CN114012091A - 一种钨锭及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明是关于一种钨锭及其制备方法，涉及高纯金属制备技术领域，主要采用的技术方案为：一种钨锭的制备方法，其包括如下步骤：将制坯原料制成钨锭生坯；其中，制坯原料包括至少两种粒度级的钨粉；在还原性气氛下，对钨锭生坯进行低温烧结处理，然后，在惰性气体气氛下冷却，得到低温烧结处理后的钨锭坯；其中，低温烧结处理的温度为500‑700℃；在还原性气氛下，对低温烧结处理后的钨锭坯进行高温烧结处理，然后，在惰性气体气氛下冷却，得到钨锭；其中，高温烧结处理的温度为1500‑2500℃。本发明主要用于制备一种纯度高于99.999％、且致密性优异的钨锭，以满足高纯钨锭的要求。

Description

一种钨锭及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种高纯金属制备技术领域，特别是涉及一种钨锭及其制备方法。

背景技术

高纯金属钨作为一种战略金属，广泛应用于硬质合金、热强耐磨合金、航空零件、电真空照明材料等技术领域。

目前，主要采用化学气相沉积法、熔炼法、粉末冶金法来制备钨锭；其中，化学沉积法、溶炼法的工艺流程相对复杂，生产成本高，成品率较低。粉末冶金法的优势在于生产的纯钨材料有细晶粒结构，工序流程少，生产成本较低，设备结构简单易操作，并且在烧结过程中对钨锭也起到了纯净化的作用。因此，粉末冶金法制备钨锭是目前唯一实现工业规模的钨锭制备方法。

但是，传统的粉末冶金法在“制锭”过程中，由于一些有机物不能完全以气体形式完全除去，从而造成钨锭中的氧、氮元素含量较高，无法满足高纯钨锭的要求；其中，而造成这一现象主要归因于工艺过程中脱脂不完全，且在钨锭冷却过程中发生了氧化反应。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种钨锭及其制备方法，主要目的在于提高钨锭的纯度和致密性，以满足高纯钨锭的要求。

为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：

一方面，本发明的实施例提供一种钨锭的制备方法，其包括如下步骤：

制备钨锭生坯步骤：将制坯原料制成钨锭生坯；其中，所述制坯原料包括至少两种粒度级的钨粉；

低温烧结处理步骤：在还原性气氛下，对所述钨锭生坯进行低温烧结处理，然后，在惰性气体气氛下冷却，得到低温烧结处理后的钨锭坯；其中，所述低温烧结处理的温度为500-700℃；

高温烧结处理步骤：在还原性气氛下，对所述低温烧结处理后的钨锭坯进行高温烧结处理，然后，在惰性气体气氛下冷却，得到钨锭；其中，所述高温烧结处理的温度为1500-2500℃。

优选的，在所述制备钨锭生坯步骤中：所述原料包括第一种粒度级的钨粉和第二种粒度级的钨粉；其中，所述第一种粒度级的钨粉、第二种粒度级的钨粉是通过以下方法得到：对钨粉原料进行过60目筛网处理，其中，将通过60目筛网的钨粉原料作为第二粒度级的钨粉；对未通过60目筛网的钨粉原料进行过30目筛网处理，将通过30目筛网的钨粉原料作为第一粒度级的钨粉。优选的，所述第一种粒度级的钨粉和第二种粒度级的钨粉的质量比为(1-3)：(2-3)。

优选的，所述钨粉的纯度不低于99.90％。

优选的，在所述制备钨锭生坯步骤中：所述制坯原料还包括乙醇和粘结剂；其中，所述乙醇的用量为所述钨粉的质量的0.5-0.8％，所述粘结剂的用量为所述钨粉的质量的0.5-0.8％。优选的，所述粘结剂选用石蜡。优选的，所述乙醇的纯度不低于95％。

