一種制備鉬坯料的方法
【專利摘要】一種制備鉬坯料的方法，涉及一種制備高密度鉬制品過程中的鉬坯料的制備方法。其制備過程的步驟包括：（1）將鉬粉模壓成型；（2）將模壓成型的壓坯進(jìn)行燒結(jié)；其特征在于燒結(jié)過程是在保護(hù)氣體的下進(jìn)行連續(xù)高溫?zé)Y(jié)。本發(fā)明的一種制備鉬坯料的方法，采用連續(xù)高溫?zé)Y(jié)，并采用活化的還原氣體，在燒結(jié)過程中起到強(qiáng)烈的活化燒結(jié)作用，使鉬坯在相對較低的溫度下獲得燒結(jié)密度高達(dá)10.0-10.13g/cm3的鉬制品，在很多用途可以直接使用。對于尺寸精度要求很高的應(yīng)用場合，可以進(jìn)行少量精加工而達(dá)到要求。
【專利說明】一種制備鉬坯料的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]一種制備鑰坯料的方法，涉及一種制備高密度鑰制品過程中的鑰坯料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鑰是一種重要的稀有金屬，它在地殼中的豐度為7.5X10_4%，是稀缺的戰(zhàn)略物資。它的熔點高、熱導(dǎo)率高、導(dǎo)電性良好、以及高溫強(qiáng)度良好和耐磨性高，故在航空、航天、高溫結(jié)構(gòu)件、電子元器件、醫(yī)療器件等眾多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。
[0003]由于金屬鑰的熔點很高(2620°C)，采用熔煉、鑄造工藝難度較大，故鑰制品的制備方法通常是采用粉末冶金的方法。制備過程采用鑰粉為原料，經(jīng)過預(yù)處理、成型、高溫?zé)Y(jié)或垂熔制成鑰坯。這時鑰坯的密度比較低，一般在9.3-9.7 g/cm3，相應(yīng)的物理性能都比致密材料低很多，通常不能滿足實際需要。因此，這種鑰坯還不能作為鑰制品，必須再經(jīng)過熱鍛、軋制等加工手段使其進(jìn)一步致密化，提高其性能，以滿足各種實際用途的需要。
[0004]中國發(fā)明專利CN 102699327A發(fā)明的一種生產(chǎn)人工晶體的鑰坩堝的制作工藝，就是把經(jīng)過壓制和1950°C燒結(jié)30小時的鑰坯再加熱到1600°C鍛打成鑰坩堝。很顯然，采用這樣的工藝的缺點是能耗高，工藝復(fù)雜，工序多。
[0005]又如用作大功率電力半導(dǎo)體器件可控硅、晶閘管等的襯底鑰圓片，傳統(tǒng)的粉末冶金方法主耍包括壓制、燒結(jié)、機(jī)加工等步驟。此方法工藝流程短，能耗低，材料利用率高，特別是材料內(nèi)部組織基本上不存在織構(gòu)。但缺點是材料密度低(約為理論密度92% )，強(qiáng)度低，不能滿足使用要求。中國發(fā)明專利CN1163173A發(fā)明的一種生產(chǎn)鑰圓片的粉末冶金方法，在傳統(tǒng)粉末冶金方法的基礎(chǔ)上，增加熱鍛和退火工藝過程，大大提高了鑰圓片的密度，其相對密度達(dá)到理論密度的95-98% (相當(dāng)于9.69-9.99 g/cm3)。與軋制法相比，工藝流程短，節(jié)省能耗70 %，材料利用率提高40 %左右。并且由于鑰圓片在生產(chǎn)過程中，未經(jīng)過反復(fù)軋制，材料內(nèi)部組織呈各向同性，更符合使用要求。但是由于增加了熱鍛和退火工藝過程，導(dǎo)致能耗仍然較高，工藝比較復(fù)雜，工序也比較多。
