專利名稱：一種鎢管的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鎢管，尤其是涉及一種鎢管的制造方法。
背景技術(shù)：
鎢的熔點(diǎn)高達(dá)3410°C，在所有金屬中是最高的，鎢的硬度比其它金屬都大，彈性模量極高，具有優(yōu)異的導(dǎo)電性能、良好的導(dǎo)熱性、低的熱膨脹系數(shù)和比較穩(wěn)定的化學(xué)性能，鎢及其制品，基于其獨(dú)特的性能已廣泛應(yīng)用于宇航、核電、兵器、化工、電光源、電真空、耐火纖維及機(jī)械制造等行業(yè)。鎢管可以作為軍事上或民用上的各種超高溫氣體或液體的管道，還可以作為火箭的噴頭，紅外線激光器的耐熱套，特殊槍炮的管道，超高溫、超高真空部件、高溫發(fā)熱體、原子爐材料、等離子體熔射裝置等等，有著廣泛的應(yīng)用前景。然而鎢管是目前常用鎢、鑰、鉭、鈮四種難熔金屬管材中最難加工的一種，因其變形拉力大，塑脆轉(zhuǎn)變溫度高， 導(dǎo)致成材困難，不易機(jī)械加工。目前普遍采用粉末冶金方法生產(chǎn)鎢管，但這種方法生產(chǎn)出的鎢管純度低、致密度低；采用化學(xué)氣相沉積技術(shù)可得到高純度、高致密度的鎢管，但受原料氣體流量無(wú)法精確控制、溫度不均勻、反應(yīng)氣體濃度變化等原因，制得的鎢管存在壁厚不均勻，利用率低的缺點(diǎn)。如何開發(fā)一種既具備高純度高致密度，同時(shí)壁厚又均勻的鎢管具有重大實(shí)際意義。
中國(guó)專利CN102242347A公開一種用于發(fā)熱體的鎢管的制備方法，將紫銅基體放入到沉積爐中，然后將紫銅基體加熱至500 600°C ;將WF6和H2的混合氣體加入到沉積爐中，WF6和H2在紫銅基體表面及附近發(fā)生反應(yīng)，生成W和HF，W沉積在紫銅基體表面；反應(yīng)完成后，停止加熱，然后關(guān)閉WF6，繼續(xù)通入H2至300°C以下改通保護(hù)性氣體冷卻至室溫，然后取出表面附著有鎢的紫銅基體，用化學(xué)方法將紫銅基體腐蝕掉即獲得鎢管。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)采用化學(xué)氣相沉積制取純鎢管過(guò)程中，由于受原料氣體流量無(wú)法精確控制、溫度不均勻、反應(yīng)氣體濃度變化等原因?qū)е骆u管壁厚不均勻的現(xiàn)象，提供一種可獲得壁厚均勻的鎢管的制造方法。
本發(fā)明包括以下步驟
I)將基材固定在沉積設(shè)備上，對(duì)基材直接通電加熱，通入反應(yīng)氣體進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)開始后，提聞電流，至反應(yīng)結(jié)束；
2)反應(yīng)結(jié)束后系統(tǒng)內(nèi)改通保護(hù)氣體，降溫至室溫；
3)將基材除去，即得鎢管，所得鎢管是一種壁厚均勻的純鎢管。
在步驟I)中，所述基材可米用直徑為5 20mm,壁厚為O. 5 Imm,長(zhǎng)度〈1500mm的不銹鋼管或銅管；所述基材可采用表面光滑的基材；所述基材的表面最好事先進(jìn)行清潔和拋光處理，并用酒精擦拭表面后再固定在沉積設(shè)備上；所述反應(yīng)的起始電流可為10 40A， 所述提高電流的速率可為O. 2 I. 5A/min，所述反應(yīng)的反應(yīng)時(shí)間可為2 3h，最終電流值可為100 300A ;所述通入反應(yīng)氣體的具體方法可為通過(guò)恒溫配氣系統(tǒng)通入反應(yīng)氣體，所述恒溫配氣系統(tǒng)包括原料瓶、保溫箱、熱風(fēng)鼓風(fēng)機(jī)、WF6流量計(jì)、H2流量計(jì)等裝置，溫度可為 30 50°C ;所述反應(yīng)氣體可采用WF6和H2混合氣體，所述WF6的純度最好大于99. 9%，所述 H2的純度最好大于99. 9%，所述WF6與H2的體積比可為WF6 H2=I (I 4);所述WF6的流量可為O. 5 2L/min ;所述H2的流量可為I 8L/min ;所述反應(yīng)氣體在基材表面發(fā)生反應(yīng)，生成的W沉積在基材表面。
在步驟2)中，所述保護(hù)氣體可采用氫氣或氮?dú)獾龋Ｗo(hù)氣體的流量可為I 5L/ min ;所述降溫的速率可為2 4°C /min,降溫的時(shí)間可為2 5h。