优选的，所述制备钨锭生坯的步骤，包括：

混料步骤：对包括钨粉、乙醇、粘结剂的制坯原料进行混料处理，得到混合料；

压制步骤：将所述混合料注入模具，然后对所述混合料进行压制处理，得到钨锭生坯。

优选的，在所述混料步骤中：对包括钨粉、乙醇、粘结剂的制坯原料进行搅拌的速度为150-300rpm。

优选的，在所述压制步骤中：所述压制处理的强度为1000-5000MPa。

优选的，在所述压制步骤中：所述模具为圆柱状，所述钨锭生坯为圆柱状生坯。

优选的，在所述低温烧结处理的步骤中：所述还原性气氛为氢气气氛，且氢气流量为0.4-4L/min；和/或所述低温烧结处理的时间为4-6h；和/或惰性气体的流速为0.4-4L/min。

优选的，在所述高温烧结处理的步骤中：所述还原性气氛为氢气气氛，且氢气流量为0.4-4L/min；和/或所述高温烧结处理的时间为5-7h；和/或惰性气体的流速为0.4-4L/min。

另一方面，本发明实施例还提供一种钨锭，其中，所述钨锭的纯度≥99.999％；所述钨锭的致密度大于95％；优选的，所述钨锭是由上述任一项所述的钨锭的制备方法制备而成。

与现有技术相比，本发明的一种钨锭及其制备方法至少具有下列有益效果：

由于工业级钨粉中含有少量的蓝钨以及微量的仲钨酸铵，鉴于此，一方面，本发明实施例提供一种钨锭的制备方法，具体地，通过先在500-700℃的温度下对钨锭生坯进行低温烧结处理，能将仲钨酸铵还原为蓝钨或活性更强的紫钨，且仲钨酸铵脱水、脱铵后，会在坯体表面产生裂缝，则有利于氢气的进入，从而能有效地除去坯体中的氮、氧；进一步通过在1500-2500℃的温度的高温烧结处理，将蓝钨或紫钨进行深度还原，进一步除氧；同时，在低温烧结处理和高温烧结处理后，在惰性气体气氛下冷却；以上，将“除氮、氧”和“防止氧化”两个方向协同起来，实现高纯钨锭的制备。另一方面，在低温烧结处理和高温烧结处理过程中，由于仲钨酸铵、蓝钨发生了热解和还原反应，从而在相变过程中会产生颗粒间隙，从而降低钨锭的致密性，影响钨锭的显微组织形貌。而本发明实施例采用粒度相差较大的粉末(即，至少两种粒度级的钨粉)进行混料，这样大颗粒缝隙间可由小颗粒进行填充，从而克服了上述提及的“在相变过程中会产生颗粒间隙，而降低致密性”的问题，同时也可有效地避免混料过程中发生的局部团聚、分层现象，由此可获得致密度高，微观组织形貌良好的钨锭。

所以，本发明实施例提供的钨锭的制备方法，通过在制备钨锭生坯步骤中，使制坯原料通过包括至少两种粒度级的钨粉，然后与低温烧结处理步骤(温度、冷却气氛等)及高温烧结处理(温度、冷却气氛)步骤一起协同，制备出纯度高、致密性优异、微观组织形貌好的钨锭。

综上，本发明实施例提供的一种钨锭的制备方法，降低了氮、碳、氧、硫等杂质元素的引入，能制备出纯度高于99.999％的钨锭。与传统粉末冶金工艺制备的钨锭相比，本发明实施例制备的钨锭的杂质元素含量低，其中，氧含量低于100ppm，氮含量低于10ppm。本发明实施例的一种钨锭的制备方法实现了高纯金属钨的制备，且工艺流程简单易操作。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是本发明实施例1制备的钨锭生坯的外观图；

图2是本发明实施例1制备的低温烧结处理后的钨锭坯的外观图；

图3是本发明实施例1制备的钨锭的外观图；

图4是本发明实施例1制备的钨锭的显微组织图；

图5是本发明实施例2制备的钨锭的显微组织图；

图6是本发明实施例3制备的钨锭的显微组织图；

图7是本发明对比例1制备的钨锭的显微组织图；

图8是本发明对比例2制备的钨锭的显微组织图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明申请的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。

