Yüksek sıcaklık direncivolfram topuMetal malzemeler arasında "bir üst oyuncu"dur ve özellikleri onu aşırı yüksek sıcaklık ortamlarında temel bir malzeme seçimi yapar.uygulama senaryoları ve karşılaştırma boyutları:
一Yüksek sıcaklık direncinin temel verileri: erime noktası ve aşırı uygulama sıcaklığı
1"Doğan avantajlar"volfram
Erime noktası: Saf volframın erime noktası 3422 °C'ye kadar yüksektir (çelikten yaklaşık 2000 °C daha yüksek ve altından yaklaşık 2000 °C daha yüksek),Ve doğanın en yüksek erime noktasına sahip metallerden biridir..
Yüksek sıcaklık dayanıklılığı:
2000 °C'de, volframın germe dayanıklılığı hala 100-150 MPa'ya ulaşabilir (sıradan çelik yumuşar ve 400 °C'nin üzerinde başarısız olur).
3000 ° C'ye kadar ısıtıldığında bile (güneş yüzeyinin sıcaklığının yarısına yakın), volfram hala katı bir durumu koruyabilir ve sadece yavaş yavaş (doğrudan katı gazdan) süblimasyona başlar.
2. En iyi performansvolfram alaşımları
Askeri sanayide yaygın olarak kullanılan volfram alaşımları (volfram-nikel-demir alaşımları gibi) diğer metallerin eklenmesi nedeniyle biraz daha düşük bir erime noktasına (yaklaşık 3000-3300 °C) sahiptir.Ancak yüksek sıcaklıkta oksidasyon direnci önemli ölçüde iyileştirilmiştir.:
1000 °C havadaki oksidasyon ağırlığı artış hızı sadece 0.01 mg/cm2·h'dir (çeliğin oksidasyon hızı yaklaşık 1-10 mg/cm2·h'dir).
Tipik bir durum: Bir tür füze motorunun nozel boğazı astarında volfram alaşımı kullanılır.2800 °C gaz akışına 30 dakikaya kadar dayanabilen (sıradan bakır alaşımlı boğaz astarları sadece 5 dakika dayanabilir).
二Aşırı ortamlarda gerçek savaş uygulama senaryoları
1Havacılık: Ultra yüksek sıcaklık hava akışlarına karşı mücadele
Roket motoru nozu:
Long March serisi roketinin katı motor nozel boğaz astarı, volframla sızdırılmış bakır malzemeden (volfram iskeleti + bakır dolgu) yararlanır.3200°C gazda (hız 4000 m/s'yi aşan) istikrarlı bir şekilde çalışabilen, ve volfram aşırı ısınmasını önlemek için ısıyı emmek için bakır faz değişimini kullanır.
Geleneksel grafit boğaz astarına kıyasla, volfram bazlı malzemelerin ablasyon hızı% 90 oranında azalır (grafitin ablasyon hızı yaklaşık 0,5 mm/s,ve volfram alaşımının sadece 0..05 mm/s).
Hipersonik uçakların termal korunması:
Uçak başındaki şok dalga tabakasının sıcaklığı 2000°C'yi aştı.volfram alaşımıbloklar) ısıyı emiyor (specifik ısı kapasitesi 0,13 J/g·K) ve yapının ısıtma hızını yavaşlatarak ısı depolamak için ısı alıcı malzemeleri olarak kullanılır.
2Askeri ekipman: patlamalara ve alev çarpmalarına tepki vermek
Tanklar için aktif koruma sistemi:
Buvolfram topuUzaklaştırıcı füzedeki parçalar patlama anında katı kalır (sıcaklık 3000°C'yi aşar),Yüksek sıcaklıkta yumuşatma nedeniyle ölümcüllüğün azaltılmasını önlemek (çelik parçaları bu sıcaklıkta sıvıya erimiş).
Nükleer tesisler için acil durum ekipmanları:
Nükleer reaktör sızıntısı kazalarında,Tungsten toplardan yapılmış mühürleme cihazı, 1500 °C radyasyon ortamında yapısal bütünlüğünü koruyabilir (sıradan paslanmaz çelik 800 °C'den fazla granüler korozyona maruz kalacaktır).
