ความทนทานต่ออุณหภูมิสูงของลูกวอล์ฟสแตนเป็น "ผู้เล่นชั้นนํา" ในหมู่วัสดุโลหะ และคุณสมบัติของมันทําให้มันเป็นตัวเลือกวัสดุหลักในสภาพแวดล้อมอุณหภูมิสูงสุดสถานการณ์การใช้งานและมิติการเปรียบเทียบ:
一ข้อมูลหลักของความทนทานต่ออุณหภูมิสูง: จุดละลายและอุณหภูมิการใช้งานสูงสุด
1. "ข้อดีที่เกิดจาก"วอล์ฟสแตน
จุดละลาย: จุดละลายของวอล์ฟสแตนบริสุทธิ์สูงถึง 3422 °C (สูงกว่าเหล็กประมาณ 2000 °C และสูงกว่าทองเกือบ 2000 °C)และมันเป็นหนึ่งในโลหะที่มีจุดละลายสูงที่สุดในธรรมชาติ.
ความแข็งแรงในการรักษาอุณหภูมิสูง:
ในอุณหภูมิ 2000 °C ความแข็งแรงในการดึงของตองแรมยังสามารถถึง 100-150 MPa (เหล็กธรรมดาอ่อนนุ่มและล้มเหลวเหนือ 400 °C)
แม้กระทั่งเมื่อถูกทําความร้อนถึง 3000 ° C (ใกล้ครึ่งของอุณหภูมิของพื้นผิวดวงอาทิตย์) วอล์ฟสแตนยังสามารถรักษาสภาพแข็งได้และเริ่ม sublimate ช้า ๆ (โดยตรงจากแข็งเป็นก๊าซ)
2. การทํางานที่ดีที่สุดของสายเหล็กตองเฟรเมน
สายเหล็กตองเฟร้นที่ใช้กันทั่วไปในอุตสาหกรรมทหาร (เช่น สายเหล็กตองเฟร้น นิเคิล) มีจุดละลายต่ํากว่าเล็กน้อย (ประมาณ 3000-3300 °C) เนื่องจากการเพิ่มโลหะอื่น ๆแต่ความทนทานต่อการออกซิเดนที่อุณหภูมิสูงของพวกมันดีขึ้นมาก:
ในอากาศ 1000 °C อัตราการเพิ่มน้ําหนักการออกซิเดชั่นมีเพียง 0.01 mg/cm2·h (อัตราการออกซิเดชั่นของเหล็กมีประมาณ 1-10 mg/cm2·h)
กรณีทั่วไป: กล่องกล่องของเครื่องยนต์กระสุนประเภทหนึ่ง ใช้เหล็กผสมวอล์ฟสแตนที่สามารถทนต่อการล้างก๊าซ 2800 °C ได้นานถึง 30 นาที (ผนังคอสับสลัดทองแดงทั่วไปจะทนได้เพียง 5 นาที).
二สถานการณ์การใช้ในการต่อสู้จริงในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง
1การบินอากาศ: การต่อต้านการไหลของอากาศในอุณหภูมิสูงสุด
ช่องเจาะเครื่องยนต์รุก:
แผ่นเยื่อคอเครื่องยนต์ที่แข็งแรงของร็อกเก็ตซีรีส์ล็อกมาร์ชใช้วัสดุทองแดงที่ผ่านการเจาะซึมวอล์ฟสแตน (กระดูกวอล์ฟสแตน + เติมทองแดง)ที่สามารถทํางานได้อย่างมั่นคงในก๊าซ 3200 °C (ความเร็วเกิน 4000 m/s), และใช้การเปลี่ยนแปลงระยะทองแดงเพื่อดูดซึมความร้อนเพื่อหลีกเลี่ยงการอุ่นเกินของวอลฟราเมน
เมื่อเปรียบเทียบกับผนังคอแกรฟิตแบบดั้งเดิม อัตราการตัดของวัสดุที่ใช้วอล์ฟสเทนลูค ลดลง 90% (อัตราการตัดของแกรฟิตประมาณ 0.5 mm/sและของโลหะสลัดวอล์ฟสแตนคือ 0 เท่านั้น.05 มม/วินาที)
การป้องกันความร้อนของเครื่องบินระดับเหนือเสียง:
อุณหภูมิของชั้นคลื่นกระแทกที่หัวของเครื่องบินเกิน 2000 °C. ลูกตองสแตน (หรือโลหะวอล์ฟสแตนค้อน) ใช้เป็นวัสดุเก็บความร้อนโดยการดูดซึมความร้อน (ความสามารถความร้อนเฉพาะ 0.13 J/g·K) และชะลออัตราการทําความร้อนของโครงสร้าง
2- อุปกรณ์ทหาร: ตอบโจทย์กับการระเบิดและการกระแทกไฟ
ระบบป้องกันเชิงกิจกรรมสําหรับถัง:
รายการลูกวอล์ฟสแตนส่วนชิ้นส่วนในกระสุนกั้นยังคงแข็งแรงในขณะระเบิด (อุณหภูมิเกิน 3000 °C)การหลีกเลี่ยงการลดความตายเนื่องจากความอ่อนแอในอุณหภูมิสูง (ชิ้นส่วนของเหล็กได้หลอมเป็นของเหลวในอุณหภูมินี้).