现有技术中，实现工业化的钨粉制备工艺主要有以下三种：

1)传统的氢还原工艺：具体是对钨酸铵进行焙烧，得到的三氧化钨，然后，再经过两个阶段还原得到钨粉。

2)氧化钨氢还原法工艺：该工艺是目前制备超细钨粉的主要方法，具体地，以蓝钨作为原料，还原温度为700℃，氢气流量为150mL/min，还原时间为55min。目前，国内多数钨粉制造企业是以蓝钨为原料，采用氢还原的方法制备钨粉。

3)一步还原法：将仲钨酸铵还原成纯钨。

由于钨在高于500℃的环境下会与氧气发氧化反应，钨在1500℃以上时与氮气开始发生反应生成氮化钨。而上述三种工业化工艺制备的钨粉的含氧量均偏高，并在还原过程中伴有未被还原的微量化合物。传统工艺是直接用上述三种工艺制备的钨粉进行压坯成锭、然后在马弗炉中烧结制成钨锭，其含氮、氧量均偏高，无法满足高纯钨锭的要求(即，高纯钨锭的要求是纯度在99.999％以上)。

本发明的发明人进行了大量研究，创新地发现，上述传统工艺制备的钨锭无法达到高纯钨锭的要求(即，高纯钨锭的要求是纯度在99.999％以上)，主要有以下几个原因：(1)在马弗炉里烧结，并非是在还原气氛下；(2)低温焙烧后的冷却过程中、高温焙烧后的冷却过程中，也存在氧化反应的情形(关于这一点，现有技术均没有提出过，即便提出了在还原气氛下焙烧，但均是在空气气氛下冷却，没有意识到冷却过程中也会发生氧化反应)；(3)由于混料不充分、烧结不充分(传统工艺一般是基于脱有机物的一步烧结)，导致的有机物脱除不充分(即，脱脂不完全)。

鉴于上述问题，本发明实施例提供一种钨锭的制备方法，以制备出具有高纯度、高致密性的钨锭，具体包括如下步骤：

1.制备钨锭生坯步骤：将制坯原料制成钨锭生坯；其中，制坯原料包括至少两种粒度级的钨粉。

较佳地，制坯原料包括第一种粒度级的钨粉和第二种粒度级的钨粉；在此，对于第一粒度级的钨粉和第二粒度级的钨粉是通过以下方法筛选出来的：对钨粉原料进行过60目筛网处理，其中，将通过60目筛网的钨粉原料作为第二粒度级的钨粉；对未通过60目筛网的钨粉原料进行过30目筛网处理，将通过30目筛网的钨粉原料作为第一粒度级的钨粉。

在制坯原料中：第一种粒度级的钨粉和第二种粒度级的钨粉的质量比为(1-3)：(2-3)。

较佳地，制坯原料还包括乙醇和粘结剂；其中，乙醇的用量为钨粉的质量的0.5-0.8％，粘结剂的用量为钨粉的质量的0.5-0.8％。较佳地，粘结剂选用石蜡。较佳地，乙醇的纯度不低于95％。

该步骤具体为：先通过粉末过筛工艺，把钨粉原料分为至少两种粒度级的钨粉(优选为上述的第一种粒度级的钨粉和上述的第二种粒度级的钨粉)。将至少两种粒度级的钨粉进行干法混料后，然后，加入乙醇、粘结剂，在搅拌槽内充分混匀后，调节搅拌速度(较佳地，搅拌的速度为150-300rpm)，将混匀后得到的混合料用注射成型机注入模具(钨锭模腔)，使用压力机压缩紧固，将混合料压制处理成钨锭生坯。其中，压制处理的强度为1000-5000MPa。较佳地，模具为圆柱状，钨锭生坯为圆柱状生坯。

在此需要说明的是，传统制备钨锭时，采用粒度相同或相近的钨粉进行混料。但是，这种混料工艺中容易出现局部团聚、分层等现象，从而导致制备出的钨锭容易出现偏析、聚集、氧化的现象，最终影响钨锭的致密度与微观组织的形貌。而本发明在该步骤中采用粒度相差较大的粉末按一定的配比进行混料，大颗粒缝隙间可由小颗粒进行填充，可有效地避免局部团聚、分层现象的发生，经压制处理、低温烧结、高温烧结处理后可获得致密度高、微观组织形貌良好的钨锭。