3Özel silahlar: yüksek sıcaklık ortamlarında savaş etkinliği
Termobarik bombalar/yakıcı bombalar:
Tungsten toplar, mermi gövdesinin önceden üretilmiş parçaları olarak kullanılır. Yakıtın patlamasından kaynaklanan 2500 ° C yüksek sıcaklıklı ateş topu,Hala yüksek hızlı uçuş yeteneklerini koruyabilirler (alüminyum parçacıkları doğrudan buharlaşacak), ve çelik parçaları yüksek sıcaklıktan dolayı sertliği azaltacaktır).
Elektrotermik kimyasal silahlar:
Ateşleme sırasında, namlu içindeki sıcaklık 4000 ° C'ye ulaşır. 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).
Temel sonuç:
En iyi genel performans: Tungsten topları "yüksek sıcaklık direnci + yüksek dayanıklılık + darbe direnci" dengesinde eşsizdir.ve aynı anda yüksek sıcaklıklara ve mekanik yüklere dayanabilmeleri gereken sahneler için özellikle uygundur (örneğin motorlar ve zırhı delen mermiler).
Sınırlamalar: Saf volfram zayıf plastikliğe sahiptir (yüksek sıcaklıkta sinterlenmeye ihtiyaç duyar) ve maliyeti çelikten 20-30 kat daha yüksektir;volfram alaşımlarının dayanıklılığını ve maliyet etkinliğini nano boyutlandırma ve kompozite (volfram-keramik gradient malzemeleri gibi) ile daha da iyileştirilmesi gerekir..
三Teknolojik Sınırlar: Sınırları Aşıran İnovasyon Yönleri
1- Nano...volframMalzemeler
Nano-toz metalürji teknolojisi (atomik katman çökme kaplama gibi) ile, taneler boyutu 100 nm'den aşağı kontrol edilir.Yüksek sıcaklıkta volframın plastikliğini %300 oranında artırabilen (iğneleme %1'den %4'e kadar) ve erime noktasını değişmeden tutabilen.
2. Süper-malzeme yapısı tasarımı
3D basılı "bal çekirdeği volfram topu": İç gözenekli yapısı ısı iletkenliğini azaltabilir (istik iletkenliği 174 W/m・K'dan 50 W/m・K'ya),Böylece top yüzeyinin iç sıcaklığı 2500°C sıcaklık kaynağı altında 500°C'yi geçmek için 10 dakika geciktirilmiştir..
3Kompozit kaplama koruması
Yüzeyi, "tungsten bazlı seramik" eğim kaplaması oluşturmak için HfB2-SiC ultra yüksek sıcaklıklı seramik (ağma noktası 3380°C) ile kaplanmıştır.Volfram substratını 3000°C'lik bir plazma akışında 1 saatten fazla koruyabilen (geleneksel kaplama sadece 10 dakika sürebilir).
Özet: Volfram toplarının "aşırı çevreye uyumluluk" sınırı
Sıcaklık sınırı: Koruma olmadan, volfram toplar 2500°C'ye kadar istikrarlı bir şekilde çalışabilir.Kısa bir süre içinde 3200°C'den yüksek sıcaklıklara dayanabilirler (örneğin roket motorlarının geçici çalışma koşulları gibi).
Uygulama anahtarı: "yüksek sıcaklığa direnç + darbe direnci + uzun ömür" gerektiren senaryolarda (hipersonik silahlar ve nükleer radyasyon ortamları gibi),Volfram toplar yer değiştirilmez çekirdek malzemeleridir.; saf yüksek sıcaklık ve yüksüz senaryolar (tankı sıcaklığı ölçümü gibi) daha ekonomik seramik malzemeleri düşünebilir.
Gelecekte, aşırı üretim teknolojisinin gelişmesiyle,volfram toplarHavacılık, yönlendirilmiş enerji silahları ve diğer alanlarda 3500°C seviyesinin aşırı uygulanmasına meydan okuması bekleniyor.
