[发明专利]一种WRe/TZM复合材料的制备方法

说明书

本发明提供了一种使用放电等离子烧结来制备WRe/TZM复合材料的方法，其中，在放电等离子烧结之前使WRe合金粉末形成固溶体。本发明制备方法得到的CT机阳极靶材用WRe/TZM复合材料具有致密度高、结合强度与硬度高、界面扩散均匀、散热性能好、抗热冲击性好等优点。

技术领域

本发明涉及一种WRe/TZM复合材料的制备方法，更具体而言涉及一种使用放电等离子烧结来制备WRe/TZM复合材料的方法。该WRe/TZM复合材料具有相对密度高、结合强度与硬度高、界面扩散均匀、散热性能和抗热冲击性好等优点。

背景技术

钨铼(WRe)合金是由钨和铼元素所组成的合金。金属钨具有熔点高、高温性能优异等优点，并且原子序数高，在高能电子束的轰击下能激发强的X射线。然而，纯钨作为靶材存在如下缺点：存在切口敏感效应，裂纹容易进一步扩展和加深，进而造成靶材失效。金属铼不存在塑脆转变温度，并且金属铼的再结晶温度高于钨。因此，钨铼合金中的铼可显著降低钨的塑脆转变温度，并能够在高温区域提高钨的力学性能，抑制裂纹扩展，因此钨铼合金为CT机旋转阳极靶常用靶面材料。

TZM(钛锆钼)合金具有高熔点、高强度、高弹性模量、小的线膨胀系数、较低的蒸气压、良好的导电导热性、优异的抗蚀性以及良好的高温力学性能等，从而广泛应用于很多领域，如火箭喷嘴、喷管喉衬、鱼雷发动机中的配气阀体、燃气管道、CT机X射线管阳极靶材基体等。WRe/TZM复合材料因W与Mo能形成W/Mo固溶体的特性，连接在一起时接头性能良好，因此综合了WRe合金与TZM合金的优点。

CT设备的扫描部分主要包括X射线管、探测器和扫描架。X射线管是CT机的核心器件之一，而其中，X射线管中旋转的阳极靶在遭受高能电子束轰击时产生X射线，为易损件，需要定期更换。据统计，50％以上的X射线管的损坏均是由阳极靶的失效引起的，这是由于X射线管工作过程中约99％以上的能量转变为热能，仅1％能量转化为X射线，阳极的局部温度甚至可达到2600℃。因此对于X射线管的靶面材料不仅要求其具有产生高质量X射线的能力，还必须同时要求其具有耐高温、能承受较大的热冲击且散热性能良好的特点。因此阳极靶材通常选择WRe合金为靶面材料、TZM合金和石墨作为基体支撑材料。

旋转阳极靶材的制备方法有粉末冶金法、化学气相沉积法、热压焊接法等，其中粉末冶金方法最为简便，多采用热等静压或热压烧结制备双层WRe/TZM复合材料，但由于两者熔点相差大，致密度难以达到要求。目前，多数旋转阳极靶材的制备需经过粉末预压、高温烧结(1800℃～2200℃)、热锻处理、退火等工序。工艺复杂且成本较高。

CN109065425A公开了一种CT球管的阳极靶盘及其制备方法。其中，用钨粉、碳化铪粉、碳化钽粉、稀土氧化物Y₂O₃粉和铼粉配置靶盘靶面材料，需要1950至1980℃的高温烧结。

CN109590476A公开了一种一步法制备高致密度WRe/TZM梯度复合材料的方法。其中，在该方法中需要设置梯度模具，且在烧结过程中需要设置温度梯度，使得烧结过程复杂，仍存在烧结温度较高的问题。

因此，亟待开发一种用于制备适用于旋转阳极靶材的高致密度WRe/TZM复合材料的简单、有效的方法。

发明内容

技术问题

为克服现有技术中的制造方法所存在的缺点，本发明提供了一种使用放电等离子烧结(SPS)技术来制备高致密度WRe/TZM复合材料的方法。

技术方案

本发明经过大量的实验发现：在使用SPS烧结之前，通过采用高能球磨方式，使WRe合金粉末形成W-Re固溶体，细化粉末，增大粉末烧结活性，从而能够显著降低WRe合金粉末烧结温度，并且使所得的复合材料具有高的致密度。

本发明提供了一种使用放电等离子烧结(SPS)来制备WRe/TZM复合材料的方法，其中，在放电等离子烧结之前使WRe合金粉末形成固溶体。