De hoge temperatuurweerstand vanwolfraambalis een "topspeler" onder metalen materialen en zijn kenmerken maken het een belangrijke materiaalkeuze in extreme hoge temperatuuromgevingen.toepassingsscenario's en vergelijkingsdimensies:
一Kerngegevens van hoge temperatuurweerstand: smeltpunt en extreme toepassingstemperatuur
1. "Ingeboren voordelen" van zuiverewolfraam
Smeltpunt: het smeltpunt van puur wolfraam is 3422°C (ongeveer 2000°C hoger dan staal en bijna 2000°C hoger dan goud),Het is een van de metalen met het hoogste smeltpunt in de natuur..
Hoogtemperatuurvastheid:
Bij 2000 °C kan de treksterkte van wolfraam nog steeds 100-150 MPa bereiken (gewoon staal verzacht en faalt boven 400 °C).
Zelfs wanneer wolfraam wordt verwarmd tot 3000°C (bijna de helft van de temperatuur van het oppervlak van de zon), kan het nog steeds een vaste toestand behouden en begint het slechts langzaam te sublimeren (direct van vaste stof naar gas).
2. Geoptimaliseerde prestaties vanwolfraamlegeringen
wolfraamlegeringen die gewoonlijk in de militaire industrie worden gebruikt (zoals wolfraam-nikkel-ijzerlegeringen) hebben een iets lager smeltpunt (ongeveer 3000-3300 °C) als gevolg van de toevoeging van andere metalen,maar hun hoge temperatuur oxidatiebestendigheid is aanzienlijk verbeterd:
Bij 1000°C lucht is de oxidatie gewichtstoename slechts 0,01 mg/cm2·h (de oxidatie van staal is ongeveer 1-10 mg/cm2·h).
Typisch geval: De monding van de spuitstuk van een bepaald type raketmotor maakt gebruik van wolfraamlegering,die tot maximaal 30 minuten bestand is tegen gassproei bij 2800 °C (gewoon koperlegerings keelvoer kan slechts 5 minuten meegaan).
二. Echte gevechtstoepassingsscenario's in extreme omgevingen
1- Luchtvaart: bestrijding van luchtstromen bij zeer hoge temperaturen
Luchtmotordus:
De solide motor spuitstuk keelvoer van de Long March-serie raket gebruikt wolfraam gefiltreerd koper materiaal (wolfraam skelet + koper vulling),met een vermogen van niet meer dan 50 W,, en gebruikt koperen faseveranderingen om warmte te absorberen om wolfraamoververhitting te voorkomen.
In vergelijking met de traditionele grafiet keelvoeringen is de ablatie van wolfraammaterialen met 90% verminderd (de ablatie van grafiet is ongeveer 0,5 mm/s,en dat van wolfraamlegering is slechts 0.05 mm/s).
Thermische bescherming van hypersonische luchtvaartuigen:
De temperatuur van de schokgolfschaal aan de kop van het vliegtuig is hoger dan 2000°C.wolfraamlegeringDe warmte wordt opgeslagen door warmte te absorberen (specifieke warmtecapaciteit 0,13 J/g·K) en de verwarmingssnelheid van de constructie te vertragen.
2Militaire uitrusting: reactie op explosies en vlammen
Actief beschermingssysteem voor tanks:
Dewolfraambalfragmenten in de onderschepperraket blijven vast op het moment van de explosie (temperatuur hoger dan 3000°C),Vermijding van de vermindering van de dodelijkheid door verzachting bij hoge temperatuur (staalfragmenten zijn bij deze temperatuur in vloeistof gesmolten).
Noodapparatuur voor kerninstallaties:
Bij een ongeluk met een nucleaire reactorhet afdichtingsapparaat van wolfraamballen kan de structurele integriteit behouden in een stralingsomgeving van 1500 °C (gewoon roestvrij staal ondergaat intergranulaire corrosie boven 800 °C).
3Speciale wapens: gevechtsdoeltreffendheid bij hoge temperaturen
thermobarische bommen/brandbommen:
In de 2500°C hoge temperatuur vuurbal die wordt gegenereerd door de explosie van de brandstof, wordt de brandstof gebruikt als brandstof.Ze kunnen nog steeds snel vliegen (aluminiumfragmenten verdampen direct, en staalfragmenten verminderen de hardheid als gevolg van hoge temperatuur).
Elektrothermische chemische wapens:
Tijdens het branden bereikt de temperatuur in de loop 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).
De belangrijkste conclusie:
De beste algemene prestaties: wolfraamballen zijn ongeëvenaard in de balans van "hoge temperatuurweerstand + hoge sterkte + slagweerstand",en zijn met name geschikt voor scènes die tegelijkertijd hoge temperaturen en mechanische belastingen moeten weerstaan (zoals motoren en pantser doorborende schelpen).
Beperkingen: puur wolfraam heeft een slechte plasticiteit (behoeft te worden gesinterd bij hoge temperaturen) en zijn kosten zijn 20-30 keer hoger dan die van staal;wolfraamlegeringen moeten nog verder worden verbeterd op het gebied van taaiheid en kosteneffectiviteit door nano-sizing en composiet (zoals wolfraam-keramische gradiëntmaterialen).
