掺杂剂的内部掺杂和导线再结晶

为什么高再结晶温度在钨、钼和其他线材中很重要

在金属切割，我们经常被问到关于钨丝和掺杂剂的问题。具体来说，人们问为什么钨丝仍然掺杂用于白炽灯照明以外的应用。毕竟，为什么要购买包含您不需要并且可能不想要的东西的产品？

在 LED 和 CFL 出现之前，掺杂剂是每个人都想要的钨丝——如果不是作为制造商，那么作为白炽钨灯泡的消费者或用户。

这是因为灯泡钨丝灯丝中的掺杂剂提供了抗变形能力，使这些灯泡能够正常工作。如果没有掺杂剂，白炽灯泡会在其白热的工作温度下下垂，从而导致电弧和灯丝故障。

如果掺杂剂不允许生产非下垂钨丝，我们将无法拥有白炽灯和所有好处——或者至少直到现在制造这些钨灯泡的新技术出现之前过时了。

掺杂剂增加了用于高温灯丝的纯（未掺杂）钨丝的非下垂特性。这种效果可以通过几种不同的方式实现，但基本上是在粉末混合阶段掺杂钨丝，在氧化钨中添加钾和其他元素——通常是氧化铝和硅。

这些其他元素排出气体和钾残留，充当神奇的“滚珠轴承”，在纯拉制钨的细长晶粒微结构之间起到润滑和缓冲作用。

关键的好处是钾掺杂剂提高了钨丝的再结晶温度。这赋予了钨丝不下垂的特性，有效地消除了纯钨丝在加热到白炽灯温度时下垂的趋势。

随着材料被大量拉入导线，互锁晶粒变长，钾掺杂剂分散开来。加热时，它会挥发成线性排列的微小（亚微米级）气泡。随着变形量的增加，气泡排越来越细、越来越长，再结晶温度升高，互锁结构更加明显。

这种结构可防止沿晶界滑动，并使掺杂钨丝具有非下垂特性——有效消除纯钨在卷绕和加热到白炽温度时失效的趋势。

在技术方面，商业纯（未掺杂）钨丝的再结晶温度高达 2201-2552°F（1205-1400°C）。然而，掺杂氧化铝、硅和钾的钨丝的特点是再结晶温度大于 3272°F (> 1800°C) 及更高，钾含量升高。

同样的再结晶规则也适用于用于线材的其他难熔金属。例如，市售钼在一小时内完全重结晶的温度是 2012ºF (1100°C)。钾和硅掺杂的钼在 2192-3270°F (1200-1800°C) 重结晶，具体取决于材料的还原方式。

如果钾（和其他掺杂剂）对防止下垂和破损非常有用，而且高再结晶是一件好事（稍后会详细介绍），那么为什么钨制造商——以及多年来一直支持它们的照明行业——不— 在掺杂过程中使用最大量的钾？毕竟，钾作为一种元素在自然界中含量非常丰富，而且价格低廉。

实际情况是，添加过多的掺杂剂会导致钨丝制造过程中出现过多的断线，从而导致良率不佳。

矛盾的是，尽管钾在其作为钨灯泡灯丝的使用寿命期间防止电线断裂，但它在拉丝过程中创造了断裂的机会。并且破损会中断制造过程，造成延误并提高成本。

对于那些仍然关心的人——我们在 Metal Cutting 也关心，因为我们切割、研磨和销售大量的钨，包括钨丝和许多其他形式——管理掺杂剂水平是一项重要的专业知识。这是一项以合理成本生产最高再结晶温度线材的关键技能。

钨丝、钼丝和其他线材经过处理后的再结晶温度高于纯态时的再结晶温度，在室温和非常高的工作温度下仍可保持韧性。由此产生的细长堆叠微观结构还赋予了掺杂线材性能，例如良好的抗蠕变性、尺寸稳定性，并且比纯（未掺杂）产品更容易加工。

另一方面是，当您再结晶时，会使钨（或其他金属）线变脆，需要对其进行退火，以使钨线恢复到所需的强度。退火会改变材料的特性以增加其延展性并使其更易于加工。它包括在退火炉中将材料加热到材料的再结晶温度以上，保持合适的温度，然后冷却。

如果您不对线材进行退火，当您随后在拉拔过程中使其达到或高于其再结晶温度时，线材会断裂——最终导致使用该线材的产品出现故障。

如果用它来制造钨丝灯泡的越来越少的人能很好地理解再结晶的特性（这本身就是另一个话题），这让我们回到最初的问题：为什么钨丝中仍然普遍使用掺杂剂？

仍有一些产品制造商认为高温是其应用和钨丝使用不可或缺的一部分，例如在行波管或金刚石沉积炉中。对于这些企业来说，钨丝的再结晶温度仍然至关重要，即使他们的工作场所消除了白炽灯的最后一丝痕迹。

一些制造商在较高但未接近再结晶的温度下使用钨丝，用于电极、电子产品和医疗应用等产品。对于在机械应用中使用钨丝的其他制造商来说，例如在室温下工作的探针中，掺杂剂的存在和再结晶特性是无关紧要的。

钨、钼或其他导线中掺杂剂的实际含量是每个制造商或供应商特定的“秘密配方”的一部分。作为一家几十年来一直提供专业钨钼丝产品的公司，Metal Cutting有自己的秘诀。

我们可以与您分享，掺杂剂配方通常含有 50-90 ppm 的钾。然而，配方还有更多内容——以及管理掺杂剂水平和再结晶温度方面的专业知识。

有关钨丝及其特性的更多信息，请下载我们的免费指南钨丝 101：独特有用材料概述 .

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