Вольфрамовый лист

Вольфрамовый лист — листовой прокат из технически чистого вольфрама или его малолегированных сплавов. Благодаря самой высокой среди всех металлов температуре плавления и исключительной жаропрочности листовой вольфрам применяется там, где другие материалы не выдерживают рабочих условий: в высокотемпературных вакуумных и водородных печах, электровакуумных приборах, установках выращивания монокристаллов. Плотность вольфрама (19,25 г/см³) сравнима с плотностью золота, поэтому листовой прокат при относительно небольшом сечении обеспечивает эффективное радиационное экранирование.

Физические и механические свойства

Вольфрам — тугоплавкий металл с уникальным сочетанием жаропрочности, высокой плотности и низкого коэффициента теплового расширения. Основные характеристики технически чистого вольфрама приведены в таблице.

Характеристика	Значение
Температура плавления	3422 °C
Температура кипения	5555 °C
Плотность при 20 °C	19,25 г/см³
КТР при 25 °C	4,1 × 10⁻⁶ К⁻¹
Теплопроводность при 20 °C	153 Вт/(м·К)
Удельное электросопротивление при 25 °C	55 нОм·м
Твёрдость (спечённый образец)	200–250 НВ
Твёрдость (после ковки)	350–400 НВ
Твёрдость по Моосу	7,5

Низкий КТР (4,1×10⁻⁶ К⁻¹) — один из наиболее важных параметров для применения в высокотемпературных устройствах: при нагреве вольфрамовый лист практически не меняет геометрические размеры, что критично для экранов печей и конструктивных элементов вакуумных установок. Для сравнения: у молибдена КТР составляет ~4,8×10⁻⁶ К⁻¹, у стали — 11–13×10⁻⁶ К⁻¹.

Важное эксплуатационное свойство — низкое давление паров при высоких температурах. Это означает, что даже при 2000–2500 °C в вакуумной среде вольфрамовый лист остаётся стабильным и не загрязняет рабочее пространство печи или прибора.

Химическая стойкость листового вольфрама

При комнатной температуре вольфрам химически инертен: не окисляется на воздухе, практически не растворяется в соляной, разбавленной серной и плавиковой кислотах. В азотной кислоте и царской водке происходит поверхностное окисление без глубокого растворения.

При нагреве характер поведения вольфрама принципиально меняется. На воздухе и в атмосфере, содержащей кислород, при температурах выше 400–500 °C начинается заметное окисление с образованием триоксида вольфрама (WO₃). При температурах свыше 700–800 °C окисление становится интенсивным. Поэтому использование вольфрамовых листов при высоких температурах требует защитной атмосферы — водорода или инертного газа — либо вакуума.

В атмосфере водорода вольфрам стабилен при любых рабочих температурах вплоть до области спекания и прокатки (до 1400 °C и выше) — именно водород является стандартной защитной средой при производстве вольфрамового проката. Это же свойство используется в конструкции высокотемпературных водородных печей, где вольфрамовый лист служит материалом тепловых экранов.

Вольфрам стоек к расплавленным щелочам только в отсутствие окислителей. В присутствии окислителей реакция идёт активно. Это необходимо учитывать при проектировании оборудования для щелочных процессов.

Марки вольфрамового листа

Согласно ТУ 48-19-106-91, листы и полосы из вольфрама поставляются следующих марок.

Марка	Характеристика	Типичное применение
ВА	Вольфрам с алюмосиликатно-калиевыми присадками. Повышенная температура рекристаллизации, улучшенная стойкость к провисанию при высоких температурах	Тепловые экраны высокотемпературных печей, детали электровакуумных приборов, элементы с рабочей температурой до 2900 °C
В-МП	Вольфрам металлический прокатный. Технически чистый, без специальных присадок	Конструктивные элементы, экраны, мишени для напыления
ВРН	Вольфрам рекристаллизованный, неотожжённый. Обеспечивает специфические механические и структурные свойства для отдельных видов применений	Специальное оборудование, исследовательские установки

Сортамент: толщина, ширина, длина

По ТУ 48-19-106-91 вольфрамовые листы и полосы поставляются в следующих типоразмерах.

Параметр	Диапазон	Примечание
Толщина	0,1–3,0 мм	Тонкие листы (до 0,2 мм) — для экранов печей и фольги
Ширина	20–140 мм	Немерная в стандартной поставке; мерная — по согласованию
Длина	50–250 мм	Немерная в стандартной поставке; мерная — по согласованию

Стандартный размер листов для высокотемпературных экранов печей: 0,2 × 140 × 250 мм. Поставка в неотожжённом состоянии, отожжённые листы — по согласованию с заказчиком. Допускается поставка листов индивидуальных размеров под конкретное изделие.

