制造耐火金屬構件的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種借助澆鑄，尤其薄膜澆鑄，制造構件(耐火金屬構件)的方法，這種方法具有下列步驟:制備泥釉，它含有由至少一種耐火金屬或其化合物組成的粉末以及至少一種粘合劑；以及澆鑄泥釉使之形成至少一個泥釉層。本發明還涉及一種借助所述方法制成的構件。本發明尤其可使用于X射線管、加速器靶標或熱核反應堆，尤其用于X射線陽極表面或熱核反應堆的壁。
【背景技術】
[0002]熱核反應堆的壁的面對等離子區的表面或X射線陽極的表面，除了高溫外還要經受高的機械熱循環負荷，這種機械熱循環負荷會導致材料龜裂或還可能熔化。在這兩種應用中均使用耐火金屬，尤其鎢。
[0003]為了制造鎢重金屬合金的平的構件，由W02007/147792A1已知用于耐火金屬的薄膜澆鑄工序。W02007/147792A1公開了一種由鎢或鉬重金屬合金制造平的成形物件的方法，其中，由它們制造用于薄膜澆鑄的泥釉，由泥釉澆鑄成薄膜，以及薄膜在干燥后去除粘合劑并燒結，以獲得成形物件。術語鎢或鉬重金屬合金，按W02007/147792A1指的是，從由鎢重金屬合金、鎢、鎢合金、鉬和鉬合金組成的材料組中選出的一些材料。鎢重金屬合金中大約90%重量百分比至大約97%重量百分比由鎢或鎢合金組成。其余的份額是粘合劑金屬。作為金屬粘合劑，優先提及所占份額大于1%質量百分比的元素Fe、Ni和/或銅。金屬粘合劑用于通過較低的燒結溫度簡化制造過程，改善機械特性，尤其延展性，以及改善可加工性，例如更好的可切削性。這些材料針對在要屏蔽射線的用戶中使用，其中的背景在于合金高的密度。
【發明內容】
[0004]本發明要解決的技術問題是，至少部分克服現有技術的缺點，并尤其提供一種在局部熱交變負荷的情況下更穩定的耐火金屬構件。
[0005]上述技術問題按獨立權利要術的特征得以解決。尤其由從屬權利要求可得知優選的實施形式。
[0006]通過一種借助澆鑄制造構件(下文也稱為“耐火金屬構件”)的方法達到此目的，這種方法有下列步驟:制備泥釉，它含有由至少一種耐火金屬或其化合物組成的粉末(“耐火金屬粉末”)以及至少一種粘合劑；以及將泥釉澆鑄成至少一個泥釉層。這種泥釉無金屬粘合劑，也就是說沒有金屬的粘結劑。沒有作為粘結劑的金屬，可尤其通過在泥釉中沒有作為獨立粉末的金屬、其混合物或合金實現。所澆鑄泥釉的狀態基于還含有機物，所以稱為“生的”。作為半成品人們在此階段得到一種“生薄膜”、“生組件”或“生涂層”。
[0007]這種方法的優點是，成品耐火金屬構件的材料特性，尤其是其高熔點及其抗斷裂強度，在受熱交變負荷的情況下，不會通過在粘結劑內一種或多種低熔點的金屬而變壞(否則就會是這種情況)。因此，如此制成的構件仍能耐受較高的溫度而不破壞，和/或有更長的壽命。在這種情況下，這種方法可以用不比存在金屬粘結劑時高的或非常高的費用實施。
[0008]由此(例如與軋制法相比)，最終的耐火金屬構件可以制成具有致密分布和精細的粒度分布的均質、各向同性、細晶粒和低應力的微結構。這尤其還能與各向同性的晶體取向相結合。在有些情況下還希望并能夠調整例如涉及機械性質的雙情態粒度分布。附加地，例如與軋制法相比，達到在材料內晶粒沒有紋理、較小的內應力和取向誤差。此外，通過調整晶粒結構(分布/粒度)，可以影響在受局部熱循環負荷時的晶界特性和還有斷裂特性。此外，所述方法還能實現大面積耐火金屬構件的生產。
[0009]耐火金屬構件原則上可以理解為借助本方法制成的任何物體或工件。
[0010]泥釉可理解為具有耐火金屬粉末作為固體、適用于實施澆鑄的各種含固體的懸浮物。泥釉尤其可以是規定粘度的耐火金屬粉末/液體混合物，尤其包括無水的液體。
