一種含鑭的鎢或鉬復合材料的制造方法

專利名稱：一種含鑭的鎢或鉬復合材料的制造方法
技術領域：
本發明涉及一種復合材料的制造方法。具體的，本發明涉及一種 含鑭的鴒或鉬復合材料的制造方法。
背景技術：
含鑭的鴒合金復合材料主要多為鑭鎢陰極復合材料，它是鎢極惰 性氣體保護焊和等離子技術中的關鍵材料之一。工業上廣泛使用的鎢 電極種類很多，包括釷鎢電極和鈰鎢還有其他多元摻雜稀土鎢電極材 料。其中釷鴒電極材料被認為是目前在電弧等離子發生器中應用最廣 泛、最好的等離子用陰極材料，但由于釷的放射性污染，抗燒損性和
穩定性較差，使其生產和應用受到一定程度的限制；鈰鎢電極在小電 流氬弧焊等方面成功地取代了釷鎢電極，但在交流極性、氣體放電光 源、陰極發射材料方面，存在著反復起弧、可靠性差、燒損率大、壽 命低等缺點。因此進一步的研究結果表明，鑭鎢電極材料由于具有發 射電流大、抗燒蝕性能好，又無污染，除成為替代釷鎢的首選陰極材 料外，還可用于高能熱原子核反應發生器和氫能汽輪機系統，而受到 學術界和工業界的普遍關注。
含鑭的鉬合金復合材料特別適宜制做發熱體和隔熱屏以及其它耐 高溫部件(如電光源中支撐材料)。 一般添加了鑭或者其它稀土元素摻 雜劑的鉬要比純鉬的再結晶溫度高400 ~ 500X:以上，因為可保持高溫 時的強度和塑性。在1650匸時，其高溫強度可保持210 MPa，而純鉬此 時強度約為40MPa,由于稀土元素高溫鉬合金高的再結晶溫度，因而可 保持加工硬化的能力增大也不會因過早出現再結晶而使塑性變差，所 以正是由于這些優良的性能，摻雜稀土元素的鉬材頗引人注目，為此， 目前國內外的許多研究者都在利用難熔金屬摻雜鉬的這種方法來繼續 提高鉬材的再結晶溫度、高溫強度、抗氧化性能和耐磨耐蝕性能。目前制造含鑭的鎢或者鉬復合材料的方法，主要是通過粉末冶金 法制取金屬坯體。傳統混料工藝有兩種， 一是把氧化物以稀土鹽如
La (N03)3的形式以濕法加入氧化鴒粉或氧化鉬粉中，然后在氬氣爐中熱 分解、還原，再過篩形成含鑭的鴿或者鉬的均勻混合粉末；二是在氧 化物粉中以固-固添加適量粒度適宜的La203粉，經兩次還原后，可得 到粒度適宜的含鑭的鎢或者鉬的混合粉；三是直接向鎢粉中添加La203 粉，直接機械混合后獲得含鑭的鎢或者鉬的混合粉。最后經壓制、預 燒、燒結、旋鍛(軋制、拉拔)、矯直、磨光等手段制得各種規格的 復合材料成品。對于第一種制粉工藝，雖然濕法較干法混合的均勻度 有所提高，但硝酸鹽的熱解和還原使顆粒尺寸快速長大，同時產生大 量的一氧化氮氣體污染，而且還需要蒸汽加熱濃縮、干燥等工序，較 浪費能源，生產效率較低。第二種制粉工藝雖可通過延長混粉時間等 來增加混合均勻度，但兩種制粉工藝都需要氫氣爐的兩次還原操作， 從而增加了制備工藝的復雜性，使材料的生產成本增加。第三種制粉 工藝中1^203顆粒容易與空氣中水分結合生成體積更大的氫氧化鑭顆 粒，致使經過壓制成型的坯體會由于內部顆粒體積膨脹而開裂。

發明內容
為了克服現有技術存在問題，本發明提出了一種含鑭的鎢或鉬復 合材料的制造方法。本發明克服了現有技術制備含鑭的鎢或鉬復合材 料工藝中存在的缺陷和不足，提供一種新的制備含鑭的鎢或鉬復合材 料的工藝。
具體的，本發明涉及一種含有鑭的復合材料的制造方法，其中所 述復合材料為含有鎢或鉬的復合材料，該方法包括如下步驟
(1) 混合原料粉末，其中，所述原料粉末包括氫氧化鑭粉末、 以及含鵠或鉬的粉末；
(2) 所述原料粉末成型為坯體；
(3) 將所述坯體燒結，得到所述復合材料。本發明的工藝更為簡便、快捷。采用本發明工藝制備含鑭的鎢或 鉬一元或多元摻雜稀土元素的復合材料成品率高，使用壽命長，節約 成本，且無污染，有廣闊的應用前景。
采用這種工藝制備含鑭的鴒或鉬的復合材料，取代了傳統技術中
采用硝酸鑭制備含鑭混合粉末的方法，消除了因硝酸鹽分解產生N0X 氣體的污染；在氧化物粉中以固-固添加適量粒度適宜的La203粉，其 制粉工藝都需要氫氣爐的兩次還原操作，從而增加了制備工藝的復雜 性，使材料的生產成本增加；直接向鎢粉中添加1^203粉，1^203顆粒 易吸潮使體積增大，致使壓制成型的坯體變形、開裂。而采用此種工 藝制備含鑭的鴒或鉬的復合材料工藝，簡化了生產工藝，降低了成本， 且無污染，有廣闊的應用前景。
具體實施例方式
在本發明中，作為原料粉末的氫氧化鑭粉末可以是市售的氫氧化 鑭粉末，也可以是通過常規的工藝制備得到的氫氧化鑭粉末。在本發 明的一個實施方案中，氫氧化鑭的純度為99質量％以上，優選在99.5 質量％以上，更優選在99. 9質量％以上。
在本發明中，對于含有鎢或鉬的原料粉末沒有限制，只要其能夠 提供鴒或鉬元素并且不引入顯著量的其它不需要的元素即可。在本發 明的一個具體實施方案中，采用鎢或鉬的單質粉末作為原料粉末。在 本發明的另 一個具體實施方案中，鎢或鉬原料粉末純度為 99. 0%-99. 9%，例如可以為99. 5%.
