一种La掺杂W-Cu复合粉末的制备方法

摘要

本发明公开了一种La掺杂W-Cu复合粉末的制备方法，包括活化钨粉的制备和复合粉末的制备，其中活化钨粉的制备是将钨粉置于活化液中超声活化30-40分钟，活化完成后用去离子水洗涤并干燥得到活化钨粉；复合粉末的制备是将活化钨粉加入化学沉积溶液中，钨粉的添加量为30-50g/L，用氢氧化钠调pH值12.0-13.0，常温下超声沉积包覆40-80分钟，静置2-3小时后过滤、洗涤并干燥得到复合粉末。本发明所得粉体成分的均匀化程度高，无需常规制备方法的钨铜氧化物还原过程，处理工艺较简单，制备成本较低；本发明极大提高了复合粉体烧结过程的流动性，直接较低温度烧结，烧结样相对密度达98.7％以上。

权利要求

1.一种La掺杂W-Cu复合粉末的制备方法，其特征在于：包括活化钨粉的制备和复合粉末的制备；

所述活化钨粉的制备是将钨粉置于活化液中超声活化30-40分钟，活化完成后用去离子水洗涤并于180-200℃干燥1-3小时得到活化钨粉；所述钨粉的粒径不大于1微米；

所述活化液为氢氟酸、氟化铵和硝酸的水溶液，所述活化液中氢氟酸的浓度为

30-60ml/L，以质量浓度40%的氢氟酸溶液计；氟化铵的浓度为8-10g/L；硝酸的浓度为

50-80ml/L，以质量浓度65%的硝酸溶液计；

所述复合粉末的制备是将活化钨粉加入化学沉积溶液中，钨粉的添加量为30-50g/L，用氢氧化钠调pH值12.0-13.0，常温下超声沉积包覆40-80分钟，静置2-3小时后过滤、洗涤并干燥得到复合粉末；所述干燥是先于120-160℃干燥0.5-1小时，再于160-200℃干燥

3-6小时；

所述化学沉积溶液为硫酸铜、氯化镧、甲醛、乙二胺四乙酸二钠和柠檬酸钠的水溶液，所述化学沉积溶液中硫酸铜的浓度为6-25g/L，氯化镧的浓度为0.8-2.6g/L，甲醛的浓度为5-20ml/L，乙二胺四乙酸二钠的浓度为10-20g/L，柠檬酸钠的浓度为20-30g/L。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述超声活化的超声频率为40KHz，功率为300-400W。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述超声沉积包覆的超声频率为

40KHz，功率为300-400W。

说明书

一种La掺杂W-Cu复合粉末的制备方法

一、技术领域

[0001] 本发明涉及粉体材料制备领域，具体地说是一种La掺杂W-Cu复合粉末的制备方法。二、背景技术

[0002] 粉末冶金W-Cu复合材料因具有良好的物理、力学性能，较强的抗烧蚀性、抗热震性，以及优异的热控和微波吸收性能等，在国防工业、航空航天、电子信息和机械加工等领域得到了广泛的应用，在国民经济中占有重要的地位，因此，一直以来钨基合金受到了世界各国的高度重视，已成为材料科学界较为活跃的研究领域之一。在这些应用中，常要求W-Cu材料具有较高的致密化程度以提高其性能水平。就从目前的主要研究方向来看，超细/纳米化和梯度结构功能材料是W-Cu复合材料研究的主要方向，而全致密、高性能的细晶结构W-Cu复合材料的制备关键在于超细/纳米结构W-Cu复合粉体的获取。目前，国内外研究报道较多的超细W-Cu粉体的制备技术有机械合金化、喷雾-干燥法、溶胶-喷雾干燥-共还原法、冷冻-干燥法、溶胶-凝胶法、均相沉淀法、机械热化学法、氧化物共还原法等。例如，中南大学采用溶胶-喷雾干燥-共还原法制备超细/纳米W-10％Cu复合粉末，其合金能够获得良好的综合性能原因在于经烧结后获得较高的致密度和组织结构均匀细小。合肥工业大学采用均相沉淀法，得到Cu2WO4(OH)2/CuWO4·2H2O前驱物，经煅烧、还原后，最终获得含铜量为30％的超细W-Cu复合粉。Raghunathan等人用溶胶-凝胶法制备了多种尺寸在10～30nm的纳米晶W基复合粉末，如W-Mo、W-Cu、W-Ni和WC-Co等复合粉末。上述方法部分存在成本较高，处理时间较长，难以批量生产，部分制备方法存在易引入杂质、氧含量较高和粉末易成团等现象。
三、发明内容

