[发明专利]一种提高ODS-W复合材料导热性能的方法

说明书

本发明公开了一种提高ODS‑W复合材料导热性能的方法，是通过添加表面活性剂三乙醇胺的方式实现的。与传统湿化学法相比，本发明在湿化学法制备W‑Y₂O₃复合前驱体粉末过程中加入了表面活性剂三乙醇胺，不仅减少了杂质元素对实验结果的影响，提高了后序烧结得到W‑Y₂O₃复合材料的致密度，而且Y₂O₃不仅分布在晶界，在钨基体内也存在。因此添加三乙醇胺制备的W‑Y₂O₃复合材料的热扩散系数提高了15‑17％，热导率提高了26‑28％。

技术领域

本发明涉及一种钨基复合材料的制备方法，具体地说是一种提高ODS-W复合材料导热性能的方法。

背景技术

在聚变堆运行中，面向等离子材料要承受大量的热负荷以及高能粒子的辐射，导致材料表面产生了严重的损伤，例如熔融，裂纹等，使材料性能降低，且大幅度缩短其使用寿命，因此对于面向等离子体钨材料的导热性能要求很高。

钨具有低膨胀系数、高热导率、抗高温蠕变等优点，被认为是最有前途的面向等离子体材料。但是，钨的脆性问题也不可忽视。经过一系列的研究，发现向钨基体中添加稀土氧化物如Y₂O₃，可获得第二相增强钨材料(ODS-W)。在制备ODS-W复合材料时，用湿化学法代替传统的机械合金化法不仅可以有效避免杂质的引入，还可以使晶粒尺寸分布均匀。但是，这种方法会导致晶粒尺寸较大。另外，在钨基体中添加第二相会降低材料的热导率。因此，本发明在传统湿化学法制备W-Y₂O₃复合前驱体粉末的基础上，添加了表面活性剂三乙醇胺，一方面，显著的减小了W-Y₂O₃复合材料晶粒尺寸，提高了其致密度；另一方面，Y₂O₃不仅存在在晶界，而且分布在钨基体内部，进而提高了W-Y₂O₃复合材料的导热性能。

发明内容

本发明旨在提供一种提高ODS-W复合材料导热性能的方法。与制备W-Y₂O₃复合前驱体粉末的传统湿化学法相比，本发明加入表面活性剂三乙醇胺，显著减小了W-Y₂O₃复合材料的晶粒尺寸，提高其致密度，并且使Y₂O₃较均匀的分散在钨基体中，从而提高了W-Y₂O₃复合材料的导热性能。

本发明提高ODS-W复合材料导热性能的方法，是通过在湿化学法的制备过程中添加表面活性剂三乙醇胺的方式实现的。

进一步地，所述表面活性剂的添加质量为偏钨酸铵质量的6-8％。

本发明提高ODS-W复合材料导热性能的方法，包括如下步骤：

步骤1：前驱体的制备

将表面活性剂三乙醇胺((HOCH₂CH₂)₃N，Aladdin，分析纯)、六水合硝酸钇(Y(NO₃)₃·6H₂O，Aladdin，纯度≥99.5％)和偏钨酸铵(AMT，Aladdin，纯度≥99.95％)分别溶解在去离子水中，然后将三乙醇胺溶液和六水合硝酸钇溶液混合后倒入偏钨酸铵溶液中，搅拌均匀后得到混合溶液；将沉淀剂草酸(C₂H₂O₄·2H₂O，分析纯)加入混合溶液中，放入油浴锅中加热至115-135℃并不断搅拌直至溶液完全蒸发，获得W-Y₂O₃前驱体；

步骤1中，三乙醇胺、六水合硝酸钇、草酸的添加量分别为偏钨酸铵质量的6-8％、1.6％、38.8％。