[0006]中國發(fā)明專利CN 101966585A也提出了一種鑰坯制備方法，采用粒度為0.5-lum亞微米級鑰粉進(jìn)行低溫活化燒結(jié)制成細(xì)晶粒鑰板坯，以該鑰粉為原料，通過1500-1700°C保溫240-420min可以制備出細(xì)晶粒的鑰坯，其密度在9.8-10 g/cm3。這種方法的缺點是必須使用亞微米級的鑰粉為原料，而亞微米級鑰粉的制備難度遠(yuǎn)比普通一級鑰粉FMo-1高，質(zhì)量很難穩(wěn)定，同時制造成本比FMo-1高很多。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的就是針對上述已有技術(shù)存在的不足，提出一種工藝簡單、成本低廉，能有效提高密度的制備鑰坯料的方法。
[0008]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。
[0009]一種制備鑰坯料的方法，其制備過程的步驟包括:(1)將鑰粉模壓成型；(2)將模壓成型的壓坯進(jìn)行燒結(jié)；其特征在于燒結(jié)過程是在保護(hù)氣體的下進(jìn)行連續(xù)高溫?zé)Y(jié)。
[0010]本發(fā)明的一種制備鑰坯料的方法，其特征在于所述的連續(xù)高溫?zé)Y(jié)過程是將模壓成型的壓坯在通道式燒結(jié)爐中連續(xù)進(jìn)行預(yù)熱、升溫、燒結(jié)、降溫、冷卻過程。
[0011]本發(fā)明的一種制備鑰坯料的方法，其特征在于所述的保護(hù)氣體為氫氣。
[0012]本發(fā)明的一種制備鑰坯料的方法，其特征在于所述的保護(hù)氣體氫氣的純度大于99%。
[0013]本發(fā)明的一種制備鑰坯料的方法，其特征在于所述的保護(hù)氣體氫氣為經(jīng)過設(shè)有超聲波處理水的裝置，形成水在氫氣中的氣溶膠的氫氣。
[0014]本發(fā)明的一種制備鑰坯料的方法，其特征在于所述的超聲波處理水的裝置為市售商品超聲波霧化器，工藝條件為按照氫氣流量控制霧化水量，使氣的通過超聲波處理器后的氫氣中含水量在0.2-5% (重量百分比)之間。
[0015]本發(fā)明的一種制備鑰坯料的方法，其特征在于其步驟(I)的鑰粉為平均粒度(F.S.S.S 粒度)為 1-2.5 μ m，最好是 1.5-2 μ m 的市售一級 FMo-1。
[0016]本發(fā)明的一種制備鑰坯料的方法，其特征在于其壓制坯料的壓力為200_400MPa。
[0017]本發(fā)明的一種制備鑰坯料的方法，其特征在于連續(xù)高溫?zé)Y(jié)時，壓坯在高溫區(qū)運行的時間為3-5小時。
[0018]本發(fā)明的一種制備鑰坯料的方法，其特征在于連續(xù)高溫?zé)Y(jié)的溫度為1550-1650°C。
[0019]本發(fā)明的一種制備鑰坯料的方法，采用連續(xù)高溫?zé)Y(jié)，并采用活化的還原氣體，在燒結(jié)過程中起到強(qiáng)烈的活化燒結(jié)作用，使鑰坯在相對較低的溫度下獲得燒結(jié)密度高達(dá)10.0-10.13g/cm3的鑰制品，在很多用途可以直接使用。對于尺寸精度要求很高的應(yīng)用場合，可以進(jìn)行少量精加工而達(dá)到要求。
【具體實施方式】
[0020]一種制備鑰坯料的方法，其制備過程的步驟包括:
1.將平均粒度(F.S.S.S粒度)1.0-2.5 μ m，最好是1.2-2.0ym的市售一級鑰粉FMo-1在200-500MPa壓制壓力下模壓成型為所需尺寸和形狀的壓坯(對于形狀較復(fù)雜的制品，可將所述鑰粉添加1-2% (wt)的石蠟作成型劑，然后再進(jìn)行模壓)。
[0021]2.將上述壓坯經(jīng)過一個有還原性氣體保護(hù)的連續(xù)高溫?zé)Y(jié)爐進(jìn)行活化燒結(jié)。
