CN101660066A - 一种含镧的钨或钼复合材料的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种含镧的钨或钼复合材料的制造方法。具体的，本发明涉及含有镧的复合材料的制造方法，其中所述复合材料为含有钨或钼的复合材料，该方法包括如下步骤：(1)混合原料粉末，其中，所述原料粉末包含氢氧化镧粉末、以及含钨或钼的粉末；(2)将所述原料粉末成型为坯体；(3)将所述坯体烧结，得到所述复合材料。

Description

一种含镧的钨或钼复合材料的制造方法

技术领域

本发明涉及一种复合材料的制造方法。具体的，本发明涉及一种含镧的钨或钼复合材料的制造方法。

背景技术

含镧的钨合金复合材料主要多为镧钨阴极复合材料，它是钨极惰性气体保护焊和等离子技术中的关键材料之一。工业上广泛使用的钨电极种类很多，包括钍钨电极和铈钨还有其他多元掺杂稀土钨电极材料。其中钍钨电极材料被认为是目前在电弧等离子发生器中应用最广泛、最好的等离子用阴极材料，但由于钍的放射性污染，抗烧损性和稳定性较差，使其生产和应用受到一定程度的限制；铈钨电极在小电流氩弧焊等方面成功地取代了钍钨电极，但在交流极性、气体放电光源、阴极发射材料方面，存在着反复起弧、可靠性差、烧损率大、寿命低等缺点。因此进一步的研究结果表明，镧钨电极材料由于具有发射电流大、抗烧蚀性能好，又无污染，除成为替代钍钨的首选阴极材料外，还可用于高能热原子核反应发生器和氢能汽轮机系统，而受到学术界和工业界的普遍关注。

含镧的钼合金复合材料特别适宜制做发热体和隔热屏以及其它耐高温部件(如电光源中支撑材料)。一般添加了镧或者其它稀土元素掺杂剂的钼要比纯钼的再结晶温度高400～500℃以上，因为可保持高温时的强度和塑性。在1650℃时，其高温强度可保持210MPa，而纯钼此时强度约为40MPa，由于稀土元素高温钼合金高的再结晶温度，因而可保持加工硬化的能力增大也不会因过早出现再结晶而使塑性变差，所以正是由于这些优良的性能，掺杂稀土元素的钼材颇引人注目，为此，目前国内外的许多研究者都在利用难熔金属掺杂钼的这种方法来继续提高钼材的再结晶温度、高温强度、抗氧化性能和耐磨耐蚀性能。

目前制造含镧的钨或者钼复合材料的方法，主要是通过粉末冶金法制取金属坯体。传统混料工艺有两种，一是把氧化物以稀土盐如La(NO₃)₃的形式以湿法加入氧化钨粉或氧化钼粉中，然后在氢气炉中热分解、还原，再过筛形成含镧的钨或者钼的均匀混合粉末；二是在氧化物粉中以固-固添加适量粒度适宜的La₂O₃粉，经两次还原后，可得到粒度适宜的含镧的钨或者钼的混合粉；三是直接向钨粉中添加La₂O₃粉，直接机械混合后获得含镧的钨或者钼的混合粉。最后经压制、预烧、烧结、旋锻(轧制、拉拔)、矫直、磨光等手段制得各种规格的复合材料成品。对于第一种制粉工艺，虽然湿法较干法混合的均匀度有所提高，但硝酸盐的热解和还原使颗粒尺寸快速长大，同时产生大量的一氧化氮气体污染，而且还需要蒸汽加热浓缩、干燥等工序，较浪费能源，生产效率较低。第二种制粉工艺虽可通过延长混粉时间等来增加混合均匀度，但两种制粉工艺都需要氢气炉的两次还原操作，从而增加了制备工艺的复杂性，使材料的生产成本增加。第三种制粉工艺中La₂O₃颗粒容易与空气中水分结合生成体积更大的氢氧化镧颗粒，致使经过压制成型的坯体会由于内部颗粒体积膨胀而开裂。

发明内容

为了克服现有技术存在问题，本发明提出了一种含镧的钨或钼复合材料的制造方法。本发明克服了现有技术制备含镧的钨或钼复合材料工艺中存在的缺陷和不足，提供一种新的制备含镧的钨或钼复合材料的工艺。

