[发明专利]低温一次烧结高密度超细晶粒纯钨材料的制备方法

摘要

本发明提供了一种低温一次烧结高密度超细晶粒纯钨材料和制品的制备方法。采用高温350－400℃，高压5－6.5MPa，超音速喷雾热转换法，先将钨酸铵水溶液，制成纳米级平均粒径≤40nm的WO₃粉，反复还原—氧化—还原制成纳米级多孔兰钨粉。然后在兰钨粉中加入糠醛－酚醛－丙醇溶液，通过双螺旋式搅拌混料机搅拌混合，将兰钨颗粒包覆一层糠醛有机薄膜，在回转管式连续沸腾炉中，将兰钨粉末还原成平均粒径≤70nm的钨粉，在干式高速层间剪切机中将纳米钨粉高能剪切活化。用高压软模成形、制成钨粉压坯，在钼丝炉中低温一次烧结后可制成相对密度为95～96％，超细晶粒的纯钨材料，平均钨晶粒≤8～12μm。

主权项

1、一种低温一次烧结高密度超细晶粒纯钨材料的制备方法，其特征在于具体工艺：a、高温高压超音速喷雾热转换法制备纳米WO3粉：采用高浓度钨酸铵溶液，其WO3含量350～370g/升，用超音速喷雾热转换法，在空气喷气压力5～6.5MPa，喷气速度664～830m/s，喷嘴喷射角度α＝50，焦距F＝11.5mm热风温度400℃下，逆流送热风，液流输送速度400ml/分，将高浓度钨酸铵溶液制成纳米级WO3粉末，平均粒径≤40nm；b、反复还原—氧化—还原制备粒度更细的兰钨粉末：用H2在420～500℃温度，45～60分，在管式还原炉内将WO3还原成兰钨粉末，其反应式为，然后在空气中550～650℃，20～35分将兰钨粉末氧化成三氧化钨粉，其反应式：，然后再用H2在420～500℃，45～60分，管式还原炉内将WO3还原成兰钨粉末，反应式仍为；还原—氧化—还原三个工序构成一个循环过程，需进行三个循环；最终还原到兰钨粉，这一过程可将平均粒径为40nm的WO3粉，还原成平均粒径≤25nm的兰钨粉；c、兰钨颗粒表面包覆糠醛醇凝胶薄膜：在兰钨粉末中，按兰钨∶糠醛醇溶液＝100∶5质量比，加入糠醛醇溶液，在双螺旋式搅拌混料机中混合40～60分，70～80℃真空干燥制成兰钨包覆颗粒，糠醛醇液的制备，是按糠醛∶酚醛∶丙醇＝2∶1∶10摩尔比在70～80℃下搅拌混合，溶解制成；d、回转管式连续沸腾还原炉制备纳米钨粉：用回转管式连续沸腾还原炉制备纳米钨粉时，将制备的兰钨粉，按连续沸腾炉管有效截面进料量0.15～0.2克/cm2.分，在740～760℃，H2∶N2＝3∶2流量比，混合气总截面流量80～100ml/cm2.分，将兰钨粉末连续还原成平均粒径≤70nm的钨粉，冷却出炉后立即喷入丙酮——油酸防止自然，或在充Ar、N2密封罐中缓慢纯化处理；e、干式高速层间剪切破碎机中高能剪切活化钨粉：将制备的纳米钨粉在干式高速层间剪切机中10000～20000转/分用氩气流循环保护，按60～80分/1kg将纳米钨粉进行剪切活化后，冷却出料，立即喷入丙酮——油酸液体或用密封罐充Ar、N2存储；f、高压软模成形制备纳米钨粉坯：将制备的活化纳米钨粉，在高压软模中，以聚氨脂软塑料为传力介质，350～450MPa压强下将纳米钨粉，压制成相对密度为49～52％的纯钨压坯，随后将钨压坯进行机械加工；在软模压制时，最高压强可达800Mpa；g、钼丝炉中一次烧结超细晶粒纯钨材料：将制成的纳米钨粉压坯，在钼丝炉中，1500～1550℃H2气氛下45～60分，一次烧结，冷却出炉后，制成相对密度为95～96％，平均钨晶粒8～12μm的纯钨材料。