项目组通过深入的应用基础研究与产业化，打通了从回收废料，到电子级WF6气体、超高纯度钨零部件等产品的全链条产业化技术，突破了WF6高效氟化制取及纯化，高纯度钨靶材、钨加热体、异型钨坩埚的常压化学气相沉积制造，基于尾气利用的高纯度超细钨粉等离子化学法制备，副产物HF的F2/NF3和H2电解制取及其在WF6的制取和还原中的应用等关键技术。
历经约十年艰苦努力，项目组研发出高纯WF6、超高纯钨靶材、离子注入机用高纯钨部件、高性能钨加热体、高纯异型钨坩埚等系列高端产品。其中，高纯WF6，纯度99.999%，满足了半导体行业对于特种气体的高纯度要求，在英特尔、东芝、台积电、中芯国际等国内外知名半导体企业获得广泛应用，国内市场占有率80%，国际近25%，仅三年时间即实现单一产品年产值过亿元，利润率大于20%，并随着技术不断改进，产品在相关企业的用量大幅提高，打破了特气行业的国外垄断。超高纯钨靶材、离子注入机用高纯钨部件、钨加热体、异型钨坩埚纯度达99.999999%。
截至目前，离子注入机用高纯钨部件已在最终用户开始试用，较奥地利普兰西公司提供的同类产品使用寿命提高约1/3；高性能钨加热体在核工业某重大工程核心元件的考核中得到应用，保证了高温长时考核实验的可靠进行；高纯异型钨坩埚在晶体行业如中国科学院上海光机所等单位得以应用，将极大提高了晶体的生长质量并大幅度降低长晶成本；超高纯度钨靶材正由国际上最具代表性的半导体设备企业Applied Materials 进行考核实验；与中国科学院理化技术研究所联合研制的核聚变用新型结构钨偏滤器模块研制进展顺利，得到了科技部的连续资助。据了解，各类产品显示了极好的市场前景，将极大提升我国半导体等高技术领域的国际竞争力。相关技术，还在钨以外其他难熔金属上得以推广应用，如钽、铌和铼等。
据项目组负责人介绍，该项目利用WF6的合成与分解反应，通过完整的循环过程实现了钨等战略性难熔金属二次资源的充分、高端利用，形成了特种电子气体WF6、超高纯度钨部件以及高纯度钨粉等高技术产品，应用范围涉及半导体、原子能、航天以及医学诊疗等多个领域。并且，整个工艺过程无有害排放，环境友好，克服了以往二次资源利用过程中的环境问题。
打破垄断成为我国难熔金属研究的新生力量
钨、钽、铌、铼和钼等难熔金属在原子能、航空航天、电子信息和医学诊疗等涉及国家安全和国计民生的高科技领域具有极为重要的用途。以钨为代表，我国在此金属上具有突出的资源优势，约占世界钨矿总储量的60%以上，近十年来，钨相关产品的产量已占全球总产量的80%~90%，即世界钨工业所消耗大部分钨资源来自中国，造成我国这类优质战略资源的储藏量大幅下降。因此，我国已采取严格措施对钨矿资源限产以保证可持续发展。
但是，相关措施导致我国与美国、欧盟的经济摩擦不断。此类金属在国民经济和国家安全领域具有非同一般的战略意义。
项目组负责人介绍，基于此，难熔金属的应用及二次资源利用受到了高度重视，在科技部、军委装备发展部和国家国防科技工业局等重大、重点科技计划中均有所体现。
北京理工大学、中船重工718所、原子能院和昆明理工大学所组成的产学研合作团队长期致力于以钨为代表的高端难熔金属制品的研究开发，在此过程中二次资源得到了充分利用，突破了由废钨-WF6-钨制品-钨粉-F2/NF3全链条中一系列关键技术，并拓展到铼、钽、铌等其它难熔金属，为半导体产业提供了关键的电子气体（WF6）和难熔金属靶材（超高纯钨靶和钽靶），为磁控溅射、CT机、超高温电加热器等高端装备提供了核心部件（磁控溅射腔室和CT机球管钨转靶），研制了国家磁约束核聚变能发展研究专项项目“新型结构钨偏滤器模块的制备及耐高热负荷性能研究”中的新型结构钨偏滤器模块。
自2008年以来，面向国民经济建设和国家安全重大需求，几家单位发挥各自专业技术特长，长期不懈合作，承担了一系列不同层次科研项目，取得了大量实质性科研成果，并实现了产业化，相关产品打破了国外的长期垄断，提升了我国在相关领域的国际竞争力，正成为我国难熔金属研究的新生力量。
