Poudre de tungstène de haute densité possède la plus grande densité de toutes les poudres métalliques, en raison de la densité intrinsèque extraordinairement élevée du tungstène, proche de celle de l'or. Cet attribut unique permet de concevoir des composants compacts et légers dans divers secteurs en exploitant les méthodes de pressage et de frittage de poudres lourdes.
Vue d'ensemble de poudre de tungstène
Avec une densité de 19,3 g/cm3 à l'état solide, le tungstène a un poids énorme dans un volume minuscule. C'est pourquoi la poudre de tungstène, une fois compactée, offre des niveaux de densité inégalés, impossibles à atteindre avec d'autres matériaux. Les pièces fabriquées à partir de poudre de tungstène haute densité trouvent de nombreuses applications dans des environnements exigeants.
Les principaux moteurs de l'utilisation de la poudre de tungstène à haute densité sont les suivants :
- Densité élevée similaire à celle des métaux précieux tels que l'or et le platine
- Double la densité disponible par rapport au plomb et à l'acier
- Permet des tailles et des formes à la fois lourdes et compactes
- Une métallurgie des poudres simple pour obtenir des produits finis
- Propriétés adaptables par le mélange d'éléments d'alliage
- Recyclabilité du tungstène de grande valeur
Les applications capitalisant sur la densité couvrent les ballasts, le blocage des radiations, l'inertie, la pondération des composites, l'amortissement des vibrations et la miniaturisation des composants.
Types de poudre de tungstène de haute densité
Si toutes les variétés de poudre de tungstène offrent une densité élevée, certaines qualités et compositions confèrent des niveaux de densité optimaux après le formage et le frittage :
| Type | Description | Densité typique |
|---|---|---|
| Tungstène pur | Une pureté supérieure à 99,95% garantit une densité fiable. | ≥18 g/cm |
| Tungstène dopé | L'ajout de petites quantités d'oxydes de terres rares comme Y2O3 améliore la densité du frittage. | ≥18,5 g/cm |
| Tungstène-nickel-fer | L'alliage Ni-Fe permet d'obtenir une excellente densité finale. | ≥18 g/cm |
| Alliages lourds de tungstène | 90-97% W avec phases liantes Ni-Cu-Fe | ≥17,5 g/cm |
| Composites de tungstène | Mélange avec l'or, le tantale, l'uranium appauvri, etc. | jusqu'à 21 g/cm |
Ces formulations améliorées élargissent les options de haute performance au-delà du tungstène pur, en proposant des combinaisons de propriétés sur mesure.
Composition de poudre de tungstène
La poudre de tungstène de haute pureté, adaptée à la plus haute densité possible, contient plus de 99,95% de tungstène avec seulement quelques impuretés résiduelles mineures :
| Élément | Contenu maximal | Rôle |
|---|---|---|
| Tungstène (W) | 99.95% | Composante principale |
| Carbone (C) | 100 ppm | Inhibiteur de croissance des grains |
| Oxygène (O) | 100 ppm | Oxyde superficiel |
| Cuivre (Cu) | 10 ppm | Impureté résiduelle à l'état de trace |
| Silice (Si) | 20 ppm | Impureté |
Les nuances d'alliages lourds spécialisés comportent des ajouts délibérés d'alliages tels que le nickel, le cuivre, le fer, etc. ainsi que du tungstène afin d'améliorer encore les propriétés.
Propriétés de poudre de tungstène
La poudre de tungstène haute densité permet de fabriquer des pièces de forme presque nette qui présentent une densité extrême associée à une résistance, une dureté et des propriétés thermiques utiles.
Propriétés physiques
| Propriété | Valeur |
|---|---|
| Densité | ≥18 g/cm3 |
| Point de fusion | 3380-3410°C |
| La force | Jusqu'à 1000 MPa |
| Dureté | ≥400 VPN |
| Conductivité thermique | ∼175 W/(m-K) |
| Coefficient de dilatation thermique | ∼4,5 μm/(m-K) |
Ces caractéristiques découlent de la structure atomique intrinsèque du tungstène et le rendent idéal pour les applications à haute densité nécessitant une intégrité thermique et mécanique.
Propriétés mécaniques
Le pressage et le frittage soigneux des poudres confèrent des propriétés mécaniques avantageuses :
| Propriété | Valeur |
|---|---|
| Dureté | Jusqu'à 550 VPN |
| Limite d'élasticité | ∼900 MPa |
| Résistance à la traction | Jusqu'à 1000 MPa |
| Élongation | ∼10% à 15% |
| Résistance à la rupture | ∼20 MPa√m |
| Résistance à la fatigue | 500 MPa |
Les éléments d'alliage tels que le nickel, le fer, etc. permettent d'adapter la ductilité, la ténacité et les caractéristiques d'usinage.
