将钨制成电阻丝是运用了金属的那些物理性质

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将钨制成电阻丝是运用了金属的那些物理性质篇一：课题2 金属的化学性质——蒋健

化学课堂学习指南

课题：金属的化学性质

课型：新课主备：蒋建审核：班级：九年级班组别：姓名学习目标

1、理解金属被氧化的实质 2、掌握金属活动性顺序及其应用【重难点及考点】重点：金属的化学性质难点：金属化学性质的应用

考点：知道金属和氧气的反应，了解置换反应和置换反应发生的条件

一揭示目标二基础鏈接：

1、常见金属的下列用途各利用的是那些物理性质

①用铁锅炒菜（） ②古代人将铜打磨成铜镜（ ③将铝拉成丝做成电线（） ④将钨制成电阻丝（） ⑤人们将黄金做成项链.耳环（）

2、在下列物理性质中，铜、铁、铝三种金属均具有的性质是（）①银白色金属②延展性③导热性④导电性⑤被磁体吸引 A①②③ B②③④ C③④⑤ D①⑤

3、(2010.南京)2010年5月，孙中山铜像回迁至南京新街口，铜及铜合金属于（） A天然材料 B金属材料 C复合材料D合成材料

三、教学过程

1、自学学习（请同学们阅读P9，并完成以下练习）

⑴铝.镁具有优良的抗腐蚀性能是因为其发生的化学方程式（学法指导：可从书上找到答案）⑵真金不怕火炼说明（）

A金的硬度大B金的化学性质不活泼，在高温下也不与氧气反应C金的熔点高，可以用火烧D金在常温下与氧气反应，高温下不反应（学法指导：可从书上找到答案）⑶下列物质中不能在氧气中燃烧的是（）

A金箔B铁丝C木炭D氢气（学法指导：从物质燃烧和氧气的浓度和接触面积去思考）⑷选用金银铜等金属制作钱币，从化学的角度分析主要原因是（）

A硬度大B化学性质比较稳定C密度大D有比较漂亮的色泽（学法指导：从它们的化学性质去思考）归纳：

大多数金属都能与反应，但反应的和不同，金属越活泼，越氧气反应，同等条件下反应越

2、组内互学（请同学们阅读P10“活动与探究”并仔细观察演示实验，完成以下练习）①完成P10中表格（学法指导：要仔细观察实验现象P10图8-8）

）

②讨论:那些金属能与盐酸，稀硫酸发生反应？反应的剧烈程度如何？反应后生成了什么气体？那些金属不能与盐酸，稀硫酸发生反应？（学法指导：由实验现象归纳） ③很多金属都能与H2SO4和HCl等起反应，但反应的难易和剧烈程度不同，以Fe、Al、Cu为例，写出它们与H2SO4和HCl反应的化学反应方程式（学法指导：观察P11金属与酸反应的化学方程式归纳类比找出其规律）

④归纳：由一种单质与一种化合物反应，生成另一种单质与另一种化合物的反应叫做例如：，其特点为：反应物有种生成物有种反应物的类型为（从单质和化合物去思考）生应物的类型为（从单质和化和物去思考）到目前为止，我们已经学习了三种基本反应类型，它们分别是、和。

⑤下列反应属于置换反应的是（） A FeO点燃

MnO2

2Fe3O4 B 2H2O22H2OO2 点燃

C FeCuSO4FeSO4Cu D CH42O2CO22H2O ⑥（请同学们阅读P11“活动与探究”并仔细观察演示实验，完成以下练习） a、把一根用砂子打磨过的铝丝插入硫酸铜溶液中，过一会取出，会有什么现象？铝丝为什么要打磨呢？

其发生的化学方程式： b、把一根洁净的铜丝浸入硝酸银溶液中，过一会取出，会有什么现象？

其发生的化学方程式：

c、把另一根洁净的铜丝浸入硫酸铝溶液中，过一会取出，会有什么现象？

（学法指导：要仔细观察实验现象P12图8-13.14）

d、上述能发生的化学方程式有什么特点？他们属于反应（填反应的基本类型）

归纳：常见金属的活动性顺序如下：

金属的活动性从左至右依次请举例说明：根据金属的活动性顺序可以给你哪些判断依据。例如：在金属活动性顺序里，金属的位置越靠前，它的活动性就越强（学法指导：P13可找到答案） e、友情提示

A活泼金属与酸发生置换反应的条件

① ②这里的酸不包括浓硫酸和硝酸

B金属与盐溶液发生置换反应的条件①② C、Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑ D、2Fe＋3CuSO4===Fe2(SO4)3＋3Cu

③在溶液中进行

3、组际交流(抽3-4个学习小组代表汇报“个体自学和组内互学”学习成果) 4、整理笔记（每个同学对自己的笔记进行归纳整理） 5、实践运用（A组全做，B组1-8题，填空题第二题）

①收藏家收藏的清末铝制品，至今保存十分完好，该艺术品不易生锈的主要原因是（）A.铝不易被氧化 B.铝不易发生化学反应

C.铝表面致密的氧化膜阻止铝进一步被氧化 D.铝表面的氧化物易发生还原反应 ②.下列成语所描述的过程，从化学的角度理解正确的是（）A.釜底抽薪：木柴燃烧必须达到着火点 B.真金不怕火炼：金的化学性质稳定 C.铁杵磨成针：主要发生了化学变化 D.百炼成钢：只发生了物理变化 ③某金属放入稀硫酸中，不产生气泡，该金属可能是 ( ) A、Mg B、Al C、Zn D、Ag

④废旧计算机的某些部件含有Zn、Fe、Cu、Ag、Pt（铂）、Au（金）等金属，经物理方法初步处理后，与足量稀盐酸充分反应，然后过滤。剩余的固体中不应有的金属是（） A、Cu、Ag B、Zn、Fe C、Pt 、Cu D、Ag、Au ⑤下列反应符合事实的是 ( ) A、4Fe＋3O2 ===2Fe2O3 B、2Fe＋6HCl===2FeCl3＋3H2↑

⑥如图所示是X 、Y、Z三种金属在容器中的反应现象，下列说法正确的是（） A、X 、Y、Z三种金属均发生了臵换反应 B、三种金属的活动性顺序是X＞Y＞Z C、若Z能从金属Y的盐溶液里臵换出Y，则三种金属的活动性序是X＞Z＞Y D、若X为金属镁，则Z可能是铁

⑦某金属R能与硫酸铜溶液发生臵换反应但不能跟氯化锌溶液发生反应。关于R、铜、锌的金属活动性由强到弱排列正确的是（） A、Zn、R、Cu B、Zn、Cu、R C、R、Zn、Cu D、Cu、R、Zn

⑧下列事实不能说明锌比银活泼的是（）

A、Zn能与AgNO3溶液反应，臵换出Ag B、Zn能与稀硫酸反应，Ag则不能

C、自然界没有以单质形式存在的Zn，而有以单质形式存在的Ag D、Zn的熔点为420℃，Ag的熔点为962℃

⑨有X、Y、Z三种金属，它们之间能够发生如下反应：Y+X(NO3)2==X+Y(NO3)2，X+Z(NO3)2==Z+X(NO3)2。则X、Y、Z三种金属的活动性由强到弱的顺序是（）

A.Z>Y=X B.X<Y<Z C.Y>X>Z D.X>Z>Y

⑩某单质X能从某溶液中臵换出单质Y，由此推断下列说法中正确的是（）

A、X一定是排在金属活动性顺序中氢以前的金属 B、X是金属时，Y可能是金属，也可能是非金属 C、X是金属时，Y一定比X活泼 D、X、Y都是金属时，Y一定比X活泼

11等质量的铁和锌分别与足量的同种稀硫酸完全反应，生成氢气的质量与反应时间的关系如图所示。其中正确的是（）

12等质量的同别与足量的铁和锌反应，生成氢气的质量与反应时间的关系如图所示。其中正确的是（）

二、填空题：.按要求写出反应的化学方程式：

（1）有酸参加的臵换反应；（2）有盐参加的臵换反应；（3）有固态非金属参加的臵换反应；（4）有气体单质参加的臵换反应。三、为了探究影响金属与酸反应剧烈程度的因素进行了以下实验：

由此得出影响金属与酸反应剧烈程度的因素有：

因素一：因素二：因素三：四、总结反思

这节课我们学到了什么？1.

2. 3

五、课后提能 1、补充作业

2、预习课题3金属资源的利用和保护

将钨制成电阻丝是运用了金属的那些物理性质篇二：钨的性质和用途

钨的性质和用途

(一)钨的性质

钨的熔点为3410℃，沸点约为5900℃，热导率在10～100℃时为174瓦/米·K，在高温下蒸发速度慢、热膨胀系数很小，膨胀系数在0～100℃时，为4.5×10-6·K-1。钨的比电阻约比铜大3倍。电阻率在20℃为10-8欧姆·米。

钨的硬度大、密度高(密度为19.25克/厘米3)，高温强度好，电子发射性能亦佳。钨的机械性能主要决定于它的压力加工状态与热处理过程。在冷状态下钨不能进行压力加工。锻压、轧压、拉丝均需在热状态下进行。钨的可塑性强。一根1公斤重的钨棒，可以拔成长约400公里、直径只有1％毫米的细丝。这种细丝在3000℃高温环境中，仍具有一定强度，而且发光率高，使用寿命长，是制造各种灯泡灯丝的好材料。白炽灯、碘钨灯，乃至世界上最新颖的灯泡、灯管，都用钨丝制造。

常温下钨在空气中稳定，在400-500℃钨开始明显氧化，形成蓝黑色的致密的W03表面保护膜。

常温下钨不易被酸、碱和王水浸蚀，但溶解于氢氟酸和王水的混合液内。

(二) 钨的主要用途

世界上开采出的钨矿，80%用于优质钢的冶炼，15%用于生产硬质钢，5%其他用于其他用途。钨可以制造枪械、火箭推进器的喷嘴、切削金属，是一种用途较广的金属。 1．钨在钢铁中的重要作用