[0011]由至少一種耐火金屬或其化合物組成的粉末，可尤其理解為由一種或多種純耐火金屬(例如鎢和/或鉬)、其合金(例如錸化鎢)和/或其化合物組成的一種或多種粉末。耐火金屬粉末可例如包括鎢、鉬、錸和/或鉭和/或其合金和/或其化合物。尤其有一種設計是，這種粉末是一種由純鎢、錸化鎢WRe或鉭化鎢WTa組成的粉末。
[0012]一種擴展設計是，加工至少一種耐火金屬粉末在無氧的條件下進行，例如在保護氣體環境、還原環境或在真空的條件下進行。這樣做防止耐火金屬粉末氧化。
[0013]此外還有一種設計是，泥釉中耐火金屬或其化合物所占的重量百分比為70%至90%。
[0014]粘合劑原則上可以有各種非金屬粘結劑或無金屬粉末的粘結劑。這種粘結劑粘合耐火金屬粉末，功能類似于一種膠。優選的是有機粘結劑，例如聚乙烯醇縮丁醛。
[0015]一種擴展設計是，泥釉附加有添加劑，如分散劑、增塑劑、溶劑等。此外，尤其還可以影響泥釉的粘性和所澆鑄薄膜的特性(例如其強度或延展性)。
[0016]分散劑用于改善耐火金屬粉末粒子的潤濕特性并抑制結塊。溶劑，例如乙醇和/或甲苯，溶解尤其粘合劑的有機成分，例如聚乙烯醇縮醛BR18。通過攙合一種增塑劑，可以調整所澆鑄泥釉層的柔性和強度，并因而調整其可操作性。通過不同的攪拌和磨碎過程，制成一種均勻的泥釉。應必要的是，泥釉在澆鑄前除氣，以避免在泥釉層內起泡。
[0017]為了加工泥釉，可例如在擺動式攪拌機內、在球磨機內等，進行各種粉末的混合。
[0018]一種擴展設計是，澆鑄包括薄膜澆鑄或薄膜鑄造過程。薄膜澆鑄技術基本上是眾所周知的，不需要在這里進一步說明。原則上可以使用所有適合的薄膜鑄造方法。對于薄膜澆鑄的情況所得到的泥釉層也稱為生薄膜，它澆鑄在載體薄膜上。生薄膜可以是獨立的工件，它尤其接著通過熱力過程加工為成品。
[0019]一種擴展設計是，生薄膜直接施加在構件上，以及尤其通過接著的熱處理成為復合組件。這形成一種有耐火金屬涂層的構件。
[0020]一種擴展設計是，所述澆鑄包括泥釉澆鑄或泥釉鑄造過程。在這里，載體一次或多次通過泥釉抽拉或因而被噴射。載體也可以包括要如此涂層的構件。然后沉積的泥釉層可以與載體一起熱處理(尤其去除粘合劑和/或燒結)。從而形成一個耐火金屬構件，包括作為基體的載體和至少一個耐火金屬層。
[0021]泥釉層尤其能作為泥釉的薄層存在，也就是說尤其還含有機粘合劑。泥釉層，尤其生薄膜，為了進一步加工尤其能夠是形狀穩定的。
[0022]有一項設計是，泥釉有陶瓷粒子。由此尤其可以影響隨后制成的耐火金屬構件的再結晶特性和/或強度。此外，存在陶瓷在彌散固化時還尤其穩定精細結構和抑制再結晶，由此使耐火金屬構件獲得更強的耐受(例如通過局部熱交變負荷引發的)熱沖擊的抵抗能力。
[0023]還有一項設計是，陶瓷有La2O3, Y2O3, TiC和/或HfC或由其組成。
[0024]陶瓷粒子可尤其作為陶瓷粉末存在于泥釉中。一種陶瓷粉末可尤其作為微小或微粉末存在。陶瓷與金屬粉末的混合可以與其余泥釉成分一起進行，或通過一種可選擇的在前面已說明的攪拌和磨碎過程(例如在球磨機、碾磨機等中)達到。此時尤其還能調整粒度分布。
[0025]還有另一項設計是，至少一種耐火金屬粉末粒度的中數D50小于2微米。通過這種小的粒度，抑制基于高燒結溫度的晶粒生長，因為使用這種精細的粉末級分，所以能夠實現高的燒結反應性，并因而較低的最終燒結溫度。
[0026]還有一項設計是，(各個)泥釉層的厚度為約20微米至約3毫米。由此為了安置耐火金屬粉末更多的晶粒可以制備足夠大的層厚。此外還因而能保征各種泥釉成分沿厚度有足夠的均質性。
[0027]一種擴展設