CN1772936A - 一种离子注入机离子源用钨铼合金杆及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种离子注入机离子源用钨铼合金杆及其制备方法，钨铼合金杆由互锁伸长结构的晶粒组成，晶粒的长宽比值大于10，其成份含量：钨：≥99.1wt.％，铼：0.2％～0.9wt.％，它还含有掺杂剂，由于在钨中加入一定含量的铼，它克服了传统钨杆的缺点，兼具高熔点，高强度，高硬度，高塑性、电阻率高，高的再结晶温度、高的热电势值、低的蒸气压等特点，尤其是低的电子逸出功，将其作为离子源灯丝提高了离子注入机的发射强度。
Description
技术领域
本发明涉及一种离子注入机离子源用钨材料及其制备方法。
背景技术
离子注入技术是近30年来在国际上蓬勃发展和广泛应用的一种材料表面改性高新技术。其基本原理是：用能量为100keV量级的离子束入射到材料中去，离子束与材料中的原子或分子将发生一系列物理的和化学的相互作用，入射离子逐渐损失能量，最后停留在材料中，并引起材料表面成分、结构和性能发生变化，从而优化材料表面性能，或获得某些新的优异性能。作为一种材料表面工程技术，离子注入技术具有以下一些其它常规表面处理技术难以达到的独特优点：(1)它是一种纯净的无公害的表面处理技术；(2)无需热激活，无需在高温环境下进行，因而不会改变工件的外形尺寸和表面光洁度；(3)离子注入层由离子束与基体表面发生一系列物理和化学相互作用而形成的一个新表面层，它与基体之间不存在剥落问题；(4)离子注入后无需再进行机械加工和热处理。
离子注入是在离子注入机上实现的。离子注入机一般由以下几个主要部分组成：(1)离子源，用于产生和引出某种元素的离子束，这是离子注入机的源头；(2)加速器；(3)离子束的质量分析；(4)离子束的约束与控制；(5)靶室；(6)真空系统。
其中离子源是离子注入机的“心脏”，现有的离子注入机所用的灯丝材料一般为纯钨杆、掺杂钨杆、以及添加氧化钍的特种合金钨杆。钨杆表面的电子逸出功较高，不利于发射电子；钍钨杆中因为含钍具有辐射性能让人望而生畏。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种用作离子注入机离子源灯丝的离子注入机离子源用钨铼合金杆及其制备方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种离子注入机离子源用钨铼合金杆，由互锁伸长结构的晶粒组成，晶粒的长宽比值大于10，其成份含量：钨：≥99.1wt.％，铼：0.2％～0.9wt.％，它还含有掺杂剂。
所述的掺杂剂，包括有钾，其钾的含量为60～100PPm。
所述的掺杂剂，包括有硅，其硅的含量为5～10PPm。
所述的掺杂剂，包括有铝，其铝的含量为5～15PPm。
本发明一种离子注入机离子源用钨铼合金杆的制备方法，它包括如下步骤：
a.原料：以浸泡方式在蓝钨中掺杂钾、硅、铝，以高铼酸铵溶液的形式加入铼，经搅拌、蒸发、干燥得到备用粉末；
b.压型：将备用粉末压制成型；
c.预烧结：粉末经压型，在1000～1400℃氢气气氛中预烧结，预烧结时间为0.3～1小时；
d.烧结：经预烧结后的坯条在2600～3000℃温度和氢气保护下高温垂熔烧结，垂熔烧结时间为1～2小时；
e.开坯：将粗的坯条逐渐加工至可以拉拔的尺寸；
f.拉丝：将经过开坯的垂熔条锻轧、拉拔得到掺杂钨铼合金杆。
g.成型：将上述的钨铼合金杆矫直、切割成所需尺寸。
本发明的由有益效果是，由于在钨中加入一定含量的铼，它克服了传统钨杆的缺点，兼具高熔点，高强度，高硬度，高塑性、电阻率高，高的再结晶温度、高的热电势值、低的蒸气压等特点，尤其是低的电子逸出功，将其作为离子源灯丝提高了离子注入机的发射强度。
附图说明：
图1为本发明离子注入机离子源用钨铼合金杆的制备方法的流程图；
图2为本发明实施例一钨铼合金的金相组织图；
图3为本发明实施例二钨铼合金的金相组织图；
图4为本发明实施例三钨铼合金的金相组织图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细说明；但本发明一种离子注入机离子源用钨铼丝的制备方法不局限于实施例。
实施例一，本发明为一种离子注入机离子源用钨铼杆的制备方法，它包括如下步骤，如图1所示：
