一种制备钼坯料的方法
【专利摘要】一种制备钼坯料的方法，涉及一种制备高密度钼制品过程中的钼坯料的制备方法。其制备过程的步骤包括：（1）将钼粉模压成型；（2）将模压成型的压坯进行烧结；其特征在于烧结过程是在保护气体的下进行连续高温烧结。本发明的一种制备钼坯料的方法，采用连续高温烧结，并采用活化的还原气体，在烧结过程中起到强烈的活化烧结作用，使钼坯在相对较低的温度下获得烧结密度高达10.0-10.13g/cm3的钼制品，在很多用途可以直接使用。对于尺寸精度要求很高的应用场合，可以进行少量精加工而达到要求。
【专利说明】一种制备钼坯料的方法
【技术领域】
[0001]一种制备钥坯料的方法，涉及一种制备高密度钥制品过程中的钥坯料的制备方法。
【背景技术】
[0002]钥是一种重要的稀有金属，它在地壳中的丰度为7.5X10_4%，是稀缺的战略物资。它的熔点高、热导率高、导电性良好、以及高温强度良好和耐磨性高，故在航空、航天、高温结构件、电子元器件、医疗器件等众多领域有着广泛的应用。
[0003]由于金属钥的熔点很高(2620°C)，采用熔炼、铸造工艺难度较大，故钥制品的制备方法通常是采用粉末冶金的方法。制备过程采用钥粉为原料，经过预处理、成型、高温烧结或垂熔制成钥坯。这时钥坯的密度比较低，一般在9.3-9.7 g/cm3，相应的物理性能都比致密材料低很多，通常不能满足实际需要。因此，这种钥坯还不能作为钥制品，必须再经过热锻、轧制等加工手段使其进一步致密化，提高其性能，以满足各种实际用途的需要。
[0004]中国发明专利CN 102699327A发明的一种生产人工晶体的钥坩埚的制作工艺，就是把经过压制和1950°C烧结30小时的钥坯再加热到1600°C锻打成钥坩埚。很显然，采用这样的工艺的缺点是能耗高，工艺复杂，工序多。
[0005]又如用作大功率电力半导体器件可控硅、晶闸管等的衬底钥圆片，传统的粉末冶金方法主耍包括压制、烧结、机加工等步骤。此方法工艺流程短，能耗低，材料利用率高，特别是材料内部组织基本上不存在织构。但缺点是材料密度低(约为理论密度92% )，强度低，不能满足使用要求。中国发明专利CN1163173A发明的一种生产钥圆片的粉末冶金方法，在传统粉末冶金方法的基础上，增加热锻和退火工艺过程，大大提高了钥圆片的密度，其相对密度达到理论密度的95-98% (相当于9.69-9.99 g/cm3)。与轧制法相比，工艺流程短，节省能耗70 %，材料利用率提高40 %左右。并且由于钥圆片在生产过程中，未经过反复轧制，材料内部组织呈各向同性，更符合使用要求。但是由于增加了热锻和退火工艺过程，导致能耗仍然较高，工艺比较复杂，工序也比较多。
[0006]中国发明专利CN 101966585A也提出了一种钥坯制备方法，采用粒度为0.5-lum亚微米级钥粉进行低温活化烧结制成细晶粒钥板坯，以该钥粉为原料，通过1500-1700°C保温240-420min可以制备出细晶粒的钥坯，其密度在9.8-10 g/cm3。这种方法的缺点是必须使用亚微米级的钥粉为原料，而亚微米级钥粉的制备难度远比普通一级钥粉FMo-1高，质量很难稳定，同时制造成本比FMo-1高很多。
【发明内容】
[0007]本发明的目的就是针对上述已有技术存在的不足，提出一种工艺简单、成本低廉，能有效提高密度的制备钥坯料的方法。
[0008]本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
[0009]一种制备钥坯料的方法，其制备过程的步骤包括:(1)将钥粉模压成型；(2)将模压成型的压坯进行烧结；其特征在于烧结过程是在保护气体的下进行连续高温烧结。