在步驟3)中，所述將基材除去的具體方法可為將基材冷卻至零下40°C以下，利用基材和鎢熱膨脹系數(shù)的不同，使基材與鎢管自然分離；或用濃度為30%的硝酸溶解除去基材O
與現(xiàn)有的鎢管制造方法相比，本發(fā)明克服了采用化學(xué)氣相沉積制取純鎢管過(guò)程中，由于受原料氣體流量無(wú)法精確控制、溫度不均勻、反應(yīng)氣體濃度變化等原因?qū)е骆u管壁厚不均勻的現(xiàn)象，所制備的鎢管壁厚均勻。
本發(fā)明合理控制電流提高速率、反應(yīng)時(shí)間和最終電流值，沉積過(guò)程利用沉積基體自身通電發(fā)熱，沉積速度慢的區(qū)域由于相對(duì)電阻大，溫度高，沉積速度會(huì)相應(yīng)變快；沉積速度快的區(qū)域由于相對(duì)電阻小，溫度低，沉積速度會(huì)相應(yīng)變慢，起到沉積速度自動(dòng)調(diào)節(jié)的作用。反應(yīng)結(jié)束后將系統(tǒng)內(nèi)改吹氮?dú)猓⒅饾u降低電流，控制溫度緩慢降低至室溫。降溫至室溫后，利用基材和鎢熱膨脹系數(shù)的不同，除去基材或用30%的稀硝酸溶解除去基材，利用稀硝酸溶解除去基材，得到壁厚均勻的鎢管。
本發(fā)明制得的鎢管不僅純度高、致密度高，其最大的優(yōu)點(diǎn)是壁厚均勻，鎢管的純度達(dá)到了 99. 9%以上，制得的產(chǎn)品不需二次加工，可有效降低成本。


圖I為本發(fā)明實(shí)施例采用的恒溫配氣系統(tǒng)示意圖。
圖2為本發(fā)明實(shí)施例采用的沉積設(shè)備示意圖。
圖3為本發(fā)明實(shí)施例制得的鎢管壁厚分布示意圖。在圖3中，橫坐標(biāo)為沿長(zhǎng)度方向位置/cm,縱坐標(biāo)為壁厚/mm。
具體實(shí)施方式
參見圖I 3，首先提供一表面光滑的基材，可選用不銹鋼管或銅管，直徑5 20mm,壁厚O. 5 1_，長(zhǎng)度〈1500mm,以下實(shí)施例中選用直徑14mm,壁厚1_，長(zhǎng)度1000mm 的銅管基材。將選好的基材表面進(jìn)行清潔和拋光處理后固定到沉積設(shè)備上，該沉積設(shè)備設(shè)有反應(yīng)爐體12、銅基材11、絕緣套13、進(jìn)氣口 14、出氣口 15 (參見圖2)。在氣體保護(hù)下，開始對(duì)基材通電加熱并逐漸提高電流至10 40A，該保護(hù)氣體可以是氮?dú)饣驓錃猓髁靠刂圃贗 5L/min，本發(fā)明選用氫氣作為保護(hù)氣體，流量為3L/min，基材電流提高到30A。
然后利用恒溫配氣系統(tǒng)通入反應(yīng)氣體H2，該恒溫配氣系統(tǒng)(參見圖I)設(shè)有原料瓶6、保溫箱4、熱風(fēng)鼓風(fēng)機(jī)UWF6流量計(jì)7、H2流量計(jì)5，溫度可控制在30 50°C，本發(fā)明將溫度控制在40°C。反應(yīng)氣體為純度大于99. 9%的WF6和純度大于99. 9%的H2, WF6流量控制在O.5 2L/min，氣體的體積比范圍WF6 H2=I (I 4)，本發(fā)明選用的是純度均為99. 9%的WF6和H2, 量為lL/min，氣體的體積比采用WF6 H2=I 3，H2流量為3L/min。
反應(yīng)開始后按一定速率提高基材電流，電流提高速率可控制在O. 2 I. 5A/5min, 反應(yīng)時(shí)間可為2 3h，直至反應(yīng)結(jié)束，本發(fā)明將電流提高速率控制在lA/min，反應(yīng)時(shí)間控制在3h。最終電流值可為100 300A，本發(fā)明最終電流為210A。沉積過(guò)程利用沉積基體自身通電發(fā)熱，沉積速度慢的區(qū)域由于相對(duì)電阻大，溫度高，沉積速度會(huì)相應(yīng)變快；沉積速度快的區(qū)域由于相對(duì)電阻小，溫度低，沉積速度會(huì)相應(yīng)變慢，起到沉積速度自動(dòng)調(diào)節(jié)的作用。 反應(yīng)結(jié)束后將系統(tǒng)內(nèi)改吹氮?dú)猓⒅饾u降低電流，控制溫度緩慢降低至室溫，降溫速率可為 2 4°C /min,降溫時(shí)間可為2 5h,本發(fā)明中降溫速度控制為3°C /min,降溫時(shí)間3h。
降溫至室溫后，可利用基材和鎢熱膨脹系數(shù)的不同，除去基材或用30%的稀硝酸溶解除去基材，本發(fā)明中基材為銅管，利用30%的稀硝酸溶解除去基材，得到壁厚均勻的鎢管。本發(fā)明制得的鎢管不僅純度高、致密度高，其最大的優(yōu)點(diǎn)是壁厚均勻，制得的產(chǎn)品不需二次加工，可有效降低成本。
