鉬及鉬合金粉末冶金技術(shù)研究現(xiàn)狀與發(fā)展
系統(tǒng)總結(jié)了鉬及鉬合金粉末冶金技術(shù)的研究進(jìn)展和工業(yè)應(yīng)用現(xiàn)狀。分別論述了鉬粉末冶金理論、超細(xì)（納米）鉬粉、大粒度（和高流動(dòng)性）鉬粉、高純鉬粉、新型鉬成型技術(shù)、新型鉬燒結(jié)技術(shù)、鉬粉末冶金過(guò)程數(shù)值模擬技術(shù)等7個(gè)研究方向的技術(shù)原理、技術(shù)特點(diǎn)、設(shè)備結(jié)構(gòu)和工業(yè)應(yīng)用現(xiàn)狀，并分析其發(fā)展前景。
鉬及鉬合金具有高的高溫強(qiáng)度和高溫硬度，良好的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性，低的熱膨脹系數(shù)，優(yōu)異的耐磨性和抗腐蝕性，被廣泛應(yīng)用于航天航空、能源電力、微電子、生物醫(yī)藥、機(jī)械加工、醫(yī)療器械、照明、玻纖、國(guó)防建設(shè)等領(lǐng)域。本文系統(tǒng)總結(jié)鉬及鉬合金粉末冶金技術(shù)的原理、技術(shù)特點(diǎn)、設(shè)備結(jié)構(gòu)和工業(yè)應(yīng)用現(xiàn)狀，并分析其發(fā)展前景。
1 鉬粉末制備技術(shù)發(fā)展
隨著汽車、電子、航空、航天等行業(yè)的日益發(fā)展，對(duì)鉬粉末冶金制品的質(zhì)量要求越來(lái)越高，因而要求鉬粉原料在化學(xué)成分、物理形貌、平均粒度、粒度分布、松裝密度、流動(dòng)性等諸多方面具有更加優(yōu)異的性能指標(biāo)，鉬粉朝著高純、超細(xì)、成分可調(diào)的方向發(fā)展，從而對(duì)其制備理論和制備技術(shù)提出了更高的要求。
1.1 鉬粉還原理論研究
鉬粉的制取過(guò)程是一個(gè)包括鉬酸銨到MoO3、MoO到MoO2、MoO2到鉬粉等3個(gè)獨(dú)立化學(xué)反應(yīng)，經(jīng)歷一系列復(fù)雜的相變過(guò)程，涉及鉬酸銨原料以及MoO3、MoO2、鉬藍(lán)等中間鉬氧化產(chǎn)物的形貌、尺寸、結(jié)構(gòu)、性能等諸多因素的極其復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程。
目前，已基本明確MoO3到Mo的還原過(guò)程動(dòng)力學(xué)機(jī)制，即：MoO3到MoO2階段反應(yīng)過(guò)程符合核破裂模型，MoO2到Mo階段反應(yīng)符合核縮減模型；MoO2到Mo階段反應(yīng)有兩種方式，低露點(diǎn)氣氛時(shí)通過(guò)假晶轉(zhuǎn)變，高露點(diǎn)氣氛時(shí)通過(guò)化學(xué)氣相遷移。但對(duì)MoO3到MoO2階段的反應(yīng)方式尚未形成一致看法，Sloczynski認(rèn)為MoO3到MoO2的還原是以Mo4O11為中間產(chǎn)物的連續(xù)反 應(yīng)，Ressler等認(rèn)為在還原過(guò)程中，MoO3首先吸附氫原子［H］生成HxMoO3，然后HxMoO3釋放所吸附的［H］轉(zhuǎn)變?yōu)?/SPAN>MoO3和 MoO2 2種產(chǎn)物，隨著溫度上升MoO2不斷長(zhǎng)大，而轉(zhuǎn)變成的中間態(tài)MoO3進(jìn)一步還原為Mo4O11，進(jìn)而還原成MoO2。國(guó)內(nèi)尹周瀾等、劉心宇等、潘葉金等在這一領(lǐng)域也進(jìn)行了一定工作，但未見到較完善的物理模型和數(shù)學(xué)模型的報(bào)導(dǎo)。
