碳化物彌散強化鎢處理工藝

鎢具有高熔點、高密度、高強度、高硬度、低的熱膨脹係數、優良的抗腐蝕性和良好的加工性能等優點，因此被廣泛應用於航空航太、電子、化工、軍工武器等領域。

隨著鎢的應用領域的擴大，特別是一些尖端科技（例如ITER），對鎢基複合材料的性能提出了更高的要求，如高的塑性、高的室溫和高溫力學性能、低的韌脆轉變溫度、高的再結晶溫度以及優異的抗熱衝擊性能等。

為了獲得適用於聚變堆領域中所用的面向等離子體材料以及其他用於極端環境下的鎢及其鎢合金，國內外材料科研工作者普遍認為通過向鎢中摻入彌散粒子相（Y₂O₃、La₂O₃、TiC、ZrC等）或固溶強化相（Ti、Ta、Mo、Re等）可顯著的改善鎢的高溫力學性能，提高鎢的再結晶溫度。

通過碳化物進行彌散強化鎢是一種有效改善鎢性能的方法。目前用於碳化物彌散強化鎢處理工藝複合材料的碳化物主要有TiC，ZrC，HfC等。然而，在碳化物彌散強化鎢中，其方法主要是採用納米級或者微米級的碳化物（TiC，ZrC，HfC）直接添加進鎢粉末中，經球磨、燒結、熱處理等工藝後獲得碳化物顆粒彌散強化的鎢合金材料。在高溫燒結的過程中，碳化物彌散粒子主要以顆粒狀的形式存在於鎢基體中，一方面抑制了鎢在高溫下的晶粒粗化，另一方面促進了鎢在高溫下的緻密化，有效地提高了鎢的力學強度。

為優化碳化物彌散強化鎢的處理工藝，我國學者以碳化鈦為彌散強化材料，採用原位合成法進行嘗試，其過程包括：

按碳納米管0.3%、Ti粉1%的配比稱取W粉、碳納米管和Ti粉，放入WC球磨罐中，再加入一定量的WC磨球（球料比為5:1），球磨機轉速為300r/min下球磨5 h。然後將球磨後的粉體置於充有Ar氣體的手套箱中，取出球磨後的粉體裝填在直徑20 mm的石墨模具中。上述整個操作工藝都在氬氣（99.99%）保護氣氛下完成。經1700℃、50 MPa壓力、真空度6 Pa 下放電等離子體燒結1min，最終獲得具有棒狀晶結構的碳化鈦彌散強化鎢合金。經放等離子燒結後，鎢合金的緻密度為99.8 %，顯微維氏硬度為564 HV，抗彎強度為1138MPa，晶粒尺寸約在0.6μm左右。

原位合成法的優勢在於：通過在鎢中加入碳納米管和金屬鈦粉、矽粉、鋯粉或鉭粉，在高溫燒結的過程中，金屬鈦粉、矽粉、鋯粉或鉭粉可與碳納米管發生原位反應形成碳化鈦、碳化矽、碳化鋯、碳化鉭。一方面可活化鎢的晶格，促進鎢在較低的溫度下完成緻密化，還可以抑制鎢晶粒在高溫下的晶粒長大行為，從而獲得細晶鎢，有效地提高了鎢的高溫強度，改善了鎢的室溫脆性，與熱壓燒結等相似方法相比，採用機械合金化和放電等離子體燒結技術製備的超細晶粒鎢基複合材料具有較好的力學性能和抗電子束衝擊性，適用於極端環境下的高熔點難熔金屬材料，如核聚變裝置中的面向等離子體材料等。

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