钨是钢的重要合金元素，提高钢的强度，硬度和耐磨性。主要钨钢有高速工具钢，热作模具钢，系列工具、模具钢，军械，涡轮钢，磁钢等。用钨钢制造工具，要比普通钢工具强度高几倍乃至几十倍；用钨钢制造炮筒、枪筒，在连续射击时，即使筒身被弹丸摩擦得滚烫，仍能保持良好的弹性和机械强度。在金属切削机床上，用钨钢做车刀，温度高达1000℃仍能坚硬如故。把含钨3％到15％的钨铬钴合金钢喷镀或堆焊到普通钢零件的表面，就等于给零件穿上坚硬的“盔甲”，既能耐温抗压，又能抵抗腐蚀，减少磨损，使用寿命可延长几十倍。由于钨钢的超群特性和宽广用途，全世界每年生产的钨，有90％都用来制造钨钢。广泛采用的高速钢含有9%—24%的钨、3.8%—4.6%的铬、1%—5%的钒、4%—7%钴、0.7%—1.5%碳。高速钢的特点是在空气中有高的强化回火温度（700—800℃）下，能自动淬火，因此，直到600—650℃它还保持高的硬度和耐磨性。合金工具钢中的钨钢含有0.8%——1.2%的钨；铬钨硅钢含有2%—2.7%的钨；铬钨钢中含有2%—9%的钨；铬钨锰钢中含有0.5%—1.6%

的钨。含钨的钢用于制造各种工具：如钻头、铣刀、拉丝模、阴模和阳模，气支工具等零件。钨磁钢是含有5.2%—6.2%的钨、0.68%—0.78%碳、0.3%—0.5%铬的永磁体钢。钨钴磁钢含有11.5%—14.5%的钨、5.5%—6.5%钼、11.5%—12.5%钴的硬磁材料。它们具有高的磁化强度和矫顽磁力。

2．钨合金在工业上的应用

钨是高速工具钢、合金结构钢、弹簧钢、耐热钢和不锈钢的主要合金元素，钨可以通过固溶强化、沉淀强化和弥散强化等方法实现合金化，借以提高钨材的高温强度、塑性。通过合金化，钨已形成多种对当代人类文明有重大影响的有色金属合金。钨中加入铼(3％～26％)能显著提高延展性(塑性)及再结晶温度。某些钨铼合金经适当高温退火处理后，延伸率可达到5％，远较纯钨或掺杂钨的1％～3％为高。钨中加入0.4％～4.2％氧化钍(ThO2)形成的钨钍合金，具有很高的热电子发射能力，可用作电子管热阴极、氩弧焊电极等，但ThO2的放射性长期未得到解决。我国研制的铈钨(W-CeO2)合金及用La2O3和Y203作弥散剂制成的镧钨、钇钨合金(氧化物含量一般在2.2％以下)代替W-Th02合金，均已大量用作氩弧焊、等离子焊接与切割及非自耗电弧炉等多种高温电极。钨铜、钨银合金是一种组成元素间并无反应因而不形成新相的粉冶复合材料。钨银、钨铜合金实际上不是合金，故被视为假合金。钨银合金即是常提及的渗银钨。此类合金含20％～70％铜或银，兼有铜、银的优异导电导热性能与钨的高熔点、耐烧蚀等性能，主要用作火箭喷嘴、电触点及半导体支承件。国外一种北极星A-3导弹的喷嘴就是用渗有10％～15％银的钨管制造的，重量达数百千克的阿波罗宇宙飞船用的火箭喷嘴也是钨制造的。

钨钼合金具有比纯钨更高的电阻率、更优异的韧性，已用作电子管热丝、玻璃密封引出线。钨作为合金元素，在有色金属合金中要提及的还有超合金。上个世纪40年代为适应航空用涡轮发动机对高温材料的需要，在隆隆的炮火中诞生了超合金。超合金由镍基、钴基、铁基三类特种结构合金组成。它们在高温(500～1050 ℃)下作业时仍能保持极高的强度、抗蠕变性能、抗氧化性能及耐蚀性。此外，它们在长达数年的使用期限内，可保证不会断裂，也就是具有耐高周期疲劳和低周期疲劳的特性。这类性能对人命关天的航空航天产业万分重要。

钨在钢铁工业中是重要的合金元素，能提高钢的强度、硬度和耐蚀性。含钨的硬质合金（碳化钨），硬度大、耐磨、耐蚀和耐热，用于制造钻头、刀具和耐高温的零件等。含钨60～90％的钨铜（或钨银）合金是优良的接触材料，可用作电键、刀形开关、断路器及点焊电极等。钨镍铜合金可作α和γ射线的防护屏。在火箭发动机中，由钨制成的不冷却喷管能

耐3127℃的高温和承受高压、高热应力。在照明及电子工业上作发光材料和X射线阴极靶。还可作高温电阻炉加热体。钨和钨铼（26％）合金所组成的热电偶，可测量温度范围从室温到2835℃。二硒化钨可作资深润滑轴承的润滑剂，其润滑温度范围为-217～350℃。钨的化合物颜料具有较亮的光泽，经久耐用。

以钨为主要成分的特殊合金有：难熔合金甩手燃气涡轮机叶片、火箭喷嘴，导弹、核反应堆部件等；高比重合金用作重型穿甲弹头，导航陀螺仪转子、平衡重块以及自动手表的制动器等；镍铜等合金用作X—和y—射线防护屏，放射线物质的容器等；铜、钨银等合金是高压高频电触点材料；钨铼合金组成的热电可测量温度范围从室温到2835℃。

基于钨的高密度制造高比重钨合金已成为钨的一个重要应用领域。采用液相烧结工艺，在钨粉中同时加入镍、铁、铜及少量其他元素，即可制成高密度钨合金。根据组分的不同，高密度钨合金可分为钨—镍—铁和钨—镍—铜两个合金系。通过液相烧结，其密度可达17～18.6克／厘米3 。所谓液相烧结是指混合粉末压坯在烧结温度下有一定量液相存在的烧结过程。其优点在于液相润湿固相颗粒并溶解少量固体物质，大大加快了致密化和晶粒长大的过程，并达到极高的相对密度。比如对通常在液相烧结时使用的镍铁粉而言，当烧结进行时，镍铁粉熔化。尽管在固相钨(占95％的体分数)中液态镍铁的溶解度极小，但固态钨却易于溶解在液态镍铁中。一旦液体镍铁润湿钨粒并溶解一部分钨粉，钨颗粒则改变形状，其内部孔隙当液流进入时立即消失。过程继续下去，则钨颗粒不断粗化和生长，到最后产生接近100％致密且具有最佳显微组织的最终产品。用液相烧结制成高密度钨合金除密度高外还有比纯钨更好的冲击性能，其主要用途是制造高穿透力的军用穿甲弹。

热强和耐磨合金作为最难熔的金属钨是许多热强合金的成分，如3%~15%的钨、25%~35%的铬、45%~65%的钴、0.5%~2.75%的碳组成的合金，主要用于强烈耐磨的零件，例如航空发动机的活门、压模热切刀的工作部件、涡轮机叶轮、挖掘设备、犁头的表面涂层。在航空和火箭技术中，以及要求机器零件，发动机和一些仪器的高热强度的其它部门中，钨和其它给熔金属(钽、铌、钼、铼)的合金用作热强材料。

目前使用的知名超合金共有35～40个牌号，其中相当一部分的主成分之一为钨(见表)。

这些合金中钨的用量最低为0.6％，最高为15％，占有比例并不高，但从高温工程如航空工业和热电厂对他们的需求绝对数量看，其用量将十分可观。估计全球在超合金中，大约2/3以上用于航空航天业，1/7用于核电站、燃气涡轮电站，另1/7用于海事作业和运输业。 3．钨在硬质合金的应用

碳化钨基硬质合金钨的碳化物具有高的硬度、耐磨性和难熔性。这些合金含有85%~95%的碳化钨和5%~14%的钴，钴是作为粘结剂金属，它使合金具有必要的强度。主要用于加工钢的某些合金中，还含有钛、钽和铌的碳化物。所有这些合金都是用粉末冶金法制造的。当加热到1000~1100℃时，它们仍具有高的硬度和耐磨性。硬质合金刀具的切削速度远远地超过了最好的工具钢刀具的切削速度。硬质合金主要用于切削工具、矿山工具和拉丝模等。

碳化钨在1000℃以上的高温仍能保持良好的硬度，是切削、研磨的理想工具。将钨粉(或W03)与碳黑的混合物在氢气或真空中于一定温度下碳化，即制成碳化钨(WC)，再将WC与金属粘结剂钴按一定比例配料，经过制粉、成型、烧结等工艺，制成刀具、模具、轧辊、冲

击凿岩钻头等硬质合金制品。目前使用的碳化钨基硬质合金大体上可分为碳化钨—钴、碳化钨—碳化钛—钴、碳化钨—碳化钛—碳化钽(铌)—钴及钢结硬质合金等四类，在当前全球每年约5万吨钨的消费量中，碳化钨基硬质合金约占63％。据最近的消息，全球硬质合金的总产量约33000吨/年，消耗钨总供应量的50％～55％。 4．钨合金在电子工业中的应用

钨及其合金广泛应用于电子、电光源工业。用于制造各种照明用灯泡，电子管灯丝使用的是具有抗下垂性能的掺杂钨丝。掺杂钨丝中添加铼，由含铼量低的钨铼合金丝与含铼量高的钨铼合金丝制造的热电偶，其测温范围极宽(0～2500℃)，温度与热电动势之间的线性关系好，测温反应速度快(3秒)，价格相对便宜，是在氢气氛中进行测量的较理想的热电偶。利用金属钨的高熔点，在不丧失其机械完整性的前提下，成为电子的一种热离子发射体，比如作扫描电(子显微)镜和透射电(子显微)镜的电子源。还用于作X射线管的灯丝。在X射线管中，钨丝产生的电子被加速，使之碰撞钨和钨铼合金阳极，再从阳极上发射出X射线。为产生X射线要求钨丝产生的电子束的能量非常之高，因此被电子束碰撞的表面上的斑点非常之热，故在大多数X射线管中使用的是转动阳极，大尺寸的钨丝还用作真空炉的加热元件。

