鉭金屬具有較高的熔點、熱導率以及電阻率，因此鉭被大量應(yīng)用于粉末冶金工業(yè)中。可以制備電容器級鉭絲、電子元件用靶材、工業(yè)加熱爐用元器件等的原材料。而電容器級鉭絲的原材料- 坯料，就是通過鉭粉經(jīng)冷等靜壓成型、垂熔燒結(jié)制得，在這個加工過程中，由于鉭粉顆粒的物理性質(zhì)差異，不但會影響到坯料的除雜過程，而且會影響到坯料燒結(jié)后密度、硬度等參數(shù)，進而會影響到后續(xù)鉭絲的物理、化學、電學等各項性能。

鉭棒真空垂熔燒結(jié)法是將成型壓制好的鉭棒坯條固定在真空垂熔爐的上下電極之間，使高電流直接流過坯料，由坯料本身電阻產(chǎn)生熱量，從而使鉭棒獲得較高的純度，并具有一定的物理、機械性能的致密金屬的方法。它和粉末成型工序有機結(jié)合起來，統(tǒng)稱粉末冶金法。而燒結(jié)后鉭棒的密度、表面光潔度及內(nèi)部晶粒的生長情況對后續(xù)鉭棒加工成鉭絲的力學性能、電物理性能影響較大，通過對相同類型不同粒徑鉭粉成型后的鉭棒進行燒結(jié)效果對比，探尋鉭粉性能對燒結(jié)效果的影響規(guī)律。

1、實驗方法

本試驗采用同一批次的冶金級鉭粉，經(jīng)過粗、細兩種不同篩目的篩分制粉處理，制備成兩種試驗原料。表1 是兩種鉭粉的化學雜質(zhì)分析對照表，表2 是兩種鉭粉松裝密度、平均粒徑、篩分析對比。分別將試驗原料裝入乳膠包套，經(jīng)冷等靜壓，制出粗細均勻、長度一致、具有一定壓實密度的鉭坯料。將兩種鉭棒坯料裝入垂熔燒結(jié)爐進行燒結(jié)，燒結(jié)后的鉭棒利用阿基米德方法測試其密度，并在鉭棒橫截面出取樣，分別取晶相和化學雜質(zhì)分析的樣品；采用德國進口的Leica MM3 型金相顯微鏡進行微觀金相組織分析，并用Tecnai G2 20ST 型透射電鏡（TEM）作微區(qū)化學雜質(zhì)分析。用以研究微區(qū)的化學成份、表面形貌和結(jié)構(gòu)特征等。

2、試驗結(jié)果及討論

2.1 鉭粉平均粒徑對燒結(jié)后鉭棒密度的影響對兩種鉭粉燒結(jié)后鉭棒的密度進行測試見圖2，可以看出：

經(jīng)過細篩孔的鉭粉鉭棒燒結(jié)后的密度明顯比過粗篩孔的要高，這是因為顆粒較細的鉭粉平均粒徑較小，見表2，在燒結(jié)過程中，原子與原子之間的接觸比大粒徑的鉭粉更容易，在同樣燒結(jié)條件下，原子與原子之間更容易結(jié)合。另外，鉭粉顆粒越大，原子之間的空隙越大，這種空隙一方面容易造成氣體雜質(zhì)的保留，另一方面不利于原子之間的結(jié)合。一旦這種空隙在燒結(jié)結(jié)束后沒有密閉，燒結(jié)坯料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)會出現(xiàn)原子不規(guī)則排列，從而表現(xiàn)出密度偏低的情況。此外如果鉭粉顆粒小，再加之成型擠壓的原因使粉末之間產(chǎn)生的應(yīng)力也較大，因此坯條中處于比較高活性狀態(tài)的原子較多，粉末貯存的表面能就越高，就越易于燒結(jié)。但鉭粉過細也會帶來夾心、斷料等問題。

2.2 鉭粉平均粒徑對燒結(jié)后鉭棒化學雜質(zhì)的影響

鉭粉過細篩孔比過粗篩孔粒徑更小，見圖1，這兩種鉭粉制得的鉭棒燒后表面差別很大，過細篩孔比過粗篩孔的鉭粉燒結(jié)后鉭棒表面更光潔，分析其中的化學雜質(zhì)含量，見表3。

