“開(kāi)桶即用”特高溫陶瓷金屬化專用鎢及其復(fù)合粉的開(kāi)發(fā)

　　本文采用鎢酸銨改性-熱解-氫氣還原—精細(xì)加工的工藝，制備了“開(kāi)桶即用”特高溫陶瓷金屬化專用鎢及W-Y2O3復(fù)合粉。改性后鎢酸銨顆粒的費(fèi)氏粒度為2.5μm，較改性前減小了超過(guò)一個(gè)數(shù)量級(jí)，且顆粒呈空心薄壁球形，該結(jié)構(gòu)保證了鎢粉形核、長(zhǎng)大環(huán)境的高度一致，使粒度超細(xì)且高度均勻。在此基礎(chǔ)上制備的W-Y2O3復(fù)合粉中，絮狀、納米尺度的Y2O3較為均勻地包覆于超細(xì)鎢粉顆粒表面。專用鎢及其復(fù)合粉的開(kāi)發(fā)有助于提高特高溫陶瓷金屬化產(chǎn)品的質(zhì)量。

　　目前，在電真空器件的生產(chǎn)及科研上，大量采用燒結(jié)金屬粉末法來(lái)制造各種陶瓷—金屬封接件。燒結(jié)金屬粉末法就其物理概念來(lái)說(shuō)是在還原性氣氛中用高溫在瓷件上燒結(jié)一層金屬粉，使瓷表面帶有金屬性質(zhì)，可與金屬件進(jìn)行封接。根據(jù)金屬粉末種類的不同，可分為難熔金屬及非難熔金屬兩類方法;前者以鎢、鉬為主體，后者有燒結(jié)金、銀、鉑、鈀、銅等。

　　根據(jù)金屬化溫度的高低，又可分為一般的高溫(1200～1600℃)、特高溫(1600℃以上)以及較低溫(900～1200℃)三類;其中，純鎢、純鉬、W-Y2O3法屬于特高溫一類。特高溫金屬化主要應(yīng)用于一些特殊場(chǎng)合，如須耐堿金屬蒸氣腐蝕的藍(lán)寶石(氧化鋁單晶)金屬化、要求表面方阻低的氧化鋁陶瓷金屬化、氧化鈹陶瓷金屬化、以及非氧化物陶瓷(如氮化鋁)金屬化等。

　　目前，鎢金屬化層的致密度不高，有研究人員認(rèn)為單一粒度的鎢粉難以獲得致密的金屬化層，提出應(yīng)將鎢粉粒徑控制在3μm 以下并采用粒度級(jí)配;然而，試驗(yàn)結(jié)果表明采用粒度級(jí)配鎢粉的鎢金屬化層的表面方阻并未明顯低于單一粒度鎢粉。有研究人員進(jìn)行氧化鋁陶瓷的1650～1680℃特高溫鎢金屬化時(shí)，將微米級(jí)鎢粉、Y2O3及粘結(jié)劑等球磨至少250h。

　　近年來(lái)，針對(duì)陶瓷金屬化行業(yè)對(duì)難熔金屬粉體的特殊要求，北京有色金屬研究總院已成功開(kāi)發(fā)了“開(kāi)桶即用”陶瓷金屬化專用鉬粉，并逐步推廣應(yīng)用；然而，目前陶瓷金屬化專用的鎢及其復(fù)合粉仍屬空白。本文在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行了“開(kāi)桶即用”特高溫陶瓷金屬化專用鎢及WY2O3復(fù)合粉的制備工藝探索及開(kāi)發(fā)。

1、試驗(yàn)

　　1.1、工藝流程

　　“開(kāi)桶即用”陶瓷金屬化專用鎢粉的制備工藝流程包括：鎢酸銨改性，熱解，氫氣還原，精細(xì)加工，干燥，破碎，合批，檢測(cè)，包裝。其中，與傳統(tǒng)鎢粉生產(chǎn)工藝流程的不同之處，主要在于鎢酸銨改性和精細(xì)加工。鎢酸銨改性主要是通過(guò)調(diào)控鎢酸銨顆粒的尺寸和形貌，保證熱解并氫氣還原得到小尺度、低團(tuán)聚度的鎢粉顆粒;之后的精細(xì)加工涉及到機(jī)械化學(xué)的濕法處理工序，以保證獲得單顆粒均勻細(xì)小、單分散、粒度穩(wěn)定且純度高的陶瓷金屬化專用鎢粉。而W-Y2O3復(fù)合粉制備工藝流程中僅工序(1)與上述不同，其改性對(duì)象為鎢酸銨與硝酸釔的混合物。

　　1.2、表征方法

　　采用日本JEOL公司的JSM-7001F場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(SEM)進(jìn)行工藝過(guò)程中的粉體形貌觀察。采用德國(guó)Sympatec公司的HELOS-OASIS激光粒度儀進(jìn)行粉體的粒度及其分布測(cè)試。采用國(guó)產(chǎn)WLP-208A平均粒度測(cè)定儀進(jìn)行粉體的費(fèi)氏粒度測(cè)試。采用美國(guó)Micromeritics公司的ASAP-2460全自動(dòng)比表面與孔隙度分析儀進(jìn)行粉體的比表面積測(cè)試。采用國(guó)產(chǎn)ZJ-12型松裝密度儀進(jìn)行粉體的松裝密度測(cè)試。采用美國(guó)Thermo　Fisher公司的IRIS　Advantage電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀進(jìn)行W-Y2O3復(fù)合粉的化學(xué)成分分析。

3、結(jié)論

　　通過(guò)改性鎢酸銨前驅(qū)體的形貌為細(xì)顆�？招谋”谇蛐危�保證了鎢粉形核、長(zhǎng)大環(huán)境的高度一致，進(jìn)而使超細(xì)鎢粉粒度均勻;在此基礎(chǔ)上，可實(shí)現(xiàn)納米尺度Y2O3對(duì)超細(xì)鎢粉顆粒的均勻包覆，得到WY2O3復(fù)合粉。

　　目前，有研總院可提供激光粒度中位徑DV50在0.6～2.0μm 之間的金屬化鎢及WY2O3復(fù)合粉，其中W-Y2O3復(fù)合粉中的Y2O3含量一般為0～5%(典型值為2%)，也可根據(jù)用戶的具體要求定制。因此，在前期成功開(kāi)發(fā)并推廣應(yīng)用陶瓷金屬化專用鉬粉的基礎(chǔ)上，又形成了“開(kāi)桶即用”特高溫陶瓷金屬化專用鎢及W-Y2O3復(fù)合粉的生產(chǎn)能力。