CN112030026B - 一种高硬度、高致密度复合稀土氧化物掺杂钨基复合材料的制备方法 - Google Patents
一种高硬度、高致密度复合稀土氧化物掺杂钨基复合材料的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112030026B CN112030026B CN202010893633.5A CN202010893633A CN112030026B CN 112030026 B CN112030026 B CN 112030026B CN 202010893633 A CN202010893633 A CN 202010893633A CN 112030026 B CN112030026 B CN 112030026B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- powder
- tungsten
- based composite
- composite material
- heat
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 76
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 57
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 57
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 title claims abstract description 57
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 229910001404 rare earth metal oxide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 12
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 87
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 37
- MRELNEQAGSRDBK-UHFFFAOYSA-N lanthanum oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[La+3].[La+3] MRELNEQAGSRDBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 22
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 20
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims abstract description 20
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 15
- 238000002490 spark plasma sintering Methods 0.000 claims abstract description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 25
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 21
- MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N Oxalic acid Chemical compound OC(=O)C(O)=O MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 17
- 238000004321 preservation Methods 0.000 claims description 16
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 15
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 14
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims description 13
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 238000011068 loading method Methods 0.000 claims description 9
- ICLYJLBTOGPLMC-KVVVOXFISA-N (z)-octadec-9-enoate;tris(2-hydroxyethyl)azanium Chemical compound OCCN(CCO)CCO.CCCCCCCC\C=C/CCCCCCCC(O)=O ICLYJLBTOGPLMC-KVVVOXFISA-N 0.000 claims description 6
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O Ammonium Chemical compound [NH4+] QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O 0.000 claims description 6
- 235000006408 oxalic acid Nutrition 0.000 claims description 6
