[发明专利]一种钨基单元素或多元素原位掺杂复合纳米粉体及其制备方法

说明书

本发明涉及钨基单元素或多元素原位掺杂复合超细纳米粉体及其制备方法。具体工艺为：将可溶性钨酸盐以及需要原位复合的元素所对应的可溶性盐溶于水中，搅拌至混合均匀；依次加入丙烯酸、氧化剂使溶液均匀混合。将所得溶液在150‑200℃聚合2‑3h后，得到前驱体粉末。将前驱体粉末先在500‑600℃下，空气气氛中保温3‑5h后，后在600‑800℃氢气或氢气‑氮气混合气氛中保温2‑3h，得到粒度在5‑50nm可控的钨基单元素或多元素原位掺杂复合超细纳米粉体。采用本发明制备的钨基单元素或多元素原位掺杂复合纳米粉体，具有粒度均匀且超细小、纯度高、工艺简单、成本低、掺杂元素不受限制等特点，适合工业化生产。

技术领域

本发明涉及粉末冶金材料合成方法，特别涉及一种钨基单元素或多元素原位掺杂纳米粉体及其制备方法。

背景技术

钨及其合金因其高熔点（3410℃）、高热导率（168W/(m·K)）、高强度、低热膨胀系数、低溅射率、低蒸汽压、低氢溶解度、低氚滞留和优异的抗热冲击性能等特性，广泛应用于航空航天、武器装备、高温炉体、电子工业和核聚变堆中。然而，钨及其合金的脆性尤其是低温脆性限制了其广泛应用。目前研究发现，对纯钨进行弥散掺杂强化，可以显著提高钨基材料的强度、韧性、再结晶温度和抗辐照性能，并降低钨基材料的韧脆转变温度。

目前制备金属元素第二相掺杂钨粉末的方法有化学法、水热反应法、溶胶凝胶法、机械合金化法，除机械合金化法外，掺杂体系都需要将两种或两种以上的可溶性盐溶于水中制成混合溶液，然后添加表面活性剂或者螯合剂等在强酸条件下进行反应，待反应完成后通过清洗和过滤去除有机溶剂，然后经煅烧和还原得到第二相颗粒掺杂钨复合粉末，但是上述方法中存在有或粉末颗粒不均匀，或不易批量生产、或易引入其他杂质等问题。

发明内容

本发明采用热聚合-热还原法制备钨基单元素或多元素原位掺杂复合纳米粉体。

基于上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种钨基单元素或多元素原位掺杂复合纳米粉体，钨颗粒内部原位弥散掺杂元素，所述掺杂元素为一种或多种金属元素或金属氧化物。

优选地，所述金属元素为铈、铝、锰、镧、锆、钍、钇，所述掺杂元素的质量为钨元素质量的1.0wt%-2.7wt%。

优选地，所述纳米粉体呈类球形，纳米粉体的粒径为5-50nm。

一种钨基单元素或多元素原位掺杂复合纳米粉体的制备方法，包括以下步骤：

a：将可溶性金属钨盐溶于水中，使溶液中钨元素的质量浓度为7.45wt%-13.77wt%；

b：在金属钨盐水溶液加入含掺杂元素的可溶性盐，掺杂元素的质量为钨元素质量的1.0wt%-2.7wt%；

c：依次加入丙烯酸和氧化剂，混匀；

d：将步骤c所得反应体系在150-200℃聚合2-3h，得到前驱体粉末；

e：将前驱体粉末先在500-600℃于空气气氛中保温3-5h，后在600-800℃于氢气或氢气-氮气气氛中保温2-3h，得到粒度可控的钨基单元素或多元素原位掺杂复合纳米粉体。

进一步地，所述氧化剂为浓硝酸或体积比为30%的双氧水，且氧化剂与水的体积比为1-5%，丙烯酸与水的体积比小于30%，所述丙烯酸为分析纯。

进一步地，所述含掺杂元素的可溶性盐为硝酸盐或乙酸盐，所述掺杂元素为一种或多种金属元素或金属氧化物。

优选地，所述可溶性金属钨盐为钨酸盐、偏钨酸盐或仲钨酸盐。

优选地，所述可溶性金属钨盐为钨酸铵、偏钨酸铵或仲钨酸铵。

本发明的有益效果在于：