Для получения ещё более тонкого проката — вольфрамовой фольги и ленты — применяются отдельные технические условия (ТУ 48-19-239-88). Лента и плющёная фольга могут прокатываться до минимальных толщин и штамповаться в изделия заданной формы.

Получение и особенности прокатки

Вольфрам не может быть получен классической плавкой в тигле: при его температуре плавления все известные конструкционные материалы тигля расплавились бы или испарились. Поэтому компактный вольфрам производится методами порошковой металлургии: прессование, спекание в водородной атмосфере, последующая расковка и горячая прокатка.

Горячая прокатка ведётся при температурах 750–1400 °C в водородной защитной атмосфере или с применением оболочковой технологии, предотвращающей окисление. Тонкие листы (толщиной до 0,2 мм) могут прокатываться при температурах 200–300 °C. Чем тоньше конечный лист, тем большее число проходов прокатки требуется — трудоёмкость и, соответственно, стоимость тонкого листа выше, чем толстого.

Соединение вольфрамовых листов

Сварка — точечная или стыковая дуговая в инертной атмосфере — технически возможна, однако сварной шов практически всегда оказывается хрупким вследствие рекристаллизации металла в зоне термического влияния. Электронно-лучевая и лазерная сварка применяются там, где шов не испытывает значительных механических нагрузок.

Для нагруженных соединений надёжнее заклёпочный метод: он не изменяет структуру основного металла и сохраняет прочностные характеристики листа в зоне соединения.

Пайка вольфрама с никелем, серебром или медью выполняется в неокисляющей защитной атмосфере. Этот метод широко применяется при изготовлении деталей электровакуумных приборов, где вольфрамовый лист соединяется с никелевыми элементами конструкции.

Применение вольфрамового листа

Тепловые экраны высокотемпературных печей

Основная область применения вольфрамовых листов — тепловые экраны (тепловые щиты) в высокотемпературных печах, работающих в атмосфере водорода или в вакууме. Многослойные экраны из вольфрамовых листов толщиной 0,2 мм обеспечивают равномерное распределение температуры в рабочей камере и снижают тепловые потери через стенки. Именно для этого применения в ТУ 48-19-106-91 предусмотрен специальный стандартный типоразмер: 0,2 × 140 × 250 мм. Применение в аналогичных конструкциях рассматривается на странице экраны из вольфрама.

Электровакуумные приборы

В электровакуумной технике вольфрамовый лист используется для изготовления анодов, катодных узлов, держателей и других деталей, работающих при высоких температурах в вакууме. Для деталей, не требующих термообработки выше 300 °C, применяется технически чистый вольфрам без присадок; для элементов, работающих при температурах до 2900 °C, — марка ВА с алюмосиликатными присадками, обеспечивающими стойкость к провисанию.

Установки выращивания монокристаллов

Вольфрамовые экраны в установках Чохральского и зонной плавки выполняют функцию стабилизации теплового поля: они выравнивают температурный градиент вокруг фронта кристаллизации. Химическая инертность вольфрама к расплавам большинства оксидных и металлических материалов делает его незаменимым в данном применении.

Мишени для термического напыления

Пластины и листы из вольфрама используются в качестве распыляемых мишеней при нанесении тонких барьерных вольфрамовых плёнок методами термического и магнетронного напыления. Требования к однородности состава и отсутствию пористости для мишеней выше, чем для конструктивных листов.

Экранирование ионизирующего излучения

Высокая плотность вольфрама (19,25 г/см³) обеспечивает эффективное поглощение гамма-излучения и рентгеновских лучей при значительно меньшей толщине, чем у свинца (плотность 11,3 г/см³). Листовой вольфрам применяется для изготовления экранов и коллиматоров в оборудовании, работающем с радиоактивными источниками и рентгеновским излучением.

Ядерная энергетика и специальная техника

Вольфрамовый лист применяется для изготовления контейнеров и защитных элементов оборудования, работающего с радиоактивными материалами, а также в качестве конструкционного материала узлов, эксплуатируемых при экстремальных тепловых нагрузках.

Условия поставки

Вольфрамовый лист поставляется в неотожжённом состоянии немерных длины и ширины в пределах сортамента по ТУ 48-19-106-91. По согласованию с заказчиком возможна поставка листов мерных размеров и в отожжённом состоянии. Нестандартные типоразмеры изготавливаются под заказ. Подробная информация о других видах вольфрамового полуфабриката — на странице вольфрамовый прокат.

Для уточнения наличия, доступных типоразмеров и условий заказа направьте запрос с указанием марки, толщины, ширины и требуемого количества.