- 238000011946 reduction process Methods 0.000 claims description 6
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 claims description 6
- 229940117013 triethanolamine oleate Drugs 0.000 claims description 6
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 5
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010431 corundum Substances 0.000 claims description 5
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 5
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 5
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 5
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 claims description 5
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 4
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 4
- NGDQQLAVJWUYSF-UHFFFAOYSA-N 4-methyl-2-phenyl-1,3-thiazole-5-sulfonyl chloride Chemical compound S1C(S(Cl)(=O)=O)=C(C)N=C1C1=CC=CC=C1 NGDQQLAVJWUYSF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- FYDKNKUEBJQCCN-UHFFFAOYSA-N lanthanum(3+);trinitrate Chemical compound [La+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O FYDKNKUEBJQCCN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims 1
- 239000012716 precipitator Substances 0.000 claims 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 10
- XLYOFNOQVPJJNP-ZSJDYOACSA-N heavy water Substances [2H]O[2H] XLYOFNOQVPJJNP-ZSJDYOACSA-N 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 7
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 6
- 210000002381 plasma Anatomy 0.000 description 5
- 238000000445 field-emission scanning electron microscopy Methods 0.000 description 4
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 4
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 description 4
- 241000282414 Homo sapiens Species 0.000 description 3
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- GJKFIJKSBFYMQK-UHFFFAOYSA-N lanthanum(3+);trinitrate;hexahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.[La+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O GJKFIJKSBFYMQK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- QBAZWXKSCUESGU-UHFFFAOYSA-N yttrium(3+);trinitrate;hexahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.[Y+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O QBAZWXKSCUESGU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 238000004108 freeze drying Methods 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 238000000470 piezoresponse force microscopy Methods 0.000 description 2
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 description 2
