CN111593305A - 一种氢氧化钠掺杂制备钼钠靶材的方法 - Google Patents

Abstract

本发明从选材入手，选用氢氧化钠作为载体，选材便捷经济，将氢氧化钠作为Na载体的中间化合物替代钼酸钠掺杂进行钼钠合金制备，经充分潮解，素坯不会在烧结时因水蒸汽的排出而破坏坯体甚至发生爆裂，随温度升高从而加快原子扩散，钼钠合金粉末在烧结过程中产生烧结颈的形成与长大，气孔的闭合、球化及消失，晶粒的吞并与长大，进而加快钼钠合金的形成，同时氢氧化钠作为载体有效的避免了其他杂质的引入，C、H及O元素的含量也相对较低。采用压型后真空烧结技术。本发明具有易选材、工艺简便、能够实现低成本批量化生产、产品品质高的优点。

Description

一种氢氧化钠掺杂制备钼钠靶材的方法

技术领域

本发明涉及化学技术领域，具体为一种氢氧化钠掺杂制备钼钠靶材的方法。

背景技术

钼钠合金材料具有优良的导电性、耐高温、耐腐蚀以及良好的镀膜能力。目前，一般都选用Na₂MoO₄·2H₂O作为Na源进行掺杂，然后制备钼钠合金，在经过机械加工的方式制备出符合性能要求的钼钠合金靶材。其应用于玻璃、半导体、太阳能电池等行业，主要应用于CIGS柔性太阳能电池的吸收层，现已有研究表明Mo-Na层能有效提高柔性薄膜太阳能电池的光电转化效率。薄膜太阳能电池因运输成本低、材料利用率高等优点，近年来成为光伏行业的一种发展趋势，具有广泛的应用前景。

就目前来看，制备钼钠合金的主要方法有：熔渗法、真空热压法、冷等静压法。朱琦等人以化合物载体钼酸钠铺设于钼粉压制的钼骨架顶部通过熔渗处理获得钼钠合金块体材料；陈贵锋等人以高纯钼粉、钼酸钠粉末、PVA为原料利用冷等静压法经过研磨混料、压制、真空烧结获得钼钠合金；赵文普等人以钼粉、钼酸钠粉末为原料通过冷等静压法经机械合金化、压制、烧结、锻造得到钼钠合金。

现有技术的的客观缺点：上述方法中均存在着不足，比如熔渗法在熔渗处理过程中容易形成偏析且Na含量不易控制，很难生产一定含量的钼钠合金材料；真空热压法制备钼钠合金其设备成本较高、能耗大且生产效率低，难以实现批量生产；冷等静压法制备的管形钼钠合金材料其对设备要求较高，工艺复杂，能耗及生产成本较高。同时在选材方面，所选用的中间化合物载体不常见且不易获取。

针对上述问题，特提出一种氢氧化钠掺杂制备钼钠靶材的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种氢氧化钠掺杂制备钼钠靶材的方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种氢氧化钠掺杂制备钼钠靶材的方法，包括以下步骤；

第一步，备料：所用原料为高纯钼粉、氢氧化钠试剂；

所述的钼粉，粒度为5um-15um，其中Mo≥99.99％；

所述的氢氧化钠粉末，化学试剂，其中NaOH≥99.99％；

第二步，混料：将所述原料按预先配比用天平准确称量各粉体，将称好的钼粉导入球磨罐体内，再将中间化合物载体氢氧化钠试剂分别分2-3次倒入球磨罐体中，每次添加球磨时间大于20min进行预混；最后将预混后的粉体进行搅拌混合；

第三步，潮解：将搅拌混合均匀的钼钠合金粉体置于潮解箱中充分潮解后3-5天，对充分潮解后的混合粉体进行进一步球磨混合，球磨时间0.5-1h；

第四步，压型：将充分潮解后且磨好后的钼钠合金粉体放入到一定形状的模具中，装入混合粉末要适量，再将装满粉末的模具放入压力机中，调整压力机的压头，使其对准模具，在800-1200Mpa压力下压制成型，然后进行脱模取件获得素坯；

第五步，烧结：将所需烧结的素坯再次装入相应表面涂有氮化硼的石墨模具内，然后将装有素坯的石墨模具装入炉内，盖好保温层，最后将炉盖盖上，旋紧螺丝扣，将传感器压头放下并与炉盖的压头相接触，并将传感器丫头位置锁定，检查水箱中循环水高度及各个装置，启动电源，入水口水压表为0.2Mpa，出水口处水流正常时，开始升温阶段，机械泵抽真空至30MPa以下，打开扩散泵抽空至0.1MPa，升温速率小于20℃/min，将油泵电机开关打开，将油缸升降开关打到升，确定电流旋钮在最小位置后，再打开电液电源，缓慢调节电流加压，旋转电流旋转时应以极其缓慢旋动，并时刻注意看压力表读数，多次加压，升温到800℃将压力升至20Mpa保温时间20min，之后装置继续加热升温至1500℃压力升至30Mpa保温60min，随后随炉冷却至室温；