Yüksek sıcaklık direncivolfram topuMetal malzemeler arasında "bir üst oyuncu"dur ve özellikleri onu aşırı yüksek sıcaklık ortamlarında temel bir malzeme seçimi yapar.uygulama senaryoları ve karşılaştırma boyutları:
一Yüksek sıcaklık direncinin temel verileri: erime noktası ve aşırı uygulama sıcaklığı
1"Doğan avantajlar"volfram
Erime noktası: Saf volframın erime noktası 3422 °C'ye kadar yüksektir (çelikten yaklaşık 2000 °C daha yüksek ve altından yaklaşık 2000 °C daha yüksek),Ve doğanın en yüksek erime noktasına sahip metallerden biridir..
Yüksek sıcaklık dayanıklılığı:
2000 °C'de, volframın germe dayanıklılığı hala 100-150 MPa'ya ulaşabilir (sıradan çelik yumuşar ve 400 °C'nin üzerinde başarısız olur).
3000 ° C'ye kadar ısıtıldığında bile (güneş yüzeyinin sıcaklığının yarısına yakın), volfram hala katı bir durumu koruyabilir ve sadece yavaş yavaş (doğrudan katı gazdan) süblimasyona başlar.
2. En iyi performansvolfram alaşımları
Askeri sanayide yaygın olarak kullanılan volfram alaşımları (volfram-nikel-demir alaşımları gibi) diğer metallerin eklenmesi nedeniyle biraz daha düşük bir erime noktasına (yaklaşık 3000-3300 °C) sahiptir.Ancak yüksek sıcaklıkta oksidasyon direnci önemli ölçüde iyileştirilmiştir.:
1000 °C havadaki oksidasyon ağırlığı artış hızı sadece 0.01 mg/cm2·h'dir (çeliğin oksidasyon hızı yaklaşık 1-10 mg/cm2·h'dir).
Tipik bir durum: Bir tür füze motorunun nozel boğazı astarında volfram alaşımı kullanılır.2800 °C gaz akışına 30 dakikaya kadar dayanabilen (sıradan bakır alaşımlı boğaz astarları sadece 5 dakika dayanabilir).
二Aşırı ortamlarda gerçek savaş uygulama senaryoları
1Havacılık: Ultra yüksek sıcaklık hava akışlarına karşı mücadele
Roket motoru nozu:
Long March serisi roketinin katı motor nozel boğaz astarı, volframla sızdırılmış bakır malzemeden (volfram iskeleti + bakır dolgu) yararlanır.3200°C gazda (hız 4000 m/s'yi aşan) istikrarlı bir şekilde çalışabilen, ve volfram aşırı ısınmasını önlemek için ısıyı emmek için bakır faz değişimini kullanır.
Geleneksel grafit boğaz astarına kıyasla, volfram bazlı malzemelerin ablasyon hızı% 90 oranında azalır (grafitin ablasyon hızı yaklaşık 0,5 mm/s,ve volfram alaşımının sadece 0..05 mm/s).
Hipersonik uçakların termal korunması:
Uçak başındaki şok dalga tabakasının sıcaklığı 2000°C'yi aştı.volfram alaşımıbloklar) ısıyı emiyor (specifik ısı kapasitesi 0,13 J/g·K) ve yapının ısıtma hızını yavaşlatarak ısı depolamak için ısı alıcı malzemeleri olarak kullanılır.
2Askeri ekipman: patlamalara ve alev çarpmalarına tepki vermek
Tanklar için aktif koruma sistemi:
Buvolfram topuUzaklaştırıcı füzedeki parçalar patlama anında katı kalır (sıcaklık 3000°C'yi aşar),Yüksek sıcaklıkta yumuşatma nedeniyle ölümcüllüğün azaltılmasını önlemek (çelik parçaları bu sıcaklıkta sıvıya erimiş).
Nükleer tesisler için acil durum ekipmanları:
Nükleer reaktör sızıntısı kazalarında,Tungsten toplardan yapılmış mühürleme cihazı, 1500 °C radyasyon ortamında yapısal bütünlüğünü koruyabilir (sıradan paslanmaz çelik 800 °C'den fazla granüler korozyona maruz kalacaktır).