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 2
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 2
- 238000003917 TEM image Methods 0.000 description 1
- YZCKVEUIGOORGS-NJFSPNSNSA-N Tritium Chemical compound [3H] YZCKVEUIGOORGS-NJFSPNSNSA-N 0.000 description 1
- 238000002679 ablation Methods 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- -1 rare earth ions Chemical class 0.000 description 1
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 229910052722 tritium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
- C22C1/05—Mixtures of metal powder with non-metallic powder
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/10—Sintering only
- B22F3/105—Sintering only by using electric current other than for infrared radiant energy, laser radiation or plasma ; by ultrasonic bonding
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
- B22F9/16—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes
- B22F9/18—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes with reduction of metal compounds
- B22F9/20—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes with reduction of metal compounds starting from solid metal compounds
- B22F9/22—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes with reduction of metal compounds starting from solid metal compounds using gaseous reductors
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C27/00—Alloys based on rhenium or a refractory metal not mentioned in groups C22C14/00 or C22C16/00
- C22C27/04—Alloys based on tungsten or molybdenum
Abstract
本发明公开了一种高硬度、高致密度复合稀土氧化物掺杂钨基复合材料的制备方法，首先采用湿化学法引入Y2O3、La2O3并结合氢气还原得到W‑Y2O3‑La2O3复合粉体；之后采用放电等离子烧结方法对钨基复合粉体进行烧结，从而得到具有高硬度和高致密度的钨基复合材料。本发明烧结后钨基复合材料的相对密度＞99％，晶粒尺寸在1～2μm左右，显微硬度为482‑491Hv。
Description
技术领域
本发明涉及一种钨基复合材料复合材料的制备方法，具体涉及一种高硬度、高致密度复合稀土氧化物掺杂钨基复合材料的制备方法。
背景技术
人类对清洁能源的向往和需求日益加剧，促使人类去寻求高效的清洁能源。核聚变能因高的能量密度和无放射性成为人类实现绿色、可持续发展的能源之一。核聚变能带来机遇的同时，也带来了前所未有的挑战。在核聚变堆工作的时候，直接面向等离子体材料(PFMs，Plasma Facing Materials)将承受高能粒子轰击，材料表面会出现熔化、烧蚀、开裂以及出现fuzz结构等变化。因此对面向等离子体材料有很高的要求。目前，钨被认为是最有前景的PFMs。
钨具有高熔点、高导热率、低溅射速率、高自溅射阀值、低蒸气压和低氚滞留等优异性能。值得注意的是，除本征脆性外钨基材料在服役时仍表现出很高的脆性，包括低温脆性、再结晶脆性、辐射脆性和高韧脆转变温度；这些特性限制其在聚变反应堆中发挥最大性能。研究发现金属元素合金化、细化晶粒、添加第二相、加工变形和纤维增韧等手段可以有效改善钨材料脆性。
其中，第二相掺杂对钨基材料具有细晶强化效应，能提高晶界密度。因为在高于1300℃时，钨晶粒会发生强烈的再结晶行为，晶界移动使晶粒长大，而第二相弥散均匀分布在晶界上会使晶界移动受阻，从而抑制晶粒长大趋势，在一定程度上阻碍了钨晶粒的再结晶行为，晶粒长大需要在更高的温度下进行，故表现为第二相掺杂提高再结晶温度的效果。与纯钨相比，掺杂第二相的钨基复合粉体烧结后具有更细小的晶粒。
第二相掺杂钨基复合材料中氧化物掺杂钨基复合材料(ODS-W)是性能优越的一类。为了获得性能良好的ODS-W粉体，主要有机械球磨法和化学法。一方面，机械球磨制粉过程中会引入杂质，同时也会使粉体的能量升高，影响烧结后块体的性能；另一方面，机械球磨是一种高耗能、耗时的粉末制备工艺。与之相比，化学法制备的钨基复合粉体具有简单便捷、成本较低、便用于批量化工业生产的优势。常用的化学法有：湿化学法、溶胶-凝胶法、冷冻-干燥法等。
