Вольфрам металл ұнтағының қасиеттері

Вольфрам ұнтағының өнімділігі кейінгі өнімдердің өңдеу өнімділігіне және сапасына айтарлықтай әсер етеді. Сондықтан қатты қорытпалы кен орны да, вольфрам материалын өңдеу саласы да вольфрам ұнтағының химиялық тазалығы мен физикалық қасиеттеріне сәйкес талаптарды қойды, әсіресе физикалық қасиеттерге қойылатын талаптар артып келеді. 

Химиялық тазалық

Цементтелген карбид пен вольфрам өнімдерін өндіру кезінде вольфрам ұнтағының химиялық тазалығы салыстырмалы түрде жоғары болуы керек. Вольфрам ұнтағындағы қалдық қоспа элементтері өнімнің өңдеу өнімділігіне және қызмет көрсету көрсеткіштеріне әсер етеді. Әсері өте күрделі, кейбіреулері зиянды, ал кейбіреулері пайдалы. Қазіргі зерттеулер Ca, Mg, P, As, Si, S, Fe, Ni, Cu, Al және Mo қорытпаның беріктігін төмендетеді, ал K және Na WC дәндерінің өсуіне ықпал етеді. V және Cr, керісінше, дәндердің өсуін тежейді. Егер WO құрамындағы Mo мөлшері 0,5%-дан асса, бұл қорытпаның иілу беріктігінің төмендеуіне әкеледі. Қазіргі уақытта өндірілетін вольфрам ұнтағы сорттарының көпшілігінде қалдық металдық қоспалардың мөлшері (қоспалар ретінде қосылғандарды қоспағанда) он мыңнан бірнеше бөлікке дейінгі аралықта болады. 

Вольфрам ұнтағындағы оттегі карбидтермен әрекеттесіп, карбидтерден көміртекті сіңіріп, цементтелген карбидтің көміртексізденуін тудыруы мүмкін. Қорытпа қатты көмірсізденген кезде γ фазасы пайда болып, қорытпаны сынғыш етеді. Реакциядан бөлінетін газ қорытпаның кеуектілігін арттырады және оның беріктігін төмендетеді. Әр түрлі қалпына келтіру процестері мен жабдықтарына байланысты вольфрам ұнтағындағы оттегінің мөлшері әдетте 0,05% және 0,5% арасында болады және вольфрам ұнтағының бөлшектерінің мөлшерінің азаюымен және меншікті бетінің ұлғаюымен артады. Сондықтан ұсақ түйіршікті вольфрам ұнтағының құрамындағы оттегіге деген талап тиісті түрде жеңілдетілуі керек. Вольфрам ұнтағына қойылатын химиялық тазалық талаптары 4-1 кестеде, ал оттегінің мөлшері 4-2 кестеде көрсетілген.

Вольфрам ұнтағындағы қоспа элементтері шикізаттан келуі немесе өндіріс процесінде енгізілуі мүмкін. Сондықтан процесс барысында материалдардың ластануын болдырмаудың маңызы зор. Мысалы, АПТ шикізаты ретінде вольфрам ұнтағын өндіру кезінде материалдар күйдіргіш пешпен, редукциялық пеш түтіктерімен және тигельдермен тікелей жанасады, нәтижесінде Fe, Ni, Cr, Si сияқты қоспалардың мөлшері артады, ал химиялық тазалығы төмендейді. Олардың мазмұны белгілі бір деңгейге жеткенде немесе олар жеткілікті мөлшерде жинақталғанда, олар кейіннен өңдеу немесе пайдалану үшін ақаулардың көздеріне айналуы мүмкін. Сондықтан вольфрам ұнтағының тазалығын қамтамасыз ету үшін АПТ шикізатының сапасын қатаң бақылаумен қатар, процесс кезінде ластануды болдырмау да өте маңызды. 

