什么是钨？

      钨是一种金属元素。钨的化学元素符号是W，原子序数是74，相对原子质量为183.85，原子半径为137皮米，密度为19.35克/每立方厘米，属于元素周期表中第六周期（第二长周期）的VIB族。钨在自然界主要呈六价阳离子，其离子半径为0.68×10-10m。由于W6+离子半径小，电价高，极化能力强，易形成络阴离子，因此钨主要以络阴离子形式[WO4]2-，与溶液中的Fe2+ 、Mn2+ 、Ca2+等阳离子结合形成黑钨矿或白钨矿沉淀。经过冶炼后的钨是银白色有光泽的金属，熔点极高，硬度很大，蒸气压很低，蒸发速度也较小，化学性质也比较稳定。这是我们理解什么是钨的基础。

      钨是一种有色金属。通常人们根据金属的颜色和性质把金属分成两大类：黑色金属和有色金属。黑色金属主要指铁、锰、铬及其合金，如钢、生铁、铁合金、铸铁等。黑色金属以外的金属称为有色金属。钨则属于有色金属范畴。有色合金的强度和硬度一般比纯金属高，电阻比纯金属大，电阻温度系数小，具有良好的综合机械性能。因此，作为一种有色金属，钨的强度和硬度非常高。由于这种特性，具有硬度高、耐磨性强的钨硬质合金被大规模应用于切削工具、矿山工具中。

      钨是一种难熔金属。一般熔点高于1650℃并有一定储量的金属以及熔点高于锆熔点（1852℃）的金属称为难熔金属。典型的难溶金属有钨、钽、钼、铌、铪、铬、钒、锆和钛。作为一种难熔金属，钨最重要的优点是有良好的高温强度，对熔融碱金属和蒸气有良好的耐蚀性能，钨只有在1000℃以上才出现氧化物挥发和液相氧化物。但是，它同时也具有塑性－脆性转变温度较高，在室温下难以塑性加工的缺点。以钨为代表的难熔金属在冶金、化工、电子、光源、机械工业等部门得到了广泛应用。

      钨是一种稀有金属。稀有金属通常指在自然界中含量较少或分布稀散的金属。钨是一种分布较广泛的元素，几乎遍见于各类岩石中，但含量较低。钨在地壳中的含量为0.001%，在花岗岩中含量平均为1.5×10-6，这种特性导致其提取难度非常大，通常只能用有机溶剂萃取法及离子交换法分离提取。随着科学技术的进步与冶金工艺、设备和分析检测技术的发展以及稀有金属生产规模的扩大，使得钨的纯度不断提高，性能不断改进，品种不断增多，从而扩大了钨的应用领域。我国钨矿资源丰富，钨的产量和出口总量均占世界第一。

      钨是一种战略金属。众所周知，稀有金属是国家的重要战略资源，而钨是典型的稀有金属，具有极为重要的用途。它是当代高科技新材料的重要组成部分，一系列电子光学材料、特殊合金、新型功能材料及有机金属化合物等均需使用独特性能的钨。用量虽说不大，但至关重要，缺它不可。因而广泛用于当代通讯技术、电子计算机、宇航开发、医药卫生、感光材料、光电材料、能源材料和催化剂材料等。我国在以钨为代表的稀有金属方面采取限制开采和限制出口的措施导致了我国与美国、欧盟的纠纷不断，由此可见，钨的战略意义非同一般。

钨的物理性质

      钨在工业上的获得是通过氧化钨与氢或者碳的反应分解得来的。纯钨是一种介于灰白色和锡白色之间的金属。纯钨能够用钢锯切割，也能够被锻造，旋转，拉伸和挤压。不纯的钨比较脆弱，也很难做到这些。钨的熔点在所有金属里面是最高的，在温度超过1650℃时拥有最大的抗拉强度。金属在空气中会被氧化，必须保存在高温中。钨有很好的抗腐蚀性，大部分的矿物酸只能对它造成轻微的腐蚀。