第六步，机械加工获得钼钠单体靶材：将烧结获得靶坯进行机械加工，包括车外圆、车平面、抛磨平面；

第七步，包装：采用蘸有酒精的脱脂棉对单体靶材表面仔细擦洗，再置于流动的清水下进行冲洗，并采用风筒用冷风吹干，最后将表面呈光亮银白色的钼钠合金单体靶材进行真空包装包装。

优选的，所述第二步中混合时间不得少于30min，采用球料比为5:2，球磨转速为100-120rpm。

优选的，所述第三步中所述的潮解箱环境通风、干燥、避光、阴凉，湿度40％-65％RH，温度18-22℃。

与现有技术相比，本发明的目的是克服现有技术的不足并从选材角度出发，采用压型后真空烧结技术，以钼粉、氢氧化钠粉末为原料，通过混合潮解，经压型后放入真空烧结内进行烧结，通过多次试验得到制备钼钠合金材料工艺参数。本发明具有易选材、工艺简便、能够实现低成本批量化生产、产品品质高的优点。

1、本发明从选材入手，选用氢氧化钠作为载体，选材便捷经济，将氢氧化钠作为Na载体的中间化合物替代钼酸钠掺杂进行钼钠合金制备，经充分潮解，素坯不会在烧结时因水蒸汽的排出而破坏坯体甚至发生爆裂，随温度升高从而加快原子扩散，钼钠合金粉末在烧结过程中产生烧结颈的形成与长大，气孔的闭合、球化及消失，晶粒的吞并与长大，进而加快钼钠合金的形成，同时氢氧化钠作为载体有效的避免了其他杂质的引入，C、H及O元素的含量也相对较低。

2、本发明无锻造等后续繁琐工序，提前在室温下实现固态合金化，然后加热加压避免素坯再烧结过程中的变形，同时相对密度较钼酸钠为载体时高，在烧结过程中也无需通惰性气体保护，整个工艺工序简单，工艺参数易于控制。

3、本发明的制备方法中所诉钼粉、氢氧化钠粉末载体组成的钼钠合金粉末中Na的含量(质量分数)为2％，可以制备出优质的钼钠合金材料。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种技术方案：实施例1：一种制备钼钠合金材料的方法，具体包括以下步骤：

第一步：备料：所选粉末为高纯钼粉，氢氧化钠试剂；Mo≥99.99％，NaOH ≥99.99％；

第二步：混料：将原料钼钠合金粉体按总量250g，其Na含量的质量分数为2％。用天平准确称量各粉体钼粉、氢氧化钠分别为：241.25g、8.75g，分多次放入球磨机中研磨并搅拌均匀(大于30min)，研磨过程中保持研磨速率均匀，确保研磨后样品粉体混合均匀。

第三步：潮解：因氢氧化钠俗称烧碱、火碱，在空气中易潮解，预实验表明：充分潮解后比未充分潮解的试样致密，表面平整，无空洞与分层。经研磨混合均匀后的钼钠合金粉体应先充分潮解(3-5天)，充分潮解后出现粘结、结块现象，需要再次球磨后再展开后续的实验。

第四步：压型：将充分潮解后的粉体装入模具中对其进行压制。模具中装入适量的混合粉末，然后再将装满粉末的模具放入压力机中，调整压力机的压头，使其对准模具，在800-1200Mpa压力下压制成型，为确保压坯的质量保留压力约3-5min的时间，然后进行脱模取件获得素坯，为后续实验做好基础准备。取件过程中要轻拿轻放，以免破坏成型样品。脱模后压坯为

的柱形圆片。

第五步：烧结：采用真空热压炉进行烧结，发热体为石墨管，发热体外采用石墨毡约200mm作为保温层，然后在石墨毡外侧放置约100mm氧化锆纤维毡作为绝缘层。旋紧螺丝扣，将传感器压头放下并与炉盖的压头相接触，并将传感器丫头位置锁定，此操作过程要小心谨慎。检查水箱中循环水高度及各个装置，启动电源，入水口水压表为0.2Mpa，出水口处水流正常。开始升温：开机械泵抽真空至30Pa以下，打开扩散泵抽空至0.1MPa，升温速率(在20℃/min)，以利于分体间气体的顺利排出，先升温到800℃将压力升至20Mpa 保温时间20min，之后装置继续加热升温(20℃/min)至1500℃压力升至30 Mpa保温60min，随后随炉冷却至室温。冷却阶段：保温结束后，切开加热电源，在保持真空条件下进行随炉冷却至室温。将油泵电机开关打开，将油缸升降开关打到升，确定电流旋钮在最小位置后，再打开电液电源，缓慢调节电流加压，旋转电流旋转时应以极其缓慢旋动，并时刻注意看压力表读数，多次加压。保压时如有气体逸出，应缓慢调节旋钮以确保压力稳定。

