عناصر را می‌توان به دو بخش فلز و نافلز تقسیم کرد. فلز و نافلز هرکدام خصوصیات خود را دارند و از طریق همین خصوصیات از همدیگر قابل‌تشخیص هستند. فلزات در دنیا از ابتدا موردتوجه انسان بوده‌اند و انسان‌ها از ابتدا توسط فلزات ابزارهای گوناگونی می‌ساختند و از آن‌ها استفاده می‌کردند. در این مقاله به بررسی و معرفی یکی از کمیاب‌ترین فلزات جهان (تنگستن)، انواع و کاربرد آن و بررسی بیشتر کاربید تنگستن می‌پردازیم.
تنگستن چیست ؟
یکی از فلزات گران‌بها و کمیابی که در طبیعت یافت می‌شود ولفرام یا تنگستن است. این فلز فقط ترکیب‌شده با عناصر دیگر در طبیعت وجود دارد و به‌صورت خالص نمی‌توان آن را در طبیعت دید. در طبیعت این ماده را در سنگ‌های شئلیت و ولفرامیت می‌توان یافت. سال 1781، سال شناسایی این فلز بوده و اولین باری که این فلز خالص‌سازی و استفاده شد، در سال 1783 بوده است.
دمای ذوب و دمای جوش این فلز بسیار بالاست و این فلز در بین تمام عناصر بالاترین نقطه ذوب (۳۴۲۲ درجه سانتی‌گراد) و بالاترین نقطه‌جوش (5555 درجه سانتی‌گراد) را دارد. چگالی این فلز نزدیک به چگالی طلا و اورانیوم است و مساوی چگالی آب یعنی 19.30 می‌باشد. این فلز در مقابل خوردگی بسیار مقاوم است. شاید جالب باشد بدانید که این عنصر را می‌توان در ساختار بعضی از باکتری‌ها یافت ولی برای گونه‌های متکامل‌تر این اتفاق نمی‌افتد. این فلز دچار فرآیند اکسیداسیون می‌شود و می‌توان آن را توسط کربن یا هیدروژن دچار کاهش اکسید تنگستن کرد و آن را به فرم تجاری آن تبدیل کرد.
رنگ این فلز در طبیعت به رنگ خاکستری روشن است و تنگستنی که در طبیعت یافت می‌شود بسیار سخت (با سختی چندین برابر سختی فولاد) و سنگین، اما ترد و شکننده بوده و قابلیت کار کردن با آن بسیار پایین است ولی وقتی این فلز را خالص‌سازی می‌کنند ضمن اینکه هنوز هم سختی خاص خود را داراست، اما خاصیت شکل‌پذیری به خود می‌گیرد و کار کردن بر روی آن آسان می‌شود. عملیاتی که می‌توان روی این عنصر انجام داد عبارت‌اند از: فرآیند تف جوشی، عملیات کشش، فورجینگ، اکسترود و غیره. وقتی این ماده را به پودر تبدیل کنند، این پودر قابل‌احتراق است.
انواع تنگستن
همان‌طور که در قسمت قبل گفته شد این فلز به دو صورت موجود است. این عنصر را می‌توان به دو نوع زیر طبقه‌بندی کرد:
ناخالص:
اسم دیگر این نوع، تنگستن پلی کریستالی است. که به‌صورت شکننده و ترد بوده و کار با آن سخت است، زیرا می‌شکند و استحکام موردنیاز را ندارد.
خالص
تنگستن خالص یا تک کریستالی، حاصل عملیات خالص‌سازی این عنصر است و قابلیت شکل‌پذیری خوبی دارد.
کاربرد تنگستن
ذکر این نکته حائز اهمیت است که حدود 50 درصد از تنگستنی که در دنیا استفاده می‌شود در ساخت کاربید تنگستن مصرف می‌شود، حدود 40 درصد از این فلز را می‌توان با عناصر مختلف دیگری ترکیب کرد و آلیاژهای گوناگون با خواص مختلف به دست آورد. این آلیاژها را می‌توان در زمینه‌های مختلفی استفاده کرد و چیزی کمتر از 10 درصد آن در ساخت ترکیبات شیمیایی به کار می‌رود.
