Volframiupokkaat ovat tulenkestäviä astioita, jotka on koneistettu puhtaasta volframilevystä, -levystä ja -tangosta. Sulat harvinaiset maametallit, kvartsilasi ja oksidikiteet on säilytettävä keräämättä hiiltä tai metallijäämiä, ja volframi on yksi harvoista materiaaleista, joka kestää tämän tehtävän. Sulamispisteen ollessa lähellä 3422 astetta, volframi tarjoaa korkeimman huoltokaton kaikista kaupallisista upokasmetallista. Tämä opas kattaa kolme tuotantoreittiä, saatavilla olevat puhtausasteet sekä ostotilaukseen kuuluvat mitta- ja laatupisteet.
Miksi volframi sopii upokaspalveluun
Volframiupokkaan takana oleva omaisuusprofiili on vakiintunut. Puhdas volframi sulaa noin 3 422 asteessa, kiehuu yli 5 500 asteessa ja sen huonelämpötilan tiheys on noin 19,25 g/cm3. Lämmönjohtavuus on noin 173 W/m·K ja lämpölaajenemiskerroin on lähellä 4,5 x 10-6 /K, alhaisempi kuin useimpien tulenkestävien metallien. Käytännön seuraukset ovat selvät:
Minimaalinen painuma tai ryömintä, kun upokas pyöritetään huoneenlämpötilan ja 2000 asteen tai sen yläpuolella.
Erittäin alhainen höyrynpaine, joten työkaluilla ei ole juuri mitään vaikutusta uunin ilmakehään.
Kestää hyvin sulan harvinaisen maametallin, oksidisulan ja sulan lasin aiheuttamaa eroosiota.
Ei hiilen siirtymistä sulatteeseen, etu grafiittityökaluihin verrattuna kiteen kasvussa.
Raja on hapettuminen. Volframi reagoi ilman kanssa noin 400 asteen yläpuolella ja muodostaa haihtuvia oksideja, joten huolto tämän lämpötilan yläpuolella vaatii tyhjiön tai kuivan inerttikaasuilmakehän, kuten argonin. Tästä syystä volframiupokkaat on tarkoitettu tyhjiöuuneihin, inerttikaasusintraukseen ja suljettuihin kristalli-kasvatuskammioihin avoimen-ilmasulatuksen sijaan.
Kolmea valmistusreittiä verrattu
Upokkaat toimitetaan sintrattuina, meistettyinä ja kehrättyinä, ja pieniä kokoja valmistetaan myös umpitankoa kääntämällä. Jokainen reitti sopii eri halkaisijan, seinämän paksuuden ja hinnan yhdistelmälle.
| Reitti | Alkuvarasto | Tyypillinen seinämän paksuus | Kustannustaso | Paras istuvuus |
|---|---|---|---|---|
| Sintrattu | Volframijauhe, tyhjiö- tai HIP-sintrattu | 3,0 - 10,0 mm | Korkein | Suuret halkaisijat, paksut seinät, korkea lämpömassa |
| Leimattu | Puhdas volframilevy, puristettu tai syvävedetty, hitsattu | 0,5-3,0 mm | Alin | Matalat, halkaisijaltaan keski{0}}sulatusastiat |
| kehrätty | Volframilevy kehrätään tuurnan päällä ja hitsataan sitten | 1,0-4,0 mm | Keskikokoinen | Sylinterimäiset upokkaat, joissa on yhtenäinen seinämä |
| Koneistettu tangosta | Puhdas volframi sauva käännetty keskiöihin | 2,0 - 8,0 mm, pienet halkaisijat | Korkein | Laboratorio- ja analyysiupokkaat |
Sintratuissa upokkaissa ei ole hitsisaumaa, minkä vuoksi ne ovat ensisijainen valinta, kun vuodon{0}}tiukka tai täysin yhtenäinen rakenne on tärkeä. Kehrätyt ja stanssatut upokkaat hitsataan, joten sauman väriaineen-läpäisy- tai tyhjiövuototestaus tulee määrittää aina, kun astia pitää sulaa metallia.
Puhtaus ja levyn laatu
Upokas-laatuinen volframi toimitetaan normaalisti vähintään 99,95 % W:n teholla. Korkeampi puhtausaste, jopa 99,99 %, on saatavilla prosesseille, joissa muutama miljoonasosa rautaa, nikkeliä tai molybdeeniä sulassa ei ole hyväksyttävissä. Leimatuissa ja kehrätyissä reiteissä käytettävät volframilevyt ja -levyt toimitetaan yleisesti ASTM B760:aa vastaan, joka korjaa litteän tuotteen kemiallisen koostumuksen sekä mittojen toleranssit, tasaisuuden ja jännityksen kevennetyn kunnon. Sintrattu materiaali on yleensä sertifioitu analyysitodistuksella, jota tukee hehkupurkausmassaspektrometria tai induktiivisesti kytketty plasmamassaspektrometria.