2. Физикалық қасиеттер

Металл вольфрам ұнтағының физикалық қасиеттеріне негізінен бөлшектердің орташа өлшемі, бөлшектердің мөлшерінің таралуы, бөлшектердің агрегация дәрежесі, бөлшектердің морфологиясы, бетінің меншікті ауданы, массалық тығыздық, тығыздалған тығыздық және Холл ағынының жылдамдығы және т.б. кіреді. 

(Орташа бөлшектердің мөлшері және бөлшектердің мөлшерінің таралуы)

Цементтелген карбид немесе вольфрам өнімдері болсын, вольфрам ұнтағының орташа бөлшектерінің өлшемі мен бөлшектердің мөлшерін бөлуге қатаң талаптар қойылады. Цементтелген карбид саласында W ұнтағының бөлшектерінің мөлшері мен бөлшектердің мөлшерінің таралуы өндірілген WC ұнтағының бөлшектердің өлшемі мен бөлшектердің өлшемдерінің таралуына тікелей әсер етеді. WC ұнтағының бөлшектерінің мөлшері цементтелген карбид өнімдерінің өнімділігіне одан әрі әсер етеді. 

Зерттеу WC ұнтағының қасиеттері W ұнтағымен шектелетінін анықтады. W ұнтағы WC түзу үшін көміртектенгеннен кейін бөлшектердің өлшемі аздап өзгереді. Дөрекі, орташа және ұсақ бөлшектердің мөлшеріндегі дәретхана ұнтағын өндіру үшін дөрекі, орташа және ұсақ бөлшектері W ұнтағын пайдалану қажет. Біркелкі емес W ұнтағының карбонизациясы біркелкі емес WC ұнтағының пайда болуына әкеледі. Дөрекі, орташа және ұсақ бөлшек W ұнтағын көміртендіруден кейінгі ұнтақ бөлшектерінің өлшемдерінің өзгеруі 4-3 кестеде көрсетілген.

Вольфрам ұнтағының бөлшектерінің өлшеміне қойылатын талаптар әртүрлі пайдаланушылар арасында өзгереді. Қатты қорытпа өрісі үшін, әртүрлі мақсаттарда қолданылатын қатты қорытпалардың әртүрлі түрлері үшін, қолданылатын WC ұнтағының әртүрлі бөлшектерінің өлшемдеріне байланысты, шикізаттың W ұнтағының орташа бөлшектерінің өлшемі мен бөлшектердің өлшемдік құрамына әртүрлі талаптар қойылады. Барлық кескіш құралдар W ұнтағы мен дәретхана ұнтағының ұсақ бөлшектердің өлшемі мен тар бөлшектердің таралуын қажет етеді. Соққы құралдары W ұнтағы мен дәретхана ұнтағының бөлшектердің кеңірек таралуымен дөрекі болуын талап етеді. Ірі түйіршікті дәретхананы дайындау үшін қолданылатын бөлшектердің орташа мөлшері 25,8 мкм құрайды. W ұнтағының репрезентативті бөлшектер өлшемі бойынша таралуы 4-1 суретте көрсетілген.

Вольфрам материалын өңдеу үшін вольфрам ұнтағының орташа бөлшектерінің мөлшері мен бөлшектердің мөлшерінің таралуы кейінгі өнімдердің престеу өнімділігіне, жасыл дененің тығыздығына (басылған дене деп те аталады) және агломерациялау өнімділігіне әсер етеді. Ұнтақ бөлшектерінің өлшемі кішірек және күрделі пішіндер бөлшектер арасында үлкен үйкеліске әкеледі, бұл жасыл дененің тығыздығының төмендеуіне әкеледі. Бөлшек өлшемдерінің таралуы неғұрлым тар болса, бөлшектер соғұрлым бос орналасады. Бөлшектердің мөлшерінің кеңірек таралуы немесе тіпті әртүрлі орташа бөлшектердің ұнтақтарын араластыру бөлшектердің жақсы орналасуына қол жеткізуге және жоғары жасыл дене күшін алуға болады. Вольфрам материалын өңдеу саласында вольфрам ұнтағының орташа бөлшектерінің мөлшері әдетте 2-ден 6 мкм аралығында болуы керек. 

