня ноутбуки и гаджеты вытеснили бумагу, но в 2007 и сейчас вольфрамовые покрытые валы используются в производстве бумаги, а карбидные ножи — для точной резки листов блокнота. Корозияустойчивый карбид все еще формирует шарик шариковой ручки — точно спроектирован для нужной шероховатости, чтобы нести достаточно чернил и катиться по бумаге без скольжения.

Вольфрам на досуге

После дня с КТ, стоматологом и удалением нерва мать наконец передышала: свидание с подругами на гольфе. Посмотрела на часы — подарок мужа, сверхстойкий к царапинам модель из вольфрамокарбида, с механическим ходом и вольфрамовым тяжелым сплавом для автоматической заводки. Счастливый случай — возможно, она носит их до сих пор.

Гольф дала шанс попрактиковаться с новым драйвером: вольфрамовые тяжелые винты для улучшения характеристик, чтобы улучшить геймплей. Рад новым мячам на день рождения: с вольфрамовой оболочкой во внешнем слое, при правильном ударе дают крутой спин. Поскольку было холодно и земля твердая, ценила цементированные карбидные шипы на гольфовой обуви. Сегодня такие применения вольфрама — среди множества технологических преимуществ, которых гольфисты ищут в погоне за идеалом.

Пока дочь после школы бегала с весами на руках и ногах для эффективности тренировки. Тогда и сейчас такие веса часто из вольфрама: высокая плотность дает вес в компактном исполнении, опираются на экспертизу Metal Cutting в резке вольфрама.

Сын днем в юношеском клубе играл в дротики из вольфрамого тяжелого металла — позволяет тонкий дизайн и стабильную траекторию.

Вольфрам в общей промышленности

В течение дня история семьи затрагивала широкий спектр других применений вольфрама в промышленности — актуальных сейчас:

• Вольфрамовые проволоки для зарядных (коронных) проводов в лазерных принтерах и ксероксах;
• Цементированные вольфрамокарбидные инструменты для обработки блоков двигателей авто и титановых деталей для крыльев и шасси самолетов;
• Поликристаллический алмаз на вольфрамокарбидных пластинах для резки углепластика для крыльев самолетов;
• Тяжелая дорожно-строительная техника с карбидными долото и другими вольфрамовыми компонентами;
• Высокопроизводительные трансформаторы и выключатели электростанций из медновольфрама;
• Дробилка для древесных опилок с карбидными ножами — более износостойкие, чем сталь.

Возвращение домой в конце «дня с вольфрамом»

Семья собралась дома к концу дня — еще применения вольфрама на виду. Мать и дочь повесили новые шторы, негорючие благодаря встроенному метатунгату натрия в ткани. Отец и сын делали DIY — новую ванную с плиткой, отражающей свет благодаря оксиду вольфрама и металлическому вольфраму в глазури. Инструменты: карбидный плиточнoreз и дрель с карбидными сверлами.

Мать готовила ужин, используя карбидную точилку для ножей, отец (аудиофил) тестировал новую покупку — виниловую проигрыватель с:

• Вольфрамовым контровесом для настройки тона и демпфирования вибраций;
• Четырьмя тяжелыми ножками из тяжелого сплава для демпфирования вибраций вращающегося диска.

После ужина семья пошла в кино на последнюю триллер в широком формате, с ясностью и яркостью ксеноновых дуговых ламп с вольфрамовыми электродами.

И пока семейный день заканчивался под свечением вольфрамовых нитей накаливания — приложение, которое должно теплое свечение резистивности вольфрама, но сейчас не так часто из-за КЛЛ и LED — почти все остальные применения вольфрама остаются такими же актуальными.

Есть ли вольфрам в вашем будущем?

Это наш взгляд на эволюцию применений вольфрама за десятилетие. Согласитесь — вольфрам остается одним из самых широко используемых и полезных рефрактерных металлов.

Как компания, знающая, как резать вольфрам и использовать его оптимально, Metal Cutting поможет определить, подходят ли свойства вольфрама (высокая температура плавления и др.) для вашего текущего или планируемого применения — просто позвоните.

Основы вольфрамовой проволоки, ее свойств и применений в нашем бесплатном руководстве Tungsten Wire 101: Overview of a Uniquely Useful Material.