Kaksi muuta kohtaa kuuluvat eritelmään. Ensinnäkin sisäistä huokoisuutta on valvottava: vähintään 19,0 g/cm3 sintrattu tiheys verrattuna teoreettiseen 19,25 g/cm3 on käytännöllinen hyväksyntäluku. Toiseksi uudelleenkiteytymisellä on merkitystä. Kylmämuokattu volframi alkaa uudelleenkiteytyä 1 200–1 400 asteen välillä, ja täysin uudelleenkiteytetty rakenne on hauraampi huoneenlämpötilassa, joten upokkaan toistuvasti kierrättävien ostajien tulee ilmoittaa odottamansa{10}}toimitustila ja rakeisuus.
Tyypilliset mitat ja toleranssit
Ulkohalkaisija: 20 mm - noin 500 mm reitistä riippuen.
Seinämän paksuus: 0,5 mm meistetylle levylle, enintään 10 mm sintratuille kappaleille.
Korkeus: jopa noin 600 mm yhtenä hitsatussa tai sintratussa kappaleessa.
Halkaisijatoleranssi: noin ±0,5 mm kehrätyille osille, tiukempi maan mitoissa.
Pintakäsittely: Ra 1,6 - 6,3 µm koneistetuina, kiillotettuina sisäpinnoina pyynnöstä.
Pohjan geometria: litteä, kuohkea tai puolipallomainen, kulman säteet sovittu ennen tuotantoa.
Sovellukset korkean lämpötilan{0}}teollisuudessa
Harvinaisten maametallien sulatus on suurin sovellus. Volframiupokkaat pitävät sulat harvinaiset maametallit ja metalliseokset, koska ne kestävät erittäin reaktiivista sulatetta eivätkä lisää hiiltä. Kvartsilasituotannossa ne sisältävät sulatteen, joka vedetään myöhemmin putkiin ja tankoihin. Safiirin ja muiden oksidikiteiden kasvatuksessa käytetään volframiupokkaita ja kuoleita, joissa sulatteen saastuminen ei ole hyväksyttävää. Elektroninen ruiskutus ja tyhjiöpinnoitus käyttävät lähteinä volframiupokkaita ja haihdutusveneitä hyödyntäen metallin alhaista höyrynpainetta. Jauhemetallurginen sintraus perustuu volframiveneisiin ja tarjottimiin samasta syystä.
Mitä mainittava tilauksessa
Valmistusreitti: sintrattu, meistetty, kehrätty tai koneistettu tangosta.
Puhtaus: vähintään 99,95 % W tai korkeampi laatu, jossa on nimetty huolta aiheuttavia hivenaineita.
Mitat: ulkohalkaisija, korkeus, seinämän paksuus ja pohjaprofiili, kussakin toleranssit.
Saumaton tai hitsattu rakenne sekä mahdollinen vuoto- tai väri{0}}läpäisytesti.
Pintakäsittely ja onko sisäpinta kiillotettava.
Toimitustila: jännitysvapaa tai sintrattu ja suunniteltu enimmäiskäyttölämpötila.
Pakkaus, joka suojaa ohuita seiniä, koska volframi pysyy hauras huoneenlämmössä.
Usein kysytyt kysymykset
K: Mikä on volframiupokkaan korkein käyttölämpötila?
Tyhjiössä tai kuivassa inertissä kaasussa volframiupokkaita käytetään noin 2600 asteeseen asti. Ilmassa huollon tulee pysyä noin 400 asteen alapuolella, koska metalli hapettuu nopeasti tämän pisteen yläpuolella.
K: Mikä valmistusreitti on edullisin?
Volframilevystä valmistetut meistetut upokkaat ovat yleensä halvin vaihtoehto matalille osille, joiden seinämä on 0,5–3 mm. Sintratut kappaleet maksavat enemmän, mutta poistavat hitsisaumat ja mahdollistavat paljon paksummat seinät.
K: Miksi volframiupokas halkeilee käsittelyn aikana?
Volframi on hauras huoneenlämmössä, erityisesti uudelleenkiteyttämisen jälkeen. Tavallinen syy on pikemminkin mekaaninen isku tai puristus asennuksen aikana kuin lämpövika. Nostolaitteet ja esilämmitys-mahdollisuuksien mukaan vähentävät riskiä.
K: Miten puhtaus varmistetaan?
Levyjen tai jauheen toimittajan analyysitodistuksella, jota tukee jälkianalyysi. Sitä tarvitsevien ostajien tulee pyytää hehkupurkausmassaspektrometriatietoja, jotka sisältävät rautaa, nikkeliä, molybdeeniä ja happea.
K: Voiko vaurioituneen upokkaan korjata?
Pienet hitsausvirheet ja paikalliset halkeamat voidaan joskus korjata hitsaamalla inerttikaasukäsinekotelossa, mutta korjattu upokas on rajoitettu alhaisempaan käyttöön. Seinän läpi kulkevat halkeamat tarkoittavat yleensä vaihtamista.
K: Muuttaako volframiupokas mittoja toistuvien syklien jälkeen?
Kutistuminen ei ole huolenaihe, koska lämpölaajenemiskerroin on alhainen, noin 4,5 x 10-6 /K. Vääristymät johtuvat todennäköisemmin mekaanisesta käsittelystä tai uunin epätasaisesta lämpögradientista.