[0022]本發(fā)明的一種制備鑰坯料的方法，其所述的連續(xù)高溫?zé)Y(jié)爐是指鑰壓坯從預(yù)熱、升溫、燒結(jié)、降溫、冷去全過程是在同一個設(shè)備中連續(xù)進(jìn)行的，其高溫區(qū)的溫度為1550-1650°C，物料在高溫區(qū)運行的時間為3-5小時。
[0023]本發(fā)明的一種制備鑰坯料的方法，其還原性氣體是純度大于99%的氫氣，其活化燒結(jié)是指上述氫氣進(jìn)入爐體前經(jīng)過一個設(shè)有超聲波處理水的裝置，形成水在氫氣中的氣溶膠，在隨后的燒結(jié)過程中起到強(qiáng)烈的活化燒結(jié)作用，使鑰坯在相對較低的溫度下獲得燒結(jié)密度高達(dá)10.0-10.13g/cm3的鑰制品。這種鑰制品在大多數(shù)應(yīng)用領(lǐng)域可以直接使用。對于尺寸精度要求高的制品，可以進(jìn)行少量精加工達(dá)到要求。
[0024]本發(fā)明的優(yōu)點和有益效果是:(1)由于燒結(jié)收縮率穩(wěn)定且均勻，可以實現(xiàn)近凈成形，材料利用率高，可達(dá)95%以上。這對充分利用和保護(hù)稀缺的鑰資源而言極為重要。⑵由于燒結(jié)過程在相對較低的溫度下和較短的時間內(nèi)完成，且不需要熱鍛、熱軋等反復(fù)加熱的工序，所以工藝過程的能耗低，可以節(jié)省大量能源。這在能源比較緊張的今天是很有益的。⑶同樣由于燒結(jié)溫度相對較低和燒結(jié)時間較短，又不進(jìn)行鍛壓、軋制等壓力加工，鑰制品的晶粒度較小，且沒有織構(gòu)、孿晶等組織結(jié)構(gòu)不均勻的缺點，制品保持各向同性，具有較優(yōu)的物理性能。〔4〕實施本發(fā)明所需的原料容易采購，性能穩(wěn)定，價格相對亞微米級鑰粉低廉，加上工藝簡單，工藝過程費用相應(yīng)較低，所以用本發(fā)明的方法制備鑰制品可以大幅度降低成本，獲得較大的利潤空間，提高競爭力。
[0025]以下實施例用以說明本發(fā)明的具體實施方法，本發(fā)明不局限于這些實施例。
[0026]實施例1
步驟一，⑴用精度為0.0lg的500g電子天平秤取費氏粒度1.68 μ m的市售FMo-1鑰粉，控制單重在17.8±0.05g。
[0027]⑵將上述秤好的鑰粉均勻地填充于型腔直徑Φ38.9mm的鋼模內(nèi)，盡量保持料層厚度的一致性，再平穩(wěn)地裝上上沖頭。
[0028]⑶在液壓機(jī)上用40噸的總壓力(壓制壓力350MPa)對上述裝好鑰粉的鋼模施壓，保壓5秒鐘。
[0029]〔4〕脫模，得到直徑Φ38.95-39.10mm、厚度2.60-2.65mm的鑰粉壓坯。
[0030]步驟二，⑴將上述鑰粉壓坯小心地裝入鑰制燒結(jié)舟內(nèi)，鑰粉壓坯之間以及壓坯與鑰舟之間均用-80+150目的干燥的剛玉粉隔離開，以防燒結(jié)過程中產(chǎn)生粘結(jié)。每個鑰舟可裝2-3kg鑰粉壓坯。
[0031]⑵將上述裝有鑰粉壓坯的鑰制燒結(jié)舟小心地送入最高溫度一直保持在1640 ±10°C的連續(xù)燒結(jié)爐中，控制好舟速，使鑰粉壓坯在1550-1650°C的高溫區(qū)運行時間為3小時。
[0032]⑶不需特別說明，燒結(jié)爐內(nèi)一直通有純度大于99%的氫氣，該氫氣在進(jìn)入爐體前還要經(jīng)過一個設(shè)有超聲波處理水的裝置，使得水在氫氣中形成氣溶膠。
