Да, вольфрам и его сплавы применяются как нагревательные элементы, экранная теплоизоляция и элементы конструкции пода как в высокотемпературных вакуумных, так и в высокотемпературных водородных печах торговой марки «НИТТИН». Высокотемпературные вакуумные и водородные печи с номинальными температурами выше 1315 °С с вольфрамовыми элементами конструкции занимают небольшую рыночную нишу. Вольфрам и его сплавы, хотя распространены и не так, как молибден, однако применяются в случаях, когда требуемые характеристики должны достигаться при высоких температурах.
Использование вольфрама в нагревательных модулях вакуумных и водородных печей обусловлено широким набором присущих ему свойств:
- Высокой температурой плавления, 3422 °С
- Низкой упругостью паров
- Высокой жаропрочностью
- Малым тепловым расширением
- Высокой теплопроводностью
- Высоким модулем Юнга
- Высокой коррозионной стойкостью в отношении кислот и расплавленных металлов
- Высокой температурой рекристаллизации 1100-1400 °С
- Высокой электропроводностью
На механические свойства вольфрама влияет состав, тип и содержание легирующих элементов, условия отжига, а также микроструктура. Вольфрам характеризуется ОЦК кристаллической решеткой и чрезвычайно низкой пластичностью при низкой температуре. Наклеп и легирование могут понижать температуру пластично-хрупкого перехода. Повышение прочности вольфрама может быть достигнуто повышением степени деформации, кроме того, в отличие от других металлов, наклеп может и повышать пластичность. Механические свойства, особенно, прочность и ползучесть могут быть существенно улучшены добавками церия и лантана.
Для производства нагревательных модулей и элементов конструкции используется типичные марки вольфрама, производимые промышленностью:
— чистый вольфрам (содержание вольфрама более 99,97 %);
— вольфрам сверхвысокой чистоты (содержание вольфрама более 99,9999 %);
— сплав лантанированного вольфрама (WL) (вольфрам — основа, La2O3 — 1,0 %);
— сплав вольфрам-оксид лантана-оксид циркония (WLZ) (вольфрам — основа, La2O3 — 2,5 %, ZrO2 — 0,07 %);
— имеются другие сплавы вольфрама с рением,окисью тория, медью и другими элементами. Однако наиболее распространенными материалами для использования в вакуумных электропечах являются чистый вольфрам и лантанированный вольфрам WL.
В ряде применений, например, нагревательных модулях высокотемпературных вакуумных печей весьма немаловажно знание температур рекристаллизации и содержания различных газов. Ряд таких свойств, как пластичность и ударная вязкость, ухудшаются с увеличением степени рекристаллизации.
Степень деформации и химический состав – два фактора, определяющих температуру рекристаллизации. Эту температуру можно существенно повысить добавками сильно диспергированных окисных частиц или добавками (Al,K)-силикатов.
При температурах, выше рекристаллизационной, начинаются структурные превращения, ведущие к росту зерна. Это изменяет механические свойства, как правило, прочность и твердость. Рост зерна можно понизить повторной обработкой материала (например, прокаткой, ковкой или волочением). По этой причине всегда желательны высокие температуры рекристаллизации.
В зависимости от конструкции нагревательного модуля (цилиндрической или параллелепипед) нагревательные элементы можно располагать по окружности в 360о, или на двух боковых стенках, или на всех четырех стенках, своде и поде.
В качестве примера на рисунке приведен цилиндрический нагревательный элемент из чистого вольфрама оригинальной конструкции на номинальную температуру 2200 °С.