另外，本发明优选采用第一种粒度级的钨粉和第二种粒度级的钨粉，这是根据钨粉原料的性质决定的，钨粉原料原料经过30与60目过筛后所得的两种粒度级粉体既有明显的粒度差异，又可在单位质量中获得较多的两种粉末。较佳地，钨粉原料的纯度不低于99.90％。

2.低温烧结处理步骤：在还原性气氛下，对钨锭生坯进行低温烧结处理，得到低温烧结处理后的钨锭坯；其中，低温烧结处理的温度为500-700℃。

在该步骤中：还原性气氛为氢气气氛，且氢气流量为0.4-4L/min；低温烧结处理的时间为4-6h；在低温烧结处理后，低温烧结处理后的钨锭坯在惰性气体气氛下(优选氩气气氛下)，随炉冷却至室温；惰性气体的流速为0.4-4L/min。

3.高温烧结处理步骤：在还原性气氛下，对低温烧结处理后的钨锭坯进行高温烧结处理，得到钨锭；其中，高温烧结处理的温度为1500-2500℃。

在高温烧结处理的步骤中：还原性气氛为氢气气氛，且氢气流量为0.4-4L/min；高温烧结处理的时间为5-7h；在高温烧结处理后，得到的钨锭在惰性气体气氛下(优选氩气气氛下)，随炉冷却至室温；优选的，惰性气体的流速为0.4-4L/min。

关于上述方案，需要说明的是：由于工业级钨粉中含有少量的蓝钨以及微量的仲钨酸铵，本发明在低温烧结处理段主要作用是把钨锭生坯中含有的微量的仲钨酸铵还原为蓝钨，而在500-700℃温度范围对钨锭生坯进行低温烧结处理，能使仲钨酸铵脱水、脱铵后，在坯体表面产生裂缝，更有利于氢气的进入，从而有效地除去坯体中的氮、氧，可使坯体中少量的仲钨酸铵转化为蓝钨或活性更强的紫钨。进一步地，本发明高温烧结处理的作用是把坯体中含有少量的蓝钨以及低温烧结处理生成的微量蓝钨或紫钨进行深度还原，进一步除氧，从而获得高纯钨锭。在低温、高温烧结处理过程中由于钨锭中微量的仲钨酸铵，少量的蓝钨发生热解、还原反应，在相变过程中会产生颗粒间隙，会降低钨锭的致密性，影响钨锭的显微组织形貌(如图5所示)。而本发明采用粒度相差较大的粉末(即，至少两种粒度级的钨粉)进行混料，这样大颗粒缝隙间可由小颗粒进行填充，从而降低了颗粒间隙，同时也可有效地避免在混料时发生的局部团聚、分层现象，因此可获得致密度高，微观组织形貌良好的钨锭。

综上，本发明实施例提供的钨锭的制备方法，通过在制备钨锭生坯的步骤中，使制坯原料通过包括至少两种粒度级的钨粉，然后与低温烧结处理步骤及高温烧结处理步骤一起协同提高钨锭的纯度、致密性、优化钨锭微观组织形貌。

下面通过具体实验实施例进一步对本发明说明如下：

以下实施例中所涉及的比例都是重量比例，钨粉原料的纯度不低于99.0％；首先，对钨粉原料进行过60目筛网处理，其中，将通过60目筛网的钨粉原料作为第二粒度级的钨粉；对未通过60目筛网的钨粉原料进行过30目筛网处理，将通过30目筛网的钨粉原料作为第一粒度级的钨粉。将第一粒度级的钨粉、第二粒度级的钨粉干法混料后，向其中加入粘结剂、乙醇在机械搅拌槽内混匀，混匀时间为20-30分钟；将混匀后的混合料压制处理成钨锭生坯，将压制处理后的钨锭生坯放入氢还原炉中进行低温烧结处理一定时间后，在惰性气氛中冷却至室温，然后，再提高还原炉的温度，在氢还原气氛下进行高温烧结处理一段时间，最后在惰性气氛下冷却至室温，得到高纯的钨锭。