化学法制备粉体过程中，前驱体粉末的制备和之后的还原过程是关键。根据奥罗万(orowan)机理，第二相氧化物在粉体中的分布越弥散、越均匀细小，对烧结后材料性能的强化作用越明显。通过化学方法制备前驱体粉末，可以通过控制反应来调控第二相颗粒在晶内和晶界的分布状态，以便获得性能优良的ODS-W基复合材料。溶胶-凝胶法和冷冻-干燥法制备前驱体粉末工序比较复杂，而湿化学法是最合适的钨基复合材料前驱体粉末制备的方法。为了进一步提高钨基合金的性能，在采用湿化学法制备钨基复合粉体的过程中加入表面活性剂，进一步促进加入的稀土离子在前驱体粉中分布均匀以促进还原后第二相颗粒在钨基复合粉体中的均匀分布。
发明内容
本发明提供了一种高硬度、高致密度复合稀土氧化物掺杂钨基复合材料的制备方法，采用湿化学法引入Y2O3、La2O3并结合氢气还原得到W-Y2O3-La2O3复合粉体，在W-Y2O3-La2O3粉体中，Y2O3和La2O3总量占W-Y2O3-La2O3总质量的0.45％和0.05％；之后采用放电等离子烧结方法对钨基复合粉体进行烧结，从而得到具有高硬度和高致密度的钨基复合材料。
本发明高硬度、高致密度复合稀土氧化物掺杂钨基复合材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：粉体前驱体的制备
将一定量的硝酸钇(Y(NO3)3·6H2O，Aladdin，纯度≥99.9％)、硝酸镧(La(NO3)3·6H2O，安耐吉化学，纯度≥99.99％)表面活性剂油酸三乙醇胺(C16H22N4O3，纯度≥99％)分别溶解在一定量的去离子水中，混合搅拌均匀；然后加入偏钨酸铵(AMT，Aladdin，纯度≥99.95％)，将草酸(C2H2O4·2H2O，分析纯)作为沉淀剂加入混合溶液中并搅拌均匀，在160℃下加热搅拌蒸干液体，之后在160℃的烘箱中烘干12h，将烘干后的块体用刚玉研钵研磨成细粉。
硝酸钇、硝酸镧、油酸三乙醇胺、草酸的添加量分别为偏钨酸铵质量的0.55％、0.07％、1-3％、38.4％。
步骤2：粉体的还原
将步骤1获得的前驱体粉末35g放入烧舟中，进行氢气还原，其中氢气纯度≥99.999％，氢气流速为0.5L/min，升温速度为5℃/min，还原工艺设置为：先于580-620℃保温60min，之后升温至780-820℃保温120min；最后得到W-Y2O3-La2O3复合粉体，粉末粒径约为200nm。
步骤3：粉体装样
将步骤2获得的钨基复合粉体18g装入内径为20mm的石墨模具中，装粉之前在模具内均匀铺覆一层0.1mm厚的碳纸，之后在压力机上进行预压，调整模具内粉体位置使测温孔在粉体中部，之后用0.5mm厚的保温碳毡制作的保温套包住模具；
步骤4：烧结工艺
将装入钨基复合粉体的石墨模具放入放电等离子烧结炉中，对石墨模具施加14MPa的初始压力，并对炉腔抽真空；开始烧结后，以100℃/min升温速率先升温到800℃保温5min，保温过程中，缓慢匀速加压至75MPa；然后以同样的升温速率升温到1600℃保温60s；保温结束后随炉冷却至室温，脱样后得到钨基复合材料块体。
本发明的有益效果体现在：
本发明提供一种制备纳米级复合稀土氧化物掺杂钨基复合粉体的方法，结合放电等离子烧结，制备出一种高硬度、高致密度复合稀土氧化物掺杂钨基复合材料。烧结后钨基复合材料的相对密度＞99％，晶粒尺寸在1～2μm左右，显微硬度为482-491Hv。
附图说明
图1是W-Y2O3-La2O3复合粉体前驱体粉的FE-SEM。由图1可知，本发明方法制备出的W-Y2O3-La2O3复合前驱体粉末具有比较大的比表面积，有利于下一步的氢气还原。
图2是W-Y2O3-La2O3复合粉体的FE-SEM。从图2可见，粉体颗粒粒径细小均匀。
图3是W-Y2O3-La2O3复合粉体的TEM图，从图3可见，粉体颗粒尺寸约为200nm。
图4是烧结后钨基复合材料块体断口的FE-SEM。
图5是烧结后钨基复合材料腐蚀后的FE-SEM。由图5可见，晶粒尺寸约1μm。
具体实施方式
实施例1：
本实施例中复合稀土氧化物掺杂钨基复合材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：粉体前驱体的制备
将0.22g六水硝酸钇(Y(NO3)3·6H2O，Aladdin，纯度≥99.9％)、0.028g六水硝酸镧(La(NO3)3·6H2O，安耐吉化学，纯度≥99.99％)和0.4g表面活性剂油酸三乙醇胺(C16H22N4O3，纯度≥99％)分别溶解在150ml去离子水中，混合搅拌均匀；然后加入50ml含有40g偏钨酸铵(AMT，Aladdin，纯度≥99.95％)的溶液，最后加入200ml含有15.36g草酸(C2H2O4·2H2O，分析纯)的溶液，将混合溶液中搅拌均匀，在160℃下加热搅拌蒸干液体，之后在160℃的烘箱中烘干12h，将烘干后的块体用刚玉研钵研磨成细粉。
步骤2：粉体的还原
将35g前驱体粉放入烧舟中，进行氢气还原，其中氢气纯度≥99.999％，氢气流速为0.5L/min，升温速度为5℃/min，还原工艺为先在580℃保温60min，之后在780℃保温120min，最后得到W-Y2O3-La2O3复合粉体。
步骤3：粉体装样
将18g钨基复合粉体，装在内径为20mm石墨模具中，装入粉之前在模具内均匀铺覆一层0.1mm厚的碳纸。之后在压力机上进行预压，调整模具内粉体位置使测温孔在粉体中部。之后用0.5mm厚的保温碳毡制作的保温套包住模具。
步骤4：烧结工艺
将装入钨基复合粉末的石墨模具，放入放电等离子烧结炉中，对石墨模具施加14MPa的初始压力，并对炉腔抽真空。开始烧结后，以100℃/min升温速率先升温到800℃保温5min，保温过程中，缓慢匀速加压至75MPa。然后以同样的升温速率升温到1600℃保温60s。保温结束后随炉冷却至室温，脱样后得到烧结后的钨基复合材料块体。
