CN103695691B - 一种制备难熔泡沫金属钨的方法 - Google Patents

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Abstract

一种制备难熔泡沫金属钨的方法，属于多孔高温合金制备技术领域。首先采用溶液法合成制备氧化物前驱体，接着将氧化钨前驱物在氢气中进行选择还原得到晶粒为纳米级的泡沫金属钨，然后将得到的泡沫金属钨在氢气中不同温度下进行烧结，最终得到孔隙率、孔径、粒度大小以及强度不一的泡沫金属钨。该发明解决了难熔金属获得超高孔隙率的问题，具有孔隙率和孔径的可设计性强、低成本、原料粉末利用率高、高温强度高，适合在耐高温、耐腐蚀和抗氧化的条件下使用等优点。

Description

一种制备难熔泡沫金属钨的方法
技术领域
本发明属于多孔难熔金属制备技术领域，特别提供了一种泡沫金属钨的制备方法。
背景技术
金属钨的熔点(3390～3423℃)和沸点(5700±200℃)在各种金属中是最高的，其蒸汽压是所有金属中最低的，此外，金属钨还具有高的密度（19.3g/m3）、高的弹性模量和强度以及低的热膨胀系数等一系列优异特性，泡沫金属钨是一种兼具功能和结构双重属性的材料，它具有一定的强度、耐高温性能和耐腐蚀性能，且密度小、孔隙率高、比表面积大，在现代国防和军事、原子能、航空航天、电子信息等领域得到广泛的应用。
目前，多孔金属材料的制备方法主要有熔融金属发泡法、粉体发泡法、喷雾发泡法、机基体浸浆干燥烧结法、松散粉末烧结法等，这些方法有些不适合高熔点泡沫钨的制备，有些方法存在孔径大小和分布、孔隙结构不均匀且不易控制等问题。因此，需要开发新的泡沫钨制备方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制备泡沫金属钨的新方法。
本发明直接采用钨酸盐偏钨酸铵为原料，具有短流程、低成本的特点，并且制备出的泡沫金属钨的孔隙率和孔径可设计性强、强度高。
本发明的工艺步骤如下：
1、原料：所采用的原料有偏钨酸铵、硝酸铵、尿素（或甘氨酸）、柠檬酸和乙二胺四乙酸。
2、溶液配制：将所选择原料按照一定的配比溶于水，配制成水溶液。
3、前驱体制备：将步骤2得到水溶液加热并搅拌，随着水溶液的挥发，溶液在发生浓缩后鼓泡，放出大量的气体，形成一种泡沫状的前驱体。
4、泡沫金属钨的制备：将步骤3得到的前驱物在不同温度下的还原气氛下煅烧，时间为1~2小时，得到纯净、孔隙率和孔径可控的泡沫金属钨。
其中步骤二中使用的偏钨酸铵与硝酸盐的摩尔比是1:24，尿素（或者甘氨酸）与硝酸盐中硝酸根的摩尔比（F/NO3 -）为0.04~0.8，，柠檬酸与硝酸铵中硝酸根的摩尔比为0.01，EDTA的作用是起络合作用，有助于反应物形成网络状结构，得到更加蓬松多孔的前驱物，所以加入量与柠檬酸的摩尔比是0.5。
本发明的优点是：
1、  直接采用钨酸盐偏钨酸铵为原料，短流程、低成本，工艺简便、快捷，适合规模化生产。
2、 可以通过控制原料的种类及配比，控制前驱体制备的反应过程，控制前驱体的粒径、孔径和孔隙结构。
3、  可以通过还原和煅烧温度，控制所得到泡沫金属钨的强度、孔径和孔隙结构。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图；
图2为泡沫金属钨的扫描电镜观察照片；
图3是泡沫金属钨的XRD图谱。
具体实施方式
实施例1
按照反应计量比称取(NH4)W7O240.01mol，NH4NO30.24mol，尿素0.024mol，柠檬酸0.024mol，EDTA0.005mol。将原料粉末溶于适量的去离子水中搅拌至完全溶解后放在马弗炉中加热，恒温200℃加热，溶液蒸干后发生反应得到前驱物氧化钨泡沫。将前驱物在氢气中1200℃还原烧结，保温2小时得到具有一定强度的泡沫金属钨。所得泡沫金属钨的孔隙率有70.45%。
实施例2
按照反应计量比称取(NH4)W7O240.01mol，NH4NO30.24mol，尿素0.072mol，柠檬酸0.024mol，EDTA0.005mol。将原料粉末溶于适量的去离子水中搅拌至完全溶解后放在马弗炉中加热，恒温200℃加热，随着水溶液的挥发，溶液在发生浓缩后鼓泡，放出大量的气体，形成一种泡沫状的前驱体，反应后得到前驱物氧化钨泡沫。将前驱物在在氢气中1400℃还原烧结，保温2小时得到具有一定强度的泡沫金属钨。所得泡沫金属钨的孔隙率有64.41%。
实施例3
按照反应计量比称取(NH4)W7O240.01mol，NH4NO30.24mol，尿素0.12mol，柠檬酸0.024mol，EDTA0.005mol。将原料粉末溶于适量的去离子水中搅拌至完全溶解后放在马弗炉中加热，恒温200℃加热，溶液蒸干后发生反应得到前驱物氧化钨泡沫。将前驱物在氢气中1800℃还原烧结，保温2小时得到具有一定强度的泡沫金属钨。所得泡沫金属钨的孔隙率有41.37%。
实施例4
按照反应计量比称取(NH4)W7O240.01mol，NH4NO30.24mol，甘氨酸0.048mol，柠檬酸0.024mol，EDTA0.005mol。将原料粉末溶于适量的去离子水中搅拌至完全溶解后放在马弗炉中加热，恒温200℃加热，溶液蒸干后发生反应得到前驱物氧化钨泡沫。将前驱物在氢气中1600℃烧结，保温2小时得到具有一定强度的泡沫金属钨。所得泡沫金属钨的孔隙率有50.08%。
实施例5
按照反应计量比称取(NH4)W7O240.01mol，NH4NO30.24mol，甘氨酸0.12mol，柠檬酸0.024mol，EDTA0.005mol。将原料粉末溶于适量的去离子水中搅拌至完全溶解后放在马弗炉中加热，恒温200℃加热，溶液蒸干后发生反应得到前驱物氧化钨泡沫。将前驱物在氢气中1700℃还原烧结，保温2小时得到具有一定强度的泡沫金属钨。所得泡沫金属钨的孔隙率有44.25%。

Claims (1)

1.一种制备难熔泡沫金属钨的方法，其特征在于：
(1)原料：所采用的原料有偏钨酸铵、硝酸铵、尿素或甘氨酸、柠檬酸和乙二胺四乙酸；
(2)溶液配制：将所选择原料按照一定的配比溶于水，配制成水溶液；偏钨酸铵与硝酸铵的摩尔比例是1:24，尿素或者甘氨酸与硝酸铵中硝酸根的摩尔比为0.04～0.8，柠檬酸与硝酸铵中硝酸根的摩尔比为0.01，乙二胺四乙酸的加入量与柠檬酸的摩尔比是0.5；
(3)前驱体制备：将步骤(2)得到水溶液加热并搅拌，随着水溶液的挥发，溶液在发生浓缩后鼓泡，放出大量的气体，形成一种泡沫状的前驱体；
(4)泡沫金属钨的制备：将步骤(3)得到的前驱体分别在1200℃或1400℃或1800℃或1600℃或1700℃下的还原气氛中煅烧，时间为1～2小时，得到纯净、孔隙率和孔径可控的泡沫金属钨。
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