Attributs physiques
Attributs physiques saillants de la poudre de tungstène haute densité utiles aux concepteurs :
| Paramètres | Valeur | Unité |
|---|---|---|
| Densité | 18 à 19,3 | g/cm3 |
| Résistivité électrique | 5.5 | μΩ-cm |
| Conductivité thermique | 170 | W/(m-K) |
| Point de fusion | 3410 | °C |
| Point d'ébullition | 5930 | °C |
| Chaleur spécifique | 132 | J/(kg-K) |
Le point de fusion et la conductivité thermique très élevés garantissent le maintien de la résistance et de l'intégrité dimensionnelle à des températures extrêmes.
Production de poudre de tungstène
Poudre de tungstène de haute densité est fabriqué par réduction à l'hydrogène de l'oxyde de tungstène combinée à une réduction de la taille des particules :
1. Concentration du minerai - Le minerai de tungstène naturel est traité physiquement pour obtenir des teneurs plus élevées.
2. Conversion en oxyde - La digestion alcaline et la calcination permettent d'obtenir du WO3.
3. Réduction de l'hydrogène - La réduction à 800°C de l'oxyde produit de la poudre de tungstène
4. Broyage et classification - Le broyage contrôlé et la classification de l'air permettent d'obtenir des poudres fines
5. Mélange et dopage - Les qualités pures sont mélangées à des inhibiteurs de croissance du grain ou à des éléments d'alliage.
6. Emballage - Les fûts ou sacs scellés préservent la morphologie pendant le transport
Une grande pureté chimique, une excellente distribution de la taille des particules, un bon écoulement de la poudre et des propriétés de poudre cohérentes permettent d'obtenir une densité finale maximale.
Applications de poudre de tungstène
Parmi les principaux domaines d'application bénéficiant de la poudre de tungstène de haute densité, on peut citer
Contrepoids et lest
L'excellente stabilité dimensionnelle et la résistance à la corrosion vont de pair avec la densité pour les roues d'équilibrage, les gyroscopes, les actionneurs, etc.
Protection contre les rayonnements
Les alliages de tungstène offrent un blindage économique contre les rayons gamma et les rayons X pour les applications nucléaires, médicales, aérospatiales et électroniques.
Amortissement des vibrations
L'introduction d'inserts lourds en tungstène dans les composants supprime le bruit et dissipe les vibrations mécaniques.
Agents de pondération
De petits volumes de poudre de tungstène incorporés dans des matrices telles que les polymères, les peintures, les céramiques, le ciment augmentent la densité.
Matériel de sport
Clubs de golf, fléchettes, leurres de pêche et flèches utilisant des mélanges compacts de poudres lourdes.
Roues Momentum
Les roues en composite de tungstène offrent une excellente inertie de rotation dans des volumes restreints, ce qui est idéal pour le contrôle d'attitude des satellites.
Électrodes
La dureté du tungstène à haute température, maintenue au point de fusion, facilite l'utilisation d'électrodes pour l'usinage par décharge électrique et de pointes de soudage.
Spécifications
Paramètres clés définis pour la poudre de tungstène de haute densité :
Notes
Sur la base de la distribution de la taille des particules :
| Grade | Taille des particules | Densité apparente |
|---|---|---|
| Ultrafine | 0,2 à 1 μm | ≥ 9 g/cm3 |
| Submicron | 1 à 5 μm | ≥ 3,2 g/cm3 |
| Bien | 1 à 10 μm | ≥ 2 g/cm3 |
| Moyen | 10 à 25 μm | ∼7 à 8 g/cm3 |
| Grossière | 25 à 45 μm | ∼8 à 9 g/cm3 |
Les particules plus petites offrent une densité finale plus élevée, mais l'écoulement et la manipulation de la poudre sont moins bons. Les particules plus grosses offrent une meilleure résistance à l'état vert.
Normes
- ASTM B777 - Classification standard des poudres de tungstène et des produits en poudre
- ISO 4499 - Poudres métalliques - Détermination de la teneur en oxygène par des méthodes de réduction
- IEC 60804 - Spécifications pour les poudres de tungstène et les poudres métalliques de tungstène pour lampes
Tarification
Prix représentatif de la poudre de tungstène adaptée aux utilisations à haute densité :
| Grade | Prix |
|---|---|
| Ultrafine | $800 à $1200 par kg |
| Submicron | $500 à $900 par kg |
| Bien | $100 à $250 par kg |
| Moyen | $50 à $150 par kg |
| Alliages lourds | $40 à $100 par kg |
Des particules de plus petite taille, une plus grande pureté, des dopants spéciaux et une plus faible quantité augmentent le coût. La poudre de déchets recyclés est moins chère.