实施例1

本实施例制备一种钨锭，主要包括如下步骤：

1)制备钨锭生坯步骤：对钨粉原料进行过60目筛网处理，其中，将通过60目筛网的钨粉原料作为第二粒度级的钨粉；对未通过60目筛网的钨粉原料进行过30目筛网处理，将通过30目筛网的钨粉原料作为第一粒度级的钨粉。将第一粒度级的钨粉、第二粒度级的钨粉按照质量比为2:1的比例进行混合，然后再向其中加入乙醇(其中，乙醇的纯度为95％，乙醇的加入量为钨粉质量的0.5％)、粘结剂石蜡(其中，粘结剂的加入量为钨粉质量的0.5％)，在搅拌槽中以300rpm的转速搅拌30min，混匀后的混合料用注射成型机注入模具(钨锭模腔)，使用压力机压缩紧固，将混合料压制处理成钨锭生坯。其中，压制处理的压力为3000MPa，压制成钨锭生坯。

本实施例的该步骤中制备的钨锭生坯的外观如图1所示，其为φ13.5mm的圆柱状钨锭生坯。

2)低温烧结处理步骤：将钨锭生坯放入氢气气氛的烧结炉中进行低温烧结处理，其中，低温烧结处理的温度为700℃，氢气流量为4L/min，低温烧结处理的时间为6h；低温烧结处理后，在氩气流速为4L/min的气氛下随炉体冷却，得到低温烧结处理后的钨锭坯。

本实施例制备的低温烧结处理后的钨锭坯的外观如图2所示。

3)高温烧结处理步骤：将低温烧结处理后的钨锭坯放入氢气气氛的烧结炉中，进行高温焙烧处理；其中，高温烧结处理的温度为2500℃，高温烧结处理的时间为7h，氢气流量为4L/min；高温烧结处理后，在氩气流速为4L/min的气氛下随炉体冷却，得到钨锭。

本实施例制备的钨锭的外观如图3所示、微观显微组织如图4所示。从图3和图4可以看出：本实施例制备的钨锭具有优异的致密性和微观组织形貌。

实施例2

本实施例制备一种钨锭，主要包括如下步骤：

1)制备钨锭生坯步骤：对钨粉原料进行过60目筛网处理，其中，将通过60目筛网的钨粉原料作为第二粒度级的钨粉；对未通过60目筛网的钨粉原料进行过30目筛网处理，将通过30目筛网的钨粉原料作为第一粒度级的钨粉。将第一粒度级的钨粉、第二粒度级的钨粉按照质量比为2:1的比例进行混合，然后再向其中加入乙醇(其中，乙醇的纯度为95％，乙醇的加入量为钨粉质量的0.8％)、粘结剂石蜡(其中，粘结剂的加入量为钨粉质量的0.8％)，在搅拌槽中以200rpm的转速搅拌30min，混匀后的混合料用注射成型机注入模具(钨锭模腔)，使用压力机压缩紧固，将混合料压制处理成钨锭生坯。其中，压制处理的压力为2000MPa，压制成钨锭生坯。

本实施例的该步骤中制备的钨锭生坯为φ13.5mm的圆柱状钨锭生坯。

2)低温烧结处理步骤：将钨锭生坯放入氢气气氛的烧结炉中进行低温烧结处理，其中，低温烧结处理的温度为600℃，氢气流量为3L/min，低温烧结处理的时间为5h；低温烧结处理后，在氩气流速为3L/min的气氛下随炉体冷却，得到低温烧结处理后的钨锭坯。

3)高温烧结处理步骤：将低温烧结处理后的钨锭坯放入氢气气氛的烧结炉中，进行高温焙烧处理；其中，高温烧结处理的温度为2000℃，高温烧结处理的时间为6h，氢气流量为3L/min；高温烧结处理后，在氩气流速为3L/min的气氛下随炉体冷却，得到钨锭。

