專利名稱：高純致密異型鎢制品的制備方法
技術領域：
高純致密異型鎢制品的制備方法，屬難熔金屬加工領域。
背景技術：
鎢的熔點高達3410℃，密度高達19.3g/cm3，鎢制品被廣泛應用于航空、航天、原子能和高溫領域。由于鎢硬度高、脆性大，一般鑄鍛工藝難以加工成型，目前所用的鎢制品均采用粉末冶金的方法制得。由于粉末冶金所得鎢制品組織不致密，易產生針孔，且受到產品尺寸和形狀的限制，無法制備薄壁、復雜形狀的鎢制品，因此開發新的高純致密鎢異型制品的制備方法具有重要的實際意義和廣泛的應用領域。
發明內容
本發明目的是提供了一種新型的鎢制品制備方法，以此方法可制備出具有高純、高致密、形狀任意的鎢制品。
本發明是鑒于難熔金屬的難加工性，利用常氣壓下氣體的良好饒鍍性和氣體反應速度快特點，通過化學反應在仿型體表面沉積出難熔金屬，后續加工去除仿型體后獲得不同形狀和厚度的鎢制品。
本發明提供了一種高純致密鎢及合金制品的制備方法，其特征在于，包括以下步驟1)以銅制作具有所需鎢制品形狀的仿體；2)將上述銅仿體表面用有機溶劑洗凈、干燥后放入反應室內；3)以WF6和高純H2為沉積反應氣體；沉積反應在常壓下進行；沉積反應溫度在400℃-800℃，反應氣體配比范圍為1L/min H2流量對應1-5g/min WF6通入量；通過控制反應氣體通入量控制沉積速度V≈0.5-2mm/h；4)沉積后關閉氣體，繼續通入H2冷卻到室溫、取出、切割打磨仿體后用硝酸溶解或加熱熔化異型仿體。
從本發明對于表面質量要求高的涂層，沉積速率控制在V≈0.5-1mm/h，對于以化學氣相沉積法制取鎢制品，沉積速度可加大至V≈1-2mm/h。
不同基體自身強度、膨脹系數不同，將直接導致沉積層與基體的結合力不同。采用銅基體，由于在沉積工藝溫度下其表面氧化銅已被H2充分還原，并且在此條件下因銅基體已經發生再結晶退火，具有非常低的強度和非常好的塑性，可以充分釋放鎢沉積層因溫度變化等因素造成的膜-基之間的殘余應力。因此在銅基體上進行鎢及其它難熔金屬沉積均可以獲得良好的沉積層與基體之間的結合，不易在沉積層與基體材料界面處及沉積層內部產生裂紋。這一點對于以化學氣相沉積法制取基體形狀復雜、沉積層厚度大的難熔金屬鎢制品非常有利。此外，由于銅鎢之間固液均不互溶，可以使得所獲得鎢制品具有高純度。
本發明的效果上述制備方法具有生產效率高、工藝簡單、操作方便特點。所獲得鎢制品具有純度高、高致密度、且形狀任意、壁厚均勻。制晶純度測試沉積工藝范圍內不同條件下獲得沉積層能譜分析(型號Oxford Inca)結果顯示，沉積膜層成分為100％W。X射線熒光掃描分析顯示沉積層中W的含量達到99.7％。利用離子刻蝕對沉積層由表層向內部進行剝層俄歇譜成分分析(型號MICRO.LAB MK2)，測試結果如圖1、圖2所示。
圖1沉積層表面刻蝕前的俄歇譜2沉積層表面離子刻蝕后俄歇譜圖俄歇譜分析結果顯示，在沉積表層中僅有少量C、O存在，經離子刻蝕后，沉積層內部C、O含量下降。無論表層還是內部都沒有氟元素殘留，沉積層內鎢原子相對濃度在99.8％以上。
制品密度測試密度測量采用浮力法。在精密天平上先測量出難熔金屬沉積樣品在空氣中的質量G空，再將其放入水中托盤內測量出難熔金屬沉積樣品水中重G水，由公式ρ＝G空/[(G空-G水)/ρ水]計算出難熔金屬沉積樣品的密度。
對不同工藝溫度下沉積獲得制品測試結果如表1所示具體實施方式
