CN101660080B - 高孔率微孔网状多孔钨结构及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高孔率(指孔率在70％以上)微孔网状多孔钨结构，该结构中的孔隙主要由尺度在几个微米量级的微孔所组成。孔隙之间相互连通，孔率高于70％。这种多孔钨结构的制备方法是以通孔有机泡沫为载体，采用灌浆干燥的方式获取毛坯，然后进行高温真空烧结而成。其中料浆由钨粉和无毒性有机黏结剂组成，黏度用去离子水调节。

Description

高孔率微孔网状多孔钨结构及其制备方法

技术领域：

本发明涉及多孔钨结构，尤其涉及一种高孔率(指孔率在70％以上)微孔网状多孔钨结构，及其制备方法。

背景技术：

钨是元素周期表中熔点最高的一种金属，金属钨还不被液汞(铯)等所浸润，而且耐其腐蚀。因此，金属钨材料非常适合应用于具有传导要求的高温场合、陶瓷材料因脆性而不能胜任的高温场合以及其他一些特殊要求的场合，其多孔体或作为多孔基体制作的各种元器件在航空航天、电力电子及冶金工业等领域均有广泛的应用([1]廖际常.低温烧结孔隙度可控多孔钨.稀有金属快报，2006，25(9)：41-42；[2]滕修仁，张晗亮.影响多孔钨孔隙度的因素.稀有金属材料与工程，1998，27(6)：379-380；[3]Selcuk C，WoodJ V.Reactive sintering of porous tungsten：A cost effective sustainable technique for the manufacturing of highcurrent density cathodes to be used in flashlamps.Journal of Materials Processing Technology，2005，170：471-476.)，如用于高电流密度的多孔阴极，离子发动机中充入电子发射材料的发射体，汞离子火箭发动机中汞汽液分离的汽化器，火箭喷管的高温发汗体，射线束靶材，高温流体过滤器等。在上述用途中，多孔钨的孔率大小和孔隙尺寸对其本身的使用性能及其制作元器件的性能均具有重大的影响，甚至起到至关重要的作用。对于上述这些利用产品孔隙的用途，一般均希望拥有较高的孔率。然而，从所阅公开发表的文献来看，目前所得多孔钨产品的孔率一般在40％以下，制备方法一般为传统性粉末冶金烧结法和改进的反应烧结法。国内2009年的发明专利([5]刘培生，周茂奇.一种新型多孔泡沫钨及其制备方法.中国发明专利ZL2007101523942，授权公告日2009-06-24.)介绍了一种孔率高于50％的类网状多孔钨结构，其孔隙组成主要是构成类网状结构且孔径为0.2～1.0mm的主孔，在主孔孔壁和孔棱之上还有孔径在几个微米量级的微孔。本发明则为一种孔率高于70％的微孔网状多孔钨结构，其孔隙纤成主要是尺度在几个微米量级的微孔。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种孔率高、孔隙相互通性的微孔网状多孔钨结构及其制备方法。制备方法采用有机泡沫灌浆干燥成型烧结工艺，选用高纯度钨粉和无毒黏结剂配制料浆，选用的有机泡沫为聚氨酯泡沫体。

本发明的微孔网状多孔钨结构，其特征在于：通过有机泡沫灌浆干燥成型，在真空环境下热分解有机物并实现钨粉烧结，最后形成网状结构的多孔体，多孔体的孔隙主要由尺度在几个微米量级的微孔所组成，孔率为70％～80％，孔隙之间相互连通。

本发明使用的无毒黏结剂由甲基纤维素与去离子水配制，两者的质量配比为1∶5～1∶15；本发明提供的有机泡沫灌浆后的干燥成型工艺条件，为干燥箱中120℃烘干2h以上，以确保除去坯体中绝大多数水份并使坯体全部硬化。

