[發明專利]一種WRe/TZM復合材料的制備方法

在審

• 申請號: 202110141829.3
• 申請日: 2021-02-02
• 公開（公告）號: CN112958770A
• 公開（公告）日: 2021-06-15
• 發明（設計）人: 張久興;胡子;朱俊康;農濱榮;韓翠柳;潘亞飛;楊新宇
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學;合肥晶思立新材料科技有限公司
• 主分類號: B22F7/02
• 分類號: B22F7/02;B22F9/04;B22F1/00;B22F3/02;B22F3/14;H01J35/10
• 代理公司: 北京山允知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11741
• 代理人: 胡冰

本發明提供了一種使用放電等離子燒結來制備WRe/TZM復合材料的方法，其中，在放電等離子燒結之前使WRe合金粉末形成固溶體。本發明制備方法得到的CT機陽極靶材用WRe/TZM復合材料具有致密度高、結合強度與硬度高、界面擴散均勻、散熱性能好、抗熱沖擊性好等優點。

技術領域

本發明涉及一種WRe/TZM復合材料的制備方法，更具體而言涉及一種使用放電等離子燒結來制備WRe/TZM復合材料的方法。該WRe/TZM復合材料具有相對密度高、結合強度與硬度高、界面擴散均勻、散熱性能和抗熱沖擊性好等優點。

背景技術

鎢錸(WRe)合金是由鎢和錸元素所組成的合金。金屬鎢具有熔點高、高溫性能優異等優點，并且原子序數高，在高能電子束的轟擊下能激發強的X射線。然而，純鎢作為靶材存在如下缺點：存在切口敏感效應，裂紋容易進一步擴展和加深，進而造成靶材失效。金屬錸不存在塑脆轉變溫度，并且金屬錸的再結晶溫度高于鎢。因此，鎢錸合金中的錸可顯著降低鎢的塑脆轉變溫度，并能夠在高溫區域提高鎢的力學性能，抑制裂紋擴展，因此鎢錸合金為CT機旋轉陽極靶常用靶面材料。

TZM(鈦鋯鉬)合金具有高熔點、高強度、高彈性模量、小的線膨脹系數、較低的蒸氣壓、良好的導電導熱性、優異的抗蝕性以及良好的高溫力學性能等，從而廣泛應用于很多領域，如火箭噴嘴、噴管喉襯、魚雷發動機中的配氣閥體、燃氣管道、CT機X射線管陽極靶材基體等。WRe/TZM復合材料因W與Mo能形成W/Mo固溶體的特性，連接在一起時接頭性能良好，因此綜合了WRe合金與TZM合金的優點。

CT設備的掃描部分主要包括X射線管、探測器和掃描架。X射線管是CT機的核心器件之一，而其中，X射線管中旋轉的陽極靶在遭受高能電子束轟擊時產生X射線，為易損件，需要定期更換。據統計，50％以上的X射線管的損壞均是由陽極靶的失效引起的，這是由于X射線管工作過程中約99％以上的能量轉變為熱能，僅1％能量轉化為X射線，陽極的局部溫度甚至可達到2600℃。因此對于X射線管的靶面材料不僅要求其具有產生高質量X射線的能力，還必須同時要求其具有耐高溫、能承受較大的熱沖擊且散熱性能良好的特點。因此陽極靶材通常選擇WRe合金為靶面材料、TZM合金和石墨作為基體支撐材料。

旋轉陽極靶材的制備方法有粉末冶金法、化學氣相沉積法、熱壓焊接法等，其中粉末冶金方法最為簡便，多采用熱等靜壓或熱壓燒結制備雙層WRe/TZM復合材料，但由于兩者熔點相差大，致密度難以達到要求。目前，多數旋轉陽極靶材的制備需經過粉末預壓、高溫燒結(1800℃～2200℃)、熱鍛處理、退火等工序。工藝復雜且成本較高。

CN109065425A公開了一種CT球管的陽極靶盤及其制備方法。其中，用鎢粉、碳化鉿粉、碳化鉭粉、稀土氧化物Y₂O₃粉和錸粉配置靶盤靶面材料，需要1950至1980℃的高溫燒結。

CN109590476A公開了一種一步法制備高致密度WRe/TZM梯度復合材料的方法。其中，在該方法中需要設置梯度模具，且在燒結過程中需要設置溫度梯度，使得燒結過程復雜，仍存在燒結溫度較高的問題。

因此，亟待開發一種用于制備適用于旋轉陽極靶材的高致密度WRe/TZM復合材料的簡單、有效的方法。

發明內容

技術問題

為克服現有技術中的制造方法所存在的缺點，本發明提供了一種使用放電等離子燒結(SPS)技術來制備高致密度WRe/TZM復合材料的方法。

技術方案

本發明經過大量的實驗發現：在使用SPS燒結之前，通過采用高能球磨方式，使WRe合金粉末形成W-Re固溶體，細化粉末，增大粉末燒結活性，從而能夠顯著降低WRe合金粉末燒結溫度，并且使所得的復合材料具有高的致密度。

本發明提供了一種使用放電等離子燒結(SPS)來制備WRe/TZM復合材料的方法，其中，在放電等離子燒結之前使WRe合金粉末形成固溶體。