【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及粉末冶金制备，具体涉及兼具高强高导热性能的烧结钨基材料及其制备方法、应用。
技术介绍
1、钨具有很好的导热能力与高温性能，且具备低物理溅射率、低氚滞留与低中子活化等特性，在航空航天、电子封装、军事装备、核能等工程领域有巨大的应用潜力。目前w材料的高温结构稳定性与性能优化是人们关注的重点。
2、合金化是改善w材料性能的重要手段。但合金化元素的加入也会引起材料导热性能劣化。因此，为获取兼具高热导率和良好强度的钨材料，人们面临既要实现强化效果，又避免w材料导热性能劣化的困境。
3、根据材料强化的主导机制不同，合金化添加物大体可分为固溶型和弥散强化型两大类。其中，固溶型添加元素有强化合金、改善材料高温与加工性能的效果；而弥散强化型添加物（一般为氧化物、碳化物或氮化物粒子）则在提高合金强度方面效果明显。现有结果表明：添加物只有达到一定的添加量（0.1wt.%以上）才能产生强化材料的效果。据此，人们一直认为常规微合金化难以实现w材料强化，因而有关w的痕/微量合金化添加研究极少。目前只有制备wk合金时利用了合金化元素微/痕量掺杂技术，但其目的仅是为了获取k泡增强体，而将掺杂载体中的al、si、o等其它元素视作有害杂质，通过高温（2100℃以上）氢气烧结，将它们尽可能的挥发、去除。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供兼具高强高导热性能的烧结钨基材料，该材料中掺杂有微/痕量的al、si、o与k元素，通过al、si、o与k元素与w协同、耦合作用形成的高强、
2、此外，本专利技术还提供上述烧结钨基材料及其制备方法和应用。
3、本专利技术通过下述技术方案实现：
4、兼具高强高导热性能的烧结钨基材料，其特征在于，以aks-w粉和纯w粉为原料配制目标合金，将合金依次进行球磨、粉体筛分和真空热压烧结制备，所述烧结钨基材料中含有al、si、o与k元素，且分布着细小的k泡。
5、本专利技术所述aks-w粉和纯w粉均为市售产品；细小的k泡具体是指尺寸小于0.1 μm的k泡。
6、其中，aks-w粉中含有微/痕量的al、si、o与k元素，通过对真空热压烧结工艺的控制，使al、si、o与k元素保留下来，即本专利技术制备的烧结钨基材料中掺杂有微/痕量的al、si、o元素，通过al、si、o与k元素与w协同、耦合作用形成的高强、高热导w材料。
7、本专利技术制备的烧结钨基材料打破了以下惯有思维，克服了技术偏见：
8、1）、合金化元素添加量低于0.1wt.%时无法实现w材料有效强化，本专利技术中的合金化元素（al、si、o与k元素）为微/痕量，也能实现对w材料的强化作用。
9、2）、al、si、o一直被视为有害杂质，会导致w材料性能劣化，本专利技术通过添加微/痕量的合金化元素（al、si、o与k元素），使制备的烧结钨基材料的其热导率为(160-168) w/m·k，即其导热性能接近纯w，且强度大大增加，维氏硬度为450~500；室温的抗弯强度超过了1.7gpa。
10、进一步地，烧结钨基材料的晶粒大小为2~5mm；k泡为亚微米尺寸。
11、进一步地，目标合金中aks-w粉的质量占比为（40~80）wt.%。
12、进一步地，aks-w粉和纯w粉的粒径相当；aks-w粉和纯w粉的粒径均为2.5-3.5mm。
13、进一步地，aks-w粉中al、si、o与k元素的名义浓度均为ppm。
14、进一步地，所述烧结钨基材料的维氏硬度为450~500 hv，其热导率为(160-168)w/m·k，室温的抗弯强度大于1.7gpa。
15、一种烧结钨基材料的制备方法，包括以下步骤：
16、s1、将aks-w粉和纯w粉按比例混合配制目标合金；
17、s2、将步骤s1获得的目标合金进行球磨处理，获得初始粉体；
18、s3、将步骤s2获得的初始粉体进行筛分处理，获得最终粉体；
19、s4、将步骤s3获得最终粉体进行真空热压烧结，获得烧结钨基材料。
20、进一步地，步骤s3中，将初始粉体放入到附带有50目、100目和200目筛网的筛分仪中进行筛分处理，筛网按50目、100目和200目自上而下放置。