在电子工业尤其是集成电路制造中，利用化学气相沉积(CVD)在衬底上形成薄膜的技术，是一项与粉冶技术生产钨的体材料(块材)产品完全不同的工艺。最常见的是用六氟化钨作CVD沉积过程的钨源。室温下的WF6是液体，但通过待涂覆的零件时WE6因本身极高的蒸气压而与氢气合流，在大约300℃通过WF6+3H2→W+6HF反应而有选择地涂在工件表面上。如沉积在集成电路上形成的钨通道(vias)作为小的金属插头可连接到电路板的另一条水平导线上。这种小插头的直径为0.4毫米，长径比为2.5，以后还可以把直径缩小到0.1毫米，使长径比达到5。由于钨具有优异的导电性，且不与周围的材料反应等条件，因此CVD法是填充通道、净化不需要钨的表面的唯一方法。

电真空照明材料钨以钨丝、钨带和各种锻造元件用于电子管生产、无线电电子学和X射技术中。钨是白织灯丝和螺旋丝的最好材料。高的工作温度(2200~2500℃)保证高的发光效率，而小的蒸发速度保证丝的寿命长。钨丝用于制造电子振荡管的直热阴极和栅极，高压整流器的阴极和和各种电子仪器中旁热阴极加热器。用钨做X光管和气体放电管的对阴极和阴极，以及无线电设备的触头和原子氢焊枪电极。钨丝和钨棒作为高温炉(达3000℃)的是加热器。钨加热器在氢气气氛、惰性气氛或真空中工作。 5．其他

将钨制成电阻丝是运用了金属的那些物理性质篇三：钨的性质和主要用途

钨的性质和主要用途

(一)钨的性质

钨的熔点为3410℃，沸点约为5900℃，热导率在10～100℃时为174瓦/米·K，在高温下蒸发速度慢、热膨胀系数很小，膨胀系数在0～100℃时，为4.5×10-6·K-1。

钨的比电阻约比铜大3倍。电阻率在20℃为10-8欧姆·米。

钨的硬度大、密度高(密度为19.25克/厘米3)，高温强度好，电子发射性能亦佳。

钨的机械性能主要决定于它的压力加工状态与热处理过程。在冷状态下钨不能进行压力加工。锻压、轧压、拉丝均需在热状态下进行。

常温下钨在空气中稳定，在400-500℃钨开始明显氧化，形成蓝黑色的致密的W03表面保护膜。

常温下钨不易被酸、碱和王水浸蚀，但溶解于氢氟酸和王水的混合液内。 (二)钨的主要用途

钨及其合金广泛应用于电子、电光源工业。用于制造各种照明用灯泡，电子管灯丝使用的是具有抗下垂性能的掺杂钨丝。

掺杂钨丝中添加铼。由含铼量低的钨铼合金丝与含铼量高的钨铼合金丝制造的热电偶，其测温范围极宽(0～2500℃)，温度与热电动势之间的线性关系好，测温反应速度快(3秒)，价格相对便宜，是在氢气氛中进行测量的较理想的热电偶。

钨丝不仅触发了一场照明工业的革命，同时还由于它的高熔点，在不丧失其机械完整性的前提下，成为电子的一种热离子发射体，比如作扫描电(子显微)镜和透射电(子显微)镜的电子源。还用于作X射线管的灯丝。在X射线管中，钨丝产生的电子被加速，使之碰撞钨和钨铼合金阳极，再从阳极上发射出X射线。为产生X射线要求钨丝产生的电子束的能量非常之高，因此被电子束碰撞的表面上的斑点非常之热，故在大多数X射线管中使用的是转动阳极。此外大尺寸的钨丝还用作真空炉的加热元件。

钨的密度为19.25克/厘米3 ，约为铁(7.87克/厘米3 )的2.5倍，是周期系最重的金属元素之一。基于钨的这一特性制造的高密度的钨合金(即高比重钨合金)已成为钨的一个重要应用领域。采用液相烧结工艺，在钨粉中同时加入镍、铁、铜及少量其他元素，即可制成高密度钨合金。根据组分的不同，高密度钨合金可分为钨—镍—铁和钨—镍—铜两个合金系。通过液相烧结，其密度可达17～18.6克／厘米3 。所谓液相烧结是指混合粉末压坯在烧结温度下有一定量液相存在的烧结过程。其优点在于液相润湿固相颗粒并溶解少量固体物质，大大加快了致密化和晶粒长大的过程，并达到极高的相对密度。比如对通常在液相烧结时使用的镍铁粉而言，当烧结进行时，镍铁粉熔化。尽管在固相钨(占95％的体分数)中液态镍铁的溶解度极小，但固态钨却易于溶解在液态镍铁中。一旦

液体镍铁润湿钨粒并溶解一部分钨粉，钨颗粒则改变形状，其内部孔隙当液流进入时立即消失。过程继续下去，则钨颗粒不断粗化和生长，到最后产生接近100％致密且具有最佳显微组织的最终产品。

用液相烧结制成高密度钨合金除密度高外还有比纯钨更好的冲击性能，其主要用途是制造高穿透力的军用穿甲弹。

碳化钨在1000℃以上的高温仍能保持良好的硬度，是切削、研磨的理想工具。1923年德国的施罗特尔(Schroter)正是利用WC的这一特性才发明WC-Co硬质合金的。由于WC-Co硬质合金作为切削刀具及拉伸、冲压模具带来了巨大的商机，很快在1926～1927

年便实现了工业化生产。简单地说，先将钨粉(或W03)与碳黑的混合物在氢气或真空中于一定温度下碳化，即制成碳化钨(WC)，再将WC与金属粘结剂钴按一定比例配料，经过制粉、成型、烧结等工艺，制成刀具、模具、轧辊、冲击凿岩钻头等硬质合金制品。

目前使用的碳化钨基硬质合金大体上可分为碳化钨—钴、碳化钨—碳化钛—钴、碳化钨—碳化钛—碳化钽(铌)—钴及钢结硬质合金等四类，在当前全球每年约5万吨钨的消费量中，碳化钨基硬质合金约占63％。据最近的消息，全球硬质合金的总产量约33000吨/年，消耗钨总供应量的50％～55％。

钨是高速工具钢、合金结构钢、弹簧钢、耐热钢和不锈钢的主要合金元素，用于生产特种钢的钨的用量很大。

钨可以通过固溶强化、沉淀强化和弥散强化等方法实现合金化，借以提高钨材的高温强度、塑性。通过合金化，钨已形成多种对当代人类文明有重大影响的有色金属合金。

钨中加入铼(3％～26％)能显著提高延展性(塑性)及再结晶温度。某些钨铼合金经适当高温退火处理后，延伸率可达到5％，远较纯钨或掺杂钨的1％～3％为高。

钨中加入0.4％～4.2％氧化钍(ThO2)形成的钨钍合金，具有很高的热电子发射能力，可用作电子管热阴极、氩弧焊电极等，但ThO2的放射性长期未得到解决。

我国研制的铈钨(W-CeO2)合金及用La2O3和Y203作弥散剂制成的镧钨、钇钨合金(氧化物含量一般在2.2％以下)代替W-Th02合金，均已大量用作氩弧焊、等离子焊接与切割及非自耗电弧炉等多种高温电极。

钨铜、钨银合金是一种组成元素间并无反应因而不形成新相的粉冶复合材料。钨银、钨铜合金实际上不是合金，故被视为假合金。钨银合金即是常提及的渗银钨。此类合金含20％～70％铜或银，兼有铜、银的优异导电导热性能与钨的高熔点、耐烧蚀等性能，主要用作火箭喷嘴、电触点及半导体支承件。国外一种北极星A-3导弹的喷嘴就是用渗有10％～15％银的钨管制造的，重量达数百千克的阿波罗宇宙飞船用的火箭喷嘴也是钨制造的。

目前使用的知名超合金共有35～40个牌号，其中相当一部分的主成分之一

这些合金中钨的用量最低为0.6％，最高为15％，占有比例并不高，但从高温工程如航空工业和热电厂对他们的需求绝对数量看，其用量将十分可观。估计全球在超合金中，大约2/3以上用于航空航天业，1/7用于核电站、燃气涡轮电站，另1/7用于海事作业和运输业。

钨的主要问题是咨源短缺。为此一些钨资源短缺地区如欧洲开展了以钼代钨的研究，另外从节约材料的角度考虑，国外还出现了高工效的涂层硬质合金。估计硬质合金涂层本身在硬度、化学稳定性、耐磨性能、摩擦系数(要求低)、热导率以及阻挡钴和碳从基材(衬底)扩散的有效性等方面大体已经解决。

钼的性质和主要用途

钼的性质

钼与钨的性质非常相近，其沸点和导电性能突出，线热膨胀系数小，较钨易于加工。

金属钼的热导率[135瓦／(米·开)]与比热[0.276千焦／(千克·开)]呈最佳搭配，使它成为抗热震和热疲劳的天然选择。它的熔点为2620℃，次于钨、钽，但密度却较之低得多，因此其比强度(强度／密度)大于钨、钽等金属，在对重量要求极关键的应用中，更为有效。钼在1200℃仍有高的强度。

钼的主要缺点是抗高温氧化性能差(高于600℃迅速氧化)和室温延性不佳。为扬长避短，对高温氧化问题多采用涂层(如涂MoSi2、镀镍、镀铬等)办法控制；对塑性过差即通常说的低温脆化的欠缺，则通过合金强化和加人碳化物实现强化等措施解决。

钨(W)、铼(Re)、钽(Ta)、钛(Ti)和锆(Zr)等是常见的固溶强化元素。钨是钼的主要固溶强化元素，铼可把延脆转变温度降到—200℃。由它们形成的工业钼合金参见表。其中由镧构成的钼镧合金显示出极为突出的抗蠕变及高温变形能力，其在高温下的这一特性表现得尤为明显。