Ұнтақ бөлшектерінің мөлшерін және бөлшектердің мөлшерін бөлуді анықтаудың көптеген әдістері бар. Вольфрам ұнтағында Фишер аппараты мен лазерлік бөлшектердің өлшемін талдағыш кеңінен қолданылады. Дегенмен, осы екі өлшеу әдісінің әртүрлі принциптеріне байланысты бір ұнтақтан алынған өлшенген мәндер әртүрлі болуы мүмкін. Сондықтан вольфрам ұнтағының бөлшектерінің өлшемі әдетте Фишерстің орташа бөлшектерінің өлшемі немесе лазерлік орташа бөлшектердің өлшемі ретінде көрсетілуі керек. Сонымен қатар, «жеткізілген күйдегі» вольфрам ұнтағы әдетте өндіріс жағдайларына байланысты агломерацияның әртүрлі дәрежесіне ие екенін атап өткен жөн. Осындай үлгілерді пайдаланып өлшенген вольфрам ұнтағының орташа бөлшектерінің мөлшері ұнтақтың нақты бөлшектерінің өлшемінен өзгеше болуы мүмкін. Мысалы, кейбір түтіккен ұсақ вольфрам ұнтағының «берілген күйдегі» бөлшектерінің мөлшері 1-2 мкм, ал деполимеризация мен дисперсиядан кейін мәні 0,4-0,5 мкм-ге дейін төмендейді. Бөлшек өлшемдері 1-10 мкм диапазондағы вольфрам ұнтағы үшін көп жағдайда «жеткізілген күй» бөлшектерінің өлшемін өлшеу өндіріс талаптарына жауап бере алады. Субмикронды вольфрам ұнтағы және дөрекі вольфрам ұнтағы үшін бөлшектердің өлшемін дәлірек сипаттау үшін бөлшектердің орташа өлшемі мен бөлшектердің мөлшерін бөлу сынақтары үшін «ұнтақтау күйі» үлгілері пайдаланылуы керек. 

ТВольфрам ұнтағының бөлшектерінің мөлшері оның бөлшектерінің өлшеміне байланысты. Жалпы, вольфрам ұнтағының орташа бөлшектерінің мөлшері неғұрлым үлкен болса, соғұрлым бөлшектер мөлшерінің таралуы кеңірек болады. Өндірісте дымқыл сутекті пайдалану немесе вольфрам оксидіне сілтілі металл қосылыстарын қосу сияқты бөлшектердің белгілі бір өлшемі үшін бөлшектердің өлшемін үлкейтіп, бөлшек өлшемдерінің таралу ауқымын тар бақылауға болады. Бөлшек өлшемдерінің таралуын анықтау көбінесе «негізгі күй» үлгілері арқылы жүзеге асырылады. 

Вольфрам ұнтағының орташа бөлшектерінің мөлшері әдетте оның диаметрімен (микрометрмен) көрсетіледі. Алайда өндірістік тәжірибеде кейбір жартылай сандық ұғымдар жиі қолданылады. Жалпы классификацияларға мыналар жатады: 

Өте ірі бөлшектер: Бөлшектердің орташа мөлшері > 30 мкм; 

30 мкм; 

Дөрекі бөлшектер: Бөлшектердің орташа мөлшері 10-30 мкм; 

Орташа өлшемді бөлшектер: Бөлшектердің орташа мөлшері 3-тен 10 мкм; 

Ұсақ бөлшектер: Бөлшектердің орташа мөлшері 0,5 - 3 мкм; 

Өте ұсақ бөлшектер: бөлшектердің орташа мөлшері

(2) Агрегация дәрежесі

Ұнтақтардың біріктіру дәрежесі әдетте «берілген күй» ұнтақтар мен «ұнтақ күйдегі» ұнтақтардың арасындағы бөлшектердің өлшемдерінің айырмашылығымен сипатталады. Ұсақ вольфрам ұнтағының агрегаттық дәрежесі әдетте дөрекі вольфрам ұнтағына қарағанда жоғары. Вольфрам материалын өндіру үшін агрегаттық дәрежесі жасыл бөліктің беріктігіне тікелей әсер етеді. WC өндіріс процесінде w ұнтағының агрегация дәрежесі көміртегінің таралуының біркелкілігіне әсер етеді. 

