什么是鎢？

      鎢是一種金屬元素。鎢的化學(xué)元素符號是W，原子序數(shù)是74，相對原子質(zhì)量為183.85，原子半徑為137皮米，密度為19.35克/每立方厘米，屬于元素周期表中第六周期（第二長周期）的VIB族。鎢在自然界主要呈六價(jià)陽離子，其離子半徑為0.68×10-10m。由于W6+離子半徑小，電價(jià)高，極化能力強(qiáng)，易形成絡(luò)陰離子，因此鎢主要以絡(luò)陰離子形式[WO4]2-，與溶液中的Fe2+ 、Mn2+ 、Ca2+等陽離子結(jié)合形成黑鎢礦或白鎢礦沉淀。經(jīng)過冶煉后的鎢是銀白色有光澤的金屬，熔點(diǎn)極高，硬度很大，蒸氣壓很低，蒸發(fā)速度也較小，化學(xué)性質(zhì)也比較穩(wěn)定。這是我們理解什么是鎢的基礎(chǔ)。

      鎢是一種有色金屬。通常人們根據(jù)金屬的顏色和性質(zhì)把金屬分成兩大類：黑色金屬和有色金屬。黑色金屬主要指鐵、錳、鉻及其合金，如鋼、生鐵、鐵合金、鑄鐵等。黑色金屬以外的金屬稱為有色金屬。鎢則屬于有色金屬范疇。有色合金的強(qiáng)度和硬度一般比純金屬高，電阻比純金屬大，電阻溫度系數(shù)小，具有良好的綜合機(jī)械性能。因此，作為一種有色金屬，鎢的強(qiáng)度和硬度非常高。由于這種特性，具有硬度高、耐磨性強(qiáng)的鎢硬質(zhì)合金被大規(guī)模應(yīng)用于切削工具、礦山工具中。

      鎢是一種難熔金屬。一般熔點(diǎn)高于1650℃并有一定儲(chǔ)量的金屬以及熔點(diǎn)高于鋯熔點(diǎn)（1852℃）的金屬稱為難熔金屬。典型的難溶金屬有鎢、鉭、鉬、鈮、鉿、鉻、釩、鋯和鈦。作為一種難熔金屬，鎢最重要的優(yōu)點(diǎn)是有良好的高溫強(qiáng)度，對熔融堿金屬和蒸氣有良好的耐蝕性能，鎢只有在1000℃以上才出現(xiàn)氧化物揮發(fā)和液相氧化物。但是，它同時(shí)也具有塑性－脆性轉(zhuǎn)變溫度較高，在室溫下難以塑性加工的缺點(diǎn)。以鎢為代表的難熔金屬在冶金、化工、電子、光源、機(jī)械工業(yè)等部門得到了廣泛應(yīng)用。

      鎢是一種稀有金屬。稀有金屬通常指在自然界中含量較少或分布稀散的金屬。鎢是一種分布較廣泛的元素，幾乎遍見于各類巖石中，但含量較低。鎢在地殼中的含量為0.001%，在花崗巖中含量平均為1.5×10-6，這種特性導(dǎo)致其提取難度非常大，通常只能用有機(jī)溶劑萃取法及離子交換法分離提取。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步與冶金工藝、設(shè)備和分析檢測技術(shù)的發(fā)展以及稀有金屬生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，使得鎢的純度不斷提高，性能不斷改進(jìn)，品種不斷增多，從而擴(kuò)大了鎢的應(yīng)用領(lǐng)域。我國鎢礦資源豐富，鎢的產(chǎn)量和出口總量均占世界第一。

      鎢是一種戰(zhàn)略金屬。眾所周知，稀有金屬是國家的重要戰(zhàn)略資源，而鎢是典型的稀有金屬，具有極為重要的用途。它是當(dāng)代高科技新材料的重要組成部分，一系列電子光學(xué)材料、特殊合金、新型功能材料及有機(jī)金屬化合物等均需使用獨(dú)特性能的鎢。用量雖說不大，但至關(guān)重要，缺它不可。因而廣泛用于當(dāng)代通訊技術(shù)、電子計(jì)算機(jī)、宇航開發(fā)、醫(yī)藥衛(wèi)生、感光材料、光電材料、能源材料和催化劑材料等。我國在以鎢為代表的稀有金屬方面采取限制開采和限制出口的措施導(dǎo)致了我國與美國、歐盟的糾紛不斷，由此可見，鎢的戰(zhàn)略意義非同一般。

