[发明专利]一种层状纤维増韧钨基复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种层状纤维增韧钨基复合材料及其制备方法，包括相互交替层叠的基体层和增韧层，所述基体层包括钨层；所述增韧层包括钛箔和钨纤维网；按照本发明提供的技术方案制备的层状纤维增韧钨基复合材料，与纯钨相比，其韧性能提高60％～80％；本发明中的层状纤维增韧钨基复合材料对聚变堆装置中的第一壁结构具有重要的实用意义。

技术领域

本发明涉及复合材料制备技术领域，具体涉及一种层状纤维増韧钨基复合材料及其制备方法。

背景技术

钨及其合金由于具有高熔点、高硬度、高导热率、低溅射腐蚀速率、高自溅射阀值以及低蒸气压和抗腐蚀性等优异性能，被广泛应用于航天航空、能源电力、微电子、生物医药、机械加工、医疗器械、照明、玻纤、国防建设等领域。特别是在高温能源设备领域，如核聚变发生装置中的第一壁材料，反应堆分流器、加速器的束流收集器和磁流体(MHD)，以及对高温性能有一定要求的坩埚材料。

钨(W)及其合金所典型应用的场所，如航空火箭，机械加工设备刀具，高温压力容器，核聚变堆，都对材料的综合机械性能有着非常高的要求。然而其韧脆转变温度(Ductile-to-Brittle Transition Temperature，DBTT)较高，高达400℃左右；再结晶温度低，1200℃左右；钨的低温脆性和再结晶脆性比较明显，具有该性能缺陷的钨材料无法在工程中得到进一步应用。

鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。

发明内容

为解决上述技术缺陷，本发明采用的技术方案在于，提供一种层状纤维増韧钨基复合材料，包括相互交替层叠的基体层和增韧层，所述基体层包括钨层；所述増韧层包括钛箔和钨纤维网。

较佳的，所述钨层的厚度为100μm～300μm；所述钛箔的厚度为50μm～80μm；所述钨纤维网的丝径为30μm～100μm，孔径为100μm～600μm。

较佳的，所述钨层厚度为100μm～150μm，所述钛箔厚度为50μm且所述钨纤维网的丝径为50μm、孔径为600μm。

较佳的，一种所述层状纤维増韧钨基复合材料的制备方法，包括步骤：

S1：将钨粉在惰性气体保护下进行高能球磨处理；

S2：对所述钨纤维网和所述钛箔进行表面处理；

S3：将所述步骤S1中高能球磨处理后的所述钨粉与所述钨纤维网、所述钛箔交替层叠地装入模具中以获得待烧结体，所述钛箔材置于所述钨纤维网的上下两侧；

S4：在真空条件下对所述待烧结体进行放电等离子烧结，烧结过程分为三个阶段，每个阶段温度逐渐升高，压力保持不变。

较佳的，在所述步骤S1中，将所述钨粉在惰性气体保护下进行高能球磨，先进行干磨，时间为3h～15h，然后加入无水乙醇进行湿磨，时间为3h～8h。

较佳的，所述高能球磨的球料比是8∶1～20∶1，球磨罐转速为200r/min～400r/min。

较佳的，在所述步骤S4中，所述烧结过程包括三个阶段：

第一阶段在600℃～700℃、压力8KN～12KN条件下保温4min～6min；

第二阶段在1200℃～1400℃、压力8KN～12KN条件下保温15min～20min；

第三阶段在1600℃～1800℃、压力8KN～12KN条件下保温2min～4min。

较佳的，在所述步骤S4中，放电等离子烧结的升温速度为50℃/min～100℃/min。