(3) Бөлшектердің морфологиясы

Вольфрам ұнтағының бөлшектерінің морфологиясы оның престеу өнімділігіне және жасыл дененің беріктігіне әсер етеді. Бөлшектердің біркелкі емес морфологиясы бөлшектердің өзара байланысына әкеледі, осылайша жасыл дененің беріктігін арттырады. Сфералық вольфрам ұнтағы жақсы өтімділікке ие және әсіресе материалдарды шашырату үшін қолайлы. Сол сияқты, WC дайындау кезінде вольфрам ұнтағының морфологиясы WC ұнтағының морфологиясына да әсер етеді. 

(4) Беттің ерекше ауданы

Вольфрам ұнтағының бірлік массасына ие жалпы бетінің ауданы вольфрам ұнтағының меншікті бетінің ауданы деп аталады, ол әдетте m2·g-1 бірліктерімен көрсетіледі. Вольфрам ұнтағының меншікті бетінің ауданы әдетте 0,01-ден 12 м2·г-1-ге дейін ауытқиды. Ол жанама түрде вольфрам ұнтағының бөлшектерінің өлшемін және морфологиясын көрсетеді және вольфрам ұнтағын карбонизациялау процесі кезінде агломерациялық белсенділікті, еріту сипаттамаларын және газ тәрізді және қатты заттармен реакция қабілетін бағалау үшін маңызды көрсеткіш болып табылады. 

(5) Бос тығыздық және тығыздалған тығыздық

Вольфрам ұнтағының борпылдақ тығыздығы және нығыздалған тығыздығы ұнтақтың орташа бөлшектерінің мөлшері ұлғайған сайын артады. Белгілі бір зауытта өндірілген вольфрам ұнтағының бос тығыздығы мен оның Фишердің орташа бөлшектерінің мөлшері арасындағы байланыс 4-4 кестеде көрсетілген. Ұнтақтың бөлшектердің мөлшері бойынша таралуы неғұрлым тар болса, бөлшектердің морфологиясы күрделірек, ал агрегация неғұрлым ауыр болса, соғұрлым борпылдақ тығыздық аз болады. Әдетте, азайту процесінің технологиялық параметрлерін оны басқару үшін реттеуге болады.

(6) Сұйықтық

Вольфрам ұнтағының өтімділігіне бөлшектердің өлшемі, бөлшектердің мөлшерінің таралуы және бөлшектердің морфологиясы әсер етеді. Ұнтақ бөлшектері неғұрлым дөрекі болса, бөлшектер соғұрлым дөңгеленеді және беті тегіс болса, соғұрлым сұйықтық жақсырақ болады. Вольфрам ұнтағының өтімділігі әдетте Холл ағынының жылдамдығымен өлшенеді, ол 50 г вольфрам ұнтағының Холл шығын өлшегішіндегі белгілі бір кішкене тесік арқылы ағуына кететін уақыт ретінде көрсетіледі. Ұнтақтың сұйықтығы престеу процесіндегі көлемдік жүктемеге және құйма тығыздығының біркелкілігіне тікелей әсер етеді. 

(7)Қысымдылық

Сығымдау вольфрам ұнтағының белгіленген престеу жағдайында сығу қабілетін білдіреді. Ол әдетте белгіленген майлау жағдайында стандартты қалыптарда өлшенеді және белгіленген қысымдағы престелген өнімнің ұнтақ тығыздығымен көрсетіледі. Оны престеу қысымымен басылған өнімнің тығыздығының өзгеруін көрсететін қисық графикпен де көрсетуге болады. 

(8) Қалыптастырушылық