【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于粉末冶金，具体涉及一种细晶粒氧化物掺杂钨基材料的制备方法。
技术介绍
1、钨具有高熔点、高硬度、高导热率、低溅射率、良好的高温强度、较低的热膨胀系数等特点，因此在国防军工、核工业及高温领域具有广泛的应用。为进一步提高材料的强度并细化晶粒，通常采用掺杂的方法，使掺杂物颗粒分布于晶界上。这样可以阻止晶粒的长大，从而实现晶粒的细化，并阻止晶界的滑移，提高高温强度，从而显著提高材料的高温性能。
2、通常，掺杂物采用金属氧化物(la2o3、ce2o3等)或碳化物(zrc、hfc等)。一方面，氧化物掺杂具有相化学性质稳定的特点，但其掺杂方式较为复杂。例如，专利cn109457159a提出了一种利用稀土盐类和聚合物通过液相化学法制备粉末前驱体的方法；另一篇专利cn110560700b介绍了一种以偏钨酸铵、稀土硝酸盐、燃料和硝酸铵为原料，采用低温溶液燃烧合成法制备氧化物复合粉末前驱体的方法。另一方面，碳化物掺杂相在高温下不稳定，在特定气氛下可能会转化为其他成分(如氧化物等)。在工作过程中，这种转化现象可能会影响材料的性能。并且这些方法都涉及复杂的配方和工艺流程，有些甚至无法进行大规模的工业化生产。
3、现如今，为制备化学性质稳定、掺杂方式简单、可大规模生产的高密度细晶粒氧化物掺杂钨材料，需提出一种新的思路和工艺。
技术实现思路
1、本专利技术所解决的技术问题在于避免了盐类掺杂的复杂配方与工艺，提供了一种细晶粒氧化物掺杂钨基材料的制备方法。本专利技术采用碳化物粉
2、本专利技术是通过以下技术方案解决上述技术问题的。
3、本专利技术提供一种氧化物掺杂钨的制备方法，其包括以下步骤：
4、s1.将钨粉和碳化物纳米粉混合、湿磨、烘干、过筛得到烘干粉末料；
5、s2.将烘干粉末料压制成型得到压坯；
6、s3.将压坯在氢气中进行烧结得到细晶粒氧化物掺杂钨基材料；
7、所述碳化物纳米粉包括zrc纳米粉、tic纳米粉和hfc纳米粉中的一种。
8、s1中，所述钨粉的纯度为99.95％。
9、s1中，所述钨粉的粒径0.1～1.0μm，较佳地为0.1～0.6μm，例如0.1μm。
10、s1中，所述碳化物纳米粉的粒径20～100nm，较佳地为20～50nm，例如50nm。
11、s1中，所述细晶粒氧化物掺杂钨基材料中所述氧化物占所述钨基材料的质量百分数为0.5～2.0％；此处应根据氧化物占钨粉的质量换算得到所需碳化物纳米粉的质量。
12、s1中，所述氧化物包括氧化锆、氧化钛或氧化铪中的一种；氧化物由其对应的碳化物纳米粉氧化得到。
13、本专利技术中，碳化物纳米粉氧化的氧化剂来源于烘干粉末料中钨粉吸附的氧气，烘干粉末料的粒径越细其含氧量越高；碳化物中金属元素和碳元素因其具有更高的化学活性，因此在高温下会与烘干粉末料中钨粉间隙中的氧分别生成金属氧化物和二氧化碳。
14、s1中，所述湿磨为本领域常规的湿磨的方式，较佳的方式为将湿磨介质和硬质合金球置于球磨机内进行混合研磨。
15、s1中，所述湿磨介质为无水乙醇。
16、s1中，所述湿磨介质与钨粉的体积质量比为220～350ml/kg；其中，钨粉粒径变粗则酒精用量可减少。
17、s1中，所述湿磨的罐体为硬质合金材料；所述罐体的外壳为钢质，所述罐体的内衬硬质合金板。
18、s1中，所述硬质合金球和钨粉的质量比2:1～8:1，较佳地为3:1。
19、s1中，所述湿磨的速度为60r/min。
20、s1中，所述湿磨的时间为12～24h，例如24h；其中，湿磨的目的是获得掺杂物颗粒分布细小、均匀。
21、s1中，所述烘干的温度为50～72℃，较佳地为60～70℃，例如65℃。
22、s1中，所述烘干的时间为12～24h；烘干至恒重。
23、s1中，所述过筛的操作为过60目筛两次。
24、s2中，所述压制成型的方式为冷等静压。
25、s2中，所述压制成型采用橡胶软模加外套钢模；其中，外套钢模起定型的作用。
26、s2中，所述压制成型的压力为160～240mpa，较佳地为180～220mpa，例如200mpa。
27、s2中，所述压制成型的保压时间为5～10min，较佳地为10min。
28、s3中，所述烧结在高纯度氢气氛围中；所述氢气的流量为5～20m3/h；其中，氢气做为保护气体，在隔绝空气、保护钨不被氧化的同时，还能显著降低粉末中的氧含量；而流通的氢气则能及时带走生成的水汽、以及从坯料中挥发出来的各种低熔点杂质，这些都有助于形成致密的晶体结构和均匀的晶粒尺寸分布，因此影响材料的烧结过程和微观结构。
