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一、鎢鉬主要物理及力學(xué)性能
鎢、鉬金屬表面都成銀灰色光澤，粉末呈暗灰色；熔點高，強度大，彈性模量高，膨脹系數(shù)小，蒸汽壓低，導(dǎo)電導(dǎo)熱性能優(yōu)良。但鎢、鉬都具有高溫氧化及低溫脆性的共同缺點。
表1 鎢、鉬主要物理性能及室溫力學(xué)性能
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Mo |
W |
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密度/（g·cm-3） |
10.2 |
19.32 |
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熔點/℃ |
2620±20 |
3410±20 |
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沸點/℃ |
4804 |
5930 |
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線性熱膨脹系數(shù)/10-6 |
5.3 |
4.6 |
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電子逸出功/eV |
4.55 |
4.2 |
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彈性模量/GPa |
320-360 |
390-410 |
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再結(jié)晶開始溫度/℃（1h退火） |
800 |
1150 |
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20℃時的比電阻/（μΩ·m） |
0.05 |
0.05 |
表2 鎢在不同狀態(tài)下的抗拉強度
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加工狀態(tài) |
99.95%鎢 |
99.9%鎢 |
旋鍛制品 |
拉伸制品 |
退火狀態(tài) |
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抗拉強度（公斤/毫米2） |
84.4 |
112.5 |
35-150 |
180-145 |
110 |
表3 鉬在不同狀態(tài)下的抗拉強度與延伸率
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加工狀態(tài) |
坯條 |
旋鍛制品 |
拉伸制品 |
退火狀態(tài) |
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抗拉強度（公斤/毫米2） |
18 |
71.3 |
140-245 |
80-100 |
二、鎢的化學(xué)性能
鎢是元素周期表中Ⅵ族過渡族元素，化合價從2到6，它在低化合價時呈堿性，高化合價時呈酸性。
鎢在室溫干燥環(huán)境中十分穩(wěn)定，但在潮濕空氣中會慢慢氧化；高溫下很易與氧、一氧化碳、水蒸氣、氮氣和鹵素起作用。但無論在室溫還是高溫下，均不與氫氣發(fā)生任何作用，因而氫不僅是制備鎢、鉬粉的還原介質(zhì)，也是鎢、鉬高溫加工過程中的重要保護介質(zhì)。鎢與汞不反應(yīng)，這使鎢作為高壓汞燈的電極，性能非常穩(wěn)定。
鎢的氧化行為是十分重要的，它影響到鎢的脆性和使用。在400℃以下，鎢按拋物線速率氧化，生成積附性藍(lán)色氧化層（W4O11或WO2.9），高于400℃以后，迅速氧化成褐色氧化鎢（WO2）或黃色氧化鎢（WO3），高于500℃時氧化膜出現(xiàn)裂紋，800℃以上時，WO3顯著揮發(fā)，超過1100℃，WO3的升華與生成速度相當(dāng)。WO3是鎢穩(wěn)定的最終氧化鎢產(chǎn)品。WO3不溶于酸，易溶于堿。
鎢在室溫下不與水反應(yīng)，高于600℃后易于水蒸氣反應(yīng)生成氧化物；所以高溫時水蒸氣的存在往往是鎢氧化的根源。
鎢與鹵素在250-1200℃發(fā)生化合反應(yīng)，在高溫（1400-1600℃）又會分解，利用此原理研制成高效的鹵鎢燈，如碘鎢燈、溴鎢燈等。鎢的氟化物（WF6，沸點17.5℃）和氯化鎢（WCl6，沸點346.4℃），又是化學(xué)氣相沉積法（CVD）制備純鎢異性制品的重要原料。
鎢在1100℃與碳反應(yīng)成兩種脆而硬的碳化鎢（W2C），熔點2750℃，WC（熔點2800℃），化學(xué)穩(wěn)定性好，電阻率高，硬度高，是制備硬質(zhì)合金的主要原材料。
鎢與氮在常溫下不起作用，在1200-2400℃之間鎢能溶解0.2%-0.5%（原子分?jǐn)?shù)）的氮，在純氮氣中，溫度高于2300℃時，鎢與氮生成棕黑色WN2。WN2在真空中400℃以下是穩(wěn)定的。在825-875℃下直接向鎢粉中通入氮可生成W2N。
鎢在常溫時與酸、堿不反應(yīng)，但濃硝酸可使鎢表面氧化；鎢可溶于混合酸（氫氟酸+硝酸或鹽酸）中，反應(yīng)生成WO3。堿或氮的水溶液在無氧時不腐蝕鎢，但在這些溶液中添加小量氧化劑如硝酸，將受到強烈的腐蝕。凡是在一定條件能使鎢溶解的酸，堿或鹽都可作為蝕洗鎢的材料。
鎢與氧化鋁、氧化鎂、氧化鋯等陶瓷耐火材料接觸，超過1900℃，即會使鎢氧化。