[0003] 本发明旨在提供一种La掺杂W-Cu复合粉末的制备方法，所要解决的技术问题是使复合粉末在较低的温度下烧结达到较高的烧结致密度，并减少复合粉末的成团现象。

[0004] 本发明解决技术问题采用如下技术方案：

[0005] 本发明La掺杂W-Cu复合粉末的制备方法的特点在于：包括活化钨粉的制备和复合粉末的制备；

[0006] 所述活化钨粉的制备是将钨粉置于活化液中超声活化30-40分钟，活化完成后用去离子水洗涤并于180-200℃干燥1-3小时得到活化钨粉；所述钨粉的粒径不大于1微米；

[0007] 所述活化液为氢氟酸、氟化铵和硝酸的水溶液，所述活化液中氢氟酸的浓度为30-60ml/L，以质量浓度40％的氢氟酸溶液计；氟化铵的浓度为8-10g/L；硝酸的浓度为
50-80ml/L，以质量浓度65％的硝酸溶液计；

[0008] 所述复合粉末的制备是将活化钨粉加入化学沉积溶液中，钨粉的添加量为30-50g/L，用氢氧化钠调pH值12.0-13.0，常温下超声沉积包覆40-80分钟，静置2-3小时后过滤、洗涤并干燥得到复合粉末；

[0009] 所述化学沉积溶液为硫酸铜、氯化镧、甲醛、乙二胺四乙酸二钠和柠檬酸钠的水溶液，所述化学沉积溶液中硫酸铜的浓度为6-25g/L，氯化镧的浓度为0.8-2.6g/L，甲醛的浓度为5-20mL/L，乙二胺四乙酸二钠的浓度为10-20g/L，柠檬酸钠的浓度为20-30g/L。

[0010] 所述超声活化的超声频率为40KHz，功率为300-400W。

[0011] 所述超声沉积包覆的超声频率为40KHz，功率为300-400W。

[0012] 所述干燥是先于120-160℃干燥0.5-1，再于160-200℃干燥3-6小时。

[0013] 将制备的复合粉末以100MPa的单位压力压制得到压坯，将所述压坯置于管式电阻炉中，在H2保护下，1150-1300℃烧结90-120min，即得La掺杂W-Cu复合材料。

[0014] 本发明通过对钨粉进行常温超声波辅助活化处理，然后通过常温超声波辅助化学沉积法在钨粉末表面包覆超细稀土La掺杂Cu层，最终获得成分均匀分布的La掺杂W-Cu复合粉末。所制得的粉末具有很好的烧结活性，直接较低温度烧结，烧结样相对密度达98.7％以上，即达到了很高的致密化程度。

[0015] 与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

[0016] 与目前超细W-Cu复合粉体的制备方法相比，常温超声波辅助化学沉积法制备超细稀土La掺杂W-Cu复合粉末，其铜钨成分可控，以满足不同条件下W-Cu基材料的性能要求；本发明所得粉体成分的均匀化程度高；特别是无需常规制备方法的钨铜氧化物还原过程，处理工艺较简单，制备成本较低；本发明所制备的稀土La掺杂Cu包覆W表面复合粉体，Cu和La在整个复合粉体中原子比含量分别达到15-25％和0.5-2％，极大提高了复合粉体烧结过程的流动性，直接较低温度烧结，烧结样相对密度达98.7％以上。四、具体实施方式

[0017] 下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

[0018] 实施例1：

[0019] 1、活化钨粉的制备

[0020] 将粒径小于1微米的钨粉置于活化液中超声活化30分钟，超声频率为40KHz，功率为300-400W，活化完成后用去离子水洗涤三次并于200℃干燥1小时得到活化钨粉；

[0021] 所述活化液为氢氟酸、氟化铵和硝酸的水溶液，所述活化液中氢氟酸的浓度为60ml/L，以质量浓度40％的氢氟酸溶液计；氟化铵的浓度为9g/L；硝酸的浓度为60ml/L，以质量浓度65％的硝酸溶液计；

[0022] 2、复合粉末的制备

[0023] 将活化钨粉加入化学沉积溶液中，钨粉的添加量为30g/L，用氢氧化钠溶液调pH值13.0，常温下超声沉积包覆60分钟，超声频率为40KHz，功率为300-400W，静置2小时后过滤、洗涤，先于120℃干燥1小时，再于200℃干燥3小时得到复合粉末；