[0033]〔4〕鑰制燒結(jié)舟從連續(xù)燒結(jié)爐的出爐端出來時，其中的鑰制品溫度已接近室溫。此時鑰制品的直徑為Φ32.1-32.2_，厚度為2.15-2.18mm，密度為10.06-10.12 g/cm3。可以作為可控硅、晶閘管等電力器件的襯底毛坯件。
[0034]實施例2
步驟一，⑴用精度為0.0lg的500g電子天平秤取費氏粒度1.32 μ m的市售FMo-1鑰粉，控制單重在5.8±0.02g。
[0035]⑵將上述秤好的鑰粉均勻地填充于型腔直徑Φ 22.0mm的鋼模內(nèi)，盡量保持料層厚度的一致性，再平穩(wěn)地裝上上沖頭。
[0036]⑶在液壓機(jī)上用15噸的總壓力(壓制壓力400MPa)對上述裝好鑰粉的鋼模施壓，保壓5秒鐘。
[0037]〔4〕脫模，得到直徑Φ22.05-22.10mm、厚度2.60-2.65mm的鑰粉壓坯。
[0038]步驟二，⑴將上述鑰粉壓坯小心地裝入鑰制燒結(jié)舟內(nèi)，鑰粉壓坯之間以及壓坯與鑰舟之間均用-80+150目的干燥的剛玉粉隔離開，以防燒結(jié)過程中產(chǎn)生粘結(jié)。每個鑰舟可裝2-3kg鑰粉壓坯。
[0039]⑵將上述裝有鑰粉壓坯的鑰制燒結(jié)舟小心地送入最高溫度一直保持在1640 ±10°C的連續(xù)燒結(jié)爐中，控制好舟速，使鑰粉壓坯在1550-1650°C的高溫區(qū)運行時間為3小時。
[0040]⑶不需特別說明，燒結(jié)爐內(nèi)一直通有純度大于99%的氫氣，該氫氣在進(jìn)入爐體前還要經(jīng)過一個設(shè)有超聲波處理水的裝置，使得水在氫氣中形成氣溶膠。其超聲波處理水的裝置為市售商品超聲波霧化器，工藝條件為按照氫氣流量控制霧化水量，使的通過超聲波處理器后的氫氣中含水量在0.2-5% (重量百分比)之間。。
[0041]〔4〕鑰制燒結(jié)舟從連續(xù)燒結(jié)爐的出爐端出來時，其中的鑰制品溫度已接近室溫。此時鑰制品的直徑為Φ 18.15-18.2_，厚度為2.16-2.20mm，密度為10.08-10.12 g/cm3。可以作為可控硅、晶閘管等電力器件的襯底毛坯件。
[0042]實施例3
步驟一，⑴用精度為0.5g的5000g電子天平秤取費氏粒度2.15 μ m的市售FMo-1鑰粉，控制單重在1090±lg。
[0043]⑵將上述秤好的鑰粉均勻地填充于型腔為163.3X121.0mm的鋼模內(nèi)，盡量保持
料層厚度的一致性，再平穩(wěn)地裝上上沖頭。
[0044]⑶在液壓機(jī)上用400噸的總壓力(壓制壓力約200MPa)對上述裝好鑰粉的鋼模施壓，保壓20秒鐘。
[0045]〔4〕脫模，得到尺寸為 163.55-163.80X121.22-121.40mm、厚度 9.70-9.80mm 的
鑰粉壓坯。
[0046]步驟二，⑴將上述鑰粉壓坯小心地裝入鑰制燒結(jié)舟內(nèi)，鑰粉壓坯之間以及壓坯與鑰舟之間均用-80+150目的干燥的剛玉粉隔離開，以防燒結(jié)過程中產(chǎn)生粘結(jié)。每個鑰舟可裝2件鑰粉壓坯。
[0047]⑵將上述裝有鑰粉壓坯的鑰制燒結(jié)舟小心地送入最高溫度一直保持在1640 ±10°C的連續(xù)燒結(jié)爐中，控制好舟速，使鑰粉壓坯在1550-1650°C的高溫區(qū)運行時間為5小時。
[0048]⑶燒結(jié)爐內(nèi)一直通有純度大于99%的氫氣，該氫氣在進(jìn)入爐體前還要經(jīng)過一個設(shè)有超聲波處理水的裝置，使得水在氫氣中形成氣溶膠。
[0049]〔4〕鑰制燒結(jié)舟從連續(xù)燒結(jié)爐的出爐端出來時，其中的鑰制品溫度已接近室溫。此時鑰制品的尺寸為135.20-135.50X100.15-100.40mm,厚度為8.02-8.1Omm,密度為
