本发明属于合金材料,涉及多孔钨基材料,还涉及上述多孔钨基材料的制备方法。
背景技术:
1、钨基复合材料由于熔点高、导热性能好、热膨胀系数低和抗辐射性能高等优点,被广泛应用在军工、航空航天、开关弧触头材料等领域。钨-铜形成的两相假合金,分别兼并了钨和铜的单项优异性能,具有强度高,耐高温,耐电弧烧蚀性等优点,被用于导弹、火箭发动机的喷管喉衬、燃气舵等,其主要利用了高温下铜挥发形成的发汗制冷性,从而降低了钨铜合金的表面温度,保证在高温极端条件下的使用。
2、目前,军工上使用的高钨w10cu、w7cu两种材料,主要利用熔渗工艺制备。将两种不同粒度的钨粉,混料后装入模具,高温烧结出多孔钨骨架,然后利用毛细管力作用将硅铜熔液渗入,从而制得钨-硅-铜复合材料。钨粉的成型性不好,高密度骨架较难形成,且孔隙大小不等,导致铜相分布不均,从而影响材料的致密度及耐高温性能,因此,在熔渗烧结过程中,加入了硅,利用其助流作用,更有利于铜液在钨骨架中的流动。为了提高钨铜复合材料的强度及硬度,发明专利一种高钨含量钨铜材料的制备方法(cn202310247867公开日20230714)公开了通过采用两种对应粒度钨粉进行级配,制备高钨含量钨铜合金材料钨颗粒细小,质地均匀,有效提高致密度;提高烧结快速热压,采用并非过高温度的短时处理烧结可以保持钨晶粒细小结构,与原始钨粉基本一致,节约原料的使用成本,但此工艺下生产的钨铜复合材料的相对密度较低。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种多孔钨基材料的制备方法,解决了现有技术中存在的相对密度较低问题。
2、本发明所采用的技术方案是,多孔钨基材料的制备方法,包括以下步骤:
3、步骤1、先将sio2球分散于乙醇和酒精,再依次向其中加入十六烷基三甲基溴化铵和氨水的混合液、间苯二酚和甲醛的混合液,经过洗涤、干燥后得到酚醛树脂包覆的二氧化硅球,将酚醛树脂包覆的二氧化硅球置于管室炉中碳化,得到sio2/c材料;
4、步骤2、将sio2/c材料与两种粒径的钨粉混合,得到w-sio2/c复合粉末;
5、步骤3、将w-sio2/c复合粉末装入模具进行冷等静压,得到钨骨架生坯;
6、步骤4、对钨骨架生坯进行烧结,得到钨骨架烧结坯;
7、步骤5、将钨骨架烧结坯与铜块置于氢气炉中进行渗铜,得到钨-铜复合材料。
8、本发明的特点还在于:
9、sio2球的制备过程为:向nh4oh和乙醇的混合溶液中加入四乙氧基硅烷,搅拌均匀后,进行洗涤、干燥,得到sio2。
10、nh4oh、乙醇、四乙氧基硅烷体积比为40:40:3~9。
11、二氧化硅球与十六烷基三甲基溴化铵的质量比为1:0.5~1:2.5,二氧化硅球与间苯二酚的质量比为1:1~3,间苯二酚和甲醛质量比为5~11:6。
12、步骤1中,干燥温度为80℃,干燥时间为8h;碳化温度为850℃,碳化时间为4h。
13、步骤2中钨粉粒度分别为6~8μm、1.7~2.2μm,质量比为1~3:1。
14、步骤2中将sio2/c材料与两种粒径的钨粉置于球磨机中混合,采用碳化钨材质球墨罐和碳化钨材质球,球料比为6:1,持续球磨混合4~6h。
15、冷等静压过程中,压制压力为150~300mpa,保压时间为100~200s。
16、烧结过程中,烧结温度为1200~1600℃,保温2~3h。
17、渗铜过程中,熔渗温度在1100~1300℃下,保温5~6h,随炉温冷却。
18、本发明的另一目的是提供一种多孔钨基材料。
19、本发明所采用的另一技术方案是,上述的多孔钨基材料制备方法制得的多孔钨基材料。
20、本发明的有益效果是:本发明多孔钨基材料的制备方法,先制备sio2/c复合材料,使sio2与c分散性更好,能高效的促进铜的渗入,减少了阻塞现象,提高了钨铜复合材料的密度和整体组织的均匀性;相比于传统掺杂c烧结-渗铜,利用sio2/c复合材料烧结的钨骨架,得到的钨铜合金硬度、耐热性、耐腐蚀性能更好;采用不同粒度的钨粉压制成坯,使小粒度钨粉更好的填充在孔隙,使烧结后的钨骨架致密度,强度与硬度更大;加入sio2/c复合材料,钨骨架的孔隙率更高、孔径更细小,使得铜相具有更好的流动性,更有利于铜相在多孔钨骨架中的渗透。本发明多孔钨基材料,钨元素纯度较高,致密度优良。
1.多孔钨基材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
2.如权利要求1所述的多孔钨基材料的制备方法,其特征在于,所述sio2球的制备过程为:向nh4oh和乙醇的混合溶液中加入四乙氧基硅烷,搅拌均匀后,进行洗涤、干燥,得到sio2。
3.如权利要求2所述的多孔钨基材料的制备方法,其特征在于,所述nh4oh、乙醇、四乙氧基硅烷体积比为40:40:3~9。
4.如权利要求1所述的多孔钨基材料的制备方法,其特征在于,所述二氧化硅球与十六烷基三甲基溴化铵的质量比为1:0.5~1:2.5,二氧化硅球与间苯二酚的质量比为1:1~3,间苯二酚和甲醛质量比为5~11:6;步骤1中,干燥温度为80℃,干燥时间为8h;碳化温度为850℃,碳化时间为4h。
5.如权利要求1所述的多孔钨基材料的制备方法,其特征在于,步骤2中所述钨粉粒度分别为6~8μm、1.7~2.2μm,质量比为1~3:1。
6.如权利要求1所述的多孔钨基材料的制备方法,其特征在于,步骤2中将所述sio2/c材料与两种粒径的钨粉置于球磨机中混合,采用碳化钨材质球墨罐和碳化钨材质球,球料比为6:1,持续球磨混合4~6h。
7.如权利要求1所述的多孔钨基材料的制备方法,其特征在于,所述冷等静压过程中,压制压力为150~300mpa,保压时间为100~200s。
8.如权利要求1所述的多孔钨基材料的制备方法,其特征在于,所述烧结过程中,烧结温度为1200~1600℃,保温2~3h。
9.如权利要求1所述的多孔钨基材料的制备方法,其特征在于,所述渗铜过程中,熔渗温度在1100~1300℃下,保温5~6h,随炉温冷却。
10.权利要求1-9任一项所述的多孔钨基材料制备方法制得的多孔钨基材料。