3Özel silahlar: yüksek sıcaklık ortamlarında savaş etkinliği
Termobarik bombalar/yakıcı bombalar:
Tungsten toplar, mermi gövdesinin önceden üretilmiş parçaları olarak kullanılır. Yakıtın patlamasından kaynaklanan 2500 ° C yüksek sıcaklıklı ateş topu,Hala yüksek hızlı uçuş yeteneklerini koruyabilirler (alüminyum parçacıkları doğrudan buharlaşacak), ve çelik parçaları yüksek sıcaklıktan dolayı sertliği azaltacaktır).
Elektrotermik kimyasal silahlar:
Ateşleme sırasında, namlu içindeki sıcaklık 4000 ° C'ye ulaşır. 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).
Temel sonuç:
En iyi genel performans: Tungsten topları "yüksek sıcaklık direnci + yüksek dayanıklılık + darbe direnci" dengesinde eşsizdir.ve aynı anda yüksek sıcaklıklara ve mekanik yüklere dayanabilmeleri gereken sahneler için özellikle uygundur (örneğin motorlar ve zırhı delen mermiler).
Sınırlamalar: Saf volfram zayıf plastikliğe sahiptir (yüksek sıcaklıkta sinterlenmeye ihtiyaç duyar) ve maliyeti çelikten 20-30 kat daha yüksektir;volfram alaşımlarının dayanıklılığını ve maliyet etkinliğini nano boyutlandırma ve kompozite (volfram-keramik gradient malzemeleri gibi) ile daha da iyileştirilmesi gerekir..
三Teknolojik Sınırlar: Sınırları Aşıran İnovasyon Yönleri
1- Nano...volframMalzemeler
Nano-toz metalürji teknolojisi (atomik katman çökme kaplama gibi) ile, taneler boyutu 100 nm'den aşağı kontrol edilir.Yüksek sıcaklıkta volframın plastikliğini %300 oranında artırabilen (iğneleme %1'den %4'e kadar) ve erime noktasını değişmeden tutabilen.
2. Süper-malzeme yapısı tasarımı
3D basılı "bal çekirdeği volfram topu": İç gözenekli yapısı ısı iletkenliğini azaltabilir (istik iletkenliği 174 W/m・K'dan 50 W/m・K'ya),Böylece top yüzeyinin iç sıcaklığı 2500°C sıcaklık kaynağı altında 500°C'yi geçmek için 10 dakika geciktirilmiştir..
3Kompozit kaplama koruması
Yüzeyi, "tungsten bazlı seramik" eğim kaplaması oluşturmak için HfB2-SiC ultra yüksek sıcaklıklı seramik (ağma noktası 3380°C) ile kaplanmıştır.Volfram substratını 3000°C'lik bir plazma akışında 1 saatten fazla koruyabilen (geleneksel kaplama sadece 10 dakika sürebilir).
Özet: Volfram toplarının "aşırı çevreye uyumluluk" sınırı
Sıcaklık sınırı: Koruma olmadan, volfram toplar 2500°C'ye kadar istikrarlı bir şekilde çalışabilir.Kısa bir süre içinde 3200°C'den yüksek sıcaklıklara dayanabilirler (örneğin roket motorlarının geçici çalışma koşulları gibi).
Uygulama anahtarı: "yüksek sıcaklığa direnç + darbe direnci + uzun ömür" gerektiren senaryolarda (hipersonik silahlar ve nükleer radyasyon ortamları gibi),Volfram toplar yer değiştirilmez çekirdek malzemeleridir.; saf yüksek sıcaklık ve yüksüz senaryolar (tankı sıcaklığı ölçümü gibi) daha ekonomik seramik malzemeleri düşünebilir.
Gelecekte, aşırı üretim teknolojisinin gelişmesiyle,volfram toplarHavacılık, yönlendirilmiş enerji silahları ve diğer alanlarda 3500°C seviyesinin aşırı uygulanmasına meydan okuması bekleniyor.