實例一沉積制備高純度、高致密鎢坩堝首先加工制作一個與所制備鎢坩堝外形相同的銅質仿體件。
將銅制仿體表面用丙酮洗凈、干燥后放入反應室內；用Ar排空反應室空氣后通入H2；加熱WF6到30℃左右使之維持氣態；反應室加熱升溫到400℃，通入H2和WF6混合氣體；H2流量為5L/min，WF6流量為5g/min；反應室氣體壓強為1個大氣壓；反應時間為240min；沉積工藝完成后在H2保護條件下冷卻到室溫取出；切割打磨仿體后用硝酸溶解或加熱熔化異型仿體獲得鎢管。分析測試結果顯示所制備鎢管壁厚外徑與沉積銅質仿體內經相同，平均壁厚1.8-2.0mm，能譜檢測鎢相對含量為100％，浮力法密度測量結果為19.29g/cm3。
實例二沉積制備高純度、高致密度鎢管首先加工制作一個與所需鎢管外徑相同的銅質仿體件。
將銅制仿體表面用丙酮洗凈、干燥后放入反應室內；用Ar排空反應室空氣后通入H2；加熱WF6到30℃左右使之維持氣態；反應室加熱升溫到550℃，通入H2和WF6混合氣體；H2流量為1.5L/min，WF6流量為1.5g/min；反應室氣體壓強為1個大氣壓；反應時間為90min；沉積工藝完成后在H2保護條件下冷卻到室溫取出；切割打磨仿體后用硝酸溶解或加熱熔化異型仿體獲得鎢管。分析測試結果顯示所制備鎢管壁厚外徑與沉積銅質仿體內經相同，平均壁厚0.6-0.7mm，能譜檢測鎢相對含量為100％，浮力法密度測量結果為19.27g/cm3。
實例三沉積制備高純度、高致密度鎢管首先加工制作一個與所需鎢管內徑相同的銅質仿體件。
將銅制仿體表面用丙酮洗凈、干燥后放入反應室內；用Ar排空反應室空氣后通入H2；加熱WF6到30℃左右使之維持氣態；反應室加熱升溫到800℃，通入H2和WF6混合氣體；H2流量為1.0L/min，WF6流量為5g/min；反應室氣體壓強為1個大氣壓；反應時間為60min；沉積工藝完成后在H2保護條件下冷卻到室溫取出；切割打磨仿體后用硝酸溶解或加熱熔化異型仿體獲得鎢管。分析測試結果顯示所制備鎢管內徑與沉積銅質仿體內經相同，平均壁厚0.4-0.5mm，能譜檢測鎢相對含量為100％，浮力法密度測量結果為19.12g/cm3。
表1不同溫度沉積試樣密度測量結果
權利要求
1.一種高純致密鎢及合金制品的制備方法，其特征在于，包括以下步驟1)以銅制作具有所需鎢制品形狀的仿體；2)將上述銅仿體表面用有機溶劑洗凈、干燥后放入反應室內；3)以WF6和高純H2為沉積反應氣體；沉積反應在常壓下進行；沉積反應溫度在400℃～800℃，反應氣體配比范圍為1L/min H2流量對應1-5g/min WF6通入量；通過控制反應氣體通入量控制沉積速度V≈0.5-2mm/h；4)沉積后關閉氣體，繼續通入H2冷卻到室溫、取出、切割打磨仿體后用硝酸溶解或加熱熔化異型仿體。
全文摘要
高純致密異型鎢制品的制備方法，屬難熔金屬加工領域。目前所用的鎢制品均采用粉末冶金的方法制得，無法制備薄壁、復雜形狀的鎢制品。本發明以銅制作具有所需鎢制品形狀的仿體；將上述銅仿體表面用有機溶劑洗凈、干燥后放入反應室內；以WF
文檔編號C23C16/56GK1962935SQ200610164939
公開日2007年5月16日 申請日期2006年12月8日 優先權日2006年12月8日
發明者周美玲, 馬捷, 王從曾 申請人:北京工業大學