在本發明的一個具體實施方案中，所述復合材料還可以包括一種 或多種鑭以外的稀土元素。例如，所述復合材料還可以包括選自釔(Y) 和鈰(Ce)稀土元素中的一種或多種。在本發明的一個具體實施方案 中，所述復合材料還可以包括鋯(Zr)元素。
在本發明中，對于混合步驟沒有具體的限制，只要其能夠是原料 粉末均勻混合即可。在本發明的一個具體實施方案中，以固-固的方式 采用v型混料機機械混合。在本發明中，對于將所述原料粉末成型為坯體的成型工藝沒有特 別的限定。在本發明的一個具體實施方案中，采用壓制成型。優選的，
壓制成型的成型壓力為120 - 300MPa、優選140 - 220MPa，更優選為 160 - 200MPa。
在本發明中，對于坯體的燒結工藝也沒有具體的限定，只要通過 燒結能夠使壓制得到的坯體成為燒結體。而且，根據本領域技術人員 所熟知的，燒結的具體工藝參數，例如燒結溫度和保溫時間，將會依 坯料的成分和尺寸而變化。而且，本領域即技術人員將能夠根據具體 的情況選擇合適的燒結條件。例如，在本發明的另一個實施方案中， 可以采用中頻爐燒結。具體來講，上述中頻爐燒結方式特別適合用于 得到鴒或鉬的板坯或者棒坯。
在本發明的一個具體實施方案中，如果采用中頻爐燒結含有鎢的 復合材料，燒結溫度可以為2200 - 2500"C,優選為2300 - 2400"C;燒 結的保溫時間可以為4-8小時，優選5-7小時。
在本發明的另一個具體實施方案中，如果采用中頻爐燒結含有鉬 的復合材料，燒結溫度可以為1700 - 2200"C，優選為1800 - 2100匸； 燒結的保溫時間可以為3-6小時，優選4-5小時。
另外，在本發明的一個實施方案中，如果希望得到用來制作電極 鴒或鉬的方條，則還可以采用垂熔燒結。
上述燒結步驟優選在還原性保護氣氛中進行。在本發明的一個實 施方案中，采用氫氣氣氛作為用于燒結的還原性保護氣氛。
在本發明的一個優選實施方案中，在成型之后和燒結之前進行預 燒結步驟。如本領域技術人員所已知的，采用預燒結步驟對于尺寸較 大的坯體將是尤其有利的。在本發明的一個具體實施方案中，所述預 燒結步驟在1000 - 1300*€下進行。在本發明的一個具體實施方案中， 預燒結步驟的保溫時間為1-2小時。
在本發明的一個實施方案中，對于鑭鎢復合材料而言，相對于復 合材料總重量，其鑭含量可以為0. 5-2，5重量％，余量為鎢。如本領 域技術人員所了解的，常見的鑭鎢復合材料一般有以下幾個規格WLalO (含鑭1. 0重量％) 、 WLal5 (含鑭1. 5重量°/。)和WLa20 (含鑭 2. 0重量0y4)。
在本發明的一個實施方案中，對于鑭鉬復合材料而言，相對于復 合材料總重量，其鑭含量可以為0. 2-2. 5重量％，此外還可以包括釔， 例如0. 2-0. 8重量％的釔，余量為鉬。如本領域技術人員所了解的， 常見的鑭鉬復合材料一般有以下幾個規格MoLaO. 3(含鑭0. 3重量％)、 MoLaO. 6 (含鑭0. 6重量％ )，鑭釔鉬MoLa2， OYO. 5 (含鑭2. 0重量％且 含釔0. 5重量％)。
另外，本發明所涉及的技術方案不僅包括上述所有具體的實施方 案，還包括上述所有具體實施方案的任意組合。出于簡明扼要的目的， 雖然在本申請文件中對于這些組合沒有具體記栽，但是應該認為本申 請文件具體記載并公開了上述所有具體實施方案的所有可能的組合， 即，上述所有具體實施方案的所有組合構成本申請的原始公開。
為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合 實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具 體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
實施例1