این فلز مصارف گوناگونی دارد که از مهم‌ترین آن‌ها عبارت‌اند از:
استفاده در ساخت کاربید تنگستن
اولین کاربرد تنگستن، ساخت و تولید کاربید این ماده است. کاربید تنگستن نقطه ذوبی برابر 3770 درجه سانتی‌گراد دارد و جزء سخت‌ترین کاربیدهاست. در ادامه به‌صورت گسترده‌تر درباره آن پرداخته می‌شود.
استفاده به‌عنوان آلیاژ
از این ماده در تولید و ساخت زیردریایی با موشک بالستیک، نازل موشک و دیگر تجهیزات نظامی استفاده می‌شود. این امر به این خاطر است که چگالی این ماده و استحکام آن بالاست. برای این منظور این ماده را به‌صورت آلیاژ درمی‌آورند و فولادهایی را می‌سازند که 18 درصد آن از این ماده تشکیل‌شده است. آلیاژهای دیگری از این عنصر ساخته می‌شود که در برابر سایش مقاوم است و در ساخت تیغه و پره‌های توربین استفاده می‌شود.
استفاده در تجهیزات نظامی
گاهی از آلیاژهای این فلز که با کبالت، نیکل و آهن ساخته می‌شود، می‌توان به‌جای اورانیوم ضعیف شده در ساخت گلوله‌های انرژی جنبشی استفاده کرد. از این آلیاژها همچنین می‌توان در ساخت گلوله‌های سلاح‌های معمولی کوچک که در زره‌ها نفوذ می‌کنند، گلوله‌های توپ، گلوله‌های فراصوت، ساخت موشک، ساخت نارنجک و غیره استفاده کرد.
استفاده در تجهیزات الکترونیک
کاربرد تنگستن در تجهیزات الکترونیکی به این دلیل است که نقطه ذوب بالایی دارد و می‌توان از آن به‌راحتی در مصارفی که دمای بالایی دارند استفاده کرد؛ چون به‌راحتی ذوب نمی‌شود. موارد مصرف این ماده در رشته‌های درون لوله خلأ، رشته‌های درون لامپ، المنت حرارتی، لامپ اشعه کاتدی، موارد جوشکاری مخصوصاً جوشکاری آرگون، نازل موتور موشک‌ها و غیره است.
همچنین از این عنصر می‌توان در ساخت الکترودها، نوک امیترها در ابزار پرتو الکترونی، میکروسکوپ‌های الکترونی، همچنین ساخت و تولید ترانزیستورها، عنوان ماده اتصال در تراشه‌ها (IC) و غیره استفاده کرد. دیگر کاربرد تنگستن در تولید ابزارهایی است که در صنعت پرتودرمانی استفاده می‌شوند؛ چون به‌خوبی می‌تواند در برابر پرتوهای بالا محافظت کند. همچنین می‌توان از آن در ساخت عایق‌ها و مهروموم شیشه به فلز هم استفاده کرد.
کاربید تنگستن
درواقع اگر عنصر کربن را با مقدار مساوی از عنصر تنگستن تحت دمایی بین 1400 تا 2000 درجه سانتی‌گراد ترکیب کنند آلیاژی به دست می‌آید که به آن کاربید تنگستن گفته می‌شود. درواقع این کاربید یک نوع سرامیک محسوب می‌شود ولی گاهی دیده‌شده است که به‌اشتباه آن را به‌عنوان یک فلز می‌شناسند. این کاربید دارای دو نوع ساختار است: ساختار مکعبی و ساختار شش‌وجهی.