1.2 超細(xì)（納米）鉬粉制備技術(shù)研究
目前，制備超細(xì)鉬粉的方法主要有：蒸發(fā)態(tài)三氧化鉬還原法、活化還原法和十二鉬酸銨氫氣還原法。納米鉬粉的制備方法主要有：微波等離子法、電脈沖放電等。
（1）蒸發(fā)態(tài)三氧化鉬還原法
蒸發(fā)態(tài)三氧化鉬還原法［5~6］，是將MoO3粉末（純度達(dá)99.9％）裝在鉬舟上，置于1 300～1 500 ℃的預(yù)熱爐中蒸發(fā)成氣態(tài)，在流量為150 mL/min的H2-N2氣體和流量為400 mL/min的H2的混合氣流的夾載下，MoO3蒸氣進(jìn)入反應(yīng)區(qū)，通過(guò)還原成為超細(xì)鉬粉。該方法可獲得粒徑為40~70 nm的均勻球形顆粒鉬粉，但其工藝參數(shù)控制比較困難，其中，MoO3-N2和H2-N2氣流的混合溫度以及MoO3成分都對(duì)粉末粒度的影響很大。
（2）活化還原法
活化還原法［5］以七鉬酸銨（APM）為原料，在NH4Cl的催化作用下，通過(guò)還原過(guò)程制備超細(xì)鉬粉，還原過(guò)程中NH4Cl完全揮發(fā)。其還原過(guò)程大致分為氯化銨加熱分解、APM分解成氧化鉬、MoO3和HCl反應(yīng)生成7MoO2Cl2、MoO2Cl2被氫氣還原為超細(xì)鉬粉等4個(gè)階段。總反應(yīng)式為：NH4Cl+(NH4)6Mo7O24?4H2O=HCl+7NH3+28H2O+7Mo。該方法比傳統(tǒng)方法的還原溫度降低約200～300 ℃，而且只使用一次還原過(guò)程，工藝較簡(jiǎn)單。此方法制備的鉬粉平均粒度為0.1 μm，且粉末具有良好的燒結(jié)性能。韓國(guó)嶺南大學(xué)提出了相似方法，只是所用原料為高純MoO3。
（3）十二鉬酸銨氫氣還原法
十二鉬酸銨氫氣還原法是將十二鉬酸銨在鎳合金舟中，并置于管式爐中，在530 ℃下用氫氣還原，然后再在900 ℃下用氫氣還原，可制出比表面積為3.0 m2/g以上的鉬粉，這種鉬粉的粒度為900 nm左右。該方法僅有工藝過(guò)程描述，未見到過(guò)程機(jī)制的分析，其可行性尚未可知。
（4）羰基熱分解法
羥基法是以羥基鉬為原料，在常壓和350～1 000 ℃的溫度及N2氣氛下，對(duì)羥基鉬料進(jìn)行蒸氣熱分解處理。由于羥基化合物分解后，在氣相中狀態(tài)下完成形核、結(jié)晶、晶核長(zhǎng)大，所以制備的鉬粉顆粒較細(xì)，平均粒度為1～2 μm。利用羥基法制得的鉬粉具有很高的化學(xué)純度和良好的燒結(jié)性。
（5）微波等離子法
微波等離子法利用羥基熱解的原理制取鉬粉。微波等離子裝置利用高頻電磁振蕩微波擊穿N2等反應(yīng)氣體，形成高溫微波等離子體，進(jìn)而使Mo(CO)6在N2等離子體氣氛下熱解產(chǎn)生粒度均勻一致 的納米級(jí)鉬粉，該裝置可以將生成的CO立即排走，且使產(chǎn)生的Mo迅速冷凝進(jìn)入收集裝置，所以能制備出比羥基熱解法粒度更小的納米鉬粉（平均粒徑在50 nm以下），單顆粒近似球形，常溫下在空氣中的穩(wěn)定性好，因而此種納米鉬粉可廣泛應(yīng)用。
（6）等離子氫還原法
等離子還原法的原理是：采用混合等離子反應(yīng)裝置將高壓直流電弧噴射在高頻等離子氣流上，從而形成一種混合等離子氣流，利用等離子蒸氣還原，初步得到超細(xì)鉬粉。獲得的初始超細(xì)鉬粉注射在直流弧噴射器上，立即被冷卻水冷卻成超細(xì)粉粒。所得到粉末平均粒徑約為30～50 nm，適用于熱噴涂用的球形粉末。該方法也可用于制備其他難熔金屬的超細(xì)粉末，如W、Ta 和Nb。