[0024] 所述化学沉积溶液为硫酸铜、氯化镧、甲醛、乙二胺四乙酸二钠和柠檬酸钠的水溶液，所述化学沉积溶液中硫酸铜的浓度为6g/L，氯化镧的浓度为2g/L，甲醛的浓度为10mL/L，乙二胺四乙酸二钠的浓度为10g/L，柠檬酸钠的浓度为20g/L；

[0025] 3、压制烧结

[0026] 将本实施例制备的复合粉末以100MPa的单位压力压制成形得到压坯，然后置于管式电阻炉中，在H2保护下于1300℃温度下烧结90min，得到La掺杂W-Cu复合材料烧结体。

[0027] 本实施例制备的La掺杂W-Cu复合粉末成分均匀化、粉体纯度高，没有出现粉末成团现象。所制备的稀土La掺杂Cu包覆W表面复合粉体，Cu和La在整个复合粉体中原子比含量分别达到15％和1％，所制得的压坯在1300℃温度下烧结90min条件下，烧结样相对密度达99.1％。

[0028] 实施例2：

[0029] 1、活化钨粉的制备

[0030] 将粒径小于1微米的钨粉置于活化液中超声活化40分钟，超声频率为40KHz，功率为300-400W，活化完成后用去离子水洗涤三次并于180℃干燥3小时得到活化钨粉；

[0031] 所述活化液为氢氟酸、氟化铵和硝酸的水溶液，所述活化液中氢氟酸的浓度为30ml/L，以质量浓度40％的氢氟酸溶液计；氟化铵的浓度为8g/L；硝酸的浓度为80ml/L，以质量浓度65％的硝酸溶液计；

[0032] 2、复合粉末的制备

[0033] 将活化钨粉加入化学沉积溶液中，钨粉的添加量为50g/L，用氢氧化钠溶液调pH值13.0，常温下超声沉积包覆40分钟，超声频率为40KHz，功率为300-400W，静置3小时后过滤、洗涤，先于160℃干燥0.5小时，再于160℃干燥6小时得到复合粉末；

[0034] 所述化学沉积溶液为硫酸铜、氯化镧、甲醛、乙二胺四乙酸二钠和柠檬酸钠的水溶液，所述化学沉积溶液中硫酸铜的浓度为25g/L，氯化镧的浓度为0.8g/L，甲醛的浓度为20mL/L，乙二胺四乙酸二钠的浓度为15g/L，柠檬酸钠的浓度为30g/L；

[0035] 3、压制烧结

[0036] 将本实施例制备的复合粉末以100MPa的单位压力压制成形得到压坯，然后置于管式电阻炉中，在H2保护下于1150℃温度下烧结120min，得到La掺杂W-Cu复合材料烧结体。

[0037] 本实施例制备的La掺杂W-Cu复合粉末成分均匀化、粉体纯度高，没有出现粉末成团现象。所制备的稀土La掺杂Cu包覆W表面复合粉体，Cu和La在整个复合粉体中原子比含量分别达到25％和0.5％，所制得的压坯在1150℃温度下烧结120min条件下，烧结样相对密度达98.7％。

[0038] 实施例3：

[0039] 1、活化钨粉的制备

[0040] 将粒径小于1微米的钨粉置于活化液中超声活化35分钟，超声频率为40KHz，功率为300-400W，活化完成后用去离子水洗涤三次并于190℃干燥2小时得到活化钨粉；

[0041] 所述活化液为氢氟酸、氟化铵和硝酸的水溶液，所述活化液中氢氟酸的浓度为50ml/L，以质量浓度40％的氢氟酸溶液计；氟化铵的浓度为10g/L；硝酸的浓度为50ml/L，以质量浓度65％的硝酸溶液计；

[0042] 2、复合粉末的制备

[0043] 将活化钨粉加入化学沉积溶液中，钨粉的添加量为40g/L，用氢氧化钠溶液调pH值12.0，常温下超声沉积包覆80分钟，超声频率为40KHz，功率为300-400W，静置2小时后过滤、洗涤，先于160℃干燥0.5小时，再于180℃干燥5小时得到复合粉末；

[0044] 所述化学沉积溶液为硫酸铜、氯化镧、甲醛、乙二胺四乙酸二钠和柠檬酸钠的水溶