21、进一步地，真空热压烧结的过程包括两个阶段：
22、第一阶段烧结温度为1100~1200℃，烧结压强为70mpa，保温时长为60 min；第二阶段的烧结温度为1650℃~1750℃，烧结压强为70mpa，保温时长60~120 min。
23、本专利技术通过对真空热压烧结的烧结过程进行控制，使制备的烧结钨基材料保留了al、si、o元素，不同于现有常规技术中，通过对真空热压烧结的烧结过程进行控制，使被认为为有害元素的al、si、o挥发掉。
24、一种烧结钨基材料在制备导热产品中的应用，导热产品包括聚变堆用材料，以及在航空航天、电子封装、军事装备、核能等工程领域中需要兼具高强高导热性能的材料。
25、本专利技术与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
26、本专利技术利用aks-w粉体作为纯w粉添加物载体，实现了微/痕量合金化元素的均匀添加与分布，最终达到了微/痕量添加的合金化元素的综合协同强化效用；ppm量级含量的al、si、o和k合金化元素一起，在w基体中耦合作用，实现了显著的w材料强化效果；合金化元素的微/痕量添加不仅实现了w材料的显著强化，同时也让w材料保持了近纯w的优良导热性能，这为研制兼备优良导热性能的高强w材料提供了新途径。
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1.兼具高强高导热性能的烧结钨基材料，其特征在于，以AKS-W粉和纯W粉为原料配制目标合金，将合金依次进行球磨、粉体筛分和真空热压烧结制备，所述烧结钨基材料中含有Al、Si、O与K元素，且分布着K泡。
2.根据权利要求1所述的兼具高强高导热性能的烧结钨基材料，其特征在于，所述烧结钨基材料的晶粒大小为2~5mm；K泡为亚微米尺寸。
3.根据权利要求1所述的兼具高强高导热性能的烧结钨基材料，其特征在于，所述目标合金中AKS-W粉的质量占比为（40~80）wt.%。
4.根据权利要求1所述的兼具高强高导热性能的烧结钨基材料，其特征在于，所述AKS-W粉和纯W粉的粒径均为2.5-3.5mm。
5.根据权利要求1所述的兼具高强高导热性能的烧结钨基材料，其特征在于，所述AKS-W粉中Al、Si、O与K元素的名义浓度均为ppm。
6.根据权利要求1-5任一项所述的兼具高强高导热性能的烧结钨基材料，其特征在于，所述烧结钨基材料的维氏硬度为450~500 HV，其热导率为(160-168) W/m·K，室温的抗弯强度大于1.7GPa。p>
7.如权利要求1-6任一项所述的烧结钨基材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中，将初始粉体放入到附带有50目、100目和200目筛网的筛分仪中进行筛分处理，筛网按50目、100目和200目自上而下放置。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤S4中，真空热压烧结的过程包括两个阶段：
10.如权利要求1-6任一项所述的烧结钨基材料在制备导热产品中的应用。
...【技术特征摘要】
1.兼具高强高导热性能的烧结钨基材料，其特征在于，以aks-w粉和纯w粉为原料配制目标合金，将合金依次进行球磨、粉体筛分和真空热压烧结制备，所述烧结钨基材料中含有al、si、o与k元素，且分布着k泡。
2.根据权利要求1所述的兼具高强高导热性能的烧结钨基材料，其特征在于，所述烧结钨基材料的晶粒大小为2~5mm；k泡为亚微米尺寸。
3.根据权利要求1所述的兼具高强高导热性能的烧结钨基材料，其特征在于，所述目标合金中aks-w粉的质量占比为（40~80）wt.%。
4.根据权利要求1所述的兼具高强高导热性能的烧结钨基材料，其特征在于，所述aks-w粉和纯w粉的粒径均为2.5-3.5mm。
5.根据权利要求1所述的兼具高强高导热性能的烧结钨基材料，其特征在于，所述aks-w粉中al、...
【专利技术属性】
技术研发人员：王建豹，练友运，封范，刘翔，金羽中，
申请(专利权)人：核工业西南物理研究院，
类型：发明
国别省市：
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