[发明专利]一种超细高硬度W-Y2

说明书

本发明公开了一种超细高硬度W‑Y₂O₃复合材料的制备方法，是在制备过程中加入表面活性剂三乙醇胺，进一步促进晶粒细化，得到超细高硬度的W‑Y₂O₃复合材料。本发明复合材料的相对密度达97.0％以上，晶粒尺寸达0.7‑1.5μm，硬度达550‑670HV_0.2,优于传统湿化学法制备的W‑Y₂O₃材料(晶粒尺寸4‑6μm，硬度350‑400HV_0.2)。

技术领域

本发明涉及一种钨基复合材料的制备方法，具体地说是一种超细高硬度W-Y₂O₃复合材料的制备方法。

背景技术

为了使核聚变能有效的解决人类未来社会能源问题与环境问题，强磁场约束高温等离子体聚变装置托卡马克(Tokamak)的发明为可控热核聚变反应的实现提供了可能性，并且成立了国际热核聚变试验堆(ITER)。但是在热核聚变中，边界的等离子体会与面向等离子体材料(PFM，Plasma Facing Materials)发生作用，面向等离子体材料受到大量的热能、高能粒子、电磁辐射，并造成严重的表面损伤，热学和力学性能下降，材料的服役寿命会进一步缩短，还会导致严重的滞留和渗透问题。因此对面向等离子体材料有很高的要求。

钨因其高熔点、高导热率、低溅射腐蚀速率、高自溅射阀值以及低蒸气压和低氚滞留等优异性能，被认为是聚变装置最具有前景的面对等离子体第一壁材料。然而，钨存在脆性问题，低温脆性、再结晶脆性和辐照脆性成为制约钨基材料在聚变反应堆中发挥最大性能的主要因素。经过试验发现，向钨基材料中添加第二相(如稀土氧化物和碳化物)可以对材料进行强化。一般用球磨制备超细W/第二相复合粉末，然而，在这种球磨过程中容易引入杂质，严重影响钨基材料的性能，。因此根据以上研究现状，发现湿化学法在制备前驱体粉末时更易实现高纯度、均匀性混合，但是第二相容易聚集，颗粒尺寸较大。本发明在制备W-Y₂O₃复合前驱体粉末的传统湿化学法基础上，加入了表面活性剂来促进第二相的弥散分布，制备超细高硬度的W-Y₂O₃复合材料。

发明内容

本发明旨在提供一种超细高硬度W-Y₂O₃复合材料的制备方法。与制备W-Y₂O₃复合前驱体粉末的传统湿化学法相比，本发明加入表面活性剂三乙醇胺，进一步促进晶粒细化，得到超细高硬度的W-Y₂O₃复合材料。

本发明超细高硬度W-Y₂O₃复合材料制备过程中添加的表面活性剂三乙醇胺为偏钨酸铵质量的5-7％。

本发明超细高硬度W-Y₂O₃复合材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：制粉

将表面活性剂三乙醇胺((HOCH₂CH₂)₃N，Aladdin，分析纯)、六水合硝酸钇(Y(NO₃)₃· 6H₂O，Aladdin，纯度≥99.5％)和偏钨酸铵(AMT，Aladdin，纯度≥99.95％)溶解在去离子水中，随后加入沉淀剂草酸(C₂H₂O₄·2H₂O，分析纯)，在110-130℃下不断搅拌直至获得 W-Y₂O₃前驱体粉末；将所得W-Y₂O₃前驱体粉末研磨后置于管式炉中，在氢气气氛下还原，获得W-Y₂O₃复合粉体；