微波等離子法和等離子氫還原法制備的納米鉬粉純度較高，形貌較好，但其生產(chǎn)成本大大提高。
（7）機(jī)械合金化法
日本的桑野壽采用碳素鋼、SUS304不銹鋼、硬質(zhì)合金鋼等材料的容器和磨球，球磨鉬粉，可以制得粒徑為6 nm左右的鉬粉。這種方法會(huì)引起Fe、Fe-Cr-Ni和W在鉬中固溶，其固溶量達(dá)到百分?jǐn)?shù)級(jí)。
此外，電脈沖法和電子束輻照法、冷氣流粉碎、金屬絲電爆炸法、高強(qiáng)度超聲波法、電脈沖放電、封閉循環(huán)氫還原法、電子束輻射法等大多只具有實(shí)驗(yàn)研究的價(jià)值，尚不具備工業(yè)化制備的條件。
1.3 大粒度（和高流動(dòng)性）鉬粉制備技術(shù)研究——鉬粉的增大改形技術(shù)研究
大粒度（和高流動(dòng)性）鉬粉主要用于精密器件的焊接和噴涂，其物性指標(biāo)主要有：大粒度（≥10 μm）、大松裝密度（3.0～5.0 g/cm3）、良好的流動(dòng)性（10～30 s/50 g）。相對(duì)費(fèi)氏粒度一般為5 μm以下，粒度分布基本呈正態(tài)分布，松裝密度在0.9～1.3 g/cm3之間，鉬粉形貌為不規(guī)則顆粒團(tuán)，流動(dòng)性較差（霍爾流速計(jì)無(wú)法測(cè)出）的常規(guī)鉬粉而言，這類鉬粉的制備難點(diǎn)主要有3點(diǎn)：粒度大、密度大、流動(dòng)性好。滿足這3點(diǎn)要求的理想鉬粉形貌是大直徑的實(shí)心球體，這與常規(guī)鉬粉非規(guī)格松散顆粒團(tuán)的形貌截然不同。一般地，鉬粉增大改形技術(shù)主要有化學(xué)法和物理法兩大類。
（1）化學(xué)法
制備出大粒度鉬酸銨單晶塊狀顆粒，按照遺傳性原理，通過(guò)后續(xù)焙燒、還原，制備出大粒度的鉬粉真顆粒（常規(guī)鉬粉顆粒實(shí)際上是許多小顆粒的團(tuán)聚體），隨后進(jìn)行一定的機(jī)械處理，獲得形貌圓整、密度大、尺寸大的鉬粉顆粒。這種方法理論上可行，但是制備大單晶鉬酸銨顆粒的難度較大，而且后續(xù)鉬粉尺寸和形貌的遺傳性量化規(guī)律不明確，工藝流程較長(zhǎng)。
（2）機(jī)械造粒技術(shù)
將加有粘結(jié)劑的混合鉬粉在模具或造粒設(shè)備中，通過(guò)機(jī)械壓制得到一定尺寸，然后脫除粘結(jié)劑，燒結(jié)成一定強(qiáng)度的規(guī)則顆粒團(tuán)。這種方法原理簡(jiǎn)單，但實(shí)驗(yàn)表明，這種方法增大鉬粉粒度較為簡(jiǎn)單，但對(duì)流動(dòng)性改進(jìn)不大。
（3）等離子造粒技術(shù)
等離子造粒技術(shù)在粉末改形方面應(yīng)用由來(lái)已久，其原理是，在保護(hù)氣氛下，通過(guò)一定途徑將粉末送入等離子火焰心部，利用高達(dá)幾千攝氏度的高溫使粉末顆粒熔化，然后在自由下落過(guò)程中利用液滴的表面張力自行球化，球形液滴經(jīng)過(guò)冷卻介質(zhì)激冷呈大粒度、高密度球形粉末。這種方法獲得的粉末具有很好的物性指標(biāo)，市場(chǎng)前景廣闊，但其技術(shù)難度較大，特別在粉末輸送和保護(hù)氣氛的保持、成品的冷卻收集等方面較為困難，設(shè)備投資大，保養(yǎng)比較困難。
（4）流化床還原法