อุปกรณ์ฉุกเฉินสําหรับอุปกรณ์นิวเคลียร์
ในกรณีอุบัติเหตุการรั่วไหลของโรงงานปฏิวัตินิวเคลียร์อุปกรณ์ประปาทําจากลูกวอล์ฟสแตนสามารถรักษาความสมบูรณ์แบบของโครงสร้างในสภาพแวดล้อมการรังสี 1500 °C (เหล็กไร้ขัดเหลืองธรรมดาจะทนต่อการเกรดระหว่างเม็ดมากกว่า 800 °C).
3อาวุธพิเศษ: ประสิทธิภาพในการต่อสู้ในสภาพแวดล้อมอุณหภูมิสูง
ระเบิดเทอร์โมบาริก/ระเบิดเผาไหม้:
ลูกตองเฟสเทนถูกใช้เป็นชิ้นส่วนของกระสุนในอากาศ 2500 °C ที่เกิดจากการระเบิดของเชื้อเพลิงพวกเขายังคงสามารถรักษาความสามารถในการบินความเร็วสูง (ชิ้นส่วนของอลูมิเนียมจะสูญเสียโดยตรงและชิ้นส่วนเหล็กจะลดความแข็งเนื่องจากอุณหภูมิสูง)
ปืนเคมีไฟฟ้าร้อน:
ระหว่างการเผา, อุณหภูมิภายในกระบอกจะถึง 4000 ° C. The tungsten alloy projectiles can withstand more than 500 extremely high-temperature firing cycles through surface carbonization treatment (forming a WC hardening layer) (copper alloy projectiles can only withstand 50 times).
สรุปหลัก:
ผลประกอบภาพรวมที่ดีที่สุด: ลูกตองเฟสเทนไม่มีคู่แข่งในสมดุลของ "ความทนทานอุณหภูมิสูง + ความแข็งแรงสูง + ความทนทานต่อแรงกระแทก"และเหมาะสําหรับฉากที่จําเป็นต้องทนอุณหภูมิสูงและภาระกลไกในเวลาเดียวกัน (เช่นเครื่องยนต์และกระสุนเจาะโลหะ).
ข้อจํากัด: วอล์ฟสแตนบริสุทธิ์มีความพลาสติกที่ต่ํา (ต้องการการซินเตอร์อุณหภูมิสูง) และราคาของมัน 20-30 เท่าของเหล็กสายเหล็กวอล์ฟสแตนต้องปรับปรุงความแข็งแกร่งและประสิทธิภาพในเรื่องค่าใช้จ่ายมากขึ้น โดยการปรับขนาดนาโนและคอมพอยท์ (เช่นวัสดุกราดิเอ็นต์วอล์ฟสแตน-เซรามิก).
三ขอบเขตทางเทคโนโลยี แนวทางการนวัตกรรมที่ทําลายขอบเขต
1นาโนวอล์ฟสแตนวัสดุ
ผ่านเทคโนโลยีโลหะ nano-powder (เช่นการเคลือบฝากชั้นอะตอม) ขนาดเมล็ดถูกควบคุมต่ํากว่า 100 nmซึ่งสามารถเพิ่มความเปราะบางของวอล์ฟสแตนในอุณหภูมิสูงถึง 300% (การขยายความยาวจาก 1% เป็น 4%) โดยรักษาจุดละลายไม่เปลี่ยนแปลง.
2การออกแบบโครงสร้างจากวัสดุเหนือ
3D พิมพ์ "ลูกทองเหลืองผงผึ้ง": โครงสร้างขั้วภายในสามารถลดความสามารถในการนําไฟฟ้าร้อน (ความสามารถในการนําไฟฟ้าร้อนจาก 174 W/m・K เป็น 50 W/m・K)เพื่อให้อุณหภูมิภายในของพื้นผิวลูกบอลช้า 10 นาทีเกิน 500 °C ภายใต้แหล่งความร้อน 2500 °C.
