论文部分内容阅读
本文为优化高纯金属Gd制备工艺,系统地对高纯GdF3和金属Gd的制备、金属Gd的真空熔融、真空蒸馏和固态电迁移提纯等步骤进行了研究,以搞清各道工序中可能引入杂质的途径及考察提纯过程中各种杂质的去除效果,确定适宜的工艺及相应的工艺参数,研究结果表明：HF氟化法比NH4HF2氟化法更适于制备高纯GdF3。采用HF氟化法,Gd2O3经550℃进行一次氟化3h,660℃二次氟化10h,660℃三次氟化12h,可制得含O100ppm以下的GdF3；以高纯Gd203为原料在该条件下制得了纯度为99.96%的GdF3；将GdF3-LiF复盐在750℃熔融后通入HF气氛可进一步降低GdF3中的O含量。用金属Li和Ca作还原剂制得的金属Gd中杂质分布基本一致,主要金属杂质为Fe、Si、Al、Ti、W,其中Fe主要来源于还原剂,Si、Al除来自原料外,操作环境也会带来一定程度的污染,Ti、W来自反应容器。本文用Li作还原剂制得的金属Gd中杂质总量相对较低。在高温下真空熔融可有效除去金属Gd中部分Fe、Al、Ti等杂质,但会增加Si和W的污染；真空蒸馏可有效去除O、N、C、Fe、W等杂质,对Si、Al、S等杂质去除效果不佳。采用自制金属Gd在1850℃下经一次蒸馏,纯度由99.79%提高到99.96%。在10-7Pa超高真空下,用恒流SSE法对金属Gd进行提纯研究表明：在0.88Tm温度下恒流(450A/cm2)SSE处理100h后,料棒阴极端的O含量由1651ppm降低到120ppm,O残余率仅为7.3%,在金属Gd的BCC晶型转变点以上,即在0.95Tm温度下恒流(500A/cm2)SSE处理100h后,O残余率仅为4.2%,O去除效果优于0.88Tm时；恒流SSE法在0.88Tm对N的去除效果不如0.95Tm处理时明显,在0.95Tm处理100小时后,N的残余率为47.1%,优于0.88Tm时的76.9%；恒流SSE法在0.88Tm未表现出对C的去除效果,但在0.95Tm处理100h后有了明显去除效果,C含量由155ppm下降到60ppm,C的残余率为38.7%；恒流SSE法对部分金属元素如Cu、Mn、Pb、Ni的迁移效果明显,对其它金属杂质有一定的去除效果；对能有效去除的杂质,处理时间越长效果越好。采用脉冲电流进行电迁移可在料棒达到同一温度时使用更高的电流密度。本文采用脉冲电流(800A/cm2,1000ms周期,500ms工作方波)在0.88Tmn时对Gd料棒电迁移处理60小时,电迁移效率并未明显优于同温度下恒流电迁移,脉冲电流在电迁移中的应用仍需进一步研究。本文对电迁移处理后的阴极端进行了金相分析,结果表明：电迁移过程中金属Gd晶粒随处理时间增加逐渐长大,0.95Tm恒流处理后较之0.88Tm恒流处理后阴极晶粒更易长大；脉冲电流处理后晶粒尺寸小于恒流处理后的晶粒尺寸。