鉬粉的流化床還原法由美國(guó)Carpenter等提出，通過(guò)2階段流化床還原直接把粒狀或粉末狀的MoO3還原成金屬鉬粉。第1階段采用氨作流態(tài)化還原氣體, 在400～650 ℃下把MoO3還原為MoO2；第2階段采用氫氣作流態(tài)化還原氣體，在700～1 400 ℃下將MoO2還原成金屬Mo。由于在流化床內(nèi)，氣-固之間能夠獲得最充分的接觸，床內(nèi)溫度最均勻，因而反應(yīng)速度快，能夠有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)鉬粉粒度和形狀的控制，所以該方法生產(chǎn)出的鉬粉顆粒呈等軸狀，粉末流動(dòng)性好，后續(xù)燒結(jié)致密度高。這種方法尚未見到具體生產(chǎn)應(yīng)用的信息。
1.4 高純鉬粉制備技術(shù)研究
高純鉬粉用于耐高壓大電流半導(dǎo)體器件的鉬引線、聲像設(shè)備、照相機(jī)零件和高密度集成電路中的門電極靶材等。要制備高純鉬粉，必須首先獲得高純?nèi)趸f或高純鹵化物。獲得高純?nèi)趸f的工藝主要有：
（1）等離子物理氣相沉積法
以空氣等離子處理普通的三氧化鉬，利用三氧化鉬沸點(diǎn)比大多數(shù)雜質(zhì)低的特點(diǎn)，令其在空氣等離子焰中迅速揮發(fā)，然后在等離子焰外引入大量冷空氣使氣態(tài)三氧化鉬激冷，獲得超純?nèi)趸f粉末。
（2）離子交換法
將原料粉末溶于聚四氟乙烯容器中加水?dāng)嚢瑁缓笠?/SPAN>1 L/h的速度向容器中加入濃度為30％的H2O2。所得溶液通過(guò)H型陽(yáng)離子交換劑，將容器中的溶液加熱至95 ℃，抽氣壓力在25 Pa左右保持5 h，濃縮后形成沉淀，即為高純?nèi)趸f。
（3）化學(xué)凈化法
通過(guò)多次重結(jié)晶，獲得高純鉬酸銨，然后煅燒得到高純?nèi)趸f。
獲得高純?nèi)趸f后，采用傳統(tǒng)氫還原法和等離子氫還原法均可獲得高純度鉬粉。這幾種制備技術(shù)均有應(yīng)用的報(bào)導(dǎo)，但具體技術(shù)思路和細(xì)節(jié)均未公開。
獲得高純鹵化物的工藝原理是：將工業(yè)三氧化鉬或鉬金屬?gòu)U料（如垂熔條的夾頭、鉬材邊角料、廢鉬絲等）鹵化得到鹵化物（一般為五氯化鉬），然后 在550 ℃左右的高溫條件下對(duì)鹵化鉬進(jìn)行分餾處理，使里面的雜質(zhì)揮發(fā)，得到深度提純的鹵化鉬（據(jù)稱純度可達(dá)到5 N），最后通過(guò)氫氯焰或氫等離子焰還原，得到高純鉬粉。日本學(xué)者佐伯雄造報(bào)導(dǎo)了800～1 000 ℃下氫還原高純五氯化鉬的研究，得到的超純鉬粉中金屬雜質(zhì)含量比當(dāng)時(shí)市場(chǎng)上高純鉬粉低2個(gè)數(shù)量級(jí)。五氯化鉬氫還原法是一種產(chǎn)品純度高，簡(jiǎn)單易行的方法。但是五氯化鉬的制備、提純和氫還原過(guò)程均使用了氯氣，對(duì)操作人員和環(huán)境危害較大。
2 新型鉬成型技術(shù)發(fā)展
目前，粉末的成型技術(shù)朝著“成型件的高致密化、結(jié)構(gòu)復(fù)雜化、（近）凈成型、成型快速化”的方向發(fā)展。以下幾種壓制成型技術(shù)具有很大的技術(shù)創(chuàng)新性，一旦取得突破，將對(duì)鉬固結(jié)技術(shù)（包括壓制和燒結(jié)）產(chǎn)生革命性的影響，但這些技術(shù)的具體技術(shù)細(xì)節(jié)沒有披露。
（1）動(dòng)磁壓制（DMC）技術(shù)