钼的用途

从全球的消费结构看，钼确实称得上是铁的同盟军。西方发达国家对钼的需求80%源于钢铁，不锈钢吸纳30％的钼，低合金钢吸纳30％，钻探刀头和切削刀具占10％，铸钢占10％。另外20％的钼消费在钼化学制品、钼基润滑剂和石油精炼等方面。颇为典型的美国1998年在钢铁生产中钼的消费比例是75％。此外以钼为基的合金在电子、金属加工及航天工业中也得到日益广泛的应用。

1．钼合金

TZM合金具有优异的高温强度及综合性能，是应用最广泛的钼合金。美国用TZM合金制作发动机的涡轮盘，其用钼量占钼总用量的15％。我国生产包括TZM钼合金在内的钼材已不下于22个牌号，20世纪90年代初我国钼及钼制品的产量已近200吨。

TZM和TZC钼合金的高温机械性能比纯钼好，广泛用于制造高温工、模具及各种结构件。我国早在20世纪年代即已成功地将它们制成各种无缝钢管的热穿孔顶头。此种用粉冶技术制造的烧结钼顶头减少了原料消耗(为铸态的50％)，平均使用寿命提高1.5～2倍。

钼铼合金(含50％Re)制成的无缝管高温性能优良，可在接近其熔点的温度下使用，用作热电偶套管和电子管阴极的支架、环、栅极等零件。

钼及钼合金除具有高温强度，良好的导电、导热和低的热膨胀系数(与电子管用玻璃相近)外，还拥有较钨易于加工的优势，因此用常规加工方法生产的板、带、箔、管、棒、线和型材等在电子管(栅极和阳极)、电光源(支撑材料)零件，金属加工工具(压铸和挤压模、锻模、穿孔顶头、液态金属滤筛)及涡轮盘等部件中得到广泛应用。 2．钢的合金元素

钼作为钢材的盟友，和镍、铬一起作为合金元素能够减少合金钢在热处理时经常发生的脆变。在高速钢中用钼代替钨在解决钨资源不足方面，美国走在了前面。据计算，钼具有两倍于钨的“能力”。这样一来含钨18％的钢可由含钼9％的钢代替(同时加入铬与钒)，大大降低了钢的生产成本。钼在不锈钢内的

将钨制成电阻丝是运用了金属的那些物理性质篇四：钨的性质和主要用途

钨的性质和主要用途

㊣钨钼材料的应用

钨钼材料常常因为以下 9 种性质而在不同工业中得到重要应用。 1）高熔点

2）极低的蒸气压（这对难熔和真空行业的应用尤其重要。） 3）高温物理强度大（用于高温环境中的结构件）

4）抗蠕变（高温负载结构件。尺寸稳定性高。如：大型航空发动机涡轮叶片的锻造模具。） 5）高的弹性模量

6）极低的热胀系数（对于金属-陶瓷结构，金属-半导体结构，金属-石墨结构的应用非常重要。如在 LED 领域，被视为大功率 LED 的未来的 V-LED 将会使用钼或者钼铜材料作为基底材料） 7）优良的导电率（金属特性） 8）优良的导热性（金属特性） 9）选择性的抗侵蚀能力

(一)钨的性质

钨的熔点为3410℃，沸点约为5900℃，热导率在10～100℃时为174瓦/米·K，在高温下蒸发速度慢、热膨胀系数很小，膨胀系数在0～100℃时，为4.5×10-6·K-1。

钨的比电阻约比铜大3倍。电阻率在20℃为10-8欧姆·米。

钨的硬度大、密度高(密度为19.25克/厘米3)，高温强度好，电子发射性能亦佳。

钨的机械性能主要决定于它的压力加工状态与热处理过程。在冷状态下钨不能进行压力加工。锻压、轧压、拉丝均需在热状态下进行。

常温下钨在空气中稳定，在400-500℃钨开始明显氧化，形成蓝黑色的致密的W03表面保护膜。

常温下钨不易被酸、碱和王水浸蚀，但溶解于氢氟酸和王水的混合液内。 (二)钨的主要用途

钨及其合金广泛应用于电子、电光源工业。用于制造各种照明用灯泡，电子管灯丝使用的是具有抗下垂性能的掺杂钨丝。

用液相烧结制成高密度钨合金除密度高外还有比纯钨更好的冲击性能，其主要用途是制造高穿透力的军用穿甲弹。

钨是高速工具钢、合金结构钢、弹簧钢、耐热钢和不锈钢的主要合金元素，用于生产特种钢的钨的用量很大。

钨中加入0.4％～4.2％氧化钍(ThO2)形成的钨钍合金，具有很高的热电子发射能力，可用作电子管热阴极、氩弧焊电极等，但ThO2的放射性长期未得到解决。

目前使用的知名超合金共有35～40个牌号，其中相当一部分的主成分之一

钼的性质和主要用途

钼的性质（熔点2610°、密度10.22g/cm³）

钼与钨的性质非常相近，其沸点（5560°）和导电性能突出，线热膨胀系数小，较钨易于加工。

钼的用途

1．钼合金

TZM合金具有优异的高温强度及综合性能，是应用最广泛的钼合金。美国用TZM合金制作发动机的涡轮盘，其用钼量占钼总用量的15％。我国生产包括TZM

将钨制成电阻丝是运用了金属的那些物理性质篇五：柿竹园钨多金属矿床形成机制的物理化学分析

第11卷第4期2004年10月

地学前缘(中国地质大学,北京)

,)EarthScienceFrontiers(ChinaUniversitfGeosciencesBeiinyojg

Vol.11No.4

Oct.2004

柿竹园钨多金属矿床形成机制的物理化学分析

212

龚庆杰1,, 於崇文, 张荣华

(中国地质大学地球科学与资源学院,北京1中国地质科学院矿产资源研究所,北京1)1.00083;2.00037

摘要:通过对柿竹园钨多金属矿床流体包裹体的研究发现,矿物流体包裹体的均一温度主要集中在而矿区大规模的成矿作用主要发生在2成矿流体的压力大约在3200～330℃,50～350℃,8～68。依据3、))+NMPa4MPaw(NaCl=4.0%溶液中WOaCl+3的溶解度数据计算了化学反应WO3(s此H2O=NaHWOCl在250,300,350和400℃的lK分别为-4.06、-4.05、-3.83和-3.49,g4+H条件下N/)的表观吉布斯自由能分别为-12aHWO81.2,-1291.3,-1304.1和-1319.7kJ4(aq。由此热力学数据计算了白钨矿在该体系中的溶解度,结果发现白钨矿的溶解度较相同条件下mol热源”、充沛的WO3的溶解度低2个数量级以上。柿竹园超大型钨多金属矿床的形成具备有持续的““水源”和丰富的“矿源”,而且成矿流体对成矿物质具有超强的萃取和搬运能力。千里山花岗岩体的多次夕卡岩化和云英岩化围岩蚀变是成矿流体中钨产生有效富集的重要机制。关键词:柿竹园;钨矿床;流体包裹体;溶解度;成矿机制

中图分类号:()P618.67 文献标识码:A 文章编号:10052321200404061709

稀土、有柿竹园钨多金属矿床为著名南岭稀有、

色金属成矿省中一颗璀璨的明珠,是一超大型钨多金属矿床。自1关于柿竹园钨多957年被发现以来,金属矿床的研究已进行了近半个世纪,目前已获得

1 矿床地质概况

柿竹园钨多金属矿床位于湖南省郴州市东南

了大量的资料。关于柿竹园钨多金属矿床形成机制1产于千里山花岗岩体东南内弯处与泥盆系5km,

1]3]的研究中,王昌烈等[采用季克俭提出的“三源成泥质条带灰岩的接触带上[,矿床规模巨大,拥有钨

矿”论模型进行解释,毛景文等[在“三源成矿”论的

金属储量8,居世界第二位[。而柿竹园钨多0万t

基础上又重点强调了地幔热点引起的持续高热环境

的重要因素。刘义茂等[在总结柿竹园矿床形成的

金属矿田系指分布于千里山岩体接触带及其附近碳酸盐岩层和砂岩岩层中特定部位的一系列矿产的总在长约1宽约7称。以千里山岩体为中心,0km,

有利地质地球化学条件的基础上,提出了成矿作用

与成矿条件模型和强调构造控制的振荡剪切熔融、k野鸡尾、东坡山、m的范围内主要分布有柿竹园、活化模型。这些模型均可以较好地解释柿竹园钨多柴山、横山岭、蛇形坪、大吉岭、金船塘、水里湖、红旗

其共同实质仍是“三源成矿”岭等十数个矿区。矿种主要有钨、金属矿床的形成机制,锡、钼、铋、铍、铁、论模型,但遗憾之处在于这些模型均没有从定量的角度去揭示柿竹园钨多金属矿床的形成机制。本文在前人地质地球化学研究的基础上从分析成矿流体的物理化学条件入手,以“三源成矿”论模型尝试定量揭示柿竹园钨多金属矿床的形成机制。

收稿日期:20040525

基金项目:国家自然科学基金资助项目(40203006,40234048,)40373003作者简介:龚庆杰(,男,副教授,博士,地球化学专业。1972- ):E-mailub.edu.cnieon@cgqjgg

锰、铜、铅、锌、金、银、氟等十数种,享有世界有色金属博物馆之美誉。本文中柿竹园钨多金属矿床则专指上述柿竹园钨多金属矿田中的柿竹园矿区。

柿竹园钨多金属矿床的形成与千里山花岗岩体关系密切。千里山花岗岩体自约152～131Ma间分3次侵位于柿竹园地区泥盆系与震旦系的灰岩和使该区在几十个百万年时间内处于高砂岩地层中,