本发明所制备的钨基复合材料的相对密度＞99％，晶粒尺寸在1～2μm左右，显微硬度为482Hv。
实施例2：
本实施例中复合稀土氧化物掺杂钨基复合材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：粉体前驱体的制备
将0.22g六水硝酸钇(Y(NO3)3·6H2O，Aladdin，纯度≥99.9％)、0.028g六水硝酸镧(La(NO3)3·6H2O，安耐吉化学，纯度≥99.99％)和0.8g表面活性剂油酸三乙醇胺(C16H22N4O3，纯度≥99％)分别溶解在150ml去离子水中，混合搅拌均匀；然后加入50ml含有40g偏钨酸铵(AMT，Aladdin，纯度≥99.95％)的溶液，最后加入200ml含有15.36g草酸(C2H2O4·2H2O，分析纯)的溶液，将混合溶液中搅拌均匀，在160℃下加热搅拌蒸干液体，之后在160℃的烘箱中烘干12h，将烘干后的块体用刚玉研钵研磨成细粉。
步骤2：粉体的还原
将35g前驱体粉放入烧舟中，进行氢气还原，其中氢气纯度≥99.999％，氢气流速为0.5L/min，升温速度为5℃/min，还原工艺为先在600℃保温60min，之后在800℃保温120min，最后得到W-Y2O3-La2O3复合粉体。
步骤3：粉体装样
将18g钨基复合粉体，装在内径为20mm石墨模具中，装入粉之前在模具内均匀铺覆一层0.1mm厚的碳纸。之后在压力机上进行预压，调整模具内粉体位置使测温孔在粉体中部。之后用0.5mm厚的保温碳毡制作的保温套包住模具。
步骤4：烧结工艺
将装入钨基复合粉末的石墨模具，放入放电等离子烧结炉中，对石墨模具施加14MPa的初始压力，并对炉腔抽真空。开始烧结后，以100℃/min升温速率先升温到800℃保温5min，保温过程中，缓慢匀速加压至75MPa。然后以同样的升温速率升温到1600℃保温60s。保温结束后随炉冷却至室温，脱样后得到烧结后的钨基复合材料块体。
本发明所制备的钨基复合材料的相对密度＞99％，晶粒尺寸在1～2μm左右，显微硬度为491Hv。
实施例3：
本实施例中复合稀土氧化物掺杂钨基复合材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：粉体前驱体的制备
将0.22g六水硝酸钇(Y(NO3)3·6H2O，Aladdin，纯度≥99.9％)、0.028g六水硝酸镧(La(NO3)3·6H2O，安耐吉化学，纯度≥99.99％)和1.2g表面活性剂油酸三乙醇胺(C16H22N4O3，纯度≥99％)分别溶解在150ml去离子水中，混合搅拌均匀；然后加入50ml含有40g偏钨酸铵(AMT，Aladdin，纯度≥99.95％)的溶液，最后加入200ml含有15.36g草酸(C2H2O4·2H2O，分析纯)的溶液，将混合溶液中搅拌均匀，在160℃下加热搅拌蒸干液体，之后在160℃的烘箱中烘干12h，将烘干后的块体用刚玉研钵研磨成细粉。
步骤2：粉体的还原
将35g前驱体粉放入烧舟中，进行氢气还原，其中氢气纯度≥99.999％，氢气流速为0.5L/min，升温速度为5℃/min，还原工艺为先在620℃保温60min，之后在820℃保温120min，最后得到W-Y2O3-La2O3复合粉体。
步骤3：粉体装样
将18g钨基复合粉体，装在内径为20mm石墨模具中，装入粉之前在模具内均匀铺覆一层0.1mm厚的碳纸。之后在压力机上进行预压，调整模具内粉体位置使测温孔在粉体中部。之后用0.5mm厚的保温碳毡制作的保温套包住模具。
步骤4：烧结工艺
将装入钨基复合粉末的石墨模具，放入放电等离子烧结炉中，对石墨模具施加14MPa的初始压力，并对炉腔抽真空。开始烧结后，以100℃/min升温速率先升温到800℃保温5min，保温过程中，缓慢匀速加压至75MPa。然后以同样的升温速率升温到1600℃保温60s。保温结束后随炉冷却至室温，脱样后得到烧结后的钨基复合材料块体。
本发明所制备的钨基复合材料的相对密度＞99％，晶粒尺寸在1～2μm左右，显微硬度为485Hv。
Claims (3)
1.一种高硬度、高致密度复合稀土氧化物掺杂钨基复合材料的制备方法，其特征在于：
首先采用湿化学法引入Y2O3、La2O3并结合氢气还原得到W-Y2O3-La2O3复合粉体；之后采用放电等离子烧结方法对钨基复合粉体进行烧结，从而得到具有高硬度和高致密度的钨基复合材料；包括如下步骤：
步骤1：粉体前驱体的制备
将一定量的硝酸钇、硝酸镧和表面活性剂油酸三乙醇胺分别溶解在一定量的去离子水中，混合搅拌均匀；然后加入偏钨酸铵，将草酸作为沉淀剂加入混合溶液中并搅拌均匀，在160℃下加热搅拌蒸干液体，之后在160℃的烘箱中烘干12h，将烘干后的块体用刚玉研钵研磨成细粉；
步骤2：粉体的还原
将步骤1获得的前驱体粉末35g放入烧舟中，进行氢气还原，其中氢气纯度≥99.999％，氢气流速为0.5L/min，得到W-Y2O3-La2O3复合粉体；获得的W-Y2O3-La2O3复合粉体中，Y2O3占W-Y2O3-La2O3复合粉体总质量的0.45％，La2O3占W-Y2O3-La2O3复合粉体总质量的0.05％；
步骤3：粉体装样
将步骤2获得的钨基复合粉体18g装入内径为20mm的石墨模具中，装粉之前在模具内均匀铺覆一层0.1mm厚的碳纸，之后在压力机上进行预压，调整模具内粉体位置使测温孔在粉体中部，之后用0.5mm厚的保温碳毡制作的保温套包住模具；
步骤4：烧结工艺
将装入钨基复合粉体的石墨模具放入放电等离子烧结炉中，对石墨模具施加14MPa的初始压力，并对炉腔抽真空；开始烧结后，先升温到800℃保温5min，保温过程中，缓慢匀速加压至75MPa；然后以同样的升温速率升温到1600℃保温60s；保温结束后随炉冷却至室温，脱样后得到钨基复合材料块体。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