1995年美國(guó)開始研究“動(dòng)磁壓制”并于2000年獲得成功。動(dòng)磁壓制的工作原理是：將粉末裝于一個(gè)導(dǎo)電的護(hù)套內(nèi)，置于高強(qiáng)磁場(chǎng)線圈的中心腔內(nèi)。電容器放電在數(shù)微秒內(nèi)對(duì)線圈通入高脈沖電流，線圈腔內(nèi)形成磁場(chǎng)，護(hù)套內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流。感應(yīng)電流與施加磁場(chǎng)相互作用，產(chǎn)生由外向內(nèi)壓縮護(hù)套的磁力，因而粉末得到二維壓制。整個(gè)壓制過(guò)程不足1 ms。相對(duì)傳統(tǒng)的模壓技術(shù)，動(dòng)磁壓制技術(shù)具有工件壓制密度高（生坯密度可達(dá)到理論密度的95％以上），工作條件更加靈活，不使用潤(rùn)滑劑與粘結(jié)劑，有利于環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。目前動(dòng)磁壓制的應(yīng)用已接近工業(yè)化階段，第1臺(tái)動(dòng)磁壓制系統(tǒng)已在試運(yùn)行。
（2）溫壓技術(shù)
溫壓技術(shù)由美國(guó)Hoeganaes公司于1994年提出，其工藝過(guò)程是，在140 ℃左右，將由原料粉末和高溫聚合物潤(rùn)滑劑組成的粉末喂入模具型腔，然后壓制獲得高致密度的壓坯。這種專利聚合物在約150 ℃具有良好的潤(rùn)滑性，而在室溫則成為良好的粘結(jié)劑。溫壓技術(shù)是一項(xiàng)利用單次壓制/燒結(jié)制備高致密度零件的低成本技術(shù)，只通過(guò)一次壓制便可達(dá)到復(fù)壓/復(fù)燒或熔滲工藝方能達(dá)到的密度，而生產(chǎn)成本卻低得多，甚至可與粉末鍛造相競(jìng)爭(zhēng)。但目前適合于鉬合金的喂料配方尚需試驗(yàn)確定。
（3）流動(dòng)溫壓（WFC）技術(shù)
流動(dòng)溫壓技術(shù)由德國(guó)Fraunhofer研究所提出。其基本原理是：通過(guò)在常規(guī)粒度粉末中，加入適量的微細(xì)粉末和潤(rùn)滑劑，從而大大提高了混合粉末的流動(dòng)性、填充能力和成形性，進(jìn)而可以在80～130 ℃溫度下，在傳統(tǒng)壓機(jī)上精密成形具有復(fù)雜幾何外形的零件，如帶有與壓制方向垂直的凹槽、孔和螺紋孔等零件，而不需要其后的二次機(jī)加工。
作為一種嶄新的粉末冶金零部件近終形成形技術(shù)，流動(dòng)溫壓技術(shù)既克服了傳統(tǒng)粉末冶金技術(shù)在成形方面的不足，又避免了注射成形技術(shù)的高成本，具有十分廣闊的應(yīng)用潛力。目前，該技術(shù)尚處于研究的初始階段，混合粉末的制備方法、適用性、成形規(guī)律、受力狀況、流變特性、燒結(jié)控制、致密化機(jī)制等方面的研究均未見報(bào)導(dǎo)。
（4）高速壓制（HVC）技術(shù)
粉末冶金用高速壓制技術(shù)是瑞典Hoganas公司與Hydrapulsor公司合作開發(fā) 的，采用液壓機(jī)，在比傳統(tǒng)快500～1 000倍的壓制速度（壓頭速度高達(dá)2～30 m/s）下，同時(shí)利用液壓驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生的多重沖擊波，間隔約0.3 s的附加沖擊波將密度不斷提高。高速壓制壓坯的徑向彈性后效很小，壓坯的尺寸偏差小，可用于粉末的近凈形成型，且生產(chǎn)效率極高；但其設(shè)備噸位較大，尚不具備制備大尺寸工件的能力，且工藝過(guò)程環(huán)境噪音污染嚴(yán)重。