具体的，本发明涉及一种含有镧的复合材料的制造方法，其中所述复合材料为含有钨或钼的复合材料，该方法包括如下步骤：

(1)混合原料粉末，其中，所述原料粉末包括氢氧化镧粉末、以及含钨或钼的粉末；

(2)所述原料粉末成型为坯体；

(3)将所述坯体烧结，得到所述复合材料。

本发明的工艺更为简便、快捷。采用本发明工艺制备含镧的钨或钼一元或多元掺杂稀土元素的复合材料成品率高，使用寿命长，节约成本，且无污染，有广阔的应用前景。

采用这种工艺制备含镧的钨或钼的复合材料，取代了传统技术中采用硝酸镧制备含镧混合粉末的方法，消除了因硝酸盐分解产生NO_x气体的污染；在氧化物粉中以固-固添加适量粒度适宜的La₂O₃粉，其制粉工艺都需要氢气炉的两次还原操作，从而增加了制备工艺的复杂性，使材料的生产成本增加；直接向钨粉中添加La₂O₃粉，La₂O₃颗粒易吸潮使体积增大，致使压制成型的坯体变形、开裂。而采用此种工艺制备含镧的钨或钼的复合材料工艺，简化了生产工艺，降低了成本，且无污染，有广阔的应用前景。

具体实施方式

在本发明中，作为原料粉末的氢氧化镧粉末可以是市售的氢氧化镧粉末，也可以是通过常规的工艺制备得到的氢氧化镧粉末。在本发明的一个实施方案中，氢氧化镧的纯度为99质量％以上，优选在99.5质量％以上，更优选在99.9质量％以上。

在本发明中，对于含有钨或钼的原料粉末没有限制，只要其能够提供钨或钼元素并且不引入显著量的其它不需要的元素即可。在本发明的一个具体实施方案中，采用钨或钼的单质粉末作为原料粉末。在本发明的另一个具体实施方案中，钨或钼原料粉末纯度为99.0％-99.9％，例如可以为99.5％.

在本发明的一个具体实施方案中，所述复合材料还可以包括一种或多种镧以外的稀土元素。例如，所述复合材料还可以包括选自钇(Y)和铈(Ce)稀土元素中的一种或多种。在本发明的一个具体实施方案中，所述复合材料还可以包括锆(Zr)元素。

在本发明中，对于混合步骤没有具体的限制，只要其能够是原料粉末均匀混合即可。在本发明的一个具体实施方案中，以固-固的方式采用v型混料机机械混合。

在本发明中，对于将所述原料粉末成型为坯体的成型工艺没有特别的限定。在本发明的一个具体实施方案中，采用压制成型。优选的，压制成型的成型压力为120-300MPa、优选140-220MPa，更优选为160-200MPa。

在本发明中，对于坯体的烧结工艺也没有具体的限定，只要通过烧结能够使压制得到的坯体成为烧结体。而且，根据本领域技术人员所熟知的，烧结的具体工艺参数，例如烧结温度和保温时间，将会依坯料的成分和尺寸而变化。而且，本领域即技术人员将能够根据具体的情况选择合适的烧结条件。例如，在本发明的另一个实施方案中，可以采用中频炉烧结。具体来讲，上述中频炉烧结方式特别适合用于得到钨或钼的板坯或者棒坯。

在本发明的一个具体实施方案中，如果采用中频炉烧结含有钨的复合材料，烧结温度可以为2200-2500℃，优选为2300-2400℃；烧结的保温时间可以为4-8小时，优选5-7小时。

在本发明的另一个具体实施方案中，如果采用中频炉烧结含有钼的复合材料，烧结温度可以为1700-2200℃，优选为1800-2100℃；烧结的保温时间可以为3-6小时，优选4-5小时。

另外，在本发明的一个实施方案中，如果希望得到用来制作电极钨或钼的方条，则还可以采用垂熔烧结。

上述烧结步骤优选在还原性保护气氛中进行。在本发明的一个实施方案中，采用氢气气氛作为用于烧结的还原性保护气氛。

在本发明的一个优选实施方案中，在成型之后和烧结之前进行预烧结步骤。如本领域技术人员所已知的，采用预烧结步骤对于尺寸较大的坯体将是尤其有利的。在本发明的一个具体实施方案中，所述预烧结步骤在1000-1300℃下进行。在本发明的一个具体实施方案中，预烧结步骤的保温时间为1-2小时。

在本发明的一个实施方案中，对于镧钨复合材料而言，相对于复合材料总重量，其镧含量可以为0.5-2.5重量％，余量为钨。如本领域技术人员所了解的，常见的镧钨复合材料一般有以下几个规格：WLa10(含镧1.0重量％)、WLa15(含镧1.5重量％)和WLa20(含镧2.0重量％)。