钨的物理性质具体如下：

元素符号：W 　　
原子序数：74 　　
核电荷数：74 　　
CAS：7440-33-7[1] 　　
稳定同位素及其所占百分比：180(0.14)；182(26.41)； 183(14.40)；184(30.64)；186(28.41)    
原子体积:(立方厘米/摩尔)9.53 　　
相对原子质量：183.84 　　
元素在太阳中的含量：(ppm) 0.004% 　　
元素在海水中的含量：(ppm) 0.000092% 　　
自由原子的电子层结构：1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f145s25P65d46S2 　　
原子半径：137pm 　　
外围电子层排布： 5d4 6s2 　　
电子层 ：K-L-M-N-O-P 　　
声音在其中的传播速率：（m/S）4620 　　
氧化态：Main W-4, W-2, W-1, W0, W+2, W+3, W+4, W+5, W+6 　　
电离能 (kJ /mol)：M - M+ 770 M+ - M2+ 1700 M2+ - M3+ 2300 M3+ - M4+ 3400 M4+ - M5+ 4600 M5+ - M6+ 5900 　　
第一电离能：775kJ/mol。 　　
电负性：1.7。 　　
密度：19.35克/每立方厘米。 　　
晶体结构及晶格常数： 　　
α-W：晶胞为体心立方晶胞，每个晶胞含有2个金属原子。β-W：立方晶格 a=5.046 nm（630℃以下  
晶胞参数： 　　
a = 316.52 pm 　　
b = 316.52 pm 　　
c = 316.52 pm 　　
α = 90° 　　
β = 90° 　　
γ = 90° 　　 
熔点：3410±20℃ 　　
沸点：5927℃ 　　
莫氏硬度：7.5 　　
熔化潜热：40.13±6.67kJ/mol 　　
升华热：847.8 kJ/mol(25℃) 　　
蒸发热：823.85±20.9kJ/mol(沸点) 　　
电阻温度系数：0.00482 I/℃  
电子逸出功：4.55 eV 　　
热中子俘获面：19.2 b 　　
弹性模量：35000—38000 MPa(丝材) 　　
扭力模量：～36000Mpa 　　
体积模量：3.108×1011－1.579×107t+0.344×103t2 Pa 　　
剪切模量：4.103×1011－3.489×107t+7.55×103t2 Pa 　　
压缩性：2.910－7 cm/kg 　　
钨有两种变型，α和β。在标准温度和常压下，α型是稳定的体心立方结构。β型钨只有在有氧存在的条件下才能出现。它在630℃以下是稳定的，在630℃以上又转化为α钨，且这一过程是不可逆的。

钨的化学性质

      钨是稀有高熔点金属，属于元素周期表中第六周期（第二长周期）的VIB族。

      钨是一种银白色金属，外形似钢。钨的熔点高，蒸气压很低，蒸发速度也较小。钨的化学性质很稳定，常温时不跟空气和水反应，不加热时，任何浓度的盐酸、硫酸、硝酸、氢氟酸甚至王水对钨都不起作用，当   温度升至80°—100°C 时，上述各种酸中，除氢氟酸外，其它的酸对钨发生微弱作用。

      常温下，钨可以迅速溶解于氢氟酸和浓硝酸的混合酸中，但在碱溶液中不起作用。在有空气存在的条件下，熔融碱可以把钨氧化成钨酸盐，在有氧化剂（NaNO3、NaNO2、KClO3、PbO2）存在的情况下，生成钨酸盐的反应更猛烈。高温下钨能与氯、溴、碘、碳、氮、硫等化合，但不与氢化合。

钨的用途

       钨及钨合金的用途相当广泛，钨是现代工业、国防及高新技术应用中的极为重要的功能材料之一，并广泛应用于航天、原子能、船舶、汽车工业、电气工业、电子工业、化学工业等诸多领域。钨大部分用于生产硬质合金和钨铁。钨与铬、钼、钴组成的耐热耐磨合金用于制作刀具、燃气轮机叶片和燃烧管等。钨可与钽、铌、钼等组成难熔合金。钨铜和钨银合金用作电接触点材料。高密度的钨镍铜合金用作防辐射的防护屏。金属钨的丝、棒、片等用于制作电灯泡、电子管的部件和电弧焊的电极。

      钨以纯金属状态和以合金系状态广泛应用于现代工业中，合金系状态中最主要的是合金钢、以碳化钨为基的硬质合金、耐磨和强热合金。钨主要分别应用于以下工业领域。

      装备制造业
      钨的高硬度、良好的耐磨性使钨成为制造工业模具的最佳材料。随着钨合金产业的不断发颤，新型的硬质合金产品不断被研发和生产，钨合金在模具制造业中的地位日益突出，并成为装备制造业不可或缺的材料。钨除了制成模具主要用于装备制造业外，在国民经济的其它领域也占有重要地位。