步骤2中，氢气还原的还原工艺设置为：先于580-620℃保温60min，之后升温至780-820℃保温120min；升温速度为5℃/min。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
步骤4中，升温速率为100℃/min。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010893633.5A CN112030026B (zh) | 2020-08-31 | 2020-08-31 | 一种高硬度、高致密度复合稀土氧化物掺杂钨基复合材料的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010893633.5A CN112030026B (zh) | 2020-08-31 | 2020-08-31 | 一种高硬度、高致密度复合稀土氧化物掺杂钨基复合材料的制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112030026A CN112030026A (zh) | 2020-12-04 |
| CN112030026B true CN112030026B (zh) | 2021-10-15 |
Family
ID=73586386
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010893633.5A Active CN112030026B (zh) | 2020-08-31 | 2020-08-31 | 一种高硬度、高致密度复合稀土氧化物掺杂钨基复合材料的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112030026B (zh) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113278837B (zh) * | 2021-05-17 | 2022-04-26 | 合肥工业大学 | 一种高致密度Y2O3掺杂W-Re合金的制备方法 |
| CN113953510B (zh) * | 2021-10-23 | 2023-12-29 | 合肥工业大学 | 一种制备大尺寸钨纤维增韧钨Wf/W复合材料的方法 |
| CN114959339A (zh) * | 2022-05-16 | 2022-08-30 | 北京科技大学 | 一种湿化学法制备高强度高塑性钨合金的方法 |
| CN115608999A (zh) * | 2022-10-17 | 2023-01-17 | 合肥工业大学 | 一种W-Y2O3-HfO2复合粉体及其制备方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1586768A (zh) * | 2004-06-28 | 2005-03-02 | 北京工业大学 | 纳米复合稀土钨电子发射材料的放电等离子制备方法 |
| JP4486163B1 (ja) * | 2008-12-08 | 2010-06-23 | 株式会社アライドマテリアル | タングステン電極材料およびタングステン電極材料の製造方法 |
| CN105518169A (zh) * | 2014-10-20 | 2016-04-20 | 中南大学 | 一种稀土氧化物弥散强化细晶钨材料的制备方法 |
| CN107322002A (zh) * | 2017-06-28 | 2017-11-07 | 合肥工业大学 | 一种稀土氧化物掺杂钨基复合粉体及其制备方法 |
| CN110358509A (zh) * | 2019-08-22 | 2019-10-22 | 合肥工业大学 | 一种提高ods-w复合材料导热性能的方法 |
| CN110560700A (zh) * | 2019-09-30 | 2019-12-13 | 北京科技大学 | 一种制备高致密度超细晶稀土氧化物掺杂钨合金的方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100449016C (zh) * | 2007-05-11 | 2009-01-07 | 北京钨钼材料厂 | 多元复合稀土钨粉末的还原方法 |
| CN107604186B (zh) * | 2017-09-15 | 2019-05-31 | 江西理工大学 | 一种复合稀土氧化物强化钨基高比重合金复合材料及其制备方法 |
| CN109735735A (zh) * | 2019-03-19 | 2019-05-10 | 合肥工业大学 | 一种提高w-y2o3复合材料烧结致密性的方法 |
-
2020
- 2020-08-31 CN CN202010893633.5A patent/CN112030026B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1586768A (zh) * | 2004-06-28 | 2005-03-02 | 北京工业大学 | 纳米复合稀土钨电子发射材料的放电等离子制备方法 |
| JP4486163B1 (ja) * | 2008-12-08 | 2010-06-23 | 株式会社アライドマテリアル | タングステン電極材料およびタングステン電極材料の製造方法 |
| CN105518169A (zh) * | 2014-10-20 | 2016-04-20 | 中南大学 | 一种稀土氧化物弥散强化细晶钨材料的制备方法 |
| CN107322002A (zh) * | 2017-06-28 | 2017-11-07 | 合肥工业大学 | 一种稀土氧化物掺杂钨基复合粉体及其制备方法 |
