[發明專利]一種循環氧化還原的超細氧化釔摻雜鎢復合納米粉末制備方法

在審

• 申請號: 201810926138.2
• 申請日: 2018-08-15
• 公開（公告）號: CN109047788A
• 公開（公告）日: 2018-12-21
• 發明（設計）人: 馬宗青;扈偉強;董智;劉永長;王祖敏;余黎明;李沖;劉晨曦
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: B22F9/22
• 分類號: B22F9/22;B22F9/04;B22F1/00;B82Y40/00;B82Y30/00
• 代理公司: 天津一同創新知識產權代理事務所(普通合伙) 12231
• 代理人: 王麗

本發明提出一種循環氧化還原的超細氧化釔摻雜鎢復合納米粉末制備方法，將氧化鎢粉末和硝酸釔或氧化釔粉末混合后球磨；用氫氣還原得到超細W?Y₂O₃粉末；然后將其重新氧化得到WO_x?Y₂O₃粉末，用氫氣兩步還原得到W?Y₂O₃粉末，氧化和還原過程重復多次；再將W?Y₂O₃粉末球磨；最后用氫氣除掉W?Y₂O₃粉末表面的氧化層，最終得到超細納米W?Y₂O₃復合納米粉末。循環氧化還原的超細氧化釔摻雜鎢復合納米粉末制備方法比傳統的機械合金化法制得的粉末晶粒小、團聚小，平均晶粒尺寸能達到30nm以下，且晶粒粒度分布極窄，含氧量可低至1.41％，此方法具有顯著的優勢。

技術領域

本發明提出了一種超細氧化釔摻雜鎢W-Y₂O₃復合納米粉末的制備技術，屬于粉體制備工程技術領域。

背景技術

鎢及其合金具有很多優異的性能，高熔點、高熱導率、高密度、低熱膨脹系數、優良的耐蝕性等，廣泛應用在航空航天、電子、化工等領域。在聚變核能領域，W可應用于高溫、強流離子輻照及穩態熱流等極端服役環境，被認為是最有前途的面向等離子體的第一壁防護材料。

但W具有低溫脆性，界面結合力小、再結晶溫度低以及輻照硬化和脆化等特性，鎢的應用受到限制，也一直是限制其在核聚變領域應用的難題。目前有效的方法是第二相彌散強化和細晶強化。一方面，Y₂O₃是最佳的氧化物彌散強化相，它能顯著的細化W晶粒，W晶粒越小，氧化物第二相顆粒在鎢晶內分布越彌散均勻，鎢合金的性能越優異，從而能夠滿足上述各應用領域中更為苛刻的服役需求；另一方面，細晶強化是唯一在提高材料強度和硬度的同時，又提高材料塑性和韌性的強化方法，而超細粉末的燒結為我們獲得晶粒細小、致密度高的細晶材料提供了可能。

超細納米粉末一般指的是直徑在100nm以下的粉末，具有極高的燒結活性。粉末越細，燒結活性越高，在后續燒結時能明顯降低燒結溫度，縮短保溫時間，所以晶粒變細、致密度提高。

目前得到復合W-Y₂O₃的超細納米粉末的主要方法有機械球磨法，但傳統的球磨方法有很多不足：(1)隨著球磨時間變長，細化晶粒的效果愈不明顯，在Preparation andsintering of nanometer W-2 wt.％Y₂O₃ composite powders(JOURNAL OF RARE EARTHS,Vol.33,No.7,July 2015,P.752)一文中可以看出晶粒減小至50nm以后很難繼續細化，且隨著球磨時間增加引入的雜質也愈多；(2)雖然W和Y₂O₃已經充分球磨，但兩相之間主要是顆粒之間的接觸，后續燒結時氧化物第二相顆粒極少分布在晶內，主要分布在晶界處且易偏聚長大，明顯惡化鎢基合金力學性能；(3)傳統的球磨方法在球磨后粉末雖然較細但表面活性很高，會在表面形成一層氧化層，顯著提高了氧含量，惡化燒結性能和鎢基合金力學性能。

因此，想得到粉末更細，顆粒更小，氧含量更低的復合納米粉末，改進傳統的機械球磨法制備工藝至關重要。本發明提出了一種循環氧化還原的超細氧化釔摻雜鎢復合納米粉末的制備方法。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提出了一種循環氧化還原的超細氧化釔摻雜鎢復合納米粉末的制備方法。該技術能夠使得到的復合粉末的平均晶粒尺寸達到30nm以下，晶粒極細且粒度分布極窄，氧含量可小至1.41％。

具體技術方案如下:

1.一種循環氧化還原的超細氧化釔摻雜鎢復合納米粉末的制備方法，包括以下步驟：