鎢的物理性質(zhì)

      鎢在工業(yè)上的獲得是通過氧化鎢與氫或者碳的反應(yīng)分解得來的。純鎢是一種介于灰白色和錫白色之間的金屬。純鎢能夠用鋼鋸切割，也能夠被鍛造，旋轉(zhuǎn)，拉伸和擠壓。不純的鎢比較脆弱，也很難做到這些。鎢的熔點(diǎn)在所有金屬里面是最高的，在溫度超過1650℃時(shí)擁有最大的抗拉強(qiáng)度。金屬在空氣中會(huì)被氧化，必須保存在高溫中。鎢有很好的抗腐蝕性，大部分的礦物酸只能對它造成輕微的腐蝕。

鎢的物理性質(zhì)具體如下：

元素符號：W 　　
原子序數(shù)：74 　　
核電荷數(shù)：74 　　
CAS：7440-33-7[1] 　　
穩(wěn)定同位素及其所占百分比：180(0.14)；182(26.41)； 183(14.40)；184(30.64)；186(28.41)    
原子體積:(立方厘米/摩爾)9.53 　　
相對原子質(zhì)量：183.84 　　
元素在太陽中的含量：(ppm) 0.004% 　　
元素在海水中的含量：(ppm) 0.000092% 　　
自由原子的電子層結(jié)構(gòu)：1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f145s25P65d46S2 　　
原子半徑：137pm 　　
外圍電子層排布： 5d4 6s2 　　
電子層 ：K-L-M-N-O-P 　　
聲音在其中的傳播速率：（m/S）4620 　　
氧化態(tài)：Main W-4, W-2, W-1, W0, W+2, W+3, W+4, W+5, W+6 　　
電離能 (kJ /mol)：M - M+ 770 M+ - M2+ 1700 M2+ - M3+ 2300 M3+ - M4+ 3400 M4+ - M5+ 4600 M5+ - M6+ 5900 　　
第一電離能：775kJ/mol。 　　
電負(fù)性：1.7。 　　
密度：19.35克/每立方厘米。 　　
晶體結(jié)構(gòu)及晶格常數(shù)： 　　
α-W：晶胞為體心立方晶胞，每個(gè)晶胞含有2個(gè)金屬原子。β-W：立方晶格 a=5.046 nm（630℃以下  
晶胞參數(shù)： 　　
a = 316.52 pm 　　
b = 316.52 pm 　　
c = 316.52 pm 　　
α = 90° 　　
β = 90° 　　
γ = 90° 　　 
熔點(diǎn)：3410±20℃ 　　
沸點(diǎn)：5927℃ 　　
莫氏硬度：7.5 　　
熔化潛熱：40.13±6.67kJ/mol 　　
升華熱：847.8 kJ/mol(25℃) 　　
蒸發(fā)熱：823.85±20.9kJ/mol(沸點(diǎn)) 　　
電阻溫度系數(shù)：0.00482 I/℃  
電子逸出功：4.55 eV 　　
熱中子俘獲面：19.2 b 　　
彈性模量：35000—38000 MPa(絲材) 　　
扭力模量：～36000Mpa 　　
體積模量：3.108×1011－1.579×107t+0.344×103t2 Pa 　　
剪切模量：4.103×1011－3.489×107t+7.55×103t2 Pa 　　
壓縮性：2.910－7 cm/kg 　　
鎢有兩種變型，α和β。在標(biāo)準(zhǔn)溫度和常壓下，α型是穩(wěn)定的體心立方結(jié)構(gòu)。β型鎢只有在有氧存在的條件下才能出現(xiàn)。它在630℃以下是穩(wěn)定的，在630℃以上又轉(zhuǎn)化為α鎢，且這一過程是不可逆的。

鎢的化學(xué)性質(zhì)

      鎢是稀有高熔點(diǎn)金屬，屬于元素周期表中第六周期（第二長周期）的VIB族。

      鎢是一種銀白色金屬，外形似鋼。鎢的熔點(diǎn)高，蒸氣壓很低，蒸發(fā)速度也較小。鎢的化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定，常溫時(shí)不跟空氣和水反應(yīng)，不加熱時(shí)，任何濃度的鹽酸、硫酸、硝酸、氫氟酸甚至王水對鎢都不起作用，當(dāng)   溫度升至80°—100°C 時(shí)，上述各種酸中，除氫氟酸外，其它的酸對鎢發(fā)生微弱作用。