三Technologische grenzen: innovatie richtingen die grenzen doorbreken
1- Nano...wolfraamMaterialen
door nano-poedermetallurgische technologie (zoals atomic layer deposition coating) wordt de korrelgrootte onder 100 nm gecontroleerd,die de hoogtemperatuurplasticiteit van wolfraam met 300% kan verhogen (verlenging van 1% tot 4%) terwijl het smeltpunt onveranderd blijft.
2Ontwerp van supermateriaalstructuren
3D-geprinte "honingraatwolfraambal": de interne poreuze structuur kan de thermische geleidbaarheid verminderen (thermische geleidbaarheid van 174 W/m·K tot 50 W/m·K),zodat de interne temperatuur van het boloppervlak met 10 minuten wordt vertraagd tot meer dan 500°C bij een warmtebron van 2500°C.
3Bescherming door composietcoating
het oppervlak is bekleed met HfB2-SiC-ultra-hoge temperatuurkeramiek (smeltpunt 3380°C) om een gradiëntcoating op basis van wolfraam-keramiek te vormen,die het wolfraamsubstraat gedurende meer dan 1 uur kan beschermen bij een plasma-stroom van 3000 °C (traditionele coating kan slechts 10 minuten meegaan).
Samenvatting: De "extreme aanpassingsvermogen" van wolfraamballen
Temperatuurgrens: zonder bescherming kunnen wolfraamballen stabiel werken tot 2500°C.kunnen in korte tijd ultrahoge temperaturen boven 3200°C weerstaan (zoals de tijdelijke werkomstandigheden van raketmotoren).
Toepassingsnoot: in scenario's die "hoge temperatuurbestendigheid + slagbestendigheid + lange levensduur" vereisen (zoals hypersonische wapens en nucleaire stralingsomgevingen),wolfraamballen zijn onvervangbare kernmaterialen; terwijl pure scenario's met hoge temperatuur en zonder belasting (zoals temperatuurmeting in de oven) meer economische keramische materialen kunnen overwegen.
In de toekomst, met de doorbraak van extreme productietechnologie,wolfraamballenDe Commissie is van mening dat de aanpassing van de richtlijnen op het gebied van de bescherming van de gezondheid en de gezondheid van de werknemers in de Unie een belangrijke bijdrage kan leveren tot de verbetering van de gezondheid van de werknemers.
De hoge temperatuurweerstand vanwolfraambalis een "topspeler" onder metalen materialen en zijn kenmerken maken het een belangrijke materiaalkeuze in extreme hoge temperatuuromgevingen.toepassingsscenario's en vergelijkingsdimensies:
一Kerngegevens van hoge temperatuurweerstand: smeltpunt en extreme toepassingstemperatuur
1. "Ingeboren voordelen" van zuiverewolfraam
Smeltpunt: het smeltpunt van puur wolfraam is 3422°C (ongeveer 2000°C hoger dan staal en bijna 2000°C hoger dan goud),Het is een van de metalen met het hoogste smeltpunt in de natuur..
Hoogtemperatuurvastheid:
Bij 2000 °C kan de treksterkte van wolfraam nog steeds 100-150 MPa bereiken (gewoon staal verzacht en faalt boven 400 °C).
Zelfs wanneer wolfraam wordt verwarmd tot 3000°C (bijna de helft van de temperatuur van het oppervlak van de zon), kan het nog steeds een vaste toestand behouden en begint het slechts langzaam te sublimeren (direct van vaste stof naar gas).
2. Geoptimaliseerde prestaties vanwolfraamlegeringen
wolfraamlegeringen die gewoonlijk in de militaire industrie worden gebruikt (zoals wolfraam-nikkel-ijzerlegeringen) hebben een iets lager smeltpunt (ongeveer 3000-3300 °C) als gevolg van de toevoeging van andere metalen,maar hun hoge temperatuur oxidatiebestendigheid is aanzienlijk verbeterd:
Bij 1000°C lucht is de oxidatie gewichtstoename slechts 0,01 mg/cm2·h (de oxidatie van staal is ongeveer 1-10 mg/cm2·h).
Typisch geval: De monding van de spuitstuk van een bepaald type raketmotor maakt gebruik van wolfraamlegering,die tot maximaal 30 minuten bestand is tegen gassproei bij 2800 °C (gewoon koperlegerings keelvoer kan slechts 5 minuten meegaan).
二. Echte gevechtstoepassingsscenario's in extreme omgevingen
1- Luchtvaart: bestrijding van luchtstromen bij zeer hoge temperaturen
Luchtmotordus:
De solide motor spuitstuk keelvoer van de Long March-serie raket gebruikt wolfraam gefiltreerd koper materiaal (wolfraam skelet + koper vulling),met een vermogen van niet meer dan 50 W,, en gebruikt koperen faseveranderingen om warmte te absorberen om wolfraamoververhitting te voorkomen.
