一种有效可控的具有多极孔结构的骨架的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种有效可控的具有多极孔结构的骨架的制备方法，具体包括以下步骤：步骤1，将初始钨粉采用火焰喷涂还原，制备球形聚集体钨粉；步骤2，将经步骤1制备的球形聚集体钨粉采用放电等离子体烧结技术制备多极孔结构的钨骨架；本发明专利技术提供的制备方法，解决了熔渗烧结法制备铜钨合金过程中，多极孔结构的钨骨架制备问题。

【技术实现步骤摘要】
一种有效可控的具有多极孔结构的骨架的制备方法
本专利技术属于合金微观组织细化
，具体涉及一种有效可控的具有多极孔结构的骨架的制备方法。
技术介绍
钨铜(W-Cu)复合材料因其结合了钨的抗烧蚀性，热膨胀系数低，铜的导热性和导电性好，塑性和加工性好，从而具有高熔点、高硬度、高强度、低成本等优良性能，广泛应用于汽车、航空航天、炉内元件、电子、医疗器械、体育器材、电焊条、核电站等领域。但由于钨和铜的熔点、热膨胀系数和密度等物理化学性质差异较大，它们既不能互溶，也不能形成金属间化合物。因此，在传统的熔渗烧结法制备铜钨合金过程中，铜液在非连续突变孔径钨骨架中渗流造成残留气泡是导致合金劣化。在这一过程中，孔分布均匀、孔隙率高的多孔钨基体是获得均匀渗透分布的两个关键因素，对靶向材料的性能有着重要的影响。均匀、互穿的开孔钨骨架是获得组织结构均匀的钨铜复合材料的关键，是实现高导电性的关键。然而，目前制备钨骨架的过程中存在着钨颗粒间界面结合不良、应力过程中易开裂以及对合金力学性能的影响等问题。多极孔结构的作为一种独特的多孔结构，目前其制备和应用已经成为国际上前沿研究领域，将多极孔结构用于钨骨架的制备，多极孔结构钨骨架将有效提高钨骨架的渗铜效果。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种有效可控的具有多极孔结构的骨架的制备方法，解决了钨铜复合材料制备过程中钨骨架孔隙分布的问题。本专利技术所采用的技术方案是，一种有效可控的具有多极孔结构的骨架的制备方法，具体包括以下步骤：步骤1，将初始钨粉采用火焰喷涂还原，制备球形聚集体钨粉；步骤2，将经步骤1制备的球形聚集体钨粉采用放电等离子体烧结技术制备多极孔结构的钨骨架。本专利技术的特点还在于：其中步骤1中初始钨粉包括分粒径为15～40μm和40～63μm的颗粒；其中步骤2具体内容包括：首先将将经步骤1得到的钨粉粉末置于石墨模块中，然后将模块放入SPS烧结装置中进行放电等离子真空烧结，最后冷却至室温；其中石墨模块内径为40mm；其中SPS烧结装置中，将模块放入后，在粉末床上施加16Mpa的轴向压力，增加到40Mpa，烧结温度为1450～1550℃；其中SPS烧结装置中采用分布加热方式，低于1300℃时采用加热速率为100℃min-1，高于1300℃时采用加热速率为50℃min-1，加热至1450～1550℃保温5min；其中在冷却阶段，释放轴向压力至16Mpa。本专利技术的有益效果是本专利技术一种有效可控的具有多极孔结构的钨骨架的制备方法，多极孔结构的钨骨架，可解决在熔渗烧结法制备铜钨合金过程中铜液在钨骨架中渗流造成残留气泡的问题，获取具有高耐电压强度、高机械强度和低电弧烧蚀速率的铜钨合金。附图说明图1为本专利技术的一种有效可控的具有多极孔结构的骨架的制备方法中喷涂钨粉的SEM图；图2为本专利技术的一种有效可控的具有多极孔结构的骨架的制备方法中钨粉烧结过程中温度、位移和相对密度随时间的变化；图3为本专利技术的一种有效可控的具有多极孔结构的骨架的制备方法中1450℃下烧结试样的扫描电镜显微照片；图4为本专利技术的一种有效可控的具有多极孔结构的骨架的制备方法中15000℃下烧结试样的扫描电镜显微照片；图5为本专利技术的一种有效可控的具有多极孔结构的骨架的制备方法中1550℃下烧结试样的扫描电镜显微照片；具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术提供一种有效可控的具有多极孔结构的骨架的制备方法，具体按以下步骤实施：步骤1，首先采用火焰喷涂还原钨粉制备球形聚集体钨粉，制备出具有多孔结构的球形钨粉；其中，钨粉的扫描电镜(SEM)形貌如图1所示，初始粉末呈现典型的双峰粒径分布，即分别由两部分粒径为15～40μm和40～63μm的颗粒组成；由图1可知，球形钨粉是由大量未经还原的钨粉团聚体制成的，其形状不规则，有棒状、棒状等，且粒径不同，多个颗粒聚集在一起形成表面积发达的蜂窝通孔；由此可知，采用火焰喷涂工艺制备出了具有多孔结构的球形钨粉，其孔洞形状为圆形、椭圆形、三角形、四边形和复杂的不规则形状，颗粒间的晶界明显。