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难熔金属钨及其合金具有优异的导热、导电性能,耐磨、耐腐蚀等特性,其膨胀系数低、蒸汽压低、高温强度高,在冶金、航天航空工业以及核工业等领域有着广泛的应用。随着难熔金属应用范围的扩大,对其制品的需求也逐渐增加,因此研究难熔金属制品的成型技术有着广阔的市场前景。难熔金属因其熔点高、硬度大,难以采用传统的锻、铸工艺加工成型,通常所采用的粉末冶金制备方法也因其能耗大、成本高以及烧结温度低受到局限,难以满足难熔金属成型的需要。因此,研究和开发新的高温烧结技术有着重要的理论意义和实用价值。空心阴极烧结是指利用空心阴极放电现象对制品进行高温烧结成型的一种工艺。空心阴极放电是气体放电的一种特殊形式。它通过离子轰击,在阴极产生极高的温度。当把难熔金属样品作为空心阴极进行加热烧结时,阴极样品就会产生高温,从而对其进行高温烧结。
本课题从难熔会属粉末的压制和空心阴极烧结的工艺入手,设计空心阴极烧结所用的隔热屏,研究各种工艺参数对烧结结果的影响,总结异形制品烧结前后的变化规律,探索最佳的空心阴极烧结异形制品的生产工艺。
通过反复的试验测试,发现隔热屏层数越多,则散热量越小;散热面积大,隔热屏散热量大。进而确定出烧结效果最好、散热量最低的空心阴极烧结的隔热屏的结构和尺寸参数。试验还发现,放电的电压、电流和气压对烧结的功率有一定的影响。
在空心阴极烧结钨及其合金的试验中,通过调节放电电压和电流,样品的烧结温度以达到2600℃,当在此温度下保温2h,试样烧结密度可达17.9g/cm3,且微观组织致密。空心阴极烧结对于铈钨烧结后的化学成分有一定影响,随着烧结温度的升高和保温时间的延长,样品中的铈含量比原始的均有减少,烧结温度愈高,保温时间愈长,铈的损失量愈大。
在空心阴极烧结钨的异形制品的试验中,通过研究烧结样品的压制力、成形剂、保压时间对实验结果的影响,发现压制力越大,素坯密度越大,烧结样品致密度越高,试验所选取的压制力中100KN最佳;适量的成形剂有利于粉末颗粒之间的黏结和压坯的成形,从而也有利于烧结的进行,成型剂选择2%的石蜡与汽油的混合物样品材料最佳:而保压时间对其影响较小,也可以忽略不计。
烧结后的异型样品,表面光滑平整、有金属光泽、形状规则、晶粒之间结合非常紧密。烧结样品中,由于尖角部分多受到来自多个方向的离子的轰击,温度会升得更高,所以边缘部分比中间部分的孔隙度要高,组织较细密。八组不同类型的异型样品中,圆柱形的烧结效果最佳,密度达17.9(g/cm3)。样品边缘和中心硬度接近,硬度平均值也比较高,烧结均匀。