一种制备大尺寸钨纤维增韧钨Wf/W复合材料的方法技术

本发明专利技术公开了一种制备大尺寸钨纤维增韧钨Wf/W复合材料的方法，采用滚筒式混粉机对钨粉与钨纤维进行混合，然后结合SPS烧结技术进行致密化，通过控制混料工艺参数和SPS烧结工艺参数，同时借助电流引导介质的配合作用，实现调控Wf/W复合材料样品内孔隙度和孔隙分布，以实现增韧效果最佳化。通过上述方式，本发明专利技术能够有效地改善钨材料的脆性行为，实现钨材料有效增韧，突破Wf/W复合材料大尺寸制备技术，实现可工程应用。实现可工程应用。实现可工程应用。

【技术实现步骤摘要】
一种制备大尺寸钨纤维增韧钨Wf/W复合材料的方法


[0001]本专利技术涉及钨基复合材料制备及其性能改善的领域，特别是涉及一种制备大尺寸钨纤维增韧钨Wf/W复合材料的方法。

技术介绍

[0002]当今社会，人类的能源需求日益增多，开发和利用安全、无污染的新型能源成为人类的聚焦点。核聚变能具有无任何核废料、无长期放射性，且绿色、有高能量密度等特点受到了广泛关注。
[0003]核聚变装置用面向等离子体的材料(PFMs)，承受着聚变反应产生的高能粒子轰击，这是实现可控核聚变关键性挑战之一。作为第一壁用钨具有本征脆性特点，在聚变工况下面临开裂失效的挑战，改善W的脆性行为，成为研究的热点。另外，第一壁钨材料用在未来核聚变装置中，对其尺寸也有一定的要求，而高熔点W材料大尺寸制备，也成为W材料工程应用的另一挑战。因此，改善W材料的韧性以及实现其大尺寸制备，是一项亟需突破的技术。

技术实现思路

[0004]本专利技术主要解决的技术问题是提供一种制备大尺寸钨纤维增韧钨Wf/W复合材料的方法，能够明显改善钨材料在高温下表现出的脆性行为，实现钨材料有效增韧，并突破Wf/W复合材料大尺寸制备技术，实现工程应用。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：提供一种制备大尺寸钨纤维增韧钨Wf/W复合材料的方法，采用滚筒式混料机对钨粉与钨纤维进行混合，然后结合SPS烧结技术进行致密化，通过控制混料工艺参数和SPS烧结工艺参数，实现调控Wf/W复合材料大样品组织内孔隙度和孔隙分布。
[0006]本专利技术的有益效果是：本专利技术在电等离子烧结技术的基础上引入电流引导介质，可实现高效率、低成本制备样品材料，并有效克服热压烧结、热等静压烧结、固相反应法等传统烧结方法难以合成大尺寸样品的突出缺点，即使传统方法可通过用一定工艺方法将尺寸做大，但仍无法满足致密度的要求而无法满足实际应用需要，而本方法制备的大尺寸样品可直接实现工程大量应用。
[0007]本专利技术所采用的方法涉及电流引导介质的使用，同时通过控制制备工艺，可借助电极的位移变化曲线实现自主设计与调控材料组织，调整Wf/W复合材料孔隙率及孔隙分布，实现复合材料具备较高的强韧性能。
附图说明
[0008]图1是本专利技术一种制备大尺寸钨纤维增韧钨Wf/W复合材料的方法烧结原理示意图；
[0009]图2是一种制备大尺寸钨纤维增韧钨Wf/W复合材料的方法制备的合金样品外形尺寸图；
[0010]图3是一种制备大尺寸钨纤维增韧钨Wf/W复合材料的方法制备的合金样品微观组织图。
具体实施方式
[0011]下面结合附图对本专利技术的较佳实施例进行详细阐述，以使本专利技术的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本专利技术的保护范围做出更为清楚明确的界定。
[0012]请参阅图1和图2，本专利技术实施例包括：
[0013]一种制备大尺寸钨纤维增韧钨(Wf/W)复合材料的方法，本专利技术可实现在特定温度和压力下制备大尺寸钨和钨纤维复合材料样品，是采用电火花等离子烧结技术，所用设备是大型SPS，通过这种方法合成钨和钨纤维复合材料，增强了材料的韧性，并且能够把样品尺寸做大。通过在阴模和粉末之间铺垫电流引导介质，使腔体形成电流环绕层，促使电流通过上压头
‑
样品
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下压头，整个腔体内部实现电流作用；同时使热量集中在压头上，实现对压头进行加热作用，热量通过压头传到粉末，把热量集中在粉末，对粉末进行烧结；其中电流引导介质可选用钨箔与喷有BN的石墨纸；在考虑石墨模具、钨和钨纤维复合材料样品以及电极结构的体积随温度升高而出现膨胀的基础上，可根据电极的位移变化曲线，精确判断样品的致密收缩度，根据样品的实际致密化收缩情况，实现对样品孔隙精确调控，调控精度为
±
1％；由图3可知，本专利技术所制备的样品孔隙尺寸一致，且分布均匀。
[0014]本专利技术制备大尺寸钨和钨纤维复合材料样品，其中W代表钨元素，Wf代表钨纤维，其组分按质量百分比构成如下：
[0015]W:60wt％，Wf:40wt％，其尺寸为：105mm*30mm，质量为：4500g。
[0016]本专利技术采用的是放电等离子体烧结技术，通过将粉末进行混合，然后烧结的工艺利用大型SPS设备在特定温度和压力下制备具有较高韧性和较大尺寸的钨和钨纤维样品。具体包括如下步骤：
[0017]1)取一定质量的钨粉和钨纤维(W:60wt％，Wf:40wt％)，采用滚筒式混料机混合球磨24小时；
[0018]2)将混合球磨后的粉体装入石墨模具，阴模内部垫钨箔和喷过BN的石墨纸，粉末和压头之间用碳纸和钨箔隔开；
[0019]3)用大SPS设备对模具中的粉末进行烧结：烧结温度为1500℃，施加的压力为30MPa。
[0020]以上所述仅为本专利技术的实施例，并非因此限制本专利技术的专利范围，凡是利用本专利技术说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的
，均同理包括在本专利技术的专利保护范围内。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备大尺寸钨纤维增韧钨Wf/W复合材料的方法，其特征在于，包括：滚筒式混粉机将W粉与W纤维进行混合；SPS技术将混合粉进行致密化；通过控制混料工艺参数和SPS烧结工艺参数，利用电流引导介质的配合作用，实现调控大尺寸Wf/W复合材料样品微观组织孔隙度和孔隙分布。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1：在Ar保护气氛下，按一定的质量配比称取纯度均为99.5％的钨粉和钨纤维，连同球磨介质置于滚筒式混料机上混合，通过调控混料时间，获得钨和钨纤维的混合体；步骤2：将步骤1获得的混合体装填在铺垫有电流引导介质的石墨模...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴玉程，朱慧娟，谭晓月，陈昱溟，罗来马，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：