專利名稱：含鉀金屬鎢條的生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于粉末冶金領(lǐng)域中生產(chǎn)高溫發(fā)熱、發(fā)光體和耐高溫元件的原材料的方法，特別是一種采用摻雜方式生產(chǎn)含鉀屬鎢條的方法。
背景技術(shù)：
含鉀金屬鎢條是制造電光源材料、高溫發(fā)熱體及耐高溫元件等用的原材料，傳統(tǒng)的生產(chǎn)方法是首先在氧化鎢(包括蘭鎢)粉中加入硅、鋁、鉀等元素，然后將摻入這些元素的氧化鎢粉還原處理并經(jīng)鹽酸、氫氟酸洗后得摻雜鎢粉，摻雜鎢粉再經(jīng)壓制成坯條后經(jīng)垂熔燒結(jié)即得含鉀金屬鎢條(亦稱摻雜鎢條)。專利號為ZL03124646、名稱為《酸洗摻雜鎢粉生產(chǎn)金屬鎢條的方法》即屬于此類技術(shù)，該生產(chǎn)方法的最終目的是在鎢條中摻入一定量的鉀元素以使鎢條在繼后生產(chǎn)過程中形成鉀泡列、阻止鎢晶界的滑移，從而提高鎢絲的耐高溫和抗下垂等性能。而鉀元素必須在與硅、鋁同時存在的條件下才能摻入鎢中并最終在鎢條中被部分保留下來，而硅、鋁等元素又必需在酸洗、燒結(jié)過程中作為雜質(zhì)除去，否則將對其后續(xù)加工造成嚴(yán)重危害。上述背景技術(shù)在酸洗中保留足夠量鉀元素的同時，相當(dāng)部分的硅、鋁等有害元素亦被保留下來，當(dāng)這部分有害元素及部分鉀元素在垂熔燒結(jié)過程中揮發(fā)后又會留下大量空隙，造成鎢條產(chǎn)品的斷面結(jié)晶不均勻、密度低(小于17.6g/cm3)等缺陷。這些缺陷嚴(yán)重影響含鉀鎢條的質(zhì)量，降低了后續(xù)產(chǎn)品的性能，因而存在產(chǎn)品斷面結(jié)晶及鉀元素分布不均勻，產(chǎn)品密度低，后續(xù)加工及后續(xù)產(chǎn)品的性能差等弊病；此外，壓制坯條的控制壓力僅20～28MPa，坯條強度仍很低，在操作及預(yù)燒結(jié)過程中極易造成斷裂、破損，仍存在壓制及預(yù)燒結(jié)成品率低的弊病。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對背景技術(shù)存在的缺陷，研究設(shè)計一種含鉀金屬鎢條的生產(chǎn)方法，以達到有效提高含鉀鎢條的密度、鉀元素在鎢條中分布和鎢條斷面結(jié)晶的均勻性、產(chǎn)品的質(zhì)量和后續(xù)加工及其產(chǎn)品的使用性能等目的。
本發(fā)明的解決方案是將背景技術(shù)中除預(yù)燒結(jié)外的一次燒結(jié)改為兩次燒結(jié)，并調(diào)整相應(yīng)參數(shù)，在第一次垂熔燒結(jié)中使摻入的雜質(zhì)在2500～3000℃高溫下充分揮發(fā)，以確保最終產(chǎn)品的純度，再經(jīng)第二次燒結(jié)，使含鉀鎢條均勻收縮，以消除雜質(zhì)及部分鉀元素揮發(fā)后留下的孔隙；此外，在壓制坯條時將摻雜鎢粉在150～250MPa的壓力下壓制成型，以獲得高強度壓坯，大幅度提高壓坯的成品率。因此，本發(fā)明生產(chǎn)方法包括A、配制摻雜蘭鎢粉將原粉蘭鎢(WO2.9)粉及按蘭鎢粉重量百分比計，含SiO20.2～0.6wt％和K2O0.2～0.6wt％的H2SiO3與KOH混合溶液及含Al2O30.02～0.1wt％的Al(NO3)3溶液置于攪拌器內(nèi)，在50～90℃溫度下混合3～5小時后，在100～200℃溫度下干燥處理3～6小時，得摻雜蘭鎢粉；B、還原處理將摻雜蘭鎢粉裝舟置于500～950℃溫度及氫氣氛下還原處理8～12小時，冷卻后過100～200目篩、得摻雜鎢粉；C、酸洗首先采用濃度為3～6wt％的稀鹽酸對摻雜鎢粉酸洗30～60分鐘，然后抽去上層清液，再加入濃度為3～6wt％的氫氟酸，洗至粉料中Si含量≤250ppm、Al含量≤30ppm，然后在70～150℃溫度下真空干燥不低于10小時，干燥后過160～200目篩分散、除雜；D、壓坯將C處理所得粉料在150～250MPa壓力下壓制成摻雜鎢坯條；E、預(yù)燒結(jié)壓制成的坯條置于舟皿中，在氫氣氛及1100～1400℃溫度下燒結(jié)30～60分鐘；F、垂熔燒結(jié)將預(yù)燒結(jié)后的坯條置于垂熔爐內(nèi)，在氫氣氛及熔斷電流的70～92％電流強度的條件下垂熔燒結(jié)10～25分鐘后，隨爐冷卻，得未致密含鉀鎢條；G、間接燒結(jié)將F工序所得鎢條置于中頻爐或鎢棒爐內(nèi)，在氫氣氛及2000～2300℃溫度下燒結(jié)2～6小時，隨爐冷卻后即得目的物含鉀金屬鎢條。