29、s3中，所述烧结的升温速度为2～10℃/min。
30、s3中，所述烧结包括升温过程和高温烧结。
31、s3中，所述升温过程包括四个升温程序，在每个温度平台保温1～3h；其中，采用多个温度平台保温的方式是为了有充分的时间来确保排杂、降氧、以及促进碳化物纳米粉的转化。
32、进一步地，所述升温过程分别升温至390～420℃、720～760℃、1000～1200℃、1520～1580℃，分别保温1～2h；较佳地为升温至400℃、750℃、1150℃、1550℃，分别保温2h。
33、s3中，所述高温烧结的温度为1900～2100℃，时间为0.5～1.5h；其中，采用较低的烧结温度和短保温时间，可防止晶粒长粗，确保材料所需的细晶要求。
34、本专利技术中，所述氧化物掺杂钨基材料的碳含量为5～10ppm，相对密度(以zro2计算理论密度)大于98％，晶粒平均粒径在1～5μm范围内。
35、本专利技术的积极进步效果在于：
36、1.本专利技术避免了盐类掺杂的复杂配方与工艺，经多段烧结工艺过程将碳化物转化为氧化物，避免了成品中碳化物的不稳定因素；另一方面在保证材料充分收缩、获取所需要密度的前提下，抑制晶粒长粗，得到细晶制品。
37、2.氧化物掺杂钨基材料的密度高、晶粒细，氧化物掺杂钨基材料中碳含量仅为5～10ppm，密度为18.73～18.95g/cm3，相对密度(以zro2计算理论密度)约98.4～98.5％，晶粒平均粒径约1～5μm。
38、3.本专利技术掺杂方式及生产流程简单，可工业化大规模生产。
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1.一种细晶粒氧化物掺杂钨基材料的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的细晶粒氧化物掺杂钨基材料的制备方法，其特征在于，所述细晶粒氧化物掺杂钨基材料中所述氧化物占所述钨基材料的质量百分数为0.5～2.0％；
3.如权利要求1所述的细晶粒氧化物掺杂钨基材料的制备方法，其特征在于，所述钨粉的粒径0.1～1.0μm；
4.如权利要求1所述的细晶粒氧化物掺杂钨基材料的制备方法，其特征在于，所述湿磨的方式为将湿磨介质和硬质合金球置于球磨机内进行混合研磨；
5.如权利要求4所述的细晶粒氧化物掺杂钨基材料的制备方法，其特征在于，所述湿磨介质为无水乙醇；
6.如权利要求1所述的细晶粒氧化物掺杂钨基材料的制备方法，其特征在于，所述烘干的温度为50～72℃；烘干至恒重；
7.如权利要求1所述的细晶粒氧化物掺杂钨基材料的制备方法，其特征在于，所述烧结在高纯度氢气氛围中；
8.如权利要求7所述的细晶粒氧化物掺杂钨基材料的制备方法，其特征在于，所述升温过程分别升温至390～420℃、720～760℃
9.如权利要求7所述的细晶粒氧化物掺杂钨基材料的制备方法，其特征在于，所述升温过程分别升温至400℃、750℃、1150℃、1550℃，分别保温2h。
10.如权利要求1所述的细晶粒氧化物掺杂钨基材料的制备方法，其特征在于，所述氧化物掺杂钨基材料的碳含量为5～10ppm，相对密度大于98％，晶粒平均粒径在1～5μm范围内。
...【技术特征摘要】
1.一种细晶粒氧化物掺杂钨基材料的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的细晶粒氧化物掺杂钨基材料的制备方法，其特征在于，所述细晶粒氧化物掺杂钨基材料中所述氧化物占所述钨基材料的质量百分数为0.5～2.0％；
3.如权利要求1所述的细晶粒氧化物掺杂钨基材料的制备方法，其特征在于，所述钨粉的粒径0.1～1.0μm；
4.如权利要求1所述的细晶粒氧化物掺杂钨基材料的制备方法，其特征在于，所述湿磨的方式为将湿磨介质和硬质合金球置于球磨机内进行混合研磨；
5.如权利要求4所述的细晶粒氧化物掺杂钨基材料的制备方法，其特征在于，所述湿磨介质为无水乙醇；
6.如权利要求1所述的细晶粒氧化物掺杂钨基材料的制备方法，其特征在于，所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨吉，袁觅文，吴建国，魏修宇，傅崇伟，胡晓康，李志翔，
申请(专利权)人：中钨稀有金属新材料湖南有限公司，
类型：发明
国别省市：
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