近日，來(lái)自巴斯大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)最近發(fā)表了關(guān)于鎢（W）及其合金的加工和處理的最新研究進(jìn)展。W屬于周期表的第6組，與鉬、鉻、硼一起。它是一種難熔金屬（在所有已知的純金屬中最高），具有非凡的耐熱性和耐磨性。W除了具有非常高的熔化溫度，還以高密度，高彈性模量，高導(dǎo)熱性，以及在高溫下的優(yōu)良機(jī)械性能而為大家所知。W是聚變能源和其他應(yīng)用中高溫結(jié)構(gòu)的理想材料。

對(duì)電力的需求正以前所未有的速度增長(zhǎng)，電力在最終能源消費(fèi)總量預(yù)計(jì)也將從2018年的19%增加到2040年的24%。在氣候變化的影響下，一些國(guó)家設(shè)定了本世紀(jì)中葉的凈零排放目標(biāo)，以實(shí)現(xiàn)2015年巴黎氣候協(xié)議的目標(biāo)。然而，根據(jù)聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署（UNEP）最近的排放差距報(bào)告，這些雄心勃勃的目標(biāo)并非沒(méi)有障礙。即使這些目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)，本世紀(jì)全球氣溫從工業(yè)化前的水平上升仍將超過(guò)3℃，這將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)巴黎協(xié)議中規(guī)定的2℃。這迫切需要在全球范圍內(nèi)進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新和持續(xù)的政策干預(yù)，以扭轉(zhuǎn)這一趨勢(shì)。

自20世紀(jì)50年代以來(lái)，核裂變已被廣泛用作電力來(lái)源。另一方面，核聚變具有固有的優(yōu)勢(shì)，有助于鼓勵(lì)其在現(xiàn)代能源基礎(chǔ)設(shè)施中的應(yīng)用。除其他好處外，核聚變不會(huì)造成有害排放，其反應(yīng)可以得到更好的控制。反應(yīng)堆的精心設(shè)計(jì)為提供高效、廉價(jià)和安全的能源留下了空間。為了實(shí)現(xiàn)可靠的、大規(guī)模的核聚變，在制造能夠承受反應(yīng)堆內(nèi)極端條件的抗輻射材料方面需要技術(shù)和科學(xué)的進(jìn)步。

W的豐富歷史，從發(fā)現(xiàn)其礦石和化合物到后來(lái)的重要技術(shù)發(fā)現(xiàn)，刺激了早期的廣泛應(yīng)用。W礦物的發(fā)現(xiàn)可以追溯到中世紀(jì)薩克森-波西米亞和康沃爾的錫礦，遠(yuǎn)早于該元素本身的分離。雖然W的分離是由Torbern Bergmann在1781年首次提出的，但Juan José de Elhuyar和他的兄弟Fausto在1783年通過(guò)用木炭粉還原鎢酸來(lái)制備這種金屬。這種金屬也被命名為黑鎢，這在今天的德語(yǔ)和瑞典語(yǔ)中仍然是其官方名稱。

W的最早應(yīng)用是作為一種合金元素來(lái)生產(chǎn)特種鋼。很快，它就作為白熾燈的燈絲獲得了突出的地位，取代了碳燈絲。從那時(shí)起，這種材料已經(jīng)在各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛采用，包括航空、汽車、電子、醫(yī)藥、軍事、化學(xué)和體育。其應(yīng)用包括加熱絲、電子發(fā)射器、散熱器、加熱元件和高溫爐中的輻射屏蔽、動(dòng)能穿透器、賽車和航空航天中的平衡砝碼、鐘表業(yè)的轉(zhuǎn)子、重型電接觸材料和焊接、等離子和X射線電極等。

盡管W的特性對(duì)其應(yīng)用有利，但W延展性和高熔點(diǎn)等特性也導(dǎo)致了在大規(guī)模制造由W及其合金制成的部件時(shí)存在一些挑戰(zhàn)，限制了這些復(fù)雜幾何形狀的生產(chǎn)。在這篇文章中，研究人員強(qiáng)調(diào)了加工方法，如粉末冶金學(xué)和增材制造，可以產(chǎn)生近似于網(wǎng)狀的部件。然而，這需要有后處理技術(shù)來(lái)補(bǔ)充這些方法。他們對(duì)W的不同制造方法進(jìn)行了深入探索和討論，并確定了與每種方法相關(guān)的挑戰(zhàn)和差距。它包括傳統(tǒng)和非常規(guī)的加工工藝，以及使用各種方法改善鎢的延展性的研究，如合金化、熱力學(xué)處理和晶粒結(jié)構(gòu)細(xì)化。