[发明专利]一种颗粒增强钼基复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明具体涉及一种颗粒增强钼基复合材料的制备方法，属于复合材料制备技术领域。

背景技术

钼及钼基复合材料具有良好的高温强度和高温硬度，良好的导热性和导电性，低的热膨胀系数，优异的耐磨性和抗腐蚀性，被广泛应用于航天航空、能源电力、微电子、生物医药、机械加工、医疗器械、照明、玻纤、国防建设等领域。我国是世界第二大钼资源国(仅次于美国)和第一大产钼国。

在抗高温、抗高温磨损等特殊应用领域，钼基复合材料具有不可替代的优势，如钼顶头、航空航天用高温喷管材料、喷嘴材料、配气阀体、燃气管管道材料等。真空炉行业用的高温钼板、工作架、钼隔热屏、钼支撑件、钼螺栓等要求长时间工作于超高温环境下并且耐受温度场的变化而不变形，也就是说要求有很高的高温抗蠕变性能和高温持久强度。随着科技的发展，对钼基复合材料的高温性能要求越来越高，研制高温性能更好的钼基复合材料产品日趋紧迫。

钼基复合材料的发展趋势主要体现在：(1)开发新型钼基复合材料，引入高硬抗磨质点，并且硬质点与钼基体结合良好；(2)新型复合工艺的研究，以保证硬质点颗粒细小和分布均匀，对于脆而硬的陶瓷颗粒尤其重要，在锻造或轧制时如果陶瓷颗粒过大，易诱发裂纹；(3)复合强化机理研究，晶界强化、固溶强化和弥散强化多重强化，提升强化效果。

通常情况下，采用结晶法制备颗粒增强钼基复合材料时，将氧化物的可溶性盐和钼酸氨混在一起溶入蒸馏水中，然后蒸发结晶，得到混合粉体。但是，一般钼基复合材料中氧化物的加入量都很少，在蒸发结晶时钼酸氨首先达到饱和，并逐渐析出、长大，直到最后，第二相的可溶性盐才达到饱和并析出，结果是出现偏析，混合不够均匀，钼酸铵的晶粒较为粗大。

发明内容

本发明的目的是提供一种颗粒增强钼基复合材料的制备方法。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：

一种颗粒增强钼基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)在钼酸铵溶液中加入氨水至pH值为9～14备用；

(2)将铝盐、锆盐或澜盐溶于水中，再将其加入步骤(1)的溶液中，边加边搅拌，生成絮状沉淀，控制pH值不小于8(可加氨水调节)，加热蒸干，得到钼酸铵/金属氢氧化物(氢氧化铝、氢氧化锆或氢氧化镧)复合粉体；

(3)取复合粉体在500～580℃下煅烧1～5小时，得到三氧化钼/金属氧化物(氧化铝、氧化锆或氧化镧)复合粉体，将三氧化钼还原为钼粉，纳米氧化物颗粒均匀地被吸附于钼颗粒周围，再压制、烧结，得到金属氧化物颗粒增强钼基复合材料。

所述的复合材料中金属氧化物与钼以任意比例复合，二者的含量均不为零。优选的，以质量百分含量计，0％＜金属氧化物的含量≤20％。其中，金属氧化物的粒度为0.01～2微米；钼的粒度为1～4微米。当氧化物含量小于10％时，其粒度为0.01～1微米，含量越低，粒度越小；钼的粒度为1～4微米。氧化物有阻止钼晶粒长大的作用，所以，氧化物含量越高，钼的晶粒越细小，同时，氧化物本身则随着含量的增加有长大的趋势。

所述步骤(1)中的钼酸铵为二钼酸铵、四钼酸铵、七钼酸铵等晶型中的一种或多种。

所述步骤(2)中的铝盐为可溶性铝盐，如硝酸铝、硫酸铝、氯化铝等。

所述步骤(2)中的锆盐为可溶性锆盐，如硝酸锆、氧氯化锆等。

所述步骤(2)中的镧盐为可溶性镧盐，如硝酸镧等。

所述步骤(3)中将三氧化钼还原为钼粉为：在520～580℃下用氢气一次还原3～5小时，在890～1000℃下用氢气二次还原4～8小时。

所述步骤(3)中压制压力为150～300MPa，压制时间为10～60分钟。

所述步骤(3)中烧结为在1650～2000℃、氢气气氛下烧结1～10小时。

本发明的有益效果：

本发明在钼酸氨溶液中加入足够的氨水，使之呈碱性，再将可溶性铝盐、锆盐或镧盐溶于水中，并缓慢加入到钼酸氨溶液中，边加边搅拌，生成絮状沉淀，再加热蒸干，得到钼酸氨/金属氢氧化物复合粉体，经低温煅烧得到三氧化钼与金属氧化物(氧化铝、氧化锆或氧化镧)复合粉体，再将三氧化钼还原成钼粉，经压制、烧结后制成颗粒增强钼基复合材料。本发明先让第二相沉淀出来，形成纳米级絮状沉淀，然后再蒸发结晶，让钼酸氨以纳米级的第二相为形核核心形核，有利于促进形核，细化晶粒，减小偏析，使掺杂均匀化。复合材料中第二相颗粒弥散分布于钼基体之上，与钼基体之间是完全的冶金结合，并能有效阻止烧结时晶粒长大，具有细化晶粒的作用。