3 新型鉬燒結(jié)技術(shù)發(fā)展
近年來(lái)，粉末燒結(jié)技術(shù)層出不窮。電場(chǎng)活化燒結(jié)技術(shù)（FAST）是通過(guò)在燒結(jié)過(guò)程中施加低電壓（～30 V）和高電流（＞600 A）的電場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)脈沖放電與直流電同時(shí)進(jìn)行，達(dá)到電場(chǎng)活化燒結(jié)，獲得顯微結(jié)構(gòu)顯著細(xì)化、燒結(jié)溫度顯著降低、燒結(jié)時(shí)間明顯縮短的目的。選擇性激光燒結(jié)（SLS）應(yīng)用分層制造方法，首先在計(jì)算機(jī)上完成符合需要的三維CAD模型，再用分層軟件對(duì)模型進(jìn)行分層，得到每層的截面，然后采用自動(dòng)控制技術(shù)，使激光有選擇地?zé)Y(jié)出與計(jì)算機(jī)內(nèi)零件截面相對(duì)應(yīng)部分的粉末，實(shí)現(xiàn)分層燒結(jié)。
從理論上講，這些燒結(jié)技術(shù)都具有很高的學(xué)術(shù)價(jià)值，但大多尚處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，只能用于小尺寸鉬制品的小批量燒結(jié)，距離工業(yè)應(yīng)用研究尚有很大距離。具有一定工業(yè)化應(yīng)用前景的鉬燒結(jié)技術(shù)主要有以下幾種：
（1）微波燒結(jié)技術(shù)
微波燒結(jié)利用材料吸收微波能轉(zhuǎn)化為內(nèi)部分子的動(dòng)能和熱能，使材料整體均勻加熱至一定溫度而實(shí)現(xiàn)致密化燒結(jié)的目的。微波燒結(jié)是快速制備高質(zhì)量的新材料和制備具有新性能的傳統(tǒng)材料的重要技術(shù)手段之一。
相對(duì)電阻燒結(jié)、火焰燒結(jié)、感應(yīng)燒結(jié)等傳統(tǒng)燒結(jié)方法而言，微波燒結(jié)法不僅具有節(jié)能明顯，生產(chǎn)效率高，加熱均勻（其溫度梯度為傳統(tǒng)方式的1/10），燒結(jié)制品少（無(wú)）內(nèi)應(yīng)力、大幅變形和燒結(jié)裂紋等缺陷，燒結(jié)過(guò)程精確可控等優(yōu)點(diǎn)。另外，微波加熱技術(shù)可用于鉬精礦升華除雜、鉬精礦焙燒、鉬酸銨焙解、鉬粉還原等多種工藝環(huán)節(jié)。但由于微波穿透深度的限制，被燒結(jié)材料的直徑一般不大于60 mm，另外微波燒結(jié)氣氛很難保證處于純H2，因此很難避免鉬的燒結(jié)過(guò)程氧化污染。
（2）熱等靜壓技術(shù)
氣壓燒結(jié)（熱壓燒結(jié)）技術(shù)是一種壓制機(jī)械能與燒結(jié)熱能耦合作用下的鉬固結(jié)技術(shù)，熱等靜壓是其中應(yīng)用最成功的工藝。對(duì)燒結(jié)密度、組織均勻性和空隙率等燒結(jié)指標(biāo)要求比較高的高端鉬燒結(jié)產(chǎn)品，如TFT-LCD用鉬濺射靶材，國(guó)外大多采用熱等靜壓技術(shù)，其產(chǎn)品質(zhì)量遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的冷等靜壓-無(wú)壓燒結(jié)工藝，國(guó)內(nèi)尚無(wú)類似生產(chǎn)工藝的報(bào)導(dǎo)。
（3）放電等離子燒結(jié)技術(shù)
