【钨业故事】百年钨丝再启征程

钨丝的首次出现是用于白炽灯的灯丝。1903年，匈牙利科学家将碳丝在含有氢的钨的卤氧化物蒸汽中通过电流加热到高温，使碳完全被钨置换，这样制得了钨丝灯泡。这种方法制备的钨灯丝脆性严重。

发布时间:

2023-04-01

将纯钨条锻打、拉拔后制成的细丝，就是钨丝。

01钨丝的出现

钨丝的首次出现是用于白炽灯的灯丝。

1903年，匈牙利科学家将碳丝在含有氢的钨的卤氧化物蒸汽中通过电流加热到高温，使碳完全被钨置换，这样制得了钨丝灯泡。这种方法制备的钨灯丝脆性严重。

1904年，A．Just和F．Hannaman采用无碳的黏结剂与钨的化合物混合，再挤压成丝，然后在氢中加热还原成金属。这种方法制得的钨丝非常脆，但光效要好得多，取代了碳丝、锇丝和钽丝用于制作灯泡。

02 钨丝制备工艺

1909年，美国通用电器公司的库利奇通过粉末冶金法制得钨坯条，再利用机械加工生产出在室温下具有延性的钨丝，从而奠定了钨丝加工业的基础，也奠定了粉末冶金的基础。然而这种“延性”钨灯丝在灯泡点燃后仍然表现出了明显的脆性。

1917年，柏斯发明了高温下“不变形”的钨丝。起初，他在制备纯钨时采用耐火坩埚焙烧WO2，无意中发现用这种WO2还原所得钨粉制成的钨丝螺旋，经再结晶后异常神秘地不再下垂。随后，经过218次反复试验验证，他终于发现在钨酸(WO2·H2O)中添加钾和钠的硅酸盐，经过还原、压制、烧结、加工等制得的钨丝，再结晶后形成相当粗的晶粒结构，既不软又抗下垂，这是最早的不下垂钨丝。柏斯的发现奠定了不下垂钨丝的生产基础，直到现在美国仍称不下垂钨丝为“218钨丝”，以纪念柏斯的这项重大发现。

现代钨丝的生产工艺较百年前已经有了更多的改进，但基本原理并无变化，改进的成果主要表现在钨丝的耐高温性能和力学性能得到了进一步提升，如在钨丝中加入0.5%～3%的钍或铈制成钨钍丝或钨铈丝可降低钨丝逸出功、加入3%～5%的铼制备的钨铼灯丝具有更好的防断裂效果。

03 钨丝的用途

1.作为光源王者的一百年

钨有着高熔点（3410℃）和低蒸气压，是理想的电光源材料。自1917年不下垂钨丝发明以来，绝大部分钨丝都用于制作各种照明灯丝、气体放电灯的电极、氩弧焊电极以及真空蒸镀用的加热子。随着电力工业水平和人们生活水平提升，电力照明在世界各地日益普及，钨丝作为电力照明光源也经历了它的高光时刻。

LED的出现，改变了钨丝作为光源的王者地位。2012年美国能源部关于照明产品生命周期的研究资料显示：LED灯的生产、运输到使用过程中总能耗的平均水平仅为白炽灯的1/4。

为推动节能减排、应对气候变化，2012年起，大部分国家和地区都发布了“禁白令”，逐步禁止生产和销售白炽灯。至此，钨丝退出普通照明行业。

2.钨丝重获新生

纺织、机械丝绳、切割线等领域广泛使用微细钢丝。但随着工业技术的发展和人们对材料性能要求的提升，微细钢丝难以加工更细、强度过低等缺点也逐渐显现出来。

随着对钨丝进一步的研究，科学家们发现，相对于微细钢丝，钨丝具有强度更高、可拉直径更细，柔韧性更好等特点和优势，因此近年来逐渐被用于替代微细钢丝。

纺织领域

钨丝替代微细不锈钢丝用于制作防切割手套，可使切割等级提高2个等级以上。比不锈钢丝细2倍的钨丝，强度可以达到不锈钢丝的2倍以上；而且钨丝可以加工成极细丝，最细可达3μm，可以使成品的劳保手套具有更加优异的柔软性，提升防护等级的同时佩戴更加舒适和灵活。在耐切割场合对劳动者的手起到高的防护的同时，也能提供具有灵活度的使用体验。

防切割手套

光伏行业

光伏行业的单晶硅生产中，丝绳需要在1000-1200℃的高温下工作，用不锈钢丝制作的丝绳使用寿命只有2-4次，而用钨丝制作的丝绳可以达到40次以上，可以大幅提高设备利用率和产品质量，降低产品成本。

目前主流企业金刚线销售规格为35-38μm线为主，而要向35μm以下的线径探索，则会涉及母线材料的转换。相对而言，钨丝具备韧性高、可加工极细、切割性能好等优势，细线化空间更大。光伏切割用钨丝的替代趋势愈发明显。

硅片切割用金刚线结构

医疗领域

医疗领域，超细钨丝已成为现代手术机器人所用微型机械丝绳的首选制作材料，这主要是因为钨具有抗疲劳性和出色的抗拉强度。制作直径0.5mm、19×37结构的丝绳需要采用直径仅0.0127mm的细丝，这种细度只有头发的五分之一，几乎肉眼不可见。凭借钨的出色柔性和耐磨性，这为创新的外科手术应用创造了奇迹。反之，如果此类机器人医疗器械使用不锈钢丝绳，则它们的使用寿命就会大大缩短，而且手术失败的可能性也会增加。

也可以用这种钨丝绳来驱动人类手臂、肘部和手腕的运动。由钨丝绳来驱动外科医生的骨骼肌肉运动，而不是像以往一样由医生自己的身体来驱动，这样机器人就可以减轻医生的负担，让医生在施行多台手术后也不会感到疲乏和劳累。

玻璃领域

在寒冷地区，汽车玻璃的加热装置必不可少。用微细钨丝做成加热丝置于玻璃夹层中，由于钨丝很细，不会阻碍视野，钨丝膨胀系数小，通电发热后不会造成玻璃破碎，而且发热快，可以迅速达到除霜化雪的目的。

工业检测领域

工业窥镜可以说是无损检测的一个分支，也可以说是专门的一个检测技术。工业内窥镜主要用在航天、建筑、农机、医疗等领域。工业窥镜由于它的特殊尺寸设计，可以让我们不破坏被检测物体表面的前提下简便、准确地观察物体内部表面结构或工作状态。钨丝柔性管是工业窥镜的钨丝外编网，超级抗磨损，一般直径5.2mm左右,工作长度1200mm,带有插入刻度，防水，可广泛应用于机械加工，汽车发动机等重机械加工工业。