上述在氫氣氛下還原處理為一次或兩次還原處理；當(dāng)采用兩次還原處理時第一次在500～680℃下還原處理3.5～5.5小時，隨爐冷卻后過80～160目篩除去雜質(zhì)，再裝舟在650～950℃溫度下處理5～6.5小時。
本發(fā)明所獲得含鉀金屬鎢條斷面晶粒細而均勻，晶粒數(shù)＞8000個/mm2，密度高達18.0g/cm3以上，同批密度差＜0.15g/cm3；垂熔燒結(jié)時間僅為背景技術(shù)50％左右，第二次燒結(jié)每爐一次可燒結(jié)500～600kg，不但可提高生產(chǎn)率而且同批產(chǎn)品的一致性亦得到大大提高；采用高強度壓力壓制坯條，有效降低了坯條的破損及廢品率，因而，具有壓坯強度及成品率高、產(chǎn)品密度高、鉀元素在鎢條中的分布及鎢條斷面結(jié)晶的均勻性好；后續(xù)加工性能及生產(chǎn)的鎢絲使用壽命和抗下垂性能得到有效提高等特點。
具體實施例方式
1本實施方式以生產(chǎn)1000kg，直徑φ15mm、長300mm的含鉀鎢條為例A、配制摻雜蘭鎢粉將高純蘭鎢粉1450kg，H2SiO36960g與KOH5800g混合水溶液及3860gAl(ON3)3·9H2O水溶液共900kg加入夾層混合器內(nèi)在70℃溫度下攪拌4.5小時后，送入干燥機干燥處理5小時，得摻雜鎢粉；B、還原處理將摻雜鎢粉裝舟送入十一管五帶爐內(nèi)，在550～950℃溫度及氫氣氛下還原處理9.5小時，隨爐冷卻后過120目篩；C、酸洗首先采用濃度為4.2wt％的稀鹽酸在酸洗器內(nèi)對摻雜鎢粉酸洗50分鐘，抽去上層清液后再加入濃度為4.0wt％的氫氟酸洗40分鐘，經(jīng)抽濾后送入烘箱在120℃溫度下真空干燥12小時，冷卻后過160目篩得費氏粒度為4.0μm，鉀含量85ppm，氧含量為800ppm摻雜鎢粉；D、壓坯將C工序所得鎢粉采用等靜壓在200MPa壓力下保壓4分鐘、壓制成φ17×400mm摻雜鎢條；E、預(yù)燒結(jié)上述坯條裝舟后送入燒結(jié)爐，在1170℃±50℃溫度下燒結(jié)45分鐘，隨爐冷卻待用；F、垂熔燒結(jié)將預(yù)燒后的坯條置于垂熔爐內(nèi)夾頭上，在氫氣氛及3600A電流條件下燒結(jié)15分鐘得氧含量小于40ppm、鉀含量62ppm、密度大于17.38g/cm3的未致密鎢條，冷卻后待用；G、中頻燒結(jié)將未致密鎢條按每爐不超過550kg裝入中頻燒結(jié)爐內(nèi)，在2150℃及氫氣氛下燒結(jié)4.5小時，隨爐冷卻后即得最終產(chǎn)品含鉀鎢條。
所得產(chǎn)品氧含量15ppm、鉀含量62ppm、密度18.0～18.12g/cm3、斷面晶粒數(shù)大于10,000個/mm2。
具體實施例方式
2仍以生產(chǎn)φ15×300mm含鉀金屬鎢條1000kg為例A、配制摻雜蘭鎢粉高純蘭鎢粉1500kg、H2SiO36800g、KOH5500g、Al(NO3)3·9H2O3500g，配制工藝與實施方式1同；還原處理、酸洗、壓坯、預(yù)燒結(jié)及垂熔燒結(jié)、工序B、C、D、E及F與方3式1同，酸洗后得費氏粒度3.8μm、鉀含量75ppm、氧含量600ppm的摻雜鎢粉；垂熔燒結(jié)后得氧含量小于40ppm、鉀含量51ppm、密度大于17.3g/cm3的鎢條；G、中頻燒結(jié)在氫氣氛及2200℃下燒結(jié)4小時，冷卻后所得產(chǎn)品氧含量15ppm、鉀含量51ppm、密度18.2～18.3g.cm3，斷面晶粒數(shù)大于8000個/mm2。
具體實施例方式