第六步：机械加工：获得钼钠单体靶材。

将本实施例制备的钼钠合金材料进行EDS检测，从检测结果可以看出纯度较高无其他杂质，且C、H及O元素含量较低。

实施例2-5：

实施例2与实施例1不同之处在于：Na含量的质量分数为1％。用天平准确称量各粉体钼粉、氢氧化钠分别为：245.75g、4.25g。所制备的钼钠合金材料致密，表面平整，无空洞，品质优良。

实施例3与实施例1不同之处在于：Na含量的质量分数为3％。用天平准确称量各粉体钼粉、氢氧化钠分别为：237.00g、13.00g。所制备的钼钠合金材料致密，表面平整，无空洞，品质优良。

实施例4与实施例1不同之处在于：钛粉：Na含量的质量分数为4％。用天平准确称量各粉体钼粉、氢氧化钠分别为：232.50g、17.50g。所制备的钼钠合金材料致密，表面平整，品质优良。

实施例5与实施例1不同之处在于：钛粉：硅粉：Na含量的质量分数为 5％。用天平准确称量各粉体钼粉、氢氧化钠分别为：228.26g、21.74g。所制备的钼钠合金材料致密，表面平整，品质优良。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“同轴”、“底部”、“一端”、“顶部”、“中部”、“另一端”、“上”、“一侧”、“顶部”、“内”、“前部”、“中央”、“两端”等指示的方位或位置关系为基于所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (3)

1.一种氢氧化钠掺杂制备钼钠靶材的方法，其特征在于，包括以下步骤；

第一步，备料：所用原料为高纯钼粉、氢氧化钠试剂；

所述的钼粉，粒度为5um-15um，其中Mo≥99.99％；

所述的氢氧化钠粉末，化学试剂，其中NaOH≥99.99％；

第二步，混料：将所述原料按预先配比用天平准确称量各粉体，将称好的钼粉导入球磨罐体内，再将中间化合物载体氢氧化钠试剂分别分2-3次倒入球磨罐体中，每次添加球磨时间大于20min进行预混；最后将预混后的粉体进行搅拌混合；

第三步，潮解：将搅拌混合均匀的钼钠合金粉体置于潮解箱中充分潮解后3-5天，对充分潮解后的混合粉体进行进一步球磨混合，球磨时间0.5-1h；

第四步，压型：将充分潮解后且磨好后的钼钠合金粉体放入到一定形状的模具中，装入混合粉末要适量，再将装满粉末的模具放入压力机中，调整压力机的压头，使其对准模具，在800-1200Mpa压力下压制成型，然后进行脱模取件获得素坯；

第五步，烧结：将所需烧结的素坯再次装入相应表面涂有氮化硼的石墨模具内，然后将装有素坯的石墨模具装入炉内，盖好保温层，最后将炉盖盖上，旋紧螺丝扣，将传感器压头放下并与炉盖的压头相接触，并将传感器丫头位置锁定，检查水箱中循环水高度及各个装置，启动电源，入水口水压表为0.2Mpa，出水口处水流正常时，开始升温阶段，机械泵抽真空至30MPa以下，打开扩散泵抽空至0.1MPa，升温速率小于20℃/min，将油泵电机开关打开，将油缸升降开关打到升，确定电流旋钮在最小位置后，再打开电液电源，缓慢调节电流加压，旋转电流旋转时应以极其缓慢旋动，并时刻注意看压力表读数，多次加压，升温到800℃将压力升至20Mpa保温时间20min，之后装置继续加热升温至1500℃压力升至30Mpa保温60min，随后随炉冷却至室温；

第六步，机械加工获得钼钠单体靶材：将烧结获得靶坯进行机械加工，包括车外圆、车平面、抛磨平面；

第七步，包装：采用蘸有酒精的脱脂棉对单体靶材表面仔细擦洗，再置于流动的清水下进行冲洗，并采用风筒用冷风吹干，最后将表面呈光亮银白色的钼钠合金单体靶材进行真空包装包装。

2.根据权利要求1所述的一种物流设备故障自动诊断报警及远程监控系统，其特征在于：所述第二步中混合时间不得少于30min，采用球料比为5:2，球磨转速为100-120rpm。

3.根据权利要求1所述的一种物流设备故障自动诊断报警及远程监控系统，其特征在于：所述第三步中所述的潮解箱环境通风、干燥、避光、阴凉，湿度40％-65％RH，温度18-22℃。