本实施例制备的钨锭的微观显微组织如图5所示。从图5可以看出：本实施例制备的钨锭具有优异的致密性和微观组织形貌。

实施例3

本实施例制备一种钨锭，主要包括如下步骤：

1)制备钨锭生坯步骤：对钨粉原料进行过60目筛网处理，其中，将通过60目筛网的钨粉原料作为第二粒度级的钨粉；对未通过60目筛网的钨粉原料进行过30目筛网处理，将通过30目筛网的钨粉原料作为第一粒度级的钨粉。将第一粒度级的钨粉、第二粒度级的钨粉按照质量比为2:1的比例进行混合，然后再向其中加入乙醇(其中，乙醇的纯度为95％、乙醇的加入量为钨粉质量的0.6％)、粘结剂石蜡(其中，粘结剂的加入量为钨粉质量的0.6％)，在搅拌槽中以150rpm的转速搅拌30min，混匀后的混合料用注射成型机注入模具(钨锭模腔)，使用压力机压缩紧固，将混合料压制处理成钨锭生坯。其中，压制处理的压力为1500MPa，压制成钨锭生坯。

本实施例的该步骤中制备的钨锭生坯为φ13.5mm的圆柱状钨锭生坯。

2)低温烧结处理步骤：将钨锭生坯放入氢气气氛的烧结炉中进行低温烧结处理，其中，低温烧结处理的温度为500℃，低温烧结处理的氢气流量为2.5L/min，低温烧结处理的时间为4h；低温烧结处理后，在氩气流速为2L/min的气氛下随炉体冷却，得到低温烧结处理后的钨锭坯。

3)高温烧结处理步骤：将低温烧结处理后的钨锭坯放入氢气气氛的烧结炉中，进行高温焙烧处理；其中，高温烧结处理的温度为2000℃，高温烧结处理的时间为5h，氢气流量为3L/min；高温烧结处理后，在氩气流速为2L/min的气氛下随炉体冷却，得到钨锭。

本实施例制备的钨锭的微观显微组织如图6所示。从图6可以看出：本实施例制备的钨锭具有优异的致密性和微观组织形貌。

对比例1

对比例1制备一种钨锭，主要包括如下步骤：

1)制备钨锭生坯步骤：将钨粉原料用30目的筛网选粉，得到30目的钨粉。然后，向30目的钨粉中加入乙醇(其中，乙醇的纯度为95％，乙醇的加入量为钨粉质量的0.5％)、粘结剂石蜡(其中，粘结剂的加入量为钨粉质量的0.5％)，在搅拌槽中以80rpm的转速搅拌30min，混匀后的混合料用注射成型机注入模具(钨锭模腔)，使用压力机压缩紧固，将混合料压制处理成钨锭生坯。其中，压制处理的压力为900MPa，压制成钨锭生坯。

本实施例的该步骤中制备的钨锭生坯为φ13.5mm的圆柱状钨锭生坯。

2)低温烧结处理步骤：将钨锭生坯放入氢气气氛的烧结炉中进行低温烧结处理，其中，低温烧结处理的温度为400℃，氢气流量为0.3L/min，低温烧结处理的时间为2h；低温烧结处理后随炉体冷却(即，未通入惰性气体，在空气气氛中冷却)，得到低温烧结处理后的钨锭坯。

3)高温烧结处理步骤：将低温烧结处理后的钨锭坯放入氢气气氛的烧结炉中，进行高温焙烧处理；其中，高温烧结处理的温度为1400℃，高温烧结处理的时间为2h，氢气流量为0.3L/min；高温烧结处理后，随炉体冷却(即，未通入惰性气体，在空气气氛中冷却)，得到钨锭。