[0010]本发明的一种制备钥坯料的方法，其特征在于所述的连续高温烧结过程是将模压成型的压坯在通道式烧结炉中连续进行预热、升温、烧结、降温、冷却过程。
[0011]本发明的一种制备钥坯料的方法，其特征在于所述的保护气体为氢气。
[0012]本发明的一种制备钥坯料的方法，其特征在于所述的保护气体氢气的纯度大于99%。
[0013]本发明的一种制备钥坯料的方法，其特征在于所述的保护气体氢气为经过设有超声波处理水的装置，形成水在氢气中的气溶胶的氢气。
[0014]本发明的一种制备钥坯料的方法，其特征在于所述的超声波处理水的装置为市售商品超声波雾化器，工艺条件为按照氢气流量控制雾化水量，使气的通过超声波处理器后的氢气中含水量在0.2-5% (重量百分比)之间。
[0015]本发明的一种制备钥坯料的方法，其特征在于其步骤(I)的钥粉为平均粒度(F.S.S.S 粒度)为 1-2.5 μ m，最好是 1.5-2 μ m 的市售一级 FMo-1。
[0016]本发明的一种制备钥坯料的方法，其特征在于其压制坯料的压力为200_400MPa。
[0017]本发明的一种制备钥坯料的方法，其特征在于连续高温烧结时，压坯在高温区运行的时间为3-5小时。
[0018]本发明的一种制备钥坯料的方法，其特征在于连续高温烧结的温度为1550-1650°C。
[0019]本发明的一种制备钥坯料的方法，采用连续高温烧结，并采用活化的还原气体，在烧结过程中起到强烈的活化烧结作用，使钥坯在相对较低的温度下获得烧结密度高达10.0-10.13g/cm3的钥制品，在很多用途可以直接使用。对于尺寸精度要求很高的应用场合，可以进行少量精加工而达到要求。
【具体实施方式】
[0020]一种制备钥坯料的方法，其制备过程的步骤包括:
1.将平均粒度(F.S.S.S粒度)1.0-2.5 μ m，最好是1.2-2.0ym的市售一级钥粉FMo-1在200-500MPa压制压力下模压成型为所需尺寸和形状的压坯(对于形状较复杂的制品，可将所述钥粉添加1-2% (wt)的石蜡作成型剂，然后再进行模压)。
[0021]2.将上述压坯经过一个有还原性气体保护的连续高温烧结炉进行活化烧结。
[0022]本发明的一种制备钥坯料的方法，其所述的连续高温烧结炉是指钥压坯从预热、升温、烧结、降温、冷去全过程是在同一个设备中连续进行的，其高温区的温度为1550-1650°C，物料在高温区运行的时间为3-5小时。
[0023]本发明的一种制备钥坯料的方法，其还原性气体是纯度大于99%的氢气，其活化烧结是指上述氢气进入炉体前经过一个设有超声波处理水的装置，形成水在氢气中的气溶胶，在随后的烧结过程中起到强烈的活化烧结作用，使钥坯在相对较低的温度下获得烧结密度高达10.0-10.13g/cm3的钥制品。这种钥制品在大多数应用领域可以直接使用。对于尺寸精度要求高的制品，可以进行少量精加工达到要求。
[0024]本发明的优点和有益效果是:(1)由于烧结收缩率稳定且均匀，可以实现近净成形，材料利用率高，可达95%以上。这对充分利用和保护稀缺的钥资源而言极为重要。⑵由于烧结过程在相对较低的温度下和较短的时间内完成，且不需要热锻、热轧等反复加热的工序，所以工艺过程的能耗低，可以节省大量能源。这在能源比较紧张的今天是很有益的。⑶同样由于烧结温度相对较低和烧结时间较短，又不进行锻压、轧制等压力加工，钥制品的晶粒度较小，且没有织构、孪晶等组织结构不均匀的缺点，制品保持各向同性，具有较优的物理性能。〔4〕实施本发明所需的原料容易采购，性能稳定，价格相对亚微米级钥粉低廉，加上工艺简单，工艺过程费用相应较低，所以用本发明的方法制备钥制品可以大幅度降低成本，获得较大的利润空间，提高竞争力。