      常溫下，鎢可以迅速溶解于氫氟酸和濃硝酸的混合酸中，但在堿溶液中不起作用。在有空氣存在的條件下，熔融堿可以把鎢氧化成鎢酸鹽，在有氧化劑（NaNO3、NaNO2、KClO3、PbO2）存在的情況下，生成鎢酸鹽的反應(yīng)更猛烈。高溫下鎢能與氯、溴、碘、碳、氮、硫等化合，但不與氫化合。

鎢的用途

       鎢及鎢合金的用途相當(dāng)廣泛，鎢是現(xiàn)代工業(yè)、國防及高新技術(shù)應(yīng)用中的極為重要的功能材料之一，并廣泛應(yīng)用于航天、原子能、船舶、汽車工業(yè)、電氣工業(yè)、電子工業(yè)、化學(xué)工業(yè)等諸多領(lǐng)域。鎢大部分用于生產(chǎn)硬質(zhì)合金和鎢鐵。鎢與鉻、鉬、鈷組成的耐熱耐磨合金用于制作刀具、燃?xì)廨啓C(jī)葉片和燃燒管等。鎢可與鉭、鈮、鉬等組成難熔合金。鎢銅和鎢銀合金用作電接觸點(diǎn)材料。高密度的鎢鎳銅合金用作防輻射的防護(hù)屏。金屬鎢的絲、棒、片等用于制作電燈泡、電子管的部件和電弧焊的電極。

      鎢以純金屬狀態(tài)和以合金系狀態(tài)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)中，合金系狀態(tài)中最主要的是合金鋼、以碳化鎢為基的硬質(zhì)合金、耐磨和強(qiáng)熱合金。鎢主要分別應(yīng)用于以下工業(yè)領(lǐng)域。

      裝備制造業(yè)
      鎢的高硬度、良好的耐磨性使鎢成為制造工業(yè)模具的最佳材料。隨著鎢合金產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)顫，新型的硬質(zhì)合金產(chǎn)品不斷被研發(fā)和生產(chǎn)，鎢合金在模具制造業(yè)中的地位日益突出，并成為裝備制造業(yè)不可或缺的材料。鎢除了制成模具主要用于裝備制造業(yè)外，在國民經(jīng)濟(jì)的其它領(lǐng)域也占有重要地位。

      軍事工業(yè)
      像槍、炮、坦克和其它武器裝備中火藥接觸的耐壓、耐熱等部分，都用鎢鋼制作；航空噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室、燃料噴嘴、渦輪導(dǎo)流葉片、渦輪轉(zhuǎn)子葉片等都是鎢合金制成的；火箭、導(dǎo)彈、衛(wèi)星的蒙皮材料用含鎢耐高溫合金制成；用高比重鎢合金制成穿甲彈頭，能提高炮彈性能；陀螺儀是飛機(jī)、艦艇、火箭的導(dǎo)航和控制系統(tǒng)的心臟，用高比重鎢合金制成的陀螺儀的慣性元件，能提高儀器的穩(wěn)定性和控制精度，如飛機(jī)的付翼、轉(zhuǎn)向舵和水平尾翼等處都需配重來保持平衡。有的一架飛機(jī)中，用于配重的高比重鎢合金達(dá)幾百公斤，鎢合金材料對發(fā)展現(xiàn)代航天、航空和航海事業(yè)都有著十分重要的意義。  

      鋼鐵工業(yè)   
      鎢是鋼鐵工業(yè)中重要的合金元素，能提高鋼的強(qiáng)度、硬度和耐蝕性。含鎢的硬質(zhì)合金（碳化鎢），硬度大、耐磨、耐蝕和耐熱，用于制造鉆頭、刀具和耐高溫的零件等。含鎢60～90％的鎢銅（或鎢銀）合金是優(yōu)良的接觸材料，可用作電鍵、刀形開關(guān)、斷路器及點(diǎn)焊電極等。鎢鎳銅合金可作α和γ射線的防護(hù)屏。在火箭發(fā)動(dòng)機(jī)中，由鎢制成的不冷卻噴管能耐3127℃的高溫和承受高壓、高熱應(yīng)力。在照明及電子工業(yè)上作發(fā)光材料和X射線陰極靶。還可作高溫電阻爐加熱體。鎢和鎢錸（26％）合金所組成的熱電偶，可測量溫度范圍從室溫到2835℃。二硒化鎢可作資深潤滑軸承的潤滑劑，其潤滑溫度范圍為-217～350℃。鎢的化合物顏料具有較亮的光澤，經(jīng)久耐用。