一種含鑭的鎢復合材料的制造工藝，在本實施例中，所制備的該 鑭鎢復合材料的含鑭量為1.5重量％，余量為鎢。其制備工藝包括以下 步驟
(1) 粉末準備
按能夠得到上述復合材料組成的原料配比取鎢粉和氫氧化鑭粉， 并用v型混料機直接機械混合，混合12小時，制成鑭鎢復合粉。
(2) 成型
將上述復合粉進行等靜壓壓制成型，尺寸為小7(^271mm，壓制壓 力為200MPa。
(3) 燒結
釆用中頻爐燒結工藝，工藝條件如下在氫氣保護下，在2300"C的燒結溫度燒結7h。之后，隨爐冷卻。 實施例2
一種含鑭的鉬復合材料的制造工藝，在本實施例中，所制備的該 鑭鉬材料的含鑭量為0. 6重量％，余量為鉬。其制備工藝包括以下步驟
(1) 粉末準備
按能夠得到上述復合材料組成的原料配比取鉬粉和氫氧化鑭粉， 并用v型混料機直接機械混合，混合12小時，制成鑭鉬復合粉。
(2) 成型
將上述復合粉進行壓制成型為坯體，坯體尺寸為cj) 30*200mm，壓 制壓力160MPa。
(3) 燒結
采用中頻爐燒結工藝，工藝條件如下
在氫氣保護下，在1950匸的燒結溫度下燒結5小時。之后，隨爐 冷卻。
實施例3
一種含鑭的鉬復合材料的制造工藝，在本實施例中，所制備的該 鑭鉬材料的鑭含量為2. 0重量％，釔含量為0. 5重量％，余量為鉬。其 制備工藝包括以下步驟
(1) 粉末準備
按能夠得到上述復合材料組成的原料配比取釔、鎢原料粉末以及 氫氧化鑭粉，用v型混料機直接機械混合，混合12小時，制成復合粉。
(2) 壓型
將上述復合粉進行壓制成型，壓制后尺寸為55*220*235mm，壓制 壓力175MPa。
(3) 燒結
采用中頻爐燒結工藝，工藝條件如下
在氫氣保護下，在1900匸的燒結溫度下燒結4. 5小時，隨爐冷卻。
權利要求
1.含有鑭的復合材料的制造方法，其中所述復合材料為含有鎢或鉬的復合材料，該方法包括如下步驟(1)混合原料粉末，其中，所述原料粉末包括氫氧化鑭粉末、以及含鎢或鉬的粉末；(2)將所述原料粉末成型為坯體；(3)將所述坯體燒結，得到所述復合材料。
2. 根據權利要求1的制造方法，其中所述含有鎢的粉末是鎢粉， 所述含有鉬的粉末是鉬粉。
3. 權利要求2的制造方法，其中所述原料粉末還包含一種或多種 鑭以外的稀土元素粉末。
4. 權利要求3的制造方法，其中，所述鑭以外的稀土元素為選自 釔和鈰中的一種或多種。
5. 權利要求2的制造方法，其中，所述原料粉末還包含鋯元素粉末。
6. 權利要求1-5中任意一項的制造方法，其中，所述原料粉末 包括氫氧化鑭粉末、以及含鎢的粉末，且所述復合材料為含鴿的復合材 料。
7. 權利要求1-5中任意一項的制造方法，其中，所述原料粉末 包括氫氧化鑭粉末、以及含鉬的粉末，且所述復合材料為含鉬的復合材 料。
8. 權利要求1-5中任意一項的制造方法，其中所述成型步驟為 在120 - 300MPa，優選為140 - 220MPa，更優選為160 - 200MPa的壓力 下的壓制成型。
9. 權利要求6的制造方法，其中所述燒結步驟在2200 - 2500t;， 優選為2300 - 2400X:的燒結溫度下進行4 - 8小時。
10. 權利要求7的制造方法，其中所述燒結步驟在1700 - 2200匸， 優選為1800 - 2100匸的燒結溫度下進行3- 6小時。
全文摘要
本發明涉及一種含鑭的鎢或鉬復合材料的制造方法。具體的，本發明涉及含有鑭的復合材料的制造方法，其中所述復合材料為含有鎢或鉬的復合材料，該方法包括如下步驟(1)混合原料粉末，其中，所述原料粉末包含氫氧化鑭粉末、以及含鎢或鉬的粉末；(2)將所述原料粉末成型為坯體；(3)將所述坯體燒結，得到所述復合材料。
文檔編號C22C1/05GK101660066SQ20091009280
公開日2010年3月3日 申請日期2009年9月8日 優先權日2009年9月8日
發明者崢 王, 蘇國軍, 蘇國平, 謝文明 申請人:北京天龍鎢鉬科技有限公司