对比例1制备的钨锭的微观显微组织如图7所示；很明显可以看出：对比例1制备的钨锭的致密性差。

对比例2

对比例2制备一种钨锭，主要包括如下步骤：

1)制备钨锭生坯步骤：将钨粉原料用60目的筛网选粉，得到60目的钨粉。然后，向60目的钨粉中加入乙醇(其中，乙醇的纯度为95％、乙醇的加入量为钨粉质量的0.5％)、粘结剂石蜡(其中，粘结剂的加入量为钨粉质量的0.5％)，在搅拌槽中以50rpm的转速搅拌30min，混匀后的混合料用注射成型机注入模具(钨锭模腔)，使用压力机压缩紧固，将混合料压制处理成钨锭生坯。其中，压制处理的压力为900MPa，压制成钨锭生坯。

本实施例的该步骤中制备的钨锭生坯为φ13.5mm的圆柱状钨锭生坯。

2)低温烧结处理步骤：将钨锭生坯放入氢气气氛的烧结炉中进行低温烧结处理，其中，低温烧结处理的温度为300℃，氢气流量为0.3L/min，低温烧结处理的时间为2h；低温烧结处理后随炉体冷却(即，未通入惰性气体，在空气气氛中冷却)，得到低温烧结处理后的钨锭坯。

3)高温烧结处理步骤：将低温烧结处理后的钨锭坯放入氢气气氛的烧结炉中，进行高温焙烧处理；其中，高温烧结处理的温度为1300℃，高温烧结处理的时间为2h，氢气流量为0.3L/min；高温烧结处理后，随炉体冷却(即，未通入惰性气体，在空气气氛中冷却)，得到钨锭。

对比例2制备的钨锭的微观显微组织如图8所示；很明显可以看出：对比例2制备的钨锭的致密性差。

对比例3

对比例3制备一种钨锭，其制备步骤与实施例1的区别如下：在制备钨锭生坯步骤，制坯原料中的钨粉是将钨粉原料用60目的筛网选粉后得到；在低温烧结处理步骤中，低温烧结处理的温度为300℃，低温烧结处理后，随炉体冷却(即，未通入惰性气体，在空气气氛中冷却)；在高温烧结处理步骤中，高温烧结处理的温度为1300℃，高温烧结处理后，随炉体冷却(即，未通入惰性气体，在空气气氛中冷却)。

其余步骤及参数与实施例1完全一致。

对上述实施例及对比例制备的钨锭进行测试，测试结果如表1所示。

表1

	钨锭的纯度	氧含量	氮含量	密度	致密性
						实施例1	99.9995％	30ppm	5ppm	18.42g/cm<sup>3</sup>	95.19％
实施例2	99.9993％	33ppm	7ppm	18.40g/cm<sup>3</sup>	95.11％
						实施例3	99.9991％	40ppm	8ppm	18.38g/cm<sup>3</sup>	95.02％
对比例1	99.98％	120ppm	18ppm	18.14g/cm<sup>3</sup>	93.77％
						对比例2	99.97％	135ppm	22ppm	17.71g/cm<sup>3</sup>	91.56％
对比例3	99.96％	133ppm	26ppm	17.82g/cm<sup>3</sup>	92.09％

从上述实施例、对比例、表1的数据可以看出：

(1)通过实施例1-3、表1的数据可以看出：本发明实施例工艺的混料均匀，在较高的温度下进行两步烧结处理步骤，可以使O、N等气体元素与氢气发生更完全的反应。此外，低熔点杂质有机物也以气态的方式排出，冷却过程中在惰性气氛下有效地避免氧化反应的发生，显著提高了钨锭的纯度。并且，本发明实施例制备的钨锭具有优异的致密性

(2)通过对比实施例1和对比例3可以看出：采用本发明实施例的混料方式(即，采用两种粒度级的钨粉)、低温烧结处理(温度、烧结处理后的冷却方式)、高温烧结处理(温度、烧结处理后的冷却方式)，可以明显提高钨锭的纯度和致密性，满足高纯钨锭的要求。

(3)由上述对比例1和2制备的钨锭的纯度，以及O、N含量数据可以看出：采用常规的混料方式，低的烧结温度，低的氢气流量，烧结处理时间短，使得O、N等气体元素与氢气不能发生完全反应；此外，低熔点杂质有机物也有所残留，冷却过程中无惰性气氛保护，钨锭中氮、氧含量提高明显。

