CVD法外壁沉积钨管工艺组织性能研究

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钨是典型的难熔稀有金属,具有高熔点、高硬度、高弹性模量,具有良好的的导热性、导电性和比较稳定的化学性能,高温强度高、膨胀系数低和耐磨、耐腐蚀等特性。在冶金、电子、宇航、核电、兵器、电光源以及化学工业等领域有着广泛的应用。   本研究工作中,采用自制化学气相沉积实验装置,以WF6和H2为源气体,用外壁化学气相沉积方法在紫铜管外壁沉积高纯钨沉积层。实验分别以沉积温度(分别为500℃、600℃和700℃)和H2的气体成分配比(分别为1.5L/min、2.5L/min、3.5/min)为变量制备不同工艺的钨管。分析了不同工艺参数对钨沉积层组织、形貌、表面粗糙度、纯度和显微硬度、密度等性能以及WF6利用率的影响。对应分析内外壁沉积制备的钨沉积层的组织、形貌及性能。   结果表明:采用外壁沉积制得的沉积层柱晶组织晶粒相对粗大,且更容易以枝晶方式生长,沉积层表面晶粒也比内壁生长表面疏松。在相同温度下,外壁沉积的沉积层硬度、沉积速率、组织密度、WF6气体利用率相应的要比内壁沉积层的略低一些。另外,在保持温度和WF6通入量不变时,随着氢气含量的升高,沉积层表面平整度下降、表面气孔增加、组织致密度降低、显微硬度呈下降趋势。   X射线残余应力测量结果表明,不同温度下外壁沉积的钨管外表面沿管切向、轴向均残留压应力。随着沉积温度升高,残余应力增大。采用外壁沉积制备的钨管残余应力要比相同条件下内壁沉积制备的钨管残余应力低很多,选择与钨膨胀系数接近的基体材料以及细小、等轴状组织可以降低沉积层残余应力。沉积层残余应力经退火处理后,由压应力状态转变为拉应力,且应力值减小。外壁沉积与内壁沉积制得的钨管经退火处理后,残余应力状态相同、应力大小基本相当。其来源与退火工艺后续冷却相关。对于壁厚均匀、形状对称的钨制品沉积制备后可不进行退火处理。
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