一种纯钨材料及其加工方法、装置

本发明涉及难熔金属材料制备，具体是一种纯钨材料及其加工方法、装置。

背景技术：

1、钨是一种难熔金属，其熔点为3308℃，具备高强度、高硬度、高导热性和高耐腐蚀性等优异性能，这些特性决定了钨是在高温、高压环境下使用的最佳材料，尤其是在航空航天、能源电力和医疗器械等诸多领域，在工业生产发展中起着重要的作用。

2、目前，钨的制备方法主要有粉末冶金法、激光快速成形法和金属粉末注射成形。其中，激光快速成形法能产生瞬时的局部高温，实现钨粉的熔化并产生冶金结合，冷却后得到钨制品，但在成形过程中会产生较大的温度梯度，导致钨制品出现翘边、开裂等缺陷。金属粉末注射成形将脱脂后的钨生坯进行烧结，由于脱脂后的生坯内部存在大量孔隙，难以得到高致密的钨制品。通过传统的粉末冶金法能得到致密的钨制品，但长时间的高温烧结(2000-2400℃)会导致钨晶粒粗化，严重影响钨制品的性能。公开号为cn109047780a的中国专利公开了一种制备高致密度钨烧结制品的方法，该专利将近球形细钨粉与石蜡粘接剂混合得到混料，依次经过一次冷等静压、脱脂、二次冷等静压、烧结，从而得到高致密的钨制品。但该方法步骤繁琐、仪器设备要求高、耗时长、能耗高，不利于钨制品的大规模生产。

3、综上，目前纯钨材料的制备方法与装置存在步骤繁琐、仪器设备要求高、耗时长、能耗高等问题，造成钨制品的生产效率低，难以大规模生产。因此，亟需开发一种节能高效、操作简便的纯钨材料快速制备的装置。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种纯钨材料及其加工方法、装置，以解决上述背景技术中提出的问题，能够快速高效地加工纯钨材料，且操作简便。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、本发明一方面公开了一种纯钨材料的加工装置，包括一密封腔体，所述腔体中设有上下平行的导电板，两导电板之间设有用于支撑钨生坯的载体；所述载体包括金属网、用于调节金属网与导电板间距的升降夹具；所述腔体连接有进水管、出水管、进气管、出气管；所述导电板连接有电导热体。

4、作为本发明进一步的方案：所述电导热体包括连接在下方导电板下端的连接电极、连接在连接电极一端的载入电极；所述连接电极和载入电极的材质均为石墨。

5、作为本发明进一步的方案：所述金属网和升降夹具的材质为钨。

6、作为本发明进一步的方案：所述金属网距离两导电板的距离为1-5mm。

7、作为本发明进一步的方案：所述导电板的材质为石墨。

8、本发明第二个方面公开了用上述加工装置制备纯钨材料的加工方法，包括以下步骤：

9、将高活性细钨粉进行压制成型，得到钨生坯圆片；所述高活性细钨粉的粒径为400-500目，压制压力为300-500mpa；

10、将钨生坯圆片进行高温烧结，水冷降温后即得纯钨烧结体。

11、作为本发明进一步的方案：所述高温烧结具体包括：

12、将钨生坯放置在金属网上，通过出气管将腔体内空气抽出，再通过进气管通入氢体积分数为15％的氮氢混合气，使腔体内充满流动的氮氢混合气氛；

13、将加工装置接通电流，控制电流大小为100-200a，使钨生坯以1000℃/min的升温速率加热至2400-2600℃，保温5min以上。升温速率高是利用电流热效应，总热量等于电流的平方×导电石墨板的电阻×电流通过的时间。

14、本发明第三个方面公开了一种纯钨材料，其采用上述的加工方法所得到。

15、作为本发明进一步的方案：其致密度为94.8％以上；钨晶粒尺寸为4.03μm以上。

16、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

17、1.本发明装置利用电流加热，通过热传导和热辐射的形式对钨生坯进行加热，在几分钟的时间即可达到烧结温度，极大简化了烧结工艺和烧结时间，减小了钨晶粒的尺寸，提高了钨制品的性能。

18、2.本发明装置采用上下两层导电石墨板进行加热，且板与钨生坯的距离可调节，使钨生坯能均匀受热，加快了烧结进度。

19、3.本发明装置选择钨网作为加热载体，钨生坯不与导电是石墨板直接接触，电流不直接通过钨生坯，使加热速率和实时温度可控，便于烧结工艺参数的确定。

20、4.本装置便于操作、节能减耗、烧结时间短、生产效率高，该方法可以推广到其他难熔金属的制备。

技术特征：

1.一种纯钨材料的加工装置，其特征在于，包括一密封腔体，所述腔体中设有上下平行的导电板，两导电板之间设有用于支撑钨生坯的载体；所述载体包括金属网、用于调节金属网与导电板间距的升降夹具；所述腔体连接有进水管、出水管、进气管、出气管；所述导电板连接有电导热体。

2.根据权利要求1所述的纯钨材料的加工装置，其特征在于，所述电导热体包括连接在下方导电板下端的连接电极、连接在连接电极一端的载入电极；所述连接电极和载入电极的材质均为石墨。

3.根据权利要求1所述的纯钨材料的加工装置，其特征在于，所述金属网和升降夹具的材质为钨。

4.根据权利要求1所述的纯钨材料的加工装置，其特征在于，所述金属网距离两导电板的距离为1-5mm。

5.根据权利要求1所述的纯钨材料的加工装置，其特征在于，所述导电板的材质为石墨。

6.一种采用权利要求1-5任何一项所述的加工装置制备纯钨材料的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述高温烧结具体包括：

8.一种纯钨材料，其特征在于，由权利要求6-7任一项所述的加工方法所得到。

9.根据权利要求7所述的纯钨材料，其特征在于，其致密度为94.8％以上；钨晶粒尺寸为4.03μm以上。

技术总结
本发明公开了一种纯钨材料及其加工方法、装置，该装置包括一密封腔体，所述腔体中设有上下平行的导电板，两导电板之间设有用于支撑钨生坯的载体；所述载体包括金属网、用于调节金属网与导电板间距的升降夹具；所述腔体连接有进水管、出水管、进气管、出气管；所述导电板连接有电导热体。本发明装置利用电流加热，通过热传导和热辐射的形式对钨生坯进行加热，在几分钟的时间即可达到烧结温度，极大简化了烧结工艺和烧结时间，减小了钨晶粒的尺寸，提高了钨制品的性能。

技术研发人员：陈鹏起,黄承泱,宋文轩,程继贵,陈新,许荡
受保护的技术使用者：合肥工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/29