3. การป้องกันเคลือบผสม
พื้นผิวเคลือบด้วยเซรามิก HfB2-SiC อุณหภูมิสูงสุด (จุดละลาย 3380 °C) เพื่อสร้างเคลือบกราดิเอ็นต์ "เซรามิกฐานทองเฟิร์ม"ที่สามารถปกป้องสับสราทตองเฟรเมนในระบายพลาสมา 3000 °C ได้นานกว่า 1 ชั่วโมง (การเคลือบแบบประเพณีสามารถใช้ได้เพียง 10 นาที).
สรุป: ขอบเขต "ความสามารถในการปรับตัวต่อสภาพแวดล้อมที่รุนแรง" ของลูกวอล์ฟสเตน
ขั้นต่ําอุณหภูมิ: โดยไม่มีการป้องกัน ลูกตองเฟรมองสามารถทํางานได้อย่างมั่นคงถึง 2500 °Cสามารถทนอุณหภูมิสูงเกิน 3200 °C ในระยะเวลาสั้น (เช่นสภาพการทํางานชั่วคราวของเครื่องยนต์ร็อกเก็ต).
คีย์การใช้งาน: ในกรณีที่ต้องการ "ความทนทานต่ออุณหภูมิสูง + ความทนทานต่อการกระแทก + อายุการใช้งานยาวนาน" (เช่นอาวุธยี่ห้อและสภาพแวดล้อมรังสีนิวเคลียร์)ลูกวอล์ฟสแตนเป็นวัสดุหลักที่ไม่สามารถเปลี่ยนได้; ขณะที่ฉากอุณหภูมิสูงและไม่มีภาระ (เช่นการวัดอุณหภูมิเตาอบ) สามารถพิจารณาวัสดุเซรามิกที่ประหยัดกว่า
ในอนาคต ด้วยการก้าวหน้าของเทคโนโลยีการผลิตลูกวอล์ฟสแตนคาดว่าจะท้าทายการนําระดับ 3500 °C มาใช้อย่างเข้มข้นในด้านอากาศศาสตร์ อาวุธพลังงานที่ถูกต้อง และสาขาอื่นๆ
ความทนทานต่ออุณหภูมิสูงของลูกวอล์ฟสแตนเป็น "ผู้เล่นชั้นนํา" ในหมู่วัสดุโลหะ และคุณสมบัติของมันทําให้มันเป็นตัวเลือกวัสดุหลักในสภาพแวดล้อมอุณหภูมิสูงสุดสถานการณ์การใช้งานและมิติการเปรียบเทียบ:
一ข้อมูลหลักของความทนทานต่ออุณหภูมิสูง: จุดละลายและอุณหภูมิการใช้งานสูงสุด
1. "ข้อดีที่เกิดจาก"วอล์ฟสแตน
จุดละลาย: จุดละลายของวอล์ฟสแตนบริสุทธิ์สูงถึง 3422 °C (สูงกว่าเหล็กประมาณ 2000 °C และสูงกว่าทองเกือบ 2000 °C)และมันเป็นหนึ่งในโลหะที่มีจุดละลายสูงที่สุดในธรรมชาติ.
ความแข็งแรงในการรักษาอุณหภูมิสูง:
ในอุณหภูมิ 2000 °C ความแข็งแรงในการดึงของตองแรมยังสามารถถึง 100-150 MPa (เหล็กธรรมดาอ่อนนุ่มและล้มเหลวเหนือ 400 °C)
แม้กระทั่งเมื่อถูกทําความร้อนถึง 3000 ° C (ใกล้ครึ่งของอุณหภูมิของพื้นผิวดวงอาทิตย์) วอล์ฟสแตนยังสามารถรักษาสภาพแข็งได้และเริ่ม sublimate ช้า ๆ (โดยตรงจากแข็งเป็นก๊าซ)
2. การทํางานที่ดีที่สุดของสายเหล็กตองเฟรเมน
สายเหล็กตองเฟร้นที่ใช้กันทั่วไปในอุตสาหกรรมทหาร (เช่น สายเหล็กตองเฟร้น นิเคิล) มีจุดละลายต่ํากว่าเล็กน้อย (ประมาณ 3000-3300 °C) เนื่องจากการเพิ่มโลหะอื่น ๆแต่ความทนทานต่อการออกซิเดนที่อุณหภูมิสูงของพวกมันดีขึ้นมาก:
ในอากาศ 1000 °C อัตราการเพิ่มน้ําหนักการออกซิเดชั่นมีเพียง 0.01 mg/cm2·h (อัตราการออกซิเดชั่นของเหล็กมีประมาณ 1-10 mg/cm2·h)
กรณีทั่วไป: กล่องกล่องของเครื่องยนต์กระสุนประเภทหนึ่ง ใช้เหล็กผสมวอล์ฟสแตนที่สามารถทนต่อการล้างก๊าซ 2800 °C ได้นานถึง 30 นาที (ผนังคอสับสลัดทองแดงทั่วไปจะทนได้เพียง 5 นาที).
