[发明专利]一种循环氧化还原的超细氧化钇掺杂钨复合纳米粉末制备方法

说明书

本发明提出一种循环氧化还原的超细氧化钇掺杂钨复合纳米粉末制备方法，将氧化钨粉末和硝酸钇或氧化钇粉末混合后球磨；用氢气还原得到超细W‑Y₂O₃粉末；然后将其重新氧化得到WO_x‑Y₂O₃粉末，用氢气两步还原得到W‑Y₂O₃粉末，氧化和还原过程重复多次；再将W‑Y₂O₃粉末球磨；最后用氢气除掉W‑Y₂O₃粉末表面的氧化层，最终得到超细纳米W‑Y₂O₃复合纳米粉末。循环氧化还原的超细氧化钇掺杂钨复合纳米粉末制备方法比传统的机械合金化法制得的粉末晶粒小、团聚小，平均晶粒尺寸能达到30nm以下，且晶粒粒度分布极窄，含氧量可低至1.41％，此方法具有显著的优势。

技术领域

本发明提出了一种超细氧化钇掺杂钨W-Y₂O₃复合纳米粉末的制备技术，属于粉体制备工程技术领域。

背景技术

钨及其合金具有很多优异的性能，高熔点、高热导率、高密度、低热膨胀系数、优良的耐蚀性等，广泛应用在航空航天、电子、化工等领域。在聚变核能领域，W可应用于高温、强流离子辐照及稳态热流等极端服役环境，被认为是最有前途的面向等离子体的第一壁防护材料。

但W具有低温脆性，界面结合力小、再结晶温度低以及辐照硬化和脆化等特性，钨的应用受到限制，也一直是限制其在核聚变领域应用的难题。目前有效的方法是第二相弥散强化和细晶强化。一方面，Y₂O₃是最佳的氧化物弥散强化相，它能显著的细化W晶粒，W晶粒越小，氧化物第二相颗粒在钨晶内分布越弥散均匀，钨合金的性能越优异，从而能够满足上述各应用领域中更为苛刻的服役需求；另一方面，细晶强化是唯一在提高材料强度和硬度的同时，又提高材料塑性和韧性的强化方法，而超细粉末的烧结为我们获得晶粒细小、致密度高的细晶材料提供了可能。

超细纳米粉末一般指的是直径在100nm以下的粉末，具有极高的烧结活性。粉末越细，烧结活性越高，在后续烧结时能明显降低烧结温度，缩短保温时间，所以晶粒变细、致密度提高。

目前得到复合W-Y₂O₃的超细纳米粉末的主要方法有机械球磨法，但传统的球磨方法有很多不足：(1)随着球磨时间变长，细化晶粒的效果愈不明显，在Preparation andsintering of nanometer W-2 wt.％Y₂O₃ composite powders(JOURNAL OF RARE EARTHS,Vol.33,No.7,July 2015,P.752)一文中可以看出晶粒减小至50nm以后很难继续细化，且随着球磨时间增加引入的杂质也愈多；(2)虽然W和Y₂O₃已经充分球磨，但两相之间主要是颗粒之间的接触，后续烧结时氧化物第二相颗粒极少分布在晶内，主要分布在晶界处且易偏聚长大，明显恶化钨基合金力学性能；(3)传统的球磨方法在球磨后粉末虽然较细但表面活性很高，会在表面形成一层氧化层，显著提高了氧含量，恶化烧结性能和钨基合金力学性能。

因此，想得到粉末更细，颗粒更小，氧含量更低的复合纳米粉末，改进传统的机械球磨法制备工艺至关重要。本发明提出了一种循环氧化还原的超细氧化钇掺杂钨复合纳米粉末的制备方法。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出了一种循环氧化还原的超细氧化钇掺杂钨复合纳米粉末的制备方法。该技术能够使得到的复合粉末的平均晶粒尺寸达到30nm以下，晶粒极细且粒度分布极窄，氧含量可小至1.41％。

具体技术方案如下:

1.一种循环氧化还原的超细氧化钇掺杂钨复合纳米粉末的制备方法，包括以下步骤：