10.01-10.03 g/cm3。這種鑰制品可以在熔融硅酸鹽制作硅酸鹽耐火保溫纖維棉的設(shè)備中直接用作電極板。
[0050]實施例4
步驟一，⑴用精度為0.1g的IOOOg電子天平秤取費氏粒度2.02 μ m的市售FMo-1鑰粉，控制單重在563±0.5g。
[0051]⑵將上述秤好的鑰粉均勻地填充于型腔為型腔直徑Φ 113.75mm的鋼模內(nèi)，小心地用特制的刮板將鑰粉刮至料層厚度基本一致，再平穩(wěn)地裝上上沖頭。
[0052]⑶在液壓機(jī)上用250噸的總壓力(壓制壓力約250MPa)對上述裝好鑰粉的鋼模施壓，保壓15秒鐘。
[0053]〔4〕脫模，得到外徑為Φ 113.8-113.95mm、厚度9.72-9.78mm的碟形鑰粉壓坯。
[0054]步驟二，⑴將上述鑰粉壓坯小心地裝入鑰制燒結(jié)舟內(nèi)，鑰粉壓坯之間以及壓坯與鑰舟之間均用-80+150目的干燥的剛玉粉隔離開，以防燒結(jié)過程中產(chǎn)生粘結(jié)。每個鑰舟可裝6件鑰粉壓坯。
[0055]⑵將上述裝有鑰粉壓坯的鑰制燒結(jié)舟小心地送入最高溫度一直保持在1640 ±10°C的連續(xù)燒結(jié)爐中，控制好舟速，使鑰粉壓坯在1550-1650°C的高溫區(qū)運行時間為4小時。
[0056]⑶燒結(jié)爐內(nèi)一直通有純度大于99%的氫氣，該氫氣在進(jìn)入爐體前還要經(jīng)過一個設(shè)有超聲波處理水的裝置，使得水在氫氣中形成氣溶膠。
[0057]〔4〕鑰制燒結(jié)舟從連續(xù)燒結(jié)爐的出爐端出來時，其中的鑰制品溫度已接近室溫。此時鑰制品的外徑為Φ94.20-94.32mm、厚度8.00-8.06mm的碟形鑰片，密度為10.01-10.05g/cm3。這種碟形鑰片經(jīng)過很少量的精加工后可作X光機(jī)旋轉(zhuǎn)陽極靶的鑰基體。
[0058]實施例5
步驟一，⑴用精度為5g的50kg電子秤取費氏粒度2.42μπι的市售FMo-1鑰粉25kg±20g。將上述秤好的鑰粉轉(zhuǎn)入螺旋混料機(jī)中。
[0059]⑵用精度為0.1g的IOOOg電子天平秤取熔點為68度的工業(yè)石蠟375±0.5g，然后將所稱石蠟溶解于2L溶劑汽油中，待石蠟完全溶解后，將其在螺旋混料機(jī)運行狀態(tài)下緩慢加入上述鑰粉中，攪拌混合30分鐘。
[0060]⑶將上述混合均勻的料轉(zhuǎn)入不銹鋼盤中，并將料層控制在2cm以內(nèi)且盡量均勻，然后放入蒸汽干燥箱中于80-105°C干燥2-4小時。
[0061]〔4〕干燥完成后冷卻至室溫，然后將上述料過80目篩備用。
[0062]用精度為0.5g的5000g電子天平秤取上述備好的料，控制單重在1118±lg。
[0063](5)將上述秤好的料均勻地填充于具有最大直徑為Φ 79.9mm的坩堝狀型腔的鋼模內(nèi)，小心地用特制的刮板將鑰粉刮至料層厚度基本一致，再平穩(wěn)地裝上上沖頭。
[0064](6)在液壓機(jī)上用45噸的總壓力(壓制壓力約250MPa)對上述裝好鑰粉的鋼模施壓，保壓20秒鐘。
[0065]⑴脫模，得到最大外徑為Φ79.95-80.15mm的坩堝狀鑰粉壓坯。
[0066]步驟二，⑴將上述坩堝狀鑰粉壓坯小心地裝入鑰制燒結(jié)舟內(nèi)，鑰粉壓坯與鑰舟之間用-80+150目的干燥的剛玉粉隔離開，以防燒結(jié)過程中產(chǎn)生粘結(jié)。每個鑰舟裝I件鑰粉壓坯。
[0067]⑵將上述裝有鑰粉壓坯的鑰制燒結(jié)舟小心地送入最高溫度一直保持在1640± 10°C的連續(xù)燒結(jié)爐中，控制好舟速，使鑰粉壓坯在150-550°C溫度區(qū)間運行的時間不小于3小時、在1550-1650°C的高溫區(qū)運行時間為4小時。