       碳化鎢基硬質(zhì)合金  
       鎢的碳化物具有硬度高、耐磨性強(qiáng)和難熔性高的特點(diǎn)。這些合金含有85%~95%的碳化鎢和5%~14%的鈷，鈷是作為粘結(jié)劑金屬，它使合金具有必要的強(qiáng)度。主要用于加工鋼的某些合金中，還含有鈦、鉭和鈮的碳化物。所有這些合金都是用粉末冶金法制造的。當(dāng)加熱到1000~1100℃時(shí)，它們?nèi)跃哂懈叩挠捕群湍湍バ?。硬質(zhì)合金刀具的切削速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)地超過了最好的工具鋼刀具的切削速度。硬質(zhì)合金主要用于切削工具、礦山工具和拉絲模的制造。

      熱強(qiáng)和耐磨合金    
      作為最難熔的金屬鎢是許多熱強(qiáng)合金的成分，如3%~15%的鎢、25%~35%的鉻、45%~65%的鈷、0.5%~2.75%的碳組成的合金，主要用于強(qiáng)烈耐磨的零件，例如航空發(fā)動(dòng)機(jī)的活門、壓模熱切刀的工作部件、渦輪機(jī)葉輪、挖掘設(shè)備、犁頭的表面涂層。 在航空和火箭技術(shù)中，以及要求機(jī)器零件，發(fā)動(dòng)機(jī)和一些儀器的高熱強(qiáng)度的其它部門中，鎢和其它給熔金屬（鉭、鈮、鉬、錸）的合金用作熱強(qiáng)材料。

       觸頭材料和高比重合金    
       用觸頭材料和高比重合金是用粉末冶金方法制造的鎢-銅（10%~40%的銅）和鎢-銀合金，兼有銅和銀的良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和鎢的耐磨性。因此，它成為制造閘刀開關(guān)、斷路器、點(diǎn)焊電極等的工作部件非常有效的觸頭材料。成分為90%~95%的鎢、1%~6%的鎳、1%~4%的銅的高比重合金，以及用鐵代銅（~5%）的合金，用于制造陀螺儀的轉(zhuǎn)子、飛機(jī)、控制舵的平衡錘、放射性同位素的放射護(hù)罩和料筐等。

      電真空照明材料    
      鎢以鎢絲、鎢帶和各種鍛造元件用于電子管生產(chǎn)、無線電電子學(xué)和X射技術(shù)中。鎢是制造白織燈絲和螺旋絲的最好材料。高的工作溫度（2200~2500℃）保證高的發(fā)光效率，而蒸發(fā)速度小保證絲的壽命長。鎢絲用于制造電子振蕩管的直熱陰極和柵極，高壓整流器的陰極和和各種電子儀器中旁熱陰極加熱器。用鎢做X光管和氣體放電管的對陰極和陰極，以及無線電設(shè)備的觸頭和原子氫焊槍電極。鎢絲和鎢棒作為高溫爐（達(dá)3000℃）的加熱器，鎢加熱器在氫氣氣氛、惰性氣氛或真空中工作。

      鎢的化合物
      鎢的化合物如鎢酸鈉用于生產(chǎn)某些類型的漆和顏料，以及紡織工業(yè)中用于布疋加重和與硫酸銨和磷酸銨混合來制造耐火和防水布疋。還用于金屬鎢、鎢酸及鎢酸鹽的制造以及染料、顏料、油墨、電鍍等方面。也用作催化劑等。鎢酸在紡織工業(yè)中是媒染劑與染料和在化學(xué)工業(yè)中用作制取高辛烷汽油的催化劑。二硫化鎢在有機(jī)合成中，如在合成汽油的制取中用作固體的潤滑劑和催化劑。

      正是鎢的這些性質(zhì)使鎢在核聚變反應(yīng)裝置里的材料研究領(lǐng)域成了重點(diǎn)的研究對象，尤其是氫及其同位素在鎢里的滯留更是研究領(lǐng)域的前沿。