热环境[。柿竹园钨多金属矿床即是由这3次岩浆

热液活动的叠加而形成。矿体自花岗岩接触带向外,自下而上依次可分为4个矿体:云英岩型W、

618

龚庆杰,於崇文,张荣华/地学前缘（E）（arthScienceFrontiers2004，114）

而矿化开始阶段的温度为4矿化结网脉状云英岩夕卡岩型W、生的,、;00℃左右,Sn、MoBi矿体(Ⅳ)()、、;夕卡岩型W、和束阶段的温度为160～190℃。SnMoBi矿体(Bi矿体(Ⅲ)Ⅱ)网脉状大理岩型锡矿体(,其中第Ⅲ矿体不仅品Ⅰ)黑钨矿、锡石、辉钼矿、辉铋矿,其中白钨矿与黑钨矿的储量比例约为2:1,但第Ⅳ矿体中主要钨矿物为黑钨矿。矿区围岩蚀变以夕卡岩化和云英岩化为主

[1]

。(蚀变围岩范围基本上就是矿石的分布范围)

本文对柿竹园矿区石榴石中的流体包裹体进行化范围为1其中8个分布在235～460℃,50～320℃温度区间内。

在上述研究的基础上,本文以王昌烈等[和宋

的均一温度直方图数据以及本文获得的均学信等[

获得了1其变。主要工业矿物为白钨矿、了均一温度测定,位最富而且储量最大[5个均一温度数据,

既然柿竹园钨多金属矿床是由3次岩浆热液活动的叠加而形成,为了定量揭示柿竹园钨多金属矿床的形成机制就必须要查明成矿流体的物理化学性质,而流体包裹体则是反映成矿流体物理化学性质的最直接证据,因此柿竹园钨多金属矿床中矿物的流体包裹体则成为本文的重要研究对象。

流体包裹体

柿竹园矿区流体包裹体广泛发育于各类矿石和

岩石中。流体包裹体的主要载体矿物为石英、萤石、石榴石、方解石等。根据流体包裹体所含相的类型和比例,矿物中的原生流体包裹体可划分为4种类型:(1)气液包裹体(只含气相和液相两种相态,并以液相为主),占流体包裹体总数的80%～90%;(2)含CO2包裹体,仅占包裹体总数的3%左右;(3)多相包裹体(由气相、液相和固相子矿物如石盐、石膏等组成),仅占包裹体总数的1%～2%;(4)单一液相包裹体,其数量约占石英中流体包裹体的5%～

%[2]。.1 均一温度

关于湖南柿竹园钨多金属矿床流体包裹体均一

温度的研究比较多。王昌烈等[

对不同矿物的流体包裹体进行了系统的研究,共测得415个流体包裹体均一温度数据。结果表明柿竹园钨多金属矿床矿物流体包裹体的均一温度变化范围相当宽,自730

～1

10℃可进一步分为3个温度区间,即730～400℃,400～250℃,250～110℃。其中400～250℃温度区间代表网脉状云英岩夕卡岩及钨锡矿化阶

段的温度,即基本反映本区第Ⅲ类型矿体的形成温度。

宋学信等[4]对柿竹园矿区各类矿石石英中的流体包裹体进行研究,获得了385个气液包裹体均一温度数据,其温度变化范围为145～425℃。作者指出柿竹园矿区矿化作用主要是在230～300℃时发

一温度数据,重新绘制了柿竹园钨多金属矿床矿物中流体包裹体均一温度频率直方图(图1)。从图1中可以看出,成矿流体的均一温度主要分布在200～3

30℃,而在400℃以上的均一温度数据相对较少。由于流体包裹体的均一温度通常低于其形成温度,因此其均一温度只能代表成矿流体的最低温度。此处假设柿竹园矿区流体包裹体的均一温度基本上代表了该矿区成矿流体的温度,则由此可以推测柿竹园钨多金属矿床大规模成矿作用主要发生在200

～3

30℃,而成矿流体的温度在大约低于400℃时已开始发生比较显著的成矿过程。图1 矿物流体包裹体均一温度频率直方图

Fig.1 Frequencyhistogramofhomogenoustemp

eratureoffluidinclusioninminerals

2 盐度目前获得的关于流体包裹体盐度的数据均是将成矿流体视为NaCl-H2O体系,利用体系冰点降低温度或子矿物消失温度来获取体系的盐度。陈骏于

982年研究了石榴子石、萤石和石英3种矿物中的流体包裹体,

共获得6个冰点温度数据[1]

。其中一个数值低达-25℃,表明体系已不是简单的NaCl-H。依据这些数据王昌烈等[1]

2O体系认为柿竹

园

26221

龚庆杰,於崇文,张荣华/地学前缘（E）（arthScienceFrontiers2004，114）

619

矿区成矿流体为高盐度()=9.w(NaCl5%～

体系。23.3%)

4]宋学信等[对柿竹园矿区各类矿石石英中的流

表1 柿竹园矿区流体包裹体的捕获温度与捕获压力

Table1 ThecaturedtemeratureandppressureoffluidinclusionsinShizhuuandeositpyp

捕获温度的计算

矿物对闪锌矿方铅矿闪锌矿方铅矿闪锌矿方铅矿黄铁矿方铅矿

样号YPZ-1YPZ-3柿1柿1000lnα1.81.11.34平衡温度/℃参考文献

255356314文献[]2

共获得了1体包裹体进行系统研究,74个气液包裹体盐度数据。其盐度变化范围为w()NaCl=0.5%并且主要在w()1.5%,NaCl=1%～4%之间波～1动,这说明柿竹园钨多金属矿床成矿流体的含盐度较低。

由于在柿竹园矿区流体包裹体的研究中发现有含石盐子晶的多相包裹体,因此并不排除在成矿过程中曾出现有高盐度的成矿流体。但由于该区的流体包裹体是以气液包裹体为主,同时结合流体包裹体的均一温度主要集中在200～330℃(大于400℃的包裹体明显较少)的证据,本文认为柿竹园矿区成

矿流体为低盐度体系,其盐度主要集中在w(NaCl

)=1%～4%之间。

密度与均一压力宋学信等[4]

在上述柿竹园矿区流体包裹体研究

的基础上将成矿流体视为NaCl-H2O体系,

利用获得的流体包裹体均一温度和盐度数据,采用刘斌

等[5]

提出的NaCl-H2O溶液包裹体密度式和等容式

计算了柿竹园矿区流体包裹体的密度和最低捕获压

力。结果发现该区成矿流体的密度变化范围为0.70

～0.

95g/cm3;多数集中在0.80～0.90g/cm3

,平均值为0.83g/cm

。成矿流体的压力均较低,一般低于20MPa,并有几个数据低于5MPa

,而最高的两个压力值分别为40.3MPa和48.8MPa

。.4

捕获温度与捕获压力由于流体包裹体的均一温度和均一压力只能反

映包裹体被捕获时的最低温度和最低压力,要获得

流体包裹体的捕获温度和捕获压力,则可以通过其

它地质温度计来获得流体包裹体的捕获温度,然后将流体包裹体视为等容体系,利用其等容式来计算流体包裹体的捕获压力,从而可以获得成矿流体的温度和压力。

本文在宋学信等[4]

获得的柿竹园矿区石英中流

体包裹体的主要均一温度范围数据230～300℃和

主要盐度范围数据w(NaCl)=1%～4%的基础上,采用毛景文等[2]

利用硫同位素地质温度计获得的柿竹园矿区的成矿温度,进而利用刘斌等[6]所采用的

aCl-H2O体系的等容式来估算柿竹园钨多金属矿床的成矿压力。计算结果如表1所示。

表1中闪锌矿、方铅矿、黄铁矿与石英共生,闪

3.73

270

捕获压力的计算

均一温度w(盐度)密度捕获温度捕获压力/℃/%/(g

·cm-3)/℃/MPa23010.8325538.52652.50.7930048.6300

0.75

356

68.2

锌矿方铅矿平衡温度计算公式为1000lnα=6.6×05T-2

-0.57,黄铁矿方铅矿平衡温度计算公式为1000lnα=1.1×106T-2

,其中T为矿物共生平衡温度(单位为:K)。在捕获压力计算时近似将均一温度、盐度、捕获温度按低、中、高3种组合来进

行。计算结果表明,柿竹园矿区流体包裹体的捕获

压力大约在38.5～68.2MPa,而捕获温度大约在55～356℃,这与流体包裹体的主体均一温度200

～3

30℃比较接近,这表明柿竹园矿区流体包裹体的均一温度基本上代表了该矿区成矿流体的温度。由此可以认为柿竹园钨多金属矿床大规模成矿作用主要发生在250～350℃,

此时成矿流体的压力大约在38～68MPa

。上述分析表明,柿竹园钨多金属矿床流体包裹

体主要类型为以液相为主的气液包裹体;其均一温

度变化范围为110～730℃,但主要集中在200～

30℃;其盐度变化范围为w(NaCl)=0.5%～

1.5%,但主要在w(NaCl)=1%～4%之间波动;

其密度变化范围为0.70～0.95g/cm

,多数集中在.80～0.90g/cm3

;其均一压力一般低于20MPa

。流体包裹体的捕获温度大约在250～350℃,而捕获压力大约在38～68MPa。由此推测,柿竹园钨多金属矿床大规模成矿作用主要发生在250～350℃,

此时成矿流体的压力大约在38～68MPa

,而成矿流体的温度在大约低于400℃时已开始发生比较显著的

成矿过程。

成矿物质来源

柿竹园钨多金属矿床是由3次岩浆热液活动

1222310N3

620

龚庆杰,於崇文,张荣华/地学前缘（E）（arthScienceFrontiers2004，114）

1～3]叠加而形成的,根据前人[研究可知,“三源成矿”

在WOWood和3高温高压溶解度实验中,

[]

Vlassooulos8实验测定了500℃、100MPa条件p下WO/、0.49～5.37molkl0.01～gHC3在纯水、

论可以较好地解释柿竹园矿区的成矿形成机制。由于千里山花岗岩的三次侵位,导致柿竹园矿区在几

这为成矿作用1//十个Ma时间内持续处于高热环境,.00molkaOH、1.0与6.0molkaCl及1.0gNgN/提供了巨大的“热源”。千里山花岗岩侵位所带来的molkCl溶液中的溶解度。为了解决WOgK3在