3本方式以生產(chǎn)φ18×400mm含鉀金屬鎢條1000kg為例A、配制摻雜蘭鎢粉高純蘭鎢粉1500kg，H2SiO36960g、KOH5800g，Al(ON3)34500g，配制方式同方式1；B、還原處理本方式采用兩次還原，均在十一管五帶還原爐內(nèi)及氫氣氛下進行，第一次還原溫度500～650℃、處理6.0小時，冷卻后過120目篩；第二階段還原溫度630～940℃、處理時間5小時、冷卻后過160目篩；C、酸洗鹽酸及氫氟酸酸洗時間均為40分鐘；其余與方式1同，得費氏粒度3.90μm，鉀含量95ppm，氧含量為700ppm摻雜鎢粉；D、壓坯摻雜鎢粉在等靜壓220MPa壓力下，保壓5分鐘，壓制成φ21×480mm摻雜鎢條；E、預(yù)燒結(jié)在氫氣氛及1250℃±50℃溫度下燒結(jié)50分鐘；F、垂熔燒結(jié)在氫氣氛及4650A電流強度下燒結(jié)17分鐘，得氧含量30ppm、鉀含量66ppm、密度大于17.2g/cm3的鎢條；G、中頻燒結(jié)在氫氣氛及2200℃溫度下燒結(jié)5小時；冷卻后所得產(chǎn)品氧含量15ppm、鉀含量66ppm、密度18.05～18.15g/cm3、斷面晶粒數(shù)大于10,000個/mm2。
權(quán)利要求
1.一種含鉀金屬鎢條的生產(chǎn)方法，包括A、配制摻雜蘭鎢粉將原粉蘭鎢(WO2.9)粉及按蘭鎢粉重量百分比計，含SiO20.2～0.6wt％和K2O0.2～0.6wt％的H2SiO3與KOH混合溶液及含Al2O30.02～0.1wt％的Al(NO3)3溶液置于攪拌器內(nèi)，在50～90℃溫度下混合3～5小時后，在100～200℃溫度下干燥處理3～6小時，得摻雜蘭鎢粉；B、還原處理將摻雜蘭鎢粉裝舟置于500～950℃溫度及氫氣氛下還原處理8～12小時，冷卻后過100～200目篩、得摻雜鎢粉；C、酸洗首先采用濃度為3～6wt％的稀鹽酸對摻雜鎢粉酸洗30～60分鐘，然后抽去上層清液，再加入濃度為3～6wt％的氫氟酸，洗至粉料中Si含量≤250ppm、Al含量≤30ppm，然后在70～150℃溫度下真空干燥不低于10小時，干燥后過160～200目篩分散、除雜；D、壓坯將C處理所得粉料在150～250MPa壓力下壓制成摻雜鎢坯條；E、預(yù)燒結(jié)壓制成的坯條置于舟皿中，在氫氣氛及1100～1400℃溫度下燒結(jié)30～60分鐘；F、垂熔燒結(jié)將預(yù)燒結(jié)后的坯條置于垂熔爐內(nèi)，在氫氣氛及熔斷電流的70～92％電流強度的條件下垂熔燒結(jié)10～25分鐘后，隨爐冷卻，得未致密含鉀鎢條；G、間接燒結(jié)將F工序所得鎢條置于中頻爐或鎢棒爐內(nèi)，在氫氣氛及2000～2300℃溫度下燒結(jié)2～6小時，隨爐冷卻后即得目的物含鉀金屬鎢條。
2.按權(quán)利要求1所含鉀金屬鎢條的生產(chǎn)方法；其特征在于所述還原處理為一次或兩次還原處理；當(dāng)采用兩次還原處理時第一次在500～680℃下還原處理3.5～5.5小時，隨爐冷卻后過80～160目篩除去雜質(zhì)，再裝舟在650～950℃溫度下處理5～6.5小時。
全文摘要
該發(fā)明屬于粉末冶金領(lǐng)域中含鉀金屬鎢條的生產(chǎn)方法。包括配制摻雜蘭鎢粉，一次或二次還原，酸洗、壓坯、預(yù)燒結(jié)、垂熔及間接燒結(jié)。該發(fā)明在高強度壓力下壓制摻雜鎢條，大大提高了坯條的強度及成品率；采用垂熔和間接兩次燒結(jié)，既確保了產(chǎn)品的純度，通過第二次燒結(jié)又提高了產(chǎn)品密度、使結(jié)晶細而均勻。因而具有壓坯強度及成品率高，產(chǎn)品晶粒及鉀元素分布均勻、斷面晶粒數(shù)＞8000個/mm
文檔編號B22F9/16GK1757466SQ200510021838
公開日2006年4月12日 申請日期2005年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月11日
發(fā)明者繆兵, 周偉, 劉立新, 李偉勤 申請人:自貢硬質(zhì)合金有限責(zé)任公司