综上，本发明实施例提出的制备工艺优化了粉末冶金法制备高纯度钨锭的工艺流程，提高了生产效率，本发明的制备工艺有效避免了有机化合物的残留以及杂质的引入，明显降低了钨锭中N、O含量，提高了钨锭的纯度。因此，本发明实施例提出的制备工艺在高纯金属制备领域，具有良好的应用价值及前景。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种钨锭的制备方法，其特征在于，其包括如下步骤：

制备钨锭生坯步骤：将制坯原料制成钨锭生坯；其中，所述制坯原料包括至少两种粒度级的钨粉；

低温烧结处理步骤：在还原性气氛下，对所述钨锭生坯进行低温烧结处理，然后，在惰性气体气氛下冷却，得到低温烧结处理后的钨锭坯；其中，所述低温烧结处理的温度为500-700℃；

高温烧结处理步骤：在还原性气氛下，对所述低温烧结处理后的钨锭坯进行高温烧结处理，然后，在惰性气体气氛下冷却，得到钨锭；其中，所述高温烧结处理的温度为1500-2500℃。

2.根据权利要求1所述的钨锭的制备方法，其特征在于，在所述制备钨锭生坯步骤中：

所述原料包括第一种粒度级的钨粉和第二种粒度级的钨粉；其中，所述第一种粒度级的钨粉、第二种粒度级的钨粉是通过以下方法得到：

对钨粉原料进行过60目筛网处理，其中，将通过60目筛网的钨粉原料作为第二粒度级的钨粉；对未通过60目筛网的钨粉原料进行过30目筛网处理，将通过30目筛网的钨粉原料作为第一粒度级的钨粉。

3.根据权利要求2所述的钨锭的制备方法，其特征在于，所述第一种粒度级的钨粉和第二种粒度级的钨粉的质量比为(1-3)：(2-3)。

4.根据权利要求1-3任一项所述的钨锭的制备方法，其特征在于，所述钨粉的纯度不低于99.90％。

5.根据权利要求1-4任一项所述的钨锭的制备方法，其特征在于，在所述制备钨锭生坯步骤中：

所述制坯原料还包括乙醇和粘结剂；其中，所述乙醇的用量为所述钨粉的质量的0.5-0.8％，所述粘结剂的用量为所述钨粉的质量的0.5-0.8％；

优选的，所述粘结剂选用石蜡；

优选的，所述乙醇的纯度不低于95％。

6.根据权利要求5所述的钨锭的制备方法，其特征在于，所述制备钨锭生坯的步骤，包括：

混料步骤：对包括钨粉、乙醇、粘结剂的制坯原料进行混料处理，得到混合料；

压制步骤：将所述混合料注入模具，然后对所述混合料进行压制处理，得到钨锭生坯。

7.根据权利要求6所述的钨锭的制备方法，其特征在于，

在所述混料步骤中：对包括钨粉、乙醇、粘结剂的制坯原料进行搅拌的速度为150-300rpm；和/或

在所述压制步骤中：所述压制处理的强度为1000-5000MPa；和/或

在所述压制步骤中：所述模具为圆柱状，所述钨锭生坯为圆柱状生坯。

8.根据权利要求1-7任一项所述的钨锭的制备方法，其特征在于，在所述低温烧结处理的步骤中：

所述还原性气氛为氢气气氛，且氢气流量为0.4-4L/min；和/或

所述低温烧结处理的时间为4-6h；和/或

惰性气体的流速为0.4-4L/min。

9.根据权利要求1-8任一项所述的钨锭的制备方法，其特征在于，在所述高温烧结处理的步骤中：

所述还原性气氛为氢气气氛，且氢气流量为0.4-4L/min；和/或

所述高温烧结处理的时间为5-7h；和/或

惰性气体的流速为0.4-4L/min。

10.一种钨锭，其特征在于，所述钨锭的纯度≥99.999％；致密度≥95％；优选的，所述钨锭是由权利要求1-9任一项所述的钨锭的制备方法制备而成。

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