[0025]以下实施例用以说明本发明的具体实施方法，本发明不局限于这些实施例。
[0026]实施例1
步骤一，⑴用精度为0.0lg的500g电子天平秤取费氏粒度1.68 μ m的市售FMo-1钥粉，控制单重在17.8±0.05g。
[0027]⑵将上述秤好的钥粉均匀地填充于型腔直径Φ38.9mm的钢模内，尽量保持料层厚度的一致性，再平稳地装上上冲头。
[0028]⑶在液压机上用40吨的总压力(压制压力350MPa)对上述装好钥粉的钢模施压，保压5秒钟。
[0029]〔4〕脱模，得到直径Φ38.95-39.10mm、厚度2.60-2.65mm的钥粉压坯。
[0030]步骤二，⑴将上述钥粉压坯小心地装入钥制烧结舟内，钥粉压坯之间以及压坯与钥舟之间均用-80+150目的干燥的刚玉粉隔离开，以防烧结过程中产生粘结。每个钥舟可装2-3kg钥粉压坯。
[0031]⑵将上述装有钥粉压坯的钥制烧结舟小心地送入最高温度一直保持在1640 ±10°C的连续烧结炉中，控制好舟速，使钥粉压坯在1550-1650°C的高温区运行时间为3小时。
[0032]⑶不需特别说明，烧结炉内一直通有纯度大于99%的氢气，该氢气在进入炉体前还要经过一个设有超声波处理水的装置，使得水在氢气中形成气溶胶。
[0033]〔4〕钥制烧结舟从连续烧结炉的出炉端出来时，其中的钥制品温度已接近室温。此时钥制品的直径为Φ32.1-32.2_，厚度为2.15-2.18mm，密度为10.06-10.12 g/cm3。可以作为可控硅、晶闸管等电力器件的衬底毛坯件。
[0034]实施例2
步骤一，⑴用精度为0.0lg的500g电子天平秤取费氏粒度1.32 μ m的市售FMo-1钥粉，控制单重在5.8±0.02g。
[0035]⑵将上述秤好的钥粉均匀地填充于型腔直径Φ 22.0mm的钢模内，尽量保持料层厚度的一致性，再平稳地装上上冲头。
[0036]⑶在液压机上用15吨的总压力(压制压力400MPa)对上述装好钥粉的钢模施压，保压5秒钟。
[0037]〔4〕脱模，得到直径Φ22.05-22.10mm、厚度2.60-2.65mm的钥粉压坯。
[0038]步骤二，⑴将上述钥粉压坯小心地装入钥制烧结舟内，钥粉压坯之间以及压坯与钥舟之间均用-80+150目的干燥的刚玉粉隔离开，以防烧结过程中产生粘结。每个钥舟可装2-3kg钥粉压坯。
[0039]⑵将上述装有钥粉压坯的钥制烧结舟小心地送入最高温度一直保持在1640 ±10°C的连续烧结炉中，控制好舟速，使钥粉压坯在1550-1650°C的高温区运行时间为3小时。
[0040]⑶不需特别说明，烧结炉内一直通有纯度大于99%的氢气，该氢气在进入炉体前还要经过一个设有超声波处理水的装置，使得水在氢气中形成气溶胶。其超声波处理水的装置为市售商品超声波雾化器，工艺条件为按照氢气流量控制雾化水量，使的通过超声波处理器后的氢气中含水量在0.2-5% (重量百分比)之间。。
[0041]〔4〕钥制烧结舟从连续烧结炉的出炉端出来时，其中的钥制品温度已接近室温。此时钥制品的直径为Φ 18.15-18.2_，厚度为2.16-2.20mm，密度为10.08-10.12 g/cm3。可以作为可控硅、晶闸管等电力器件的衬底毛坯件。
[0042]实施例3
步骤一，⑴用精度为0.5g的5000g电子天平秤取费氏粒度2.15 μ m的市售FMo-1钥粉，控制单重在1090±lg。