Avantages et inconvénients
Avantages
- Poudre métallique de la plus haute densité possible
- Possibilité de fabrication en forme de filet
- Microstructure uniforme des poudres
- L'agglomération augmente la densité apparente
- Facilité de mise en forme de formes complexes ou creuses
- Précurseur de nanomatériaux spécialisés
Inconvénients
- Dureté inférieure à celle du carbure de tungstène cémenté au cobalt
- Ténacité et ductilité limitées
- Caractéristiques d'usinage difficiles
- Coût relativement élevé par rapport aux poudres d'acier
- Le poids élevé augmente les coûts d'expédition
- Manipulation spéciale des poudres fines
La compréhension des avantages uniques par rapport aux limitations permet d'utiliser poudre de tungstène à haute densité de manière optimale.
Fournisseurs
Les principaux marchands et fabricants qui fournissent des poudres de tungstène et d'alliage de tungstène à haute densité dans le monde entier sont les suivants :
| Entreprise | Localisation des sites |
|---|---|
| Buffalo Tungstène | États-Unis |
| Société Wolfram | Autriche |
| Groupe Plansee | L'Europe |
| Midwest Tungsten | États-Unis |
| Xiamen Tungstène | Chine |
| JX Nippon | Japon |
| Matériaux Toshiba | Japon |
| GTP Schaefer | Allemagne |
Ces sociétés fournissent des poudres fiables de classe mondiale aux marchés commerciaux.
FAQ
| Question | Répondre |
|---|---|
| Qu'est-ce que la poudre de tungstène de haute densité ? | Poudre de tungstène possédant une densité de 18 à 19,3 g/cm3 - la plus élevée de toutes les poudres métalliques |
| Comment la poudre de tungstène haute densité est-elle fabriquée ? | Réduction de l'oxyde de tungstène purifié combinée à un broyage spécialisé pour obtenir les tailles de particules souhaitées |
| À quoi sert la poudre de tungstène haute densité ? | Fabrication de contrepoids, de protections contre les radiations, de lest, de composés de lestage, de composants d'amortissement des vibrations, etc. |
| Quelles sont les différentes variétés de poudres de haute densité ? | Tungstène pur, tungstène dopé avec des oxydes de terres rares, alliages tungstène-nickel-fer, alliages lourds de tungstène, etc. |
| Quels sont les avantages de la poudre de tungstène haute densité ? | Densité extrême dans des volumes compacts inégalés par d'autres poudres ; possibilité de fabriquer des pièces complexes en forme de filet |
| Quelles sont les limites des poudres de tungstène lors de leur utilisation ? | Dureté relativement plus faible que celle du carbure de tungstène ; la ténacité et la ductilité limitées posent des problèmes d'usinage. |
| Comment la poudre de tungstène haute densité se compare-t-elle aux matériaux denses traditionnels comme le plomb ? | Plus sûr que le plomb toxique ; point de fusion plus élevé que celui du plomb ; prix économique par rapport aux métaux précieux de densité similaire. |
Résumé
Avec une densité extraordinaire parmi les métaux élémentaires, la poudre de tungstène de haute pureté offre aux concepteurs des possibilités uniques pour les applications sensibles au poids nécessitant des profils compacts impossibles à réaliser auparavant. Les progrès réalisés dans la fabrication des poudres, le pressage, le frittage et le traitement secondaire permettent de surmonter les limites de fragilité et d'élargir l'utilisation des poudres. Les mélanges et les alliages permettent de personnaliser davantage les propriétés physiques dans les domaines exigeants de l'électricité, du nucléaire, de l'automobile et de l'aérospatiale, où la densité élevée est étroitement liée à la résistance, à la dureté et à la résistance thermique.
Comme les sources durables soutiennent des chaînes d'approvisionnement mondiales fiables, les concepteurs exploitent maintenant les densités extrêmes de la poudre de tungstène pour obtenir des fonctionnalités d'ingénierie de précision dans les industries où la lourdeur et la compacité sont des facteurs de valeur. Les principaux fabricants chercheront à franchir des seuils de densité supérieurs à 20 g/cm3 au cours de la prochaine décennie, à mesure que le tungstène gagnera en importance stratégique.