由于過細篩孔的鉭粉比過粗篩孔鉭粉顆粒細，鉭粉顆粒具有更大的比表面，因此其表面活性更強，所以在降氧、酸水洗等精細處理中更易吸氧，從表1 可見細粒徑的鉭粉含氧量較粗粒徑鉭粉高，而其它雜質(zhì)含量區(qū)別不大。鉭棒經(jīng)過高溫真空垂熔燒結(jié)后對比兩種鉭棒的化學雜質(zhì)，由表3 可見鉭棒含氧量含量已無太大差別，這是由于真空垂熔燒結(jié)溫度很高，接近鉭的熔點，鉭粉制粉過程中吸附的氧能以CO2 及低價氧化物的形式揮發(fā)，只要燒結(jié)溫度、真空度及燒結(jié)時間等條件滿足，脫氧可連續(xù)進行，就可使鉭棒中的氧含量降到很低的程度。

2.3 鉭粉平均粒徑對燒結(jié)后鉭棒微觀性能的影響

對上述方法燒結(jié)的鉭棒進行晶相檢測分析（圖3），眾所周知，粉末冶金法制得的金屬坯料，其微觀組織表現(xiàn)在其晶粒大小上[3]，鉭棒燒結(jié)質(zhì)量的充分與否，其晶相結(jié)構(gòu)表現(xiàn)的非常直觀，經(jīng)過細篩孔的鉭粉所制的鉭棒燒結(jié)后晶粒生長得更充分，晶界更明顯，晶粒也較大。這是因為，鉭粉顆粒越小，其表面活性越強[4]。在同樣條件下，原子之間的結(jié)合力越強，消除原子間的抗變形能力就越強，因此晶核形成更早，在同樣的保溫時間下，晶粒的長大越快，而顆粒較大的鉭粉，在燒結(jié)時，一方面要排除顆粒間較大空隙造成的變形應(yīng)力，一方面除去空隙間雜質(zhì)形成的抑制晶粒長大的應(yīng)力，所以其晶粒長大緩慢，這也從微觀角度印證了細粒徑鉭粉壓制的鉭棒表面能更高，因此燒結(jié)效果更好。

3、結(jié)論

（1）鉭粉的粒徑越細，顆粒之間的空隙就越小，顆粒結(jié)合得更緊密，坯料表面的顆粒具有較小的間距和峰谷，制得的鉭棒表面越光潔。

（2）鉭粉粒徑越細制得的鉭棒燒結(jié)密度就較高，因為更細的鉭粉顆粒，分散的比表面積就相對越大，壓坯時粉末之間產(chǎn)生的應(yīng)力也較大，坯條中處于比較高活性狀態(tài)的原子較多，粉末貯存的表面能就越高，因而就越易于燒結(jié)。但鉭粉過細也會帶來夾心、斷料等問題。

（3）鉭粉的粒徑越小，更容易吸氧，但這種氧都是以游離態(tài)單質(zhì)氧存在，在后續(xù)真空燒結(jié)過程中能有效除去。

（4）鉭粉粒徑大小也會影響到燒結(jié)時鉭棒內(nèi)部晶粒的生長，鉭粉粒徑越細、鉭棒晶粒生長得更充分，晶界更明顯，晶粒也較大。

參考文獻

[1] 郭青蔚, 王肇信, 肖文至, 王向東著. 現(xiàn)代鉭鈮冶金學[M]. 稀有金屬冶金學會鉭鈮冶金專業(yè)委員會, 北京工業(yè)出版社，2009 ：444.

[2] 吳銘主編. 鉭、鈮冶金工藝學[M]. 中國有色金屬工業(yè)總公司職工教育教材編審辦公室1986 ：425.

[3] 郭青蔚, 王肇信, 肖文至, 王向東著. 現(xiàn)代鉭鈮冶金學[M]. 稀有金屬冶金學會鉭鈮冶金專業(yè)委員會，北京工業(yè)出版社，2009 ：445-447.

[4] 解永旭. 冶金級鉭粉微觀結(jié)構(gòu)對鉭絲性能影響的機理研究[M]. 鉭鈮工藝進展中色（寧夏）東方集團有限公司2015 ：17.

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