کاربید تنگستن دارای کاربردهای خاص خود است:
استفاده در ابزارهای فولاد تند بر (فولاد HSS)
از این ماده به علت خصوصیاتی که دارد و در برابر سایش مقاومت خوبی از خود نشان می‌دهد، در ساخت ابزارهایی مانند مته، چاقو، ابزار فرزکاری، ابزار تراش‌کاری، اره‌های گرد بر و غیره استفاده می‌کنند.
استفاده در صنعت طلا و جواهر
در صنعت طلا و جواهر می‌توان از تنگستن استفاده نمود و از آن برای ساخت حلقه استفاده کرد. جلای حلقه‌های تنگستنی از جلای حلقه‌های ساخته‌شده با سایر فلزات بیشتر است. این حلقه‌ها در برابر سایش به‌شدت مقاوم هستند ولی متأسفانه اگر متحمل ضربه‌ای متمرکز شوند چون شکننده هستند ممکن است ترک بخورند.
استفاده در فرآیندهای ماشین‌کاری
لبه برشی ابزارهای ساخته‌شده توسط کاربید تنگستن تیزتر از ابزارهای ساخته‌شده توسط فولاد هستند. بنابراین آن را می‌توان در ابزارهای ماشین‌کاری فولاد و غیره استفاده کرد. همچنین تحمل گرمایی و نقطه ذوب بسیار بالایی دارد و در مواقعی که ابزارها تحت سرعت‌بالا کار می‌کنند و ناخودآگاه تولید گرما می‌شود، استفاده از این ماده بسیار مناسب است.
استفاده در پزشکی
لوازم جراحی هم می‌توانند از فولاد ضدزنگ تولید و ساخته شده و هم می‌توانند توسط این ماده ساخته شوند. ولی طبق آنچه گفته شد چون ابزارهای برشی تولیدشده توسط این ماده برندگی بالایی دارند، لوازم جراحی ساخته‌شده از آن به‌مراتب کیفیت بالاتر و به‌تبع قیمت بالاتری دارند.
استفاده در معادن
مقاومت سایشی فوق‌العاده این کاربید باعث شده است که از آن در ساخت قطعه نوک دریل‌های استخراج‌کننده سنگ در معادن استفاده شود.
استفاده در تولید مهمات جنگی
از این کاربید در ساخت قالب‌های مسلح کننده تفنگ و بمب‌ها استفاده می‌شود. بمب‌هایی که از این ماده تولیدشده‌اند بسیار نفوذکننده هستند چون چگالی و سختی بسیار بالایی دارند.
اگر بخواهیم به‌طورکلی کاربرد تنگستن را در چند مورد خلاصه کنیم لیست زیر پدید می‌آید:
- استفاده در ساخت لامپ‌های اشعه ایکس که هم در ساخت رشته لامپ استفاده می‌شود و هم در ساخت هدف
- استفاده در صنعت روشنایی در ساخت لامپ رشته‌ای برای قسمت رشته لامپ
- استفاده در ساخت الکترودهایی که در جوشکاری تیگ استفاده می‌شوند.
- استفاده در ساخت حفاظ‌های تشعشع
- استفاده به‌صورت کاتالیزور صنعتی
- استفاده در ساخت خمپاره‌های نفوذکننده و دیگر مصارف نظامی
- استفاده در ساخت کاربید تنگستن
- استفاده در مصارف صنعتی و تکنولوژی‌هایی که تحت دمای بالا کار می‌کنند.
- استفاده در زمینه‌های پزشکی مانند لوازم جراحی، دستگاه‌هایی که با پرتوایکس کار می‌کنند و غیره
- استفاده در ساخت آلیاژها، فولادهای آلیاژی و سوپر آلیاژها
جمع‌بندی
تنگستن یکی از کمیاب‌ترین و درعین‌حال باارزش‌ترین فلزات کره زمین است که معمولاً به‌صورت ترکیب با سایر عناصر استخراج می‌شود و پس از خالص‌سازی خاصیت شکنندگی آن کم می‌شود و می‌توان آن را در مصارف گوناگون از مصارف پزشکی گرفته تا صنعتی و حتی نظامی مورداستفاده قرار داد.