CN102560618B

CN102560618B - 一种钨单晶的制备方法

Info

Publication number: CN102560618B
Application number: CN201210047526.6A
Authority: CN
Inventors: 张迎春; 刘艳红
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2012-02-28
Filing date: 2012-02-28
Publication date: 2014-12-24
Anticipated expiration: 2032-02-28
Also published as: CN102560618A

Abstract

本发明提供了一种钨单晶的制备方法，该方法是在熔融盐中通过电化学法制备钨单晶的：以熔融的Na₂WO₄与WO₃为熔盐介质，在700到1000摄氏度的空气气氛下，将高纯多晶钨板作为对电极，一般性金属如铜、钢或非金属如石墨等为单晶生长的基体，同时也作为工作电极，然后施加电流，通过调整电流和电镀时间获得钨单晶。本发明工艺方法简单、设备要求简单，操作方便，成本低廉，合成条件易于控制。

Description

一种钨单晶的制备方法

技术领域

本发明涉及一种钨单晶的制备方法。

背景技术

金属钨具有高的熔点、沸点，极高的强度，硬度，很小的电子溢出功及很好的化学稳定性。钨单晶是一种高技术新型材料，具有无晶界、晶界缺陷少，热功转换效率高等优异性能，使其在宇航、空间技术等领域得到了广泛应用，且随着空间科技的发展，其应用领域也将不断扩大。如空间能源方面，钨单晶作为热离子能量转换器的发射极涂层材料，具有优良的高温力学性能、高温下较低的蒸汽压特点、优良的高温微观组织稳定性和表面热电子发射性能。钨单晶还是制造穿甲弹弹芯的理想材料。

目前，钨单晶的制备方法主要有电子束悬浮区域熔炼法、熔滴等离子弧熔炼法以及应变-退火法等。这些方法操作复杂，设备昂贵，而且对环境要求苛刻（高真空）。此外，决定钨单晶产品质量的一个重要指标是纯度水平，现有技术制备的钨单晶纯度及内部组织都不太理想。而本方法可以从通过电化学法在熔融盐中一步获得钨单晶，方法简单、设备要求简单，操作方便，成本低廉，合成条件易于控制，是一种新型的制备钨单晶的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供新的钨单晶的制备方法。

一种钨单晶的制备方法，其特征在于，所述制备在熔融盐中进行的，步骤包括：

1.1熔盐介质的配置：所述熔盐介质为Na₂WO₃-WO₃，按照摩尔百分比，取50%~90%的Na₂WO₃与10%~50%的WO₃充分干燥后混合均匀，放入坩埚中，在空气气氛中升温到700~1000℃；

1.2单晶生长基体和对电极的表面预处理：单晶生长基体和对电极表面用不同粗细的砂纸进行表面打磨，然后抛光，获得光滑的表面，然后分别用丙酮和去离子水超声清洗，去除表面的油污和杂质；

1.3在空气气氛下施加电流调整电流参数和电镀时间：施加的电流为脉冲或直流，电流范围为10mA.cm^-2~200 mA.cm^-2，电镀时间为5小时以上。

进一步的，所述单晶生长基体为金属或石墨，对电极为高纯多晶钨板。

进一步的，所述单晶生长基体形状至少有一个尖锐的棱角，角度小于180度，其他棱角打磨成弧形；所述石墨表面需进行活化处理，使表面导电。

进一步的，所述单晶生长基体即工作电极形状为四边形或三角形、其他多边形或一端尖角的锥状，预留一个角的角度为小于90度的尖锐角。

进一步的，所述脉冲电镀的占空比为10%~90%，周期为1毫秒以上。

本发明的优点在于，所有的操作简单方便，所需的原料无毒，无污染，价格便宜，而且通过电化学的方法对电流、占空比、周期和时间进行控制，能够让钨晶核在基体上小于90度锐角的地方择优生长，获得可控尺寸大小的单晶钨。

具体实施方式

实施例1：

按照摩尔百分比称取50%的Na₂WO₃与50%的WO₃，然后放入干燥炉中干燥脱除结晶水和吸附的水分。充分混合均匀后装入坩埚中，在电炉中升温到700℃使盐充分熔融。单晶生长基体选择铜，切割成三角形，对电极为钨板，均用不同粗细的砂纸打磨表面，然后抛光，直到表面无划痕，孔洞等缺陷。铜的六个角中留一个角，角度为60度，其余五个角在砂纸上倒成圆弧形，处理好的铜和钨用丙酮和去离子水超声清洗表面的油污和粘附的杂质。将处理好的铜和钨板链接在电极上，放入到熔融的Na₂WO₃与WO₃中。施加直流电流密度100 mA.cm^-2电流，通电时间20小时。