[0068]⑶燒結(jié)爐內(nèi)一直通有純度大于99%的氫氣，該氫氣在進(jìn)入爐體前還要經(jīng)過一個設(shè)有超聲波處理水的裝置，使得水在氫氣中形成氣溶膠。
[0069]〔4〕鑰制燒結(jié)舟從連續(xù)燒結(jié)爐的出爐端出來時，其中的鑰制品溫度已接近室溫。此時鑰制品呈最大外徑為Φ 66.20-66.26mm、壁厚6.00-6.06mm的坩堝狀，密度為
10.01-10.03 g/cm3。這種鑰制品可作生產(chǎn)硅酸鹽耐火保溫纖維棉的設(shè)備中的流口，也可以
用作生產(chǎn)藍(lán)寶石、紅寶石等人工晶體的結(jié)晶器。
【權(quán)利要求】
1.一種制備鑰坯料的方法，其制備過程的步驟包括:(I)將鑰粉模壓成型；(2)將模壓成型的壓坯進(jìn)行燒結(jié)；其特征在于燒結(jié)過程是在保護(hù)氣體的下進(jìn)行連續(xù)高溫?zé)Y(jié)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備鑰坯料的方法，其特征在于所述的連續(xù)高溫?zé)Y(jié)過程是將模壓成型的壓坯在通道式燒結(jié)爐中連續(xù)進(jìn)行預(yù)熱、升溫、燒結(jié)、降溫、冷卻過程。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備鑰坯料的方法，其特征在于所述的保護(hù)氣體為氫氣。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備鑰坯料的方法，其特征在于所述的保護(hù)氣體氫氣的純度大于99%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備鑰坯料的方法，其特征在于所述的保護(hù)氣體氫氣為經(jīng)過設(shè)有超聲波處理水的裝置，形成水在氫氣中的氣溶膠的氫氣。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備鑰坯料的方法，其特征在于所述的超聲波處理水的裝置為市售商品超聲波霧化器，工藝條件為按照氫氣流量控制霧化水量，使氣的通過超聲波處理器后的氫氣中含水量重量百分比0.2%-5%。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備鑰坯料的方法，其特征在于其步驟(I)的鑰粉為平均粒度為1-2.5 μ m。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備鑰坯料的方法，其特征在于其步驟(I)的鑰粉為平均粒度是1.5-2 μ m的市售一級FMo-1。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備鑰坯料的方法，其特征在于其壓制坯料的壓力為200-400MPa。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備鑰坯料的方法，其特征在于連續(xù)高溫?zé)Y(jié)時，壓坯在高溫區(qū)運行的時間為3-5小時；高溫?zé)Y(jié)的溫度為1550-1650°C。
【文檔編號】B22F3/16GK103433490SQ201310373984
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月26日
【發(fā)明者】張繼忠, 李海英, 陳金花 申請人:四川省有色冶金研究院有限公司