在本发明的一个实施方案中，对于镧钼复合材料而言，相对于复合材料总重量，其镧含量可以为0.2-2.5重量％，此外还可以包括钇，例如0.2-0.8重量％的钇，余量为钼。如本领域技术人员所了解的，常见的镧钼复合材料一般有以下几个规格：MoLa0.3(含镧0.3重量％)、MoLa0.6(含镧0.6重量％)，镧钇钼MoLa2.0Y0.5(含镧2.0重量％且含钇0.5重量％)。

另外，本发明所涉及的技术方案不仅包括上述所有具体的实施方案，还包括上述所有具体实施方案的任意组合。出于简明扼要的目的，虽然在本申请文件中对于这些组合没有具体记载，但是应该认为本申请文件具体记载并公开了上述所有具体实施方案的所有可能的组合，即，上述所有具体实施方案的所有组合构成本申请的原始公开。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

一种含镧的钨复合材料的制造工艺，在本实施例中，所制备的该镧钨复合材料的含镧量为1.5重量％，余量为钨。其制备工艺包括以下步骤：

(1)粉末准备

按能够得到上述复合材料组成的原料配比取钨粉和氢氧化镧粉，并用v型混料机直接机械混合，混合12小时，制成镧钨复合粉。

(2)成型

将上述复合粉进行等静压压制成型，尺寸为φ70*271mm，压制压力为200MPa。

(3)烧结

采用中频炉烧结工艺，工艺条件如下：

在氢气保护下，在2300℃的烧结温度烧结7h。之后，随炉冷却。

实施例2

一种含镧的钼复合材料的制造工艺，在本实施例中，所制备的该镧钼材料的含镧量为0.6重量％，余量为钼。其制备工艺包括以下步骤：

(1)粉末准备

按能够得到上述复合材料组成的原料配比取钼粉和氢氧化镧粉，并用v型混料机直接机械混合，混合12小时，制成镧钼复合粉。

(2)成型

将上述复合粉进行压制成型为坯体，坯体尺寸为φ30*200mm，压制压力160MPa。

(3)烧结

采用中频炉烧结工艺，工艺条件如下：

在氢气保护下，在1950℃的烧结温度下烧结5小时。之后，随炉冷却。

实施例3

一种含镧的钼复合材料的制造工艺，在本实施例中，所制备的该镧钼材料的镧含量为2.0重量％，钇含量为0.5重量％，余量为钼。其制备工艺包括以下步骤：

(1)粉末准备

按能够得到上述复合材料组成的原料配比取钇、钨原料粉末以及氢氧化镧粉，用v型混料机直接机械混合，混合12小时，制成复合粉。

(2)压型

将上述复合粉进行压制成型，压制后尺寸为55*220*235mm，压制压力：175MPa。

(3)烧结

采用中频炉烧结工艺，工艺条件如下：

在氢气保护下，在1900℃的烧结温度下烧结4.5小时，随炉冷却。

Claims (10)

1.含有镧的复合材料的制造方法，其中所述复合材料为含有钨或钼的复合材料，该方法包括如下步骤：

(1)混合原料粉末，其中，所述原料粉末包括氢氧化镧粉末、以及含钨或钼的粉末；

(2)将所述原料粉末成型为坯体；

(3)将所述坯体烧结，得到所述复合材料。

2.根据权利要求1的制造方法，其中所述含有钨的粉末是钨粉，所述含有钼的粉末是钼粉。

3.权利要求2的制造方法，其中所述原料粉末还包含一种或多种镧以外的稀土元素粉末。

4.权利要求3的制造方法，其中，所述镧以外的稀土元素为选自钇和铈中的一种或多种。

5.权利要求2的制造方法，其中，所述原料粉末还包含锆元素粉末。

6.权利要求1-5中任意一项的制造方法，其中，所述原料粉末包括氢氧化镧粉末、以及含钨的粉末，且所述复合材料为含钨的复合材料。

7.权利要求1-5中任意一项的制造方法，其中，所述原料粉末包括氢氧化镧粉末、以及含钼的粉末，且所述复合材料为含钼的复合材料。

8.权利要求1-5中任意一项的制造方法，其中所述成型步骤为在120-300MPa，优选为140-220MPa，更优选为160-200MPa的压力下的压制成型。

9.权利要求6的制造方法，其中所述烧结步骤在2200-2500℃，优选为2300-2400℃的烧结温度下进行4-8小时。

10.权利要求7的制造方法，其中所述烧结步骤在1700-2200℃，优选为1800-2100℃的烧结温度下进行3-6小时。