表4 鎢的化學(xué)性能
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介質(zhì) |
試驗條件 |
反應(yīng)情況 |
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空氣或氧氣 |
20℃
＞400℃ |
不反應(yīng)
開始反應(yīng) |
|
氫氣 |
在所有溫度下 |
不反應(yīng) |
|
氮氣 |
1500℃以上
在常溫下 |
形成氮化物
不作用 |
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氨氣 |
2300℃以上 |
形成棕黑色WN2 |
|
水蒸氣 |
700℃以上 |
氧化 |
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二氧化碳 |
1200℃以上 |
氧化 |
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一氧化碳 |
800℃以上 |
形成碳化物 |
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二氧化硫 |
高溫 |
氧化 |
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氟 |
任何溫度 |
強烈腐蝕 |
|
氯 |
250℃以上 |
腐蝕 |
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溴碘 |
赤熱 |
腐蝕 |
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硫化氫 |
赤熱 |
腐蝕 |
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硫 |
～880℃ |
生成硫化物 |
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硅 |
～1000℃ |
生成硅化物 |
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硼 |
高溫 |
生成硼化物 |
|
鋅 |
|
不腐蝕 |
|
鋁鎂氧化物 |
在1900℃以上 |
氧化 |
|
氧化釷 |
在2200℃以上 |
氧化 |
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鈉 |
～600℃ |
不作用 |
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鉀、鈉混合 |
～600℃ |
不作用 |
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鎵 |
～600℃ |
不作用 |
|
氫氧化鈉 |
10%，20℃ |
不作用 |
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熔融苛性堿 |
在空氣中 |
輕微腐蝕 |
|
氨溶液 |
在氧化劑KNO3，KClO3，PbO2中迅速溶解，在氧化劑存在時如H2O2 |
腐蝕 |
|
碳酸鈉、碳酸鉀 |
熱 |
不腐蝕 |
|
氫氟酸 |
冷，熱 |
不腐蝕 |
|
硝酸 |
冷，濃或稀 |
不腐蝕 |
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硝酸或硫酸 |
熱，濃或稀 |
輕微腐蝕 |
|
氫氟酸+硝酸 |
冷或熱 |
迅速溶解 |
|
王水 |
熱 |
迅速溶解 |
|
磷 |
800℃ |
生成磷化物 |
三、鉬的化學(xué)性能
鉬是元素周期表中第ⅥB族元素，化合價從2、3、4、5、6幾種，在低化合價時呈堿性，高化合價時呈酸性；6價鉬的化合物最穩(wěn)定。鉬與鎢一樣，直到熔點也不和氫反應(yīng)，氫是制備鉬粉的重要還原劑，也是鉬高溫加工過程中良好的保護氣體。
鉬與氧能生成多種氧化物。（1）在475℃以下，鉬與氧生成致密的粘附氧化膜。研究表明是MoO2薄層，外表層也有MoO3。（2）在475-700℃形成氧化膜的同時，發(fā)生MoO3蒸發(fā)。氧化膜分兩層：內(nèi)層為MoO2，外層MoO3。（3）在700-800℃范圍內(nèi)，內(nèi)層的MoO2層達(dá)到臨界厚度以后發(fā)生破裂，引起氧化速度突然加快，超過725℃，鉬的氧化迅速，在鉬表面不再生成氧化鉬層，只見到黃色氧化物（MoO3）的升華，出現(xiàn)“毀滅性氧化”。（4）超過850℃，MoO3蒸汽在鉬的表面構(gòu)成致密的屏障層，阻止氧達(dá)到鉬的表面，氧化速度有所回落。
由于鉬在725℃以上易產(chǎn)生“毀滅性氧化”，嚴(yán)重限制了鉬作為結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用范圍，即鉬在高溫使用時，必須有H2保護或處在真空條件下。
鉬在900℃以上溫度和一個大氣壓下吸收氮（NH3），在900-2600℃之間，隨溫度升高，氨在鉬中的溶解度（原子分?jǐn)?shù)）大約由0.01%增加到0.1%。在1500℃左右時生成氮化鉬，鉬材在加工過程中吸入氮后會發(fā)脆，致密鉬材在氨（NH3）中加熱到1100-1500℃就有氮化物生成，在分解氨介質(zhì)中氮化速度比在純氨中快。
表5 鉬的化學(xué)性能