二สถานการณ์การใช้ในการต่อสู้จริงในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง
1การบินอากาศ: การต่อต้านการไหลของอากาศในอุณหภูมิสูงสุด
ช่องเจาะเครื่องยนต์รุก:
แผ่นเยื่อคอเครื่องยนต์ที่แข็งแรงของร็อกเก็ตซีรีส์ล็อกมาร์ชใช้วัสดุทองแดงที่ผ่านการเจาะซึมวอล์ฟสแตน (กระดูกวอล์ฟสแตน + เติมทองแดง)ที่สามารถทํางานได้อย่างมั่นคงในก๊าซ 3200 °C (ความเร็วเกิน 4000 m/s), และใช้การเปลี่ยนแปลงระยะทองแดงเพื่อดูดซึมความร้อนเพื่อหลีกเลี่ยงการอุ่นเกินของวอลฟราเมน
เมื่อเปรียบเทียบกับผนังคอแกรฟิตแบบดั้งเดิม อัตราการตัดของวัสดุที่ใช้วอล์ฟสเทนลูค ลดลง 90% (อัตราการตัดของแกรฟิตประมาณ 0.5 mm/sและของโลหะสลัดวอล์ฟสแตนคือ 0 เท่านั้น.05 มม/วินาที)
การป้องกันความร้อนของเครื่องบินระดับเหนือเสียง:
อุณหภูมิของชั้นคลื่นกระแทกที่หัวของเครื่องบินเกิน 2000 °C. ลูกตองสแตน (หรือโลหะวอล์ฟสแตนค้อน) ใช้เป็นวัสดุเก็บความร้อนโดยการดูดซึมความร้อน (ความสามารถความร้อนเฉพาะ 0.13 J/g·K) และชะลออัตราการทําความร้อนของโครงสร้าง
2- อุปกรณ์ทหาร: ตอบโจทย์กับการระเบิดและการกระแทกไฟ
ระบบป้องกันเชิงกิจกรรมสําหรับถัง:
รายการลูกวอล์ฟสแตนส่วนชิ้นส่วนในกระสุนกั้นยังคงแข็งแรงในขณะระเบิด (อุณหภูมิเกิน 3000 °C)การหลีกเลี่ยงการลดความตายเนื่องจากความอ่อนแอในอุณหภูมิสูง (ชิ้นส่วนของเหล็กได้หลอมเป็นของเหลวในอุณหภูมินี้).
อุปกรณ์ฉุกเฉินสําหรับอุปกรณ์นิวเคลียร์
ในกรณีอุบัติเหตุการรั่วไหลของโรงงานปฏิวัตินิวเคลียร์อุปกรณ์ประปาทําจากลูกวอล์ฟสแตนสามารถรักษาความสมบูรณ์แบบของโครงสร้างในสภาพแวดล้อมการรังสี 1500 °C (เหล็กไร้ขัดเหลืองธรรมดาจะทนต่อการเกรดระหว่างเม็ดมากกว่า 800 °C).
3อาวุธพิเศษ: ประสิทธิภาพในการต่อสู้ในสภาพแวดล้อมอุณหภูมิสูง
ระเบิดเทอร์โมบาริก/ระเบิดเผาไหม้:
ลูกตองเฟสเทนถูกใช้เป็นชิ้นส่วนของกระสุนในอากาศ 2500 °C ที่เกิดจากการระเบิดของเชื้อเพลิงพวกเขายังคงสามารถรักษาความสามารถในการบินความเร็วสูง (ชิ้นส่วนของอลูมิเนียมจะสูญเสียโดยตรงและชิ้นส่วนเหล็กจะลดความแข็งเนื่องจากอุณหภูมิสูง)
ปืนเคมีไฟฟ้าร้อน:
ระหว่างการเผา, อุณหภูมิภายในกระบอกจะถึง 4000 ° C. The tungsten alloy projectiles can withstand more than 500 extremely high-temperature firing cycles through surface carbonization treatment (forming a WC hardening layer) (copper alloy projectiles can only withstand 50 times).