a原料：以浸泡方式在蓝钨中掺杂钾、硅、铝，以高铼酸铵溶液的形式加入的铼，经搅拌、蒸发、干燥，还原得到钨铼合金粉末；
b.压型：将钨铼合金粉末压制成型；
c.预烧结：粉末经压型，在1000～1100℃氢气中预烧结，预烧结时间为0.5小时；
d.烧结：经预烧结后的坯条在2600～2700℃温度和氢气保护下高温垂熔烧结，垂熔烧结时间为1.2小时；
e.开坯：将粗的坯条逐渐加工至可以拉拔的尺寸；
f.拉丝：将经过开坯的垂熔条锻轧、拉拔得到掺杂钨铼合金杆，其成份及含量：铼：0.3wt.％，钾：60PPm，硅：5PPm，铝：5PPm，余量为钨。
g.成型：将上述的钨铼合金杆矫直、切割成所需尺寸。
经过上述七步工序后，即可得到钨铼合金杆，其晶粒宽度比大于10，抗下垂性为1.2，其高温金相组织如图2所示，将钨铼合金杆制成灯丝，即可用于离子注入机其离子源上。
实施例二，本发明为一种离子注入机离子源用钨铼丝的制备方法，它包括如下步骤：
a原料：以浸泡方式在蓝钨中掺杂钾、硅、铝，以高铼酸铵溶液的形式加入的铼，经搅拌、蒸发、干燥，还原得到钨铼合金粉末；
b.压型：将钨铼合金粉末压制成型；
c.预烧结：粉末经压型，在1200～1100℃氢气中预烧结，预烧结时间为0.8小时；
d.烧结：经预烧结后的坯条在2800～2900℃温度和氢气保护下高温垂熔烧结，垂熔烧结时间为1.5小时；
e.开坯：将粗的坯条逐渐加工至可以拉拔的尺寸；
f.拉丝：将经过开坯的垂熔条锻轧、拉拔得到掺杂钨铼合金杆，其成份及含量：铼：0.6wt.％，钾：80PPm，硅：8PPm，铝：10PPm，余量为钨。
g.成型：将上述的钨铼合金杆矫直、切割成所需尺寸。
经过上述七步工序后，即可得到钨铼合金杆，其晶粒宽度比大于10，抗下垂性为0.8，其高温金相组织如图3所示。
实施例三，本发明为一种离子注入机离子源用钨铼丝的制备方法，它包括如下步骤：
a原料：以浸泡方式在蓝钨中掺杂钾、硅、铝，以高铼酸铵溶液的形式加入的铼，经搅拌、蒸发、干燥，还原得到钨铼合金粉末；
b.压型：将钨铼合金粉末压制成型；
c.预烧结：粉末经压型，在1300～1400℃氢气中预烧结，预烧结时间为0.1小时；
d.烧结：经预烧结后的坯条在2800～2900℃温度和氢气保护下高温垂熔烧结，垂熔烧结时间为1.8小时；
e.开坯：将粗的坯条逐渐加工至可以拉拔的尺寸；
f.拉丝：将经过开坯的垂熔条锻轧、拉拔得到掺杂钨铼合金杆，其成份及含量：铼：0.8wt.％，钾：I00PPm，硅：10PPm，铝：15PPm，余量为钨。
g.成型：将上述的钨铼合金杆矫直、切割成所需尺寸。
经过上述七步工序后，即可得到钨铼合金丝，其晶粒宽度比大于10，抗下垂性为0.6，其高温金相组织如图4所示。
Claims (6)
1.一种离子注入机离子源用钨铼合金杆，由互锁伸长结构的晶粒组成，晶粒的长宽比值大于10，其成份含量：钨：≥99.1wt.％，铼：0.2％～0.9wt.％，它还含有掺杂剂。
2.根据权利要求1所述的一种离子注入机离子源用钨铼合金杆，其特征在于：所述的掺杂剂，包括有钾，其钾的含量为60～100PPm。
3.根据权利要求1所述的一种离子注入机离子源用钨铼合金杆，其特征在于：所述的掺杂剂，包括有硅，其硅的含量为5～10PPm。
4.根据权利要求1所述的一种离子注入机离子源用钨铼合金杆，其特征在于：所述的掺杂剂，包括有铝，其铝的含量为5～15PPm。
5.一种离子注入机离子源用钨铼合金杆的制备方法，它包括如下步骤：
a.原料：以浸泡方式在蓝钨中掺杂钾、硅、铝，以高铼酸铵溶液的形式加入铼，经搅拌、蒸发、干燥得到备用粉末；
b.压型：将备用粉末压制成型；
c.预烧结：粉末经压型，在1000～1400℃氢气气氛中预烧结，预烧结时间为0.3～1小时；
d.烧结：经预烧结后的坯条在2600～3000℃温度和氢气保护下高温垂熔烧结，垂熔烧结时间为1～2小时；
e.开坯：将粗的坯条逐渐加工至可以拉拔的尺寸；
f.拉丝：将经过开坯的垂熔条锻轧、拉拔得到掺杂钨铼合金杆。
g.成型：将上述的钨铼合金杆矫直、切割成所需尺寸。
6.根据权利要求5所述的一种离子注入机离子源用钨铼合金杆的制备方法，其特征在于：所述的钨为蓝钨。
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