体颗粒细小，外表面发达，内表面较大，有利于制备多孔钨骨架结构；其中由表1可知，钨粉中含有其他少量元素11种，其中Ct的含量最高，为0.16％～0.20％；含量最低的元素是Ti，为0.0004％～0.0006％，与含量最高的元素差三个数量级别；并且Al、Mn两种元素的含量相等，均为0.0440％～0.0460％；钨粉中的O含量为0.04％～0.06％；表1喷涂钨粉化学成分检测表步骤2，将经步骤1制备的球形多孔钨粉末作为原料，采用放电等离子体烧结技术制备多极孔结构的钨骨架：首先将原料粉末置于内径为40mm的石墨模块中，该模块先前衬有厚石墨片，以便于去除；然后将模块装入SPS装置(德国劳恩斯坦FCT系统有限公司HPD25)，在粉末床上施加16Mpa的轴向压力，然后增加到40Mpa。之后，在真空中进行烧结步骤，SPS烧结装置中采用分布加热方式，低于1300℃时采用加热速率为100℃min-1，高于1300℃时采用加热速率为50℃min-1，加热至1450～1550℃保温5min；在冷却阶段，轴向压力被释放到16Mpa，并保持到室温；从原料制备和成形过程解释本专利技术的一种有效可控的具有多极孔结构的钨骨架的制备方法的优点：在传统的熔渗烧结法制备铜钨合金过程中，铜液在非连续突变孔径钨骨架中渗流造成残留气泡是导致合金劣化，而本专利技术提供一种多极孔结构的钨骨架制备方法，首先获取多孔状的球形微米级钨粉，将表面积发达的钨粉烧结后，获得不同孔径大小的多极孔结构的钨骨架，有效提高铜液在钨骨架中的溶渗。放电等离子体烧结是一种快速、节能、环保的新型粉末烧结技术。该技术融等离子活化、热压和电阻加热为一体，在加压粉体粒子间直接通入高频脉冲电流，由火花放电瞬间产生的等离子体进行加热，因而具有升降温速度快、烧结温度低、烧结时间短、烧结体晶粒均匀细小、更易获得具有可控显微组织的致密烧结体等优点，放电等离子体烧结的设备为DrSinterSumitomo8250型设备，该设备可提供最大8000A的电流和5V的电压。实施例1步骤1，首先采用火焰喷涂还原钨粉制备球形聚集体钨粉，获取粒径为15μm球形钨粉末，粉末形貌如图1所示，钨粉中Ct的含量为0.16％～0.20％；Ti的含量为0.0004％～0.0006％，Al、Mn两种元素的含量均为0.0440％～0.0460％；O的含量为0.04％～0.06％；步骤2，采用放电等离子体烧结技术制备多极孔结构的钨骨架，将粒径分布为15μm的球形钨粉末置于内径为40mm的石墨模块中。然后将模块装入SPS装置(德国劳恩斯坦FCT系统有限公司HPD25)；在粉末床上施加16Mpa的轴向压力，然后增加到40Mpa；之后，在1450℃下进行真空烧结，加热速率为100本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种有效可控的具有多极孔结构的骨架的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：/n步骤1，将初始钨粉采用火焰喷涂还原，制备球形聚集体钨粉；/n步骤2，将经步骤1制备的球形聚集体钨粉采用放电等离子体烧结技术制备多极孔结构的钨骨架。/n

【技术特征摘要】
1.一种有效可控的具有多极孔结构的骨架的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤1，将初始钨粉采用火焰喷涂还原，制备球形聚集体钨粉；
步骤2，将经步骤1制备的球形聚集体钨粉采用放电等离子体烧结技术制备多极孔结构的钨骨架。


2.根据权利要求1所述的一种有效可控的具有多极孔结构的骨架的制备方法，其特征在于，所述步骤1中初始钨粉包括分粒径为15～40μm和40～63μm的颗粒。


3.根据权利要求1所述的一种有效可控的具有多极孔结构的骨架的制备方法，其特征在于，所述球形聚集体钨粉的粒径为15～63μm。


4.根据权利要求1所述的一种有效可控的具有多极孔结构的骨架的制备方法，其特征在于，所述步骤2具体内容包括：
首先将将经步骤1得到的钨粉粉末置于石墨模块中，然后将模块放入SPS烧结装置中进行放电等离子真空烧结，最后...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨鑫，张兆洋，王犇，马文君，王婉琳，邹军涛，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61