[]

岩浆流体以及围岩地层中丰富的地下水则成为成矿HCl溶液中的溶解形式,Wood9又重新实验测定了流体形成的重要“水源”,这一点已由柿竹园矿区氢、300600℃、100MPa条件下WO.001～0.49～3在0

[0]

氧同位素的研究资料所证实。而矿区铅、硫、氧等同m/实验测定olkCl溶液中的溶解度。赵斌等1gH位素的研究结果表明柿竹园钨多金属矿床的“矿源”了600℃、200MPa条件下WO0.01～3在纯水、

则主要是千里山花岗岩体及其围岩地层。本节从花岗岩与围岩地层中成矿元素钨的含量着手,结合成矿流体的物理化学条件尝试定量分析成矿流体对金属成矿元素钨的萃取能力。

.1 钨在岩体与地层中的含量

柿竹园钨多金属矿床的矿源物质及其钨的含量如表2所示。千里山花岗岩中钨含量为17.3mg

,是世界花岗岩平均值的11.5倍;而在千里山花岗岩体的围岩地层中,震旦系、寒武系碎屑岩中钨的含量为28.0mg/kg,泥盆系跳马涧组砂岩中钨的含量为13.6mg/kg,它们分别是地壳平均值的21.5倍和10.5倍。这为柿竹园超大型钨多金属矿床的形成提供了丰富的成矿物质。柿竹园矿区夕卡岩中石榴子石内钨的含量达157mg/kg,而石榴子石中熔融包裹体中钨的含量高达254mg/kg,这表明花岗岩浆的演化过程以及夕卡岩化作用可能是造成金属成矿元素钨富集的重要机制之一。

表2 柿竹园矿床矿源物质中钨含量

Table2 Tung

stenconcentrationofore-sourcemattersinShizhuyuandep

osit岩性w(W)/(mg·kg

-1)资料来源

千里山花岗岩17.3震旦系、寒武系碎屑岩28.0据文献[1

]的数据整理泥盆系跳马涧组砂岩13.6夕卡岩中石榴子石157据文献[石榴子石中的熔融包裹体

2547]的数据整理世界花岗岩平均值

1.5据维诺格拉多夫(地壳平均值

1.3

1962

).2 钨在成矿流体中的含量

既然钨在千里山花岗岩及部分围岩地层中具有较高的含量,为成矿作用的发生提供了丰富的物质基础,但成矿流体是否可以有效地从岩体和地层中萃取钨,尚需借助于钨在成矿流体中的溶解度数据来进行定量说明。

.0mol/kgHCl及0.01mol/kgKOH溶液中的溶解度。龚庆杰等[11

]实验研究了250～550℃、34

MPa条件下WO3在w(

NaCl)=4.0%溶液中的溶解度。上述实验研究结果表明:

(1)在HCl溶液中WO3的溶解度与H

Cl的浓度无明显的依赖关系,由此推测Cl-离子在高温热液体系中与钨络合的可能性不大,溶液中钨的主要存在形式为H2WO4(aq

),酸性条件并不能增加WO3在热液体系中的溶解度。该体系中WO3溶解的化学反应方程可表示为

WO3(s)+H2O=H2WO4(aq

)。 (2)在NaOH及NaCl溶液中WO3的溶解度随

体系NaOH及NaCl浓度的增大而显著增大,

在KCl及KOH溶液中WO3的溶解度也显著大于其

在纯水中的溶解度,由此推测Na+(K+)离子在高温热液体系中可能与钨进行络合,而碱性条件可以

促进WO3在热液体系中的溶解。WO3在NaOH及NaCl溶液中溶解的化学反应方程可分别表示为

WO3(s)+NaOH=NaHWO4(aq

);WO3(s)+NaCl+H2O=NaHWO4(aq

)+HCl。 (3)在恒压条件下,WO3溶解度随体系温度的升高而显著增强(图2),这表明高温条件可以显著提高成矿流体对金属成矿元素钨的萃取能力。从图中也可以看出,当热液体系的温度在降至400℃

以下时,WO3的溶解度将显著减小,这可以导致热液体系中钨的大量沉淀,这一现象与柿竹园矿区矿物中流体包裹体的分析结果相一致。

(4)从钨溶解量的绝对数值来看(表3),高温、碱性、盐水溶液中钨的溶解量可达1000～60000mg/kg

,这较千里山花岗岩及其围岩地层中钨的含量高达2～3个数量级以上。针对柿竹园矿区成矿流体的性质而进行的WO3溶解度实验(图2b)表明WO3的溶解度在400℃以上时可达2600～6900mg/kg

,即使在400℃以下溶解度发生显著降低时33k23

龚庆杰,於崇文,张荣华/地学前缘（E）（arthScienceFrontiers2004，114）

621

图2 WO溶解度与温度的关系

物主要为白钨矿和黑钨矿,为了定量分析矿床的形成机制,本节从分析WO3的溶解度实验数据入手,

利用获得的热力学数据尝试定量分析白钨矿在成矿流体中的溶解度,进而揭示柿竹园超大型钨多金属矿床的形成机制。

4.1 WO3溶解度热力学计算

由于WOaCl水溶液中的溶解形式主要3在N为N当WO),aHWOaCl水溶液中达到溶4(a3在Nq

解平衡时体系中化学反应方程、质量平衡方程和电荷平衡方程如表4所示。依据表4所表述的方程组,当化学反应1～5的平衡常数已知时可计算出溶液体系中各物种的浓度,即可计算出WO3的溶解

;反之当化学反应1～4的度()的浓度)NaHWO4(aq平衡常数和WO3的溶解度已知时可计算出化学反

应5的平衡常数,此时如果已知WO、)、NaClHCl3(s

来源

纯H2O及HCl溶液/1.0molkCl溶液gK

500

100

/1.0molkaCl溶液gN/6.0molkaCl溶液gN/0.01～1.0molkg

溶液

300～

600

100

/0～0.49molkg

HCl溶液

纯H2O

600

/2000.01～1.0molkl溶液gHC

/1.5～3.0molkl溶液gHC

250～55034

)w(NaCl=4.0%溶液

552±2782022±2391474±3132574±8821287～6269319～65264340066

据文献[的9]

数据整理据文献[]的10数据整理

化学反应方程

文献[]8

和H2O的表观吉布斯自由能,即可计算出NaH-。)的表观吉布斯自由能(WOG)Δ4(aqf

表4 NaCl水溶液中WO3溶解度的计算方程Table4CalculationeuationsonWOolubilitqy3s

inNaClsolution

方程类型

方程式H2O=H++OH-+-NaCl=Na+Cl-HCl=H++Cl+

NaOH=Na+OH-)WO+NaCl+H2O=NaHWOCl3(s4+H+][]]Na=[Na+NaCl+[NaOH]Σ[

方程编号

12345678

]1467～6941文献[11

质量平衡方程

+[NaHWO 4]

-][]]]Cl=[Cl+HCl+[NaClΣ[

4 成矿机制分析

既然柿竹园地区已具备了形成超大型钨矿床的

电荷平衡方程

+][+][-][[Na+H=Cl+OH-]

ar- 表4中化学反应1的平衡常数计算取自M[2]

“热源”、“水源”、“矿源”三源条件,而且成矿流体具s的公式,hall和Franck1H2O密度的计算取自有有效富集成矿物质的能力,但柿竹园矿床的钨矿

[3]

的状态方程;化学反应2Duan、Moller和Weare1

将钨制成电阻丝是运用了金属的那些物理性质篇六：6、稀有金属冶金学2011.12.20

将钨制成电阻丝是运用了金属的那些物理性质篇七：其它有色金属

将钨制成电阻丝是运用了金属的那些物理性质篇八：艺术家用金属丝制成雕塑

宛如一名运动员在投掷链球艺术家用金属丝所制成的人形雕塑，宛如一名运动员在投掷链球。艺术家用金属丝所制成的人形雕塑，宛如一只即将展翅高飞的带翅膀的人。

据埃及《解放报》报道，金属丝在人们心中最常见的用途就是被用来导电，但是一些艺术家却能够使用金属丝，将其转化为各式各样的“造型”。艺术家用金属丝所制成的人形雕塑，宛如一名运动员在投掷链球。

艺术家用金属丝制成“呆萌”的北极熊。

来源：光明网

将钨制成电阻丝是运用了金属的那些物理性质篇九：稀土金属冶炼用新型钨钼材料的研制

第20卷第5期　　　　　　　　　　　　　　稀　　土Vol.20,No.51999年10月ChineseRareEarths　　　　　　　　　　　　　　　　October1999

稀土金属冶炼用新型钨钼材料的研制

曾建辉

(株州硬质合金厂,湖南　株州　412000)

　　摘　要:本文从稀土金属冶炼用新型钨钼材料的研制着手,研究了添加几种微量稀土氧化物对钨钼材料高温、无保护性气氛下的抗氧化性。研究发现,微量稀土氧化物的添加,减慢了钨钼材料的氧化速度,较大地提高了钨钼材料的抗氧化能力。由于钨钼材料性能的改善,可使稀土冶金、玻璃、纤维等行业用的钨钼材料寿命延长、成本降低。研究表明,使用添加氧化铈、氧化钇、氧化镧的新型钨钼材料,可减少被提炼金属中的钨钼含量,使质量提高,品种上档次,满足日益发展的国内外稀土市场的要求。