สรุปหลัก:
ผลประกอบภาพรวมที่ดีที่สุด: ลูกตองเฟสเทนไม่มีคู่แข่งในสมดุลของ "ความทนทานอุณหภูมิสูง + ความแข็งแรงสูง + ความทนทานต่อแรงกระแทก"และเหมาะสําหรับฉากที่จําเป็นต้องทนอุณหภูมิสูงและภาระกลไกในเวลาเดียวกัน (เช่นเครื่องยนต์และกระสุนเจาะโลหะ).
ข้อจํากัด: วอล์ฟสแตนบริสุทธิ์มีความพลาสติกที่ต่ํา (ต้องการการซินเตอร์อุณหภูมิสูง) และราคาของมัน 20-30 เท่าของเหล็กสายเหล็กวอล์ฟสแตนต้องปรับปรุงความแข็งแกร่งและประสิทธิภาพในเรื่องค่าใช้จ่ายมากขึ้น โดยการปรับขนาดนาโนและคอมพอยท์ (เช่นวัสดุกราดิเอ็นต์วอล์ฟสแตน-เซรามิก).
三ขอบเขตทางเทคโนโลยี แนวทางการนวัตกรรมที่ทําลายขอบเขต
1นาโนวอล์ฟสแตนวัสดุ
ผ่านเทคโนโลยีโลหะ nano-powder (เช่นการเคลือบฝากชั้นอะตอม) ขนาดเมล็ดถูกควบคุมต่ํากว่า 100 nmซึ่งสามารถเพิ่มความเปราะบางของวอล์ฟสแตนในอุณหภูมิสูงถึง 300% (การขยายความยาวจาก 1% เป็น 4%) โดยรักษาจุดละลายไม่เปลี่ยนแปลง.
2การออกแบบโครงสร้างจากวัสดุเหนือ
3D พิมพ์ "ลูกทองเหลืองผงผึ้ง": โครงสร้างขั้วภายในสามารถลดความสามารถในการนําไฟฟ้าร้อน (ความสามารถในการนําไฟฟ้าร้อนจาก 174 W/m・K เป็น 50 W/m・K)เพื่อให้อุณหภูมิภายในของพื้นผิวลูกบอลช้า 10 นาทีเกิน 500 °C ภายใต้แหล่งความร้อน 2500 °C.
3. การป้องกันเคลือบผสม
พื้นผิวเคลือบด้วยเซรามิก HfB2-SiC อุณหภูมิสูงสุด (จุดละลาย 3380 °C) เพื่อสร้างเคลือบกราดิเอ็นต์ "เซรามิกฐานทองเฟิร์ม"ที่สามารถปกป้องสับสราทตองเฟรเมนในระบายพลาสมา 3000 °C ได้นานกว่า 1 ชั่วโมง (การเคลือบแบบประเพณีสามารถใช้ได้เพียง 10 นาที).
สรุป: ขอบเขต "ความสามารถในการปรับตัวต่อสภาพแวดล้อมที่รุนแรง" ของลูกวอล์ฟสเตน
ขั้นต่ําอุณหภูมิ: โดยไม่มีการป้องกัน ลูกตองเฟรมองสามารถทํางานได้อย่างมั่นคงถึง 2500 °Cสามารถทนอุณหภูมิสูงเกิน 3200 °C ในระยะเวลาสั้น (เช่นสภาพการทํางานชั่วคราวของเครื่องยนต์ร็อกเก็ต).
คีย์การใช้งาน: ในกรณีที่ต้องการ "ความทนทานต่ออุณหภูมิสูง + ความทนทานต่อการกระแทก + อายุการใช้งานยาวนาน" (เช่นอาวุธยี่ห้อและสภาพแวดล้อมรังสีนิวเคลียร์)ลูกวอล์ฟสแตนเป็นวัสดุหลักที่ไม่สามารถเปลี่ยนได้; ขณะที่ฉากอุณหภูมิสูงและไม่มีภาระ (เช่นการวัดอุณหภูมิเตาอบ) สามารถพิจารณาวัสดุเซรามิกที่ประหยัดกว่า
ในอนาคต ด้วยการก้าวหน้าของเทคโนโลยีการผลิตลูกวอล์ฟสแตนคาดว่าจะท้าทายการนําระดับ 3500 °C มาใช้อย่างเข้มข้นในด้านอากาศศาสตร์ อาวุธพลังงานที่ถูกต้อง และสาขาอื่นๆ