[0043]⑵将上述秤好的钥粉均匀地填充于型腔为163.3X121.0mm的钢模内，尽量保持
料层厚度的一致性，再平稳地装上上冲头。
[0044]⑶在液压机上用400吨的总压力(压制压力约200MPa)对上述装好钥粉的钢模施压，保压20秒钟。
[0045]〔4〕脱模，得到尺寸为 163.55-163.80X121.22-121.40mm、厚度 9.70-9.80mm 的
钥粉压坯。
[0046]步骤二，⑴将上述钥粉压坯小心地装入钥制烧结舟内，钥粉压坯之间以及压坯与钥舟之间均用-80+150目的干燥的刚玉粉隔离开，以防烧结过程中产生粘结。每个钥舟可装2件钥粉压坯。
[0047]⑵将上述装有钥粉压坯的钥制烧结舟小心地送入最高温度一直保持在1640 ±10°C的连续烧结炉中，控制好舟速，使钥粉压坯在1550-1650°C的高温区运行时间为5小时。
[0048]⑶烧结炉内一直通有纯度大于99%的氢气，该氢气在进入炉体前还要经过一个设有超声波处理水的装置，使得水在氢气中形成气溶胶。
[0049]〔4〕钥制烧结舟从连续烧结炉的出炉端出来时，其中的钥制品温度已接近室温。此时钥制品的尺寸为135.20-135.50X100.15-100.40mm,厚度为8.02-8.1Omm,密度为
10.01-10.03 g/cm3。这种钥制品可以在熔融硅酸盐制作硅酸盐耐火保温纤维棉的设备中直接用作电极板。
[0050]实施例4
步骤一，⑴用精度为0.1g的IOOOg电子天平秤取费氏粒度2.02 μ m的市售FMo-1钥粉，控制单重在563±0.5g。
[0051]⑵将上述秤好的钥粉均匀地填充于型腔为型腔直径Φ 113.75mm的钢模内，小心地用特制的刮板将钥粉刮至料层厚度基本一致，再平稳地装上上冲头。
[0052]⑶在液压机上用250吨的总压力(压制压力约250MPa)对上述装好钥粉的钢模施压，保压15秒钟。
[0053]〔4〕脱模，得到外径为Φ 113.8-113.95mm、厚度9.72-9.78mm的碟形钥粉压坯。
[0054]步骤二，⑴将上述钥粉压坯小心地装入钥制烧结舟内，钥粉压坯之间以及压坯与钥舟之间均用-80+150目的干燥的刚玉粉隔离开，以防烧结过程中产生粘结。每个钥舟可装6件钥粉压坯。
[0055]⑵将上述装有钥粉压坯的钥制烧结舟小心地送入最高温度一直保持在1640 ±10°C的连续烧结炉中，控制好舟速，使钥粉压坯在1550-1650°C的高温区运行时间为4小时。
[0056]⑶烧结炉内一直通有纯度大于99%的氢气，该氢气在进入炉体前还要经过一个设有超声波处理水的装置，使得水在氢气中形成气溶胶。
[0057]〔4〕钥制烧结舟从连续烧结炉的出炉端出来时，其中的钥制品温度已接近室温。此时钥制品的外径为Φ94.20-94.32mm、厚度8.00-8.06mm的碟形钥片，密度为10.01-10.05g/cm3。这种碟形钥片经过很少量的精加工后可作X光机旋转阳极靶的钥基体。
[0058]实施例5
步骤一，⑴用精度为5g的50kg电子秤取费氏粒度2.42μπι的市售FMo-1钥粉25kg±20g。将上述秤好的钥粉转入螺旋混料机中。
[0059]⑵用精度为0.1g的IOOOg电子天平秤取熔点为68度的工业石蜡375±0.5g，然后将所称石蜡溶解于2L溶剂汽油中，待石蜡完全溶解后，将其在螺旋混料机运行状态下缓慢加入上述钥粉中，搅拌混合30分钟。
[0060]⑶将上述混合均匀的料转入不锈钢盘中，并将料层控制在2cm以内且尽量均匀，然后放入蒸汽干燥箱中于80-105°C干燥2-4小时。