关键词:添加;新型钨钼材料;抗氧化性

中图分类号:TG146.4　　　文献标识码:A　　　文章编号:1004-0277(1999)05-0019-03

　　稀土金属冶炼大都在高温无保护性气氛下进行,电解过程必须使用难熔金属材料,如用钨做电极棒,用钼做坩埚。通常情况下,由于使用过程不能加保护性气氛,钨钼材料氧化现象严重,一方面造成昂贵的钨钼材料消耗太快,使得生产成本高,另一方面电解炉中的钨钼材料氧化溶解在被提炼的稀土金属中,使产品中的钨钼含量超标,造成产品质量档次下降,出口困难,经济效益差,如一些外商要求金属钕中钼含量、钨含量都在300×10以下,其含量越低,品质就越高。过去一些小型稀土金属冶炼厂由于忽视钨钼材料的质量,出现金属钕产品中的钨钼含量超标,使产品等级下降,造成较大的经济损失。这一问题目前已引起所有稀土金属生产厂家的高度重视,因此,选择质量较好的钨钼材料作为电解炉用材料对于稀土金属的冶炼十分重要。

我们研制的稀土金属冶炼用新型钨钼材料与传统产品比较,具有耐用、不易氧化等特点,不但生产成本降低,而且使稀土金属产品中钨钼含量降低,质量稳定,品位提高,产品已覆盖到全国各地,形成较大的销量。

本文着重介绍了稀土金属冶炼用新型钨钼材料的研制及几种稀土氧化物添加后钨钼材料性能的比较。

-6

1　试验方法

1.1　稀土氧化物的选择

添加稀土氧化物主要考虑增强钨钼材料的抗氧化性,稀土金属原子都具备与氧有较好的亲和性,不易被还原成金属,且具有较高的熔点,本研究选择氧化钇、氧化镧、二氧化铈,纯度均大于99.9%。1.2　钨粉、钼粉

钨粉、钼粉都以株洲硬质合金厂钨钼分厂生产的高纯粉末为原料。

钨粉:Fsss2.8～3.8Lm,松装密度4.05～5.0g/

cm,纯度99.98%,杂质含量见表1。

表1　高纯钨粉中杂质元素质量分数Table1　Contentofimpuritiesinhighpurity

tungstenpowder

元素名称质量分数/×10-6

Fe30

C10

O750

<10<10<7<20100

钼粉:Fsss为2.6～3.6Lm,松装密度1.0～1.3g/cm3,纯度99.95%,杂质含量见表2。

)

稀　　土　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　第20卷

表2　高纯钼粉中杂质元素质量分数

Table2　Contentofimpuritiesinhighpuritymolybdenumpowder

元素名称

Fe30

Al10

Si10

Mg3

Ni10

Ti<15

W<1000

K160

Na140

C18

O1000

S<10

质量分数/×10-6

1.3　方法

我们选择国内单一稀土金属产量最大的金属钕作冶炼试验。

由于钨的密度比钼几乎大一倍,用钨作坩埚操作困难,而钼棒氧化太快,一般不用做电极,因此试验时只选择钨棒和钼坩埚,这样也可使被提炼金属钕中的钨或钼含量都不致于太高。

试验的主要流程如下:

钨粉+钼粉+工-→混合→压制→机加

棒2200℃～2300℃,保温时间4～6小时,烧结后成品尺寸为:钼坩埚<125mm×85mm,钨棒<50mm×500mm。烧结后的钨钼制品须经严格检查,保证无裂纹、砂眼、气孔,表面平整,以确保试验的可比性、准确性。

出厂时,钨钼材料须经防震包装再送往稀土金属冶炼厂,安装在电解冶炼炉中作钕冶炼试验。冶炼炉为连续作业生产,炉温1200℃～1300℃,熔融状态的金属钕倒出时,钨棒从炉中心移开,用长钳子把钼坩埚夹出来,将钕倒入已备好的模具中。

电解冶炼炉示意图如图1所示。

钨棒车坯

→高温烧结→成品检查—

→金属钕冶炼生产试验

钼坩埚

试验的钨钼材料分为8种情况:在钨电极棒中,

1添加氧化钇,2添加氧化镧,3添加氧化铈,4不添加;在钼坩埚中,5添加氧化钇,6添加氧化镧,7添加氧化铈,8不添加。在钨或钼材料中添加稀土氧化物的含量都相等,为0.1～3%。

将钨粉或钼粉与所添加的稀土氧化物按比例装入混合器内,均匀混合16小时后取样分析,以保证混合后的粉末均匀一致,混合好的粉末须过60目筛,采用等静压制成型,工作压力180MPa,保压时间3分钟,压坯进行机加工后,小心装入中频感应炉通氢烧结,烧结温度:钼坩埚1900℃～2000℃,钨

表3　钨钼材料在金属钕电解炉中使用时间

Table3　Usagedurationoftungstenandmolybdenumintheelectrolyzationfurnaceforneodymiummetals

产品名称钨　棒钼坩埚

编　　号1#3#5#7#

添加元素Y2O3CeO2Y2O3CeO2

使用时间225天248天125天140天

编　　号2#4#6#8#

添加元素La2O3不添加La2O3不添加

使用时间162天130天98天75天

图1　金属钕冶炼炉示意图

Fig.1　Sketchofrefiningfurnaceforneodymiummetals

2　试验结果

钨钼材料在金属钕电解炉中使用情况见表3,金属钕中钨钼质量分数见表4。

表4　金属钕中钨钼质量分数/×10-6

Table4　Thecontentoftungstenandmolybdenumin

neodymiummetals/×10-6

稀土氧化物

WY2O3100CeO290La2O3140不加180

　　从表3和表4可以看出,由于三种稀土氧化物的分别添加,使得钨钼材料使用时间都有较大幅度延长,说明钨钼材料在高温下的抗氧化性都有明显加强,添加二氧化铈的抗氧化性最强,添加氧化钇的

第5期　　　　　　　　　　　　　曾建辉:稀土金属冶炼用新型钨钼材料的研制

差。金属钕中的钨钼含量与钨钼材料使用的天数基本上成反比,即钨钼材料使用的天数越多,说明其抗氧化性能越强,氧化溶解在被提炼金属中的杂质钨钼含量就越少。

由于稀土元素的添加,较大地增强了钨钼材料的抗氧化性,使得溶解在被提炼金属中的钨钼杂质元素大大减少,从而提高了被提炼金属的品质,质量上了档次。从表4看出,添加氧化铈、氧化镧和氧化钇时,金属钕中的钨钼含量完全达到了外商要求。

稀土金属冶炼、玻璃、纤维等行业高温、无保护性气氛下使用电极、坩埚等钨钼材料寿命的延长、生产成本的降低有非常重要的实际意义。

2.添加二氧化铈、氧化钇、氧化镧均可使钨钼材料的抗氧化能力增强,添加二氧化铈钨钼材料的抗氧化能力最强,添加氧化钇的次之,添加氧化镧的再次之。

3.新型添加钨钼材料的使用,由于其抗氧化性增强,可大量减少被提炼金属中钨钼的含量,使被提炼金属的质量提高,品种上档次,添加氧化铈、氧化钇和氧化镧的钨钼材料生产金属钕时,可使产品中钨、钼元素的含量都低于300×10-6,可满足日益发展的国内外稀土市场的要求。

3　结论

1.在难熔金属钨钼材料中,添加稀土氧化物可使钨钼材料高温下抗氧化能力有较大的增强,对于

DevelopmentofNewTungstenandMolybdenumMaterials

forRefiningofRareEarthMetals

ZengJian-hui

(ZhuzhouCementedCarbideWorks,Zhuzhou412000)

Abstract:Thisarticle,startingwiththedevelopmentofnewtungstenandmolybdenummaterialstobeusedinrefiningrare-earthmetals,studiestheoxidationresistantcharacteristicsoftungstenandmolybdenummaterialsun-derhightemperatureandwithoutprotectiveatmospherebyaddingseveraltraceoxidesofrareearthtothetungstenandmolybdenummaterials.Thestudyshowsthattheadditionoftraceoxidesofrareearthdecreasesthespeedofoxidationoftungstenandmolybdenummaterialsandconsiderablyincreasesthecapabilityofoxidationresistanceoftungstenandmolybdenummaterials.Asaresultoftheimprovementofthepropertiesoftungstenandmolybde-nummaterials,itcanprolongthelifespananddecreasethecostofthetungstenandmolybdenummaterialstobeusedinrareearthrefinement,glassandfiberindustries,etc.Thestudyalsoindicatesthatthenewtypeoftungstenandmolybdenummaterialswiththeadditionofoxidesofcerium,yttriumandlanthanumcandecreasethecontentoftungstenandmolybduminthemetalstoberefined,upgradingthequalityandgradeoftheproducts.

Keywords:addition;newtungstenandmolybdenummaterials;oxidationresistance

将钨制成电阻丝是运用了金属的那些物理性质篇十：氧化钨基纳米材料的制备与物理化学性质研究

类号０６１２．ｉ

Ｉ）Ｃ密编级公开号咄坦！Ｑ

；ｌ丈

学位论文

氧化钨基纳米材料的制备量物理化学性质研究

徐英明

指导教师姓每……霉一丽．．坐…一

申请学位级别理学硕士学衔、职务…．熬…．．挥…

学科专业及方向…无机化学．．功熊材料……………………………………论文提交日期…；艘ｊ．算．．ｉ．恩…目…一论文答辩日期…；旦堕．王．ｉ．恩…地．．目

２００５年月日

●●学位授予单位和日期…罴垄江杰黉…………………。

答辩委员会主席评叭．锄

２００５年６月１１日●●岛

中文摘要

纳米氧化钨是重要的半导体材料，在信息存储、变色窗、燃料电池、化学传感器等领域有着广泛的应用前景，成为目前最具开发潜力的材料之一。而特殊结构和形貌是影响材料性质的主要因素，因此，对氧化钨基纳米材料的制备与物理化学性质进行研究具有重要的意义。