In vergelijking met de traditionele grafiet keelvoeringen is de ablatie van wolfraammaterialen met 90% verminderd (de ablatie van grafiet is ongeveer 0,5 mm/s,en dat van wolfraamlegering is slechts 0.05 mm/s).
Thermische bescherming van hypersonische luchtvaartuigen:
De temperatuur van de schokgolfschaal aan de kop van het vliegtuig is hoger dan 2000°C.wolfraamlegeringDe warmte wordt opgeslagen door warmte te absorberen (specifieke warmtecapaciteit 0,13 J/g·K) en de verwarmingssnelheid van de constructie te vertragen.
2Militaire uitrusting: reactie op explosies en vlammen
Actief beschermingssysteem voor tanks:
Dewolfraambalfragmenten in de onderschepperraket blijven vast op het moment van de explosie (temperatuur hoger dan 3000°C),Vermijding van de vermindering van de dodelijkheid door verzachting bij hoge temperatuur (staalfragmenten zijn bij deze temperatuur in vloeistof gesmolten).
Noodapparatuur voor kerninstallaties:
Bij een ongeluk met een nucleaire reactorhet afdichtingsapparaat van wolfraamballen kan de structurele integriteit behouden in een stralingsomgeving van 1500 °C (gewoon roestvrij staal ondergaat intergranulaire corrosie boven 800 °C).
3Speciale wapens: gevechtsdoeltreffendheid bij hoge temperaturen
thermobarische bommen/brandbommen:
In de 2500°C hoge temperatuur vuurbal die wordt gegenereerd door de explosie van de brandstof, wordt de brandstof gebruikt als brandstof.Ze kunnen nog steeds snel vliegen (aluminiumfragmenten verdampen direct, en staalfragmenten verminderen de hardheid als gevolg van hoge temperatuur).
Elektrothermische chemische wapens:
Tijdens het branden bereikt de temperatuur in de loop 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).
De belangrijkste conclusie:
De beste algemene prestaties: wolfraamballen zijn ongeëvenaard in de balans van "hoge temperatuurweerstand + hoge sterkte + slagweerstand",en zijn met name geschikt voor scènes die tegelijkertijd hoge temperaturen en mechanische belastingen moeten weerstaan (zoals motoren en pantser doorborende schelpen).
Beperkingen: puur wolfraam heeft een slechte plasticiteit (behoeft te worden gesinterd bij hoge temperaturen) en zijn kosten zijn 20-30 keer hoger dan die van staal;wolfraamlegeringen moeten nog verder worden verbeterd op het gebied van taaiheid en kosteneffectiviteit door nano-sizing en composiet (zoals wolfraam-keramische gradiëntmaterialen).
三Technologische grenzen: innovatie richtingen die grenzen doorbreken
1- Nano...wolfraamMaterialen
door nano-poedermetallurgische technologie (zoals atomic layer deposition coating) wordt de korrelgrootte onder 100 nm gecontroleerd,die de hoogtemperatuurplasticiteit van wolfraam met 300% kan verhogen (verlenging van 1% tot 4%) terwijl het smeltpunt onveranderd blijft.
2Ontwerp van supermateriaalstructuren
3D-geprinte "honingraatwolfraambal": de interne poreuze structuur kan de thermische geleidbaarheid verminderen (thermische geleidbaarheid van 174 W/m·K tot 50 W/m·K),zodat de interne temperatuur van het boloppervlak met 10 minuten wordt vertraagd tot meer dan 500°C bij een warmtebron van 2500°C.
3Bescherming door composietcoating
het oppervlak is bekleed met HfB2-SiC-ultra-hoge temperatuurkeramiek (smeltpunt 3380°C) om een gradiëntcoating op basis van wolfraam-keramiek te vormen,die het wolfraamsubstraat gedurende meer dan 1 uur kan beschermen bij een plasma-stroom van 3000 °C (traditionele coating kan slechts 10 minuten meegaan).
Samenvatting: De "extreme aanpassingsvermogen" van wolfraamballen
Temperatuurgrens: zonder bescherming kunnen wolfraamballen stabiel werken tot 2500°C.kunnen in korte tijd ultrahoge temperaturen boven 3200°C weerstaan (zoals de tijdelijke werkomstandigheden van raketmotoren).
Toepassingsnoot: in scenario's die "hoge temperatuurbestendigheid + slagbestendigheid + lange levensduur" vereisen (zoals hypersonische wapens en nucleaire stralingsomgevingen),wolfraamballen zijn onvervangbare kernmaterialen; terwijl pure scenario's met hoge temperatuur en zonder belasting (zoals temperatuurmeting in de oven) meer economische keramische materialen kunnen overwegen.
In de toekomst, met de doorbraak van extreme productietechnologie,wolfraamballenDe Commissie is van mening dat de aanpassing van de richtlijnen op het gebied van de bescherming van de gezondheid en de gezondheid van de werknemers in de Unie een belangrijke bijdrage kan leveren tot de verbetering van de gezondheid van de werknemers.