      军事工业
      像枪、炮、坦克和其它武器装备中火药接触的耐压、耐热等部分，都用钨钢制作；航空喷气发动机的燃烧室、燃料喷嘴、涡轮导流叶片、涡轮转子叶片等都是钨合金制成的；火箭、导弹、卫星的蒙皮材料用含钨耐高温合金制成；用高比重钨合金制成穿甲弹头，能提高炮弹性能；陀螺仪是飞机、舰艇、火箭的导航和控制系统的心脏，用高比重钨合金制成的陀螺仪的惯性元件，能提高仪器的稳定性和控制精度，如飞机的付翼、转向舵和水平尾翼等处都需配重来保持平衡。有的一架飞机中，用于配重的高比重钨合金达几百公斤，钨合金材料对发展现代航天、航空和航海事业都有着十分重要的意义。  

      钢铁工业   
      钨是钢铁工业中重要的合金元素，能提高钢的强度、硬度和耐蚀性。含钨的硬质合金（碳化钨），硬度大、耐磨、耐蚀和耐热，用于制造钻头、刀具和耐高温的零件等。含钨60～90％的钨铜（或钨银）合金是优良的接触材料，可用作电键、刀形开关、断路器及点焊电极等。钨镍铜合金可作α和γ射线的防护屏。在火箭发动机中，由钨制成的不冷却喷管能耐3127℃的高温和承受高压、高热应力。在照明及电子工业上作发光材料和X射线阴极靶。还可作高温电阻炉加热体。钨和钨铼（26％）合金所组成的热电偶，可测量温度范围从室温到2835℃。二硒化钨可作资深润滑轴承的润滑剂，其润滑温度范围为-217～350℃。钨的化合物颜料具有较亮的光泽，经久耐用。

       碳化钨基硬质合金  
       钨的碳化物具有硬度高、耐磨性强和难熔性高的特点。这些合金含有85%~95%的碳化钨和5%~14%的钴，钴是作为粘结剂金属，它使合金具有必要的强度。主要用于加工钢的某些合金中，还含有钛、钽和铌的碳化物。所有这些合金都是用粉末冶金法制造的。当加热到1000~1100℃时，它们仍具有高的硬度和耐磨性。硬质合金刀具的切削速度远远地超过了最好的工具钢刀具的切削速度。硬质合金主要用于切削工具、矿山工具和拉丝模的制造。

      热强和耐磨合金    
      作为最难熔的金属钨是许多热强合金的成分，如3%~15%的钨、25%~35%的铬、45%~65%的钴、0.5%~2.75%的碳组成的合金，主要用于强烈耐磨的零件，例如航空发动机的活门、压模热切刀的工作部件、涡轮机叶轮、挖掘设备、犁头的表面涂层。 在航空和火箭技术中，以及要求机器零件，发动机和一些仪器的高热强度的其它部门中，钨和其它给熔金属（钽、铌、钼、铼）的合金用作热强材料。

       触头材料和高比重合金    
       用触头材料和高比重合金是用粉末冶金方法制造的钨-铜（10%~40%的铜）和钨-银合金，兼有铜和银的良好的导电性、导热性和钨的耐磨性。因此，它成为制造闸刀开关、断路器、点焊电极等的工作部件非常有效的触头材料。成分为90%~95%的钨、1%~6%的镍、1%~4%的铜的高比重合金，以及用铁代铜（~5%）的合金，用于制造陀螺仪的转子、飞机、控制舵的平衡锤、放射性同位素的放射护罩和料筐等。

      电真空照明材料    
      钨以钨丝、钨带和各种锻造元件用于电子管生产、无线电电子学和X射技术中。钨是制造白织灯丝和螺旋丝的最好材料。高的工作温度（2200~2500℃）保证高的发光效率，而蒸发速度小保证丝的寿命长。钨丝用于制造电子振荡管的直热阴极和栅极，高压整流器的阴极和和各种电子仪器中旁热阴极加热器。用钨做X光管和气体放电管的对阴极和阴极，以及无线电设备的触头和原子氢焊枪电极。钨丝和钨棒作为高温炉（达3000℃）的加热器，钨加热器在氢气气氛、惰性气氛或真空中工作。

      钨的化合物
      钨的化合物如钨酸钠用于生产某些类型的漆和颜料，以及纺织工业中用于布疋加重和与硫酸铵和磷酸铵混合来制造耐火和防水布疋。还用于金属钨、钨酸及钨酸盐的制造以及染料、颜料、油墨、电镀等方面。也用作催化剂等。钨酸在纺织工业中是媒染剂与染料和在化学工业中用作制取高辛烷汽油的催化剂。二硫化钨在有机合成中，如在合成汽油的制取中用作固体的润滑剂和催化剂。

      正是钨的这些性质使钨在核聚变反应装置里的材料研究领域成了重点的研究对象，尤其是氢及其同位素在钨里的滞留更是研究领域的前沿。