放電等離子燒結(jié)技術(shù)（SPS）是一種利用通-斷直流脈沖電流直接通電燒結(jié)的加壓燒結(jié)法。其工藝原理是，電極通入通-斷式直流脈沖電流時(shí)瞬間產(chǎn)生的放電等離子體、放電沖擊壓力、焦耳熱和電場(chǎng)擴(kuò)散作用，使燒結(jié)體內(nèi)部各個(gè)顆粒均勻地自身產(chǎn)生焦耳熱并使顆粒表面活化，從而利用粉末內(nèi)部的自身發(fā)熱作用實(shí)現(xiàn)燒結(jié)致密化，獲得均質(zhì)、致密、細(xì)晶的燒結(jié)組織。這種比傳統(tǒng)燒結(jié)工藝低180～500 ℃，且高溫等離子的濺射和放電沖擊可清除粉末顆粒表面雜質(zhì)(如去除表層氧化物等)和吸附的氣體。德國(guó)FCT公司已經(jīng)采用這種技術(shù)制備出直徑為300 mm的鉬靶材，國(guó)內(nèi)尚無(wú)類似生產(chǎn)工藝的報(bào)導(dǎo)。
（4）鋁熱法還原-燒結(jié)一體化技術(shù)
鋁熱法采用鋁粉末作為還原劑，在200～300 ℃下，對(duì)鉬酸鈣、硫化鉬或三氧化鉬進(jìn)行低溫還原，可用大大低于常規(guī)氫還原工藝的成本和較高生產(chǎn)效率制得低密度粗制鉬產(chǎn)品或鉬合金涂層。同時(shí)，在一定的氣體壓力作用下，隨著還原過(guò)程的進(jìn)行，鉬粉可產(chǎn)生初步燒結(jié)，獲得質(zhì)量要求較低的鉬坯料。這種鉬坯料可作為鋼鐵和高溫合金的合金添加劑，也可作為電解精煉法制備高純鉬制品的原料。
4 鉬粉的粉末冶金特性規(guī)律性研究
HC Stark、Plansee等國(guó)外主要鉬企業(yè)對(duì)鉬粉有嚴(yán)格的分類，形成了較為完整的鉬粉系列，不同加工制品采用不同指標(biāo)的鉬粉，不同的鉬粉在壓制成型前采 用不同的前處理方法，不同的鉬粉采用不同的壓制、燒結(jié)工藝，并且不同物性指標(biāo)鉬粉可以相互搭配，獲得最優(yōu)原料組成和最佳的密度、均勻性等壓坯質(zhì)量，從而保 證燒結(jié)件和最終產(chǎn)品的質(zhì)量。而國(guó)內(nèi)只有少數(shù)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了初步探索，國(guó)內(nèi)企業(yè)尚未形成系統(tǒng)的鉬粉分級(jí)，無(wú)論哪種原料、哪種工藝、哪種設(shè)備獲得的鉬粉，均采用相似的工藝，制備同一類制品；鉬粉在成型前的處理工藝更是無(wú)從提及。較為系統(tǒng)地開展鉬粉的粉末冶金特性研究，理清原料-工藝-鉬粉-成型工藝-燒結(jié)工藝-制品之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，對(duì)于獲得產(chǎn)品的多元化、系列化、最優(yōu)化具有很大的生產(chǎn)指導(dǎo)意義。
5 鉬粉末冶金過(guò)程數(shù)值模擬技術(shù)發(fā)展
長(zhǎng)期以來(lái)，鉬粉還原、成型、燒結(jié)工藝多依賴于生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)積累。近年來(lái)隨著鉬制備加工技術(shù)的精整化，數(shù)值模擬逐漸用于鉬的這3個(gè)粉末冶金工藝段，為研究微觀演化過(guò)程，揭示鉬制備加工過(guò)程的準(zhǔn)確機(jī)制，進(jìn)而為實(shí)現(xiàn)鉬成型工藝的可控性提供理論支持。就這3段工藝的實(shí)質(zhì)而言，鉬粉還原階段屬于典型的擴(kuò)散場(chǎng)現(xiàn)象，可借鑒流體介質(zhì)模擬技術(shù)；成型、燒結(jié)過(guò)程屬于典型的非連續(xù)介質(zhì)體，且原料粉末組成異常復(fù)雜，無(wú)法建立統(tǒng)一的幾何模式、物理模型和數(shù)學(xué)模型，目前尚無(wú)完善的模擬技術(shù)和模擬軟件。