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介質(zhì) |
試驗條件 |
反應(yīng)情況 |
|
水 |
—— |
不腐蝕 |
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HF |
冷，熱 |
不腐蝕 |
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HF+H2SO4 |
冷
熱 |
不腐蝕
輕微腐蝕 |
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HF+王水 |
熱 |
迅速腐蝕 |
|
HF或HNO3 |
冷或熱 |
迅速溶解 |
|
氨水 |
—— |
不腐蝕 |
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熔融堿 |
大氣下 |
輕微腐蝕 |
|
熔融堿 |
在氧化劑如：KNO3，KClO3，PbO2中 |
迅速溶解 |
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硼 |
高溫 |
生成硼化物 |
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碳 |
1100℃以上 |
生成碳化物 |
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硅 |
1000℃ |
生成硅化物 |
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磷 |
直到最高溫度 |
不腐蝕 |
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硫 |
440℃以上 |
生成硫化物 |
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碘 |
790℃以下 |
不腐蝕 |
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鉀 |
1200℃ |
不腐蝕 |
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鋰 |
1430℃ |
不腐蝕 |
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鎂 |
1000℃ |
不腐蝕 |
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溴 |
840℃以下 |
不腐蝕 |
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氯 |
230℃以下 |
強烈腐蝕 |
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氟 |
室溫 |
強烈腐蝕 |
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空氣和氧 |
400℃以上
600℃以上
700℃以上 |
開始氧化
強烈氧化
MoO3升華 |
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H2，和惰性氣體 |
直到最高溫度 |
不反應(yīng) |
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CO |
1400℃以上 |
生成碳化物 |
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CO2 |
1200℃以上 |
氧化 |
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碳?xì)浠衔?/DIV> |
1100℃ |
生成碳化物 |
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Al，F(xiàn)e，Co，Ni，Sn |
熔融 |
強烈腐蝕 |
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Zn |
熔融 |
輕微腐蝕 |
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Bi |
熔融 |
高度耐蝕 |
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玻璃 |
熔融 |
高度耐蝕 |
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難熔氧化物如ZrO2，BeO，MgO，ThO2，Al2O3 |
1700℃以下 |
不腐蝕 |
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N2 |
1100℃以上 |
氮化 |
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Na |
1020℃ |
不腐蝕 |
|
Rb |
1100℃ |
不腐蝕 |
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Cs |
870℃ |
不腐蝕 | |
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