考虑到金属钨的高温氧化，本工艺规定烧结炉应连续抽真空以使真空度保持在10^-2Pa的水平。

本发明制备的多孔钨结构具有下述特征和优点：

1)本发明的多孔钨结构为网状体，孔隙之间相互连通，孔率高(可高于70％)。

2)本发明的多孔钨结构，其孔隙主要由尺度在几个微米量级的微孔所组成，而且这种结构的孔隙尺寸及其孔率还可通过烧结温度和烧结时间进行调节。

3)本发明的制备方法操作方便，设备简单，实用性强。

附图说明：

图1本发明多孔钨结构的低倍光学照片，显示了肉眼可视的“致密”宏观形貌。

图2本发明多孔钨结构宏观形貌的低倍扫描电子显微照片，显示了该结构中的孔隙主要是由尺度在几个微米量级的微孔所组成，此外还存在少量尺度在几十个微米量级的较大孔隙。

图3本发明多孔钨结构中的微孔形态，显示了孔隙之间的相互连通和整体的网状构造。

图4本发明多孔钨结构中的晶粒结合态，显示了上述微孔是由结构中的晶粒桥架而成，同时也显示了多孔体中晶粒的烧结和结合状况。

图5真空烧结温度为1800℃而其他工艺条件全部与本发明相同的产品结构形态，显示了这种结构对于同放大倍数的图4具有更大的烧结程度，同时也显示了这种结构具有更少的孔隙数量，意味着其只有比图4产品更低的孔率。

具体实施方式：

实施例：称取一定量的甲基纤维素，按“甲基纤维素∶常温去离子水＝1g∶8ml”的比例加入常温去离子水，搅拌下配制成浆糊状的均匀乳状黏结剂待用。选用粒度为0～6μm的高纯度钨粉，将150g钨粉与75ml的上述黏结剂配制成料浆，搅拌均匀。然后用聚氨酯通孔泡沫块体进行灌浆处理，将处理过的毛坯体置于干燥箱中，于120℃烘干4h。烘干后的毛坯体变硬，再放到真空炉中，先在室温下抽真空至10^-2Pa的水平，再用30min的时间升温至120℃，保温3h，持续抽真空使压力为10^-2Pa的量级。然后以130min的时间将炉温由120℃升至1500℃，接着以30min的时间将炉温由1500℃提高到1550℃，在1550℃保温4h，完成后关闭加热开关使系统随炉冷却。整个过程保持真空状态，直至炉体冷却至100℃，才停真空泵并出炉取样。所得产品的宏观形貌呈肉眼可视的“致密”结构(参见图1)，经电镜分析实际为多孔的网状结构，其孔隙主要由尺度在几个微米量级的微孔所组成，孔隙之间相互连通(参见图2～4)。体积称重法测得其孔率为75％左右。

对比例：上述实施例中将本发明的烧结温度提高到1800℃，其他条件完全同上述实施例，最后得到孔隙数量较少的产品结构，其形态见图5。

Claims (2)

1.一种高孔率微孔网状结构的多孔钨，其特征在于：微孔结构中的主要孔隙尺度为几个微米，孔隙之间相互连通，所述多孔钨的孔率高于70％。

2.权利要求1所述的多孔钨的制备方法，采用有机泡沫灌浆干燥成型烧结法，其特征在于：所用有机泡沫为聚氨酯泡沫体，浆料由钨粉和黏结剂均匀混合而成，两者比例为钨粉∶黏结剂＝150g∶75ml，其中黏结剂由甲基纤维素溶解于去离子水制成，两者比例为甲基纤维素∶去离子水＝1g∶8ml；钨粉粒度在10μm以下分布，钨粉纯度高于99.9％，使用时无需预处理；有机泡沫灌浆后先经100～120℃烘干2h以上，获得具有良好自支持硬质结构的毛坯，然后置于真空炉中烧结，烧结前先在120℃保温3h；烧结炉的真空度保持在10^-2Pa的水平即可，升温速度为5～15℃/min，然后在1550～1850℃保温2～5h，随炉冷却。

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