（1）鉬粉成型過(guò)程數(shù)值模擬
鉬粉壓制成型時(shí)，粉末的應(yīng)力變形比固態(tài)金屬?gòu)?fù)雜，可歸納為2個(gè)主要階段：壓制前期為松散粉末顆粒的聚合，壓制后期為含孔隙的實(shí)體。粉末壓制時(shí)由于大量不同尺寸粉末顆粒間的相互作用以及粉末與模壁間的機(jī)械作用和摩擦作用，再加上制品密度、彈性性能、塑性性能間的相互影響，粉末的力學(xué)行為是非常復(fù)雜的，還沒有一個(gè)統(tǒng)一的材料模型。
目前由于非連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的基本理論還不完善，國(guó)內(nèi)外的研究大多是將粉末體作為連續(xù)體假設(shè)而進(jìn)行的。粉末壓制模型可簡(jiǎn)化為彈性應(yīng)力-應(yīng)變方程。
（2）鉬粉燒結(jié)過(guò)程數(shù)值模擬
燒結(jié)從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)也是一種熱加工工藝。燒結(jié)過(guò)程中的粉末固結(jié)和熱量遷移是同時(shí)進(jìn)行的，固結(jié)中的物理機(jī)制包括塑性屈服、蠕變和擴(kuò)散。而粉末凝固過(guò)程中的局部壓力和溫度決定著這些物理機(jī)制對(duì)粉末固結(jié)所起的作用。同時(shí)，粉末凝固中的熱量遷移（主要是熱量傳遞）又深受局部相對(duì)密度的影響。因此，對(duì)燒結(jié)的分析必須結(jié)合熱力學(xué)。
由于鉬粉燒結(jié)過(guò)程的基礎(chǔ)理論發(fā)展不足，無(wú)法建立足夠的偏微分方程組，所以燒結(jié)過(guò)程的數(shù)值模擬，只能進(jìn)行單元素系統(tǒng)、簡(jiǎn)單尺寸和形貌的鉬粉情況下的簡(jiǎn)單模擬。這種模擬結(jié)果有助于分析其中的機(jī)制，但尚無(wú)法有效地指導(dǎo)生產(chǎn)工藝。 6 結(jié)束語(yǔ)
經(jīng)過(guò)近一個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，“粉末多樣化、制品精確化”逐漸成為現(xiàn)代鉬粉末冶金技術(shù)的發(fā)展方向，并開發(fā)出一系列鉬粉末冶金新技術(shù)、新工藝及其過(guò)程理論，這些研究的重點(diǎn)是粉末和制品的結(jié)構(gòu)、形貌、成分控制技術(shù)。總的趨勢(shì)是鉬粉向超細(xì)、超純、粉末特性可控方向發(fā)展，鉬制品的壓制燒結(jié)向以完全致密化、（近）凈成型為主要目標(biāo)的新型固結(jié)技術(shù)發(fā)展。
開展鉬粉末還原過(guò)程動(dòng)力學(xué)問(wèn)題研究和粉末冶金過(guò)程的數(shù)值模擬研究，有助于從理論上分析原料、鉬粉性能、鉬制品性能、還原工藝、壓制工藝、燒結(jié)工藝之間的影響規(guī)律，為解決實(shí)際工藝問(wèn)題提供理論支持和技術(shù)思路。
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