[發(fā)明專利]一種高分散超細鉬基粉末的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310013091.8
• 申請日: 2013-01-15
• 公開（公告）號: CN103008676A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 章林;劉燁;秦明禮;何新波;曲選輝
• 申請（專利權(quán)）人: 北京科技大學(xué)
• 主分類號: B22F9/22
• 分類號: B22F9/22
• 代理公司: 北京金智普華知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11401
• 代理人: 皋吉甫

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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于難熔金屬粉末制備技術(shù)領(lǐng)域，特別提供了一種低成本制備高分散超細鉬基粉末的方法。?

背景技術(shù)

鉬具有熔點高、密度較低（僅為鎢的1/2）、高溫強度高、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能好、熱膨脹系數(shù)低和抗蝕性優(yōu)異等優(yōu)點，在微電子、國防軍工、航空航天、核能等領(lǐng)域具有重要的用途，既可作為結(jié)構(gòu)材料，又可用作新型功能材料。摻雜稀土元素能夠提高純鉬的再結(jié)晶溫度，所得的高溫鉬合金（如稀土氧化物彌散強化鉬合金）不僅具有良好的高溫強度、抗蠕變性能，而且經(jīng)高溫再結(jié)晶退火后具有優(yōu)良的塑性。同時，稀土摻雜鉬根據(jù)稀土摻雜量及作用機制的不同，可應(yīng)用于不同的電子發(fā)射領(lǐng)域。低稀土含量（4%）的稀土鉬是一種新型電子管用熱電子發(fā)射材料，而高稀土含量（>20%）的稀土鉬的單元和多元稀土-鉬具有優(yōu)良的次級發(fā)射性能和穩(wěn)定性。此外，Mo-Cu合金作為封裝材料或高性能電觸頭材料，用于微電子和電力領(lǐng)域。

高品質(zhì)的鉬基粉末是制備高溫結(jié)構(gòu)材料、熱電子發(fā)射材料或封裝材料的前提。作為高溫結(jié)構(gòu)材料，初始粉末的粒度與燒結(jié)體的晶粒尺寸和密度密切相關(guān)，而且稀土氧化物的粒徑和分散均勻性決定了位錯和彌散相之間的交互作用，以及最終的力學(xué)性能。作為熱電子發(fā)射材料，稀土氧化物在鉬基體中的均勻分布對次級發(fā)射性能有重要影響。作為封裝材料或高性能電觸頭材料，超細Mo-Cu復(fù)合粉末的制備是開發(fā)高性能、超細晶及組織均勻Mo-Cu合金的關(guān)鍵。鉬基粉末的制備主要是采用機械合金化、共沉淀、溶膠-凝膠、噴霧干燥、電沉積等方法，但是在高分散超細鉬基粉末的制備上難度較大。?

本發(fā)明采用低溫燃燒合成和氫氣還原相結(jié)合的方法制備高分散超細鉬基粉末。低溫燃燒合成法利用溶液中仲鉬酸銨與尿素中的負三價的氮和硝酸與硝酸鹽中正五價的氮之間的氧化還原反應(yīng)來提供反應(yīng)自維持的熱量，具有能耗低和成本低的優(yōu)點，易于對稀土氧化物的種類和含量進行設(shè)計。通過控制還原劑仲鉬酸銨和氧化劑硝酸鹽、硝酸的物質(zhì)的量可以控制反應(yīng)的放熱量，通過分散劑提高前驅(qū)體粉末的分散性。同時，分散劑可以吸熱，防止反應(yīng)體系的溫度迅速上升，從而達到控制粉末粒徑和形貌的目的。所得的粉末顆粒粒徑細小，表面活性高，縮短了燒結(jié)過程中的擴散路徑，有利于獲得致密度高、組織分布均勻的超細晶/納米晶鉬基合金，也為高溫力學(xué)性能的提高或電子發(fā)射性能的改善奠定了基礎(chǔ)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種將低溫燃燒合成和氫氣還原相結(jié)合來制備高分散超細鉬基粉末（Mo-稀土氧化物和Mo-Cu復(fù)合粉末）的方法，旨在細化稀土氧化物、銅顆粒和鉬基體粉末的粒徑、提高各組元在鉬基體中的分散均勻性。該方法工藝簡單，成本低。

低溫燃燒合成和氫氣還原相結(jié)合的方法制備鉬基粉末的工藝流程如圖1所示。首先采用低溫燃燒合成法得到氧化鉬、稀土氧化物（Y₂O₃、La₂O₃中的一種或兩種）或氧化銅均勻混合的前驅(qū)體粉末，然后在流動氫氣氣氛中進行還原。易還原的氧化鎢或氧化銅被還原成金屬鉬和銅，而不能還原的稀土氧化物顆粒保留下來，從而得到高分散超細Mo-稀土氧化物或Mo-Cu復(fù)合粉末，具體工藝步驟有：

（1）合金成分設(shè)計：原料為仲鉬酸銨、稀土金屬硝酸鹽或硝酸銅、硝酸、燃料和分散劑，其中硝酸與仲鉬酸銨的摩爾比為（20~30）:1；硝酸和稀土硝酸鹽的摩爾量之和與燃料的摩爾比為（3.1~6.4）:1，分散劑與仲鉬酸銨的摩爾比為（4.1~7.1）:1。

所述的稀土金屬硝酸鹽為Y(NO₃)₃、La(NO₃)₃中的一種或兩種的混合；所述的燃料是尿素、檸檬酸、甘氨酸中的一種或幾種的混合；所述的分散劑是葡萄糖、檸檬酸、蔗糖、可溶性淀粉中的一種或幾種的混合。

（2）混合：首先將仲鉬酸銨、稀土金屬硝酸鹽或硝酸銅、硝酸、燃料和分散劑按比例溶解于去離子水或乙醇溶液中配制成混合溶液，通過磁力攪拌混合均勻，得到混合溶液。

（3）低溫燃燒合成：將混合溶液置于微波爐中或在熱板上加熱到200~300℃，使水溶液或酒精揮發(fā)，水溶液發(fā)生濃縮、冒煙、沸騰等一系列反應(yīng)。隨著反應(yīng)的進行，放出的熱量使分散劑發(fā)生熱解和炭化，目標(biāo)元素轉(zhuǎn)化為氧化物，從而得到蓬松的氧化鉬、碳、稀土氧化物或氧化銅均勻混合的超細前驅(qū)體粉體。