[0061]〔4〕干燥完成后冷却至室温，然后将上述料过80目筛备用。
[0062]用精度为0.5g的5000g电子天平秤取上述备好的料，控制单重在1118±lg。
[0063](5)将上述秤好的料均匀地填充于具有最大直径为Φ 79.9mm的坩埚状型腔的钢模内，小心地用特制的刮板将钥粉刮至料层厚度基本一致，再平稳地装上上冲头。
[0064](6)在液压机上用45吨的总压力(压制压力约250MPa)对上述装好钥粉的钢模施压，保压20秒钟。
[0065]⑴脱模，得到最大外径为Φ79.95-80.15mm的坩埚状钥粉压坯。
[0066]步骤二，⑴将上述坩埚状钥粉压坯小心地装入钥制烧结舟内，钥粉压坯与钥舟之间用-80+150目的干燥的刚玉粉隔离开，以防烧结过程中产生粘结。每个钥舟装I件钥粉压坯。
[0067]⑵将上述装有钥粉压坯的钥制烧结舟小心地送入最高温度一直保持在1640± 10°C的连续烧结炉中，控制好舟速，使钥粉压坯在150-550°C温度区间运行的时间不小于3小时、在1550-1650°C的高温区运行时间为4小时。
[0068]⑶烧结炉内一直通有纯度大于99%的氢气，该氢气在进入炉体前还要经过一个设有超声波处理水的装置，使得水在氢气中形成气溶胶。
[0069]〔4〕钥制烧结舟从连续烧结炉的出炉端出来时，其中的钥制品温度已接近室温。此时钥制品呈最大外径为Φ 66.20-66.26mm、壁厚6.00-6.06mm的坩埚状，密度为
10.01-10.03 g/cm3。这种钥制品可作生产硅酸盐耐火保温纤维棉的设备中的流口，也可以
用作生产蓝宝石、红宝石等人工晶体的结晶器。
【权利要求】
1.一种制备钥坯料的方法，其制备过程的步骤包括:(I)将钥粉模压成型；(2)将模压成型的压坯进行烧结；其特征在于烧结过程是在保护气体的下进行连续高温烧结。
2.根据权利要求1所述的一种制备钥坯料的方法，其特征在于所述的连续高温烧结过程是将模压成型的压坯在通道式烧结炉中连续进行预热、升温、烧结、降温、冷却过程。
3.根据权利要求1所述的一种制备钥坯料的方法，其特征在于所述的保护气体为氢气。
4.根据权利要求1所述的一种制备钥坯料的方法，其特征在于所述的保护气体氢气的纯度大于99%。
5.根据权利要求1所述的一种制备钥坯料的方法，其特征在于所述的保护气体氢气为经过设有超声波处理水的装置，形成水在氢气中的气溶胶的氢气。
6.根据权利要求1所述的一种制备钥坯料的方法，其特征在于所述的超声波处理水的装置为市售商品超声波雾化器，工艺条件为按照氢气流量控制雾化水量，使气的通过超声波处理器后的氢气中含水量重量百分比0.2%-5%。
7.根据权利要求1所述的一种制备钥坯料的方法，其特征在于其步骤(I)的钥粉为平均粒度为1-2.5 μ m。
8.根据权利要求1所述的一种制备钥坯料的方法，其特征在于其步骤(I)的钥粉为平均粒度是1.5-2 μ m的市售一级FMo-1。
9.根据权利要求1所述的一种制备钥坯料的方法，其特征在于其压制坯料的压力为200-400MPa。
10.根据权利要求1所述的一种制备钥坯料的方法，其特征在于连续高温烧结时，压坯在高温区运行的时间为3-5小时；高温烧结的温度为1550-1650°C。
【文档编号】B22F3/16GK103433490SQ201310373984
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年8月26日 优先权日:2013年8月26日
【发明者】张继忠, 李海英, 陈金花 申请人:四川省有色冶金研究院有限公司