本文以水热法和溶胶．凝胶法制备了氧化钨基纳米粉体、溶胶及薄膜，采用ＵＶ－Ｖｉｓ．ＮＩＲ、ＴＧ．ＤＴＡ、ＸＲＤ、ＸＰＳ、ＩＲ、ＡＦＭ、ＳＥＭ等手段对粉体、溶胶和薄膜进行了系统的表征，详细研究了氧化钨基纳米材料的合成条件对产物结构、形貌及粒子大小等的影响，找到了制备介稳态（焦绿石和青铜相）结构和特殊形貌（蝴蝶形、梭形和纤维形）纳米粒子的较佳实验条件，详细研究了三种形貌氧化钨的形成过程，并对得到的氧化钨基材料在不同环境下的光致变色性质进行了研究。研究结果表明，青铜相氧化钨粉体、溶胶和薄膜，以及梭形氧化钨均有较好的光致变色性能，其中以粉体和溶胶在多元醇环境中的变色效果最佳。

此外，将上述氧化钨粉体及溶胶材料分别与Ｐｔ／Ｃ复合后形成复合阳极，研究了其在直接甲醇燃料电池中催化甲醇的性质。复合电极材料的催化性能测试结果表明，掺杂量为２０ｗｔ％的焦绿石型氧化钨复合电极具有较高的催化活性，电流密度达到８７．４ｍＡ／ｃｍ２，而相同掺杂量的青铜相氧化钨复合电极催化活性次之，电流密度为６３．４ｍＡ／ｃｍ２。关键词：介稳态氧化钨，特殊形貌，光致变色，ＤＭＦＣ，电极

Ａｂｓｔｒａｃｔ

Ａｓａｍｅｍｂｅｒｏｆｔｈｅｎｏｖｅｌｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｔｕｎｇｓｔｅｎｏｘｉｄｅｈａｓｂｅｅｎｕｎｄｅｒａｎｅｘｔｅｎｓｉｖｅｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓｆｏｒｉｔｓｕｎｉｑｕｅｐｈｙｓｉｃｏｃｈｅｍｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ．Ｉｔｈａｓｂｅｅｎｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｍａｎｙｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，ｓｕｃｈａｓｅｌｅｃｔｒｏｃｈｒｏｍｉｃｗｉｎｄｏｗｓ，ｏｐｔｉｃａｌｄｅｖｉｃｅｓ，ｆｕｅｌｃｅｌｌｓ，ｇａｓ

ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｓｔｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｅｔｃ．Ａｓｗｅｋｎｏｗｎ，ｔｈｅｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｅｓａｎｄ

ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｏｆｔｈｅｍａｔｅｒｉａｌｈａｖｅｇｒｅａｔｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎｉｔｓｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ．Ｓｏｉｔｉｓ

ｔｏｓｔｕｄｙｉｎｄｅｔａｉｌｔｈｅｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄｐｈｙｓｉｃｏｃｈｅｍｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆ

ｏｘｉｄｅ—ｂａｓｅｄｎａｎｏ－ｍａｔｅｒｉａｌｓ．

Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｕｎｇｓｔｅｎｏｘｉｄｅ－・ｂａｓｅｄｎａｎｏ・・ｍａｔｅｒｉａｌｓｗｅｒｅｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌａｎｄｓｏｌ—ｇｅｌｍｅｔｈｏｄｓ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．ＴｈｅａｎａｌｙｓｉｓｒｅａｇｅｎｔｓＮａｚＷ０４’２Ｈ２０ａｎｄ（ＮＨ４）１０Ｗ１２０４１ｗｅｒｅｕｓｅｄａｓｓｔａｒｔｉｎｇｍａｔｅｒｉａｌｓ．Ｔｈｅｏｂｔａｉｎｅｄｐｏｗｄｅｒｓ，ｓｏｌａｎｄｔｈｅｔｈｉｎｆｉｌｍｓｗｅｒｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄｂｙＵＶ－Ｖｉｓ・ＮＩＲ，

ａｎｄＡＦＭ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｔｈｅ

ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｎｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙａｎｄｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｚｅｏｆｐｒｏｄｕｃｔｓｗｅｒｅｅｘｐｌｏｒｅｄｉｎｄｅｔａｉｌｓａｎｄｔｈｅｏｐｔｉｍｕｍｐｒｅｐａｒｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆｔｕｎｇｓｔｅｎｏｘｉｄｅ—ｂａｓｅｄｎａｎｏ—ｍａｔｅｒｉａｌｓｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｔｈｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ

ｏｆｔｕｎｇｓｔｅｎｏｘｉｄｅｓｗｉｔｈｂｕｔｔｅｒｆｌｙ・ｌｉｋｅ，ｓｐｉｎｄｌｅａｎｄｆｉｂｅｒｓ

ｗｅｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｉｍｐｒｏｖｅｄ

ｐｈｏｔｏｃｈｒｏｍｉｓｍｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｉｎｐｏｌｙｈｙｄｒｉｃａｌｃｏｈｏｌｓｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，

ｂｅｅｎｆｏｕｎｄｉｎｔｕｎｇｓｔｅｎｂｒｏｎｚｅｐｏｗｄｅｒｓ，ｓｏｌａｎｄｔｈｅｔｈｉｎｆｉｌｍｓ，ａｎｄｉｎｌｉｋｅｔｕｎｇｓｔｅｎｏｘｉｄｅ．

Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ｔｈｅｃａｔａｌｙｔｉｃｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅｍｅｔａｓｔａｂｌｅｔｕｎｇｓｔｅｎｏｘｉｄｅ—Ｐｔ／Ｃ

ｗｅｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄａｓａｎａｎｏｄｅｉｎＤＭＦＣ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔ

ｐｙｒｏｃｈｌｏｒｅｐｈａｓｅｔｕｎｇｓｔｅｎｏｘｉｄｅｄｏｐｅｄａｎｏｄｅｇａｖｅｔｈｅｂｅｓｔｒｅｓｕｌｔ．Ｔｈｅ

ｃｕｒｒｅｎｔｄｅｎｓｉｔｙｒｅａｃｈｅｄｔｏ８７．４ｍＡ／ｃｍ２ｗｉｔｈ２０ｗｔ％ｄｏｐｉｎｇ

ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ．Ｗｈｅｒｅａｓ６３．４ｍＡ／ｃｍ２ｗａｓｆｏｕｎｄｆｏｒｔｈｅｔｕｎｇｓｔｅｎｂｒｏｎｚｅｄｏｐｅｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｅｌｅｃｔｒｏｄｅｕｎｄｅｒｔｈｅｓａｍｅｄｏｐｉｎｇｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ．

ｔｕｎｇｓｔｅｎｏｘｉｄｅ，ｓｐｅｃｉａｌｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ，ｐｈｏｔｏｃｈｒｏｍｉｓｍ，

ＤＭＦＣ．ａｎｏｄｅＩＩｓｅｎｓｏｒｓ，ａｎｄｉｍｐｏｒｔａｎｔｔｕｎｇｓｔｅｎＴＧ—ＤＴＡ，ＸＲＤ，ＩＲ，ＸＰＳ，ＳＥＭｍｅｃｈａｎｉｓｍｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｅｓｈａｖｅｓｐｉｎｄｌｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｔｈｅｈｉｇｈｅｓｔＫｅｙｗｏｒｄ：ｍｅｔａｓｔａｂｌｅ

第１章文献综述

纳米科学的产生是人类科学史上的一次革命，纳米科学的发展为化学、物理学、材料学、生物学以及仿生学学科的交叉发展提供了新的机遇，被认为是２１世纪的三大科技之一［１＿２１。纳米材料的粒子尺寸在１－１００ｎｍ之间，它包括纳米尺寸的分子、纳米粒子、纳米线、纳米管、纳米薄膜和纳米晶等【３￣５］，处于原子簇和宏观物体交界的过渡区域，是一种典型的介观系统。由于纳米粒子本身具有量子尺寸效应［６ｔ、小尺寸效应｛“、表面与界面效应【８１、宏观量子隧道效应【９】等性能，使纳米材料在力学、热学、声学、电磁学、光学等方面得到更广泛的应用，是目前材料学研究最为活跃的领域，引起了世界各国众多领域研究者的高度重视。

纳米材料的诸多性能与其微观结构和形貌有着紧密的联系，因此，控制材料的微观结构与形貌，对其性能的改善将起到重要的作用。近年来，各国的科学工作者已经把制备不同结构和形貌的纳米材料作为材料科学研究的主要方向之一。

氧化钨是一种新型的半导体材料，也是少数几种易于实现量子尺寸效应的氧化物半导体之一，兼具电致变色、吸收、催化等特性【１０－心１，己被广泛用于燃料电池、化学传感器、光电器件等领域。近年来由ｆ氧化钨纳米村料制备技术的发展、介稳态高效变色和传递质子性能的发现，基于氧化钨纳米材料紫外吸收－ｊ化学活性，材料的应用又扩展到信息存储、变色窗、大碡ｉ移！信息显示屏、汽车反光镜等多个领域１］３－ｔ５１。ｉ哪氧化钨所具仃的这－叱独特性能与其结构、形貌和粒径的大小等有着索叫的天系。因此，特殊绵均和形貌氧化钨的制备与性质研究一直是倍，曼人仃ｊ关注的内嵛。

黑龙江人学硕上学位论文

１．１特殊结构与形貌氧化钨的制备

氧化钨的制备方法很多，如己广泛应用的固相法【１６１、液相法：１）化学沉积法【１７１，２）溶胶凝胶法【“ｌ，３）微乳液法【”ｌ，４）水热合成法ｆ２０１等，采用不同的方法又制备出不同结构的氧化钨粒子，常见的有立方晶系、

图１－１氧化钨的品型结构

四方晶系、六方晶系、三斜晶系、单斜晶系、正交晶系等阻２２１（图１－１列举了其中的几种）。随着研究的不断深入，一系列非整比和介稳态氧化钨的化合物相继出现，科学工作者将它们分别称之为青铜相和焦绿石相氧化钨，再一次引起人们对氧化钨的关注，此外一些特殊形貌氧化钨的

出现也使科学工作者们产生了极大兴趣。也『Ｆ是由于这种特殊结构和形

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