| CN110358509A (zh) * | 2019-08-22 | 2019-10-22 | 合肥工业大学 | 一种提高ods-w复合材料导热性能的方法 |
| CN110560700A (zh) * | 2019-09-30 | 2019-12-13 | 北京科技大学 | 一种制备高致密度超细晶稀土氧化物掺杂钨合金的方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 掺杂合金元素面向等离子体;罗来马 等;《中国有色金属学报》;20160915;第26卷(第9期);1899-1911 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112030026A (zh) | 2020-12-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN112030026B (zh) | 一种高硬度、高致密度复合稀土氧化物掺杂钨基复合材料的制备方法 | |
| CN109676124B (zh) | 一种金属材料的烧结致密化及晶粒尺寸控制方法 | |
| CN102071346B (zh) | 致密、小晶粒尺寸纳米晶WC-Co硬质合金块体材料的制备方法 | |
| CN109234557B (zh) | 一种超细高硬度w-y2o3复合材料的制备方法 | |
| CN110512107B (zh) | 一种微量元素和稀土氧化物复合强化钨基复合材料的制备方法 | |
| CN103073332B (zh) | 具有纳米孔结构的过渡金属碳化物陶瓷及其制备方法 | |
| CN103924111B (zh) | 一种硬质合金纳米粒径粉末与高性能烧结块体材料的制备方法 | |
| US11673196B2 (en) | Metal material sintering densification and grain size control method | |
| US20220074027A1 (en) | High-hardness composite oxide dispersion-strengthened tungsten alloy and preparation method thereof | |
| CN113943159B (zh) | 一种碳化硼复合陶瓷的制备方法 | |
| CN109371274A (zh) | 一种高性能粉末冶金tzm钼合金的制备方法 | |
| CN110273093A (zh) | 一种纳米晶钨合金及其制备方法 | |
| CN109940158B (zh) | 一种细晶钼板的快速制备工艺 | |
| CN106834778B (zh) | 硬质合金以及制备方法 | |
| CN115448717B (zh) | 一种稀土基钼酸盐高熵负热膨胀陶瓷材料及其制备方法 | |
| CN115635097B (zh) | 一种具有稳定胞状组织的高熵合金复合材料及其制备方法 | |
| CN103602868A (zh) | 一种高密度细晶粒W-TiC合金材料的制备方法 | |
| CN106222511A (zh) | 一种基于高能球磨法的硬质合金烧结成型导轮的方法 | |
| KR20200019387A (ko) | 분산강화 금속 소결체의 제조방법 | |
| CN109047788A (zh) | 一种循环氧化还原的超细氧化钇掺杂钨复合纳米粉末制备方法 | |
| CN113186437A (zh) | 一种含铒的氧化物弥散强化钨基合金及其制备方法与应用 | |
| CN114230340A (zh) | 一种高致密高温抗氧化钼基复合靶材及其制备方法 | |
| CN111793823B (zh) | 高纯度六硼化钆多晶及其制备方法 | |
| JPH0668935B2 (ja) | 酸化物焼結体及びその製造方法並びにそれを用いたターゲット | |
| Zhang et al. | Fabrication of Oxide‐Dispersion‐Strengthened Ferritic Alloys by Mechanical Alloying Using Pre‐Alloyed Powder |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20220519 Address after: 230001 No. 193, Tunxi Road, Hefei, Anhui Patentee after: HeFei University of Technology Asset Management Co.,Ltd. Address before: Tunxi road in Baohe District of Hefei city of Anhui Province, No. 193 230009 Patentee before: Hefei University of Technology |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20220713 Address after: 241200 Chungu 3D Printing Industrial Park, Fanchang Economic Development Zone, Fanchang District, Wuhu City, Anhui Province Patentee after: Anhui Yiheng New Material Technology Co.,Ltd. Address before: 230001 No. 193, Tunxi Road, Hefei, Anhui Patentee before: HeFei University of Technology Asset Management Co.,Ltd. |