实施例2：

按照摩尔百分比称取75%的Na₂WO₃与25%的WO₃，然后放入干燥炉中干燥脱除结晶水和吸附的水分。充分混合均匀后装入坩埚中，在电炉中升温到900℃使盐充分熔融。单晶生长基体选择铜合金，切割成四方形，对电极为钨板，均用不同粗细的砂纸打磨表面，然后抛光，直到表面无划痕，孔洞等缺陷。铜合金的八个角中留一个角，角度为90度，其余七个角在砂纸上倒成圆弧形，处理好的铜和钨再用丙酮和去离子水超声清洗表面的油污和粘附的杂质。将处理好的铜合金和钨板链接在电极上，放入到熔融的Na₂WO₃与WO₃中施加的脉冲电流密度为10 mA.cm^-2电流，占空比25%，周期10ms，通电时间60小时。

实施例3：

按照摩尔百分比称取80%的Na₂WO₃与20%的WO₃，然后放入干燥炉中干燥脱除结晶水和吸附的水分。充分混合均匀后装入坩埚中，在电炉中升温到1000℃使盐充分熔融。单晶生长基体选择钢，切割成五边形，对电极为钨板，均用不同粗细的砂纸打磨表面，然后抛光，直到表面无划痕，孔洞等缺陷。钢的十个角中留一个角，角度为108度，其余九个角在砂纸上倒成圆弧形，处理好的钢和钨再用丙酮和去离子水超声清洗表面的油污和粘附的杂质。将处理好的钢和钨板链接在电极上，放入到熔融的Na₂WO₃与WO₃中施加的直流电流密度为30 mA.cm^-2电流，通电时间80小时。

实施例4：

按照摩尔百分比称取87.5%的Na₂WO₃与12.5%的WO₃，然后放入干燥炉中干燥脱除结晶水和吸附的水分。充分混合均匀后装入坩埚中，在电炉中升温到800℃使盐充分熔融。单晶生长基体选择铜合金，切割成圆锥形，对电极为钨板，均用不同粗细的砂纸打磨表面，然后抛光，直到表面无划痕，孔洞等缺陷。再用丙酮和去离子水超声清洗表面的油污和粘附的杂质。将处理好的铜合金和钨板链接在电极上，放入到熔融的Na₂WO₃与WO₃中施加的脉冲电流密度为50 mA.cm^-2电流，占空比50%，周期4ms，通电时间100小时。

实施例5：

按照摩尔百分比称取90%的Na₂WO₃与10%的WO₃，然后放入干燥炉中干燥脱除结晶水和吸附的水分。充分混合均匀后装入坩埚中，在电炉中升温到900℃使盐充分熔融。单晶生长基体选择钢，切割成三角形，对电极为钨板，均用不同粗细的砂纸打磨表面，然后抛光，直到表面无划痕，孔洞等缺陷。钢的六个角中留一个角，角度为60度，其余五个角在砂纸上倒成圆弧形，再用丙酮和去离子水超声清洗表面的油污和粘附的杂质。将处理好的钢和钨板链接在电极上，放入到熔融的Na₂WO₃与WO₃中施加的直流电流密度为200 mA.cm^-2电流，通电时间120小时。

Claims

1.一种钨单晶的制备方法，其特征在于，所述制备在熔融盐中进行的，步骤包括：

1.1熔盐介质的配置：所述熔盐介质为Na₂WO₃-WO₃，按照摩尔百分比，取50％～90％的Na₂WO₃与10％～50％的WO₃充分干燥后混合均匀，放入坩埚中，在空气气氛中升温到700～1000℃；

1.3在空气气氛下施加电流调整电流参数和电镀时间：施加的电流为脉冲或直流，电流密度范围为10mA.cm^-2～200mA.cm^-2，电镀时间为5小时以上；

所述单晶生长基体形状至少有一个尖锐的棱角，角度小于180度，其他棱角打磨成弧形。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述单晶生长基体为金属或石墨，对电极为高纯多晶钨板。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述石墨表面需进行活化处理，使表面导电。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述脉冲电镀的占空比为10％～90％，周期为1毫秒以上。