“開(kāi)桶即用”特高溫陶瓷金屬化專(zhuān)用鎢及其復合粉的開(kāi)發(fā)
本文采用鎢酸銨改性-熱解-氫氣還原—精細加工的工藝，制備了“開(kāi)桶即用”特高溫陶瓷金屬化專(zhuān)用鎢及W-Y2O3復合粉。改性后鎢酸銨顆粒的費氏粒度為2.5μm，較改性前減小了超過(guò)一個(gè)數量級，且顆粒呈空心薄壁球形，該結構保證了鎢粉形核、長(cháng)大環(huán)境的高度一致，使粒度超細且高度均勻。在此基礎上制備的W-Y2O3復合粉中，絮狀、納米尺度的Y2O3較為均勻地包覆于超細鎢粉顆粒表面。專(zhuān)用鎢及其復合粉的開(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，大量采用燒結金屬粉末法來(lái)制造各種陶瓷—金屬封接件。燒結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。根據金屬粉末種類(lèi)的不同，可分為難熔金屬及非難熔金屬兩類(lèi)方法;前者以鎢、鉬為主體，后者有燒結金、銀、鉑、鈀、銅等。
根據金屬化溫度的高低，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(lèi);其中，純鎢、純鉬、W-Y2O3法屬于特高溫一類(lèi)。特高溫金屬化主要應用于一些特殊場(chǎng)合，如須耐堿金屬蒸氣腐蝕的藍寶石(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，有研究人員認為單一粒度的鎢粉難以獲得致密的金屬化層，提出應將鎢粉粒徑控制在3μm 以下并采用粒度級配;然而，試驗結果表明采用粒度級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)，將微米級鎢粉、Y2O3及粘結劑等球磨至少250h。
近年來(lái)，針對陶瓷金屬化行業(yè)對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(zhuān)用鉬粉，并逐步推廣應用；然而，目前陶瓷金屬化專(zhuān)用的鎢及其復合粉仍屬空白。本文在此基礎上，進(jìn)行了“開(kāi)桶即用”特高溫陶瓷金屬化專(zhuān)用鎢及WY2O3復合粉的制備工藝探索及開(kāi)發(fā)。
1、試驗
1.1、工藝流程
“開(kāi)桶即用”陶瓷金屬化專(zhuān)用鎢粉的制備工藝流程包括：鎢酸銨改性，熱解，氫氣還原，精細加工，干燥，破碎，合批，檢測，包裝。其中，與傳統鎢粉生產(chǎn)工藝流程的不同之處，主要在于鎢酸銨改性和精細加工。鎢酸銨改性主要是通過(guò)調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、低團聚度的鎢粉顆粒;之后的精細加工涉及到機械化學(xué)的濕法處理工序，以保證獲得單顆粒均勻細小、單分散、粒度穩定且純度高的陶瓷金屬化專(zhuān)用鎢粉。而W-Y2O3復合粉制備工藝流程中僅工序(1)與上述不同，其改性對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(guān)察。采用德國Sympatec公司的HELOS-OASIS激光粒度儀進(jìn)行粉體的粒度及其分布測試。采用國產(chǎn)WLP-208A平均粒度測定儀進(jìn)行粉體的費氏粒度測試。采用美國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試。采用國產(chǎn)ZJ-12型松裝密度儀進(jìn)行粉體的松裝密度測試。采用美國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復合粉的化學(xué)成分分析。
3、結論
通過(guò)改性鎢酸銨前驅體的形貌為細顆�？招谋”谇蛐�，保證了鎢粉形核、長(cháng)大環(huán)境的高度一致，進(jìn)而使超細鎢粉粒度均勻;在此基礎上，可實(shí)現納米尺度Y2O3對超細鎢粉顆粒的均勻包覆，得到WY2O3復合粉。
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復合粉，其中W-Y2O3復合粉中的Y2O3含量一般為0～5%(典型值為2%)，也可根據用戶(hù)的具體要求定制。因此，在前期成功開(kāi)發(fā)并推廣應用陶瓷金屬化專(zhuān)用鉬粉的基礎上，又形成了“開(kāi)桶即用”特高溫陶瓷金屬化專(zhuān)用鎢及W-Y2O3復合粉的生產(chǎn)能力。
