鎢坩堝的製造工藝複雜、技術要求高,主要包括粉末製備、壓制成型、高溫燒結和機械加工等幾個關鍵環(huán)節(jié)。
一、原材料製備
坩堝的製造從高純鎢粉的製備開始。鎢粉通常通過氫氣還原鎢酸鹽(如鎢酸鈉或鎢酸銨)的方法獲得。高品質(zhì)的坩堝對原材料的純度要求極高,通常要求鎢粉純度在99.95%以上,以減少在高溫使用過程中因雜質(zhì)引起的氧化、揮發(fā)或結構脆化。鎢粉的顆粒形貌、細微性分佈和松裝密度也會直接影響後續(xù)壓制和燒結的品質(zhì),因此需要進行嚴格篩分與預處理。
二、成型工藝
鎢粉經(jīng)乾燥、混合和篩分後,會被裝入模具中進行冷等靜壓(CIP)或模壓成型。等靜壓法通過各向均勻的壓力壓制坯體,使其內(nèi)部結構緻密、強度高,尤其適用於大尺寸或厚壁坩堝的製造。模壓則多用於小尺寸坩堝或複雜幾何結構的初步成型。在此階段,壓制成的“生坯”尚未具有足夠的強度,需要進一步通過高溫燒結實現(xiàn)緻密化。
三、高溫燒結
壓制成型後的坩堝生坯需在高溫氫氣氣氛下進行燒結處理。燒結溫度一般在2000°C以上,通常採用中頻感應燒結爐或真空燒結爐進行。在燒結過程中,鎢粉顆粒之間通過擴散、再結晶和粘結形成連續(xù)緻密的晶粒結構,顯著提升機械強度和耐高溫性能。高溫燒結過程中的氣氛控制至關重要,必須嚴格防止氧氣、氮氣等雜質(zhì)氣體的侵入,以保證成品坩堝的純度和抗腐蝕性。
四、機械加工與表面處理
燒結後的坩堝為“粗坯”,尺寸和形狀尚未達到使用要求,必須通過精密的機械加工來實現(xiàn)最終尺寸精度和表面品質(zhì)。鎢的硬度高、脆性強,常規(guī)機械加工(如車削、銑削、鑽孔)難度大,因此需採用專用的硬質(zhì)合金刀具、低速切削和冷卻潤滑配合工藝。此外,為了提升坩堝的抗氧化性與使用壽命,部分高端應用還會採用表面拋光、電解拋光或塗覆保護層(如鉬層、氮化層)等後處理工藝。
五、品質(zhì)檢測與包裝
坩堝製造完成後需經(jīng)過一系列嚴格的品質(zhì)檢測程式,包括尺寸精度檢測、密度測試、金相組織分析、雜質(zhì)元素分析和真空滲漏測試等。密度通常需達到理論密度的98%以上,表面無裂紋、雜質(zhì)夾雜或結構缺陷,才能滿足高溫和真空環(huán)境的使用要求。最後,合格的鎢坩堝會被真空密封或採用惰性氣體保護包裝,以防止在運輸和儲存過程中氧化或污染。