据项目组负责人介绍，该技术发明了闭路循环工艺制备钨制品的工艺技术，开创了以废钨为原料，包括钨的高效氟化、WF6的纯化、高纯钨制品的近终型制造、超细钨粉体的化学等离子体制备以及F2的HF电解制取整套循环工艺路线和相关装备，实现了废钨二次资源的高端利用，并实现了部分产品的产业化，属国内首创技术。
突破了钨的高效氟化技术，通过钨原料的表面积、氟化气体（F2/NF3）的流量、流速和氟化温度的组合优化，二次资源废钨向WF6的转化效率可达99%以上，实现了钨的高效利用。
发明了短流程精馏技术，实现了WF6的纯化，主要杂质含量低于10ppm，纯度达到99.999%以上，满足了进一步化学气相沉积制备高纯钨制品的需要。超高纯电子级 WF6制备及检测技术达到国际领先水平。
开创了等离子体技术制备超细钨粉体技术，采用等离子火焰，以未反应完全WF6+H2为原料，补充适量H2，实现WF6向钨的完全转化。
采用常压化学气相沉积技术制备了燃料元件考核用大尺寸异型钨坩埚、CT机钨铼靶、薄壁钨加热体、高纯钨偏滤器模块等多种高性能钨部件，满足了半导体、核工业、医学诊疗和晶体生长等领域的使用需求。
在钨的相关技术基础上，发明了制备满足高纯度钽靶材沉积的氟化钽的制备技术，氟化钽的产率达到99%以上。
研制装备实现难熔金属二次资源高端利用
该项目以回收废钨为原料，打通了钨的高效氟化、电子级WF6的纯化与分析、极高纯度钨制品的近终型制造、超细钨粉体的等离子体化学制备以及F2/NF3的HF电解制取整套循环工艺路线，并研制了相关装备，实现了钨二次资源的高端利用。此技术除了应用于钨，还可推广于钽、铌和铼等其他难熔金属。
据项目组负责人介绍，该技术具体工艺包括：
首先，以废钨为原料，突破了钨的高效氟化、WF6的纯化和电子级WF6的分析检测技术，制定了国家技术标准《电子工业用气体 六氟化钨》（GB/T 32386-2015）。
采用氟化气体（F2/NF3）与回收废钨进行化合制备WF6，主要化学反应如下：
W+F2/ NF3→ WF6
通过控制钨原料的表面积，增大与 F2/NF3的接触面积，提高了反应效率。同时，控制氟化气体的流量、流速，优化氟化温度，实现了钨的转化率达99%以上。
其次，采用短流程精馏技术，通过回流比优化、塔顶冷却量与塔底加热量的调节，实现了WF6的纯化，主要杂质含量低于10ppm，纯度达到99.999%以上。产品已应用于英特尔、东芝、台积电、中芯国际等国内外知名企业。国内市场占有率80%、国际市场占有率约25%。2017年创产值过亿元，利润率大于20%，实现了巨大的社会效益和经济效益，是我国为数不多具有自主知识产权和国际竞争力并成功应用于半导体行业中的高端原材料。
第三，以上述高纯度WF6为原料，采用常压化学气相沉积技术，通过温度场与流体场耦合控制，制备出了纯度达99.999999%、密度在99.20%以上的超高纯度钨制品，并近终成型制造了一系列供半导体行业和国防领域应用的高端产品。代表性产品如半导体行业芯片制造过程中所需的高纯度纯钨靶材、离子注入设备中离子腔中的高纯度钨部件、晶体生长所需的高纯度高致密度大尺寸薄壁异型钨坩埚、高功率微波源中的气体开关电极、用于热离子燃料元件考核（高温长时可靠工作）的薄壁电加热器等。
第四，采用等离子火焰作为热源，以未反应完全WF6+H2为原料，补充适量H2，高效率地实现了WF6向钨的完全转化，制备出了高纯度球形钨粉，并通过调整气体的比例和流速可实现球形钨粉粒度控制，满足粉末冶金、增材制造等不同应用的需求，目前正处于应用推广阶段。
通过以上工艺控制， WF6得以完全利用，更为重要的是反应副产物HF可通过简单纯化直接用于电解制备F2/NF3，从而实现了在闭路循环系统中从回收废钨到高端钨产品的转化，即将腐朽化为神奇，攻克了钨二次资源的再利用，既节约了资源又保护了环境。
据悉，以此为基础，项目组对相关技术进行了深度挖掘和扩展。以高纯度钨作为原料开发了高择优取向钨单晶涂层制备技术，通过了用户极端严酷应用环境的长时间考核，并开始实现小批量供货，支持了我国空间核电源的研制；相关技术扩展应用到其他难熔金属钽、铌和铼等，如开发了集成电路制造中应用的高纯度钽靶、医疗诊疗领域CT机球管高速旋转靶的钨铼涂层等。
来源：中国科技网