鎢管沿長(zhǎng)度方向上的壁厚分布情況如圖3所示，可以看出沿長(zhǎng)度方向壁厚均勻。
將鎢管進(jìn)行處理后用平面光柵攝譜儀進(jìn)行分析，檢測(cè)雜質(zhì)含量，結(jié)果如表I所示。
表I鶴管雜質(zhì)含量分析結(jié)果單位ppmw
權(quán)利要求
1.一種鎢管的制造方法，其特征在于包括以下步驟 1)將基材固定在沉積設(shè)備上，對(duì)基材直接通電加熱，通入反應(yīng)氣體進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)開始后，提聞電流，至反應(yīng)結(jié)束； 2)反應(yīng)結(jié)束后系統(tǒng)內(nèi)改通保護(hù)氣體，降溫至室溫； 3)將基材除去，即得鎢管，所得鎢管是一種壁厚均勻的純鎢管。
2.如權(quán)利要求I所述的一種鎢管的制造方法，其特征在于在步驟I)中，所述基材采用直徑為5 20mm，壁厚為0. 5 1mm，長(zhǎng)度〈1500mm的不銹鋼管或銅管。
3.如權(quán)利要求I所述的一種鎢管的制造方法，其特征在于在步驟I)中，所述基材采用表面光滑的基材；所述基材的表面事先進(jìn)行清潔和拋光處理，并用酒精擦拭表面后再固定在沉積設(shè)備上。
4.如權(quán)利要求I所述的一種鎢管的制造方法，其特征在于在步驟I)中，所述反應(yīng)的起始電流為10 40A，所述提高電流的速率為0. 2 I. 5A/min，所述反應(yīng)的反應(yīng)時(shí)間為2 3h，最終電流值為100 300A。
5.如權(quán)利要求I所述的一種鎢管的制造方法，其特征在于在步驟I)中，所述通入反應(yīng)氣體的具體方法為通過(guò)恒溫配氣系統(tǒng)通入反應(yīng)氣體，所述恒溫配氣系統(tǒng)包括原料瓶、保溫箱、熱風(fēng)鼓風(fēng)機(jī)、WF6流量計(jì)、H2流量計(jì)，溫度為30 50°C。
6.如權(quán)利要求I所述的一種鎢管的制造方法，其特征在于在步驟I)中，所述反應(yīng)氣體采用WF6和H2混合氣體。
7.如權(quán)利要求I所述的一種鎢管的制造方法，其特征在于在步驟I)中，所述WF6的純度大于99. 9%，所述H2的純度大于99. 9%，所述WF6與H2的體積比為WF6 H2=I : (I 4);所述WF6的流量為0. 5 2L/min。
8.如權(quán)利要求I所述的一種鎢管的制造方法，其特征在于在步驟I)中，所述H2的流量為 I 8L/min。
9.如權(quán)利要求I所述的一種鎢管的制造方法，其特征在于在步驟2)中，所述保護(hù)氣體采用氫氣或氮?dú)猓Ｗo(hù)氣體的流量可為I 5L/min ;所述降溫的速率可為2 4°C /min,降溫的時(shí)間可為2 5h。
10.如權(quán)利要求I所述的一種鎢管的制造方法，其特征在于在步驟3)中，所述將基材除去的具體方法為將基材冷卻至零下40°C以下，利用基材和鎢熱膨脹系數(shù)的不同，使基材與鎢管自然分離；或用濃度為30%的硝酸溶解除去基材。
全文摘要
一種鎢管的制造方法，涉及一種鎢管。提供一種可獲得壁厚均勻的鎢管的制造方法。包括以下步驟1)將基材固定在沉積設(shè)備上，對(duì)基材直接通電加熱，通入反應(yīng)氣體進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)開始后，提高電流，至反應(yīng)結(jié)束；2)反應(yīng)結(jié)束后系統(tǒng)內(nèi)改通保護(hù)氣體，降溫至室溫；3)將基材除去，即得鎢管，所得鎢管是一種壁厚均勻的純鎢管。克服了采用化學(xué)氣相沉積制取純鎢管過(guò)程中，由于受原料氣體流量無(wú)法精確控制、溫度不均勻、反應(yīng)氣體濃度變化等原因?qū)е骆u管壁厚不均勻的現(xiàn)象，所制備的鎢管壁厚均勻。
文檔編號(hào)C23C16/14GK102978583SQ20121048904
公開日2013年3月20日 申請(qǐng)日期2012年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月26日
發(fā)明者陳志剛, 馮振雷, 顏彬游, 莊志剛, 孫小寶, 楊金洪, 錢文連, 陳財(cái)華 申請(qǐng)人:廈門鎢業(yè)股份有限公司, 廈門嘉鷺金屬工業(yè)有限公司